CN104176877B - 一种三层滴滤池深度处理畜禽废水的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种三层滴滤池深度处理畜禽废水的方法，畜禽废水由离心机进料口进入，对不同密度的悬浮液进行沉降分层，分离出的污水进入滴滤池内；滴滤池内由旋转布水盘进行布水，先经生物环层对污水进行好氧处理，再经分子筛层对污水中的污染物质进行物理吸附及离子交换，通过砾石层再度处理及导水后，在沉淀层进行沉淀，经沉淀的污水在液压泵的作用下导入涡轮流筛滤净化池内；涡轮流筛滤净化池内由纳米级别O₃气泡与紫外灭菌灯、半导体负载填料产生更多的羟基自由基·OH，增强O₃氧化分解有机物，提高高级氧化效果，有效提高·OH产生率，完成处理过程。本发明还公开了实现上述方法的装置。

Description

一种三层滴滤池深度处理畜禽废水的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种去除畜禽废水中悬浮物、胶体、有机物、氮磷等污染物的装置，更具体地涉及一种三层滴滤池深度处理畜禽废水的装置。

本发明还涉及利用上述装置处理畜禽废水的方法。

背景技术

随着人口的迅速增长、畜禽繁育和饲养技术科技的进步，集约化养殖得以飞速发展，由此产生的畜禽养殖废水问题也越来越突出。未经处理的畜禽废水中含有大量的悬浮颗粒物和胶体，导致污水透明度低、浊度高的物理特性；同时其中含有大量的有机物以及N、P等营养物，污染负荷很高，直接排放至江河湖库中可导致水体富营养化，还会使敏感的水生生物逐渐死亡，严重时水体会发黑发臭，造成持久性有机污染。如未及时处理，会逐渐深入地下，使地下水中硝态氮或亚硝态氮浓度增高，溶解氧含量减少，水体中有毒成分倍增，导致水体水质恶化，故需寻找一种快速、切实有效的方法在养殖产业末端对废水进行深度处理，以减轻经济蓬勃发展对环境、自然带来的负面影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三层滴滤池深度处理畜禽废水的装置。

本发明的又一目的在于提供利用上述装置处理畜禽废水的方法。

为实现上述目的，本发明提供的三层滴滤池深度处理畜禽废水的装置，其结构为：

一卧式螺旋卸料沉降离心机，对不同密度的悬浮液进行沉降分层，其出水进入滴滤池内；

滴滤池内自上而下依次为旋转布水盘、生物环层、分子筛层、砾石层和沉淀层，每层之间由多孔支撑板进行隔离；旋转布水盘布水至生物环层，生物环层为滑石粉烧制而成的多孔、表面积大的生物载体；分子筛层填充有网状结构的人工合成分子筛，对经过生物环层的污水中的污染物质进行吸附及离子交换，砾石层再度处理后的污水在沉淀层进行沉淀处理，沉淀池的出水口通过液压泵连接涡轮流筛滤净化池的缩口进水管；

转轮筛滤净化池内部由多孔板分为上、下两个部分；多孔板上方铺设有复合填料，复合填料底部设置有连接纳米O₃曝气机的纳米曝气头；复合填料上方设置一涡轮，涡轮的一侧上方对应缩口进水管；涡轮的另一侧下方设置有反冲洗管道，反冲洗管道的上方设有一曝气管，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，转轮筛滤净化池的上方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，底部安装有紫外灭菌灯，在紫外灭菌灯的空隙间设置连接纳米O₃曝气机的纳米曝气头，由储水箱内的纳米曝气头间歇冲散复合填料上的致密污物层，储水箱内部剩余空间填充有半导体负载填料；储水箱的出水口通过一液压泵与出水池相连；

出水池通过反洗泵连接至转轮筛滤净化池的反冲洗管道；

出水池通过液压泵分别连接至滴滤池内的生物环层、分子筛层和砾石层的反冲洗喷头。

所述的装置，其中，卧式螺旋卸料沉降离心机由离心机外壳、转鼓、螺旋盘片、差速器、轴承座和底座组成。

所述的装置，其中，滴滤池内的旋转布水盘为设置有多个环形凹槽的多孔板，在环形半径上设有多个通道使多个环形凹槽之间相连，以保证布水效果。

所述的装置，其中，砾石层内填充有粒径为15mm-30mm的砾石。

所述的装置，其中，多孔板是两层多孔板之间夹杂一层钢纱网组成。

所述的装置，其中，转轮筛滤净化池内铺设的复合填料采用粒径为0.5-1.0mm的天然沸石分子筛以及锰砂，重量配比为5:1。

本发明提供的利用上述装置进行污水处理的方法，其过程是：

畜禽废水由离心机进料口进入，对不同密度的悬浮液进行沉降分层，分离出的污水进入滴滤池内；

滴滤池内由旋转布水盘进行布水，先经生物环层对污水进行好氧处理，再经分子筛层对污水中的污染物质进行物理吸附及离子交换，通过砾石层再度处理及导水后，在沉淀层进行沉淀，经沉淀的污水在液压泵的作用下导入涡轮流筛滤净化池内；

涡轮流筛滤净化池内由纳米级别O₃气泡与紫外灭菌灯、半导体负载填料产生更多的羟基自由基·OH，增强O₃氧化分解有机物，提高高级氧化效果，有效提高·OH产生率，完成处理过程。

所述的方法，其中，涡轮流筛滤净化池内复合填料的纳米曝气头进气为O₂，用于清洁填料；储水箱的纳米曝气头与曝气管进气为O₃，用于高级氧化。涡轮流筛滤净化池的出水同时回流至滴滤池进水，调节水质并刺激处理过程分泌次生物质，促进处理效率及速率。

所述的方法，其中，涡轮流筛滤净化池处理的出水作为滴滤池和涡轮流筛滤净化池的反冲洗用水。

所述的方法，其中，滴滤池内温度控制在25-35℃。

本发明针对畜禽废水的特性，采用快速生物法、快速深度处理法相结合的方法，快速有效的处理畜禽废水。

相对传统的畜禽废水处理方法，本发明占地面积小，操作简单，具有处理量大、处理周期短、出水效果好等优势，快捷有效的处理畜禽养殖过程中产生的高SS、高BOD、高氨氮污水，处理后出水可做中水回用，冲刷场地或养殖用具等。避免环境污染的同时，为畜禽废水处理工业化、规模化提供了一种方便有效的新工艺方法。

本发明采用独特的筛滤方法、三级处理二级出水，提高出水透明度及可见度；并使用纳米曝气技术，联合光激发、光催化两种方法高效率产生羟基自由基，利用其强氧化性持久有效的对生物处理出水进行深度处理，将可生化性差、相对分子质量高的污染物质完全氧化降解，装置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，可灭杀污水中的细菌，病原菌，起到灭菌消毒的作用。针对环境类激素(如激素类农药、抗生素、二恶英、雌激素以及人工合成激素等微量有害化学物质)的处理方面具有很大的优势，使大分子难降解有机物氧化成低毒或无毒的小分子物质，降低难降解物质在环境中的持久性，以及广域的分散性，对环境与生态造成影响力。

附图说明

图1是本发明三层滴滤池深度处理畜禽废水的装置结构示意图。

附图中主要组件符号说明：

1离心机进料口；2螺旋盘片；3分料口；4转鼓；5离心机外壳；6卧式螺旋卸料沉降离心机；7差速器；8滴滤池；9旋转布水盘；10多孔支撑板；11生物环层；12反冲洗喷头；13分子筛层；14砾石层；15沉淀层；16缩口进水管；17处理水层；18涡轮；19涡轮筛滤净化池；20缩口反洗管；21反冲洗管道；22反洗泵；23出水池；24排泥孔；25液压泵；26紫外灭菌灯；27多孔板；28纳米曝气头；29半导体负载填料；30储水箱；31纳米曝气机；32溢流口；33集水槽；34底座；35出泥口；36集泥槽；37超声波发生仪；38曝气管；39回流槽；40复合填料。

具体实施方式

本发明的目的在于提供一种三层滴滤池深度处理畜禽废水的组合工艺，可以快速去除污水中污染物质(如：有机物、无机物、微生物、重金属等)的方法。

请参阅图1，本发明提供的处理污水的一种三层滴滤池深度处理畜禽废水的组合工艺，其主要结构包括：

卧式螺旋卸料沉降离心机6由离心机外壳5、转鼓4、螺旋盘片2、差速器7、轴承座和底座34等组成。畜禽废水由左侧离心机进料口1进入，在高转速的转鼓、与转鼓转向相同且转速比转鼓略高或略低的螺旋的作用下，高速旋转的转鼓4产生强大的离心力把比液相密度大的固相颗粒沉降到转鼓内壁，由于螺旋和转鼓的转速不同，二者存在有相对运动(即转速差)，利用螺旋和转鼓的相对运动把沉积在转鼓内壁的固相推向小螺旋盘片处排出，分离后的清液从离心机大螺旋盘片一端排出，卧式螺旋卸料沉降离心机6的转速控制在3000转/min左右。差速器7(齿轮箱)的作用是使转鼓和螺旋之间形成一定的转速差，污水与固体悬浮颗粒物以及胶体分离，固态物在盘片的作用下推入集泥槽36，污水经溢流口32流入集水槽33，集水槽33内污水进入滴滤池8内。

滴滤池8分为五个部分，自上而下依次为布水层、生物环层、分子筛层、砾石层、沉淀层，每个部分之间采用一种多孔支撑板10进行隔离。布水层内采用一旋转布水盘9进行布水，旋转布水盘9为一凹槽多孔板，即多孔板上设置有多个环形凹槽，在环形半径上设有多个通道使多个环形凹槽之间相连，以保证布水效果。在旋转布水盘9的作用下布设至生物环层11；生物环层11为滑石粉烧制而成的多孔、表面积大的生物载体，适合大量硝化菌居住，对污水进行好氧处理，消解有机物，脱除氨氮；分子筛层13填充一种具有网状结构的人工合成分子筛，对污水中参与污染物质进行物理吸附及离子交换等作用；砾石层14使用粒径为15mm-30mm的砾石，具有再度处理及导水的作用；生物处理后的污水在沉淀层15进行沉淀处理，经过沉淀的污水在液压泵25的作用下，导入涡轮流筛滤净化池19的缩口进水管16。滴滤池8内的温度控制在25-35℃，水力停留时间为2-24h。

转轮筛滤净化池19内部由多孔板27分为上、下两个部分，多孔板27是两层多孔板之间夹杂一层钢纱网组成。多孔板27上方铺设一层复合填料40，复合填料采用粒径为0.5-1.0mm的天然沸石分子筛以及锰砂，重量配比为5:1。复合填料40底部设置有连接纳米O₂曝气机的纳米曝气头28，用于清洁复合填料40；复合填料40上方设置一涡轮18，该涡轮18没于处理水层17以下。涡轮18的一侧上方对应涡轮流筛滤净化池19的缩口进水管16；涡轮18的另一侧下方设置有反冲洗管道21，反冲洗管道21的上方设有连接纳米O₃曝气机的曝气管38用于高级氧化，曝气管38设有多个细孔曝气孔，曝气孔垂直向上；曝气管38上方设置有回流槽39，转轮筛滤净化池19的上方安装有超声波发生仪37。多孔板27的下方为储水箱30，储水箱30的内壁均匀负载一层非金属掺杂光催化剂(如纳米TiO₂粉体)，底部安装有紫外灭菌灯26，在紫外灭菌灯26的空隙间设置有连接纳米O₃曝气机的纳米曝气头28，储水箱27内部剩余空间填充有半导体负载填料29(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。

转轮筛滤净化池19工作时，储水箱30内的纳米曝气头28不连续工作，空气自多孔板27向上鼓起，分割成小气泡，间歇冲散复合填料40上的致密污物层，污染物质层破碎成片状浮起，在曝气管38的浮力以及涡轮18转动时的推力的协同作用下溢流至回流槽39，使复合填料40截留的污染物集中排出与进水混合重新处理。延长转轮筛滤净化池19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。

储水箱30内的纳米曝气头采用O₃曝气用于高级氧化，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；且纳米级别O₃气泡与紫外灭菌灯、半导体负载填料共存于集水池，提高高级氧化效果，可有效提高·OH产生率，紫外灭菌灯平均照射剂量在300J/m2以上。储水箱30的出水口通过一液压泵与出水池23相连，该出水池23通过反洗泵22连接至转轮筛滤净化池19的反冲洗管道21作为转轮筛滤净化池19的反冲洗用水；出水池23还通过液压泵25分别连接至滴滤池8内的生物环层11、分子筛层13和砾石层14的反冲洗喷头12，作为反冲洗用水。

本发明的装置在实际运行时，畜禽废水由卧式螺旋卸料沉降离心机左侧离心机进料口进入，在高转速的转鼓、与转鼓转向相同且转速比转鼓略高或略低的螺旋的作用下，高速旋转的转鼓产生强大的离心力把比液相密度大的固相颗粒沉降到转鼓内壁，由于螺旋和转鼓的转速不同，二者存在有相对运动(即转速差)，利用螺旋和转鼓的相对运动把沉积在转鼓内壁的固相推向小螺旋盘片处排出，分离后的清液从离心机大螺旋盘片一端排出。差速器(齿轮箱)的作用是使转鼓和螺旋之间形成一定的转速差，污水与固体悬浮颗粒物以及胶体分离，固态物在盘片的作用下推入集泥槽，污水流入集水槽，集水槽内污水进入滴滤池内。

污水在旋转布水盘作用下均匀布设至滴滤池内，流经生物环层、分子筛层、砾石层，各层之间凹槽多孔板上设置多个环形凹槽，在环形半径上设有多个通道相连，以保证布水时水流分散。在各层通过微生物降解、孔隙过滤、离子交换、物理吸附等作用处理污水，水力停留时间为2-24h。最后于沉淀池沉淀进行沉淀处理，经过沉淀的污水在液压泵的作用下，导入涡轮流筛滤净化池内。

污水在涡轮流筛滤净化池由上而下进行筛滤，污水自缩口进水管导入产生高压水流，高压水流推动转轮转动，带动表面浅层填料无规则运动，阻止污水中胶体及颗粒物在填料表层堆积。反冲洗时涡轮流筛滤净化池一侧下部设置的缩口反冲洗喷头通过反洗泵导入出水池上清液进行反冲洗，在涡轮流筛滤净化池进行反冲洗时，通过反冲洗喷头推动转轮快速旋转，同时反冲洗管道对涡轮流筛滤净化池的的水箱充水，液面上的空气被强力挤压，通过多孔板上升至复合填料层，使复合填料呈现沸腾流动状态，储水箱内空气排空后，水流继续通过多孔板孔洞向上高速流动，带动复合填料流动，在转轮以及向上水流协同作用力下，整个涡轮流筛滤净化池的复合填料在多孔板上层不断旋转、相互摩擦，复合填料上附着的有机污染物能够去除，得以自我清洁，反冲洗污水通过暗布的导管导入卧式螺旋卸料沉降离心机调节水质，重新处理本发明采用三级反冲洗技术进行反冲洗：

一级反冲洗为曝气循环反冲洗，由于污染物质在填料表面的堆积，污水难以透过填料之间的空隙渗透下去，在筛滤过程中进行反冲洗，开启曝气管38并间歇开启多孔板上方纳米曝气机31，集水池内纳米曝气头不连续工作，空气自多孔板向上鼓起，分割成小气泡，间歇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涡轮转动时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；一级反冲洗可延长筛滤装置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。此时关闭缩口进水管16的阀门以及涡轮筛滤净化池19和出水池23之间的阀门，开启反洗泵22的阀门，启动反洗泵22、曝气管38及两纳米曝气机31，将出水池内出水导入集水池中。在回水压力的作用下，集水池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，关闭反洗泵22的阀门、反洗泵22及两纳米曝气机31，开启缩口进水管16的阀门以及涡轮筛滤净化池19和出水池23之间的阀门，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。此时关闭缩口进水管16的阀门，开启涡轮筛滤净化池19和出水池23之间的阀门以及反洗泵22的阀门，启动反洗泵22、曝气管38、超声波发生仪37及两纳米曝气机31，将出水池内出水大量导入集水池中。⑴集水池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。

常规砂滤是在过滤过程中不扰动砂层，使水流从砂子细小缝隙之间流过。通常采用不扰动砂层，压实填料、增加水压、砂上附加网格等手段改进砂滤过程，让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。本发明则是利用涡轮转动扰动填料表层，防止污染物质堆积对水流的顺利通过形成阻力，同时利用高级氧化、纳米曝气、气泡的冲击力和剪切力等手段改进装置，利用分子筛、锰砂等填料进行优化设计，最后使用三级反冲洗等改进处理过程。

Claims (10)

1.一种三层滴滤池深度处理畜禽废水的装置，其结构为：

一卧式螺旋卸料沉降离心机，对不同密度的悬浮液进行沉降分层，其出水进入滴滤池内；

滴滤池内自上而下依次为旋转布水盘、生物环层、分子筛层、砾石层和沉淀层，每层之间由多孔支撑板进行隔离；旋转布水盘布水至生物环层，生物环层为滑石粉烧制而成的多孔、表面积大的生物载体；分子筛层填充有网状结构的人工合成分子筛，对经过生物环层的污水中的污染物质进行吸附及离子交换，砾石层再度处理后的污水在沉淀层进行沉淀处理，沉淀池的出水口通过液压泵连接涡轮流筛滤净化池的缩口进水管；

涡轮流筛滤净化池内部由多孔板分为上、下两个部分；多孔板上方铺设有复合填料，复合填料底部设置有连接纳米O₃曝气机的纳米曝气头；复合填料上方设置一涡轮，涡轮的一侧上方对应缩口进水管；涡轮的另一侧下方设置有反冲洗管道，反冲洗管道的上方设有一曝气管，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，涡轮流筛滤净化池的上方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，底部安装有紫外灭菌灯，在紫外灭菌灯的空隙间设置连接纳米O₃曝气机的纳米曝气头，由储水箱内的纳米曝气头间歇冲散复合填料上的致密污物层，储水箱内部剩余空间填充有半导体负载填料；储水箱的出水口通过一液压泵与出水池相连；

出水池通过反洗泵连接至涡轮流筛滤净化池的反冲洗管道；

出水池通过液压泵分别连接至滴滤池内的生物环层、分子筛层和砾石层的反冲洗喷头。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，卧式螺旋卸料沉降离心机由离心机外壳、转鼓、螺旋盘片、差速器、轴承座和底座组成。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，滴滤池内的旋转布水盘为设置有多个环形凹槽的多孔板，在环形半径上设有多个通道使多个环形凹槽之间相连，以保证布水效果。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，砾石层内填充有粒径为15mm-30mm的砾石。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，多孔板是两层多孔板之间夹杂一层钢纱网组成。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，转轮筛滤净化池内铺设的复合填料采用粒径为0.5-1.0mm的天然沸石分子筛以及锰砂，重量配比为5:1。

7.利用权利要求1所述装置进行污水处理的方法，其过程是：

畜禽废水由离心机进料口进入，对不同密度的悬浮液进行沉降分层，分离出的污水进入滴滤池内；

滴滤池内由旋转布水盘进行布水，先经生物环层对污水进行好氧处理，再经分子筛层对污水中的污染物质进行物理吸附及离子交换，通过砾石层再度处理及导水后，在沉淀层进行沉淀，经沉淀的污水在液压泵的作用下导入涡轮流筛滤净化池内；

涡轮流筛滤净化池内由纳米级别O₃气泡与紫外灭菌灯、半导体负载填料产生更多的羟基自由基·OH，增强O₃氧化分解有机物，提高高级氧化效果，有效提高·OH产生率，完成处理过程；

涡轮流筛滤净化池的出水同时回流至滴滤池进水，调节水质并刺激处理过程分泌次生物质，促进处理效率及速率。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，涡轮流筛滤净化池内复合填料的纳米曝气头进气为O₂，用于清洁填料；储水箱的纳米曝气头与曝气管进气为O₃，用于高级氧化。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，涡轮流筛滤净化池处理的出水作为滴滤池和涡轮流筛滤净化池的反冲洗用水。

10.根据权利要求7所述的方法，其中，滴滤池内温度控制在25-35℃。