专利名称：压溶电解压溶生化多功能气浮成套装置的制作方法
一、本发明公开了一种新型的有机污染废水处理技术工艺系统——《压溶电解、压溶生化多功能气浮成套装置》。该装置采用了电化学物化法加生化法线性结合的原理，具有多种水处理功能和卓越的综合性能，适应于许多工业污水一步处理达标排放；适应于生物化工类工业特高浓度有机污水经厌氧处理后的一步处理达标排放；适应于城市综合污水一步处理达标排放。
现在采用气浮装置处理有机污染废水较为先进的技术是《压溶电解综合式气浮成套装置》，其专利申请号为98112775.4。上述专利原理是利用絮凝剂及混入絮凝剂中微量的氯化钠和(或)硫酸亚铁的电化学物理性能，结合电解气浮和压溶气浮的功能，对有机污染废水进行电化学氧化还原反应；电物化絮凝反应；微气泡和絮凝体共聚捕捉反应及对上述反应产生的三相固形物进行彻底地固液分离，从而高效节能地净化水质。其工艺原理图如附
图1、图2、图3所示。其详细工艺原理如其专利说明书所述。
《压溶电解综合式气浮成套装置》虽然具有分别比压溶气浮和电解气浮更加综合的优越性能和更广的适用范围，但仍在某些场合不能适用一步处理达标。比如对某些BOD5/CODcr＝0.37～0.47的中高浓度有机废水，此废水有制麻废水(BOD5/CODcr＝0.39～0.42)，化纤浆泊废水(BOD5/CODcr＝0.41～0.43)，混有少量黑液的造纸中段废水(BOD5/CODcr＝0.44～0.48)，中药厂废水(BOD5/CODcr＝0.38～0.40)，城市综合污水(BOD5/CODcr＝0.38～0.52)，等等。
这类污水CODcr一般在900～4000mg/L，须要先采用生化处理后再采用《压溶电解综合式气浮成套装置》处理，可使出水质达到一级标准，但引起总工程增加太多投资，运行费用也偏高。如果只采用《压溶电解综合式气浮成套装置》处理此类废水，只能达到二级排放标准，且运行费用尚不理想。
再比如某些有机污染废水，当BOD5/CODcr大于等于0.48，浓度特高。比如酿造废水、发酵废水，制糖废水、皮革废水、养殖场废水等，其CODcr＝10000～50000mg/L，甚至更高，一般采用厌氧处理后再好氧生化处理再物化处理，这样投资太大，如果采用《压溶电解综合式气浮成套装置》投资虽小，但运行费用偏高。
还有一些有机污水，虽浓度不高，CODcr小于或等于2000mg/L，BOD5/CODcr大于等于0.48，用《压溶电解综合式气浮成套装置》也不能一步处理达标，且运行费用贵。例如城市综合污水即如此。
《压溶电解综合式气浮成套装置》只能适合于BOD5/CODcr小于等于0.36，浓度在3500mg/L以下的处理一步达到二级排放标准；3000mg/L以下达到一级排放标准，但是运行费用仍然不是最理想的状况。
有机污染废水中溶解性有机污染物质分为两类，一类是极性有机分子，表面一端显正电荷，另一端显负电荷，与水分子类似，它们是亲水性的，它们难于被物化处理和较难于被电化学物化处理，却易于被生化处理。另一类是非极性有机分子，表面不带电荷，它们是疏水性的，易于被物化絮凝处理和极易被电化学物化处理，不易于被生化处理。每一种有机污水都存在这两类物质，只是多少不同，可用BOD5/CODcr之值来表征。这个数值越大，越易于生化，表明亲水性极性分子越多；数值越小，表明疏水性非极性分子越多，越易于物化。在污水物化处理过程中，亲水性极性分子对处理过程有阻碍作用，BOD5/CODcr之值越大，其阻碍作用越大，当BOD5/CODcr大到某一数值时，物化过程极难以进行。
在污水生化处理过程中，疏水性非极性分子对生化处理过程也有阻碍作用，BOD5/CODcr之值越小，其阻碍作用越大，当BOD5/CODcr小到某一数值时，生化过程极难以进行。
生化处理过程对BOD5去除率比对CODcr去除率高10～15％；物化处理过程对CODcr去除率比对BOD5的去除率高12～17％。
因此在污水处理任一工艺过程中，BOD5/CODcr不是常数，是随时间变化的，随着生化处理工艺的进行，BOD5/CODcr之值逐渐越变越小，慢慢地越来越不利于生化处理，最后使生化达到极限，而水质常常还不能达标。
一般BOD5/CODcr大于等于0.33可生化，BOD5/CODcr之值大于0.38好生化。
对于易于生化处理的有机废水，比如BOD5/CODcr＝0.42，CODcr＝3500mg/L，要求450mg/L达标。用生化处理，在开始一般时间，BOD5/CODcr之值逐步下降，去除单位CODcr所耗时间，所耗能量接近常数，投资和能耗与CODcr的去除率是线性关系。当BOD5/CODcr之值小到某一数值时，大约在0.33左右时，去除单位CODcr所耗时间，所耗能量、以及投资都不是常数，投资和能耗与CODcr的去除率是非线性关系，而且曲线越来越陡峭，这时CODcr值还远不能达标，CODcr还在1750mg/L左右。现在国内外流行的传统工艺就是继续生化处理一直到达标为此，或者到生化终点，再不能生化了才停止生化。目前国内外一切延时曝气的好氧生化处理工艺均属此类，造成投资极其庞大，远不是我们发展中国家所承受之。而且运行费用表面上分柝并不贵，但加折旧和利息，其运行费用就大得惊人。占地也极其大，对于我国耕地面积穷乏的国家，也不能再承受。
比如太湖湖域1998年规划兴建32座城市综合污水处理站，1998年中国环境报报导98年底只有4座动工。均是因为投资太大，其他的工程遥遥无期。
现在全国近百座城市污水站90％没有运行，都是因为运行费用太贵造成。
这都是因为没有将生化和物化处理进行线性结合所致。
当BOD5/CODcr小于等于0.38，可物化处理，BOD5/CODcr小于0.33好物化处理之。
对于某种易于物化处理的废水，比如BOD5/CODcr＝0.35，(造纸中段废水，再生纸综合废水等)，CODcr＝1500～1800mg/L。这类废水可用物化处理工艺一步达到二级标准，CODcr小于等于450mg/L。在处理过程中，BOD5/CODcr随着投药量增加逐步变大。大约在CODcr去除率为50％左右，BOD5/CODcr已经变为0.38左右以内。去除单位CODcr的耗药量接近常数，投药量和运行费用与CODcr去除率是线性关系；这时再继续物化，增加投药量，去除单位CODcr的耗药量已不是常数，投药量、运行费用与CODcr去除率是非线性关系，而且曲线越来越陡峭。这时不应该再用物化处理，而应该用生化工艺来处理才较经济划算，但这样就造成整个工程复杂，占地也增加，管理不方便，运行费用虽低许多，但投资就相应增加许多，也不划算，没有办法，只有物化到底。现我国淮河流域有300多座工业污水处理工程，采用了物化工艺一步处理达标排放，但运行费用高得不能承受，只有白天运行，夜晚不加药，属于工程失败。
《压溶电解综合式气浮成套装置》及其所内函的电化学氧化、还原、电物化絮凝技术比普通的物化法有极大的改善，大幅度降低了运行费用和确保出水水质达标，扩大了适应范围，减少了污泥产量等等，但仍然对有机污水中的易于生化的极性有机分子去除率偏低，这是因为《压溶电解综合式气浮成套装置》没有生化处理功能。
一般中高浓度有机污水应采用先物化预处理，再生化处理，再物化处理运行才能达标和特别经济可靠，如果这些功能在一个装置内完成，就能使总工程投资下降50％以上，占地下降60％以上，管理也简便了。这就是生化加物化线性结合的原理。
三、本发明《压溶电解、压溶生化多功能气浮成套装置》就是基于上述原理和其他的各种技术理论，生化加物化线性结合的要求而发明的，其工艺原理与附图4、图5、图6所示。
它由气浮池体(410)，压溶生化释放系统(420)，括渣机(430)，浮渣罐(440)，电解系统(450)，电控系统(460)，进水管系(470)，制药投药系统(480)，污泥泵(490)等组成。
气浮池体(410)由反应区(411)，第一电解捕捉区(412)，第一固液分离区(413)，第二电解捕捉区(414)，第二固液分离区(415)，清水区(416)等所组成。
压溶生化系统(420)由溶气取水管系(421)，溶气水泵(422)，压溶生化罐组(423)，发电式溶气释放机或者是简易式溶气释放机(424)，空压机(426)，贮气罐(425)，及其配套的管道伐门等所组成。
电解系统(450)由调压器(451)，变压器(452)，整流器(453)，电极组(454)，交流输入电缆(455)，直流输出电缆电排(456)及相互连接的电缆电器所组成。
括渣机(430)是链带式连续括渣机，它安装在气浮池(410)的水平面之上。
制药投药系统(480)由A药稀释罐(482)，投A药泵(483)投A药管接头(484)，(485)；M药稀释罐(497)，投M药泵(488)，投M药管接头(489)及相互连通的管道伐门，流量仪等所组成。
进水管系(470)由原水管(471)，管道混合器(472)，布水管(473)及伐门所组成。
搅渣罐(440)通过导渣板(441)与气浮池(410)相连通。
电控系统(460)由电控柜组(461)及电缆等组成。负责对括渣机(430)，搅渣罐(440)，制药投药系统(480)，压溶生化释放系统(420)等实施拖动控制。
气浮池(410)的第一、第二电解捕捉区(412)，(414)的底部安装有压溶生化释放系统(420)的发电式溶气释放机或者是简易式溶气释放机(424)，其上部安装有电解系统(450)的电极组(454)。
四、气浮池(410)第一分离区(413)底部安装有压溶生化释放系统(420)的溶气取水管系(421)。该管系是由几根多孔管所组成，各自穿过池壁汇成一根总管与溶气水泵(422)相连通。
气浮池(410)第二分离区(415)底部安装有多孔集清水管组(417)它们通入清水区(416)。清水区(416)内安装有水位控制伐门(418)，清水区(416)对外还安装有排清水管(419)。
进水管系(470)的布水管(473)延伸在气浮池(410)的反应区(411)的底部。
投A药管接点(484)安装在管道混合器(472)的入水端上。另一接点(485)安装在第二电解捕捉区内的发电式释放机，或者是简易式溶气释放机(424)的吸药孔上。投M药管接头安装在第一电解捕捉区(412)内的发电式释放机或者是简易式溶气释放机(424)的吸药孔上。
发电式溶气释放机(424)通过交流输入电缆(455)与调压器(451)相连，整流器(453)通过直流输出电缆电排(456)与电极组(454)相连接。
当采用简易式溶气释放机时，电解系统(450)的交流输入电缆(456)与电控系统(460)通过闸刀，接触器等电器相连接。
压溶生化罐组(423)由2个或6个结构，工作原理一模一样的压溶生化罐(4211)所组成，(附图7所示)。
压溶生化罐(4211)由罐体(4231)，格栅架(4233)，布水器(4232)，水位控制器(4234)，水位仪(4235)，视镜窗(4236)栅网(4237)，出水管(4238)，进水管(4239)等所组成。格栅架(4233)之上放置有厚约700mm左右，规格为40，h为20mm的阶梯环或抱尔环(4230)。栅网(4237)之上放置有厚约1000mm至1600mm的UFO球蝶形磁性生物填料或球形生物填料(4200)。
UFO球蝶形磁性生物填料或其他(形状各种各样的)球型生物填料(4200)用塑料做成。它们都具有极大的比表面积，便于生物菌落在其上挂膜生长。栅网下50mm处水平安装有数根多孔布气管(4212)，它们穿过罐壁与贮气罐(425)相连通。
本发明装置中的各种机电设备器材采用国家(国际)规范的标准，各种管道阀门等器材采用《给排水设计手册》规范的标准。球型生物填料也是采用目前国内外流行产品。简易式溶气释放机采用专利号为88205050.8的技术。
五、该装置工艺原理如下原理由进水管(471)进入该装置，在投加了无机絮凝剂A药后，在管道混合器(472)快速混合，经布水管(473)进入气浮池反应区(411)，经反应絮凝，结出微絮凝体，流入第一电解捕捉区与释放机(424)流出的含高浓度微气泡和微量地含有高分子助凝剂M药释气水均匀混合，一起穿流过电解电极组(454)，在电场的作用下，同时完成电化学氧化还原反应，电物化絮凝反应，和微气泡与絮凝体结合的共聚捕捉反应，有机废水中的有机污染物质，主要是疏水性有机污染物质，和绝大多数固体悬浮物质被固化于絮凝体中；絮凝体夹挂有大量微气泡，随水体流入第一分离区(413)后，就浮出水面，清水全部由溶气取水管系(421)被溶气水泵(422)抽走压输入压溶生化罐组(423)内。这一级电化学物化处理，投药极少，对有机污水CODcr去除率只有40％至45％，但这时BOD5/CODcr之值已经变大到0.38以上，使生化易于进行，物化再不易进行，投药量与CODcr的去除率快进入非线性区了。水体这时候在压溶生化罐组(423)内进行压溶好氧生化过程。罐内压力约1.5至2.2kgf/cm2，氧气溶解度约为15至22mg/L，停留时间约40min至120min。水体在此罐内CODcr再被去除50％至55％，BOD5被去除65～80％，水质已接近达标，但是其BOD5/CODcr值已经变小到不再易于生化处理，却极易于物化处理了。这时水体离开压溶生化罐组(423)经管道伐门流入溶气释放机(424)。一小部分约10％进入第一电解捕捉区(412)内的溶气释放机(424)，经能量转换释放高浓度微气泡；大部分约90％的水体进入第二电解捕捉区(414)内溶气释放机(424)，在释放机内与絮凝剂A药混合，经能量转换释放出高浓度微气泡，水体从释放机(424)流出后穿过第二电解捕捉区(414)的电极组(454)，再次完成电化学氧化、还原反应，电物化絮凝反应、微气泡与絮凝体的共聚捕捉反应，压溶生化产生的固体物质和水体中残余溶解有机污染物质被固化于絮凝体中，随水流进入第二分离区(415)，浮渣浮出水面，清水由集清水管(417)收集流入清水区(416)，由排清水管(418)外排。
浮渣由括渣机(430)连续括入导渣板(441)，落人搅渣罐(440)经搅拌消泡最后由污泥泵输至脱水机压滤成饼，以消除二次污染。
空压机(425)经贮气罐(426)及相连通的管道连续向压溶生化罐(4211)提供生化用氧气和气浮用气。
发电式溶气释放机(424)(或当采用简易式溶气释放机时，电控系统)由交流输入电缆(455)，调压器(451)，变压器(452)，整流器(453)，直流输出电缆电排(456)向电解电极组(454)提供直流电。其电压为4.5至6伏。
制药投药系统(470)连续向装置投药。
第二次电化学物化处理对CODcr去除率仍然只有65％，在线性范围内投药运行，但整个装置对CODcr的去除率已达到86～93％，BOD5的去除率也达到86～92％。该装置的两次物化过程均在线性投药范围内，生化充氧也不增加电耗，只是利用压力溶气富余的氧气，因此该装置高效节能净化了水质。
六、本发明《压溶电解、压溶生化多功能气浮成套装置》与《压溶电解综合式气浮成套装置》实质性区别的技术特征有如下五点1.本发明的压溶生化罐组(423)由多台串联组成，它们同时具有压力溶气和压溶生化的功能；罐内放置有球蝶形或球形生物填料(4200)；罐内水体停留时间40min至120min；罐内工作压力为1.5至2.2kgf/cm2。
《压溶电解综合式气浮成套装置》的压力溶气罐(323)只有一台，罐内无生物填料，功能单一；罐内水体停留时间4至7min；罐内工作压力3～3.8kgf/cm2。
2.本发明溶气水为全流式，由第一分离区(413)的溶气取水管系(421)抽出；而《压溶电解综合式气浮成套装置》的溶气水为部分回流式，由回流管(321)从清水区(416)抽出。
3.本发明在运行时，在管道混合器(472)入水端投加的絮凝剂A药量有意控制得非常小，是总投药量的20％至30％，有意使第一电解捕捉区(412)及第一分离区(413)对CODcr的去除率控制在40％至50％的范围内；而《压溶电解综合式气浮成套装置》的第一次投A药量较大，对CODcr值在第一阶段基本处理完毕，后续只是处理残余，起保险作用。
4.《压溶电解综合式气浮成套装置》完全没有生化处理功能。而本发明同时具有电化学氧化、还原、电物化絮凝和生化处理的功能。
5.本发明对CODcr的去除率高于《压溶电解综合式气浮成套装置》4至6个百分点，对BOD5的去除率高于10至25个百分点。
由于上述这些实质性区别，使得运行费用下降30％至50％，而且水质更好。
虽然单个装置投资增加了75％至100％，但由于简化了总工程，对大多数中、高浓度使总工程只须集水池和该装置就可使污水处理一步达标，使总工程的投资下降45％至50％，甚至更多；占地减少80％左右。
七、该工程设计例如下对我国北方城市综合污水，原水水质CODcr＝900至1100mg/LBOD5＝360至450mg/LSS＝350～450mg/L
PH值＝6.5～7.5色度＝250～450倍。
要求出水水质达标《GB8978-96》中一级标准。
CODcr小于等于60mg/LBOD5小于等于20mg/LSS小于等于20mg/LPH值＝6～9色度小于等于50倍。
对10万M3/d的污水站，先经过格栅，沉沙预处理后，再经过本发明装置处理，采用10套1万M3/d规格。
每套气浮池体长度15M，宽4.2M，池深2.6M，水深2.3M。
溶气水泵叁台30KW，(IS150-125-315)两台运行，一台备用。原水泵叁台7.5KW(IS150-125-160)，两台运行一台备用。耗电度65度/小时。
括渣机装机容量1.5KW，制药投药系统6.5KW，搅渣罐1.5KW。空压机两台5.5KW(P3.5kgf/cm2，Q1M3/min)，一用一备。
压溶生化罐4台6000mm，总停留时间50min。
一套装置占地230M2(B10×L23M)。
10套总耗电710度/小时，每天17040度。
耗药量第一级投絮凝剂A药50mg/L，第二级投100mg/L；投助凝剂M药5mg/L。每天每套装置耗药，A15000kg，M1000kg(污泥脱水耗5mg/L)。
A药价0.5元/kg。
M药价0.45元/kg。
电价0.6元/度。
包括人工、折旧，总运行费用0.29元。
总工程总装机容量1400KW(包括机格格栅，污泥脱水等)。
总工程总投资4800万元。
总工程总占地约20亩。
如果采用现在国内外传统的延时曝气工艺处理之，工程总投资须1.2至1.3亿元人民币，占地150至180亩，运行总费用0.68元/M3～0.95元/M3。
八、综上所述，本发明具有明显的先进性，新颖性和实用性，不仅适合于发展中国家用于环保工程处理有机污水，也适合于西方发达国家。
该发明装置具有高效节能地净化水质的功能，且使总工程管理简便，对少数有机污染废水(含有对生化起抑制作用的物质时)不能胜任。该发明几乎适用于一切有机污染废水的净水处理，能使大多数低、中、高浓度有机污水一步处理达标；使特高浓度有机污水经厌氧生化处理后，再用该装置一步处理达标。该发明也适应于受到有机微污染的水体进行给水净化处理。
权利要求
1.该发明—压溶电解压溶生化多功能气浮成套装置，其特征是该装置由气浮池体、压溶生化释放系统、括渣机、浮渣罐、电解系统、电控系统，进水管系，制药投药系统等组成。
2.根据权利要求1所述的压溶电解、压溶生化多功能气浮成套装置，其特征是压溶生化释放系统由溶气取水管系，溶气水泵，压溶生化罐组，发电式溶气释放机或者简易式水轮溶气释放机、空压机、贮气罐、及其配套的管道伐门等所组成。
3.根据权利要求1和2所述的压溶电解、压溶生化多功能气浮成套装置，其特征是溶气取水管系由几根多孔管所组成，安装在第一分离区离池底200mm处，各自穿过池壁，汇成一根总管与溶气水泵相连通。
4.根据权利要求1和2所述的压溶电解、压溶生化多功能气浮成套装置，其特征是压溶生化罐由罐体，格栅架，布水器，数根布气多孔管，水位控制器，水位仪，网栅、出水管，进水管，检修入口等成组成。格栅架安装在罐体内中上部离罐顶1100～1200mm处。网栅安装在罐体内下部离罐底350～550mm高出。水位控制器安装在罐体外，通过管接头与罐体相连通。其中心高离罐底约1300mm±100mm。水位仪安装在罐体外通过管接头与罐体相连通。其中心高离罐顶约1300mm±100mm。数根布气多孔管安装在网栅下约50mm处与网栅平行。格栅架上放置有厚约800mm±50mm的阶梯环或抱尔环塑料填料，规格约为O30～O60mm。网栅之上放置有厚约1000±200mmUFO球蝶形磁性生物填料或者是其他型号的球形生物填料。
5.根据权利要求1和2及4所述的压溶电解压溶生化多功能气浮成套装置，其特征是压溶生化罐的工作压力为0.15MPa～0.18MPa。
6.根据权利要求1和2及4所述的压溶电解、电溶生化气浮成套装置，其特征是球蝶形磁性生物填料或其他型号的球形生物填料由聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯复合塑料做成，形状各种各样，其表面通过塑料改性，带有微磁性或带有微电荷。
7.根据权利要求1、2、3、4、5、6、所述的压溶电解、压溶生化多功能气浮成套装置，其特征是压溶生化罐组通过管道伐门与第一电解捕捉区中的释放机和第二电解捕捉区中的释放机相连通。
8.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、所述的压溶电解、压溶生化多功能气浮成套装置，其特征是第一电解捕捉区中和第二电解捕捉区中的溶气释放机是发电式溶气释放机或简易式溶气释放机。
9.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、所述的压溶电解、压溶生化多功能气浮成套装置，其特征是溶气释放机安装在第一、第二电解捕捉区的下部离池底约100mm±50mm处。
10.根据权利要求1、2、所述压溶电解、压溶生化多功能气浮成套装置，其特征是电解系统由交流输入电缆、调压器、变压器、整流器、直流输出电缆电排、电极组等所组成。
11.根据权利要求1、2、所述压溶电解、压溶生化多功能气浮成套装置，其特征是当释放机为发电式溶气释放机时，交流输入电缆与发电式溶气释放机的输出电缆相连接，当释放机为简易式释放机时，交流输入电缆与电控系统中的工业电源通过闸刀、接触器等电器相连接。
全文摘要
该发明—压溶电解压溶生化多功能气浮成套装置,集电化学氧化还原、电物化絮凝、压溶生化、固液分离等多种水处理功能于一体。该装置采用物化加生化线性结合的基本原理,有机污水在该装置中先被电化学物化预处理后,进而被高效压溶生化处理,最后再被电化学物化处理,清水,浓浮渣分别连续排出。该装置具有多种水处理功能和卓越的综合性能,适应于各种低、中、高浓度工业污水和城市综合污水一步处理达标排放;适应于特高浓度有机污水经厌氧生化处理后再经过该装置一步处理达标。
文档编号C02F1/24GK1263050SQ99115260
公开日2000年8月16日 申请日期1999年2月11日 优先权日1999年2月11日
发明者邬建平 申请人:长沙也去欧环保设备成套工程有限公司