一种水处理装置及其方法与流程

本发明涉及污水处理领域，特别涉及一种水处理装置及其方法。

背景技术：

水是生命活动中最重要的物质之一，是人类生存和发展的基本要素。人类社会的不断进步、经济的可持续发展离不开和谐的水环境与丰富的水资源。1973年3月，联合国召开的水资源会议就曾庄严地宣告：“水不久将成为石油危机之后下一个深刻的社会危机”。为了人类可持续发展，应对水资源危机成为全球广泛关注和研究的焦点之一。地球上每年排放的污水约为5000亿m3，其中约有 4000亿m3未经妥善处理排入江河湖泊，污染了全世界径流总量的21.4％以上。据报道，美国180万km的河流中有16.5万km、1596.8万hm2 湖泊中有327.9万hm2已受到污染；印度70％的地表水受到了污染；马来西亚因炼油厂和橡胶厂排放的废水使全国42条河流变成死河。

中国的水污染情况同样是十分严峻的，由于资金和技术的原因，每天有大量的生活废水和工业废水没有经过处理就直接排入水体中，造成河流湖泊受到严重的污染，目前，中国已经检测到在78条河流中已经有54条受到严重的污染。随着中国经济的飞速发展，人们生活水平提高，生活用水和工业用水量迅速增加，但是水处理技术的发展速度跟不上经济发展速度，以致中国缺水态势愈演愈烈，水资源短缺问题已成为我国首要解决的问题。

臭氧高级氧化技术是今年发展起来的备受人们关注的一种水处理新技术，利用在反应过程中产生的强氧化性的羟基自由基（•OH ）作为主要的氧化剂去把废水中的有机污染物进行氧化分解。专利名称为一种双循环催化臭氧水处理装置（公开号为CN103058433B）的中国发明专利，公开了一种双循环催化臭氧水处理装置，包括外筒、中筒、内筒、紫外灯、臭氧化气体分布器及气液固分离器，其特征在于：所述外筒、中筒及内筒同心套装，外筒的底部设置底板，外筒的上部设置进水口；所述内筒的下沿固定在外筒底板上，在内筒壁的上部及下部，沿筒壁周向分别等距设置若干条形孔，内筒上部的条形孔外套装筛网，内筒的上口设置上盖板，上盖板上设置中心孔，以中心孔为圆心的圆周上还均布有与中心孔规格相同的圆孔，中心孔及圆孔内分别插入套有石英玻璃套管的紫外灯，中心孔内的套有石英玻璃套管的紫外灯外还套有TiO2网筒； 上述外筒与内筒之间的底板上放置若干层瓷球，若干层瓷球的总高度高于内筒下部条形孔的上边；所述中筒的上沿低于内筒上部条形孔的下边，中筒的下沿与瓷球之间留有间隙，位于中筒的下部、在中筒与内筒之间的环形空间内设置臭氧化气体分布器，外筒的上口法兰连接气液固分离器；所述气液固分离器，包括基体、外套筒、折流圆筒及分隔筒，分离器的基体是下部呈锥状的圆筒，基体的上沿高于内筒上部的条形孔的上边、低于内筒的上沿；上述基体外设置外套筒，外套筒与基体外壁间围成环状槽，外套筒的侧壁设置出水口，出水口低于基体的上沿；基体内固定与基体同心的折流圆筒，折流圆筒的上沿高于基体的上沿，折流圆筒的下沿低于基体的上沿；折流圆筒内同心固定分隔筒，分隔筒壁的下部向外弯折，分隔筒的下沿低于中筒的上沿，分隔筒的上沿低于基体的上沿、高于折流圆筒的下沿，分隔筒的下口直径大于折流圆筒的直径；装置内还装填有活性炭。该专利技术方案中污水处理效果不是很好，如果需要把处理效果提上去，就得加量，从而使成本增加，污水处理的代价太大。

进而出现了一种曝气生物处理方法，曝气生物滤池工艺在国内外已经广泛应用，工艺成熟，主要利用反应器内填料上所附着生长的微生物对废水中的污染物进行生物降解，填料及生物膜可以起到吸附阻留作用，以及沿水流方向形成食物链分级捕食作用，以及生物膜内部微环境和厌氧段的反硝化作用。曝气生物滤池与传统的活性污泥法相比，具有处理能力强、生物降解效果好、受气温影响小、耐冲击能力强、不需要二沉池等工艺优势，是目前水处理技术中最为经济有效的脱氮除磷工艺之一。发明名称为一种强化脱氮的A/A/O、脱氧曝气生物滤池的污水处理装置（公开号为CN102531298B）的中国发明专利，公开了一种强化脱氮的A/A/O、脱氧曝气生物滤池的污水处理装置，其特征在于：主要由污泥脱硝池、AAO脱氮除磷装置、沉淀池、脱氧曝气生物滤池组成，进水管分别连接到污泥脱硝池和AAO脱氮除磷装置的厌氧区，污泥脱硝池与AAO脱氮除磷装置的厌氧区连接，所述AAO脱氮除磷装置的好氧区与沉淀池连接，沉淀池底部与污泥脱硝池连接；所述沉淀池的污水出口连接到中间水池，中间水池通过高压泵与脱氧曝气生物滤池连接，所述脱氧曝气生物滤池连接到清水池，清水池上设有出水管；所述出水管通过硝化液回流泵与AAO脱氮除磷装置的缺氧区连接，且出水管还通过反冲洗泵和阀门与所述脱氧曝气生物滤池的底部配水区连接；所述脱氧曝气生物滤池的填料层设有二相分离器，二相分离器收集的乏气通过曝气管线和曝气器与AAO脱氮除磷装置的好氧区连接；所述脱氧曝气生物滤池中部还设有排水管；所述脱氧曝气生物滤池底部设置放空阀。该专利技术方案中对污水中的有机物不能很好地进行去除，从而达到很好地污水处理效果。

技术实现要素：

为了克服上述所述的不足，本发明的目的是提供一种结构简单、污水处理效果良好的水处理装置，还涉及一种水处理方法。

本发明解决其技术问题的技术方案是：

一种水处理装置，其中，包括依次连接的进水管、用于使污水中的颗粒状、非溶解性、悬浮的污染物进行沉淀处理的初沉池、用于破坏污水中高分子有机污染物结构的臭氧接触池、用于对污水进行生物降解处理的曝气生物滤池、用于使污水中的生物膜和颗粒物进行沉淀处理的沉砂池、出水管；所述进水管与所述初沉池之间设置第一检测控制器，所述第一检测控制器内设置有第一浓度检测件和第一流量控制件，所述初沉池与所述臭氧接触池之间设置第二检测控制器，所述第二检测控制器内设置有第二浓度检测件和第二流量控制件；所述曝气生物滤池的数量为至少一个，所述曝气生物滤池内设置有填料；所述沉砂池中盛有清水，所述沉砂池与所述出水管处设置有过滤网。

作为本发明的一种改进，所述臭氧接触池内设置有产生臭氧的臭氧发生单元、对臭氧的投加量进行控制的臭氧投加单元、对臭氧浓度进行检测的臭氧浓度检测单元、对从臭氧接触池内流出的残余臭氧进行处理的臭氧尾气破坏单元、对臭氧发生单元进行冷却处理的闭路循环冷却水单元，所述臭氧投加单元分别与臭氧发生单元、臭氧浓度检测单元连接，所述臭氧发生单元与闭路循环冷却水单元连接，所述臭氧投加单元包括依次连接的水射器、扩散器、增加水泵，所述臭氧发生单元包括臭氧发生器及供电原件，所述臭氧尾气破坏单元包括电加热器和存放有催化剂的催化剂箱，所述臭氧浓度检测单元包括相连接的流量计和臭氧浓度检测仪，所述闭路循环冷却水单元包括相连接的冷却水泵和热交换器。

作为本发明的进一步改进，所述曝气生物滤池内设置有曝气单元和反冲洗单元，所述曝气单元包括依次连接的风机、曝气管和空气扩散器，所述反冲洗单元包括反冲洗进水管、反冲洗排水管和反冲洗气管，所述填料为石英砂或无烟煤或合成塑料。

作为本发明的更进一步改进，所述初沉池设置有用于存放絮凝剂的药剂箱，所述初沉池设置有第一排污管，所述沉砂池设置有第二排污管。

一种水处理方法，包括如下步骤：

步骤一、污水从进水管流入，通过第一检测控制器进入初沉池内，根据第一检测控制器的检测结果，对污水中的颗粒状、非溶解性、悬浮的污染物进行沉淀处理；

步骤二、经过初沉池处理后，通过第二检测控制器进入臭氧接触池内，根据第二检测控制器的检测结果，通过臭氧催化氧化处理，破坏污水中高分子有机污染物结构；

步骤三、经过臭氧接触池处理后，进入曝气生物滤池内，对污水进行生物降解处理；

步骤四、经过曝气生物滤池处理后，进入沉砂池内，对污水中的生物膜和颗粒物进行沉淀处理；

步骤五、通过过滤网过滤，从出水管排出。

作为本发明的一种改进，在步骤一中，根据第一检测控制器的检测结果，并通过第一检测控制器控制污水注入初沉池内的注入量，药剂箱投入絮凝剂10~1000mg/L进入初沉池内。

作为本发明的进一步改进，在步骤二中，根据第二检测控制器的检测结果，臭氧发生单元产生臭氧，臭氧浓度检测单元对臭氧进行浓度检测，达到一定浓度，臭氧投加单元向臭氧接触池内投加2~100mg/L的臭氧，通过第二检测控制器的控制，使臭氧氧化时间在5~60min之间。

作为本发明的更进一步改进，在步骤三中，在曝气单元和反冲洗单元的作用下，填料对污水进行反硝化作用处理，作用时间在1~12h之间。

本发明先对污水中的颗料状、非溶解性、悬浮的污染物进行沉淀，再通过臭氧的氧化作用破坏污水中高分子有机物的结构，提高污水的可生化性，进而再通过曝气生物滤池的生物降解处理，在沉砂池中把脱落的生物膜及细不颗料物沉淀，再通过过滤网处理，从出水管中排出，结束污水处理，从而达到把污水转化为干净的水，保证生态环境和水资源的良性循环。

附图说明

为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明中的初沉池的结构框图；

图3为本发明的臭氧接触池的结构框图；

图4为本发明的曝气生物滤池的结构框图；

附图标记：1-进水管，2-初沉池，21-药剂箱，22-第一排污管，3-臭氧接触池，31-臭氧投加单元，32-臭氧破坏单元，33-臭氧发生单元，34-臭氧浓度检测单元，35-闭路循环冷却水单元，4-曝气生物滤池，41-曝气单元，42-反冲洗单元，43-填料，5-沉砂池，51-第二排污管，6-出水管，61-过滤网，7-第一检测控制器，71-第一浓度检测件，72-第一流量控制件，8-第二检测控制器，81-第二浓度检测件，82-第二流量控制件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、图2、图3和图4所示，本发明的一种水处理装置，包括依次连接的进水管1、用于使污水中的颗粒状、非溶解性、悬浮的污染物进行沉淀处理的初沉池2、用于破坏污水中高分子有机污染物结构的臭氧接触池3、用于对污水进行生物降解处理的曝气生物滤池4、用于使污水中的生物膜和颗粒物进行沉淀处理的沉砂池5、出水管6；进水管1与初沉池2之间设置第一检测控制器7，第一检测控制器7内设置有第一浓度检测件71和第一流量控制件72，初沉池2与臭氧接触池3之间设置第二检测控制器8，第二检测控制器8内设置有第二浓度检测件81和第二流量控制件82；曝气生物滤池4的数量为至少一个，曝气生物滤池4内设置有填料43；沉砂池5中盛有清水，沉砂池5与出水管6处设置有过滤网61。

为了使在臭氧接触池3更好地对污水进行臭氧氧化处理，把难以分解的高分子污染物进行转化，高分子有机物氧化分解成小分子有机物，提高废水的可生化性，臭氧接触池3内设置有产生臭氧的臭氧发生单元33、对臭氧的投加量进行控制的臭氧投加单元31、对臭氧浓度进行检测的臭氧浓度检测单元34、对从臭氧接触池3内流出的残余臭氧进行处理的臭氧尾气破坏单元32、对臭氧发生单元33进行冷却处理的闭路循环冷却水单元35，臭氧投加单元31分别与臭氧发生单元33、臭氧浓度检测单元34连接，臭氧发生单元33与闭路循环冷却水单元35连接，臭氧投加单元31包括依次连接的水射器、扩散器、增加水泵，该增加水泵增大压力，从而使水射器、扩散器把臭氧更好更大更快速地填充满臭氧接触池3，进而对可以更好地对污水进行氧化作用，接触氧化面积也更大，臭氧发生单元33包括臭氧发生器及供电原件，供电原件对臭氧发生器进行供电，使臭氧发生器产生大量的臭氧，臭氧浓度检测单元34包括相连接的流量计和臭氧浓度检测仪，流量计可以计算投入臭氧接触池3内的臭氧量，臭氧浓度检测仪对臭氧发生器产生的臭氧的进行浓度检测，臭氧浓度达到一定量时，臭氧投加单元31把臭氧投加入臭氧接触池3内，臭氧尾气破坏单元32包括电加热器和存放有催化剂的催化剂箱，电加热器通过催化剂箱内释放出的催化剂可以把残余臭氧的结构破坏，从而转化为氧气。闭路循环冷却水单元35包括相连接的冷却水泵和热交换器，冷却水泵和热交换器对臭氧发生器进行冷却，使臭氧发生器不至于过热。

本发明对污水再进行生物降解，曝气生物滤池4内设置有曝气单元41和反冲洗单元42，曝气单元41包括依次连接的风机、曝气管和空气扩散器，风机通过曝气管、空气扩散器，从而把空气吹入曝气生物滤池4内，使曝气生物滤池4内填料43中微生物生长，对污水中污染物进行生物降解，同时填料43及生物膜可以起到吸附阻留作用，生物膜内部微环境和厌氧段的反硝化作用，使污水得到更有效地生物降解。反冲洗单元42包括反冲洗进水管、反冲洗排水管和反冲洗气管，填料为石英砂或无烟煤或合成塑料，反冲洗单元42可以对填料43进行供养，从而使填料43中微生物生长，而且这反冲洗单元42可以节约用水量，降低运行成本，而且还能对污水起到稀释作用，有利于生物降解速度。

为了更好地控制初沉池2内沉降，初沉池2设置有用于存放絮凝剂的药剂箱21，絮凝剂可以为PAM、PAC、硫酸铁、氯化铁、硫酸铝、氯化铝中的一种或几种。可以根据第一检测控制器72的检测结果，控制药剂箱21的絮凝剂的投放量，从而节约絮凝剂，节约成本，也进而做到精准控制，初沉池2设置有第一排污管22，第一排污管22把积累的沉淀物排出去，清理干净初沉池2，更好地对污水进行处理，沉砂池5设置有第二排污管51，第二排污管51对沉砂池5内沉淀物进行清理，排出干净的水，从而达到把污水转化为干净的水。

本发明还提供了一种水处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、污水从进水管1流入，通过第一检测控制器7进入初沉池2内，根据第一检测控制器7的检测结果，对污水中的颗粒状、非溶解性、悬浮的污染物进行沉淀处理；

步骤二、经过初沉池2处理后，通过第二检测控制器8进入臭氧接触池3内，根据第二检测控制器8的检测结果，通过臭氧催化氧化处理，破坏污水中高分子有机污染物结构；

步骤三、经过臭氧接触池3处理后，进入曝气生物滤池4内，对污水进行生物降解处理；

步骤四、经过曝气生物滤池4处理后，进入沉砂池5内，对污水中的生物膜和颗粒物进行沉淀处理；

步骤五、通过过滤网61过滤，从出水管排出。

而且，在步骤一中，根据第一检测控制器7的检测结果，并通过第一检测控制器7控制污水注入初沉池2内的注入量，药剂箱21投入絮凝剂10~1000mg/L进入初沉池2内，把污水中的悬浮、颗料物得以沉淀，

在步骤二中，根据第二检测控制器81的检测结果，臭氧发生单元33产生臭氧，臭氧浓度检测单元34对臭氧进行浓度检测，达到一定浓度，臭氧投加单元向臭氧接触池内投加2~100mg/L的臭氧，通过第二检测控制器82的控制，使臭氧氧化时间在5~60min之间，把污水中高分子有机物氧化成小分子有机物，或者直接氧化成二氧化碳、氧气等无害物质，提高污水的可生化性。

在步骤三中，在曝气单元41和反冲洗单元42的作用下，填料43对污水进行反硝化作用处理，进而生物降解，作用时间在1~12h之间。

在步骤四中，沉砂池5内对脱落的生物膜及细小颗料物沉淀去除，保证出水水质。

本发明在臭氧高级氧化技术前设计了初沉池工艺，通过向初沉池中投加絮凝剂，提高污水中非溶解污染物质的聚集程度，使得污水中的非溶解污染物质得以沉淀分离，减轻后续的臭氧高级氧化工艺的负担，可以降低臭氧投加量，节约成本，提高臭氧氧化效果。

本发明采用的臭氧高级氧化技术具有较强的可行性，不需要投加其他药剂，运行管理简单等优点。

本发明采用的曝气生物滤池技术不仅具有生物氧化降解功能，还能起到空间滤池作用，同时，在生物膜内部的内环境和厌氧段具有反硝化作用，曝气生物滤池有很好的降解污染物，脱氮除磷效果，与传统的活性污泥法相比，具有占地面积小，工艺简单，不需要二沉池，抗冲击能力强，处理负荷高等优点。

本发明的曝气生物滤池采用气水联用的反冲洗技术，反冲洗效果显著，可以延长反冲洗周期，与单纯用水反冲洗技术相比，可以节省用水量约40%~50%，降低运行成本。

本发明所采用的臭氧高级氧化与曝气生物滤池联用的工艺所产生的污泥量少，能够实现污泥减量化处理。

本发明提供实施例1：

废水来源：某制药厂初步处理出水，水质较稳定，出现COD难以继续降解情况，COD在200~300mg/L之间。

臭氧高级氧化与一级曝气生物滤池联用处理该废水。

在初沉池2内投加PAM絮凝剂40~100mg/L，静置沉淀后，废水进入臭氧接触池3，臭氧投加量为4~6mg/L，臭氧接触时间为15min，剩余尾气由臭氧尾气破坏单元32进行处理，出水进入到一级曝气生物滤池4中，曝气生物滤池4选用粗糙多孔粒状填料，曝气生物滤池4的水力停留时间为3h。通过该工艺高级氧化与生物降解处理，出水COD达到80 mg/L以下。

本发明提供实施例2：

废水来源：某生活废水，水质波动较大，COD在250~400mg/L之间。

臭氧高级氧化与一级曝气生物滤池联用处理该废水。

在初沉池1内投加PAM絮凝剂60~150mg/L，静置沉淀后，废水进入臭氧接触池2，臭氧投加量为5~9mg/L，臭氧接触时间为20min，剩余尾气由臭氧尾气破坏单元32进行处理，出水进入到一级曝气生物滤池4中，曝气生物滤池4选用粗糙多孔粒状填料，曝气生物滤池C的水力停留时间为3.5h。通过该工艺高级氧化与生物降解处理，出水COD达到80 mg/L以下。

本发明提供实施例3：

废水来源：某皮革厂废水，水质波动较大，具有水质组成复杂，难生物降解等特点，COD在1800~4000mg/L之间。

臭氧高级氧化与二级曝气生物滤池联用处理该废水。

在初沉池1内投加PAM絮凝剂500~600mg/L，静置沉淀后，废水进入臭氧接触池2，臭氧投加量为40~50mg/L，臭氧接触时间为20min，剩余尾气由尾气破坏单元32进行处理，出水分别进入到一、二级曝气生物滤池4中，选用陶粒为填料，每一级曝气生物滤池C的水力停留时间为6~8h。通过该工艺高级氧化与生物降解处理，出水COD达到100 mg/L以下。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。