一种纳米曝气铁碳微电解净化有机废水的装置和方法
【专利摘要】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。
【专利说明】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】
[0001]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。
[0002]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】
[0003]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。
[0004]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B0D/C0D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】
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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:
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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 ；
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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0.5-1.2_，不均匀系数为2。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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:
[0019]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；
[0020]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；
[0021 ] 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.0H，增强03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.0H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。
[0022]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。
[0023]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。
[0024]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。
[0025]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。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是本发明纳米曝气铁碳微电解净化有机废水的装置结构示意图。附图中主要组件符号说明:
[0027]I纳米微电解池；2铁碳填料；3温度控制仪；4加热带；5感温探头；6好氧生物膜反应器；7填料；8主反应区；9、9A、9B、9C纳米曝气头；10加药装置；11絮体拦截区；12斜管；13纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置；14絮体二次拦截区；15立体网状结构填料；16第一阀门；17第二阀门；18增压泵；19进水堰；20阻流板；21混合填料；22三级反冲筛滤装置；23曝气管；24回流槽；25多孔网格；26分流仓；27出水池；28第三阀门；29第一闸阀；30第二闸阀；31半导体负载填料；32紫外灭菌灯；33集水池；34通气管；35出水口 ；36出泥口 ；37螺旋输送器；38微涡流混凝器；39纳米曝气机；40排泥孔；41纳米曝气盘；42搅拌机；43超声波发生仪。
【具体实施方式】
[0028]本发明提供的纳米曝气铁碳微电解净化难降解有机废水的装置，可以高效提高污水可生化性并对其进行深度处理。
[0029]请参阅图1，本发明提供的纳米曝气铁碳微电解净化有机废水的装置，其主要结构包括:
[0030]纳米微电解池I的底部设有排泥孔40，排泥孔40上方设有搅拌器42，搅拌器42上方设置有纳米曝气盘1，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2，形成微电解段；微电解段上方为出水段，上清液通过出水段的溢流堰导出至好氧生物膜反应器6。
[0031]本发明的纳米曝气纳米微电解池内使用的铁碳填料为公知产品(本发明采用是购自潍坊普茵沃润环保科技有限公司的产品)，是利用工业上废弃的铁屑制备的铁碳填料，使用纳米气泡持提高纳米微电解池活性，在生物滤池内也使用了固体废物粉煤灰制备的分子筛做载体。处理污水的同时，也做到了固体废弃物的“减量化”。
[0032]阳极反应产生的新生态二价铁离子具有较强的还原能力，可使某些有机物还原，也可使某些不饱和基团(如羧基C00H、偶氮基-N = N-)的双键打开，使部分难降解环状和长链有机物分解成易生物降解的小分子有机物而提高可生化性。此外，二价和三价铁离子是良好的絮凝剂，调节污水的PH可使铁离子变成氢氧化物的絮状沉淀，吸附污水中的悬浮或胶体态的微小颗粒及有机高分子，同时去除部分有机污染物质使污水得到净化。阴极反应产生大量新生态的[H]和[O]，在偏酸性的条件下，这些活性成分均能与污水中的许多组分发生氧化还原反应，使有机大分子发生断链降解，从而消除了有机污水的色度，提高了污水的可生化性。可作为生物处理的前处理工艺，利于污泥的沉降和生物挂膜。
[0033]使用纳米曝气催化纳米微电解池在长期运行中始终保持高活性，不需经常“活化”，运行质量稳定、可靠。解决了传统铁床的“结疤”、“钝化”、“死床”问题。曝气铁炭微电解工艺是较适宜预处理有机废水的工艺，本方法适用范围广、处理效果好、成本低廉、操作维护方便，不需消耗电力资源等优点。该工艺用于有机污水的处理不但能大幅度地降低COD和色度，而且可大大提高废水的可生化性。
[0034]好氧生物膜反应器6底部开设有排泥口 40，好氧生物膜反应器6内部位于排泥口40上方设有纳米曝气盘41，纳米曝气盘41上方设置搅拌机42，好氧生物反应器6内填充有填料7，填料7使用纳米级碳素纤维填料或组合填料，在填料的表面形成厚重的生物膜，生物膜的断面上由外及里形成了好氧、兼性厌氧和厌氧三种反应区。填料7在好氧生物膜反应器6内呈上下形式的设置。
[0035]好氧生物膜反应器6内的一侧设有加热带4和温感探头5，该加热带4和温感探头5分别连接设置在厌氧生物膜反应器6外部的温度控制仪3。纳米曝气盘41连接一纳米曝气机39，在好氧生物膜反应器6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6的出水直接导入纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置13内。
[0036]纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置13分为左、中、右三个部分(按图面所示方向)，底部设有螺旋输送器37。纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置13的左边(即连接好氧生物膜反应器6 —端)为主反应区8，用于完成纳米气浮-凝聚过程，中央为絮体拦截区11，右边为絮体二次拦截区14。主反应区8内填充微涡流混凝器38，主反应区8内部上方有纳米曝气头9，纳米曝气头9用有机玻璃固定；在主反应区8的顶端有加药装置10用以添加混凝齐U，混凝剂为聚合氯化铝(PAC)+阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)。位于中间段的絮体拦截区11铺设有斜管12用于絮体拦截沉淀；位于右边段的絮体二次拦截区14内部填充有聚丙烯的立体网状结构填料15，立体网状结构填料15下方铺设一纳米曝气头9A，立体网状结构填料15底部设置出水口 35，通过液压泵连接旋三级反冲筛滤装置22。
[0037]本发明在纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置中，采用纳米曝气技术改进混凝工艺的凝聚过程，主要分为三个步骤:
[0038](A)微纳米曝气前期气浮过程:微纳米气泡传质过程中，污水中的微细污染物颗粒俘获在气泡表面或与气泡粘附在一起，在气泡上升过程中带动微细污染物颗粒上浮至水体表面，达成气浮作用从而实现清水与悬浮颗粒物、胶体的分离；
[0039](B)微纳米曝气中期加药混凝过程:利用微纳米气泡发生过程的强烈冲击力以及上浮过程中的气液两相相对运动、气泡爆炸时局部产生的高温高压状态和爆破力，对污水进行热补偿的同时施加强烈搅拌作用，迅速将混凝剂分散至待处理水体的各处，使混凝剂与污水快速均匀混合，打散包裹住混凝剂的胶体块，提高其分散程度，促进胶体相互碰撞凝聚成絮体。
[0040]而当混凝剂被包裹形成絮体后，在纳米曝气下絮体成长质量更高，成长过大的絮体在纳米曝气的作用下会破碎成较小絮体从而恢复并保持絮凝能力(絮体过大会使总表面积减小，吸附能力下降)，密实度较低的絮体在纳米曝气的剪切力作用下会破碎并重新絮凝成密实度较高的絮体，有利于沉淀分离。
[0041](C)微纳米曝气后期热断裂过程:利用微纳米曝气过程产生的以及气泡爆炸时局部产生的高温高压状态实现絮体薄弱处的断裂，进而重新撞击、吸附污水中胶体、悬浮物以形成更加稳固的絮体。
[0042](D)为了让形成的絮体更好的吸附脱稳胶体而成长的絮凝过程，本发明同时使用微涡流混凝器，涡流反应器形成的微涡旋流动能有效地促进水中微粒的扩散与碰撞。一方面，混凝剂水解形成胶体在微涡流作用下快速扩散并与水中胶体充分碰撞，使水中胶体快速脱稳；另一方面，水中脱稳胶体在微涡流作用下具有更多碰撞机会，因而具有更高的凝聚效率。
[0043]污水经过纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置内的主反应区进行纳米气浮-凝聚处理后，于微涡流混凝器再次凝聚-絮凝，而后自流至中间絮体拦截区，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，控制螺旋输送器的转速不高于30r/min ;澄清液溢流至右侧絮体二次拦截区，在高密度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。二次拦截区填料定期清洗，清洗时同时开启填料底部纳米曝气头，利用纳米曝气技术冲击、氧化、气浮及高温作用协同清洗。出水通过液压泵导入三级反冲筛滤装置。
[0044]三级反冲筛滤装置22的进水口处设有一进水堰19，出水口处设有回流槽24，三级反冲筛滤装置22内部由多孔网格25分为上部的水池和下部的集水池33两个部分。三级反冲筛滤装置22内部的集水池与水池两部分连接一通气管34通往大气，以防止三级反冲筛滤装置内压力过高造成装置破裂甚至爆炸。
[0045]多孔网格25为两层，中间铺设并固定一层不锈钢网，多孔网格25的下方设置有紧密排列的圆筒状的分流仓26分割空间，防止局部压力过大冲破多孔网格25。多孔网格25上方中央安放一纳米曝气头9B埋设在填充的筛滤填料21中，筛滤填料21选取选取石英砂、改性锰砂与天然沸石分子筛的混合物，体积混合比例为9:3:1，粒径一般为0.5-1.2mm,不均匀系数为2，是一种集过滤、吸附、离子交换、混凝及去除重金属为一体的多功能混合填料。纳米曝气头9B通过流量计与一曝气机连接。筛滤填料21靠近进水堰19处设有一阻流板20，靠近回流槽24的一侧设有一曝气管23，曝气管23设有多个细孔曝气孔，曝气孔垂直向上。筛滤填料21中安装有超声波发生仪43。分流仓26的下方为集水池，集水池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(如碳掺杂的纳米T12粉体)，其底部安装有紫外灭菌灯32，且紫外灭菌灯32之间设置有O3的曝气纳米曝气头9C，集水池内剩余的空间填充有半导体负载填料31 (如负载纳米T12的立体网状聚丙烯填料)，无需使用分散剂，并减少催化剂的流失现象。
[0046]污水自三级反冲筛滤装置的进水堰进入，在进水堰的物理结构作用下由水平方向导为竖直向上，在重力作用下撞击在挡流板上，以防止水流直接撞击筛滤填料影响处理效果；污水经过筛滤填料的过滤，流至下方集水池，集水池内纳米曝气头的进气为O3，通过纳米曝气大量获得羟基自由基，与紫外灭菌灯，半导体负载填料共同提高高级氧化效果，同时其中富含羟自由基的出水在装置进行反洗时，冲刷筛滤填料，较好的做到填料清洁与再生。
[0047]使用三级反冲筛滤装置时，集水池内的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，使填料截留的污染物集中排除装置外，与进水混合重新处理。延长筛滤装置使用寿命及反洗周期，对于进水浊度较低的情况，甚至可以无需反冲洗，不断运行净化污水。
[0048]集水池33内纳米曝气头采用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.0Η，增强03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集水池，提闻闻级氧化效果，可有效提闻.0H广生率。
[0049]三级反冲筛滤装置22的出水直接导入出水池27。
[0050]在本发明的装置中，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。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集水池的曝气头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。
[0051]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。
[0052]最后使用特别设计的纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置进行深度处理，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。
[0053]三级反冲筛滤装置22在正常筛滤时，污水自进水堰进入，在进水堰的物理结构作用下由水平方向导为竖直向上，在重力作用下撞击在挡流板上，以防止水流直接撞击填料影响处理效果；污水经过填料的过滤，流至下方集水池，集水池内纳米曝气头的进气为03，通过纳米曝气大量获得羟基自由基，与紫外灭菌灯，半导体负载填料共同提高高级氧化效果，同时其中富含羟自由基的出水在装置进行反洗时，冲刷筛滤填料，较好的做到填料清洁与再生。
[0054]根据本发明的一个实施例，通过本发明处理的污水中类蛋白物质降低95%以上，腐殖类物质含量降低99%，出水水质透明度高。
[0055]本发明采用三级反冲洗技术进行反冲洗:
[0056]一级反冲洗为曝气循环反冲洗，由于污染物质在填料表面的堆积，污水难以透过填料之间的空隙渗透下去，在筛滤过程中进行反冲洗，开启三级反冲筛滤装置22左上角增压泵18、曝气管23并间歇开启多孔板上方纳米曝气头9B，集水池内纳米曝气头不连续工作，空气自多孔板向上鼓起，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产生波轮效果，大力清洗填料表层片状致密污染物，溢流至回流槽，使填料截留的污染物集中排除装置外，与进水混合重新处理，污水也可继续自分子筛空隙渗透下去；一级反冲洗可延长筛滤装置使用寿命及反洗周期，对于进水浊度较低的情况，甚至可以无需反冲洗，使装置不断运行净化污水。
[0057]二级反冲洗为空气脉冲反冲洗，由于污水浊度过高，导致污染物质在填料表面的大量堆积，仅仅靠一级反冲洗步骤仍不能达到继续筛滤的效果。关闭第一阀门16、第一闸阀29，开启第三阀门28、第二阀门17，启动三级反冲筛滤装置22右下角增压泵18、曝气管23及两个纳米曝气机头9B\9C，将出水池内出水导入集水池中。在回水压力的作用下，集水池中的全部空气受到快速挤压，沿分压仓上细孔上升，全部筛滤填料层在上升空气的强力搅拌，曝气管气流及纳米曝气头的冲击力作用下旋转流动，污染物质破碎浮起，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，溢流至回流槽与初始进水混合，待水面快速下降，过滤速率重新稳定后，关闭三级反冲筛滤装置22右下角增压泵18、多孔板下方纳米曝气头9C、第三阀门28、第二阀门17，开启第一阀门16、第一闸阀29，继续进行筛滤处理。
[0058]三级反冲洗为曝气湍流反冲洗，此时一、二级反冲洗已经不足以解决污染物质对填料的覆盖、阻塞问题，污水大量积聚不得过滤。此时关闭第一阀门16、第一闸阀29，开启第三阀门28、第二阀门17，启动三级反冲筛滤装置22右下角增压泵18、曝气管23及两个纳米曝气头9B\9C、超声波发生仪43，将出水池内出水大量导入集水池中。⑴集水池内部空气沿多孔板细孔上升搅拌，填料底部纳米曝气头开始曝气，填料上方涡轮不断转动；(2)利用纳米曝气技术冲击、氧化、气浮及高温作用协同清洗，上方填料呈现湍流状态，进行无规则高速运动状态，填料在水流旋涡的冲击力和气泡的剪切力作用下相互摩擦，填料上附着的有机污染物能够去除，得到较为纯净的填料；⑶利用超声波发生仪在液体介质中产生超声波，在筛滤填料表面产生空化效应，空化汽泡在闭合过程中破裂时形成的冲击波，会在其周围产生上千个气压的冲击压力，作用在填料表面上破坏污物之间粘性，并使它们迅速分散在反洗液中，从而达到填料表面洁净的效果。⑷空气排净后，出水池的出水继续导入，富含羟自由基的出水冲洗湍流状态的的填料颗粒表面及微孔，剥离污染物质，填料得到再生。(5)而污染物质在水流冲击力及右侧曝气管气浮作用下不断向上浮至水面，自左端进水堰及右端回流槽流出与初始进水混合。经过三级反冲洗，内部污染物被清洗排空殆尽。
[0059]常规砂滤是在过滤过程中不扰动砂层，使水流从砂子细小缝隙之间流过。通常采用不扰动砂层，压实填料、增加水压、砂上附加网格等手段改进砂滤过程，让水流从砂子细小缝隙之间流过，而污染物质停留在砂层的表层上。本发明则是利用扰动填料表层，防止污染物质堆积对水流的顺利通过形成阻力，同时利用高级氧化、纳米曝气、气泡的冲击力和剪切力等手段改进装置，利用分子筛、锰砂等填料进行优化设计，最后使用三级反冲洗等改进处理过程。本装置对胶体、纤维、藻类等悬浮物的截留效果好，对于浊度较低水质甚至无需反冲洗，即可完成处理过程，同时具有去除臭味，灭杀细菌、病原菌等微生物，分解难降解的少量残留表面活化剂、多氯联苯等难降解有机化合物的功效。
[0060]本发明的碳掺杂的纳米T12粉体的制备:采用均匀沉淀法和水热法两步过程制备碳掺杂的纳米Ti02。以硫酸钛和尿素为前驱，葡萄糖为碳源，具体制备过程如下:取6.48g27硫酸钛和3.24g54尿素(硫酸钛与尿素的摩尔比为1:2)溶于去离子水中，再加入适量的葡萄糖0.6搅拌均匀，1:2:0.023在90°C的条件下反应2h。待反应结束后取出反应物干燥、反复水洗至中性，再次干燥，用球磨机研磨得到碳掺杂的纳米Ti02粉体。
[0061]本发明的纳米T12粉体负载在填料上的方法:采用聚丙烯材质的立体网状结构填料，将纳米T12粉体与去离子水(粉体与水的质量比为1:20)混合，用超声波超声成乳浊液，将洁净的立体网状结构填料浸入与乙醇1:1混合的钛酸酯偶联剂，缓慢搅拌一段时间，然后将填料取出放入T12乳浊液中继续搅拌一段时间，取出后放入烘箱中干燥(85°C以下)2h，即制得负载纳米T12的聚丙烯悬浮填料，其外观呈淡黄色，膜层较均匀。
【权利要求】
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0.5-1.2_，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02，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.0H，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.0H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。
【文档编号】C02F9/14GK104230096SQ201410357450
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】席北斗, 王雷, 何小松, 张列宇, 李丹, 赵颖, 夏训峰, 李曹乐 申请人:中国环境科学研究院