申请日2021.06.01
公开（公告）日2021.09.07
IPC分类号C02F9/04; C02F101/20; C02F101/30
摘要
本发明提供一种负压臭氧‑污泥基活性炭催化氧化污水处理装置及其处理工艺，包括处理罐、负压臭氧处理系统、内循环系统、过滤系统、给排水系统以及取样装置，负压臭氧处理系统包括臭氧发生器、臭氧储罐、气压表、负压泵、进气管、臭氧破坏器以及曝气盘，臭氧发生器通过输气管连通臭氧储罐内腔，臭氧储罐连接进气管的一端，进气管另一端通入罐体内并设有曝气盘，负压泵的负压口通过第一气压力管与罐体顶部连通，负压泵的出气口通过第二气压力管连接臭氧破坏器，负压泵的排气口与臭氧储罐的内腔通过循环气压管相连通，该装置及工艺可以解决现有污水处理设备的臭氧利用率低、催化氧化效率低以及对滤料进行更换的便捷性和安全性低的技术问题。
权利要求书
1.一种负压臭氧-污泥基活性炭催化氧化污水处理装置，其特征在于，包括:
处理罐，所述处理罐包括罐体，所述罐体内上部为催化氧化循环区且下部为过滤区；
负压臭氧处理系统，所述负压臭氧处理系统包括臭氧发生器、臭氧储罐、气压表、负压泵、进气管、臭氧破坏器以及曝气盘，所述臭氧发生器通过输气管连通所述臭氧储罐内腔，所述臭氧储罐出气口连接进气管的一端，所述进气管另一端通入所述催化氧化循环区底部并设有若干曝气口朝上的曝气盘，所述进气管上设有阀门J,所述负压泵的负压口通过第一气压力管与所述罐体顶部连通，所述负压泵的出气口通过第二气压力管连接臭氧破坏器，所述第一气压力管上安装有所述气压表，所述负压泵的排气口与所述臭氧储罐的内腔通过循环气压管相连通，所述循环气压管上设有阀门H，所述臭氧破坏器的进气口上设有阀门I；
内循环系统；所述内循环系统包括隔板和动力装置，所述罐体内腔于所述催化氧化循环区固定设有所述隔板，所述隔板与所述罐体顶部之间设有上回流腔，各所述曝气盘设置于所述隔板左侧隔腔，所述动力装置包括电机、传动轴以及搅拌桨，所述传动轴竖向设置于所述隔板右侧隔腔内且上端与所述罐体转动连接，所述罐体顶部固定安装有所述电机，所述传动轴上端伸出所述罐体与所述电机输出轴传动连接，所述传动轴下端固定安装有所述搅拌桨；
过滤系统，所述过滤区设有所述过滤系统，所述隔板与所述滤系统之间设有下回流腔；
给排水系统，所述给排水系统包括布水器和输水管，所述输水管上段为进水段且下段为排水段，所述布水器安装于所述罐体顶部中央，所述进水段连接所述布水器,所述进水段连接有上进水管，所述上进水管上设有阀门A，所述罐体底部设有排水口，所述排水段连接所述排水口，所述进水段与排水段之间设有阀门K，所述排水段连接有下排水管，所述下排水管上设有阀门B；以及
取样装置，所述取样装置与催化氧化循环区底部相通。
2.如权利要求1所述的负压臭氧-污泥基活性炭催化氧化污水处理装置，其特征在于，所述过滤系统包括污泥基活性炭滤料层、滤板以及过滤水帽，所述滤板固定安装于所述过滤区底部，所述滤板上设有若干所述过滤水帽，所述滤板上方设有所述污泥基活性炭滤料层。
3.如权利要求2所述的负压臭氧-污泥基活性炭催化氧化污水处理装置，其特征在于，还包括水气反冲洗系统，所述水气反冲洗系统包括第一脉动式气压泵、下反洗进水管、上反洗排水管以及水压挡板，所述第一脉动式气压泵通过第一空气进气管连通所述输水管排水段，所述第一空气进气管上设有阀门E，所述下反洗进水管连通所述输水管排水段，所述下反洗进水管上设有阀门C，所述上反洗排水管连通所述输水管进水段，所述上反洗排水管设有阀门D，所述罐体底部于所述排水口内侧固定安装有所述水压挡板。
4.如权利要求3所述的负压臭氧-污泥基活性炭催化氧化污水处理装置，其特征在于，还包括滤料更换系统，所述滤料更换系统包括定向喷头、抽吸泵、卸料管以及第二脉动式气压泵，所述滤板上设有若干所述定向喷头，所述罐体侧壁上设有卸料孔，所述卸料管插入所述卸料孔并通入所述污泥基活性炭滤料层底部，所述卸料管上设有所述抽吸泵，所述卸料管卸料口设有阀门G，所述第二脉动式气压泵通过第二空气进气管连通所述卸料管，所述第二空气进气管上设有阀门F，所述污泥基活性炭滤料层上方于所述罐体上设有人孔。
5.如权利要求4所述的负压臭氧-污泥基活性炭催化氧化污水处理装置，其特征在于，所述滤板顶部设有涡流增压面，所述涡流增压面为增压螺旋面，所述增压螺旋面顶侧边为弧状，所述增压螺旋面顶侧边弦长大于罐体内腔半径，所述卸料管的管口设于增压螺旋面顶侧边下方。
6.如权利要求4所述的负压臭氧-污泥基活性炭催化氧化污水处理装置，其特征在于，所述定向喷头均匀设置于以所述滤板中心为圆心的多个同心圆上，所述定向喷头的喷嘴向上倾斜且朝向所述增压螺旋面下倾一侧，所述定向喷头的喷射方向与其所在同心圆的切线方向之间夹角小于30°。
7.权利要求4所述的负压臭氧-污泥基活性炭催化氧化污水处理装置处理污水的处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1)、催化氧化：
通过布水器向罐体内腔布洒污水至最高液面；打开阀门I并开启负压泵，待气压表显示相对标准大气压-500～-400Pa的负压状态时，关闭阀门I并开启阀门J，开启臭氧发生器，臭氧经进气管通过曝气盘释放，开启电机，搅拌桨转动使污水流动方向与曝气盘喷出的方向相反，污水与臭氧分子相互碰撞反应；
2)、取样检测：通过所述取样装置取样并对所取样本进行检测得出水质是否达标的检测结果,所得检测结果为达标时，进行步骤3)，所得检测结果为未达标时，则打开阀门K，并通过调节臭氧发生器和负压泵使罐体内保持相对标准大气压-30～-20Pa的微负压状态，使污水流过过滤系统后通过进水段进入罐体内重新处理后再次检测，直至所得检测结果为达标时再进行步骤3)；
3)达标排放，打开阀门B，臭氧催化氧化后的污水靠重力流入污泥基活性炭滤料层，并通过过滤水帽，经下排水管自然排放；
4)停机阶段，通过负压泵将罐体内臭氧抽出，再将臭氧经臭氧破坏器处理后排入空中，清理滤料出罐后关闭各阀门并切断电源。
8.权利要求7所述的负压臭氧-污泥基活性炭催化氧化污水处理装置处理污水的处理工艺，其特征在于，所述步骤3)之后还包括反冲洗阶段：
开启负压泵，抽吸罐内剩余臭氧进臭氧储罐，打开阀门C、D、E并关闭其它阀门，净水经下反洗进水管联合第一脉动式气压泵提供的空气动力，形成气水联合冲洗，由水帽上涌搅动滤料层，同时把污泥基活性炭滤料层中悬浮物通过进水段，再经上反洗排水管排出。
9.权利要求8所述的负压臭氧-污泥基活性炭催化氧化污水处理装置处理污水的处理工艺，其特征在于，所述反冲洗阶段之后还包括滤料更换阶段：
开启阀门C、E，使滤板上的定向喷头喷射高压水柱形成的平面剪切力扰动污泥基活性炭滤料层，初始流化速度使滤料和水混合物形成平面内环形紊流，平面内环形紊流将水和滤料通过滤板压缩于卸料孔，开启抽吸泵，将滤料清理出罐。
说明书
负压臭氧-污泥基活性炭催化氧化污水处理装置及其处理 工艺
技术领域
本发明涉及城镇污水处理设备技术领域，尤其涉及一种负压臭氧-污泥基活性炭催化氧化污水处理装置及其处理工艺。
背景技术
城镇污水经二级处理以后，虽然绝大多数悬浮颗粒和有机物被去除，但还是残留有难以降解有机物表面活性剂、酚类、丹宁、木质素、黑腐酸、醚类、多环芳烃、联苯胺、卤代甲烷、甲基蓝活性物质(MBAS)或染料、除草剂(草甘膦)和杀虫剂(滴滴畏)等，给下游城市或水源产生臭味和颜色，并与下游水厂消毒剂反应，形成新的污染物，受纳水体产生生物污泥絮体和泡沫，影响水环境生态景观，残留于水体水草、鱼类等生物，对生物链具有重大威胁和破坏。对于污水二级处理以后很多难以进行有机物的吸收和去除。目前从实际上的经济合理和技术可行两个方面进一步考虑，利用臭氧催化进行氧化处理是最恰当的处理方式，臭氧在水中可以形成一种具有较强氧化作用的基团--羟自由基，这种基团可快速除去废水中的有机污染物，并且比表面积以及官能团是产生羟基自由基从而影响活性炭催化臭氧分解污染物的主要因素。
虽然臭氧催化氧化技术能够有效的去除二级处理以后的有机物，但是其存在成本较高、臭氧利用率低、催化氧化效率低等问题，需要进一步的优化以提升其反应效率，降低运行成本。而且臭氧催化氧化虽然能够有效的氧化水中多种难降解有机物，但是这些有机物并不能够通过臭氧催化氧化分解为CO2和H2O，经过臭氧催化氧化后的产物常常为羧酸类易于生物降解的有机物，所以臭氧催化氧化更适宜于和其它净化技术如活性炭配合使用来达到最终的废水处理目标。
相关研究揭示用主要原料污泥制备活性炭的活化过程中，原料中氧、氨与边缘区域中的碳元素通过化学键方式结合，从而在活性炭表面形成各种高含量的有机官能团，这些官能团具有较好的氧化还原能力，有利于提高催化性能。污泥富含种类多样的金属元素(如铜、铁、锰等)，在制备活性炭的过程中会在其表面形成金属氧化物，从而有利于提高污泥基活性炭的催化性能。
污泥基活性炭作为污泥固废处置产品，价格仅为普通活性炭的五分之一，具有疏水性和吸附性，比表面积大且容易改性，具有表面活性基团等优势，适合作为臭氧催化氧化的催化剂和衍生物的吸附剂。
目前相关已公开的发明装置与工艺未充分考虑活性炭的饱和吸附极限能力和滤料的更换周期。且目前市场上或相关文献中涉及的活性炭过滤装置均未对滤料的更换便捷性和安全性予以深入研究，对于滤料采用小口径管排放，并未采取相关的辅助措施解决塞管堵孔的情况，并且人工入罐清理滤料存在重大安全隐患，活性炭过滤装置以及滤料更换方法亟需改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种负压臭氧-污泥基活性炭催化氧化污水处理装置，以解决现有污水处理设备的臭氧利用率低、催化氧化效率低以及对滤料进行更换的便捷性和安全性低的技术问题。
本申请所解决的另一个技术问是：提供一种负压臭氧-污泥基活性炭催化氧化污水处理装置的污水处理工艺。
为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：一种负压臭氧-污泥基活性炭催化氧化污水处理装置，包括处理罐、负压臭氧处理系统、内循环系统、过滤系统、给排水系统以及取样装置，
所述处理罐包括罐体，所述罐体内上部为催化氧化循环区且下部为过滤区；
所述负压臭氧处理系统包括臭氧发生器、臭氧储罐、气压表、负压泵、进气管、臭氧破坏器以及曝气盘，所述臭氧发生器通过输气管连通所述臭氧储罐内腔，所述臭氧储罐出气口连接进气管的一端，所述进气管另一端通入所述催化氧化循环区底部并设有若干曝气口朝上的曝气盘，所述进气管上设有阀门J,所述负压泵的负压口通过第一气压力管与所述罐体顶部连通，所述负压泵的出气口通过第二气压力管连接臭氧破坏器，所述第一气压力管上安装有所述气压表，所述负压泵的排气口与所述臭氧储罐的内腔通过循环气压管相连通，所述循环气压管上设有阀门H，所述臭氧破坏器的进气口上设有阀门I；
所述内循环系统包括隔板和动力装置，所述罐体内腔于所述催化氧化循环区固定设有所述隔板，所述隔板与所述罐体顶部之间设有上回流腔，各所述曝气盘设置于所述隔板左侧隔腔，所述动力装置包括电机、传动轴以及搅拌桨，所述传动轴竖向设置于所述隔板右侧隔腔内且上端与所述罐体转动连接，所述罐体顶部固定安装有所述电机，所述传动轴上端伸出所述罐体与所述电机输出轴传动连接，所述传动轴下端固定安装有所述搅拌桨；
所述过滤区设有所述过滤系统，所述隔板与所述滤系统之间设有下回流腔，
所述给排水系统包括布水器和输水管，所述输水管上段为进水段且下段为排水段，所述布水器安装于所述罐体顶部中央，所述进水段连接所述布水器,所述进水段连接有上进水管，所述上进水管上设有阀门A，所述罐体底部设有排水口，所述排水段连接所述排水口，所述进水段与排水段之间设有阀门K，所述排水段连接有下排水管，所述下排水管上设有阀门B；
所述取样装置与催化氧化循环区底部相通。
优选的，所述过滤系统包括污泥基活性炭滤料层、滤板以及过滤水帽，所述滤板固定安装于所述过滤区底部，所述滤板上设有若干所述过滤水帽，所述滤板上方设有所述污泥基活性炭滤料层。
优选的，还包括水气反冲洗系统，所述水气反冲洗系统包括第一脉动式气压泵、下反洗进水管、上反洗排水管以及水压挡板，所述第一脉动式气压泵通过第一空气进气管连通所述输水管排水段，所述第一空气进气管上设有阀门E，所述下反洗进水管连通所述输水管排水段，所述下反洗进水管上设有阀门C，所述上反洗排水管连通所述输水管进水段，所述上反洗排水管设有阀门D，所述罐体底部于所述排水口内侧固定安装有所述水压挡板。
优选的，还包括滤料更换系统，所述滤料更换系统包括定向喷头、抽吸泵、卸料管以及第二脉动式气压泵，所述滤板上设有若干所述定向喷头，所述罐体侧壁上设有卸料孔，所述卸料管插入所述卸料孔并通入所述污泥基活性炭滤料层底部，所述卸料管上设有所述抽吸泵，所述第二脉动式气压泵通过第二空气进气管连通所述卸料管，所述第二空气进气管上设有阀门F，所述污泥基活性炭滤料层上方于所述罐体上设有人孔。
优选的，所述滤板顶部设有涡流增压面，所述涡流增压面为增压螺旋面，所述增压螺旋面顶侧边为弧状，所述增压螺旋面顶侧边弦长大于罐体内腔半径，所述卸料管的管口设于增压螺旋面顶侧边下方。
优选的，所述定向喷头均匀设置于以所述滤板中心为圆心的多个同心圆上，所述定向喷头的喷嘴向上倾斜且朝向所述增压螺旋面下倾一侧，所述定向喷头的喷射方向与其所在同心圆的切线方向之间夹角小于30°。
为解决上述第二个技术问题，本申请所采用的技术方案为：一种负压臭氧-污泥基活性炭催化氧化污水处理装置处理污水的处理工艺，包括如下步骤：
1)、催化氧化：
通过布水器向罐体内腔布洒污水至最高液面；开启负压泵，待气压表显示相对标准大气压-500～-400Pa的负压状态时，关闭阀门I并开启阀门J，开启臭氧发生器，臭氧经进气管通过曝气盘释放，开启电机，搅拌桨转动使污水流动方向与曝气盘喷出的方向相反，污水与臭氧分子相互碰撞反应；
2)、取样检测：通过所述取样装置取样并对所取样本进行检测得出水质是否达标的检测结果,所得检测结果为达标时，进行步骤3)，所得检测结果为未达标时，则打开阀门K，并通过调节臭氧发生器和负压泵使罐体内保持相对标准大气压-30～-20Pa的微负压状态，使污水流过过滤系统后通过进水段进入罐体内重新处理后再次检测，直至所得检测结果为达标时再进行步骤3)；
3)达标排放，打开阀门B，臭氧催化氧化后的污水靠重力流入污泥基活性炭滤料层，并通过过滤水帽，经下排水管自然排放；
4)停机阶段，通过负压泵将罐体内臭氧抽出，再将臭氧经臭氧破坏器处理后排入空中，清理滤料出罐后关闭各阀门并切断电源。
优选的，所述步骤3)之后还包括反冲洗阶段：
开启负压泵，抽吸罐内剩余臭氧进臭氧储罐，打开阀门C、D、E并关闭其它阀门，净水经下反洗进水管联合第一脉动式气压泵提供的空气动力，形成气-水联合冲洗，由水帽上涌搅动滤料层，同时把污泥基活性炭滤料层中悬浮物通过进水段，经上反洗排水管排出。
优选的，所述反冲洗阶段之后还包括滤料更换阶段：
开启阀门C、E，使滤板上的定向喷头喷射高压水柱形成的平面剪切力扰动污泥基活性炭滤料层，初始流化速度使滤料和水混合物形成平面内环形紊流，平面内环形紊流将水和滤料通过滤板压缩于卸料孔，开启抽吸泵，将滤料清理出罐。
采用上述技术方案所取得的技术效果为：
该污水处理装置一体化程度高，结构精简，可利用以负压和污泥为基础的活性炭对污水进行催化氧化循环，通过控制臭氧发生器和抽吸泵，将反应仓内的臭氧-污水混合物保持在负压状态，负压状态可减少臭氧使用量，防止臭氧溢出，提高臭氧催化氧化的效率和保持健康的操作环境。臭氧经由曝气盘喷出的方向与搅拌桨扰动产生污水流动方向相反，以保证污水与臭氧分子相互碰撞，反应更充分。污泥基活性炭表面上形成的各种有机官能团和金属氧化物用于促进臭氧的催化氧化产生羟基自由基，增强臭氧催化氧化能力。
由于所述过滤系统包括污泥基活性炭滤料层、滤板以及过滤水帽，所述滤板固定安装于所述滤料滤板过滤区底部，所述滤板上设有若干所述过滤水帽，所述滤板上方设有污泥基活性炭滤料层。过滤系统用于吸附去除污水中的生物絮绒体、深度处理过程化学凝聚后的固体悬浮物、工业染色剂和重金属。所述罐体内滤料采用市政污泥固废处理-污泥基活性炭等类型产品，以保证滤料负压快速更换的经济性和高效性。
由于还包括水气反冲洗系统，水气反冲洗系统包括脉动式气压泵、下反洗进水管、上反洗排水管以及水压挡板，所述脉动式气压泵通过空气进气管连通所述输水管排水段，所述进气管上设有阀门E，所述下反洗进水管连通所述输水管排水段，所述下反洗进水管上设有阀门C，所述上反洗排水管连通所述输水管进水段，所述上反洗排水管设有阀门D，所述罐体底部于所述排水口内侧固定安装有所述水压挡板。水气反冲洗系统用于保证过滤系统和装置的干净、清洁，防止堵塞和腐蚀，而对系统冲洗。
由于还包括滤料更换系统，所述滤料更换系统包括定向喷头、抽吸泵、卸料管以及脉动式气压泵，所述滤板上设有若干所述定向喷头，所述罐体侧壁上设有卸料孔，所述卸料管插入所述卸料孔并通入所述泥基活性炭滤料层底部，所述卸料管上设有所述抽吸泵，所述第二脉动式气压泵通过空气进气管连通所述卸料管，所述污泥基活性炭滤料层上方于所述罐体上设有人孔。当出水水质经过反冲洗仍然不达标时，或是过滤时间累积到一定时间(现场测试而定)，需对饱和滤料进行更换，滤料根据相关固废标准进行处置。卸料孔管道配置泵吸装置，快速吸出滤料，并配以脉动气泵防止饱和滤料涡压堵塞卸料孔。
由于所述滤板顶面设有涡流增压面，所述涡流增压面为增压螺旋面，所述增压螺旋面顶侧边为弧状，所述增压螺旋面顶侧边弦长大于罐体内腔半径，所述卸料管的管口设于所述增压螺旋面外侧且位于增压螺旋面上缘下方，可以保证卸料管道上缘低于上平面，增压螺旋面顶侧边弦长大于罐体内腔半径可使滤板中心的滤料也可被涡流冲至卸料孔处排出。
由于所述定向喷头均匀设置于以所述滤板为中心为圆心的多个同心圆上，所述定向喷头的喷嘴向上倾斜且朝向所述增压螺旋面下倾一侧，所述定向喷头的喷射方向与其所在同心圆的切线方向小于30°。可以保证足够的初始流化速度使滤料和水混合物形成平面内环形紊流将滤料冲至卸料孔。
（发明人：蒋严波;李甜;韦纯忠;蒋建谊;冉琪;丁振兴）