申请日2014.07.25
公开(公告)日2014.12.24
IPC分类号C02F9/14
摘要
一种纳米曝气铁碳微电解净化有机废水的装置，主要由纳米微电解池、好氧生物膜反应器、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置和三级反冲筛滤装置组成。本发明还公开了利用上述装置进行污水处理的方法。本发明具有适用范围广、反应速率快、工艺流程简单、使用寿命长、投资费用少、操作维护方便、运行成本低、处理效果稳定、出水水质透明度高。
权利要求书
1.一种纳米曝气铁碳微电解净化有机废水的装置，主要由纳米微电 解池、好氧生物膜反应器、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置和三级反冲筛滤 装置组成，其中：
纳米微电解池的底部设有排泥孔，排泥孔上方设有搅拌器，搅拌器上 方设置有纳米曝气盘形成曝气段;曝气段上方设有一钢网，钢网上方充填 有铁碳填料形成微电解段;微电解段上方为出水段，上清液导出至好氧生 物膜反应器;
好氧生物膜反应器底部开设有排泥口，好氧生物膜反应器内部位于排 泥口上方设有纳米曝气盘，纳米曝气盘上方设置搅拌机，好氧生物反应器 内填充有填料;好氧生物膜反应器的出水导入纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装 置内;
纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置底部设有螺旋输泥器和出泥口，纳米曝 气凝聚-微涡流絮凝装置连接三段式生物膜反应器出水口的一侧为主反应 区，用于完成纳米气浮-凝聚过程，相邻主反应区为絮体拦截区，相邻絮体 拦截区的为絮体二次拦截区;主反应区内设有微涡流混凝器，主反应区内 部上方有通入O2的纳米曝气头，主反应区顶端设有用以添加混凝剂的加 药装置;絮体拦截区内铺设有用于絮体拦截沉淀的斜管;絮体二次拦截区 内部填充有聚丙烯的立体网状结构填料，立体网状结构填料下方铺设一纳 米曝气头，絮体二次拦截区底部设置有出水口，出水通过液压泵连接旋三 级反冲筛滤装置的进水口;
三级反冲筛滤装置水池的进水口处设有一进水堰，出水口处设有回流 槽，三级反冲筛滤装置内部由多孔网格分为上部的集水池和下部的分流仓 两个部分，分流仓为紧密排列的圆筒状;多孔网格上方中央安放一纳米曝 气头，埋设在填充的筛滤填料中，筛滤填料上方靠近进水堰处设有一阻流 板，靠近回流槽的一侧设有一通入O2的曝气管，曝气管设有多个细孔曝 气孔，曝气孔垂直向上，筛滤填料安装有超声波发生仪;分流仓的下方为 储水箱，储水箱外壁涂刷避光黑色涂料，其内壁均匀负载一层非金属掺杂 的光催化剂，其底部安装有紫外灭菌灯，且灭菌灯之间设置有通入O3的 曝气纳米曝气头，储水箱内剩余的空间填充有半导体负载填料;三级反冲 筛滤装置的出水直接导入出水池。
2.根据权利要求1所述纳米曝气铁碳微电解净化有机废水的装置，其 中，纳米微电解池内采用的铁碳填料中，铁碳质量比为2:3-1:1，pH为 2.5-4.5。
3.根据权利要求1所述纳米曝气铁碳微电解净化有机废水的装置， 其中，好氧生物膜反应器内的填料为纳米级碳素纤维填料或组合填料，在 好氧生物膜反应器内呈上下形式的设置;填料的表面形成厚重的生物膜， 其断面上由外及里形成了好氧、兼性厌氧和厌氧三种反应区。
4.根据权利要求1所述纳米曝气铁碳微电解净化有机废水的装置， 其中，好氧生物膜反应器的一侧安装有温度控制仪，该温度控制仪连接并 控制安置在好氧生物膜反应器内部的感温控头和加热带。
5.根据权利要求1所述纳米曝气铁碳微电解净化有机废水的装置，其 中，三级反冲筛滤装置中的筛滤填料选取石英砂、改性锰砂与天然沸石分 子筛混合，粒径为0.5-1.2mm，不均匀系数为2。
6.根据权利要求1所述纳米曝气铁碳微电解净化有机废水的装置， 其中，纳米微电解池、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置及三级反冲筛滤装置 的筛滤池和集水池内的纳米曝气头分别与一纳米曝气机连接。
7.根据权利要求1所述纳米曝气铁碳微电解净化有机废水的装置， 其中，纳米微电解池、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置 的反冲洗时纳米曝气头进气为O2，用于混凝搅拌和清洁填料;三级反冲筛 滤装置的储水池进气为O3，通过纳米曝气强化羟基自由基的产生过程。
8.利用权利要求1所述纳米曝气铁碳微电解净化有机废水的装置进 行污水处理的方法：
污水通过纳米微电解池内的铁碳填料，可有效地去除废水中的难降解 有机物，并进一步提高了废水的可生化性;经过纳米微电解池处理的上清 液抽至好氧生物膜反应器内，在好氧生物膜反应器内大量去除其中的可降 解有机物，并大量去除污水中易引起污水毒性、使污水富营养化的氨氮， 好氧生物膜反应器的出水导入至纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置内的主反 应区内进行纳米气浮-凝聚处理后，于微涡流混凝器再次凝聚-絮凝，而后 自流至絮体拦截区，絮体在斜管的拦截作用下沉至反应器底部，定时在螺 旋输送器的带动下自出泥口定期排出，澄清液溢流至絮体二次拦截区，在 立体网状结构填料的作用下进行二次拦截，过滤后的清液自出水口排出进 入三级反冲筛滤装置;
在三级反冲筛滤装置中，储水箱内纳米曝气头不连续工作，空气自多 孔网格向上鼓起，分割成小气泡，间歇冲散筛滤填料上的致密污物层，污 染物质层破碎成片状浮起，在曝气管的浮力以及进水冲击挡流板向右推力 的协同作用下，溢流至回流槽，使筛滤填料截留的污染物集中排除装置外， 与进水混合重新处理，以延长三级反冲筛滤装置使用寿命及反洗周期;
储水箱内的纳米曝气头采用O3曝气，由于纳米气泡具有庞大的数量、 比表面积、缓慢的上升速度等特性，同时气泡在水中停留时间长，增加了 气液接触面积、接触时间，利于臭氧溶于水中，克服了臭氧难溶于水的缺 点;微气泡内部具有较大的压力且纳米气泡破裂时界面消失，周围环境剧 烈改变产生的化学能促使产生更多的羟基自由基·OH，增强O3氧化分解有 机物的能力;且纳米级别O3气泡与紫外灭菌灯、半导体负载填料共存于储 水箱，提高高级氧化效果，可有效提高·OH产生率，经三级反冲筛滤装置 处理后达标的污水进入出水池。同时三级反冲筛滤装置的部分出水回流至 纳米微电解池，调节水质并同时形成高级氧化功能，预处理消解进水有机 物的同时避免微电解池的钝化结疤。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，纳米微电解池、纳米曝气凝 聚-微涡流絮凝装置及三级反冲筛滤装置的筛滤池和集水池内，纳米曝气头 分别与一纳米曝气机连接。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，纳米微电解池、纳米曝 气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置的反冲洗时纳米曝气头进气为 O2，用于混凝搅拌和清洁填料;三级反冲筛滤装置的储水池及浸没式中空 纤维膜纳米曝气头进气为O3，通过纳米曝气强化羟基自由基的产生过程。
说明书
一种纳米曝气铁碳微电解净化有机废水的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种提高污水可生化性并对其进行深度处理的工艺，更具 体地涉及一种纳米曝气铁碳微电解净化难降解有机废水的组装置。
本发明还涉及利用上述装置处理难降解有机废水的方法。
背景技术
由于生物降解作用，有机废水会使受纳水体缺氧甚至厌氧，多数水生 物将死亡，从而产生恶臭，恶化水质和环境。二是感观性污染：有机废水 不但使水体失去使用价值，更严重影响水体附近人民的正常生活。三是致 毒性危害：超有机废水中含有大量有毒有机物，会在水体、土壤等自然环 境中不断累积、储存，最后进入人体，危害人体健康。
而高浓度难降解有机废水的处理，是有机废水处理的难题，所谓高难 度是指COD达到2000mg/L以上，难降解是指废水的可生化性能较低，即 BOD/COD值低于0.3-0.5，难以生物降解。高浓度、难降解两种性质一旦 叠加，使得单独的生物法或者物化法等常规方法作用不大，于是研究新的 处理方法提高处理效果、降低处理成本，是解决此类废水污染的关键问题。 本发明采用纳米微电解池提高废水的可生化性，再利用好氧生物膜反应器 降低有机物含量，并使用纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置和三级反冲筛滤装 置再净化以提高出水水质，处理效果优于现有技术，对于B/C低于0.2的 有机污水有机物去除率高达100%。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米曝气铁碳微电解净化有机废水的装 置。
本发明的又一目的在于提供一种利用上述装置处理难降解有机废水 的方法。
为实现上述目的，本发明提供的纳米曝气铁碳微电解净化有机废水的 装置，主要由纳米微电解池、好氧生物膜反应器、纳米曝气凝聚-微涡流絮 凝装置和三级反冲筛滤装置组成，其中：
纳米微电解池的底部设有排泥孔，排泥孔上方设有搅拌器，搅拌器上 方设置有纳米曝气盘形成曝气段;曝气段上方设有一钢网，钢网上方充填 有铁碳填料形成微电解段;微电解段上方为出水段，上清液导出至好氧生 物膜反应器;
好氧生物膜反应器底部开设有排泥口，好氧生物膜反应器内部位于排 泥口上方设有纳米曝气盘，纳米曝气盘上方设置搅拌机，好氧生物反应器 内填充有填料;好氧生物膜反应器的出水导入纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装 置内;
纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置底部设有螺旋输泥器和出泥口，纳米曝 气凝聚-微涡流絮凝装置连接三段式生物膜反应器出水口的一侧为主反应 区，用于完成纳米气浮-凝聚过程，相邻主反应区为絮体拦截区，相邻絮体 拦截区的为絮体二次拦截区;主反应区内设有微涡流混凝器，主反应区内 部上方有通入O2的纳米曝气头，主反应区顶端设有用以添加混凝剂的加 药装置;絮体拦截区内铺设有用于絮体拦截沉淀的斜管;絮体二次拦截区 内部填充有聚丙烯的立体网状结构填料，立体网状结构填料下方铺设一纳 米曝气头，絮体二次拦截区底部设置有出水口，出水通过液压泵连接旋三 级反冲筛滤装置的进水口;
三级反冲筛滤装置水池的进水口处设有一进水堰，出水口处设有回流 槽，三级反冲筛滤装置内部由多孔网格分为上部的集水池和下部的分流仓 两个部分，分流仓为紧密排列的圆筒状;多孔网格上方中央安放一纳米曝 气头，埋设在填充的筛滤填料中，筛滤填料上方靠近进水堰处设有一阻流 板，靠近回流槽的一侧设有一通入O2的曝气管，曝气管设有多个细孔曝 气孔，曝气孔垂直向上，筛滤填料安装有超声波发生仪;分流仓的下方为 储水箱，储水箱外壁涂刷避光黑色涂料，其内壁均匀负载一层非金属掺杂 的光催化剂，其底部安装有紫外灭菌灯，且灭菌灯之间设置有通入O3的 曝气纳米曝气头，储水箱内剩余的空间填充有半导体负载填料;三级反冲 筛滤装置的出水直接导入出水池。
所述纳米曝气铁碳微电解净化有机废水的装置，其中，纳米微电解池 内采用的铁碳填料中，铁碳质量比为2:3-1:1，pH为2.5-4.5。
所述纳米曝气铁碳微电解净化有机废水的装置，其中，好氧生物膜反 应器内的填料为纳米级碳素纤维填料或组合填料，在好氧生物膜反应器内 呈上下形式的设置;填料的表面形成厚重的生物膜，其断面上由外及里形 成了好氧、兼性厌氧和厌氧三种反应区。
所述纳米曝气铁碳微电解净化有机废水的装置，其中，好氧生物膜反 应器的一侧安装有温度控制仪，该温度控制仪连接并控制安置在好氧生物 膜反应器内部的感温控头和加热带。
所述纳米曝气铁碳微电解净化有机废水的装置，其中，三级反冲筛滤 装置中的筛滤填料选取石英砂、改性锰砂与天然沸石分子筛混合，粒径为 0.5-1.2mm，不均匀系数为2。
所述纳米曝气铁碳微电解净化有机废水的装置，其中，纳米微电解池、 纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置及三级反冲筛滤装置的筛滤池和集水池内 的纳米曝气头分别与一纳米曝气机连接。
所述纳米曝气铁碳微电解净化有机废水的装置，其中，纳米微电解池、 纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置的反冲洗时纳米曝气头 进气为O2，用于混凝搅拌和清洁填料;三级反冲筛滤装置的储水池及浸没 式中空纤维膜纳米曝气头的进气为O3，通过纳米曝气强化羟基自由基的产 生过程。
本发明提供的利用上述纳米曝气铁碳微电解净化有机废水的装置进 行污水处理的方法：
污水通过纳米微电解池内的铁碳填料，可有效地去除废水中的难降解 有机物，并进一步提高了废水的可生化性;经过纳米微电解池处理的上清 液抽至好氧生物膜反应器内，在好氧生物膜反应器内大量去除其中的可降 解有机物，并大量去除污水中易引起污水毒性、使污水富营养化的氨氮， 好氧生物膜反应器的出水导入至纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置内的主反 应区内进行纳米气浮-凝聚处理后，于微涡流混凝器再次凝聚-絮凝，而后 自流至絮体拦截区，絮体在斜管的拦截作用下沉至反应器底部，定时在螺 旋输送器的带动下自出泥口定期排出，澄清液溢流至絮体二次拦截区，在 立体网状结构填料的作用下进行二次拦截，过滤后的清液自出水口排出进 入三级反冲筛滤装置;
在三级反冲筛滤装置中，储水箱内纳米曝气头不连续工作，空气自多 孔网格向上鼓起，分割成小气泡，间歇冲散筛滤填料上的致密污物层，污 染物质层破碎成片状浮起，在曝气管的浮力以及进水冲击挡流板向右推力 的协同作用下，溢流至回流槽，使筛滤填料截留的污染物集中排除装置外， 与进水混合重新处理，以延长三级反冲筛滤装置使用寿命及反洗周期;
储水箱内的纳米曝气头采用O3曝气，由于纳米气泡具有庞大的数量、 比表面积、缓慢的上升速度等特性，同时气泡在水中停留时间长，增加了 气液接触面积、接触时间，利于臭氧溶于水中，克服了臭氧难溶于水的缺 点;微气泡内部具有较大的压力且纳米气泡破裂时界面消失，周围环境剧 烈改变产生的化学能促使产生更多的羟基自由基·OH，增强O3氧化分解有 机物的能力;且纳米级别O3气泡与紫外灭菌灯、半导体负载填料共存于 储水箱，提高高级氧化效果，可有效提高·OH产生率，经三级反冲筛滤装 置处理后达标的污水进入出水池。
所述的方法，其中，纳米微电解池、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置及 三级反冲筛滤装置的筛滤池和集水池内，纳米曝气头分别与一纳米曝气机 连接。
所述的方法，其中，纳米微电解池、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、 三级反冲筛滤装置的反冲洗时纳米曝气头进气为O2，用于混凝搅拌和清洁 填料;三级反冲筛滤装置的储水池及浸没式中空纤维膜纳米曝气头进气为 O3，通过纳米曝气强化羟基自由基的产生过程。
本发明使用纳米曝气微电解技术对可生化性较低的污水进行预处理， 提高废水可生化性。技术上使用高效率的纳米曝气装置进行曝气，使池内 填料无需经常“活化”，避免了填料因为板结、堵塞现象，不但提高处理 效率，降低处理时间，更可以延长填料使用寿命，使得运行质量稳定、可 靠。纳米微电解池内填充一种工业上废弃的铁屑制备的高效铁碳的填料， 可有效地去除废水中的难降解有机物，并进一步提高了废水的可生化性。 于思想上贯彻了“以废治废”的处理方针，处理污水的同时，也做到了固 体废弃物的“减量化”。在好氧生物膜反应器内使用了碳素纤维生态草做 填料，利用填料表面生物膜微生物胶体结构的吸附以及过滤特性，大量的 聚集污染物质，而后在微生物的作用下，将吸附的污染物质降解。
本发明采用纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置进行深 度处理，三级反冲筛滤装置中纳米二氧化钛晶体作为光触媒在紫外灯照射 下激发极具氧化力的自由负离子，同时在纳米曝气过程中以及超声波发生 过程激发的能量亦可发生并加强自由负离子的产生，达成光催化效果;而 自由负离子以及其摆脱共价键的束缚后留下空位，与纳米气泡表面带有的 电荷同时产生微电解效果，消除前两步处理出水的毒性，灭杀其中致病微 生物，并降解其中长链多环芳香类有机物及痕量残留物。本工艺具有适用 范围广、反应速率快、工艺流程简单、使用寿命长、投资费用少、操作维 护方便、运行成本低、处理效果稳定等优点。