CN102701456B - 污水微纳米活能氧处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适应现代城市乡村污水微纳米活能氧处理方法，由以下步骤组成：a、物化：将污水进行沉淀除砂处理；b、分离：将污水进行微纳米气泡氧化分离，气泡直径小于50微米；c、生物处理：经微纳米气泡处理后的污水，流进具有仿生生物载体的反应池中进行硝化和反硝化、厌氧及好氧反应；d、排放：污水的COD的去除率达98%以上后再排放。本发明可以彻底消除污水的所有有机污染源，实现污水净化还原的目的。

Description

污水微纳米活能氧处理方法

技术领域

 本发明涉及一种污水微纳米活能氧处理方法，属于污水处理领域，可适用于城市或乡村镇污水处理。

背景技术

我国每年的城市污水排放总量已经达到了735亿吨，有近60%的城市没有污水处理厂，农村普遍没有污水处理设施，大量的城市及农村生活污水无序无处理排放，造成纳污水系严重超饱和，被污水污染的河流、湖泊比比皆是，水环境污染已经到了危机状态。

我国现行的污水处理技术严重落后，目前国内使用的污水处理技术多数是国际上早已经淘汰的陈旧技术，在我国现有的城市乡村生活污水处理技术中只片面考虑了自身的技术和功能，而没有综合考虑后续的问题和环境综合治理问题，因此造成污水底泥问题、水域污染频繁爆发问题等，国家大量资金投入始终收效甚微。根据城镇乡村的污水排放特点和治理要求,污水处理工艺研究创新必须考虑经济、社会和自然环境现状，以经济、简易、可靠、微动力为目标，满足可持续发展要求。

因而，中国专利号“CN201010221198.8”公开了一种基于膜生物反应技术的污水处理方法，公开日为2010年11月24日，包括以下步骤：a.过滤：将污水收集后注入格栅池，经格栅池中的格栅去除水中的固体杂物；b.调节：污水从格栅池进入调节池，在调节池中均化水质、水量；c.加入絮凝剂：均化水质、水量的污水进入气浮池的同时，向污水中加入污水絮凝剂，搅拌，然后混合有絮凝剂的污水进入气浮池；d.微纳米气浮：位于气浮池底部的微纳米气泡发生器通过承压容器产生微纳米气泡，将污水中的污染物微粒托起，浮至表面，然后用除渣装置收集上层浮渣；e.生化处理：将微纳米气浮处理除去浮渣后的澄清液用提升泵入生化反应池中进行生化处理，然后由膜组件进行泥水分离；f.消毒：将膜生物反应器处理所得的处理水进行臭氧氧化或紫外消毒处理；g.检测与排放或回用：产生的出水经检测符合污水排放或回用标准后，可达标排放或供中水回用。

但该技术还存在如下不足：当进入水域中的污染物总量超过水中溶解氧含量的自净能力时，水中的溶解氧含量在氧化分解部分污染物后被消耗光，剩余的污染物以溶解、悬浮两种形态与水分子结合成为庞大的胶体性质聚合分子团，在这种胶体聚合分子团中，所有的水分子都通过化学键连接和带电粒子电性吸附方式与污染物紧密结合，这种结合致使水分子对外连接化学键和电性吸附间隙被其他污染物分子占据而失去了所有的活性和与其他物质结合的能力，即使采用强制曝气、通入氧气也不能直接氧化分解。这种庞大的胶体聚合分子团弥漫在全部水域中，导致整个水域丧失全部的溶解氧能力，水域的自净能力彻底消失。使用化学药剂也只能临时解除部分污染物与水的连接，但是这些药剂又与水形成新的连接，同样没有给氧创造出溶解于水的空间，因此这样的水域只能是污染越来越严重、这也就是使用化学手段越治理越污染的结果。由于水中没有溶解氧，导致水中生长的各种好氧生物大量死亡而沉入水底，腐烂变质后沉积为水底淤泥，构成了水域中的内污染源，再加上垃圾、污水等其它污染物继续排入水中，导致水域的富营养化污染程度进一步恶化，从而爆发多种重度污染表象，如发臭、蓝藻、赤潮、水葫芦等。

发明内容

本发明的目的在于克服现有污水处理存在的上述问题，提供一种污水微纳米活能氧处理方法，本发明可以彻底消除污水的所有有机污染源，实现污水净化还原的目的。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种污水微纳米活能氧处理方法，其特征在于，由以下步骤组成：

a、物化：将污水进行沉淀除砂处理；

b、分离：将污水进行微纳米气泡氧化分离，气泡直径小于50微米；

c、生物处理：经微纳米气泡处理后的污水，流进具有仿生生物载体的反应池中进行硝化和反硝化、厌氧及好氧反应；

d、排放：污水的COD的去除率达98%以上后再排放。

所述a步骤中，修建简易格栅沉砂段，污水自然收集通过沉砂段进行自然沉淀处理。

所述b步骤中，在沉砂段的溢流水中，加入微纳米气泡进行氧化分离反应。

所述c步骤中，将仿生生物载体按1M²/10m³的量设置于反应池的载体生物反应水体中，然后通入污水，进行自然培养土著微生物，使微生物含量逐渐达到至少2.5×10⁹个/g，经微纳米气泡处理后的污水，再通过该仿生生物载体自然处理。

所述微纳米气泡由多磁场回旋微细小氧气泡发生器生成，多磁场回旋微细小氧气泡发生器包括高压气水混合室和旋转压缩腔，所述高压气水混合室呈圆筒状，一端封闭，另一端与旋转压缩腔连通，沿高压气水混合室的切线设置有带压气水进口，旋转压缩腔内壁上设置有磁片层，旋转压缩腔一端与高压气水混合室连通，另一端设置有气泡水出口。

所述旋转压缩腔呈圆台状，气泡水出口设置在圆台的小圆上。

所述仿生生物载体采用孔穴比表面积达250M²/M²以上的生物惰性物质聚氨酯高弹性海绵加工而成，其仿生生物载体加工大小为1-2×1-2cm见方的方块状。

所述仿生生物载体对水体进行生物过滤，分解和转化其中的有害物质，同时在微米纳米气泡的作用下向水生动物提供食物。

所述仿生生物载体形成过程采用微生物自行固定化技术，其自然繁殖固定后形成的仿生生物载体膜可使得好氧、兼氧、厌氧菌种共存于一体，使反应池中仿生生物载体膜的活性生物总量达到15g/L以上。

采用本发明的优点在于：

一、本发明可彻底解决城市乡村生活污水处理和环境综合治理的难题，能够克服多种现有生活污水处理技术的弊端，在环境综合治理角度对待所有的污水处理问题，实现消除污水治理的后续污染、打破药剂和生物助剂等制约瓶颈、达到污水净化还原的目的，与传统的高压溶解减压发生气泡的方法比较，在形成气泡的浓度、均匀性及节能耗电方面此技术是远远超出它的可比程度，在水中氧溶解效率可提高7倍，可以彻底消除污水的所有有机污染源，实现污水净化还原的目的。

二、本发明所述b步骤中，在沉砂段的溢流水中，加入微纳米气泡进行氧化分离反应，与专利“201010221198.8”相比，对比专利是在过滤、调节和加入絮凝剂后进行微纳米气浮，而本申请是在沉砂段的溢流水中加入微纳米气泡进行氧化分离反应，由于气泡直径是微米纳米级别，比传统气浮气泡小数十倍，不需要添加絮凝剂药品，完全能将很细小的污染物质吸附浮于水面而分离去除。

三、本发明所述c步骤中，将仿生生物载体按1M²/10m³的量安装于反应池的载体生物反应水体中，然后通入污水，采用微生物自行固定化技术，其自然繁殖固定后形成的仿生生物载体膜可使得好氧、兼氧、厌氧菌种共存于一体，使反应池中仿生生物载体膜的活性生物总量可达到15g/L以上，与专利“201010221198.8”的生化处理相比，本申请形成的仿生生物载体膜生物量是传统的数倍，而且在同一载体中能实现好氧、兼氧、厌氧菌种共存于一体，能同时完成生物硝化于反硝化反应，能快速降解CODCR，BOD5。

四、本发明中，所述微纳米气泡由多磁场回旋微细小氧气泡发生器生成，多磁场回旋微细小氧气泡发生器包括高压气水混合室和旋转压缩腔，所述高压气水混合室呈圆筒状，一端封闭，另一端与旋转压缩腔连通，沿高压气水混合室的切线设置有带压气水进口，旋转压缩腔内壁上设置有磁片层，旋转压缩腔一端与高压气水混合室连通，另一端设置有气泡水出口，采用此结构，可将气液混合液体中的气泡极限压缩，使输入气泡中95%以上的气泡直径小于50微米，最小直径可以达到10纳米左右，并在气泡上附加上高密度的宏观能量，从而使输入液体中的气体绝大部分以溶解态和假溶解态进入液体中， 溶解态氧气泡在水中停留时间很长，能正常发挥溶解氧气体的作用。

五、本发明多磁场回旋微细小氧气泡发生器中，所述旋转压缩腔呈圆台状，气泡水出口设置在圆台的小圆上，采用此结构使旋转压缩腔的腔体直径逐步缩小，液体涡旋转速逐步增加，液体内部压力随着液体转速增加而逐步加大，液体运动的线速度也随之增加，到达回转体终点输出口时，液体的转速、压力和线速度达到最大，在气泡水出口形成了液体的高压快速喷射。

六、本发明中，所述仿生生物载体采用生物惰性物质聚氨酯高弹性海绵加工而成，仿生生物载体孔穴比表面积达到250M²/M²以上，可使得好氧、兼氧、厌氧菌种共存于一体，使反应池中仿生生物载体膜的活性生物总量可达到15g/L以上。

七、本发明中，所述仿生生物载体对水体进行生物处理与过滤，分解和转化其中的有害物质，同时在微米纳米气泡的作用下向水生动物提供食物，相比使用膜分离具有投资低，耗能低的巨大优势。

附图说明

图1为本发明中采用的氧气泡发生器结构示意图

图2为图1的俯视剖面结构示意图

图中标记为：1、高压气水混合室，2、旋转压缩腔，3、带压气水进口，4、磁片层，5、气泡水出口。

具体实施方式

实施例1

一种污水微纳米活能氧处理方法，由以下步骤组成：

a、物化：将污水进行沉淀除砂处理；

b、分离：将污水进行微纳米气泡氧化分离，气泡直径小于50微米；

c、生物处理：经微纳米气泡处理后的污水，流进具有仿生生物载体的反应池中进行硝化和反硝化、厌氧及好氧反应；

d、排放：生物处理后，污水的COD的去除率达98%以上后再排放。

所述a步骤中，修建简易格栅沉砂段，污水自然收集通过沉砂段进行自然沉淀处理。

所述b步骤中，在沉砂段的溢流水中，加入微纳米气泡进行氧化分离反应。

所述c步骤中，将仿生生物载体按1M²/10m³的量设置于反应池的载体生物反应水体中，然后通入污水，进行自然培养土著微生物，使微生物含量逐渐达到至少2.5×10⁹个/g，经微纳米气泡处理后的污水，再通过该仿生生物载体自然处理。

本发明中，所述微纳米气泡由多磁场回旋微细小氧气泡发生器生成，多磁场回旋微细小氧气泡发生器包括高压气水混合室和旋转压缩腔，所述高压气水混合室呈圆筒状，一端封闭，另一端与旋转压缩腔连通，沿高压气水混合室的切线设置有带压气水进口，旋转压缩腔内壁上设置有磁片层，旋转压缩腔一端与高压气水混合室连通，另一端设置有气泡水出口。

进一步地，优选实施方式为，所述旋转压缩腔呈圆台状，气泡水出口设置在圆台的小圆上。

所述仿生生物载体采用孔穴比表面积达250M²/M²以上的生物惰性物质聚氨酯高弹性海绵加工而成，其仿生生物载体加工大小为1-2×1-2cm见方的方块状，优选为1×1cm、2×2cm或1.5×1.5cm。

所述仿生生物载体对水体进行生物过滤，分解和转化其中的有害物质，同时在微米纳米气泡的作用下向水生动物提供食物。

所述仿生生物载体形成过程采用微生物自行固定化技术，其自然繁殖固定后形成的仿生生物载体膜可使得好氧、兼氧、厌氧菌种共存于一体，使反应池中仿生生物载体膜的活性生物总量达到15g/L以上。也即是说，优选实施方式是，多个仿生生物载体在反应池中形成一层仿生生物载体膜。

本发明中，生物惰性物质聚氨酯高弹性海绵为现有技术中的材料，土著微生物为现有技术中的微生物。

实施例2

以下对本发明做详细说明：

工艺流程为：污水-----> 简易格栅沉砂----->微纳米气泡高能氧化分离----->仿生生物载体净化深度处理----->排放或回用。

其中物化步骤为选择自然地形（或利用沟渠）修建简易格栅沉砂段，污水自然收集通过沉砂段进行自然沉淀处理。

微纳米气泡高能氧化分离工艺流程为：沉砂段溢流水—微纳米气泡高能氧化分离反应

生物步骤的工艺流程为：仿生生物载体+微纳米气泡处理——排放或农灌回用。

微纳米气泡净化污水原理：

微纳米气泡系统治理水污染是通过纯粹的物理手段实现化学变化的微观物理化学理论在实践中的典型应用，是多学科理论充分结合的应用产物。其根本原理是通过将空气和水转化形成微纳米级的气泡，给水中提供充足的高能活性氧，才能保证污水处理彻底。水体中存在充足的活性氧、溶解氧，其水体就表现为自净能力强的清洁水。与传统的高压溶解减压发生气泡的方法比较，在形成气泡的浓度、均匀性及节能耗电方面此技术是远远超出它的可比程度，在水中溶解效率可提高7倍，比传统气泡小近10000倍，在水体中停留长达40小时以上，比传统气泡停留时间长10000倍以上，通过高能氧气泡不断氧化分解、分离污染物质。

仿生生物载体膜净化污水原理：

仿生生物载体采用百分之百的生物惰性物质加工成生物载体，所选的生物载体结构设计外形类似沉水植物海绵，其中仿生生物载体拥有的孔穴比表面积达到250M²/M²以上，给水中所有分解和转化有害物质的土著微生物，提供1：250的巨大生长繁殖的栖息地。即是在每一平方米的产品上，向微生物提供了250平方米的巨大生物附着生长面。由仿生生物载体形成的仿生生物载体膜能对水体进行生物过滤，分解和转化其中的有害物质，同时向水生动物提供丰富的天然食物。由于在高能氧微纳米气泡对仿生生物载体的吐故纳新的作用下，使这种仿生生物载体长期保持了空穴不积聚堵塞，使用寿命可达50年以上。

经微纳米气泡物化和仿生生物载体处理COD的去除率达98%以上，即可以达到国家二类水域Ⅰ级排放标准。

具体工艺过程为：1、选择自然地形（或利用沟渠）修建简易格栅沉砂段，污水自然收集流进沉砂井或用泵提升进入微纳米气泡水体中进行高能炮氧化气浮反应。其分离出的污染物通过沉淀过滤、还原的有机质干化处理后实现资源化利用，上清液流入仿生湿地进行水质深度提升。2、将加工制造的仿生生物载体按1M²/10m³的量安装于载体生物反应水体中，然后通入污水，同时引入土著微生物，进行自然培养，使微生物含量达2.5×10⁹个/g，然后受纳经微纳米气泡处理后的污水，通过该仿生生物载体生物自然处理，即可以达到国家二类水域Ⅰ级排放标准。

实施例3

本实施例对本发明中采用的多磁场回旋微细小氧气泡发生器做详细说明，但并不局限于该发生器，只要使输入气泡中95%以上的气泡直径小于50微米，最小直径可以达到10纳米左右即可。

多磁场回旋微细小氧气泡发生器包括高压气水混合室1和旋转压缩腔2，所述高压气水混合室1呈圆筒状，一端封闭，另一端与旋转压缩腔2连通，沿高压气水混合室1的切线设置有带压气水进口3，旋转压缩腔2内壁上设置有磁片层4，例如磁铁层或磁钢层，旋转压缩腔2一端与高压气水混合室1连通，另一端设置有气泡水出口5。气压水混合室1中的进口压力一般为0.25--0.4Mpa，出水口瞬时压力为1.6Mpa。

优选实施方式为，所述旋转压缩腔2呈圆台状，气泡水出口5设置在圆台的小圆上，此为优选方式，并不局限于此方式。

工作原理如下：

如图所示，带压气液混合液体从高压气水混合室的带压气水进口以切线进入，沿高压气水混合室内壁做圆周旋转进入旋转压缩腔，在旋转压缩腔内壁实现加速和加压后，以高速涡旋状态旋转到顶点后，从顶点的气泡水出口以高速涡旋喷出，高压高速涡旋气液混合液体喷射到外部液体的环境中，对外部液体产生电离、溶解等作用，在涡旋过程中，液体中混合的气泡被加速，并且随着加速过程的推进，液体内部压力逐渐增高，气泡被极限压缩，形成高能带电的界观尺寸微小气泡。

该发生器适合一定压力0.25--1.0MPa的气液混合液体加速压缩，制造高能带电的界观尺寸微小气泡。

该发生器可以使用机械精密加工完成，使用的材料包括工程塑料如PVC和聚四氟乙烯、不锈钢等。

采用该发生器后，气液混合液体以一定的压力和流量输入到高压气水混合室中，再进入旋转压缩腔，在导流作用下液体沿旋转压缩腔内壁做涡旋运动，最后从旋转压缩腔的气泡水出口输出，在保持恒定压力和流量的条件下，因旋转压缩腔直径逐步缩小，液体涡旋转速逐步增加，液体内部压力随着液体转速增加而逐步加大，液体运动的线速度也随之增加，到达气泡水出口时，液体的转速、压力和线速度达到最大，在回转多磁场腔体输出口形成了液体的高压快速喷射。

该发生器还具有电离作用：旋转压缩腔内壁上设置有磁片层，形成多磁场，由于气液混合液体中的气泡是经过多磁场，因此形成的气泡带有电离产生的离子，使气泡形成了离子气团。这些离子气团以比较高的线速度喷射到液体中后，对液体产生了强烈的机械切割电离作用和离子放电电离效应，使液体中产生了大量的正负离子并包围了气泡，在这些离子的作用下，气泡表面张力逐步增高，使气泡的直径越来越小，并随着离子的溶解而逐步溶解在水中，且这种离子作用力和表面张力全部或部分抵制了液体对气泡产生的浮力作用，使气泡在液体中不再是直线上升，而是长时间停留或者彻底溶解于液体中。

该发生器还具有分子间能作用：任何分子之间都存在分子间的作用力，称为分子间能。含有气泡的水溶液喷射之前，气泡因压力的作用压缩到最小，气泡直径压缩到微米或纳米级别，分子间能蓄积达到最高，气泡破裂或溶解后，气体分子自由热运动增强，可以随时加入到水分子共价键中成为溶解氧，也可以随时断裂其他物质与水分子形成的共价键，氧化还原其物质。

该发生器因压坏作用产生爆炸能：在水体中，由于微纳米气泡受到水的物理（水的流动过程产生的压缩和膨胀，旋涡流等）作用后，会因瞬间绝热压缩而产生超高压超高温的极限反应场，这个极限反应场能与周围的水作用生成高效的OH等的自由基，而自由基分子是非常不稳定的活性物质，为了从其他的分子夺取电子以求自身的电离平衡，会发挥出极强的氧化能力，可以分解难分解的有害化学物质。

氧气泡进入水中后，因气泡内部压力比较高，导致气泡壁具有比较高的张力，在发生碰撞或其他条件导致气泡破裂或溶解时， 气泡壁的张力作用将释放巨大的爆炸能量——超声波能量，这种超声波具有很强的杀菌作用，可以产生大量的负离子，同时可以促使氧分子溶解于水，破坏污染物与水的共价键连接，也可以破坏污染物内部的化学键连接，完成氧化降解污染物。

微纳米氧气炮的杀菌过程包括吸引与杀灭两个过程，这种带电的气泡可以吸附水体中的细菌与病毒，随着气泡的破裂，激发大量的自由基及破裂所产生的超高温高压，把吸附的细菌病毒杀死。这过程在环境消毒领域中具有更实用的意义。

微气泡自身具有较强的表面张力，高速射入水中时在外围水压的作用下又被进一步不断压缩，而形成气液临界表面积更大的超细微气泡，最后收缩到一定程度则消失溶解于水体中，这是它具有强大溶解性的原因所在。而且在收缩的过程中，随着气泡的缩小，气泡内的气压呈反比例地迅速提高，使泡内气体处于超高压状态，这种超高压状态与超高温效应结合，是微气泡产生超声波性状的重要原因所在。

Claims (5)

1.一种污水微纳米活能氧处理方法，其特征在于，由以下步骤组成：

a、物化：将污水进行沉淀除砂处理；

b、分离：将污水进行微纳米气泡氧化分离，气泡直径小于50微米；

c、生物处理：经微纳米气泡处理后的污水，流进具有仿生生物载体的反应池中进行硝化和反硝化、厌氧及好氧反应；

d、排放：污水的COD的去除率达98%以上后再排放；

所述c步骤中，将仿生生物载体按1M²/10m³的量设置于反应池的载体生物反应水体中，然后通入污水，进行自然培养土著微生物，使微生物含量逐渐达到至少2.5×10⁹个/g，经微纳米气泡处理后的污水，再通过该仿生生物载体自然处理；

所述a步骤中，修建简易格栅沉砂段，污水自然收集通过沉砂段进行自然沉淀处理；

所述b步骤中，在沉砂段的溢流水中，加入微纳米气泡进行氧化分离反应；

所述微纳米气泡由多磁场回旋微细小氧气泡发生器生成，多磁场回旋微细小氧气泡发生器包括高压气水混合室和旋转压缩腔，所述高压气水混合室呈圆筒状，一端封闭，另一端与旋转压缩腔连通，沿高压气水混合室的切线设置有带压气水进口，旋转压缩腔内壁上设置有磁片层，旋转压缩腔一端与高压气水混合室连通，另一端设置有气泡水出口。

2.根据权利要求1所述的污水微纳米活能氧处理方法，其特征在于：所述旋转压缩腔呈圆台状，气泡水出口设置在圆台的小圆上。

3.根据权利要求1或2所述的污水微纳米活能氧处理方法，其特征在于：所述仿生生物载体采用孔穴比表面积达250M²/M²以上的聚氨酯高弹性海绵加工而成，其仿生生物载体加工大小为1-2×1-2cm的方块状。

4.根据权利要求3所述的污水微纳米活能氧处理方法，其特征在于：所述仿生生物载体对水体进行生物过滤，分解和转化其中的有害物质，同时在微米纳米气泡的作用下向水生动物提供食物。

5.根据权利要求4所述的污水微纳米活能氧处理方法，其特征在于：所述仿生生物载体形成过程采用微生物自行固定化技术，其自然繁殖固定后形成的仿生生物载体膜可使得好氧、兼氧、厌氧菌种共存于一体，使反应池中仿生生物载体膜的活性生物总量达到15g/L以上。