污水处理单元和污水处理系统的制作方法

本公开属于污水处理技术领域，尤其涉及一种污水处理单元和污水处理系统。

背景技术：

随着我国国民经济的快速发展，高浓度的有机废水对我国宝贵的水资源造成了威胁。废水中的难降解有机物是制约废水达标排放的关键因素之一。

高级氧化技术作为一种简便、高效、实用的化学过程，能够降解废水中的难降解有机污染物。臭氧催化氧化技术是多种高级氧化技术中的一种，因其具有安全且无二次污染的特点，而广受社会的认可。

目前，臭氧催化氧化技术在工程项目中的应用多是臭氧催化氧化塔、臭氧催化氧化池的形式，由于占地面积大、现场组装效率低等缺陷导致现有臭氧催化氧化系统的制造成本居高不下。

技术实现要素：

本公开的主要目的在于提供一种污水处理单元，方便在污水处理现场进行模块化组装，提高组装效率，进而降低污水处理系统的制造成本。

针对上述目的，本公开提供如下技术方案：

本公开提供一种污水处理单元，包括壳体、进水管以及反应床，所述壳体的内部形成有污水处理腔室；进水管设置在所述污水处理腔室中，将所述污水处理腔室分隔为位于进水管内部的进水区和位于所述进水管外侧的净化区，所述进水管的外周壁上设置有渗透孔；反应床填充在所述净化区内，且所述反应床由泡沫金属片卷曲缠绕在所述进水管的外周壁上构成，其中，在所述壳体的侧壁上设置有净水出水口，所述净水出水口位于所述净化区的上部。

如此设置，通过进水管套设在壳体的内腔中，且污水经过进水管的管壁上的渗透孔进入到反应床上并经催化氧化反应净化后，可以从净水出水口流出，该污水处理单元设置为模块化结构，其结构简单，便于现场组装，以提高组装效率，降低污水处理系统的制造成本。另一方面，可以根据需要将污水处理系统设置为上下并配设置的多层结构，每层中可以设置有多个污水处理单元，从而可以减少污水处理系统的占地面积，提高空间利用率，以进一步地降低污水处理系统的制造成本。进一步地，本公开中的反应床采用泡沫金属片卷曲缠绕在进水管的外周壁上构成，泡沫金属片强化泡沫网格切割汽水混合物，使之能够与泡沫金属或泡沫氧化物充分接触，可以极大的改善气液固三相的传质效率，提高臭氧催化氧化效果，同时也避免了颗粒状催化剂的摩擦而造成的催化剂磨损、活性组分流失等问题。

根据本公开一示例性实施例，所述壳体内还形成有集气区，所述集气区位于污水处理腔室上方，所述污水处理单元还包括隔离板，用于分隔所述集气区和所述净化区，所述集气区的顶部设置有尾气出气口，所述进水管的上端与所述集气区连通，所述进水管的下端通过污水进水口与污水源连通。如此设置，通过在污水处理腔室的上方设置集气区，并使进水管的上端与集气区连通，污水处理过程中形成的氧气将向上移动并汇集在该集气区内，并通过尾气出气口排出，以避免污水处理单元内的压力过大。

可选地，所述隔离板呈环状，所述进水管的上端固定在所述隔离板的内环边缘，所述进水管的下端固定在所述壳体的底壁上，所述污水进水口设在所述底壁上。如何设置，污水处理单元的布局更为合理，提高了污水处理单元的空间利用率。

进一步地，所述泡沫金属片的孔径为0.1-10mm，孔隙率为50％-98％，厚度为0.3-45mm、体积密度为0.1-0.8g/cm³。在这种模块化臭氧催化氧化反应床中，泡沫金属材料既可以作为臭氧催化剂也可以作为催化剂的载体材料即，通过在载体表面负责金属氧化物，形成臭氧催化剂。在臭氧催化氧化反应过程中，会产生汽水固三相的接触，因此需要泡沫金属既具有满足作为催化剂或催化剂载体的基本强度，又要具有较大的比表面积，当其孔径为0.1-10mm，孔隙率为50％-98％，厚度为0.3-45mm、体积密度为0.1-0.8g/cm³时，泡沫金属的强度和比表面积达到最佳，能够满足臭氧催化氧化反应的要求。

本公开另一示例性实施例，所述泡沫金属片由泡沫铜、泡沫铁、泡沫镍、泡沫钴、泡沫铝、泡沫合金中的至少一种经活化处理后焙烧制成。

具体地，所述活化处理是将待处理件在0.01～0.1mol/l的稀硝酸中浸泡处理1～24h后，再用清水洗涤至上清液ph为中性，并在60℃～90℃的烘箱中烘干。

可选地，所述泡沫金属片由泡沫铜在温度为300℃～400℃的环境下，焙烧2～3h制成；或者所述泡沫金属片由泡沫铁在温度为200℃～300℃的环境下，焙烧1.5-2.5h制成；或者所述泡沫金属片由泡沫镍在温度为300℃～400℃的环境下，焙烧2～3h制成；或者所述泡沫金属片由泡沫钴在温度为300℃～400℃的环境下，焙烧2～4h制成；或者所述泡沫金属片由泡沫铝在温度为250℃～350℃的环境下，焙烧2～3.5h制成；或者所述泡沫金属片由泡沫合金在温度为200℃～400℃的环境下，焙烧1.5-4h制成。

进一步地，所述泡沫金属片沿所述进水管的外周壁径向层叠设置5-20层。泡沫金属片的层数少于5层时，反应床30对污水中难降解有机物的去除率不足80％；而在泡沫金属片的层数介于5-20层的情况下，反应床30对污水中难降解有机物的去除率介于90％～93％之间；而在泡沫金属片的层数大于20层的情况下，反应床30对污水中难降解有机物的去除率维持在95％左右。相比较而言，综合其污水净化效率和制造成本，由5-20层的泡沫金属片构成的反应床30的性价比更高。

本公开的另一方面，提供一种污水处理系统，包括彼此并联或者串联的如上所述的多个污水处理单元。污水处理单元便于搬运和组装，以根据需要调整污水处理系统的污水处理速度和污水净化率，使得污水处理系统具有很好地灵活性。

进一步地，所述污水处理系统包括彼此并联或者串联的至少两组污水处理模块，每组所述污水处理模块包括单个污水处理单元，或者彼此并联设置的至少两个所述污水处理单元，所述污水处理系统还包括臭氧发生器、第一汽水混合器、废气处理装置以及储水池，所述臭氧发生器与所述第一汽水混合器的进气口连通，所述第一汽水混合器的进水口与污水源连通，所述第一汽水混合器的出水口与所述污水处理单元的污水进水口连通，所述废气处理装置与尾气出气口连通，所述储水池与所述净水出水口连通。在多个污水处理单元并联设置的情况下，可以提高污水处理系统在单位时间内的污水处理量；在多个污水处理单元串联的情况下，可以提高污水处理系统的净化效率。

具体地，多个所述污水处理模块串联的情况下，所述污水处理系统还包括臭氧检测仪、第二汽水混合器以及控制器，所述臭氧发生器包括第一出气口和第二出气口，所述臭氧检测仪设置在相串联的两组所述污水处理模块之间管路上，所述臭氧发生器的第一出气口与上一级所述污水处理模块的所述第一汽水混合器连通，所述第二汽水混合器的进水口与上一级的所述污水处理模块的出水口连通，所述第二汽水混合器的进气口与所述臭氧发生器的第二出气口连通，所述第二汽水混合器的出水口与下一级所述污水处理模块的进水口连通，所述控制器根据所述臭氧检测仪的检测信息控制所述第二汽水混合器的进气口的进气量。

本公开提供的污水处理单元和污水处理系统至少具有如下有益效果：本公开提供的污水处理单元，是将泡沫金属片卷曲缠绕在进水管的外周壁上，以形成为反应床，污水经过进水管的管壁上的渗透孔进入到反应床上并经催化氧化反应净化后，可以从净水出水口流出，该污水处理单元设置为模块化结构，其结构简单，便于现场组装，以提高组装效率，降低污水处理系统的制造成本。另一方面，可以根据需要将污水处理系统设置为上下并配设置的多层结构，每层中可以设置有多个污水处理单元，从而可以减少污水处理系统的占地面积，提高空间利用率，以进一步地降低污水处理系统的制造成本。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本公开的上述和/或其它目的和优点将会变得更加清楚，其中：

图1为本公开一示例性实施例提供的污水处理单元的结构示意图。

图2为本公开一示例性实施例提供的污水处理系统的结构示意图。

图3为本公开另一示例性实施例提供的污水处理系统的结构示意图。

附图标记说明：

1、污水处理单元；2、污水源；

3、臭氧发生器；4、第一汽水混合器；

5、废气处理装置；6、储水池；

7、第二汽水混合器；10、壳体；

20、进水管；30、反应床；

40、隔离板；110、污水进水口；

120、净水出水口；130、尾气出气口；

140、集气区；150、净化区；

160、进水区；210、渗透孔。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，不应被理解为本公开的实施形态限于在此阐述的实施方式。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

参照图1，本公开提供一种污水处理单元，该污水处理单元可以包括壳体10、进水管20以及反应床30，壳体10的内部形成有污水处理腔室；进水管20设置在污水处理腔室中，将污水处理腔室分隔为位于进水管20内部的进水区160和位于进水管20外侧的净化区150，进水管20的外周壁上设置有渗透孔210，通过该渗透孔210可以将进水区160和净化区150连通。反应床30可以填充在净化区150内，且反应床30可由泡沫金属片卷曲缠绕在进水管20的外周壁上构成，其中，在壳体10的侧壁上设置有净水出水口120，净水出水口120位于净化区150的上部。

如此设置，通过进水管20套设在壳体10的内腔中，且污水经过进水管20的管壁上的渗透孔210进入到反应床30上并经催化氧化反应净化后，可以从净水出水口120流出，该污水处理单元1设置为模块化结构，其结构简单，便于现场组装，以提高组装效率，降低污水处理系统的制造成本。另一方面，可以根据需要将污水处理系统设置为上下并排设置的多层结构，每层结构中可以设置有并联设置的多个污水处理单元1，从而可以减少污水处理系统的占地面积，提高空间利用率，以进一步地降低污水处理系统的制造成本。进一步地，本公开中的反应床30采用泡沫金属片卷曲缠绕在进水管20的外周壁上构成，泡沫金属片强化泡沫网格切割汽水混合物，使之能够与泡沫金属或泡沫氧化物充分接触，可以极大的改善气液固三相的传质效率，提高臭氧催化氧化效果，同时也避免了颗粒状催化剂的摩擦而造成的催化剂磨损、活性组分流失等问题。

本公开中的进水管20内侧的压力大于进水管20外侧的压力，以使污水从污水进水口110进入到进水管20并经渗透孔210从进水管20排出，即内压式进水方式。

为了维持污水处理单元1的正常运行，防止内侧的压力过大而影响污水的进入，壳体10内还可以形成有集气区140，在污水中混入的未参与净化反应的臭氧可以在该集气区140内汇集并排出。具体地，集气区140位于污水处理腔室的上方，污水处理单元1还可以包括隔离板40，该隔离板40将集气区140和净化区150分隔开，尾气出气口130可以布置在集气区140的顶部，进水管20的上端可以与集气区140连通，以使污水中混入的部分臭氧可以经进水管20的上端汇集到集气区140内，进水管20的下端可以通过污水进水口110与污水源2连通。

本实施例中，污水进水口110可以布置在壳体10的底壁上，尾气出气口130可以布置在壳体10的顶壁上，净水出水口120布置在壳体10的侧壁上，且位于在隔离板40的下方。可选地，可以靠近隔离板40设置。

可选地，壳体10可以设置成空心圆柱体，进水管20可以与壳体10同轴设置，如此设置，壳体10的外周壁与进水管20的外周壁之间的距离可以相同，也就可以在进水管20的各个部位的外周壁上设置相同层数的泡沫金属片，也就使位于进水管20外周的不同部位的反应床30具有大致相同的污水处理能力。

进一步地，隔离板40可以呈圆环状，进水管20的上端可以固定在隔离板40的内环边缘，进水管20的下端可以固定在壳体10的底壁上，污水进水口110设在底壁上。

本公开中提供的污水处理单元1可以包括具有内部腔体的壳体10、设置在壳体10内的进水管20以及隔离板40，其中，壳体10可以为圆筒形，隔离板40可以呈圆环形并垂直于该壳体10中心轴线设置，隔离板40的外环边缘可以固定在壳体10的内侧壁上，进水管20的顶端可以固定在隔离板40的内环边缘，进水管20的底端可以固定在壳体10的底壁上。通过隔离板40和进水管20将壳体10的内腔分割为位于隔离板40上方的集气区140，位于隔离板40下方且位于进水管20内腔的进水区160和位于进水管20外侧的净化区150。本实施例中，进水管20与隔离板40和壳体10的连接处为密封连接，隔离板40与壳体10的连接处为密封连接。

进一步地，进水管20的管壁上的渗透孔210可以布置有多个，多个渗透孔210可以均匀布置，但不以此为限。可选地，壳体10和进水管20可以采用聚氯乙烯制成，或者可以采用玻璃制成，或者可以采用不锈钢制成。作为示例，进水管20可以采用316l不锈钢，或者304不锈钢制成。

可选地，泡沫金属片可以沿进水管20的外周壁径向层叠设置5-20层，泡沫金属片的层数少于5层时，反应床30对污水中难降解有机物的去除率不足80％；而在泡沫金属片的层数介于5-20层的情况下，反应床30对污水中难降解有机物的去除率介于90％～93％之间，该去除率有个显著的提升；而在泡沫金属片的层数大于20层的情况下，反应床30对污水中难降解有机物的去除率维持在95％左右，相比较而言，综合其污水净化效率和制造成本，由5-20层的泡沫金属片构成的反应床30的性价比更高。可选地，泡沫金属片可以设置10层，或者15层、20层。泡沫金属片可以设置为：其孔径为0.1-10mm，孔隙率为50％-98％，厚度为0.3-45mm、体积密度为0.1-0.8g/cm³。

在这种模块化臭氧催化氧化反应床中，泡沫金属材料既可以作为臭氧催化剂也可以作为催化剂的载体材料(通过在载体表面负责金属氧化物，形成臭氧催化剂)。在臭氧催化氧化反应过程中，会产生汽水固三相的接触，因此需要泡沫金属既具有满足作为催化剂或催化剂载体的基本强度，又要具有较大的比表面积，当其孔径为0.1-10mm，孔隙率为50％-98％，厚度为0.3-45mm、体积密度为0.1-0.8g/cm³时，泡沫金属的强度和比表面积达到最佳，能够满足臭氧催化氧化反应的要求。

作为示例，泡沫金属片可以由泡沫铜、泡沫铁、泡沫镍、泡沫钴、泡沫铝、泡沫合金中的至少一种经活化处理后焙烧制成，其透气性好，且性能稳定。活化处理是将待处理件在0.01～0.1mol/l的稀硝酸中浸泡处理1～24h后，再用清水洗涤至上清液ph为中性，并在60℃～90℃的烘箱中烘干待用。

泡沫金属片在污水处理过程中可以用作催化剂，泡沫金属片可以由泡沫铜在温度为300℃～400℃的环境下，焙烧2～3h制成。或者泡沫金属片可以由泡沫铁在温度为200℃～300℃的环境下，焙烧1.5-2.5h制成。或者泡沫金属片可以由泡沫镍在温度为300℃～400℃的环境下，焙烧2～3h制成。或者泡沫金属片可以由泡沫钴在温度为300℃～400℃的环境下，焙烧2～4h制成。或者泡沫金属片可以由泡沫铝在温度为250℃～350℃的环境下，焙烧2～3.5h制成。或者泡沫金属片可以由泡沫合金在温度为200℃～400℃的环境下，焙烧1.5-4h制成。

本公开提供一种污水处理系统，该污水处理系统可以包括污水处理单元1和汽水混合器，汽水混合器的出水口可与污水处理单元1的污水进水口110连通。汽水混合器的进气口可以与臭氧发生器3连通，汽水混合器的进水口可以与污水源2连通，从而使污水和臭氧可以在汽水混合器中充分混合后再进入到污水处理单元1中。本公开中，同一个汽水混合器可以与多个污水处理单元1连通，以降低污水处理系统的制造成本。

本公开中，将汽水混合器设置在污水处理单元1的外部，提高了污水与臭氧的混合效率。

参照图2，本公开提供一种污水处理系统，包括彼此并联的至少两组污水处理模块，每组污水处理模块包括单个污水处理单元1，或者彼此并联设置的至少两个污水处理单元1，污水处理单元为如上所述的污水处理单元。在每组污水处理模块包括单个污水处理单元1的情况下，污水处理系统为至少两个污水处理单元1并联设置。

为方便描述，本实施例中，以污水处理系统包括彼此并联的两组污水处理模块，且每组污水处理模块中包括3个彼此并联的3个污水处理单元1为例进行描述。

具体地，污水处理系统可以包括臭氧发生器3、第一汽水混合器4、废气处理装置5、储水池6以及两组并联设置的污水处理模块，如图2中，可以定义位于上方的污水处理模块为上处理模块，位于下方的污水处理模块为下处理模块。

第一汽水混合器4的进水口可与污水源2连通，第一汽水混合器4的进气口可与臭氧发生器3的出气口连通，第一汽水混合器4的出水口可与污水处理模块的进水口连通，污水源2中的污水和臭氧发生器3中的臭氧分别进入到第一汽水混合器4中，并在其内进行充分混合形成汽水混合物后再从第一汽水混合器4的出水口流出。

汽水混合物在每个污水处理单元1中参与氧化催化净化后，净化后的液体可以经过净水出水口120流出，并进入到储水池6内汇集。污水处理单元1的集气区140中的尾气可以经尾气出气口130进入到废气处理装置5中处理，防止臭氧进入到大气中造成空气污染。本实施例中，第一汽水混合器4可以同时与两组污水处理模块的进水口连通，即同一个第一汽水混合器4同时连接有多个污水处理单元1，以降低污水处理系统的制造成本。

参照图3，本公开提供一种污水处理系统，包括彼此串联的至少两组污水处理模块，每组污水处理模块包括单个污水处理单元1，或者彼此并联设置的至少两个污水处理单元1，污水处理单元为如上所述的污水处理单元。如图3中，可以定义位于上方的污水处理模块为上处理模块，位于下方的污水处理模块为下处理模块。

在每组污水处理模块包括单个污水处理单元1的情况下，污水处理系统包括至少两个污水处理单元1串联设置。

为方便描述，本实施例中，以污水处理系统包括彼此串联的两组污水处理模块，且每组污水处理模块中包括3个彼此并联的3个污水处理单元1为例进行描述。

污水处理系统包括臭氧发生器3、第一汽水混合器4、废气处理装置5、储水池6、两组串联设置的污水处理模块以及第二汽水混合器7，臭氧发生器3可以具有两个出气口，即第一出气口和第二出气口，第一汽水混合器4的进水口与污水源2连通，第一汽水混合器4的进气口与臭氧发生器3的第一出气口连通，进入到第一汽水混合器4中的污水和臭氧充分混合后形成汽水混合物后从第一汽水混合器4的出水口流出。

第二汽水混合器7的进水口可以与下处理模块的出水口连通，第二汽水混合器7的进气口可与臭氧发生器3的第二出气口连通，进入到第二汽水混合器7中的液体和臭氧可以再次混合并进入到上处理模块中参与氧化催化净化后，净化后的液体可以经过上处理模块的净水出水口120流出，并进入到储水池6内汇集。

上处理模块和下处理模块中的污水处理单元1的尾气出气口130均与废气处理装置5连通，以使集气区140中的尾气可以经尾气出气口130进入到废气处理装置5中处理，防止臭氧进入到大气中造成空气污染。

本实施例中，污水处理装置还包括臭氧检测仪、第二汽水混合器7以及控制器，臭氧检测仪设置在相串联的两组污水处理模块之间管路上，第二汽水混合器7的进水口与上一级的污水处理单元(即下处理模块)的出水口连通，第二汽水混合器7的进气口与臭氧发生器3连通，第二汽水混合器7的出水口与下一级污水处理模块(即上处理模块)的进水口连通，控制器根据臭氧检测仪的检测信息控制第二汽水混合器7的进气口的进气量。

上处理模块的出气口和下处理模块的出气口可以分别与废气处理装置5连通，以防止臭氧进入到大气中造成空气污染。

污水处理单元1中的汽水混合物的臭氧浓度为a1，当下处理模块的出水口流出的液体中的臭氧浓度较高为a2时，控制器根据a2控制臭氧发生器3的第二出气口的臭氧进气量，以使第二汽水混合器7中的臭氧浓度为a1。本实施例中，同一臭氧发生器3可以同时与第二汽水混合器7和第一汽水混合器4连通，以根据需要分别为不同的汽水混合器提供不同量的臭氧。

本公开采用内置多层泡沫金属或泡沫金属氧化物作为臭氧催化剂，可以催化臭氧产生羟基自由基，通过羟基自由基和臭氧共同对污水中的难降解有机物进行氧化和去除，从而对污水进行净化。内置多层泡沫金属或泡沫金属氧化物作为臭氧催化剂，可以强化臭氧催化氧化反应效率，避免常规颗粒状催化剂之间的磨损，活性组分溶出等问题。采用泡沫金属或泡沫金属氧化作为臭氧催化剂，通过缠绕的方式装填在污水处理单元中，泡沫形式的催化剂对汽水混合物有较大切割作用，同时采用内压式的进水方式，强化了泡沫形式催化剂的切割作用，提高了气液固三相之间的传质效率，从而强化了臭氧催化氧化反应过程，提高臭氧氧化效率。

实施例一

污水处理单元中的泡沫金属片选用的泡沫金属镍制成，且泡沫金属片的孔径为0.5mm、厚度为20mm，在进水管20上缠绕层数为10层，外壳及中心管材质为pvc，将3支污水处理单元1并联使用，停留时间1h。

本实施例中的废水来源为某石化项目的反渗透浓水，进水化学需氧量(cod)为187mg/l，色度为180倍，浊度为0.50ntu，处理后的出水cod为22mg/l，色度为4倍，浊度为0.25ntu，cod去除率为88.2％，色度去除率为97.8％，浊度去除率为50％。

实施例2：

污水处理单元中的泡沫金属片选用的泡沫金属铁制成，且泡沫金属片的孔径为0.2mm、厚度为30mm，在0.02mol/l的稀硝酸中浸泡处理8h，用清水洗涤至中性后在90℃烘箱中烘干备用。在200℃的马弗炉中焙烧2h备用，在进水管20上缠绕15层泡沫金属片，壳体10及进水管20材质为316l不锈钢，将3支污水处理单元并联使用，停留时间1h。

本实施例中的废水来源为某印染废水，进水化学需氧量(cod)为215mg/l，色度为400倍，浊度为0.55ntu，处理后的出水cod为21mg/l，色度为4倍，浊度为0.20ntu，cod去除率为90.2％，色度去除率为99.0％，浊度去除率为63.6％。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

本公开所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在上面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。