一種高濃度難降解有機(jī)廢水的處理裝置和處理方法
【專利摘要】一種高濃度難降解有機(jī)廢水的處理裝置，主要包括：厭氧生物膜反應(yīng)器、好氧生物膜反應(yīng)器、人工濕地系統(tǒng)、渦輪篩濾池和沉砂池組成。本發(fā)明還公開了利用上述裝置去除污水中高濃度有機(jī)物污染物質(zhì)的方法。本發(fā)明使用納米曝氣技術(shù)，聯(lián)合光激發(fā)、光催化兩種方法高效率產(chǎn)生羥基自由基，利用其強(qiáng)氧化性持久有效的對(duì)生物處理出水進(jìn)行深度處理，將可生化性差、相對(duì)分子質(zhì)量高的污染物質(zhì)完全氧化降解，同時(shí)滅殺污水中的細(xì)菌，病原菌，起到滅菌消毒的作用。
【專利說(shuō)明】一種高濃度難降解有機(jī)廢水的處理裝置和處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高濃度難降解有機(jī)廢水的深度處理裝置。
[0002] 本發(fā)明還涉及利用上述裝置去除污水中高濃度有機(jī)物等污染物質(zhì)的方法。

【背景技術(shù)】
[0003] 水是人類生活和社會(huì)生產(chǎn)所必需的、不可替代的自然資源，水資源狀況直接影響 著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民生活水平的提高，睡者工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，高 濃度有機(jī)廢水的污染源日益增多，這一問(wèn)題越來(lái)越引起社會(huì)各界的高度重視。由于高濃度 有機(jī)廢水的性質(zhì)和來(lái)源不同，具有污染物含量高、毒性大、排放點(diǎn)分散、處理工藝復(fù)雜、投資 和運(yùn)行成本高、管理難的特點(diǎn)，采用一般廢水治理方法難以滿足凈化處理的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)要 求，因此，高濃度有機(jī)廢水的治理已成為現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域亟待解決的一個(gè)難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種高濃度難降解有機(jī)廢水的深度處理裝置。
[0005] 本發(fā)明的又一目的在于提供一種利用上述裝置去除污水中高濃度有機(jī)物污染物 質(zhì)的方法。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的高濃度難降解有機(jī)廢水的處理裝置，其主要包 括：
[0007] -厭氧生物膜反應(yīng)器，其底部開設(shè)有排泥孔，厭氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)部位于排泥孔 上方設(shè)有攪拌器；厭氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)填充有組合填料，該組合填料是由生物膜生長(zhǎng)在填 料的表面組成；厭氧生物膜反應(yīng)器的出水口連接好氧生物膜反應(yīng)器的進(jìn)水口；
[0008] 好氧生物膜反應(yīng)器的底部開設(shè)有排泥孔，好氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)部位于排泥孔上方 設(shè)有納米曝氣盤，納米曝氣盤上方設(shè)有攪拌機(jī)，好氧生物反應(yīng)器內(nèi)的填料上生長(zhǎng)有好氧生 物膜；好氧生物膜反應(yīng)器出水口連接至人工濕地系統(tǒng)的布水管；
[0009] 厭氧生物膜反應(yīng)器和好氧生物膜反應(yīng)器均安裝有溫度控制儀，該溫度控制儀連接 并控制安置在內(nèi)部的感溫控頭和加熱帶；
[0010] 人工濕地系統(tǒng)自上而下依次為表面砂土層、砂石層和導(dǎo)水層，逐層間隔有厚度 30mm的無(wú)紡布；布水管埋設(shè)在表面砂土層中，表面砂土層上聯(lián)合培育有草本植物與木本植 物，人工濕地系統(tǒng)底部設(shè)有坡度，以保證人工濕地系統(tǒng)處理后的污水導(dǎo)入渦輪篩濾池內(nèi)的 縮口進(jìn)水管；
[0011] 渦輪篩濾池由多孔板分為上、下兩個(gè)部分，多孔板上方鋪設(shè)一層復(fù)合填料，該復(fù)合 填料為直徑〇. 5-1. 0_的天然沸石分子篩以及分子篩，填料體積比為5:1，復(fù)合填料的底部 設(shè)置有納米曝氣頭；復(fù)合填料上方設(shè)置一渦輪，渦輪篩濾池的縮口進(jìn)水管設(shè)在渦輪的一側(cè) 上部；渦輪另一側(cè)的上部設(shè)置有壓力射流管，壓力射流管上方有一曝氣管，曝氣管設(shè)有多個(gè) 細(xì)孔曝氣孔；曝氣管上方設(shè)置有回流槽，并安裝有超聲波發(fā)生儀；多孔板的下方為儲(chǔ)水箱， 儲(chǔ)水箱的內(nèi)壁均勻負(fù)載一層非金屬摻雜光催化劑，儲(chǔ)水箱的底部安裝有紫外滅菌燈，在紫 外滅菌燈的空隙間設(shè)置納米曝氣頭，儲(chǔ)水箱內(nèi)剩余空間填充有半導(dǎo)體負(fù)載填料；渦輪篩濾 池內(nèi)多孔板上方的納米曝氣頭和儲(chǔ)水箱內(nèi)的納米曝氣頭分別各連接一納米曝氣機(jī)，且多孔 板上方的納米曝氣頭進(jìn)氣為〇2，儲(chǔ)水箱內(nèi)的納米曝氣頭進(jìn)氣為〇 3;
[0012] 渦輪篩濾池內(nèi)儲(chǔ)水箱的出水通過(guò)第三閥門與沉砂池相連，儲(chǔ)水箱通過(guò)第四閥門連 接一縮口反洗管，該縮口反洗管設(shè)在復(fù)合填料表面；
[0013] 沉砂池的出水口通過(guò)反洗泵與縮口反洗管連接，在反洗泵與縮口反洗管之間設(shè)有 第二閥門。
[0014] 所述的處理裝置，其中，厭氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)的組合填料及好氧生物膜反應(yīng)器內(nèi) 的填料為上下堅(jiān)直布設(shè)。
[0015] 所述的處理裝置，其中，人工濕地系統(tǒng)的表面砂土層為粒徑0. 2m的砂土混合物， 砂子、赤泥分子篩與弗羅里娃藻土混合比例為1:1 :3 ;砂石層為粒徑的碎石，并在 碎石縫隙拌混砂子，提高填料比表面積；導(dǎo)水層為粒徑分別為9mm-16mm的礫石、零價(jià)納米 鐵和粒徑分別為16mm-25mm的沸石混合填料；人工濕地系統(tǒng)底部的坡度i = 0. 1-0. 5。
[0016] 所述的處理裝置，其中，渦輪篩濾池的多孔板是由兩層多孔板中間夾一層不銹鋼 紗網(wǎng)組成。
[0017] 所述的處理裝置，其中，渦輪篩濾池的復(fù)合填料是由粒徑0.5-1. 0mm的天然沸石 分子篩以及錳砂混合而成，配比為5:1。
[0018] 所述的處理裝置，其中，渦輪篩濾池的半導(dǎo)體負(fù)載填料為納米Ti02粉體負(fù)載在立 體網(wǎng)狀聚丙烯填料上。
[0019] 本發(fā)明提供的利用上述處理裝置去除污水中高濃度有機(jī)物污染物質(zhì)的方法：
[0020] 污水在重力作用下自流至厭氧生物膜反應(yīng)器中，高溫下對(duì)大分子有機(jī)成分進(jìn)行消 融處理，厭氧生物膜上微生物不斷分解污水中的難降解有機(jī)物，對(duì)污水進(jìn)行預(yù)處理，同時(shí)厭 氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)提高其處理效果，經(jīng)過(guò)厭氧生物膜反應(yīng)器處理的污水自流 至好氧生物膜反應(yīng)器中，在曝氣條件下，生物膜上微生物不斷分解經(jīng)過(guò)高溫厭氧處理后污 水中的小分子污染物質(zhì)，降低了人工濕地系統(tǒng)進(jìn)水負(fù)荷強(qiáng)度，經(jīng)過(guò)好氧生物膜反應(yīng)器處理 的污水自流至人工濕地系統(tǒng)中；
[0021] 人工濕地系統(tǒng)在填料-微生物-植物的作用下對(duì)污水進(jìn)行處理，由表面砂土層、砂 石層和導(dǎo)水層提高污水的處理速度及污水的處理效果，使污水在人工濕地系統(tǒng)內(nèi)經(jīng)歷了好 氧-缺氧-厭氧的反應(yīng)環(huán)境，將經(jīng)過(guò)厭氧生物膜反應(yīng)器和好氧生物膜反應(yīng)器處理的出水進(jìn) 行再度污染物質(zhì)的削減，人工濕地系統(tǒng)處理后的污水輸入渦輪篩濾池的縮口進(jìn)水管；
[0022] 在液壓泵及渦輪篩濾池的縮口進(jìn)水口的協(xié)同作用下，污水噴向渦輪篩濾池內(nèi)的渦 輪，帶動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，擾動(dòng)復(fù)合填料表層，使渦輪篩濾池內(nèi)污水呈現(xiàn)渦流狀態(tài)，保證污水自復(fù) 合填料縫隙通過(guò)流入儲(chǔ)水池；
[0023] 渦輪篩濾池內(nèi)復(fù)合填料的納米曝氣進(jìn)氣為02，用于清潔填料，儲(chǔ)水箱的納米曝氣 進(jìn)氣為〇 3，通過(guò)納米曝氣大量獲得羥基自由基，且納米級(jí)別〇3氣泡與紫外滅菌燈、半導(dǎo)體負(fù) 載填料共存于儲(chǔ)水箱，提高高級(jí)氧化效果，有效提高· 0H產(chǎn)生率；
[0024] 渦輪篩濾池儲(chǔ)水箱的出水導(dǎo)入沉砂池內(nèi)，使污水內(nèi)殘余懸浮物及填料沉淀，上清 液直接用于中水回用，部分上清液用于渦輪篩濾池的反沖洗。渦輪篩濾池的出水回流至人 工濕地系統(tǒng)進(jìn)水，調(diào)節(jié)水質(zhì)并刺激植物生長(zhǎng)過(guò)程分泌次生物質(zhì)。
[0025] 所述的方法，其中，污水經(jīng)過(guò)生活污水和出水混合初步調(diào)節(jié)水質(zhì)后進(jìn)入?yún)捬跎?膜反應(yīng)器中。
[0026] 所述的方法，其中，厭氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)溫度控制在50_90°C ;好氧生物膜反應(yīng)器 內(nèi)溫度控制在30-35 °C。
[0027] 所述的方法，其中，紫外滅菌燈平均照射劑量在300J/m2以上。
[0028] 本發(fā)明采用高溫厭氧生物膜反應(yīng)器、好氧生物膜反應(yīng)器、人工濕地系統(tǒng)逐級(jí)生物 降解污水內(nèi)污染物質(zhì)，而后使用渦輪篩濾池、沉砂池對(duì)處理過(guò)污水進(jìn)行三級(jí)處理，提高出水 水質(zhì)，對(duì)高濃度難降解有機(jī)廢水進(jìn)行深度處理，處理污水水量大、處理過(guò)程快速有效、環(huán)境 影響小，大大降低了難降解有機(jī)廢水對(duì)市政管網(wǎng)的負(fù)荷。本發(fā)明的篩濾方法為三級(jí)處理二 級(jí)出水，提高出水透明度及可見度；并使用納米曝氣技術(shù)，聯(lián)合光激發(fā)、光催化兩種方法高 效率產(chǎn)生羥基自由基，利用其強(qiáng)氧化性持久有效的對(duì)生物處理出水進(jìn)行深度處理，池中納 米二氧化鈦晶體作為光觸媒在紫外燈照射下激發(fā)極具氧化力的自由負(fù)離子，同時(shí)在納米曝 氣過(guò)程中以及超聲波發(fā)生過(guò)程激發(fā)的能量亦可發(fā)生并加強(qiáng)自由負(fù)離子的產(chǎn)生，達(dá)成光催化 效果；而自由負(fù)離子以及其擺脫共價(jià)鍵的束縛后留下空位，與納米氣泡表面帶有的電荷同 時(shí)產(chǎn)生微電解效果，可將生化性差、相對(duì)分子質(zhì)量高的污染物質(zhì)完全氧化降解，同時(shí)滅殺污 水中的細(xì)菌，病原菌，起到滅菌消毒的作用。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030] 附圖中主要組件符號(hào)說(shuō)明：
[0031] 1溫度控制儀；2加熱帶；3感溫控頭；4厭氧生物膜反應(yīng)器；5組合填料；6好氧生 物膜反應(yīng)器；7布水管；8植物系統(tǒng)；9人工濕地系統(tǒng)；10表面砂土層；11無(wú)紡布；12砂石層； 13導(dǎo)水層；14第一閥門；15縮口進(jìn)水管；16渦輪；17渦輪篩濾池；18縮口反洗管；19第二 閥門；20反洗泵；21沉砂池；22排泥孔；23第三閥門；24第四閥門；25紫外滅菌燈；26多孔 板；26A復(fù)合填料；27納米曝氣頭；28半導(dǎo)體負(fù)載填料；29儲(chǔ)水箱；30納米曝氣機(jī)；31納米 曝氣盤；32攪拌機(jī)；33超聲波發(fā)生儀；34曝氣管；35回流槽。

【具體實(shí)施方式】
[0032] 本發(fā)明提供的高濃度難降解有機(jī)廢水的處理裝置和方法，可以快速去除污水中污 染物質(zhì)（如：有機(jī)物、無(wú)機(jī)物、微生物、重金屬等）。
[0033] 請(qǐng)參閱圖1。本發(fā)明提供的高濃度難降解有機(jī)廢水的處理裝置，其主要結(jié)構(gòu)包括：
[0034] 厭氧生物膜反應(yīng)器4底部開設(shè)有排泥孔22,厭氧生物膜反應(yīng)器4內(nèi)部位于排泥孔 22上方設(shè)有曝氣盤，曝氣盤上方設(shè)有攪拌器32 ;高溫厭氧生物膜反應(yīng)器4內(nèi)填充有組合填 料5,該組合填料5是由生物膜生長(zhǎng)在填料的表面組成。厭氧生物膜反應(yīng)器4內(nèi)的高溫環(huán)境 滅殺微生物、病原菌的同時(shí)，快速分解難降解有機(jī)物，打斷環(huán)鏈薄弱連接處，轉(zhuǎn)化為可降解 物質(zhì)。經(jīng)過(guò)溫厭氧生物膜反應(yīng)器4處理的污水自流至好氧生物膜反應(yīng)器6中。
[0035] 好氧生物膜反應(yīng)器6底部開設(shè)有排泥孔22,好氧生物膜反應(yīng)器6內(nèi)部位于排泥孔 22上方設(shè)有納米曝氣盤31，納米曝氣盤31上方設(shè)有攪拌機(jī)32,好氧生物反應(yīng)器6內(nèi)的填料 上生長(zhǎng)有好氧生物膜；好氧生物膜反應(yīng)器6出水口連接至人工濕地系統(tǒng)9的布水管7。
[0036] 厭氧生物膜反應(yīng)器4和好氧生物膜反應(yīng)器6均安裝有溫度控制儀1，該溫度控制儀 1連接并控制安置在內(nèi)部的感溫控頭3和加熱帶2。
[0037] 厭氧生物膜反應(yīng)器4及好氧生物膜反應(yīng)器6內(nèi)的填料布設(shè)方式為上下堅(jiān)直布設(shè)。
[0038] 人工濕地系統(tǒng)9自上而下依次為表面砂土層10、砂石層12和導(dǎo)水層13。表面砂 土層10為0. 2m的砂土混合物，布水管7埋設(shè)在表面砂土層10中，表面砂土層10的表面 用于栽種植物，根據(jù)弗羅里硅藻土粘度，砂子、赤泥分子篩與弗羅里硅藻土混合比例為1:1 : 3 ;砂石層12厚0. 5m，為粒徑的碎石，并在碎石縫隙拌混少量砂子，提高填料比表 面積，為微生物的附著提供較大的場(chǎng)地；導(dǎo)水層13厚30mm，鋪設(shè)粒徑為9mm-16mm的碌石 以及粒徑為16mm-25mm的沸石組成的混合填料，用于污水的再度凈化，由大粒徑構(gòu)成的孔 隙率促進(jìn)了污水的流動(dòng)；表面砂土層10、砂石層12和導(dǎo)水層13之間逐層間隔為厚度30_ 的無(wú)紡布，防止弗羅里硅藻土、砂石的流失，造成導(dǎo)水層13的堵塞；人工濕地系統(tǒng)底有i = 0. 1-0. 5的坡度，以保證污水自導(dǎo)水層順利流出。
[0039] 人工濕地系統(tǒng)表面砂土層種植物選擇草本植物與木本植物聯(lián)合培育。栽種木本 植物富貴竹可利用其龐大根系，增強(qiáng)植物根系與微生物的聯(lián)合效果，增加弗羅里硅藻土孔 隙率以提高污水流行性，提升植物在土滲系統(tǒng)中吸收、吸附作用；栽種草本植物風(fēng)車草，對(duì) 污水中的有機(jī)物及氨氮等污染物質(zhì)有較好的處理效果，對(duì)污水中的重金屬有高效的吸收作 用。人工濕地系統(tǒng)處理后的污水導(dǎo)入渦輪篩濾池17內(nèi)的縮口進(jìn)水管15,在人工濕地系統(tǒng)與 縮口進(jìn)水管15之間設(shè)有第一閥門14。
[0040] 渦輪篩濾池17由多孔板26 (兩層多孔板夾雜一層鋼紗網(wǎng)）分為上、下兩個(gè)部分。 多孔板26上方鋪設(shè)一層復(fù)合填料26A，該復(fù)合填料26A可以選擇直徑0. 5-1. 0mm的天然沸 石分子篩以及分子篩，復(fù)合填料體積比為5:1進(jìn)行混合，用以深度去除重金屬。復(fù)合填料 26A的底部設(shè)置有納米曝氣頭27,復(fù)合填料26A上方設(shè)置一渦輪16,渦輪篩濾池17的縮口 進(jìn)水管15設(shè)在渦輪16的一側(cè)上部；渦輪16另一側(cè)的上部設(shè)置有壓力射流管，壓力射流管 上方有一曝氣管34,曝氣管34設(shè)有多個(gè)細(xì)孔曝氣孔，曝氣孔垂直向上；曝氣管34上方設(shè)置 有回流槽35,并安裝有超聲波發(fā)生儀33。多孔板26的下方為儲(chǔ)水箱29,儲(chǔ)水箱29的內(nèi)壁 均勻負(fù)載一層非金屬摻雜光催化劑，儲(chǔ)水箱29的底部安裝有紫外滅菌燈25,在紫外滅菌燈 25的空隙間設(shè)置納米曝氣頭27,儲(chǔ)水箱29內(nèi)剩余空間填充有半導(dǎo)體負(fù)載填料28 (如納米 Ti〇2粉體負(fù)載在立體網(wǎng)狀聚丙烯填料），本發(fā)明將填料固定在載體上，解決了常規(guī)光催化劑 需要分散劑協(xié)同使用的弊端，減少了催化劑的流失現(xiàn)象，避免了反應(yīng)結(jié)束后催化劑的分離 步驟。
[0041] 渦輪篩濾池17內(nèi)多孔板26上方的納米曝氣頭27和儲(chǔ)水箱29內(nèi)的納米曝氣頭27 分別各連接一納米曝氣機(jī)30A、30B，且多孔板26上方的納米曝氣頭27進(jìn)氣為0 2，儲(chǔ)水箱29 內(nèi)的納米曝氣頭27進(jìn)氣為03。使用渦輪篩濾池17時(shí)，儲(chǔ)水箱29內(nèi)的納米曝氣頭27不連 續(xù)工作，產(chǎn)生的空氣自多孔板26向上鼓起，分割成小氣泡，間歇沖散復(fù)合填料26A上的致密 污物層，污染物質(zhì)層破碎成片狀浮起，在曝氣管34的浮力以及渦輪16轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)向右（圖示方 向）推力的協(xié)同作用下，溢流至回流槽35,使復(fù)合填料26A截留的污染物集中排除渦輪篩濾 池17外?？梢匝娱L(zhǎng)渦輪篩濾池17的使用壽命及反洗周期，對(duì)于進(jìn)水濁度較低的情況，甚至 可以無(wú)需反沖洗，不斷運(yùn)行凈化污水。
[0042] 渦輪篩濾池17內(nèi)的納米曝氣頭27采用03曝氣，由于納米氣泡具有龐大的數(shù)量、 比表面積、緩慢的上升速度等特性，同時(shí)氣泡在水中停留時(shí)間長(zhǎng)，增加了氣液接觸面積、接 觸時(shí)間，利于臭氧溶于水中，克服了臭氧難溶于水的缺點(diǎn)；微氣泡內(nèi)部具有較大的壓力且納 米氣泡破裂時(shí)界面消失，周圍環(huán)境劇烈改變產(chǎn)生的化學(xué)能促使產(chǎn)生更多的羥基自由基·〇Η， 增強(qiáng)〇 3氧化分解有機(jī)物的能力；且納米級(jí)的〇3氣泡與紫外滅菌燈（紫外滅菌燈平均照射劑 量在300J/m 2以上）、半導(dǎo)體負(fù)載填料共存于渦輪篩濾池17,提高高級(jí)氧化效果，可有效提 高· 0H產(chǎn)生率。渦輪篩濾池17內(nèi)的儲(chǔ)水箱29的出水通過(guò)第三閥門23與沉砂池21相連。 儲(chǔ)水箱29通過(guò)第四閥門24連接一縮口反洗管18,該縮口反洗管18設(shè)在復(fù)合填料26A表 面。沉砂池21的出水口通過(guò)反洗泵20與縮口反洗管18連接，在反洗泵20與縮口反洗管 18之間設(shè)有第二閥門19。
[0043] 本發(fā)明的處理裝置在去除污水中高濃度有機(jī)物污染物質(zhì)的過(guò)程是：
[0044] 污水經(jīng)過(guò)初步調(diào)節(jié)水質(zhì)后（如與生活污水和出水混合），在重力作用下自流至高 溫厭氧生物膜反應(yīng)器中，高溫厭氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)溫度通過(guò)溫控裝置控制在50-90°C，高溫 環(huán)境下對(duì)大分子有機(jī)成分進(jìn)行消融處理，厭氧生物膜上微生物不斷分解污水中的難降解有 機(jī)物，對(duì)污水進(jìn)行預(yù)處理。同時(shí)池內(nèi)攪拌機(jī)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，提高其處理效果。經(jīng)過(guò)厭氧凈化池處 理的污水自流至好氧生物膜反應(yīng)器中。
[0045] 好氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)的溫度通過(guò)溫控裝置控制在30_35°C，在曝氣條件下，生物膜 上微生物不斷分解經(jīng)過(guò)高溫厭氧處理后污水中的小分子污染物質(zhì)，降低了人工濕地系統(tǒng)進(jìn) 水負(fù)荷強(qiáng)度，經(jīng)過(guò)好氧生物膜反應(yīng)器處理的污水自流至人工濕地系統(tǒng)中。
[0046] 人工濕地系統(tǒng)，在填料-微生物-植物的作用下對(duì)污水進(jìn)行處理，高孔隙率的填料 提高了污水的處理速度，合理的填料、植物選擇保證里污水的處理效果。污水在系統(tǒng)內(nèi)不同 深度經(jīng)歷了好氧-缺氧-厭氧的反應(yīng)環(huán)境，將經(jīng)過(guò)兩級(jí)生物膜反應(yīng)器處理的出水進(jìn)行了再 度污染物質(zhì)的削減，人工濕地系統(tǒng)處理后的污水輸入渦輪篩濾池的縮口進(jìn)水管。其中弗羅 里硅藻土用于大量吸附污染負(fù)荷并逐漸緩釋，用于降低污染負(fù)荷和毒性，赤泥分子篩用于 大量吸附污染負(fù)荷并逐漸緩釋，用于降低污染負(fù)荷和毒性，同時(shí)利用偏堿性的赤泥分子篩 作為填料，迅速吸附中和厭氧部分酸化產(chǎn)生的小分子酸，調(diào)節(jié)污水酸堿度，使裝置內(nèi)環(huán)境更 適宜植物、微生物生存；同時(shí)營(yíng)造偏堿性環(huán)境固定污水中的重金屬，防止其浸出，利用小分 子有機(jī)物供給植物養(yǎng)分，在植物生長(zhǎng)過(guò)程中吸附、吸收重金屬進(jìn)行重金屬生物穩(wěn)定化。所有 的填料表面形成生物膜，由上至下形成好氧、缺氧、厭氧狀態(tài)，在植物根系與微生物的協(xié)同 作用下去除污水中的污染物質(zhì)。零價(jià)納米鐵，用于網(wǎng)捕重金屬，防止重金屬濃度過(guò)高產(chǎn)生生 物毒性，抑制厭氧反硝化層中反硝化菌以及其他功能微生物的生長(zhǎng)。
[0047] 在液壓泵及渦輪篩濾池的縮口進(jìn)水管的協(xié)同作用下，污水高速的噴向渦輪篩濾池 內(nèi)的渦輪，帶動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，擾動(dòng)復(fù)合填料表層，使渦輪篩濾池內(nèi)污水呈現(xiàn)渦流狀態(tài)，保證污 水自復(fù)合填料縫隙快速通過(guò)填料層，流入下方儲(chǔ)水池。渦輪篩濾池內(nèi)復(fù)合填料的納米曝氣 進(jìn)氣為〇2，用于清潔填料，儲(chǔ)水箱的納米曝氣進(jìn)氣為〇 3，通過(guò)納米曝氣大量獲得羥基自由 基，且納米級(jí)別〇3氣泡與紫外滅菌燈、半導(dǎo)體負(fù)載填料共存于儲(chǔ)水箱，提高高級(jí)氧化效果， 有效提高· 0H產(chǎn)生率，紫外滅菌燈平均照射劑量在300J/m2以上；
[0048] 渦輪篩濾池儲(chǔ)水箱的出水導(dǎo)入沉砂池內(nèi)，使污水內(nèi)殘余懸浮物及填料沉淀，上清 液直接用于中水回用，部分上清液用于渦輪篩濾池的反沖洗。
[0049] 反沖洗過(guò)程中，反洗泵通過(guò)反沖洗管道向儲(chǔ)水池充水，儲(chǔ)水池在充水過(guò)程中，液面 上的空氣被強(qiáng)力擠壓，通過(guò)多孔板上升至填料層，使填料呈現(xiàn)沸騰流動(dòng)狀態(tài)；儲(chǔ)水池內(nèi)空氣 排空后，水流繼續(xù)通過(guò)多孔板孔洞向上高速流動(dòng)，使填料保持沸騰狀態(tài)；同時(shí)在反洗泵和縮 口進(jìn)水管的協(xié)同作用下，污水高速的噴向池內(nèi)渦輪，帶動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使池內(nèi)污水及填料呈現(xiàn) 渦流狀態(tài)。整個(gè)裝置的填料在水流旋渦的沖擊力下相互摩擦，且填料上附著的有機(jī)污染物 能夠去除，有利于取得較為純凈的填料。
[0050] 本發(fā)明的厭氧生物膜反應(yīng)器填料快速掛膜的方法實(shí)現(xiàn)過(guò)程：
[0051] 首先將接種的厭氧污泥與污水，用待處理污水按照濃度梯度馴化，濃度梯度按重 量比為底泥：待處理污水=3:1、2 :1、1:1、1:2、1:3，不斷加大混合液中待處理污水的比例， 直至最后進(jìn)水全為待處理污水，開啟攪拌機(jī)攪拌混勻?；旌弦阂恢軗Q一次，此操作持續(xù)大約 40d，待污泥形狀漸漸變好，顏色逐漸由黑色變成黑褐色，具有清新泥土味，沉降性能良好， 表明污泥培養(yǎng)階段結(jié)束。在污泥馴化完成后即可進(jìn)行填料掛膜。將填料放進(jìn)反應(yīng)器，填料 高度與水深比為〇. 7。接種的污泥采用污水處理廠沉淀池的剩余污泥。
[0052] 好氧生物膜反應(yīng)器填料快速掛膜的方法實(shí)現(xiàn)過(guò)程：
[0053] 首先采集接種的高鹽廢水排水口底泥與污水，加入反應(yīng)器中曝氣，用微生物培養(yǎng) 液按照濃度梯度馴化，濃度梯度按重量比為底泥：微生物培養(yǎng)液=3:1、2 :1、1:1、1:2、1:3， 不斷加大混合液中微生物培養(yǎng)液的比例，直至最后進(jìn)水全為微生物培養(yǎng)液，每次改變比例 后，反應(yīng)器水力停留時(shí)間不少于一周。連續(xù)運(yùn)行l(wèi)〇-15d后，待污泥形狀漸漸變好，具有清新 泥土味，沉降性能良好，C0D和氨氮去除率分別穩(wěn)定至85%以上，反應(yīng)器出水穩(wěn)定，表明污 泥培養(yǎng)階段結(jié)束即可進(jìn)行下一操作。
[0054] 在污泥馴化完成后即可進(jìn)行填料掛膜。將填料放進(jìn)反應(yīng)器，填料高度與水深比 為0. 7,悶曝24h，靜置一段時(shí)間，然后排出部分懸浮態(tài)微生物及上清液，再加入微生物培養(yǎng) 液，繼續(xù)曝氣、靜置，反復(fù)幾次，掛膜成功時(shí)，肉眼可以看到反應(yīng)器內(nèi)壁上附著一定量的絲狀 絮體，填料的表面都裹上了一層生物膜，并且顏色逐漸加深。曝氣過(guò)程中采用微曝氣，若是 過(guò)度曝氣攪拌，會(huì)使生物難以附著在填料表面。填料掛膜過(guò)程大約持續(xù)一星期。微生物 培養(yǎng)液的配方為：葡萄糖 〇· 42g/L，K2HP043. 83mg/L，KH2P044. 57mg/L，NH4C195. 35mg/L， MgS040. 15g/L 和微量元素。其水質(zhì)指標(biāo)為：pH :7. 86 ; P (CODCr) :300mg/L ; P (NH4+-N): 25mg/L ； p (P043-P) :5mg/L。
[0055] 本發(fā)明采用三級(jí)反沖洗技術(shù)進(jìn)行反沖洗：
[0056] -級(jí)反沖洗為曝氣循環(huán)反沖洗，由于污染物質(zhì)在填料表面的堆積，污水難以透過(guò) 填料之間的空隙滲透下去，在篩濾過(guò)程中進(jìn)行反沖洗，開啟曝氣管34并間歇開啟多孔板下 方納米曝氣機(jī)30,儲(chǔ)水箱內(nèi)納米曝氣頭不連續(xù)工作，空氣自多孔板向上鼓起，分割成小氣 泡，間歇沖散篩濾填料上的致密污物層，污染物質(zhì)層破碎成片狀浮起，在曝氣管的浮力以及 渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)向右推力的協(xié)同作用下產(chǎn)生波輪效果，大力清洗填料表層片狀致密污染物，溢 流至回流槽，使填料截留的污染物集中排除裝置外，與進(jìn)水混合重新處理，污水也可繼續(xù)自 分子篩空隙滲透下去；一級(jí)反沖洗可延長(zhǎng)篩濾裝置使用壽命及反洗周期，對(duì)于進(jìn)水濁度較 低的情況，甚至可以無(wú)需反沖洗，使裝置不斷運(yùn)行凈化污水。
[0057] 二級(jí)反沖洗為空氣脈沖反沖洗，由于污水濁度過(guò)高，導(dǎo)致污染物質(zhì)在填料表面的 大量堆積，僅僅靠一級(jí)反沖洗步驟仍不能達(dá)到繼續(xù)篩濾的效果。此時(shí)關(guān)閉縮口進(jìn)水管15的 閥門以及渦輪篩濾池17和沉砂池21之間的閥門，開啟反洗泵20的閥門，啟動(dòng)反洗泵20、曝 氣管34及兩納米曝氣機(jī)30,將沉砂池21內(nèi)出水導(dǎo)入儲(chǔ)水箱中。在回水壓力的作用下，儲(chǔ)水 箱中的全部空氣受到快速擠壓，沿分壓倉(cāng)上細(xì)孔上升，全部篩濾填料層在上升空氣、旋轉(zhuǎn)擾 動(dòng)的波輪作用及填料下納米曝氣頭的沖擊力作用下，填料間隙的污染物質(zhì)破碎浮起，又在 曝氣管的浮力以及進(jìn)水沖擊擋流板向右推力的協(xié)同作用下，溢流至回流槽35與初始進(jìn)水 混合，待水面快速下降。過(guò)濾速率重新穩(wěn)定后，關(guān)閉反洗泵20的閥門、反洗泵20及兩納米 曝氣機(jī)30,開啟縮口進(jìn)水管15的閥門以及渦輪篩濾池17和沉砂池21之間的閥門，繼續(xù)進(jìn) 行篩濾處理。
[0058] 三級(jí)反沖洗為曝氣湍流反沖洗，此時(shí)一、二級(jí)反沖洗已經(jīng)不足以解決污染物質(zhì)對(duì) 填料的覆蓋、阻塞問(wèn)題，污水大量積聚不得過(guò)濾。此時(shí)關(guān)閉縮口進(jìn)水管15的閥門，開啟渦輪 篩濾池17和沉砂池21之間的閥門以及反洗泵20的閥門，啟動(dòng)反洗泵20、曝氣管34、超聲 波發(fā)生儀33及兩納米曝氣機(jī)30,將出水池內(nèi)出水大量導(dǎo)入儲(chǔ)水箱中。⑴儲(chǔ)水箱內(nèi)部空氣沿 多孔板細(xì)孔上升攪拌，填料底部納米曝氣頭開始曝氣，填料上方渦輪不斷轉(zhuǎn)動(dòng)；⑵利用納米 曝氣技術(shù)沖擊、氧化、氣浮及高溫作用協(xié)同清洗，上方填料呈現(xiàn)湍流狀態(tài)，進(jìn)行無(wú)規(guī)則高速 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，填料在水流旋渦的沖擊力和氣泡的剪切力作用下相互摩擦，填料上附著的有機(jī) 污染物能夠去除，得到較為純凈的填料；⑶利用超聲波發(fā)生儀在液體介質(zhì)中產(chǎn)生超聲波，在 篩濾填料表面產(chǎn)生空化效應(yīng)，空化汽泡在閉合過(guò)程中破裂時(shí)形成的沖擊波，會(huì)在其周圍產(chǎn) 生上千個(gè)氣壓的沖擊壓力，作用在填料表面上破壞污物之間粘性，并使它們迅速分散在反 洗液中，從而達(dá)到填料表面潔凈的效果。⑷空氣排凈后，出水池的出水繼續(xù)導(dǎo)入，富含羥自 由基的出水沖洗湍流狀態(tài)的的填料顆粒表面及微孔，剝離污染物質(zhì)，填料得到再生。（5)而污 染物質(zhì)在水流沖擊力及右側(cè)曝氣管氣浮作用下不斷向上浮至水面，自左端進(jìn)水堰及右端回 流槽流出與初始進(jìn)水混合。經(jīng)過(guò)三級(jí)反沖洗，內(nèi)部污染物被清洗排空殆盡。
[0059] 常規(guī)砂濾是在過(guò)濾過(guò)程中不擾動(dòng)砂層，使水流從砂子細(xì)小縫隙之間流過(guò)。通常采 用不擾動(dòng)砂層，壓實(shí)填料、增加水壓、砂上附加網(wǎng)格等手段改進(jìn)砂濾過(guò)程，讓水流從砂子細(xì) 小縫隙之間流過(guò)，而污染物質(zhì)停留在砂層的表層上。本發(fā)明則是利用渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)擾動(dòng)填料表 層，防止污染物質(zhì)堆積對(duì)水流的順利通過(guò)形成阻力，同時(shí)利用高級(jí)氧化、納米曝氣、氣泡的 沖擊力和剪切力等手段改進(jìn)裝置，利用分子篩、錳砂等填料進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最后使用三級(jí)反 沖洗等改進(jìn)處理過(guò)程。舉例說(shuō)明：采用本發(fā)明處理C0D高達(dá)50000mg/L的有機(jī)廢水50L， 前兩小時(shí)在厭氧生物膜反應(yīng)器、好氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)C0D含量由50000mg/L迅速降低至 3000mg/L，第三小時(shí)在人工濕地系統(tǒng)內(nèi)廢水的有機(jī)物含量減少了 95%、致病微生物降低了 80%，渦輪篩濾池僅僅使用10-1511^11，很亮有機(jī)物去除率達(dá)到100%。
【權(quán)利要求】
1. 一種高濃度難降解有機(jī)廢水的處理裝置，其主要包括： 一厭氧生物膜反應(yīng)器，其底部開設(shè)有排泥孔，厭氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)部位于排泥孔上方 設(shè)有攪拌器；厭氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)填充有組合填料，該組合填料是由生物膜生長(zhǎng)在填料的 表面組成；厭氧生物膜反應(yīng)器的出水口連接好氧生物膜反應(yīng)器的進(jìn)水口； 好氧生物膜反應(yīng)器的底部開設(shè)有排泥孔，好氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)部位于排泥孔上方設(shè)有 納米曝氣盤，納米曝氣盤上方設(shè)有攪拌機(jī)，好氧生物反應(yīng)器內(nèi)的填料上生長(zhǎng)有好氧生物膜； 好氧生物膜反應(yīng)器出水口連接至人工濕地系統(tǒng)的布水管； 厭氧生物膜反應(yīng)器和好氧生物膜反應(yīng)器均安裝有溫度控制儀，該溫度控制儀連接并控 制安置在內(nèi)部的感溫控頭和加熱帶； 人工濕地系統(tǒng)自上而下依次為表面砂土層、砂石層和導(dǎo)水層，逐層間隔有厚度30mm的 無(wú)紡布；布水管埋設(shè)在表面砂土層中，表面砂土層上聯(lián)合培育有草本植物與木本植物，人工 濕地系統(tǒng)底部設(shè)有坡度，以保證人工濕地系統(tǒng)處理后的污水導(dǎo)入渦輪篩濾池內(nèi)的縮口進(jìn)水 管； 渦輪篩濾池由多孔板分為上、下兩個(gè)部分，多孔板上方鋪設(shè)一層復(fù)合填料，該復(fù)合填料 為直徑0. 5-1. 0_的天然沸石分子篩以及分子篩，填料體積比為5:1，復(fù)合填料的底部設(shè)置 有納米曝氣頭；復(fù)合填料上方設(shè)置一渦輪，渦輪篩濾池的縮口進(jìn)水管設(shè)在渦輪的一側(cè)上部； 渦輪另一側(cè)的上部設(shè)置有壓力射流管，壓力射流管上方有一曝氣管，曝氣管設(shè)有多個(gè)細(xì)孔 曝氣孔；曝氣管上方設(shè)置有回流槽，并安裝有超聲波發(fā)生儀；多孔板的下方為儲(chǔ)水箱，儲(chǔ)水 箱的內(nèi)壁均勻負(fù)載一層非金屬摻雜光催化劑，儲(chǔ)水箱的底部安裝有紫外滅菌燈，在紫外滅 菌燈的空隙間設(shè)置納米曝氣頭，儲(chǔ)水箱內(nèi)剩余空間填充有半導(dǎo)體負(fù)載填料；渦輪篩濾池內(nèi) 多孔板上方的納米曝氣頭和儲(chǔ)水箱內(nèi)的納米曝氣頭分別各連接一納米曝氣機(jī)，且多孔板上 方的納米曝氣頭進(jìn)氣為〇 2，儲(chǔ)水箱內(nèi)的納米曝氣頭進(jìn)氣為〇3 ; 渦輪篩濾池內(nèi)儲(chǔ)水箱的出水通過(guò)第三閥門與沉砂池相連，儲(chǔ)水箱通過(guò)第四閥門連接一 縮口反洗管，該縮口反洗管設(shè)在復(fù)合填料表面； 沉砂池的出水口通過(guò)反洗泵與縮口反洗管連接，在反洗泵與縮口反洗管之間設(shè)有第二 閥門。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理裝置，其中，厭氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)的組合填料及好氧生 物膜反應(yīng)器內(nèi)的填料為上下堅(jiān)直布設(shè)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理裝置，其中，人工濕地系統(tǒng)的表面砂土層為粒徑0. 2m的 砂土混合物，砂子、赤泥分子篩與弗羅里娃藻土混合比例為1:1 :3 ;砂石層為粒徑 的碎石，并在碎石縫隙拌混砂子，提高填料比表面積；導(dǎo)水層為粒徑分別為9mm-16mm的礫 石、零價(jià)納米鐵和粒徑分別為16mm-25mm的沸石混合填料；人工濕地系統(tǒng)底部的坡度i = 0. 1-0. 5。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理裝置，其中，渦輪篩濾池的多孔板是由兩層多孔板中間 夾一層不銹鋼紗網(wǎng)組成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理裝置，其中，渦輪篩濾池的復(fù)合填料是由粒徑0. 5-1. 0_ 的天然沸石分子篩以及錳砂混合而成，體積比為5:1。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理裝置，其中，渦輪篩濾池的半導(dǎo)體負(fù)載填料為納米Ti02 粉體負(fù)載在立體網(wǎng)狀聚丙烯填料上。
7. 利用權(quán)利要求1所述處理裝置去除污水中高濃度有機(jī)物污染物質(zhì)的方法： 污水在重力作用下自流至厭氧生物膜反應(yīng)器中，高溫下對(duì)大分子有機(jī)成分進(jìn)行消融處 理，厭氧生物膜上微生物不斷分解污水中的難降解有機(jī)物，對(duì)污水進(jìn)行預(yù)處理，同時(shí)厭氧生 物膜反應(yīng)器內(nèi)攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)提高其處理效果，經(jīng)過(guò)厭氧生物膜反應(yīng)器處理的污水自流至好 氧生物膜反應(yīng)器中，在曝氣條件下，生物膜上微生物不斷分解經(jīng)過(guò)高溫厭氧處理后污水中 的小分子污染物質(zhì)，降低了人工濕地系統(tǒng)進(jìn)水負(fù)荷強(qiáng)度，經(jīng)過(guò)好氧生物膜反應(yīng)器處理的污 水自流至人工濕地系統(tǒng)中； 人工濕地系統(tǒng)在填料-微生物-植物的作用下對(duì)污水進(jìn)行處理，由表面砂土層、砂石 層和導(dǎo)水層提高污水的處理速度及污水的處理效果，使污水在人工濕地系統(tǒng)內(nèi)經(jīng)歷了好 氧-缺氧-厭氧的反應(yīng)環(huán)境，將經(jīng)過(guò)厭氧生物膜反應(yīng)器和好氧生物膜反應(yīng)器處理的出水進(jìn) 行再度污染物質(zhì)的削減，人工濕地系統(tǒng)處理后的污水輸入渦輪篩濾池的縮口進(jìn)水管； 在液壓泵及渦輪篩濾池的縮口進(jìn)水口的協(xié)同作用下，污水噴向渦輪篩濾池內(nèi)的渦輪， 帶動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，擾動(dòng)復(fù)合填料表層，使渦輪篩濾池內(nèi)污水呈現(xiàn)渦流狀態(tài)，保證污水自復(fù)合填 料縫隙通過(guò)流入儲(chǔ)水池； 渦輪篩濾池內(nèi)復(fù)合填料的納米曝氣進(jìn)氣為〇2，用于清潔填料，儲(chǔ)水箱的納米曝氣進(jìn)氣 為〇3，通過(guò)納米曝氣大量獲得羥基自由基，且納米級(jí)別〇3氣泡與紫外滅菌燈、半導(dǎo)體負(fù)載填 料共存于儲(chǔ)水箱，提高高級(jí)氧化效果，有效提高· 0H產(chǎn)生率； 渦輪篩濾池儲(chǔ)水箱的出水導(dǎo)入沉砂池內(nèi)，使污水內(nèi)殘余懸浮物及填料沉淀，上清液直 接用于中水回用，部分上清液用于渦輪篩濾池的反沖洗； 渦輪篩濾池的出水回流至人工濕地系統(tǒng)進(jìn)水，調(diào)節(jié)水質(zhì)并刺激植物生長(zhǎng)過(guò)程分泌次生 物質(zhì)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，污水經(jīng)過(guò)生活污水和出水混合初步調(diào)節(jié)水質(zhì)后 進(jìn)入?yún)捬跎锬し磻?yīng)器中。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，厭氧生物膜反應(yīng)器內(nèi)溫度控制在50-90°C ;好氧 生物膜反應(yīng)器內(nèi)溫度控制在30-35°C。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，紫外滅菌燈平均照射劑量在300J/m2以上。
【文檔編號(hào)】C02F9/14GK104193074SQ201410357470
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】席北斗, 王雷, 何小松, 張列宇, 余紅, 楊天學(xué), 夏訓(xùn)峰, 李曹樂(lè) 申請(qǐng)人:中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院