一种浅层气浮装置、污水处理系统及方法与流程

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种浅层气浮装置、污水处理系统及方法。

背景技术：

水环境保护是当前人类社会广泛关注的一个问题，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。然而利用现有的生物处理方法，对可生化性差、相对分子质量从几千到几万的物质处理较困难，而高级氧化法(advancedoxidationprocess,简称aops)可将其直接矿化或通过氧化提高污染物的可生化性，同时还在环境类激素等微量有害化学物质的处理方面具有很大的优势，能够使绝大部分有机物完全矿化或分解，具有很好的应用前景。高级氧化技术是通过反应产生羟基自由基(·oh)，该自由基具有极强的氧化性，对含有难降解难去除的有机污染物污水，如印染污水、含油污水、含酚污水、焦化污水、含硝基苯污水、二苯胺污水等，具有很好的去除效果。

工程中用的较多的高级氧化技术是fenton(芬顿)技术，fenton(芬顿)技术中，即利用fe和h202之间的链反应催化生成·oh自由基，但是会产生大量危废污泥。

浅层气浮机广泛应用于石油、化工、钢铁、制革、电力、纺织、食品、酿造、市政等行业的污水处理系统，浅层气浮机是在待处理的水中通入部分溶气水，利用溶气水中释放出的微小气泡，将水中的悬浮物或油浮出水面，从而达到固液分离之目的，但是目前的浅层气浮机仅仅通过通入溶气水实现固液分离，不能达到对水中有机质完全降解和矿化的目的，因此急需一种能够针对难降解工业废水进行达标处理的技术。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种浅层气浮装置、污水处理系统及方法，将浅层气浮完美的曝气溶气能力与o3+uv协同高级氧化作用充分结合起来，提升降解处理系统处理效能，同时实现了对难降解工业废水的达标处理。

本发明所采用的技术方案为：

一种浅层气浮装置，包括池体、为池体供水的旋转进水管、与旋转进水管连接的布水管、沿着池体中心转动的旋转支架和用于收集表面浮渣的浮渣收集装置，所述旋转进水管设于池体的中心，所述布水管和浮渣收集装置均安装在旋转支架上，所述布水管包括布水主管和连接在布水主管上的布水支管，所述布水支管朝向池底延伸，所述旋转支架上设有uv灯管组件。

采用臭氧氧化水中有机污染物有二个途径，一是臭氧直接对有机物进行氧化，二是由臭氧产生的ho.自由基进行氧化，ho.自由基的氧化能力比o3高得多，单独臭氧不能把水中有机污染物完全矿化(转化为h2o和co2)，但臭氧与紫外线光辐射相结合，可以促进ho.生成，强化氧化过程，从而达到水中有机质完全降解和矿化目的。

本技术方案中的浅层气浮装置与配套的臭氧溶气装置结合使用，臭氧溶气装置包括臭氧发生装置和曝气溶气装置，臭氧发生装置为曝气溶气装置供气，曝气溶气装置的出水管与浅层气浮装置的布水管连通，将溶气水输送给浅层气浮装置。

结合本技术方案中旋转支架上设有uv灯管组件，波长在约184nm的uv灯管组件，随着旋转支架的旋转，将紫外光线均匀充足的分布在溶气气浮水体中，uv灯管照射提供一种高能量输入，利于臭氧在水中产生更多的高氧化性自由基以及一些激发态的离子和由初始反应物产生的自由基等，自由基反应是有机物氧化的组要途径。

其中，臭氧分子、水分子吸收184nm的紫外线能量产生氧气和过氧化氢，过氧化氢吸收184nm的紫外线能量产生羟基自由基，具有强氧化能力的羟基自由基将水中的有机质矿化为水分子和二氧化碳分子。

其中，废水中产生羟基自由基的主要化学方程式有，

o3+h2o+hv—o2+h2o2

h2o2+hv—2ho.

综上，本技术方案能够与配套的臭氧溶气装置结合使用，将浅层气浮完美的曝气溶气能力与o3+uv协同高级氧化作用充分结合起来，提升降解处理系统处理效能，同时实现了对难降解工业废水的达标处理。

进一步的，为了达到更均匀的布水效果，所述布水支管沿着布水主管的长度方向等间距均匀设置有多个。

进一步的，为了方便对uv灯管的整体安装以及达到更充分的紫外光辐射效果，所述uv灯管组件包括固定在旋转支架上的灯管架和并排设置在灯管架上的多个uv灯管。

进一步的，为了达到更充分的紫外光辐射效果，所述旋转架上设有两个uv灯管组件，两个uv灯管组件分别位于布水支管移动方向的前后端。

进一步的，所述旋转架上设有导流板，所述导流板包括多个导流区，所述布水支管的数量与导流区的数量一致，每一布水支管均位于对应的导流区内。

污水和溶气水经过布水支管进入导流区后，在不同的通道中流动，避免了相互之间的影响，使得浮渣和沉淀物与水体的分离时间缩短，提高了对杂物的气浮效率。

进一步的，为了实现固液分离，所述旋转支架包括旋转筒、固定在旋转筒上的旋转架和用于驱动旋转架沿着池体的中心轴转动的旋转驱动装置，所述旋转筒的内侧设有固定桶，所述固定桶的内侧设有排渣桶，所述旋转进水管与排渣桶之间形成排渣池，所述排渣桶与固定桶之间形成溢流池，所述溢流池的外侧设有清水采集器，所述溢流池的池底设有清水出口，所述浮渣收集装置的排渣管道与排渣池连通，所述排渣池的池底设有排渣口。

进一步的，为了实现对沉淀物的收集，所述池体的底部设有沉淀物排空槽。

需要说明的是，旋转支架上设有用于将池底的沉淀物刮至沉淀物排空槽内的刮板，刮板随着旋转支架的转动而转动，实现对沉淀物的刮除。

本发明还提供一种污水处理系统，包括所述的浅层气浮装置、曝气溶气装置和臭氧发生装置，所述曝气溶气装置包括罐体，所述罐体的一端设有进水管，另一端设有出水管，所述出水管与旋转进水管连通，所述罐体的中部为曝气区，所述罐体内位于曝气区的两侧分别设有混匀区，所述曝气区设有两个微纳米曝气头，所述混匀区设有交叉叶片，所述交叉叶片的旋转轴线与罐体内部的中心线垂直，所述微纳米曝气头的进气端与臭氧发生装置连接。

为了进一步提升曝气效果，所述微纳米曝气头的微孔直径为0.1um。

为了进一步提升曝气效果，所述微纳米曝气头在水中产生的微纳米气泡直径范围为40-60um。

为了提升曝气的均匀性，两个微纳米曝气头沿着罐体的长度方向设置在罐体内。

为了提升曝气的均匀性，两个微纳米曝气头相对设置在罐体内。

为了方便实现对微纳米曝气头的安装，所述罐体上设有便于微纳米曝气头的进气端与外部气体发生装置连接的安装孔，外部气体发生装置可以是臭氧发生装置。

为了方便实现对罐体内相应部件的安装，所述罐体包括第一罐体和第二罐体，所述第一罐体和第二罐体的下部均设有支撑座，所述第一罐体和第二罐体之间通过法兰固定连接，法兰之间设有密封圈。

为了实现更好的溶气效果，所述第一罐体靠近进水管的位置设有第一交叉叶片，所述第一罐体内靠近第二罐体的位置设有第一微纳米曝气头；所述第二罐体内靠近第一罐体的位置设有由第二微纳米曝气头，所述第二罐体内靠近出水管的位置设有第二交叉叶片。

通过微纳米曝气溶气装置、臭氧发生装置，制造出40-60um牛奶状臭氧微气泡溶气水，臭氧微气泡即作为浅层气浮的载体，又作为去除工业废水中难降解有机物的强氧化剂，将浅层气浮完美的曝气溶气能力与o3+uv协同高级氧化作用充分结合起来，提升降解处理系统处理效能，同时实现了对难降解工业废水的达标处理。

由于罐体的中部为曝气区，曝气区设有微纳米曝气头，曝气气泡孔径均匀，分布均匀，溶气水呈牛奶状，曝气效果较好；由于罐体内位于曝气区的两侧分别设有混匀区，混匀区设有交叉叶片，流体从进水管进入罐体内，流体驱动交叉叶片，使流体在前进过程中向一个方向充分旋转，保证了曝气微气泡与流体均匀的混合。采用气液混合搅拌与曝气相结合的方式，通过交叉叶片使臭氧与污水充分混合，通过微纳米曝气头增加污水中臭氧的含量，流体驱动交叉叶片旋转，提升了曝气微气泡与流体的混匀效果，溶气效果好。臭氧发生装置为曝气溶气装置供气，为cod降解阶段的羟基自由基的产生提供基础。

本污水处理系统，能够将浅层气浮完美的曝气溶气能力与o3+uv协同高级氧化作用充分结合起来，提升降解处理系统处理效能，同时实现了对难降解工业废水的达标处理。

进一步的，为了更好的完成整个污水处理工序，还包括污泥浓缩池、污泥压榨机和精滤过滤器，所述浅层气浮装置排出的污泥进入污泥浓缩池，污泥进入污泥浓缩池进行浓缩后再通过污泥压榨机进行污泥脱水，所述浅层气浮装置排出的净化水进入精滤过滤器过滤。

本发明还提供一种污水处理方法，其特征在于：采用所述的污水处理系统，包括以下步骤：

曝气溶气阶段：污水和臭氧分别通过进水管和微纳米曝气头的进气端在曝气溶气装置中交汇，通过交叉叶片使臭氧与污水充分混合，通过微纳米曝气头增加污水中臭氧的含量，使气体与污水充分混合，处理过的水气混合物进入浅层气浮装置；

cod降解阶段：浅层气浮装置中的uv灯管组件发出的184nm紫外线能量，其中，臭氧分子、水分子吸收184nm的紫外线能量产生氧气和过氧化氢，过氧化氢吸收184nm的紫外线能量产生羟基自由基，具有强氧化能力的羟基自由基将水中的有机质矿化为水分子和二氧化碳分子。

后续处理阶段：浅层气浮装置处理之后的污泥进入污泥浓缩池处理，浅层气浮装置处理之后的净化水进入精滤过滤器过滤处理，过滤处理之后，出水达标排放。

本污水处理方法，能够将浅层气浮完美的曝气溶气能力与o3+uv协同高级氧化作用充分结合起来，提升降解处理系统处理效能，同时实现了对难降解工业废水的达标处理。

本发明的有益效果为：本技术方案通过微纳米曝气溶气装置、臭氧发生装置，制造出40-60um牛奶状臭氧微气泡溶气水，臭氧微气泡即作为浅层气浮的载体，又作为去除工业废水中难降解有机物的强氧化剂，将浅层气浮完美的曝气溶气能力与o3+uv协同高级氧化作用充分结合起来，提升降解处理系统处理效能，同时实现了对难降解工业废水的达标处理。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的俯视结构示意图；

图3是本发明的仰视结构示意图；

图4是本发明的中池体内部组件的结构示意图；

图5是本发明的中池体内部组件中uv灯管组件未安装在旋转支架上的结构示意图；

图6是本发明中曝气溶气装置第一视角的结构示意图；

图7是本发明中曝气溶气装置第二视角的结构示意图；

图8是本发明中曝气溶气装置的第一透视图；

图9是本发明中曝气溶气装置的第二透视图；

图10是本发明中微纳米曝气头的结构示意图；

图11是本发明中污水处理系统的结构示意图。

图中：池体1；旋转进水管2；浮渣收集装置3；布水主管4；布水支管5；uv灯管组件6；导流板7；导流区8；旋转筒9；旋转架10；固定桶11；排渣桶12；排渣池13；溢流池14；清水采集器15；清水出口16；排渣管道17；排渣口18；沉淀物排空槽19；浅层气浮装置20；曝气溶气装置21；臭氧发生装置22；进水管23；出水管24；曝气区25；混匀区26；微纳米曝气头27；交叉叶片28；安装孔29；第一罐体30；第二罐体31；支撑座32；法兰33；污泥浓缩池34；污泥压榨机35；精滤过滤器36。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。

实施例1：

如图1-图5所示，本实施例提供一种浅层气浮装置，包括池体1、为池体1供水的旋转进水管2、与旋转进水管2连接的布水管、沿着池体1中心转动的旋转支架和用于收集表面浮渣的浮渣收集装置3，旋转进水管2设于池体1的中心，布水管和浮渣收集装置3均安装在旋转支架上，布水管包括布水主管4和连接在布水主管4上的布水支管5，布水支管5朝向池底延伸，旋转支架上设有uv灯管组件6。

采用臭氧氧化水中有机污染物有二个途径，一是臭氧直接对有机物进行氧化，二是由臭氧产生的ho.自由基进行氧化，ho.自由基的氧化能力比o3高得多，单独臭氧不能把水中有机污染物完全矿化(转化为h2o和co2)，但臭氧与紫外线光辐射相结合，可以促进ho.生成，强化氧化过程，从而达到水中有机质完全降解和矿化目的。

本技术方案中的浅层气浮装置20与配套的臭氧溶气装置结合使用，臭氧溶气装置包括臭氧发生装置22和曝气溶气装置21，臭氧发生装置22为曝气溶气装置21供气，曝气溶气装置21的出水管24与浅层气浮装置20的布水管连通，将溶气水输送给浅层气浮装置20。

结合本技术方案中旋转支架上设有uv灯管组件6，波长在约184nm的uv灯管组件6，随着旋转支架的旋转，将紫外光线均匀充足的分布在溶气气浮水体中，uv灯管照射提供一种高能量输入，利于臭氧在水中产生更多的高氧化性自由基以及一些激发态的离子和由初始反应物产生的自由基等，自由基反应是有机物氧化的组要途径。

其中，臭氧分子、水分子吸收184nm的紫外线能量产生氧气和过氧化氢，过氧化氢吸收184nm的紫外线能量产生羟基自由基，具有强氧化能力的羟基自由基将水中的有机质矿化为水分子和二氧化碳分子。

其中，废水中产生羟基自由基的主要化学方程式有，

o3+h2o+hv—o2+h2o2

h2o2+hv—2ho.

综上，本技术方案能够与配套的臭氧溶气装置结合使用，将浅层气浮完美的曝气溶气能力与o3+uv协同高级氧化作用充分结合起来，提升降解处理系统处理效能，同时实现了对难降解工业废水的达标处理。

实施例2：

本实施例是在上述实施例1的基础上进行优化。

为了达到更均匀的布水效果，布水支管5沿着布水主管4的长度方向等间距均匀设置有多个。

实施例3：

本实施例是在上述实施例2的基础上进行优化。

为了方便对uv灯管的整体安装以及达到更充分的紫外光辐射效果，uv灯管组件6包括固定在旋转支架上的灯管架和并排设置在灯管架上的多个uv灯管。

实施例4：

本实施例是在上述实施例3的基础上进行优化。

为了达到更充分的紫外光辐射效果，旋转架10上设有两个uv灯管组件6，两个uv灯管组件6分别位于布水支管5移动方向的前后端。

实施例5：

本实施例是在上述实施例4的基础上进行优化。

旋转架10上设有导流板7，导流板7包括多个导流区8，布水支管5的数量与导流区8的数量一致，每一布水支管5均位于对应的导流区8内。

污水和溶气水经过布水支管5进入导流区8后，在不同的通道中流动，避免了相互之间的影响，使得浮渣和沉淀物与水体的分离时间缩短，提高了对杂物的气浮效率。

实施例6：

本实施例是在上述实施例5的基础上进行优化。

为了实现固液分离，旋转支架包括旋转筒9、固定在旋转筒9上的旋转架10和用于驱动旋转架10沿着池体1的中心轴转动的旋转驱动装置，旋转筒9的内侧设有固定桶11，固定桶11的内侧设有排渣桶12，旋转进水管2与排渣桶12之间形成排渣池13，排渣桶12与固定桶11之间形成溢流池14，溢流池14的外侧设有清水采集器15，溢流池14的池底设有清水出口16，浮渣收集装置3的排渣管道17与排渣池13连通，排渣池13的池底设有排渣口18。

实施例7：

本实施例是在上述实施例6的基础上进行优化。

为了实现对沉淀物的收集，池体1的底部设有沉淀物排空槽19。

需要说明的是，旋转支架上设有用于将池底的沉淀物刮至沉淀物排空槽19内的刮板，刮板随着旋转支架的转动而转动，实现对沉淀物的刮除。

实施例8：

如图1-图11所示，本发明还提供一种污水处理系统，包括的浅层气浮装置20、曝气溶气装置21和臭氧发生装置22，曝气溶气装置21包括罐体，罐体的一端设有进水管23，另一端设有出水管24，出水管24与旋转进水管2连通，罐体的中部为曝气区25，罐体内位于曝气区25的两侧分别设有混匀区26，曝气区25设有两个微纳米曝气头27，混匀区26设有交叉叶片28，交叉叶片28的旋转轴线与罐体内部的中心线垂直，微纳米曝气头27的进气端与臭氧发生装置22连接。

为了进一步提升曝气效果，微纳米曝气头27的微孔直径为0.1um。

为了进一步提升曝气效果，微纳米曝气头27在水中产生的微纳米气泡直径范围为40-60um。

为了提升曝气的均匀性，两个微纳米曝气头27沿着罐体的长度方向设置在罐体内。

为了提升曝气的均匀性，两个微纳米曝气头27相对设置在罐体内。

需要说明的是，上述实施例中，微纳米曝气头27为金属粉末材料烧结曝气头，其上均匀分布有微孔，孔径的大小为0.1um，能够稳定的产生微气泡，曝气效果稳定。

目前，臭氧技术在水处理领域中的许多方面得到了应用。臭氧不仅具有很强的消毒杀菌作用，还可以氧化去除水中的微污染物质，这些微污染物往往是难以生物降解的，并且臭氧氧化较为彻底，较少产生副产物。

因此，在应用中，微纳米曝气头27的进气端可以与臭氧发生装置22连接，废水自进水管23在进入罐体内时，与金属粉末材料烧结曝气头切割成微小气泡的臭氧气体迅速充分接触，有效提升气水结合效率，形成臭氧饱和气体，使臭氧发挥其氧化作用，消解水中的污染物，提升废水的可生化性，具有双重处理效果。

本发明所涉及的材料除了特殊说明以外，其余均以耐臭氧腐蚀的材料制作，如不锈钢、钛金属等，本技术方案中，金属粉末材料烧结曝气头可以是钛金属曝气头。

为了方便实现对微纳米曝气头27的安装，罐体上设有便于微纳米曝气头27的进气端与外部气体发生装置连接的安装孔29，外部气体发生装置可以是臭氧发生装置22。

为了方便实现对罐体内相应部件的安装，罐体包括第一罐体30和第二罐体31，第一罐体30和第二罐体31的下部均设有支撑座32，第一罐体30和第二罐体31之间通过法兰33固定连接，法兰33之间设有密封圈。

为了实现更好的溶气效果，第一罐体30靠近进水管23的位置设有第一交叉叶片，第一罐体30内靠近第二罐体31的位置设有第一微纳米曝气头27；第二罐体31内靠近第一罐体30的位置设有由第二微纳米曝气头27，第二罐体31内靠近出水管24的位置设有第二交叉叶片。

通过微纳米曝气溶气装置21、臭氧发生装置22，制造出40-60um牛奶状臭氧微气泡溶气水，臭氧微气泡即作为浅层气浮的载体，又作为去除工业废水中难降解有机物的强氧化剂，将浅层气浮完美的曝气溶气能力与o3+uv协同高级氧化作用充分结合起来，提升降解处理系统处理效能，同时实现了对难降解工业废水的达标处理。

由于罐体的中部为曝气区25，曝气区25设有微纳米曝气头27，曝气气泡孔径均匀，分布均匀，溶气水呈牛奶状，曝气效果较好；由于罐体内位于曝气区25的两侧分别设有混匀区26，混匀区26设有交叉叶片28，流体从进水管23进入罐体内，流体驱动交叉叶片28，使流体在前进过程中向一个方向充分旋转，保证了曝气微气泡与流体均匀的混合。采用气液混合搅拌与曝气相结合的方式，通过交叉叶片28使臭氧与污水充分混合，通过微纳米曝气头27增加污水中臭氧的含量，流体驱动交叉叶片28旋转，提升了曝气微气泡与流体的混匀效果，溶气效果好。臭氧发生装置22为曝气溶气装置21供气，为cod降解阶段的羟基自由基的产生提供基础。

本污水处理系统，能够将浅层气浮完美的曝气溶气能力与o3+uv协同高级氧化作用充分结合起来，提升降解处理系统处理效能，同时实现了对难降解工业废水的达标处理。

实施例9：

本实施例是在上述实施例8的基础上进行优化。

为了更好的完成整个污水处理工序，还包括污泥浓缩池34、污泥压榨机35和精滤过滤器36，浅层气浮装置20排出的污泥进入污泥浓缩池34，污泥进入污泥浓缩池34进行浓缩后再通过污泥压榨机35进行污泥脱水，浅层气浮装置20排出的净化水进入精滤过滤器36过滤。

实施例10：

本发明还提供一种污水处理方法，其特征在于：采用的污水处理系统，包括以下步骤：

曝气溶气阶段：污水和臭氧分别通过进水管23和微纳米曝气头27的进气端在曝气溶气装置21中交汇，通过交叉叶片28使臭氧与污水充分混合，通过微纳米曝气头27增加污水中臭氧的含量，使气体与污水充分混合，处理过的水气混合物进入浅层气浮装置20；

cod降解阶段：浅层气浮装置20中的uv灯管组件6发出的184nm紫外线能量，其中，臭氧分子、水分子吸收184nm的紫外线能量产生氧气和过氧化氢，过氧化氢吸收184nm的紫外线能量产生羟基自由基，具有强氧化能力的羟基自由基将水中的有机质矿化为水分子和二氧化碳分子。

后续处理阶段：浅层气浮装置20处理之后的污泥进入污泥浓缩池34处理，浅层气浮装置20处理之后的净化水进入精滤过滤器36过滤处理，过滤处理之后，出水达标排放。

本污水处理方法，能够将浅层气浮完美的曝气溶气能力与o3+uv协同高级氧化作用充分结合起来，提升降解处理系统处理效能，同时实现了对难降解工业废水的达标处理。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。