本发明涉及市政废水及工业综合废水处理领域，具体涉及使用纳米平板陶瓷膜、多孔蜂窝陶瓷填料和流动体来综合处理污水的方法和装置。
背景技术：
现在中国水污染越来越严重,而市政废水是废水水量最大的一项，工业综合废水则水质比较复杂，污染物浓度高的特点。目前，废水中处理采用的膜处理技术都是采用有机材质的膜和填料，而有机材料膜的使用膜通量较小、寿命比较短、而且易堵塞、反冲洗效果差、耐高压性能差、耐腐蚀性差、有机溶剂受耐性差、对进水石油类指标要求比较高，由于有机膜本身存在这些缺点造成污水处理设备的造价高、使用效率低、使用寿命短；另外，目前此类污水处理设备为生物菌落的载体在污水处理中有非常重要的作用，其填料的生物着床有效面积是最主要的技术指标，而传统的有机填料的生物着床面积有限，降低了整个污水处理设备的处理效率；最后，普通生物反应器只在好氧区域放置过滤膜元件容易在膜面上形成污泥层堵塞膜元件降低过滤效果。
技术实现要素：
针对上述现有技术中污水处理方法所存在的问题，本发明提供了一种使用纳米平板陶瓷膜、多孔蜂窝陶瓷填料和流动体来综合处理污水的工艺方法。
本发明所述用无机膜、填料和流动体来综合处理污水的方法是：用设有导流孔的隔板将处理滤池分为彼此相通的厌氧区、兼氧区、好氧区和辅助区，所述辅助区内设有自动控制系统、产水系统、曝气系统和加药装置，将多孔蜂窝填料置于厌氧区和兼氧区内作为生物菌落的载体，将纳米平板陶瓷膜组件置于好氧区内，通过自动控制系统和产水系统配合调整和控制厌氧区、兼氧区、好氧区的溶解氧浓度分别为：厌氧区溶解氧浓度小于0.2mg/l，兼氧区溶解氧浓度小于0.5mg/l，好氧区溶解氧浓度为0.5～2mg/l，在好氧区内投入好氧区有效容积1-30%的泡沫海绵体或泡沫陶瓷体，所述泡沫海绵体或泡沫陶瓷体的比重为0.95-1.3mg/mm3,所述泡沫海绵体或泡沫陶瓷体为莫姓氏硬度为0.1-7的多面体，所述泡沫海绵体或泡沫陶瓷体在曝气系统产生的气泡和被气泡搅动的水流作用下，随水流在好氧区内作无规则运动，从而碰刷和清洗平板陶瓷膜上污垢。
本发明所述方法利用一套污水处理系统来进行，所述污水处理系统包括生物反应器、进水装置、产水装置、药剂清洗装置、曝气装置、反冲洗装置和自动控制装置，所述生物反应器包括用设有导流孔的隔板所形成厌氧区域、兼氧区域和好氧区域，所述曝气装置上的曝气管依次伸入到好氧区、兼氧区域和厌氧区内域，所述厌氧区域和兼氧区域设置有多孔陶瓷填料，所述好氧区域设置有平板陶瓷膜组件和有机泡沫海绵体，所述多孔陶瓷填料为蜂窝陶瓷填料，
本发明在生物反应器的好氧区内投入有机泡沫海绵体，所述有机泡沫海绵体具有面积大；硬度适中；密度接近于1.0的特性。已成为生活污水、工业废水乃至极端环境废水处理中不可或缺的处理技术。
本发明平板陶瓷膜有以下几个特点：膜通量大、耐腐蚀性强、使用寿命长、亲水疏油特点、耐压强度大、反洗效果好的特点；第二使用蜂窝陶瓷填料作为生物菌落的载体，其蜂窝陶瓷填料有生物着床面积大、吸附性好、使用寿命长的特点；第三是在生物反应器的好氧区域内投入好氧区域有效容积的1-70%有机泡沫海绵体，使得悬浮在水体中的生物菌群有载体着床繁殖，更有利于污水中有机物质的降解；而且有机泡沫海绵体能随气泡和水流做无规则运动摩擦清洗平板陶瓷膜上污垢，减少膜污染的速度、延长反洗和药洗时间、保证平板陶瓷膜的通量。
附图说明
图1是发明所用处理系统的剖视结构示意图。
在图中，1、进水泵2、进水管3、蜂窝陶瓷填料4、隔板5、导流孔6、液面7、有机泡沫海绵体8、平板陶瓷膜组件9、出水管10、药剂清洗装置11、产水装置12、反冲洗装置13、曝气装置14、自动控制装置15、曝气孔16、曝气管17、厌氧区域18、兼氧区域19、好氧区域。
具体实施方式
所述用无机膜、填料和流动体来处理污水的工艺方法是：
在图1中，所述污水处理系统包括生物反应器、进水装置、产水装置11、药剂清洗装置10、曝气装置13、反冲洗装置12和自动控制装置14，所述进水装置包括进水泵1和一端与生物反应器相边的进水管2，产水装置包括抽水泵、以及一端与抽水泵相连、另一端与平板陶瓷膜组件相连的出水管9，药剂清洗装置包括药剂清洗泵，曝气装置包括伸入到厌氧区、兼氧区和好氧区内的曝气管16和间隔设置在曝气管的曝气孔15，反冲洗装置包括反冲洗泵，所述自动控制装置分别与产水装置、药剂清洗装置、曝气装置、反冲洗装置相连，所述生物反应器包括用设有导流孔5的隔板4所形成厌氧区域17、兼氧区域18和好氧区域19，所述厌氧区域和兼氧区域设置有蜂窝陶瓷填料3（也可是蜂窝泡沫陶瓷或其它多孔陶瓷填料），所述好氧区域设置有平板陶瓷膜组件8和有机泡沫海绵体7，所述有机泡沫海绵体投入量为好氧区域流动体容积的1-30%，有机泡沫海绵体为不溶于水的泡沫多面体，且其莫氏硬度为0.1～2.5。
上述蜂窝陶瓷填料置于生物反应器的厌氧和兼氧区域内，作为生物菌落的载体，与曝气装置共同作用使得污水能更好的被生物菌群消化吸收转化。
上述纳米平板陶瓷膜系统置于生物反应器好氧区域内，由自动控制系统与产水系统配合工作保证生化污泥分离及产水量、由自动控制系统与反冲洗系统以及球刷工艺配合工作保证纳米平板陶瓷膜能恢复其膜通量及与药剂清洗系统配合工作定期清洗膜片保证膜通量恢复。
上述多孔蜂窝陶瓷填料置于生物反应器的厌氧和兼氧区域内，作为生物菌落的载体，与曝气系统共同作用使得污水能更好的被生物菌群消化吸收转化。
上述泡沫海绵或泡沫陶瓷多面体放置于好氧区域内，投入总体积占好氧区域有效容积的1—30%；其外型为正方体、多面体或球形，其中每个海绵体尺寸大小为纳米平板陶瓷膜组件中膜片间距离的50%-110%；其材料可以是有机材质或无机陶瓷等材质组成，能悬于水中，工作原理是在曝气系统产生的气泡和被气泡搅动的水流作用下随水流做无规则运动，目的是碰刷和清洗纳米平板陶瓷膜上污垢，大大减缓膜污染，延长反洗和药洗的时间，减少反洗和药洗的次数，保证纳米平板陶瓷膜的通量，提高纳米平板陶瓷膜组件产水率。
上述泡沫海绵或泡沫陶瓷多面体可以是无机化学材质组成，其主要原材料：sio2:50%-85%,al2o3:10%-30%,fe2o3:0%-3%,tio2:0%-3%,cao:0%-10%,mgo:0%-10%,k2o:0%-5%,na2o:0%-5%,sic:0%-3%,naoh:2%-35%,li2o:0%-1%.根据不同的水质情况进行合理的搭配，以期达到最好的效果。无机泡沫陶瓷多面体在成型前，料的粒度要控制在方孔余筛小于2%以下。
上述无机泡沫陶瓷多面体制备工艺：①配料→混料→制备多面体（压制/塑压/浇注/注浆）→干燥→烧成。②配料→混料→喷雾干燥→陈腐均料→压制成型→干燥→烧成。③配料→混料→压制（干压/半干压）→破碎造粒→分级分选→烧成。
上述无机泡沫多孔小球造孔采用发泡剂造孔，当胚体烧成时，产生一定的液相后发泡剂产生时挥发性气体膨胀从而形成孔洞，发泡剂为caco3、caso4、mgco3、mgsso4、sic、白云石、石灰石、抛光砂废渣、发泡剂细度方孔余筛小于0.2%。
上述无机泡沫陶瓷多面体也可采用造孔剂造孔，在烧成时挥发掉留下空洞，造孔剂为淀粉，木屑，碳粉，果壳粉，稻壳粉等，有机造孔剂的粒度控制在0.2-40um。
上述无机泡沫陶瓷多面体的烧成和一般陶瓷烧成比较，在700—1050摄氏度升温慢些，主最高烧成温度时保温时间较长，2-12小时之间，属于低火花保温烧成，以使发泡更均匀。装烧可用棚板围烧，也可用砸钵装着烧成。
上述泡沫海绵或泡沫陶瓷多面体也可以是有机材料组成，主要原料是：木纤维素纤维、发泡塑料聚合物、pvc、pp、pe、pu、树脂、聚脂海绵、聚醚海绵或天然海绵等有机材料制成。
上述有机泡沫海绵体主要有物理发泡发、化学发泡发及物理化学相结合发泡法三种方法。其物理制配工艺为：配料→混料→压制/塑压/浇注/注浆→切割→成型。其化学制配工艺为：将发泡树脂、发泡助剂和粘合剂树脂(使成品具有粘合性)混合在一起，使得三种材料发生反应，产生气泡形成孔洞，降温后形成海绵体，再进行切割成型。其物理化学相结合发泡法是由配料后让原料之间起化学反应，再压制/塑压/浇注/注浆等物理工艺制作有机海绵体，成型后再切割成型。
上述有机泡沫海绵体的表面孔径控制在0.1-2mm，保证其表面粗糙不平整，能更好的碰擦平板陶瓷膜表面。
上述泡沫海绵或泡沫陶瓷多面体物理比重在0.6-1.5之间，保证有机海绵可以悬浮在污水中，不上浮也不下沉。
上述泡沫海绵多面颗粒直径大小在3-20mm之间，保证其能在膜片中自由运动，不卡在膜片之间。
上述曝气系统由动力系统和自动控制系统进行控制，调整生物反应器中不同区域内的溶解氧，使得在厌氧区域溶解氧小于0.2mg/l，兼氧区域溶解氧小于0.5mg/l之间，在好氧区域0.5-2.0mg/l，并且在纳米平板陶瓷膜底部进行曝气，利用曝气对纳米平板陶瓷膜进行气泡清洗。
上述内循环系统是由曝气系统提供动力，与内隔板之间的空洞共同作用，利用气泡从下到上升起带动水体流向，形成内循环效应，从而使得污水在好氧、兼氧及厌氧中不断循环，保证污水多次在好氧中硝化、在厌氧中被反硝化，从而降低污水中氨氮。
上述进水系统也由自动控制系统根据生物反应器中的液位高低和纳米平板陶瓷膜的产水量大小调整进水量的大小。
上述药剂清洗系统主要利用药剂溶液对纳米平板陶瓷膜片进行清洗，消灭附着在膜表面的微生物，氧化还原粘结在纳米平板陶瓷膜表面的胶体物质，以恢复纳米平板陶瓷膜的通量。
所述厌氧、兼氧、好氧分区域的纳米平板陶瓷膜及多孔蜂窝陶瓷填料处理系统，其主要特征在于包括生物反应器（厌氧、兼氧区域内放置多孔蜂窝陶瓷填料；好氧区域内放置泡沫海绵或泡沫陶瓷多面体）见附图1、纳米平板陶瓷膜系统（置于生物反应器好氧区域内）、产水系统、曝气系统，反冲洗系统，药剂清洗系统、进水系统、自动控制系统。
所述生物反应器，是在厌氧区域与兼氧区域、兼氧区域与好氧区域之间放置隔板，并且在隔板液面位置和底部曝气管高度开设两层导流孔或多层导流孔，利用好氧区域曝气强度大于兼氧区域，兼氧区域曝气强度大于厌氧区域的特点，使得生物反应器内溶液可以形成内循环，从而进行多次的硝化与反硝化，更好的降解污水中的氨氮污染因子。
所述生物反应器，其主要特征是在其反应器中的厌氧及兼氧区域内放置多孔蜂窝陶瓷填料，利用多孔蜂窝陶瓷填料为生物载体与曝气系统共同作用消化降解污水中的有机物。
所述纳米平板陶瓷膜系统置于生物反应器好氧区域内，其主要特征为所述产水系统与所述纳米平板陶瓷膜系统对接用于生化污泥分离及抽出平板膜系统中的清水。
所述平板膜系统与所述反冲洗系统连接，其主要特征为用于对纳米平板陶瓷膜反冲清洗保证纳米平板陶瓷膜不堵塞。
所述药剂清洗系统与纳米平板陶瓷膜系统对接，为保证药剂能进入纳米平板陶瓷膜系统中，对纳米平板陶瓷膜进行药剂浸泡，保证纳米平板陶瓷膜能恢复其膜通量。同时根据反冲洗管道系统容积配置药剂，保证没有多余的反洗药剂进入好氧区域内破坏好氧生物菌群。上述药剂清洗系统主要药剂0.5%为次氯酸钠溶液进行清洗，每平米的用量为2l，浸泡时间为4-6小时。
所述曝气系统由自动控制系统控制，能分区域保证生物反应器中不同区域内的溶解氧含量，在其厌氧区域溶解氧小于0.2mg/l，兼氧区域溶解氧小于0.5mg/l，在好氧区域0.5-2.0mg/l，且在纳米平板陶瓷膜底部进行曝气，利用曝气对纳米平板陶瓷膜进行气泡清洗。
多孔蜂窝陶瓷填料的主要特征是多孔泡沫陶瓷、多孔蜂窝陶瓷，其体积（或界面积）通孔率可在30—80%之间调整，宏观孔径（孔宽）在0.1—10mm之间调整，其泡沫陶瓷和多孔蜂窝陶瓷实体的支撑筋部也为多孔体，其支撑筋的性能指标为：吸水率10—65%，显气孔率为18—70%，抗压强度大于2mpa，支撑筋内部及表面孔径在0.1—30um之间可调，从而极大地提高生物菌群着床面积。
所述的泡沫海绵或泡沫陶瓷多面体的主要特征可以是有机材质的泡沫海绵多面体，也可以使用无机材料，其制造工艺是独立研究专业制造泡沫海绵或泡沫陶瓷多面体的，其形状可以是球型、四面体等多面体，最好是多菱角体，其洗膜再生能力强，有机泡沫多面体其比重在0.95—1.30之间。
所述的泡沫海绵或泡沫陶瓷多面体的主要特征是不溶于水的泡沫多面体，其材质可以是有机材质也可以是无机陶瓷等材质，其莫氏硬度控制在0.1—7.0之间，有机泡沫多面体硬度在1.0—3.5之间为佳，无机泡沫多面体硬度在3.5—6.5之间为佳。软硬适度，既能有效清洗膜表面污垢，又不刮伤膜表面。