一種高濃度難降解有機廢水的處理裝置和處理方法

2023-05-11 11:21:31 2

一種高濃度難降解有機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廢水的處理裝置，主要包括：厭氧生物膜反應器、好氧生物膜反應器、人工溼地系統、渦輪篩濾池和沉砂池組成。本發明還公開了利用上述裝置去除汙水中高濃度有機物汙染物質的方法。本發明使用納米曝氣技術，聯合光激發、光催化兩種方法高效率產生羥基自由基，利用其強氧化性持久有效的對生物處理出水進行深度處理，將可生化性差、相對分子質量高的汙染物質完全氧化降解，同時滅殺汙水中的細菌，病原菌，起到滅菌消毒的作用。
【專利說明】一種高濃度難降解有機廢水的處理裝置和處理方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種高濃度難降解有機廢水的深度處理裝置。
[0002] 本發明還涉及利用上述裝置去除汙水中高濃度有機物等汙染物質的方法。

【背景技術】
[0003] 水是人類生活和社會生產所必需的、不可替代的自然資源，水資源狀況直接影響 著經濟社會發展和人民生活水平的提高，睡者工業技術的飛速發展，生產規模不斷擴大，高 濃度有機廢水的汙染源日益增多，這一問題越來越引起社會各界的高度重視。由於高濃度 有機廢水的性質和來源不同，具有汙染物含量高、毒性大、排放點分散、處理工藝複雜、投資 和運行成本高、管理難的特點，採用一般廢水治理方法難以滿足淨化處理的經濟和技術要 求，因此，高濃度有機廢水的治理已成為現階段國內外環境保護領域亟待解決的一個難題。


【發明內容】

[0004] 本發明的目的在於提供一種高濃度難降解有機廢水的深度處理裝置。
[0005] 本發明的又一目的在於提供一種利用上述裝置去除汙水中高濃度有機物汙染物 質的方法。
[0006] 為實現上述目的，本發明提供的高濃度難降解有機廢水的處理裝置，其主要包 括：
[0007] -厭氧生物膜反應器，其底部開設有排泥孔，厭氧生物膜反應器內部位於排泥孔 上方設有攪拌器；厭氧生物膜反應器內填充有組合填料，該組合填料是由生物膜生長在填 料的表面組成；厭氧生物膜反應器的出水口連接好氧生物膜反應器的進水口；
[0008] 好氧生物膜反應器的底部開設有排泥孔，好氧生物膜反應器內部位於排泥孔上方 設有納米曝氣盤，納米曝氣盤上方設有攪拌機，好氧生物反應器內的填料上生長有好氧生 物膜；好氧生物膜反應器出水口連接至人工溼地系統的布水管；
[0009] 厭氧生物膜反應器和好氧生物膜反應器均安裝有溫度控制儀，該溫度控制儀連接 並控制安置在內部的感溫控頭和加熱帶；
[0010] 人工溼地系統自上而下依次為表面砂土層、砂石層和導水層，逐層間隔有厚度 30mm的無紡布；布水管埋設在表面砂土層中，表面砂土層上聯合培育有草本植物與木本植 物，人工溼地系統底部設有坡度，以保證人工溼地系統處理後的汙水導入渦輪篩濾池內的 縮口進水管；
[0011] 渦輪篩濾池由多孔板分為上、下兩個部分，多孔板上方鋪設一層複合填料，該複合 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，複合填料的底部 設置有納米曝氣頭；複合填料上方設置一渦輪，渦輪篩濾池的縮口進水管設在渦輪的一側 上部；渦輪另一側的上部設置有壓力射流管，壓力射流管上方有一曝氣管，曝氣管設有多個 細孔曝氣孔；曝氣管上方設置有回流槽，並安裝有超聲波發生儀；多孔板的下方為儲水箱， 儲水箱的內壁均勻負載一層非金屬摻雜光催化劑，儲水箱的底部安裝有紫外滅菌燈，在紫 外滅菌燈的空隙間設置納米曝氣頭，儲水箱內剩餘空間填充有半導體負載填料；渦輪篩濾 池內多孔板上方的納米曝氣頭和儲水箱內的納米曝氣頭分別各連接一納米曝氣機，且多孔 板上方的納米曝氣頭進氣為〇2，儲水箱內的納米曝氣頭進氣為〇 3;
[0012] 渦輪篩濾池內儲水箱的出水通過第三閥門與沉砂池相連，儲水箱通過第四閥門連 接一縮口反洗管，該縮口反洗管設在複合填料表面；
[0013] 沉砂池的出水口通過反洗泵與縮口反洗管連接，在反洗泵與縮口反洗管之間設有 第二閥門。
[0014] 所述的處理裝置，其中，厭氧生物膜反應器內的組合填料及好氧生物膜反應器內 的填料為上下堅直布設。
[0015] 所述的處理裝置，其中，人工溼地系統的表面砂土層為粒徑0. 2m的砂土混合物， 砂子、赤泥分子篩與弗羅裡娃藻土混合比例為1:1 :3 ;砂石層為粒徑的碎石，並在 碎石縫隙拌混砂子，提高填料比表面積；導水層為粒徑分別為9mm-16mm的礫石、零價納米 鐵和粒徑分別為16mm-25mm的沸石混合填料；人工溼地系統底部的坡度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鏽鋼 紗網組成。
[0017] 所述的處理裝置，其中，渦輪篩濾池的複合填料是由粒徑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，渦輪篩濾池的半導體負載填料為納米Ti02粉體負載在立 體網狀聚丙烯填料上。
[0019] 本發明提供的利用上述處理裝置去除汙水中高濃度有機物汙染物質的方法：
[0020] 汙水在重力作用下自流至厭氧生物膜反應器中，高溫下對大分子有機成分進行消 融處理，厭氧生物膜上微生物不斷分解汙水中的難降解有機物，對汙水進行預處理，同時厭 氧生物膜反應器內攪拌機的轉動提高其處理效果，經過厭氧生物膜反應器處理的汙水自流 至好氧生物膜反應器中，在曝氣條件下，生物膜上微生物不斷分解經過高溫厭氧處理後汙 水中的小分子汙染物質，降低了人工溼地系統進水負荷強度，經過好氧生物膜反應器處理 的汙水自流至人工溼地系統中；
[0021] 人工溼地系統在填料-微生物-植物的作用下對汙水進行處理，由表面砂土層、砂 石層和導水層提高汙水的處理速度及汙水的處理效果，使汙水在人工溼地系統內經歷了好 氧-缺氧-厭氧的反應環境，將經過厭氧生物膜反應器和好氧生物膜反應器處理的出水進 行再度汙染物質的削減，人工溼地系統處理後的汙水輸入渦輪篩濾池的縮口進水管；
[0022] 在液壓泵及渦輪篩濾池的縮口進水口的協同作用下，汙水噴向渦輪篩濾池內的渦 輪，帶動渦輪轉動，擾動複合填料表層，使渦輪篩濾池內汙水呈現渦流狀態，保證汙水自復 合填料縫隙通過流入儲水池；
[0023] 渦輪篩濾池內複合填料的納米曝氣進氣為02，用於清潔填料，儲水箱的納米曝氣 進氣為〇 3，通過納米曝氣大量獲得羥基自由基，且納米級別〇3氣泡與紫外滅菌燈、半導體負 載填料共存於儲水箱，提高高級氧化效果，有效提高· 0H產生率；
[0024] 渦輪篩濾池儲水箱的出水導入沉砂池內，使汙水內殘餘懸浮物及填料沉澱，上清 液直接用於中水回用，部分上清液用於渦輪篩濾池的反衝洗。渦輪篩濾池的出水回流至人 工溼地系統進水，調節水質並刺激植物生長過程分泌次生物質。
[0025] 所述的方法，其中，汙水經過生活汙水和出水混合初步調節水質後進入厭氧生物 膜反應器中。
[0026] 所述的方法，其中，厭氧生物膜反應器內溫度控制在50_90°C ;好氧生物膜反應器 內溫度控制在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] 本發明採用高溫厭氧生物膜反應器、好氧生物膜反應器、人工溼地系統逐級生物 降解汙水內汙染物質，而後使用渦輪篩濾池、沉砂池對處理過汙水進行三級處理，提高出水 水質，對高濃度難降解有機廢水進行深度處理，處理汙水水量大、處理過程快速有效、環境 影響小，大大降低了難降解有機廢水對市政管網的負荷。本發明的篩濾方法為三級處理二 級出水，提高出水透明度及可見度；並使用納米曝氣技術，聯合光激發、光催化兩種方法高 效率產生羥基自由基，利用其強氧化性持久有效的對生物處理出水進行深度處理，池中納 米二氧化鈦晶體作為光觸媒在紫外燈照射下激發極具氧化力的自由負離子，同時在納米曝 氣過程中以及超聲波發生過程激發的能量亦可發生並加強自由負離子的產生，達成光催化 效果；而自由負離子以及其擺脫共價鍵的束縛後留下空位，與納米氣泡表面帶有的電荷同 時產生微電解效果，可將生化性差、相對分子質量高的汙染物質完全氧化降解，同時滅殺汙 水中的細菌，病原菌，起到滅菌消毒的作用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 圖1是本發明的裝置結構示意圖。
[0030] 附圖中主要組件符號說明：
[0031] 1溫度控制儀；2加熱帶；3感溫控頭；4厭氧生物膜反應器；5組合填料；6好氧生 物膜反應器；7布水管；8植物系統；9人工溼地系統；10表面砂土層；11無紡布；12砂石層； 13導水層；14第一閥門；15縮口進水管；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複合填料；27納米曝氣頭；28半導體負載填料；29儲水箱；30納米曝氣機；31納米 曝氣盤；32攪拌機；33超聲波發生儀；34曝氣管；35回流槽。

【具體實施方式】
[0032] 本發明提供的高濃度難降解有機廢水的處理裝置和方法，可以快速去除汙水中汙 染物質（如：有機物、無機物、微生物、重金屬等）。
[0033] 請參閱圖1。本發明提供的高濃度難降解有機廢水的處理裝置，其主要結構包括：
[0034] 厭氧生物膜反應器4底部開設有排泥孔22,厭氧生物膜反應器4內部位於排泥孔 22上方設有曝氣盤，曝氣盤上方設有攪拌器32 ;高溫厭氧生物膜反應器4內填充有組合填 料5,該組合填料5是由生物膜生長在填料的表面組成。厭氧生物膜反應器4內的高溫環境 滅殺微生物、病原菌的同時，快速分解難降解有機物，打斷環鏈薄弱連接處，轉化為可降解 物質。經過溫厭氧生物膜反應器4處理的汙水自流至好氧生物膜反應器6中。
[0035] 好氧生物膜反應器6底部開設有排泥孔22,好氧生物膜反應器6內部位於排泥孔 22上方設有納米曝氣盤31，納米曝氣盤31上方設有攪拌機32,好氧生物反應器6內的填料 上生長有好氧生物膜；好氧生物膜反應器6出水口連接至人工溼地系統9的布水管7。
[0036] 厭氧生物膜反應器4和好氧生物膜反應器6均安裝有溫度控制儀1，該溫度控制儀 1連接並控制安置在內部的感溫控頭3和加熱帶2。
[0037] 厭氧生物膜反應器4及好氧生物膜反應器6內的填料布設方式為上下堅直布設。
[0038] 人工溼地系統9自上而下依次為表面砂土層10、砂石層12和導水層13。表面砂 土層10為0. 2m的砂土混合物，布水管7埋設在表面砂土層10中，表面砂土層10的表面 用於栽種植物，根據弗羅裡硅藻土粘度，砂子、赤泥分子篩與弗羅裡硅藻土混合比例為1:1 : 3 ;砂石層12厚0. 5m，為粒徑的碎石，並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地；導水層13厚30mm，鋪設粒徑為9mm-16mm的碌石 以及粒徑為16mm-25mm的沸石組成的混合填料，用於汙水的再度淨化，由大粒徑構成的孔 隙率促進了汙水的流動；表面砂土層10、砂石層12和導水層13之間逐層間隔為厚度30_ 的無紡布，防止弗羅裡硅藻土、砂石的流失，造成導水層13的堵塞；人工溼地系統底有i = 0. 1-0. 5的坡度，以保證汙水自導水層順利流出。
[0039] 人工溼地系統表面砂土層種植物選擇草本植物與木本植物聯合培育。栽種木本 植物富貴竹可利用其龐大根系，增強植物根系與微生物的聯合效果，增加弗羅裡硅藻土孔 隙率以提高汙水流行性，提升植物在土滲系統中吸收、吸附作用；栽種草本植物風車草，對 汙水中的有機物及氨氮等汙染物質有較好的處理效果，對汙水中的重金屬有高效的吸收作 用。人工溼地系統處理後的汙水導入渦輪篩濾池17內的縮口進水管15,在人工溼地系統與 縮口進水管15之間設有第一閥門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）分為上、下兩個部分。 多孔板26上方鋪設一層複合填料26A，該複合填料26A可以選擇直徑0. 5-1. 0mm的天然沸 石分子篩以及分子篩，複合填料體積比為5:1進行混合，用以深度去除重金屬。複合填料 26A的底部設置有納米曝氣頭27,複合填料26A上方設置一渦輪16,渦輪篩濾池17的縮口 進水管15設在渦輪16的一側上部；渦輪16另一側的上部設置有壓力射流管，壓力射流管 上方有一曝氣管34,曝氣管34設有多個細孔曝氣孔，曝氣孔垂直向上；曝氣管34上方設置 有回流槽35,並安裝有超聲波發生儀33。多孔板26的下方為儲水箱29,儲水箱29的內壁 均勻負載一層非金屬摻雜光催化劑，儲水箱29的底部安裝有紫外滅菌燈25,在紫外滅菌燈 25的空隙間設置納米曝氣頭27,儲水箱29內剩餘空間填充有半導體負載填料28 (如納米 Ti〇2粉體負載在立體網狀聚丙烯填料），本發明將填料固定在載體上，解決了常規光催化劑 需要分散劑協同使用的弊端，減少了催化劑的流失現象，避免了反應結束後催化劑的分離 步驟。
[0041] 渦輪篩濾池17內多孔板26上方的納米曝氣頭27和儲水箱29內的納米曝氣頭27 分別各連接一納米曝氣機30A、30B，且多孔板26上方的納米曝氣頭27進氣為0 2，儲水箱29 內的納米曝氣頭27進氣為03。使用渦輪篩濾池17時，儲水箱29內的納米曝氣頭27不連 續工作，產生的空氣自多孔板26向上鼓起，分割成小氣泡，間歇衝散複合填料26A上的緻密 汙物層，汙染物質層破碎成片狀浮起，在曝氣管34的浮力以及渦輪16轉動時向右（圖示方 向）推力的協同作用下，溢流至回流槽35,使複合填料26A截留的汙染物集中排除渦輪篩濾 池17外。可以延長渦輪篩濾池17的使用壽命及反洗周期，對於進水濁度較低的情況，甚至 可以無需反衝洗，不斷運行淨化汙水。
[0042] 渦輪篩濾池17內的納米曝氣頭27採用03曝氣，由於納米氣泡具有龐大的數量、 比表面積、緩慢的上升速度等特性，同時氣泡在水中停留時間長，增加了氣液接觸面積、接 觸時間，利於臭氧溶於水中，克服了臭氧難溶於水的缺點；微氣泡內部具有較大的壓力且納 米氣泡破裂時界面消失，周圍環境劇烈改變產生的化學能促使產生更多的羥基自由基·〇Η， 增強〇 3氧化分解有機物的能力；且納米級的〇3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）、半導體負載填料共存於渦輪篩濾池17,提高高級氧化效果，可有效提 高· 0H產生率。渦輪篩濾池17內的儲水箱29的出水通過第三閥門23與沉砂池21相連。 儲水箱29通過第四閥門24連接一縮口反洗管18,該縮口反洗管18設在複合填料26A表 面。沉砂池21的出水口通過反洗泵20與縮口反洗管18連接，在反洗泵20與縮口反洗管 18之間設有第二閥門19。
[0043] 本發明的處理裝置在去除汙水中高濃度有機物汙染物質的過程是：
[0044] 汙水經過初步調節水質後（如與生活汙水和出水混合），在重力作用下自流至高 溫厭氧生物膜反應器中，高溫厭氧生物膜反應器內溫度通過溫控裝置控制在50-90°C，高溫 環境下對大分子有機成分進行消融處理，厭氧生物膜上微生物不斷分解汙水中的難降解有 機物，對汙水進行預處理。同時池內攪拌機緩慢轉動，提高其處理效果。經過厭氧淨化池處 理的汙水自流至好氧生物膜反應器中。
[0045] 好氧生物膜反應器內的溫度通過溫控裝置控制在30_35°C，在曝氣條件下，生物膜 上微生物不斷分解經過高溫厭氧處理後汙水中的小分子汙染物質，降低了人工溼地系統進 水負荷強度，經過好氧生物膜反應器處理的汙水自流至人工溼地系統中。
[0046] 人工溼地系統，在填料-微生物-植物的作用下對汙水進行處理，高孔隙率的填料 提高了汙水的處理速度，合理的填料、植物選擇保證裡汙水的處理效果。汙水在系統內不同 深度經歷了好氧-缺氧-厭氧的反應環境，將經過兩級生物膜反應器處理的出水進行了再 度汙染物質的削減，人工溼地系統處理後的汙水輸入渦輪篩濾池的縮口進水管。其中弗羅 裡硅藻土用於大量吸附汙染負荷並逐漸緩釋，用於降低汙染負荷和毒性，赤泥分子篩用於 大量吸附汙染負荷並逐漸緩釋，用於降低汙染負荷和毒性，同時利用偏鹼性的赤泥分子篩 作為填料，迅速吸附中和厭氧部分酸化產生的小分子酸，調節汙水酸鹼度，使裝置內環境更 適宜植物、微生物生存；同時營造偏鹼性環境固定汙水中的重金屬，防止其浸出，利用小分 子有機物供給植物養分，在植物生長過程中吸附、吸收重金屬進行重金屬生物穩定化。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，在植物根系與微生物的協同 作用下去除汙水中的汙染物質。零價納米鐵，用於網捕重金屬，防止重金屬濃度過高產生生 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。
[0047] 在液壓泵及渦輪篩濾池的縮口進水管的協同作用下，汙水高速的噴向渦輪篩濾池 內的渦輪，帶動渦輪轉動，擾動複合填料表層，使渦輪篩濾池內汙水呈現渦流狀態，保證汙 水自複合填料縫隙快速通過填料層，流入下方儲水池。渦輪篩濾池內複合填料的納米曝氣 進氣為〇2，用於清潔填料，儲水箱的納米曝氣進氣為〇 3，通過納米曝氣大量獲得羥基自由 基，且納米級別〇3氣泡與紫外滅菌燈、半導體負載填料共存於儲水箱，提高高級氧化效果， 有效提高· 0H產生率，紫外滅菌燈平均照射劑量在300J/m2以上；
[0048] 渦輪篩濾池儲水箱的出水導入沉砂池內，使汙水內殘餘懸浮物及填料沉澱，上清 液直接用於中水回用，部分上清液用於渦輪篩濾池的反衝洗。
[0049] 反衝洗過程中，反洗泵通過反衝洗管道向儲水池充水，儲水池在充水過程中，液面 上的空氣被強力擠壓，通過多孔板上升至填料層，使填料呈現沸騰流動狀態；儲水池內空氣 排空後，水流繼續通過多孔板孔洞向上高速流動，使填料保持沸騰狀態；同時在反洗泵和縮 口進水管的協同作用下，汙水高速的噴向池內渦輪，帶動渦輪轉動，使池內汙水及填料呈現 渦流狀態。整個裝置的填料在水流旋渦的衝擊力下相互摩擦，且填料上附著的有機汙染物 能夠去除，有利於取得較為純淨的填料。
[0050] 本發明的厭氧生物膜反應器填料快速掛膜的方法實現過程：
[0051] 首先將接種的厭氧汙泥與汙水，用待處理汙水按照濃度梯度馴化，濃度梯度按重 量比為底泥：待處理汙水=3:1、2 :1、1:1、1:2、1:3，不斷加大混合液中待處理汙水的比例， 直至最後進水全為待處理汙水，開啟攪拌機攪拌混勻。混合液一周換一次，此操作持續大約 40d，待汙泥形狀漸漸變好，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， 表明汙泥培養階段結束。在汙泥馴化完成後即可進行填料掛膜。將填料放進反應器，填料 高度與水深比為〇. 7。接種的汙泥採用汙水處理廠沉澱池的剩餘汙泥。
[0052] 好氧生物膜反應器填料快速掛膜的方法實現過程：
[0053] 首先採集接種的高鹽廢水排水口底泥與汙水，加入反應器中曝氣，用微生物培養 液按照濃度梯度馴化，濃度梯度按重量比為底泥：微生物培養液=3:1、2 :1、1:1、1:2、1:3， 不斷加大混合液中微生物培養液的比例，直至最後進水全為微生物培養液，每次改變比例 後，反應器水力停留時間不少於一周。連續運行l〇-15d後，待汙泥形狀漸漸變好，具有清新 泥土味，沉降性能良好，C0D和氨氮去除率分別穩定至85%以上，反應器出水穩定，表明汙 泥培養階段結束即可進行下一操作。
[0054] 在汙泥馴化完成後即可進行填料掛膜。將填料放進反應器，填料高度與水深比 為0. 7,悶曝24h，靜置一段時間，然後排出部分懸浮態微生物及上清液，再加入微生物培養 液，繼續曝氣、靜置，反覆幾次，掛膜成功時，肉眼可以看到反應器內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，並且顏色逐漸加深。曝氣過程中採用微曝氣，若是 過度曝氣攪拌，會使生物難以附著在填料表面。填料掛膜過程大約持續一星期。微生物 培養液的配方為：葡萄糖 〇· 42g/L，K2HP043. 83mg/L，KH2P044. 57mg/L，NH4C195. 35mg/L， MgS040. 15g/L 和微量元素。其水質指標為：pH :7. 86 ; P (CODCr) :300mg/L ; P (NH4+-N): 25mg/L ； p (P043-P) :5mg/L。
[0055] 本發明採用三級反衝洗技術進行反衝洗：
[0056] -級反衝洗為曝氣循環反衝洗，由於汙染物質在填料表面的堆積，汙水難以透過 填料之間的空隙滲透下去，在篩濾過程中進行反衝洗，開啟曝氣管34並間歇開啟多孔板下 方納米曝氣機30,儲水箱內納米曝氣頭不連續工作，空氣自多孔板向上鼓起，分割成小氣 泡，間歇衝散篩濾填料上的緻密汙物層，汙染物質層破碎成片狀浮起，在曝氣管的浮力以及 渦輪轉動時向右推力的協同作用下產生波輪效果，大力清洗填料表層片狀緻密汙染物，溢 流至回流槽，使填料截留的汙染物集中排除裝置外，與進水混合重新處理，汙水也可繼續自 分子篩空隙滲透下去；一級反衝洗可延長篩濾裝置使用壽命及反洗周期，對於進水濁度較 低的情況，甚至可以無需反衝洗，使裝置不斷運行淨化汙水。
[0057] 二級反衝洗為空氣脈衝反衝洗，由於汙水濁度過高，導致汙染物質在填料表面的 大量堆積，僅僅靠一級反衝洗步驟仍不能達到繼續篩濾的效果。此時關閉縮口進水管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，啟動反洗泵20、曝 氣管34及兩納米曝氣機30,將沉砂池21內出水導入儲水箱中。在回水壓力的作用下，儲水 箱中的全部空氣受到快速擠壓，沿分壓倉上細孔上升，全部篩濾填料層在上升空氣、旋轉擾 動的波輪作用及填料下納米曝氣頭的衝擊力作用下，填料間隙的汙染物質破碎浮起，又在 曝氣管的浮力以及進水衝擊擋流板向右推力的協同作用下，溢流至回流槽35與初始進水 混合，待水面快速下降。過濾速率重新穩定後，關閉反洗泵20的閥門、反洗泵20及兩納米 曝氣機30,開啟縮口進水管15的閥門以及渦輪篩濾池17和沉砂池21之間的閥門，繼續進 行篩濾處理。
[0058] 三級反衝洗為曝氣湍流反衝洗，此時一、二級反衝洗已經不足以解決汙染物質對 填料的覆蓋、阻塞問題，汙水大量積聚不得過濾。此時關閉縮口進水管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，啟動反洗泵20、曝氣管34、超聲 波發生儀33及兩納米曝氣機30,將出水池內出水大量導入儲水箱中。⑴儲水箱內部空氣沿 多孔板細孔上升攪拌，填料底部納米曝氣頭開始曝氣，填料上方渦輪不斷轉動；⑵利用納米 曝氣技術衝擊、氧化、氣浮及高溫作用協同清洗，上方填料呈現湍流狀態，進行無規則高速 運動狀態，填料在水流旋渦的衝擊力和氣泡的剪切力作用下相互摩擦，填料上附著的有機 汙染物能夠去除，得到較為純淨的填料；⑶利用超聲波發生儀在液體介質中產生超聲波，在 篩濾填料表面產生空化效應，空化汽泡在閉合過程中破裂時形成的衝擊波，會在其周圍產 生上千個氣壓的衝擊壓力，作用在填料表面上破壞汙物之間粘性，並使它們迅速分散在反 洗液中，從而達到填料表面潔淨的效果。⑷空氣排淨後，出水池的出水繼續導入，富含羥自 由基的出水衝洗湍流狀態的的填料顆粒表面及微孔，剝離汙染物質，填料得到再生。（5)而汙 染物質在水流衝擊力及右側曝氣管氣浮作用下不斷向上浮至水面，自左端進水堰及右端回 流槽流出與初始進水混合。經過三級反衝洗，內部汙染物被清洗排空殆盡。
[0059] 常規砂濾是在過濾過程中不擾動砂層，使水流從砂子細小縫隙之間流過。通常採 用不擾動砂層，壓實填料、增加水壓、砂上附加網格等手段改進砂濾過程，讓水流從砂子細 小縫隙之間流過，而汙染物質停留在砂層的表層上。本發明則是利用渦輪轉動擾動填料表 層，防止汙染物質堆積對水流的順利通過形成阻力，同時利用高級氧化、納米曝氣、氣泡的 衝擊力和剪切力等手段改進裝置，利用分子篩、錳砂等填料進行優化設計，最後使用三級反 衝洗等改進處理過程。舉例說明：採用本發明處理C0D高達50000mg/L的有機廢水50L， 前兩小時在厭氧生物膜反應器、好氧生物膜反應器內C0D含量由50000mg/L迅速降低至 3000mg/L，第三小時在人工溼地系統內廢水的有機物含量減少了 95%、致病微生物降低了 80%，渦輪篩濾池僅僅使用10-1511^11，很亮有機物去除率達到100%。
【權利要求】
1. 一種高濃度難降解有機廢水的處理裝置，其主要包括： 一厭氧生物膜反應器，其底部開設有排泥孔，厭氧生物膜反應器內部位於排泥孔上方 設有攪拌器；厭氧生物膜反應器內填充有組合填料，該組合填料是由生物膜生長在填料的 表面組成；厭氧生物膜反應器的出水口連接好氧生物膜反應器的進水口； 好氧生物膜反應器的底部開設有排泥孔，好氧生物膜反應器內部位於排泥孔上方設有 納米曝氣盤，納米曝氣盤上方設有攪拌機，好氧生物反應器內的填料上生長有好氧生物膜； 好氧生物膜反應器出水口連接至人工溼地系統的布水管； 厭氧生物膜反應器和好氧生物膜反應器均安裝有溫度控制儀，該溫度控制儀連接並控 制安置在內部的感溫控頭和加熱帶； 人工溼地系統自上而下依次為表面砂土層、砂石層和導水層，逐層間隔有厚度30mm的 無紡布；布水管埋設在表面砂土層中，表面砂土層上聯合培育有草本植物與木本植物，人工 溼地系統底部設有坡度，以保證人工溼地系統處理後的汙水導入渦輪篩濾池內的縮口進水 管； 渦輪篩濾池由多孔板分為上、下兩個部分，多孔板上方鋪設一層複合填料，該複合填料 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，複合填料的底部設置 有納米曝氣頭；複合填料上方設置一渦輪，渦輪篩濾池的縮口進水管設在渦輪的一側上部； 渦輪另一側的上部設置有壓力射流管，壓力射流管上方有一曝氣管，曝氣管設有多個細孔 曝氣孔；曝氣管上方設置有回流槽，並安裝有超聲波發生儀；多孔板的下方為儲水箱，儲水 箱的內壁均勻負載一層非金屬摻雜光催化劑，儲水箱的底部安裝有紫外滅菌燈，在紫外滅 菌燈的空隙間設置納米曝氣頭，儲水箱內剩餘空間填充有半導體負載填料；渦輪篩濾池內 多孔板上方的納米曝氣頭和儲水箱內的納米曝氣頭分別各連接一納米曝氣機，且多孔板上 方的納米曝氣頭進氣為〇 2，儲水箱內的納米曝氣頭進氣為〇3 ; 渦輪篩濾池內儲水箱的出水通過第三閥門與沉砂池相連，儲水箱通過第四閥門連接一 縮口反洗管，該縮口反洗管設在複合填料表面； 沉砂池的出水口通過反洗泵與縮口反洗管連接，在反洗泵與縮口反洗管之間設有第二 閥門。
2. 根據權利要求1所述的處理裝置，其中，厭氧生物膜反應器內的組合填料及好氧生 物膜反應器內的填料為上下堅直布設。
3. 根據權利要求1所述的處理裝置，其中，人工溼地系統的表面砂土層為粒徑0. 2m的 砂土混合物，砂子、赤泥分子篩與弗羅裡娃藻土混合比例為1:1 :3 ;砂石層為粒徑 的碎石，並在碎石縫隙拌混砂子，提高填料比表面積；導水層為粒徑分別為9mm-16mm的礫 石、零價納米鐵和粒徑分別為16mm-25mm的沸石混合填料；人工溼地系統底部的坡度i = 0. 1-0. 5。
4. 根據權利要求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 夾一層不鏽鋼紗網組成。
5. 根據權利要求1所述的處理裝置，其中，渦輪篩濾池的複合填料是由粒徑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. 根據權利要求1所述的處理裝置，其中，渦輪篩濾池的半導體負載填料為納米Ti02 粉體負載在立體網狀聚丙烯填料上。
7. 利用權利要求1所述處理裝置去除汙水中高濃度有機物汙染物質的方法： 汙水在重力作用下自流至厭氧生物膜反應器中，高溫下對大分子有機成分進行消融處 理，厭氧生物膜上微生物不斷分解汙水中的難降解有機物，對汙水進行預處理，同時厭氧生 物膜反應器內攪拌機的轉動提高其處理效果，經過厭氧生物膜反應器處理的汙水自流至好 氧生物膜反應器中，在曝氣條件下，生物膜上微生物不斷分解經過高溫厭氧處理後汙水中 的小分子汙染物質，降低了人工溼地系統進水負荷強度，經過好氧生物膜反應器處理的汙 水自流至人工溼地系統中； 人工溼地系統在填料-微生物-植物的作用下對汙水進行處理，由表面砂土層、砂石 層和導水層提高汙水的處理速度及汙水的處理效果，使汙水在人工溼地系統內經歷了好 氧-缺氧-厭氧的反應環境，將經過厭氧生物膜反應器和好氧生物膜反應器處理的出水進 行再度汙染物質的削減，人工溼地系統處理後的汙水輸入渦輪篩濾池的縮口進水管； 在液壓泵及渦輪篩濾池的縮口進水口的協同作用下，汙水噴向渦輪篩濾池內的渦輪， 帶動渦輪轉動，擾動複合填料表層，使渦輪篩濾池內汙水呈現渦流狀態，保證汙水自複合填 料縫隙通過流入儲水池； 渦輪篩濾池內複合填料的納米曝氣進氣為〇2，用於清潔填料，儲水箱的納米曝氣進氣 為〇3，通過納米曝氣大量獲得羥基自由基，且納米級別〇3氣泡與紫外滅菌燈、半導體負載填 料共存於儲水箱，提高高級氧化效果，有效提高· 0H產生率； 渦輪篩濾池儲水箱的出水導入沉砂池內，使汙水內殘餘懸浮物及填料沉澱，上清液直 接用於中水回用，部分上清液用於渦輪篩濾池的反衝洗； 渦輪篩濾池的出水回流至人工溼地系統進水，調節水質並刺激植物生長過程分泌次生 物質。
8. 根據權利要求7所述的方法，其中，汙水經過生活汙水和出水混合初步調節水質後 進入厭氧生物膜反應器中。
9. 根據權利要求7所述的方法，其中，厭氧生物膜反應器內溫度控制在50-90°C ;好氧 生物膜反應器內溫度控制在30-35°C。
10. 根據權利要求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】C02F9/14GK104193074SQ201410357470
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月25日 優先權日:2014年7月25日
【發明者】席北鬥, 王雷, 何小松, 張列宇, 餘紅, 楊天學, 夏訓峰, 李曹樂 申請人:中國環境科學研究院