CN104193085B - 一种生物转盘+快速土壤渗滤污水处理系统及处理方法 - Google Patents

Abstract

一种生物转盘+快速土壤渗滤污水处理系统，主要包括四个部分：卧式螺旋卸料沉降离心机、快速土渗系统、无动力生物处理系统、光催化降解反应装置。本发明利用渗透性好的沙土填料和植物构建适宜污水处理的复杂生态系统，快速降低污染物浓度负荷，减少污水负荷对下一步处理的冲击和负面影响，生物转盘工作时，转盘上方与空气接触，其内部分子筛内氨氮氧化为硝氮溶出，转动入污水内部，再次吸附氨氮，并在反硝化过程中消耗污水内有机物，周而复始处理污水。且污水在系统经过好氧-缺氧-好氧三段生物反应区，在不同的环境下进行污染物质的降解，削减污水中营养物质，最后使用光催化降解装置无针对的高度氧化污水中污染物，使其达到国家排放标准。

Description

一种生物转盘+快速土壤渗滤污水处理系统及处理方法

技术领域

本发明涉及一种生物转盘+快速土壤渗滤污水处理系统，具体地涉及一种防止处理过程中的堵塞，并深度处理污水，灭杀污水中病原菌、细菌等的方法。

本发明还涉及利用上述工艺处理污水的方法。

背景技术

废水生物脱氮己经被证明是一种经济、高效和可靠的处理方法，其基本原理是，在传统二级生物处理过程中污水中的含氮有机物首先被异养型微生物转化为氨氮，然后在好氧(Aerobic)条件下，通过好氧自养型硝化和亚硝化菌的作用，将废水中的氨氮氧化为亚硝酸盐氮或硝酸盐氮，最后在缺氧(Anoxic)条件下，利用反硝化细菌(脱氮菌)将亚硝酸盐和硝酸盐转化为氮气从废水逸出，从而达到脱氮的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物转盘+快速土壤渗滤污水处理系统。

本发明的又一目的在于提供一种利用上述系统进行污水处理的方法。

为实现上述目的，本发明提供的生物转盘+快速土壤渗滤污水处理系统，其结构为：

一卧式螺旋卸料沉降离心机，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，经过卧式螺旋卸料沉降离心机去除大部分悬浮物和胶体后的污水输入快速土渗系统；

快速土渗系统分为布水区、快速渗滤区、沉淀区三部分，各部分之间由隔板进行隔断；其中，布水区为下行池，污水自上向下流动，布水区内填充有碎石填料，快速渗滤区为上行池，污水自下而上流动，快速渗滤区内填充有沙土填料，沉淀区对处理后污水进行沉淀处理；经过快速土渗系统处理出水通过设置在无动力生物处理系统上方的高位进水管进入无动力生物处理系统的上方；

无动力生物处理系统分为主反应区、进水反应区和出水反应区三部分：

池底的底部布设碳素纤维填料作为主反应区，碳素纤维填料的结构是由塑料圆片压扣成双圈大塑料环，将醛化纤维或涤纶丝压在环的环圈上，使纤维束均匀分布；

主反应区上方设置有多组生物转盘，利用隔板将主反应区上方设置的多组生物转盘分为进水反应区和出水反应区，生物转盘的盘边布满水槽，出水在出水反应区进行出水降解，无动力生物处理系统出水输入光催化降解反应装置；

光催化降解反应装置内壁均匀负载一层非金属掺杂光催化剂，光催化降解反应装置的底部开设有排泥口，位于排泥口上方设置有纳米曝气盘，纳米曝气盘与一纳米曝气机连接，纳米曝气盘上方设置有紫外灯框架，紫外灯框架上安装有低压紫外汞灯作为紫外消菌灯，紫外消菌灯外设有一防水套筒；光催化降解反应装置内剩余空间填充有半导体负载填料，光催化降解反应装置处理后的水流经光催化降解反应装置的出水口排出。

所述的生物转盘+快速土壤渗滤污水处理系统中，卧式螺旋卸料沉降离心机，由离心机外壳、转鼓、小螺旋盘片、大螺旋盘片、差速器、轴承座和底座组成。

所述的生物转盘+快速土壤渗滤污水处理系统中，快速土渗系统上种植有植物系统。

所述的生物转盘+快速土壤渗滤污水处理系统中，生物转盘是用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，聚乙烯球内部为中空，球体表面布满方形孔，聚乙烯球内部填充有轻质粉煤灰分子筛填料。

所述的生物转盘+快速土壤渗滤污水处理系统中，光催化降解反应装置内壁负载的非金属掺杂光催化剂为纳米TiO₂粉体；光催化降解反应装置内剩余空间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。

所述的生物转盘+快速土壤渗滤污水处理系统中，光催化降解反应装置的出水口设置有筛网，光催化降解反应装置的一端安置有液位仪，以检测和控制水位；光催化降解反应装置的顶部设有遮光板，光催化降解反应装置的外壳及上方遮光板外涂抹一层黑色涂料用以遮光。

本发明提供的利用上述生物转盘+快速土壤渗滤污水处理系统进行污水处理的方法，其过程是：

污水由卧式螺旋卸料沉降离心机的进料口进入，在高转速的转鼓和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，二者存在有相对的转速差，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；经过卧式螺旋卸料沉降离心机去除大部分悬浮物和胶体后的污水输入快速土渗系统；

快速土渗系统的布水区和快速渗滤区内分别填充有碎石填料和沙土填料，缩短了反应周期，提高了处理效率；沉淀区对处理后污水进行沉淀处理；快速土渗系统上种植的植物根系错综盘结，缠绕在碎石及沙土上，具有景观效果的同时提高处理效果；经过快速土渗系统处理出水进入无动力生物处理系统；无动力生物处理系统的碳素纤维填料能有效地切割气泡，提高氧的转移速率和利用率；

无动力生物处理系统主反应区上方设置的多组生物转盘在氧气的传质过程中有利于生物膜内层微生物直接从液相中得到基质；在生物转盘转动过程中，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；

生物转盘浸入废水的部分，其表面生物膜及分子筛填料吸附废水中的有机物等污染物质，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，反复循环，废水中的有机物在需氧微生物的作用下得到氧化分解以及强力吸附，降低污水中污染物浓度；随后污染物在主反应区内吸附降解，降低污水中氨氮浓度，抑制其对微生物产生毒性，保证生物处理过程中微生物的生长；最后出水在出水反应区进行出水降解；无动力生物处理系统出水输入光催化降解反应装置；无动力生物处理系统的部分出水回流至快速土渗系统进水，调节水质并刺激微反应过程分泌次生物质，进而促进反应的正向进行。

光催化降解反应装置的进气为O₃，通过纳米曝气大量获得羟基自由基，对污水进行二次纳米曝气处理。

所述的方法中，光催化降解反应装置外壳涂抹一层黑色涂料用以遮光。

所述的方法中，紫外消菌灯平均照射剂量在300J/m²以上。

本发明采用采用快速土渗系统，利用渗透性好的沙土填料和植物构建适宜污水处理的复杂生态系统，快速降低污染物浓度负荷，减少污水负荷对下一步处理的冲击和负面影响，同时设计一种无动力生物处理系统，使用吸附性材料作为填料再度降低污水的负荷强度，生物转盘工作时，转盘上方与空气接触，其内部分子筛内氨氮氧化为硝氮溶出，转动入污水内部，再次吸附氨氮，并在反硝化过程中消耗污水内有机物，周而复始处理污水。且污水在系统经过好氧-缺氧-好氧三段生物反应区，在不同的环境下进行污染物质的降解，削减污水中营养物质，最后使用光催化降解装置无针对的高度氧化污水中污染物，使其达到国家排放标准。

附图说明

图1是本发明的生物转盘+快速土壤渗滤污水处理系统的结构示意图。附图中主要组件符号说明：

1 离心机进料口；2 小螺旋盘片；3 分料口；4 大螺旋盘片；5 转鼓；6卧式螺旋卸料沉降离心机；7 布水区；8 植物系统；9 快速土渗系统；10快速渗滤区；11 沉淀区；12 高位进水管；13 生物转盘；14 水槽；15 隔板；16 光催化降解反应装置；17 纳米曝气机；18 纳米曝气盘；19 紫外灯框架；20 半导体负载填料；21 紫外灭菌灯；22 碳素纤维填料；23 差速器；24底座；25 溢流口；26 集水槽；27 出泥口；28 集泥槽。

具体实施方式

本发明提供的生物转盘+快速土壤渗滤污水处理系统，可以防止处理过程中的堵塞，并深度处理污水，灭杀污水中病原菌、细菌等的方法。

本发明的的结构是：卧式螺旋卸料沉降离心机6由离心机外壳、转鼓5、小螺旋盘片2、大螺旋盘片4、差速器23、轴承座和底座24等组成。污水由离心机进料口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2处排出，分离后的清液从离心机大螺旋盘片4一端排出。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，固态物在小螺旋盘片2的作用下推入集泥槽28，污水流入集水槽26，集水槽26内的污水经过溢流口25进入滴滤池内。经过卧式螺旋卸料沉降离心机6去除大部分悬浮物和胶体后的污水输入快速土渗系统9。

快速土渗系统9高度为1000mm，分为布水区7、快速渗滤区10、沉淀区11三个部分。其中，布水区7内填充碎石填料，快速渗滤区10内填充粒径为15-30mm的沙土填料，缩短了反应周期，提高了处理效率；沉淀区11对处理后污水进行沉淀处理，降低下一步旋流筛滤池的筛滤处理难度。各区域之间有隔板A进行隔断，布水区7为下行池，污水自上向下流动；快速渗滤区10内污水自下而上、自左至右流动，最后溢流至沉淀区内。快速土渗系统9上种植有植物系统8(如美人蕉、香蒲等)，利用其庞大根系，增强植物根系与微生物的联合效果，增加土壤孔隙率以提高污水流行性，提升植物在土渗系统中吸收、吸附作用。植物根系错综盘结，缠绕在碎石及沙土上，具有景观效果的同时提高处理效果。经过快速土渗系统处理出水通过设置在无动力生物处理系统上方的高位进水管12进入无动力生物处理系统的上方。

无动力生物处理系统分为三部分：

池底的底部布设碳素纤维填料22作为主反应区，碳素纤维填料22的结构是将塑料圆片压扣改成双圈大塑料环，将醛化纤维或涤纶丝压在环的环圈上，使纤维束均匀分布；内圈是雪花状塑料枝条，既能挂膜，又能有效切割气泡，提高氧的转移速率和利用率。

主反应区上方设置有多组生物转盘13，利用隔板15将主反应区分为进水反应区B及出水反应区C，进水反应区B及出水反应区C内的生物转盘13采用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13浸入废水的一部分，其表面生物膜及分子筛填料吸附废水中的有机物等污染物质，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以及强力吸附，降低污水中污染物浓度。随后污染物在主反应区内吸附降解，保证污水中氨氮浓度低于40mg/L，抑制其对微生物产生毒性，保证生物处理过程中微生物的生长，提高处理效率；最后出水在出水反应区C进行出水降解。同时生物转盘段采用进水重力势能转化动能推进生物转盘转动，无需额外动力生物转盘自行转动，生物转盘的盘边布满水槽14，在进水的冲击下，使生物转盘不断旋转。进水反应区B及出水反应区C的生物转盘之间通过齿轮传动，在间接动力下转动。此设计降低人工操作强度，使用机械原理扩展了污水处理自动化的技术方法。无动力生物处理系统出水输入最后一级光催化降解反应装置16。

光催化降解反应装置16内壁均匀负载一层非金属掺杂光催化剂(如纳米TiO₂粉体)，光催化降解反应装置16的底部开设有排泥口，位于排泥口上方设置有纳米曝气盘18，纳米曝气盘18与一纳米曝气机17连接，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。纳米曝气盘18上设置有紫外灯框架19，紫外灯框架19上安装有低压紫外汞灯作为紫外消菌灯21，紫外灭菌灯平均照射剂量在300J/m2以上，紫外消菌灯21外设有一防水套筒。光催化降解反应装置16内剩余空间填充有半导体负载填料20(如纳米TiO₂粉体负载在立体网状聚丙烯填料)，光催化降解反应装置16处理后的水流经光催化降解反应装置16的出水口排出，出水口设置有筛网，光催化降解反应装置16的一端安置有液位仪，以检测水位。光催化降解反应装置16的顶部设有遮光板，光催化降解反应装置16的外壳及上方遮光板外涂抹一层黑色涂料用以遮光。本发明增大了反应面，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。

本发明采用采用快速土渗系统，利用渗透性好的沙土填料和植物构建适宜污水处理的复杂生态系统，快速降低污染物浓度负荷，减少污水负荷对下一步处理的冲击和负面影响，同时设计一种无动力生物处理系统，使用吸附性材料作为填料再度降低污水的负荷强度，生物转盘工作时，转盘上方与空气接触，其内部分子筛内氨氮氧化为硝氮溶出，转动入污水内部，再次吸附氨氮，并在反硝化过程中消耗污水内有机物，周而复始处理污水。且污水在系统经过好氧-缺氧-好氧三段生物反应区，在不同的环境下进行污染物质的降解，削减污水中营养物质，最后使用光催化降解装置无针对的高度氧化污水中污染物，使其达到国家排放标准。

本发明的碳掺杂的纳米TiO₂粉体的制备：采用均匀沉淀法和水热法两步过程制备碳掺杂的纳米TiO₂。以硫酸钛和尿素为前驱，葡萄糖为碳源，具体制备过程如下：取6.48g27硫酸钛和3.24g54尿素(硫酸钛与尿素的摩尔比为1:2)溶于去离子水中，再加入适量的葡萄糖0.6搅拌均匀，1:2:0.023在90℃的条件下反应2h。待反应结束后取出反应物干燥、反复水洗至中性，再次干燥，用球磨机研磨得到碳掺杂的纳米TiO₂粉体。

纳米TiO₂粉体负载在填料上的方法：采用聚丙烯材质的立体网状结构填料，将纳米TiO₂粉体与去离子水(粉体与水的质量比为1:20)混合，用超声波超声成乳浊液，将洁净的立体网状结构填料浸入与乙醇1:1混合的钛酸酯偶联剂，缓慢搅拌一段时间，然后将填料取出放入TiO₂乳浊液中继续搅拌一段时间，取出后放入烘箱中干燥(85℃以下)2h，即制得负载纳米TiO₂的聚丙烯悬浮填料，其外观呈淡黄色，膜层较均匀。

Claims (10)

1.一种生物转盘+快速土壤渗滤污水处理系统，其结构为：

一卧式螺旋卸料沉降离心机，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，经过卧式螺旋卸料沉降离心机去除大部分悬浮物和胶体后的污水输入快速土渗系统；

快速土渗系统分为布水区、快速渗滤区、沉淀区三部分，各部分之间由隔板进行隔断；其中，布水区为下行池，污水自上向下流动，布水区内填充有碎石填料，快速渗滤区为上行池，污水自下而上流动，快速渗滤区内填充有沙土填料，沉淀区对处理后污水进行沉淀处理，经过快速土渗系统处理出水通过设置在无动力生物处理系统上方的高位进水管进入无动力生物处理系统的上方；

无动力生物处理系统分为主反应区、进水反应区和出水反应区三部分：

池底的底部布设碳素纤维填料作为主反应区，碳素纤维填料的结构是由塑料圆片压扣成双圈大塑料环，将醛化纤维或涤纶丝压在环的环圈上，使纤维束均匀分布；

主反应区上方设置有多组生物转盘，利用隔板将主反应区上方设置的多组生物转盘分为进水反应区和出水反应区，生物转盘的盘边布满水槽，出水在出水反应区进行出水降解，无动力生物处理系统出水输入光催化降解反应装置；

光催化降解反应装置内壁均匀负载一层非金属掺杂光催化剂，光催化降解反应装置的底部开设有排泥口，位于排泥口上方设置有纳米曝气盘，纳米曝气盘与纳米曝气机连接，纳米曝气盘上方设置有紫外灯框架，紫外灯框架上安装有低压紫外汞灯作为紫外消菌灯，紫外消菌灯外设有一防水套筒；光催化降解反应装置内剩余空间填充有半导体负载填料，光催化降解反应装置处理后的水流经光催化降解反应装置的出水口排出。

2.根据权利要求1所述的生物转盘+快速土壤渗滤污水处理系统，其中，卧式螺旋卸料沉降离心机，由离心机外壳、转鼓、小螺旋盘片、大螺旋盘片、差速器、轴承座和底座组成。

3.根据权利要求1所述的生物转盘+快速土壤渗滤污水处理系统，其中，快速土渗系统上种植有植物系统。

4.根据权利要求1所述的生物转盘+快速土壤渗滤污水处理系统，其中，生物转盘是用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，聚乙烯球内部为中空，球体表面布满方形孔，聚乙烯球内部填充有轻质粉煤灰分子筛填料。

5.根据权利要求1所述的生物转盘+快速土壤渗滤污水处理系统，其中，光催化降解反应装置内壁负载的非金属掺杂光催化剂为纳米TiO₂粉体；光催化降解反应装置内剩余空间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.根据权利要求1所述的生物转盘+快速土壤渗滤污水处理系统，其中，光催化降解反应装置的出水口设置有筛网，光催化降解反应装置的一端安置有液位仪，以检测和控制水位；光催化降解反应装置的顶部设有遮光板，光催化降解反应装置的外壳及上方遮光板外涂抹一层黑色涂料用以遮光。

7.利用权利要求1所述生物转盘+快速土壤渗滤污水处理系统进行污水处理的方法，其过程是：

污水由卧式螺旋卸料沉降离心机的进料口进入，在高转速的转鼓和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，二者存在有相对的转速差，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；经过卧式螺旋卸料沉降离心机去除大部分悬浮物和胶体后的污水输入快速土渗系统；

快速土渗系统的布水区和快速渗滤区内分别填充有碎石填料和沙土填料，缩短了反应周期，提高了处理效率；沉淀区对处理后污水进行沉淀处理；快速土渗系统上种植的植物根系错综盘结，缠绕在碎石及沙土上，具有景观效果的同时提高处理效果；经过快速土渗系统处理出水进入无动力生物处理系统；

无动力生物处理系统的碳素纤维填料能有效地切割气泡，提高氧的转移速率和利用率；

无动力生物处理系统主反应区上方设置的多组生物转盘在氧气的传质过程中有利于生物膜内层微生物直接从液相中得到基质；在生物转盘转动过程中，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；

生物转盘浸入废水的部分，其表面生物膜及分子筛填料吸附废水中的有机物等污染物质，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，反复循环，废水中的有机物在需氧微生物的作用下得到氧化分解以及强力吸附，降低污水中污染物浓度；随后污染物在主反应区内吸附降解，降低污水中氨氮浓度，抑制其对微生物产生毒性，保证生物处理过程中微生物的生长；最后出水在出水反应区进行出水降解；

无动力生物处理系统出水输入光催化降解反应装置；光催化降解反应装置的进气为O₃，通过纳米曝气大量获得羟基自由基，对污水进行二次纳米曝气处理。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，光催化降解反应装置外壳涂抹一层黑色涂料用以遮光。

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

10.根据权利要求7所述的方法，其中，无动力生物处理系统的部分出水回流至快速土渗系统进水，调节水质并刺激微反应过程分泌次生物质，进而促进反应的正向进行。