一种超级纳米气泡循环臭氧污水处理装置的制作方法

本实用新型属于污水处理技术领域，特别涉及一种超级纳米气泡循环臭氧污水处理装置。

背景技术：

在现有的污水处理工艺技术中，厌氧膜床是一种高效的污水厌氧处理工艺，其具有启动快，污泥不易流失，可以选用不同材质的填料等优点。曝气生物滤池亦是一种高效的污水好氧处理工艺，曝气生物滤池最大的优点是集生物氧化和截留悬浮固体功能于一体，节省了二沉池。其缺点在于，厌氧处理工艺中污水处理反应时间较长同时需要大面积的处理池，导致采用该处理工艺的污水池的系统占地面积达处理能力却较低的问题出现；而好氧处理工艺的缺点则在于对进水的悬浮物浓度ss要求较高，水头损失较大，需要定期反冲洗的缺点。此外，这两种工艺中污水cod水平容易发生较大的波动，使污水处理的过程和结果变得不可控。

而纵观现阶段在使用中的各种污水处理系统，大多都是采用厌氧好氧二级生化工艺。显而易见，采用这种工艺的污水处理系统同时具备厌氧处理工艺和好氧处理工艺的缺点。即建筑占地面积大，处理能力较低，且对污水的预处理要求偏高的情况下，需要对污水加入各种药剂调整，不仅延长了处理周期，增加了运行成本，更加增加了污泥的产生量。

因此，如何在采用这两种工艺的同时克服其缺点，怎样提高系统的处理效率，降低运行成本，节约建筑占地面积，使污水处理过程变得更稳定更可控成为一个行业内普遍需要解决的技术难题。

另外，现有技术的污水处理工艺中，还有纳米气泡以及臭氧水的运用。行业内众所周知的是，纳米气泡的爆裂可以打破油污等有机物的分子化学键，实现降解的效果。且气泡越小效果越显著。此外，纳米气泡还对去除污水中的胶体方面有显著效果。臭氧作为一种拥有强氧化性的物质，臭氧通过高级氧化反应可以有效的降解污水中的有机物。

然而，由于技术的限制，直径更小的纳米气泡发生难度大；臭氧气体难以直接用于污水处理，臭氧水又难以制备且有效时间短(水中臭氧浓度为6.25*10^-3mg/l，其半衰期为5～30分钟)。导致这两种方法在污水处理领域难以大范围应用。

如何更好的运用这两种技术于污水处理中，发挥其特点并对现有的污水处理工艺和系统进行创新，成为领域内普遍关注的焦点。

技术实现要素：

为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种超级纳米气泡循环臭氧污水处理装置；该装置旨在对污水溶液进行高效降解以提高污水处理的工作效率，充分发挥超级纳米气泡技术与臭氧强氧化性的优点。

本实用新型目的通过以下技术方案实现：

一种超级纳米气泡循环臭氧污水处理装置，该装置包括臭氧反应釜、臭氧发生头、超级纳米气泡发生器、过滤装置和废渣收集器；超级纳米气泡发生器和过滤装置位于臭氧反应釜腔内底部，超级纳米气泡发生器顶部与过滤装置底部通连，过滤装置内部向臭氧反应釜的外部延伸净水出口，净水出口设置有三通阀，三通阀连接过滤装置的反冲洗泵；臭氧反应釜的侧面顶部设有污水入口和臭氧水入口，反应釜侧面底部设有cod检测头和污水出口，污水出口流向臭氧发生头然后进入臭氧水入口；废渣收集器为倒锥形，其上端开口与臭氧反应釜底部连接，臭氧反应釜中的反应废渣在重力作用下落入位于其底部的废渣收集器中，废渣收集器内部设有回流挡板，回流挡板连接可以调节其自身升降的旋杆，旋杆顶部延伸到臭氧反应釜的顶面外面，回流挡板下面设置有感应废渣是否积满的废渣感应探头，废渣收集器底部设置有感应阀门，废渣感应探头连接感应阀门。

所述超级纳米气泡发生器与设置于所述臭氧反应釜外部的空气压缩机以管道相连；所述臭氧发生头个数为1-3个，依具体系统的设计处理能力和处理要求而定，一般情况下最多3个基本可以满足要求；所述旋杆的顶部设有刻度。

优选地，所述臭氧反应釜以及超级纳米气泡罐内壁面涂有防腐蚀和防粘附的涂层。

本实用新型的原理是：

(1)本实用新型采用超级纳米气泡和臭氧水一起处理污水，达到单独使用两者难以达到的处理效果。超级纳米气泡促进臭氧水与污水反应的时候产生羟基，促进臭氧水对污水有机污染物的降解，达到单独使用臭氧水难以达到的处理效果；此外，超级纳米气泡对污水中的氮和磷以及cod都有较好的处理效果。两者简单叠加却实现两者单独使用无法达到的效果(超级纳米气泡一般用于污水的预处理阶段；臭氧水一般单独用于污水深度处理。简言之，现有技术条件下，并无两者同时使用的情况)。

(2)本实用新型用于处理污水的臭氧水来源于污水，作用于污水(臭氧水由污水制备得到是现有技术条件下没有的)。现有方法是先用制臭氧发生器制备臭氧，臭氧直接通入待处理污水中，或者是臭氧发生器通过清水中制得臭氧水再将该臭氧水加入待处理污水中；但是现有技术这样制备臭氧的过程危险度高，对应的设施成本高，效率非常低。本实用新型相比于现有方法，则更加方便，安全与经济。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点及有益效果：

1、本实用新型技术方案采用超级纳米气泡发生器产生超级纳米气泡配合臭氧发生头电解产生臭氧水而对污水溶液进行高效降解，从而使得污水溶液中的有机污染物被降解成为二氧化碳(co2)和水(h2o)以及难溶于水的废渣，而废渣通过自重作用下被废渣收集器统一收集。本实用新型技术方案的超级纳米气泡循环臭氧污水处理装置在实际应用中，可作为一个模块而进行组合或独立运用于污水处理以及环境保护的相关领域中，具体地，可通过使用不同浓度的臭氧水针对不同状况水质的污水进行净化处理。与此同时，可采用超级纳米气泡与过滤装置进行有效结合，从而实现既利用超级纳米气泡进行污水处理，又可以防止污水中的有机污染物杂质粘附于过滤装置表面而影响过滤效果。

2、本实用新型技术方案的超级纳米气泡循环臭氧装置可作为污水处理系统的模块之一，具有可实现无人化管理以及自动处理不同水质条件污水等优点。

3、本实用新型技术方案的超级纳米气泡循环臭氧装置作为污水处理系统的模块有效解决现有技术的污水处理设备占地面积过大、运行成本较高、污水处理停留时间长等技术问题。

4、本实用新型装置在废渣收集器中设置了回流挡板，通过控制挡板17与废渣收集器内壁之间的距离使废渣聚集并在污水搅拌的过程中不再随着水流反冲回臭氧反应釜；废渣回流到臭氧反应釜中的弊端在于：与臭氧反应，影响污水处理效果；冲击和碰撞精密过滤膜破坏滤膜，并粘附在虑孔上，影响其过滤效果，而本实用新型设置的回流挡板很好的解决了这些问题。

采用本实用新型装置进行超纳米气泡循环臭氧污水处理的工艺，与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

1、采用高浓度臭氧水对污水中有机物进行高级化学反应，在降低污水cod值得基础上可以保持cod值的稳定性。

2、在整个过程中不需要加入其它化学药剂，大大减少污泥产生量。传统的污水处理工艺中，混凝气浮过程中加入烧碱、聚铝等化学药剂，这些药剂最终会变成并且增加污泥的产量。而本工艺在污水处理的过程中不需要额外加入这些药剂，加上该工艺产生的污泥量少，整个流程的污泥产生量得到有效控制；同时，通过高级氧化系统的运行对废水中的污染物进行强氧化处理，将有机污染物充分的被氧化成二氧化碳(co2)和水(h2o)，同时将部分难溶于水的污染物通过废渣析出水体；从而减少化学药剂的添加量或不添加化学药剂，减少污泥的产出量。

3、与传统污水处理工艺相比，本工艺处理污水能力强，污水处理耗时短，并可以替代耗时费料的生化系统。传统的污水处理工艺主要过程为利用厌氧好氧生化反应降解有机污染物。由于微生物的新陈代谢速度以及微生物的代谢容易受到外界环境的影响，导致污水处理的能力受限且处理速度慢，间接导致污水处理系统的处理能力受限且处理过程耗时长。本工艺中采用超级纳米气泡以及高浓度臭氧水对有机物进行降解，不仅降解效率高且其效率不受水质条件的影响，保证了其在处理能力以及处理耗时方面的优越性。

4、该工艺与其他污水处理工艺的可组合性强，且运用该工艺的设备以及对应的处理能力具有较强可拓展性，作为模块，方便与各种污水处理设备的结合。此外，该工艺设备适用于多种污水的处理，针对不同水质条件的污水，可以通过增加臭氧发生头的个数或延长处理时间达到处理效果。

5、运用此工艺的系统结构上具有灵活性，适应各种空间、环境条件，对系统的设计要求低，具备节约土地空间的优点，是一种高效且低成本的污水处理工艺。

6、此外，本工艺中采用的超级纳米气泡由气泡产生平面为导电纳米金刚石材料，可以制备直径小于1μm的超级纳米气泡，利用其分离油污和胶体状污染物的过程中，加之气泡爆裂产生的巨大破坏力，可以破坏分子化学键进而使其分解成其它物质。能够在不添加其它试剂的情况下，高效地去除污水中油污、胶体污染物以及其它有机污染物。由于减少了去除油污和胶体所用试剂的使用量，使得此过程中污泥的产生量大大减少，为后续处理过程提供水质条件更好的污水，保证系统的处理效果。

7、可以取代生化系统，同时具有稳定污水cod的优点。传统的生化系统中微生物对cod的稳定情况具有一定的要求，cod不稳定的情况下，生态系统有崩溃的危险。运用此方法产生的污水处理效果可以达到甚至超过运用生化系统。此外，还提高了系统的稳定系，更易于保持系统的持续污水处理能力。

附图说明

图1为本实用新型涉及的一种超级纳米气泡循环臭氧污水处理装置结构示意图；其中1为臭氧反应釜，2为过滤装置，3为超级纳米气泡发生器，4为废渣收集器，5为空气压缩机，6为臭氧发生头，7为超级纳米气泡，8为反应废渣，9为感应阀门，11为污水入口，12为污水出口，13为臭氧水入口，14为净水出口，15为反冲洗泵、16为三通阀，17为回流挡板，18为旋杆，19为cod检测头，20为废渣感应探头。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例涉及的超级纳米气泡循环臭氧污水处理装置如图1所示，该装置包括臭氧反应釜1、臭氧发生头6、超级纳米气泡发生器3、过滤装置2和废渣收集器4；超级纳米气泡发生器3和过滤装置2位于臭氧反应釜1腔内底部，超级纳米气泡发生器3顶部与过滤装置2底部通连，过滤装置2内部向臭氧反应釜1的外部延伸净水出口14，净水出口14设置有三通阀16，三通阀16连接过滤装置2的反冲洗泵15；臭氧反应釜1的侧面顶部设有污水入口11和臭氧水入口13，反应釜侧面底部设有cod检测头19和污水出口12，污水出口12流向臭氧发生头6然后进入臭氧水入口13；废渣收集器4为倒锥形，其上端开口与臭氧反应釜1底部连接，臭氧反应釜1中的反应废渣8在重力作用下落入位于其底部的废渣收集器4中，废渣收集器4内部设有回流挡板17，回流挡板17连接可以调节其自身升降的旋杆18，旋杆18顶部延伸到臭氧反应釜1的顶面外面，回流挡板17下面设置有感应废渣是否积满的废渣感应探头20，废渣收集器4底部设置有感应阀门9，废渣感应探头20连接感应阀门9；超级纳米气泡发生器3与设置于所述臭氧反应釜外部的空气压缩机5以管道相连。

本实施例提供的一种超级纳米气泡循环臭氧污水处理装置的工作原理为：

首先通过臭氧反应釜1侧面顶部的污水入口11通入一定量的经过预处理和集水井中调整ph值之后的污水溶液，从而使得臭氧反应釜1内部充盈一定量的污水溶液，而臭氧发生头6通过臭氧反应釜1底部的污水出口12吸入一定量的污水以作为产生臭氧气体的原始材料，污水水体从污水出口12进入臭氧发生头6后被电解产生臭氧水，再从臭氧水入口13进入臭氧反应釜1内对污水发生降解。

与此同时，开启空气压缩机5为超级纳米气泡发生器3提供高压气体源，而高压气体经过超级纳米气泡发生器3后产生直径小于1μm的超级纳米气泡7，超级纳米气泡7通过过滤装置2中的多层过滤膜表面的过滤微孔后而进入臭氧反应釜1内的污水溶液内，与此同时，超级纳米气泡7上升过程中不断发生破裂，从而使得臭氧水与污水充分混合而使污水的有机污染物被高效降解，而降解后的有机污染物变成反应废渣8自动沉降于废渣收集器4内被收集起来，回流挡板17帮助使废渣聚集并在污水搅拌的过程中不再随着水流反冲回臭氧反应釜，当废渣感应探头20感应到废渣已经堆高至回流挡板17时，感应阀门9打开将废渣排出，废渣排除后感应阀门重新关闭，继续收集废渣(感应阀门9打开将废渣排出的过程中，也会有少量污水一起排出，这些污水将回流到集水井中进入后续处理过程)。通过旋杆18调整挡板17的高度，螺旋杆上有挡板17高度的标度，以根据废渣颗粒的大小程度及量调整其高度，达到控制挡板17与废渣收集器内壁之间的距离以约束废渣回流的目的，控制挡板17与废渣收集器内壁之间的距离与臭氧反应釜截面面积比范围为1：(1～1000)。

通过cod检测头19实时检测污水cod值，当污水cod值达到处理要求时，臭氧反应釜停止制备臭氧，打开净水出口14的阀门，被降解和过滤的水体通过净水出口14流出，水中残留的废渣以及小分子颗粒被吸附在过滤装置2的过滤膜内部细孔中，净水出口14流出的水进入后续的沉淀池中进行沉淀、调整ph和达标排放；待净水出口14不再排出水体时，关闭净水出口14的阀门，打开三通阀16的阀门，开启冲洗泵15，对过滤膜进行反冲洗(反冲洗用水可以是自来水，也可以是其它的水，但不是原来的污水)，过滤膜内部细孔中上附着的废渣以及小分子颗粒被冲刷脱离过滤膜，在重力的作用下自动沉降于废渣收集器4内被收集起来。

本实施例提供的一种超级纳米气泡循环臭氧污水处理装置在实际应用中，可作为一个模块而进行组合或独立运用于污水处理以及环境保护的相关领域中，具体地，可通过使用不同浓度的臭氧水针对不同水质的污水进行净化处理。与此同时，可采用超级纳米气泡7与过滤装置2进行有效结合，从而实现既利用超级纳米气泡7进行污水处理，又可以防止污水中的有机污染物杂质粘附于过滤装置2表面而影响过滤效果。

本实施例中在单位体积(1吨)污水的部分处理实验数据如下表1：

表1污水处理实验数据

根据实验数据对比结果可知，本实用新型提供的一种超级纳米气泡循环臭氧污水处理装置在污水处理中，可以保持较高的cod去除率。在保证处理效率的前提下，运行过程来的更加经济，整个处理过程中耗时更短，cod更加稳定，同时保证了相对较低的污泥产生量。结合众多优点和对比，本实用新型提供的一种超级纳米气泡循环臭氧污水处理装置显而易见的显得更加高效，更加领先。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。