CN104150707A - 一种生物转盘处理污水的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种生物转盘处理污水的装置，主要包括：离心机、生物转盘、扰流纳米曝气反冲筛滤池和纳米曝气消融装置四部分。本发明还公开了利用上述装置处理污水的方法。本发明具有结构简单、运转安全、处理效果好、维护管理方便、运行费用低等优点，尤其适用于小水量低浓度的废水处理，针对分散型、污染负荷波动大水质效果显著，不会造成膜体脱落，灭菌消毒效果明显，针对痕量污染物处理困难的情况，去除率可超过96％。

Description

一种生物转盘处理污水的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种生物转盘出水深度处理的装置。

本发明还涉及利用上述装置深度处理污水的方法。

背景技术

生物转盘工艺是生物膜法污水生物处理技术的一种，是污水灌溉和土地处理的人工强化，这种处理法使细菌和菌类的微生物、原生动物一类的微型动物在生物转盘填料载体上生长繁育，形成膜状生物性污泥－－生物膜。污水经沉淀池初级处理后与生物膜接触，生物膜上的微生物摄取污水中的有机污染物作为营养，使污水得到净化。在气动生物转盘中，微生物代谢所需的溶解氧通过设在生物转盘下侧的曝气管供给。转金表面覆有空气罩，从曝气管中释放出的压缩空气驱动空气罩使转金转动，当转金离开污水时，转金表面上形成一层薄薄的水层，水层也从空气中吸收溶解氧。国内外所用生物转盘的盘片存在着生物膜易脱落、处理效率低、能耗偏高等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物转盘处理污水的装置。

本发明的又一目的在于提供一种利用上述装置处理污水的方法。

为实现上述目的，本发明提供的生物转盘处理污水的装置，主要包括：

一纳米曝气消融装置，底部开设有排泥口，内部位于排泥口上方设置有纳米曝气盘与纳米曝气机连接；纳米曝气消融装置内安装有温度控制仪，该温度控制仪连接并控制安置在内部的感温控头和加热带；纳米曝气消融装置的出水口连接生物转盘-生物滤池一体化装置的缩口进水管；

生物转盘-生物滤池一体化装置的底部设有排泥孔，排泥孔上方的铺设有生物带，生物带间隙设有进水缩口管；生物转盘-生物滤池一体化装置的上部设置有生物转盘，生物转盘与底部的生物带之间设有隔栏；生物转盘-生物滤池一体化装置处理的污水通过溢流堰进入涡轮筛滤池的进水口；

涡轮筛滤池由多孔板分为上、下两个部分，多孔板上方铺设一层复合填料，该复合填料为粒径0.5-1.0mm的天然沸石分子筛以及锰砂，体积比为5:1；复合填料的底部设置有纳米曝气头，复合填料上方设置一搅拌机的叶轮，该搅拌机的电机固定在涡轮筛滤池的池体上；叶轮一侧的上部设置有压力射流管，压力射流管上方有一曝气管，曝气管设有多个细孔曝气孔，曝气孔垂直向上；曝气管上方设置有回流槽，涡轮筛滤池内安装有超声波发生仪；

多孔板的下方为储水箱，储水箱的内壁均匀负载一层非金属掺杂光催化剂，储水箱的底部安装有紫外灭菌灯，在紫外灭菌灯的空隙间设置纳米曝气头，储水箱内剩余空间填充有半导体负载填料；

多孔板上方的纳米曝气头和储水箱内的纳米曝气头分别各连接一纳米曝气机；

涡轮筛滤池的出水口连接沉淀池的进水口，污水于沉淀池中在重力的作用下沉降。

所述的装置，其中，生物转盘由固定在一横轴上的若干饼状中空铁笼组成。饼状中空铁笼是由圆形铁板焊接六条铁片作为骨架，骨架一侧焊接一圆形网板，两片骨架平行布置，之间依靠网板弯曲成圆形连接，横轴与铁笼采用六边形固定，以强化其连接刚度；铁笼内部填充满聚乙烯球，聚乙烯球内部中空，球体表面布满方形孔，聚乙烯球内部填充有粉煤灰分子筛填料。

所述的装置，其中，生物转盘的轴为实心钢轴或无缝钢管，轴中心与水面距离≥0.15m；转盘为单轴单级式、单轴多级式或多轴多级式。

所述的装置，其中，多孔板是由两层多孔板夹杂一层钢纱网组成。

所述的装置，其中，储水箱内填充的半导体负载填料为纳米TiO₂粉体负载在立体网状聚丙烯填料。

本发明提供的利用上述装置处理污水的方法：

污水进入纳米曝气消融装置，纳米曝气盘的气泡均匀混入污水中，在50-90℃的高温纳米曝气的情况下对污水进行纳米曝气处理，污水中难降解有机化合物分解、消融，病原菌和微生物被灭活，同时在去除有机物、降低COD的同时，污水的透明度、色度也有所提高；经纳米曝气消融装置处理的出水直接输入生物转盘-生物滤池一体化装置；

污水进入生物转盘-生物滤池一体化装置的缩口进水管，在高流速以及生物滤池阻力的作用下形成湍流，促进微生物和污水内基质的良好接触，生物转盘浸入废水的一部分的表面生物膜吸附废水中的有机物，使微生物获得营养，生物转盘转出水面时，生物膜及其带动的水膜又从大气中直接吸收氧气，以此循环反复，废水中的有机物在需氧微生物的作用下得到氧化分解，同时生物转盘中分子筛上的生物膜也会因老化不断地自行脱落，在生物滤池中沉淀下来，通过生物转盘-生物滤池一体化装置有效去除有机污染物，提高硝化、脱氮与除磷的功能；生物转盘-生物滤池一体化装置的出水进入涡轮筛滤池内；

涡轮筛滤池内的复合填料的纳米曝气进气为O₂，用于清洁填料，储水箱的纳米曝气进气为O₃，通过纳米曝气大量获得羟基自由基，且纳米级别O₃气泡与紫外灭菌灯、半导体负载填料共存于储水箱，提高高级氧化效果，有效提高·OH产生率；

涡轮筛滤池储水箱的出水导入沉砂池内，使污水内残余悬浮物及填料沉淀，上清液直接用于中水回用，部分上清液用于涡轮筛滤池的反冲洗。涡轮筛滤池的出水回流至生物转盘-生物滤池一体化装置进水，调节水质并刺激微生物生长过程分泌次生物质。

所述的方法，其中，紫外灭菌灯平均照射剂量在300J/m²以上。

所述的方法，其中，生物转盘中的分子筛填料形成的生物膜，由外及里形成了好氧、兼性厌氧和厌氧三种反应环境的反应区。

所述的方法，其中，纳米曝气消融装置的进气为O₃，通过纳米曝气大量获得羟基自由基，起强氧化作用。

本发明具有结构简单、运转安全、处理效果好、维护管理方便、运行费用低等优点，尤其适用于小水量低浓度的废水处理。

本发明的生物转盘内部填充分子筛填料，分子筛填料有巨大的比表面积以及强吸附性，有效提高转盘的比表面积，强化微生物附着度，增加微生物量，同时吸附污水中的氨氮等污染物质，生活污水中氨氮浓度约为80mg/L，会产生生物毒性，抑制处理过程中微生物活性，经过转盘内分子筛填料的吸附，氨氮浓度可低于40mg/L，更适宜生物处理过程中微生物的生长。使用筛滤结合光催化处理生物转盘出水，可大量降低污水中污染物质，提升水质，出水可作为中水回用或直接排放，其中涡轮筛滤池中纳米二氧化钛晶体作为光触媒在紫外灯照射下激发极具氧化力的自由负离子，同时在纳米曝气过程中以及超声波发生过程激发的能量亦可发生并加强自由负离子的产生，达成光催化效果；而自由负离子以及其摆脱共价键的束缚后留下空位，与纳米气泡表面带有的电荷同时产生微电解效果，可消解其中的激素类环境污染物以及致毒污染物，并利用其反冲洗筛滤填料，将分子筛填料孔隙内物质氧化清洗，使其更加清洁、重新获得活性。

附图说明

图1是本发明的装置示意图。

附图中主要组件符号说明：

1温度控制仪；2加热带；3感温控头；4纳米曝气消融装置；5增压泵；6生物转盘-生物滤池一体化装置；7生物转盘；8溢流堰；9涡轮筛滤池；10电机；11叶轮；12纳米曝气机；13沉淀池；14排泥孔；15紫外灭菌灯；16多孔板；17纳米曝气头；18半导体负载填料；19储水箱；20隔栏；21流动填料；22缩口进水管；23纳米曝气盘；24搅拌机；25超声波发生仪；26曝气管；27回流槽；A复合填料。

具体实施方式

请参阅图1。本发明提供的生物转盘出水深度处理的装置，其主要结构包括：

纳米曝气消融装置4的底部开设有排泥口，内部位于排泥口上方设置有纳米曝气盘23与纳米曝气机12连接。纳米曝气消融装置4内安装有温度控制仪1，该温度控制仪1连接并控制安置在内部的感温控头3和加热带2。纳米曝气消融装置4中的气泡均匀混入污水中，在高温(50-90℃)纳米曝气的情况下对污水进行纳米曝气处理，纳米曝气消融装置4的进气为O₃，通过纳米曝气大量获得羟基自由基，起强氧化作用。在其气浮、氧化、高温降解等作用下，污水中难降解有机化合物分解、消融，病原菌和微生物被灭活，同时在去除有机物、降低COD的同时，污水的透明度、色度也有所提高。纳米曝气消融装置4的出水直接输入生物转盘-生物滤池一体化装置6。

生物转盘-生物滤池一体化装置6的底部设有排泥孔，排泥孔上方的生物转盘-生物滤池一体化装置6的底部布设有流动填料22和赤泥分子筛、零价纳米铁，流动填料间隙设有进水缩口管22，利用增压泵5及缩口进水管22的构造提高水流流速，冲击流动填料上生物膜，使老化、死亡的菌胶团不断脱落、更新，提高生物活性。生物转盘-生物滤池一体化装置6的上部设置有生物转盘7，生物转盘7与底部铺设的流动填料之间设有隔栏20。生物转盘7由固定在一横轴上的若干饼状中空铁笼组成。饼状中空铁笼是由圆形铁板焊接六条铁片作为骨架，骨架一侧焊接一圆形网板，两片骨架平行布置，之间依靠网板弯曲成圆形连接。横轴与铁笼采用六边形固定，以强化其连接刚度。铁笼内部填充满聚乙烯球，聚乙烯球内部中空，球体表面布满方形孔，这一结构在氧气的传质过程中有重要意义，且有利于生物膜内层微生物直接从液相中得到基质，聚乙烯球内部填充一种轻质粉煤灰分子筛填料，填充度适量，以保证生物转盘转动过程中，其内部聚乙烯球的流动性，以及聚乙烯球内部分子筛不规则碰撞，使分子筛填料表面生物膜在撞击摩擦作用下脱落。生物转盘中的分子筛填料形成的生物膜，在孔隙、外表面由外及里形成了好氧、兼性厌氧和厌氧三种反应区。其中赤泥分子筛用于大量吸附污染负荷并逐渐缓释，用于降低污染负荷和毒性，同时利用偏碱性的赤泥分子筛作为填料，迅速吸附中和厌氧部分酸化产生的小分子酸，调节污水酸碱度，使装置内环境更适宜植物、微生物生存；同时营造偏碱性环境固定污水中的重金属，防止其浸出，利用小分子有机物供给植物养分，在植物生长过程中吸附、吸收重金属进行重金属生物稳定化。所有的填料表面形成生物膜，由上至下形成好氧、缺氧、厌氧状态，在植物根系与微生物的协同作用下去除污水中的污染物质。零价纳米铁，用于网捕重金属，防止重金属浓度过高产生生物毒性，抑制厌氧反硝化层中反硝化菌以及其他功能微生物的生长。

工作时污水自缩口进水管22进水，在增压泵带来的较高流速以及生物滤池阻力的作用下形成湍流，促进微生物和污水内基质的良好接触，上方生物转盘有20-60％的面积浸在生物转盘-生物滤池一体化装置6内。废水在生物转盘-生物滤池一体化装置6中流过时，生物转盘7缓慢转动，浸入废水的一部分的表面生物膜吸附废水中的有机物，使微生物获得营养。当转出水面时，生物膜及其带动的水膜又从大气中直接吸收氧气。如此循环反复，废水中的有机物在需氧微生物的作用下得到氧化分解。生物转盘7中分子筛上的生物膜也会因老化不断地自行脱落，在生物滤池中沉淀下来。生物转盘-生物滤池一体化装置6能有效去除有机污染物外，还可提高硝化、脱氮与除磷的功能。生物转盘-生物滤池一体化装置6处理的污水通过溢流堰8进入涡轮筛滤池9。生物转盘7的轴采用实心钢轴或无缝钢管，轴中心与水面距离≥0.15m，保证轴在液面之上。根据盘片与转轴的布置形式，转盘可以是单轴单级式，也可以是单轴多级式或多轴多级式，视污水水质而定。

涡轮筛滤池9由多孔板16(两层多孔板夹杂一层钢纱网)分为上、下两个部分。多孔板16上方铺设一层复合填料A，该复合填料A可以选择粒径为0.5-1.0mm的天然沸石分子筛以及锰砂，复合填料体积比为5:1进行混合，用以深度去除重金属。复合填料A的底部设置有纳米曝气头17，复合填料A上方设置一搅拌机的叶轮11，该搅拌机的电机10固定在涡轮筛滤池9的池体上。叶轮11一侧的上部设置有压力射流管，压力射流管上方有一曝气管26，曝气管26设有多个细孔曝气孔，曝气孔垂直向上；曝气管26上方设置有回流槽27，并安装有超声波发生仪25。多孔板16的下方为储水箱19，储水箱19的内壁均匀负载一层非金属掺杂光催化剂，储水箱19的底部安装有紫外灭菌灯15，在紫外灭菌灯15的空隙间设置纳米曝气头17，储水箱19内剩余空间填充有半导体负载填料18(如纳米TiO₂粉体负载在立体网状聚丙烯填料)，本发明将填料固定在载体上，解决了常规光催化剂需要分散剂协同使用的弊端，减少了催化剂的流失现象，避免了反应结束后催化剂的分离步骤。

涡轮筛滤池9内的多孔板16上方的纳米曝气头17和储水箱19内的纳米曝气头17分别各连接一纳米曝气机12，且多孔板16上方的纳米曝气头17进气为O₂，储水箱19内的纳米曝气头17进气为O₃。使用涡轮筛滤池9时，储水箱19内的纳米曝气头17不连续工作，产生的空气自多孔板26向上鼓起，分割成小气泡，间歇冲散复合填料A上的致密污物层，污染物质层破碎成片状浮起，在曝气管26的浮力作用下，溢流至回流槽27，使复合填料A截留的污染物集中排除涡轮筛滤池9外。可以延长涡轮筛滤池9的使用寿命及反洗周期，对于进水浊度较低的情况，甚至可以无需反冲洗，不断运行净化污水。

涡轮筛滤池9的储水箱19内的纳米曝气头17采用O₃曝气，由于纳米气泡具有庞大的数量、比表面积、缓慢的上升速度等特性，同时气泡在水中停留时间长，增加了气液接触面积、接触时间，利于臭氧溶于水中，克服了臭氧难溶于水的缺点；微气泡内部具有较大的压力且纳米气泡破裂时界面消失，周围环境剧烈改变产生的化学能促使产生更多的羟基自由基·OH，增强O₃氧化分解有机物的能力；且纳米级的O₃气泡与紫外灭菌灯(紫外灭菌灯平均照射剂量在300J/m²以上)、半导体负载填料共存于涡轮筛滤池9，提高高级氧化效果，可有效提高·OH产生率。

涡轮筛滤池9的出水自流至沉淀池13中，污水于沉淀池13中在重力的作用下沉降。

根据本发明的一个实施例，本发明针对痕量污染物的处理，去除率可超过96％。

本发明采用三级反冲洗技术进行反冲洗：

正常筛滤时，开启搅拌机，其转速为100r/min，随着筛滤过程中由于污染物质堆积，水流不能顺利通过填料。液位不断增高的过程，开启曝气管26并间歇开启多孔板下方纳米曝气机23，储水箱19内纳米曝气头17不连续工作，空气自多孔板向上鼓起，分割成小气泡，协同搅拌机的转动冲散筛滤填料上的致密污物层，污染物质层破碎成片状浮起。在曝气管的浮力以及进水冲击向右推力的协同作用下产生波轮效果，大力清洗填料表层片状致密污染物，溢流至回流槽，使填料截留的污染物集中排除装置外，与进水混合重新处理，污水也可继续自分子筛空隙渗透下去。本发明的涡流筛滤装置可延长使用寿命及反洗周期，对于进水浊度较低的情况，甚至可以无需反冲洗，使装置不断运行净化污水。

二级反冲洗为空气脉冲反冲洗，由于污水浊度过高，导致污染物质在填料表面的大量堆积，仅仅靠一级反冲洗步骤仍不能达到继续筛滤的效果。此时停止进、出水，关闭增压泵5，启动两纳米曝气机12，将出水池内出水导入储水箱中。在回水压力的作用下，储水箱中的全部空气受到快速挤压，沿分压仓上细孔上升，全部筛滤填料层在上升空气、旋转扰动的波轮作用及填料下纳米曝气头的冲击力作用下，填料间隙的污染物质破碎浮起，又在曝气管的浮力以及进水冲击挡流板向右推力的协同作用下，溢流至回流槽与初始进水混合，待水面快速下降。过滤速率重新稳定后，关闭两纳米曝气机12，开启增压泵5并恢复进出水，继续进行筛滤处理。

三级反冲洗为曝气湍流反冲洗，此时一、二级反冲洗已经不足以解决污染物质对填料的覆盖、阻塞问题，污水大量积聚不得过滤。此时停止进、出水，关闭增压泵5，启动超声波发生仪25及两纳米曝气机12，将出水池内出水大量导入储水箱中。⑴储水箱内部空气沿多孔板细孔上升搅拌，填料底部纳米曝气头开始曝气，填料上方涡轮不断转动；⑵利用纳米曝气技术冲击、氧化、气浮及高温作用协同清洗，上方填料呈现湍流状态，进行无规则高速运动状态，填料在水流旋涡的冲击力和气泡的剪切力作用下相互摩擦，填料上附着的有机污染物能够去除，得到较为纯净的填料；⑶利用超声波发生仪在液体介质中产生超声波，在筛滤填料表面产生空化效应，空化汽泡在闭合过程中破裂时形成的冲击波，会在其周围产生上千个气压的冲击压力，作用在填料表面上破坏污物之间粘性，并使它们迅速分散在反洗液中，从而达到填料表面洁净的效果。⑷空气排净后，出水池的出水继续导入，富含羟自由基的出水冲洗湍流状态的的填料颗粒表面及微孔，剥离污染物质，填料得到再生。⑸而污染物质在水流冲击力及右侧曝气管气浮作用下不断向上浮至水面，自左端进水堰及右端回流槽流出与初始进水混合。经过三级反冲洗，内部污染物被清洗排空殆尽。

常规砂滤通常采用压实填料、增加水压、砂上附加网格等手段改进砂滤过程，通常不扰动砂层，使水流从砂子细小缝隙之间流过，而污染物质停留在砂层的表层上，本发明则是利用搅拌机的旋转扰动填料表层，防止污染物质堆积对水流的顺利通过形成阻力。同时利用纳米曝气水流、气泡的冲击力和剪切力对填料进行反冲洗。

Claims (10)

1.一种生物转盘处理污水的装置，主要包括：

一纳米曝气消融装置，底部开设有排泥口，内部位于排泥口上方设置有纳米曝气盘与纳米曝气机连接；纳米曝气消融装置内安装有温度控制仪，该温度控制仪连接并控制安置在内部的感温控头和加热带；纳米曝气消融装置的出水口连接生物转盘-生物滤池一体化装置的缩口进水管；

生物转盘-生物滤池一体化装置的底部设有排泥孔，排泥孔上方的铺设有生物带，生物带间隙设有进水缩口管；生物转盘-生物滤池一体化装置的上部设置有生物转盘，生物转盘与底部的生物带之间设有隔栏；生物转盘-生物滤池一体化装置处理的污水通过溢流堰进入涡轮筛滤池的进水口；

涡轮筛滤池由多孔板分为上、下两个部分，多孔板上方铺设一层复合填料，该复合填料为粒径0.5-1.0mm的天然沸石分子筛以及锰砂，体积比为5:1；复合填料的底部设置有纳米曝气头，复合填料上方设置一搅拌机的叶轮，该搅拌机的电机固定在涡轮筛滤池的池体上；叶轮一侧的上部设置有压力射流管，压力射流管上方有一曝气管，曝气管设有多个细孔曝气孔，曝气孔垂直向上；曝气管上方设置有回流槽，涡轮筛滤池内安装有超声波发生仪；

多孔板的下方为储水箱，储水箱的内壁均匀负载一层非金属掺杂光催化剂，储水箱的底部安装有紫外灭菌灯，在紫外灭菌灯的空隙间设置纳米曝气头，储水箱内剩余空间填充有半导体负载填料；

多孔板上方的纳米曝气头和储水箱内的纳米曝气头分别各连接一纳米曝气机；

涡轮筛滤池的出水口连接沉淀池的进水口，污水于沉淀池中在重力的作用下沉降。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，生物转盘由固定在一横轴上的若干饼状中空铁笼组成。饼状中空铁笼是由圆形铁板焊接六条铁片作为骨架，骨架一侧焊接一圆形网板，两片骨架平行布置，之间依靠网板弯曲成圆形连接，横轴与铁笼采用六边形固定，以强化其连接刚度；铁笼内部填充满聚乙烯球，聚乙烯球内部中空，球体表面布满方形孔，聚乙烯球内部填充有粉煤灰分子筛填料。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，生物转盘的轴为实心钢轴或无缝钢管，轴中心与水面距离≥0.15m；转盘为单轴单级式、单轴多级式或多轴多级式。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，多孔板是由两层多孔板夹杂一层钢纱网组成。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，储水箱内填充的半导体负载填料为纳米TiO₂粉体负载在立体网状聚丙烯填料。

6.利用权利要求1所述装置处理污水的方法：

污水进入纳米曝气消融装置，纳米曝气盘的气泡均匀混入污水中，在50-90℃的高温纳米曝气的情况下对污水进行纳米曝气处理，污水中难降解有机化合物分解、消融，病原菌和微生物被灭活，同时在去除有机物、降低COD的同时，污水的透明度、色度也有所提高；经纳米曝气消融装置处理的出水直接输入生物转盘-生物滤池一体化装置；

污水进入生物转盘-生物滤池一体化装置的缩口进水管，在高流速以及生物滤池阻力的作用下形成湍流，促进微生物和污水内基质的良好接触，生物转盘浸入废水的一部分的表面生物膜吸附废水中的有机物，使微生物获得营养，生物转盘转出水面时，生物膜及其带动的水膜又从大气中直接吸收氧气，以此循环反复，废水中的有机物在需氧微生物的作用下得到氧化分解，同时生物转盘中分子筛上的生物膜也会因老化不断地自行脱落，在生物滤池中沉淀下来，通过生物转盘-生物滤池一体化装置有效去除有机污染物，提高硝化、脱氮与除磷的功能；生物转盘-生物滤池一体化装置的出水进入涡轮筛滤池内；

涡轮筛滤池内的复合填料的纳米曝气进气为O₂，用于清洁填料，储水箱的纳米曝气进气为O₃，通过纳米曝气大量获得羟基自由基，且纳米级别O₃气泡与紫外灭菌灯、半导体负载填料共存于储水箱，提高高级氧化效果，有效提高·OH产生率；

涡轮筛滤池储水箱的出水导入沉砂池内，使污水内残余悬浮物及填料沉淀，上清液直接用于中水回用，部分上清液用于涡轮筛滤池的反冲洗。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，紫外灭菌灯平均照射剂量在300J/m²以上。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，生物转盘中的分子筛填料形成的生物膜，由外及里形成了好氧、兼性厌氧和厌氧三种环境的反应区。

9.根据权利要求6所述的方法，其中，纳米曝气消融装置的进气为O₃，通过纳米曝气大量获得羟基自由基，起强氧化作用。

10.根据权利要求6所述的方法，其中，涡轮筛滤池的出水回流至生物转盘-生物滤池一体化装置进水，调节水质并刺激微生物生长过程分泌次生物质。