CN106957101B

CN106957101B - 一种含微生物水体的高效处理装置及处理工艺

Info

Publication number: CN106957101B
Application number: CN201710100423.4A
Authority: CN
Inventors: 邵磊; 刘陶然; 王丹
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2017-02-23
Filing date: 2017-02-23
Publication date: 2020-11-20
Anticipated expiration: 2037-02-23
Also published as: CN106957101A

Abstract

一种含微生物水体的高效处理装置及处理工艺，涉及水处理技术领域。包括原水池、臭氧发生系统、臭氧气体检测装置，控制系统、进水泵、出水池、液体流量控制器、超重力反应器、尾气处理装置；控制系统包括PID控制器和电子阀门，PID控制器与电子阀门连接，控制电子阀门的开关；臭氧发生系统和臭氧气体检测装置进行信号连接。PID控制器和超重力反应器之间进行信号连接。由所述原水池和所述臭氧发生系统分别向所述超重力反应器内输入含微生物水体与含臭氧气体，含微生物水体与含臭氧气体在所述超重力反应器内形成的超重力环境下接触，臭氧被水体吸收并与水体中微生物反应，对微生物起到杀灭作用。

Description

一种含微生物水体的高效处理装置及处理工艺

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种含微生物水体的高效处理装置及处理工艺。

背景技术

在各个行业中，水体的微生物去除是一个常见问题和必需环节。在给水领域，如饮用水、食品行业用水、娱乐行业用水、医疗用水、工业用水、水产畜牧养殖用水中，水体中的微生物指标必须达到相关标准才可以使用；在排水领域，各类工厂的水处理设施排水、畜牧养殖机构排水、医疗机构排水、循环冷却水和中水回用、城镇生活污水处理后排放都必须经过严格的消毒后方能达到安全的微生物排放标准。由于各类水体指标的差异较大，研发处理效率高、参数可调节性好的通用工艺对提高各种水体微生物处理效果，降低运营成本有重大意义。

臭氧作为氧化剂具有高效和无二次污染的特性，因此在水处理行业具有广泛的应用前景。在杀菌除菌方面，臭氧是一种高效广谱类的抗菌剂，可抑制的微生物包括真菌、病毒、原生生物及细菌与真菌孢子等。臭氧灭菌属溶菌级，杀菌彻底，无残留，且反应快、投量少。臭氧抑制微生物的途径有两种观点：一种认为臭氧作为抗菌剂主要是通过分子形式的臭氧作用于微生物产生抑菌作用；另一种认为臭氧对微生物的抑菌作用是通过其分解产物[如羟基自由基(OH·)]产生的。臭氧的抑菌作用机理是氧化破坏微生物细胞中重要组成部分，如细胞壁、细胞膜、线粒体与细胞核等，并使细胞内主要酶类失活。臭氧作为抗菌剂与其他种类抗菌剂的最大不同之处在于臭氧分子的分解产物是氧气，不会在空气或水体中造成持久性残余，无二次污染。2001年，美国食品药品监督管理局(FDA)正式批准臭氧作为二级食品直接接触添加剂和微生物抑制剂，表明臭氧不仅是一种高效，而且是安全的微生物抑制剂。

臭氧用于水体去除微生物的适应能力强，在pH为5.6～9.8、水温0～37℃范围内消毒性能受影响很小。臭氧对水体中微生物的抑制作用取决于水中臭氧浓度和保持时间。水中臭氧浓度由臭氧溶解度限制，对于一个处理过程来说，改变溶解度的难度很大；从传质角度适当地提高传质效率可以显著增强处理效果，降低处理成本。水体中达到的臭氧初始浓度水平越高，则保持一定臭氧浓度水平限以上的时间越长，微生物处理效果越好。传统臭氧接触(曝气)设备主要有鼓泡塔(池)、水射器和搅拌釜三种：(1)鼓泡塔(池)利用鼓泡器将加压的含臭氧气体分散在待处理水体中，一般水池深度为4～5m，体积庞大，传质效果一般。(2)水射器即利用文丘里管进行待处理水体和含臭氧气体的混合，高速水流在变径管道中流动造成负压区吸入含臭氧气体，形成湍流起到混合效果。水射器结构小巧占地面积少，但是水量不能随意调节，否则容易出现气液两相分离，影响传质效果。(3)搅拌釜的体积与鼓泡塔相比较小，但是动力消耗大，臭氧吸收效果不佳。总体而言，这些传统臭氧接触设备气液传质效率较低，导致臭氧的吸收效果不佳。

超重力技术是一种新型的过程强化技术，它以超重力设备为基础，通过旋转所产生的离心力形成一种模拟的超重力环境，气液两相在比地球重力场大数百倍乃至千倍的超重力环境下的多孔介质或孔道中流动接触，巨大的剪切力将液体撕裂成微米至纳米级的膜、丝和液滴，产生巨大的气-液相界面，液体在高分散、高湍动、强混合以及界面急速更新的情况下与气体逆流接触，使相间传质速率比传统塔器中的提高1～3个数量级，微观混合和传质过程得到极大强化。同时，在超重力条件下不仅整个反应过程加快，气体的线速度也大幅度提高，这使单位设备体积的生产效率提高1～2个数量级，设备尺寸大幅度缩小。由于上述显著的优点，超重力技术已成功应用于纳米材料制备、化工反应和分离等领域。

由于传统设备传质效率不佳，臭氧去除微生物的能力无法充分发挥。本发明则创新性地提出将超重力技术与臭氧氧化技术相结合，提出采用超重力技术强化臭氧的吸收传质过程，从而大幅度提高水体中微生物的去除效果，同时使得处理效果稳定，而且能更好的推广应用到不同的微生物水质处理中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含微生物水体的高效处理工艺及装置，大幅度提高水体中微生物的去除效果，同时使得处理效果稳定，容易控制。

一种含微生物水体的高效处理装置，包括原水池(1)、臭氧发生系统(4)、阀门、进水泵(2)、出水池(5)、液体流量控制器(9)、超重力反应器(3)、尾气处理装置(7)；

所述超重力反应器(3)的进液口(20)通过进水泵(2)、液体流量控制器(9)和原水池(1)连接；超重力反应器的进气口(200)通过阀门和臭氧发生系统(4)连接；超重力反应器的出液口(30)通过管道和出水池连接，超重力反应器(3)的出气口(300)与尾气处理装置(7)连接；超重力反应器(3)的出气口(300)还与臭氧气体检测装置(6)的进口(800)连接，超重力反应器(3)的出液口与出水池(5)连接；

阀门优选为电子阀门，电子阀门与PID控制器连接构成控制系统(8)，PID控制器控制电子阀门的开关；处理装置还包括臭氧气体检测装置(6)，臭氧气体检测装置(6)的信号接口(C1)与控制系统(8)的PID控制器连接；超重力反应器(3)的出气口(300)还与臭氧气体检测装置(6)的进口(800)连接，超重力反应器(3)的出液口与出水池(5)连接。控制系统(8)的PID控制器还与超重力反应器连接，用于控制超重力反应器的超重力水平。

臭氧发生系统和臭氧气体检测装置进行信号连接。

PID控制器和超重力反应器之间进行信号连接。

进一步还包括另外一个臭氧气体检测装置，此臭氧气体检测装置的进口与超重力反应器的进气口的连接，用于测量超重力反应器的进气口的臭氧含量。

进一步原水池和出水池可以用实际场合给排水装置替代，或采用上下游工艺取代。

本发明采用上述装置对含微生物水体的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：开启超重力反应器和臭氧发生系统；

S2：将含微生物的水体和含臭氧的气体通过不同管路输送至超重力反应器，两者在超重力反应器内接触反应；

S3：反应后的液体和气体分别从超重力反应器排出；

进一步还包括：S4：臭氧气体检测装置检测超重力反应器排出气体的臭氧含量，当达到臭氧发生系统臭氧含量初始值一定百分比时，反馈至控制系统的控制器，控制器调节电子阀门控制进入超重力反应器的含臭氧气体的流量和控制器调节超重力反应器的运行参数。

根据本发明所述工艺，所述超重力反应器内输入的气液体积流量比为0.1～100。向所述超重力反应器内输入的臭氧浓度为0.1～250mg/L。所述超重力反应器内的超重力水平为5～1000g。

由所述原水池和所述臭氧发生系统分别向所述超重力反应器内输入含微生物水体与含臭氧气体，含微生物水体与含臭氧气体在所述超重力反应器内形成的超重力环境下接触，臭氧被水体吸收并与水体中微生物反应，对微生物起到杀灭作用。所述超重力反应器中反应后的液体排入所述出水池内，所述超重力反应器中反应后的气体排入所述尾气处理系统后进入大气，所述出水池内的液体作为产水排出。所述臭氧气体检测装置和所述控制系统可根据所述超重力反应器出口臭氧气体浓度对进入所述超重力反应器的含臭氧气体浓度和流量，以及所述的超重力反应器进行反馈调节。

本发明的含微生物水体的高效处理工艺将超重力技术(超重力反应器)与臭氧氧化技术相结合。与传统水处理设备不同，在超重力反应器内水体为分散相，气体为连续相，含微生物水体不仅被分散为液膜、液滴和液丝，而且团聚的微生物也被有效地分散，含微生物水体在极短的停留时间内(停留时间为1～3s)与含臭氧气体快速接触反应，微生物得到高效杀灭，解决了传统工艺中臭氧气体与水体接触不充分，导致传质效率低下、微生物去除效果不足、能耗大的问题。气体检测和控制系统根据超重力反应器出口的气体中臭氧浓度的变化，对进入超重力反应器的含臭氧气体流量进行控制，保证合适的气液比，并且根据气体流量变化调整超重力反应器的超重力水平，达到优化操作条件，提高臭氧利用率和处理效果的目的。

本发明提供的方法能够满足各种水体去除微生物的需求，去除率达到98％以上，甚至达到完全杀灭的效果。本工艺方法具有处理效率高，装置体积小，工艺简单，可连续操作，处理时间短，操作弹性大，适用场合广等特点。由于强化了臭氧和含菌水体的接触传质，大幅提高了臭氧利用效率，因此可以达到快速、高效消除各类水体中微生物污染的目的。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1为本发明的含微生物水体的处理工艺流程图。

图2为本发明的含微生物水体的处理程序。

图3为处理前后对比图。

1原水池、2进水泵、3超重力反应器、4臭氧发生系统、5出水池、6臭氧气体检测装置、7尾气处理装置、8控制系统、9液体流量控制器、C1信号口、20超重力反应器的进液口、30超重力反应器的出液口、200超重力反应器的进气口、300超重力反应器的出气口、800臭氧气体检测装置进口。

具体实施方式

以下将参照附图详细地描述本发明的各种实施例。在附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记表示。为清楚起见，附图中各个部分没有按照比例绘制。

参照图1，本发明提供了一种含微生物水体的处理工艺，包括：超重力反应器3、臭氧发生系统4、臭氧气体检测装置6、控制系统8；控制系统8包括PID控制器和电子阀门，PID控制器与电子阀门连接，控制电子阀门的开关；

超重力反应器3包括用于注入含微生物水体的液体入口20、用于注入含臭氧气体的气体入口200、用于导出被吸收臭氧后气体的出口300、用于导出被处理后水体的出口30；臭氧发生系统4先与控制系统8的PID控制器接口相连后再与含臭氧气体入口200相连；另一臭氧气体检测装置通过接口与超重力反应器进口气路相连、通过接口800与超重力反应器出口气路相连、通过信号接口C1与控制系统8的PID控制器信号接口相连、PID控制器有信号接口与超重力反应器3的信号接口连接，臭氧气体检测装置6通过接口与外界大气相连。其中，超重力反应器3为上述现有技术中能实现超重力反应的设备，在优选的实施例中为旋转填充床(Rotating Packed Bed)。在其他可选的实施例中，超重力反应器3可以为折流式超重力装置、螺旋通道式超重力装置或者旋转碟片式超重力装置中的任一种。其中，臭氧发生系统4也是现有技术中常见的能够产生臭氧的装置或系统，例如可以由气源、臭氧发生器、冷却及控制等部分组成。其中，臭氧气体检测装置6及自动控制系统8由现有技术中一台或多台臭氧气体检测仪、PID控制器、电子阀门等部分构成。

继续参照图1，含微生物水体的处理工艺还包括原水池1、进水泵2、出水池5和尾气处理装置7，其中原水池1经进水泵2与液体流量控制器9的接口相连，之后与超重力反应器3的液体进口20连通，超重力反应器3的液体出口30与出水池5相连，尾气处理装置7通过接口与超重力反应器出口300相连，尾气处理装置通过接口与外界大气相连。原水池1和进水泵2可以由上游来水管路或工艺替代；超重力反应器的液体出口30可以直接与下游排水管路或工艺相连接。尾气处理装置7可以为常见的臭氧破坏或吸收装置，例如加热器、催化填料罐或溶液吸收罐。

根据以上的叙述，与本发明的含微生物水体的高效处理工艺相匹配的一套含微生物水体的处理方法，现结合上述含微生物水体的处理工艺来理解本含微生物水体的处理方法，见图2。本含微生物水体的处理工艺包括以下步骤：

S1：开启超重力反应器和臭氧发生系统；

S3：反应后的液体和气体分别从超重力反应器排出；

S4：臭氧气体检测装置检测超重力反应器排出气体的臭氧含量，并反馈至控制系统的控制器，控制器调节电子阀门控制进入超重力反应器的含臭氧气体的流量或/和控制器调节超重力反应器的运行参数。根据本发明的含微生物水体的处理工艺，在步骤S3之后还包括，将排出液体输送至下游管路或工艺，将排出的气体引入尾气处理装置7处理后排放。

根据本发明的含微生物水体的处理工艺，含臭氧的气体中的臭氧浓度范围为0.1～250mg/L，优选1～60mg/L。

根据本发明的含微生物水体的处理工艺，含臭氧的气体与含微生物的水体的气液流量体积比的范围为0.1～100，优选1～5。

根据本发明的含微生物水体的处理工艺，超重力反应器的超重力水平为5～1000g，优选10～100。

为了显示本发明的含微生物水体的高效处理工艺和方法的效果，现将较有代表性的几种含微生物水体实施例具体阐述如下：

实施例1：城市污水厂排水深度处理：

实施例2：景观娱乐回用水处理：

实施例3：水产养殖水体处理：

实施例4：抗生素厂出水处理：

实施例5：循环冷却水处理：

实施例6：医疗机构排水处理：

实施例7：城市河流水体处理：

处理前后效果图，见图3。

综合以上论述的工艺和方法的特点，可将本发明的含微生物水体的高效处理工艺的全部有益效果概括为，(1)处理效果明显：微生物(实施例中为各类菌群)的去除率可到达98％以上，达到各类水体的应用或排放标准的要求；(2)处理效率高：臭氧与水体的接触时间在3秒以内，远低于传统工艺的数分钟至数十分钟，显著提高了处理效率、减少了臭氧用量、节约了成本；(3)可适应不同类型水体：本发明并不是针对某种特定的含微生物水体进行高效处理，而是可以广泛应用于各种含微生物水体的通用型高效处理工艺，并且可以同时对一些常见指标如COD、色度等进行有效去除；(4)本发明的方法过程简单、连续操作，工艺所使用的设备体积小、简便灵活。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种含微生物水体的高效处理方法，其特征在于，采用的处理装置，包括原水池（1）、臭氧发生系统（4）、阀门、进水泵（2）、出水池（5）、液体流量控制器（9）、超重力反应器（3）、尾气处理装置（7）；

所述超重力反应器（3）的进液口（20）通过进水泵（2）、液体流量控制器（9）和原水池（1）连接；超重力反应器的进气口（200）通过阀门和臭氧发生系统（4）连接；超重力反应器的出液口（30）通过管道和出水池连接，超重力反应器（3）的出气口（300）与尾气处理装置（7）连接；

阀门为电子阀门，电子阀门与PID控制器连接构成控制系统（8），PID控制器控制电子阀门的开关；处理装置还包括臭氧气体检测装置（6），臭氧气体检测装置（6）的信号接口（C1）与控制系统（8）的PID控制器连接；超重力反应器（3）的出气口（300）还与臭氧气体检测装置（6）的进口（800）连接，超重力反应器（3）的出液口与出水池（5）连接；控制系统（8）的PID控制器还与超重力反应器连接，用于控制超重力反应器的超重力水平；

还包括另外一个臭氧气体检测装置，此臭氧气体检测装置的进口与超重力反应器的进气口连接，用于测量超重力反应器的进气口的臭氧含量；臭氧发生系统和臭氧气体检测装置进行信号连接，PID控制器和超重力反应器之间进行信号连接；

具体的处理方法，包括以下步骤：

S1：开启超重力反应器和臭氧发生系统；

S3：反应后的液体和气体分别从超重力反应器排出；

S4：臭氧气体检测装置检测超重力反应器排出气体的臭氧含量，当达到臭氧发生系统臭氧含量初始值一定百分比时，反馈至控制系统的控制器，控制器调节电子阀门控制进入超重力反应器的含臭氧气体的流量和控制器调节超重力反应器的运行参数。

2.按照权利要求1所述的一种含微生物水体的高效处理方法，其特征在于，处理装置中原水池和出水池分别用实际场合给排水装置替代，或采用上下游工艺取代。

3.按照权利要求1所述的一种含微生物水体的高效处理方法，其特征在于，超重力反应器内输入的气液体积流量比为0.1~100；向所述超重力反应器内输入的臭氧浓度为0.1~250mg/L；所述超重力反应器内的超重力水平为5~1000g。

4.按照权利要求1所述的一种含微生物水体的高效处理方法，其特征在于，超重力反应器内输入的气液体积流量比为1-5；向所述超重力反应器内输入的臭氧浓度为1~60mg/L；所述超重力反应器内的超重力水平为10~100g。