CN107082527A - 一种针对高污染水体的水处理装置 - Google Patents
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Abstract
一种针对高污染水体的水处理装置，属于污水处理技术领域。所述水处理装置包括发酵装置、PSB处理装置、好氧装置、沉淀装置、藻类处理装置和资源化利用装置。所述资源化利用装置包括0.015μm孔径膜、导线和外部荷载，所述0.015μm孔径膜通过导线与外部荷载相接，并且所述0.015μm孔径膜一端与发酵池相接，另一端与藻类处理池相接。本发明通过将发酵处理、PSB技术、好氧处理、藻类处理方法有机结合，同时提供了一种资源化装置，利用发酵池和藻类处理池间的电位差产电，并将PSB处理池中产生的氢气和甲烷、藻类处理池中产生的生物柴油和藻类收集起来进行资源化利用，从而在提高水质的同时起到产能、产物的作用，提高了经济效益。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种针对高污染水体的水处理装置。
背景技术
目前，随着社会的发展，国家对水处理问题越发重视，对污水处理后的水质的要求也越来越高；随着人们的环保和节能的意识不断加强，如何在降低能量损失的同时，将产物合理的利用好成为一项值得研究的问题。大多数污水处理系统多为厌氧-缺氧-好氧系统，但其出水中N，P含量较高，难以彻底清除BOD，而且其产生的废气、废渣没有得到有效利用，会产生资源浪费。所以如何在提高出水水质的同时，实现节能甚至产能的效果成为一项难题。
在污水处理领域中，每一种污水处理方法都各有利弊，所以单一使用一种污水处理技术已经难以满足人们的要求，如何将多种处理方法有机结合为一个完整的处理系统，从而提高出水水质和减少浪费也是一项热点问题。
发明内容
解决的技术问题：针对上述现有技术中能量损失大，N、P和BOD含量大以及废气、废渣没有得到有效利用等问题，本发明提供一种针对于高污染水体的水处理装置，具备效率高、能耗低、出水水质N、P和BOD含量低以及能够实现产物的循环利用等优点。
技术方案：一种针对高污染水体的水处理装置，所述水处理装置包括发酵装置、PSB(光合细菌，Photosynthetic Bacteria)处理装置、好氧装置、沉淀装置、藻类处理装置和资源化利用装置；
所述发酵装置包括污水入口、发酵池、水泵a、水管a、污泥泵和输泥管，污水入口设于发酵池一侧，水管a和水泵设于发酵池另一侧，水泵a设于水管a上，所述污泥泵和输泥管设于发酵池外部，所述污泥泵设于输泥管上，所述输泥管与发酵池底部相接；
所述PSB处理装置通过水管a与发酵装置相接，所述PSB处理装置包括水泵b、水管b、PSB处理池、气泵a、入气口a、屋顶a、灯管a和光栅a，所述PSB处理池包括出气口、曝气装置a、气管a、出水口a、入水口a和搅拌器，所述出气口设于PSB处理池顶部，所述曝气装置a和气管a设于PSB处理池底部，并且曝气装置a与气管a相接，入水口a设于PSB处理池一侧，出水口a设于PSB处理池另一侧，搅拌器设于PSB处理池底部；所述屋顶a设于PSB处理池上部，所述灯管a设于屋顶a的内侧，所述光栅a设于PSB处理池顶部，所述水管a通过入水口a与PSB处理池的一侧相接，所述水管b通过出水口a与PSB处理池的另一侧相接，水泵b设于水管b上，所述入气口a和气泵a设于PSB处理池外部，所述入气口a通过气泵a与气管a相接；
所述好氧装置通过水管b与PSB处理装置相接，所述好氧装置包括水泵c、水管c、气泵b、入气口b、好氧池、曝气装置b和气管b，所述好氧池与水管b相接，所述入气口b和气泵b设于好氧池一侧，所述曝气装置b和气管b设于好氧池底部，并且曝气装置b与气管b相接，所述水泵c和水管c设于好氧池另一侧，所述水泵c设于水管c上，入气口b通过气泵b与气管b相接；
所述沉淀装置通过水管c和好氧装置相接，所述沉淀装置通过输泥管与发酵装置相接，所述沉淀装置包括沉淀池、水管d和水泵d，所述沉淀池一侧与水管c相接，另一侧与水管相接，水泵d设于水管d上，所述沉淀池与输泥管相接；
所述藻类处理装置通过水管d与沉淀装置相接，所述藻类处理装置包括藻类处理池、屋顶b、灯管b和光栅b，所述藻类处理池包括出水口b、藻类打捞口和入水口b，所述出水口b设于藻类处理池的一侧，所述入水口b设于藻类处理池的另一侧，所述藻类打捞口设于藻类处理池的顶部，所述屋顶b设于藻类处理池的上部，所述灯管b设于屋顶b的内侧，所述光栅b设于藻类处理池的顶部；
所述资源化利用装置包括0.015μm孔径膜、导线和外部荷载，所述0.015μm孔径膜通过导线与外部荷载相接，并且所述0.015μm孔径膜一端与发酵池相接，另一端与藻类处理池相接。
作为优选，所述水泵a、水泵b、水泵c和水泵d为单级双吸卧式离心泵。
作为优选，所述曝气装置a和曝气装置b为浆式叶轮曝气装置。
作为优选，所述搅拌器为桨式搅拌器。
作为优选，所述屋顶a和屋顶b为透光的玻璃钢筋结构。
作为优选，所述发酵池和沉淀池的体积为50m3，所述PSB处理池和藻类处理池的体积为60m3，所述好氧池的体积为80m3。
有益效果：
1)、本发明通过构建污水处理系统，可将发酵处理、PSB技术、好氧处理、藻类处理方法有机结合，有效的降低水中N、P和BOD的含量，提高出水水质。通过合理的连接各个反应池，在不影响反应池正常工作的情况下，实现产物的循环利用。好氧池中的活性污泥通过沉淀池的沉淀作用从水中分离出来后回流到发酵池中进行循环利用，同时活性污泥从水中的去除也有利于藻类处理池中藻类吸收光进行生命活动。
2)、本发明发酵池的水中氧气含量极低，氧化还原电位为负，藻类处理池中氧气含量高，氧化还原电位为正，通过0.015μm孔径膜利用它们之间的电位差产生电能，供外部荷载利用。
3)、本发明PSB处理池中的光合细菌生命活动过程中会产生氢气和甲烷，在藻类处理池中的藻类生命活动过程中会产生生物柴油，这些物质经过提取可以作为燃料利用；经过大量繁殖产生的藻类也可作为生物质资源经加工后作为饲料或肥料进行利用。
附图说明
图1为所述水处理装置的平面示意图；
图2为资源化装置示意图；
图3为PSB处理池的结构示意图；
图4为藻类处理池的结构示意图；
图5为H型双室MFC装置示意图。
图中标注符号的含义如下：
1、污水入口；2、发酵池；3a、水泵a；3b、水泵b；3c、水泵c；3d、水泵d；4a、水管a；4b、水管b；4c、水管c；4d、水管d；5、PSB处理池；6、出气口；7a、气泵a；7b、气泵b；8a、入气口a；8b、入气口b；9、好氧池；10a、曝气装置a；10b、曝气装置b；11a、气管a；11b、气管b；12、沉淀池；13、污泥泵；14、输泥管；15、藻类处理池；16a、出水口a；16b、出水口b；17、0.015μm孔径膜；18、导线；19、外部荷载；20、藻类打捞口；21a、屋顶a；21b、屋顶b；22a、灯管a；22b、灯管b；23a、光栅a；23b、光栅b；24a、入水口a；24b、入水口b；25、搅拌器；26.容器壁；27.阳极接种污泥；28.外接电阻R；29.营养物添加口；30.隔膜；31.导线；32.阳极室；33.阴极室；34.阴极；35.阳极。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种针对高污染水体的处理装置，参照图1，所述水处理装置包括发酵装置、PSB处理装置、好氧装置、沉淀装置、藻类处理装置和资源化利用装置。
所述发酵装置包括污水入口1、发酵池2、水泵a 3a、水管a 4a、污泥泵13和输泥管14，污水入口1设于发酵池2一侧，水管a 4a和水泵a 3a设于发酵池2另一侧，水泵a 3a设于水管a 4a上，所述水泵a 3a为单级双吸卧式离心泵，所述污泥泵13和输泥管14设于发酵池2外部，所述污泥泵13设于输泥管14上，所述输泥管14与发酵池2底部相接。
所述PSB处理装置通过水管a 4a与发酵装置相接，所述PSB处理装置包括水泵b3b、水管b 4b、PSB处理池5、气泵a 7a、入气口a 8a、屋顶a 21a、灯管a 22a和光栅a 23a，所述PSB处理池5包括出气口6、曝气装置a 10a、气管a 11a、出水口a 16a、入水口a 24a和搅拌器25，所述出气口6设于PSB处理池5顶部，所述曝气装置a 10a和气管a 11a设于PSB处理池5底部，并且曝气装置a 10a与气管a 11a相接，所述曝气装置a 10a为浆式叶轮曝气装置，入水口a 24a设于PSB处理池5一侧，出水口a 16a设于PSB处理池5另一侧，搅拌器25设于PSB处理池5底部，所述搅拌器25为桨式搅拌器。所述屋顶a 21a设于PSB处理池5上部，所述屋顶a21a为透光的玻璃钢筋结构，所述灯管a 22a设于屋顶a 21a的内侧，所述光栅a 23a设于PSB处理池5顶部，所述水管a 4a通过入水口a 24a与PSB处理池5的一侧相接，所述水管b 4b通过出水口a 16a与PSB处理池5的另一侧相接，水泵b 3b设于水管b 4b上，所述水泵b 3b为单级双吸卧式离心泵，所述入气口a 8a和气泵a 7a设于PSB处理池5外部，所述入气口a 8a通过气泵a 7a与气管a 11a相接。
所述好氧装置通过水管b 4b与PSB处理装置相接，所述好氧装置包括水泵c 3c、水管c 4c、气泵b 7b、入气口b 8b、好氧池9、曝气装置b 10b和气管b 11b，所述好氧池9与水管b 4b相接，所述入气口b 8b和气泵b 7b设于好氧池9一侧，所述曝气装置b 10b和气管b 11b设于好氧池9底部，并且曝气装置b 10b与气管b 11b相接，所述曝气装置b 10b为浆式叶轮曝气装置，所述水泵c 3c和水管c 4c设于好氧池9另一侧，所述水泵c 3c设于水管c 4c上，所述水泵c 3c为单级双吸卧式离心泵。入气口b 8b通过气泵b 7b与气管b 11b相接。
所述沉淀装置通过水管c 4c和好氧装置相接，所述沉淀装置通过输泥管14与发酵装置相接，所述沉淀装置包括沉淀池12、水管d 4d和水泵d 3d，所述沉淀池12一侧与水管c4c相接，另一侧与水管d 4d相接，水泵d 3d设于水管d 4d上，所述水泵d 3d为单级双吸卧式离心泵，所述沉淀池12与输泥管14相接。
所述藻类处理装置通过水管d 4d与沉淀装置相接，所述藻类处理装置包括藻类处理池15、屋顶b 21b、灯管b 22b和光栅b 23b，所述藻类处理池15包括出水口b 16b、藻类打捞口20和入水口b 24b，所述出水口b 16b设于藻类处理池15的一侧，所述入水口b 24b设于藻类处理池15的另一侧，所述藻类打捞口20设于藻类处理池15的顶部，所述屋顶b 21b设于藻类处理池15的上部，所述屋顶b 21b为透光的玻璃钢筋结构，所述灯管b 22b设于屋顶b21b的内侧，所述光栅b 23b设于藻类处理池15的顶部。
所述资源化利用装置包括0.015μm孔径膜17、导线18和外部荷载19，所述0.015μm孔径膜17通过导线18与外部荷载19相接，并且所述0.015μm孔径膜17一端与发酵池2相接，另一端与藻类处理池15相接。
其中，发酵池2和沉淀池12的体积为50m3，所述PSB处理池5和藻类处理池15的体积为60m3，所述好氧池9的体积为80m3。
所述装置在污水处理中的应用步骤为：
(1)原高污染废水通过污水入口1进入发酵池2中，在发酵池2中大分子污染物被分解成小分子污染物。
(2)经过发酵池2处理后的污水通过水管a 4a经水泵a 3a进入PSB处理池5中；太阳光透过屋顶a 21a经光栅a 23a散射后进入PSB处理池5中供其中的光合细菌吸收利用，当光照不足或夜晚时，可打开灯管a 22a，以保证光合细菌进行正常的生命活动；通过气泵a 7a泵入大量二氧化碳，经曝气装置a 10a处理后进入水中，成为光合细菌的碳源，供其利用合成自身物质；PSB处理池5中的光合细菌可吸收去除大量的N、P；打开搅拌器25，使水中光合细菌和养分的分布均匀，提高净化速率，PSB处理池5中的光合细菌生命活动过程中会产生氢气和甲烷，通过出气口6进行收集。
(3)经过PSB处理池5处理后的污水通过水管b 4b经水泵b 3b进入好氧池9中，好氧池中的活性污泥可去除水中大部分的BOD以及一部分的N、P；通过气泵b 7b泵入大量氧气，经曝气装置b 10b进入水中。
(4)好氧池9中的水经沉淀池12的沉淀作用后，上层的液体进入藻类处理池15中，下层的活性污泥通过输泥管14经污泥泵13进入发酵池2。
(5)经过沉淀池12处理的污水进入藻类处理池15后，太阳光透过屋顶b 21b经光栅b 23b散射后进入藻类处理池15中供其中的藻类吸收利用；光照不足或夜晚时，可打开灯管b 22b，保证藻类正常的生命活动；藻类处理池15中的藻类对水进行深度净化，去除其中剩余的N、P；处理后的水从出水口b 16b排出，藻类处理池15中的藻类生命活动过程中会产生生物柴油，从藻类中进行提取，这些物质可以作为燃料利用，经过大量繁殖产生的藻类也可从藻类打捞口20打捞，作为生物质资源经加工后作为饲料或肥料进行利用。
(6)由于发酵池2中氧气含量极低，水中氧化还原电位为负，而藻类处理池15中氧气含量高，氧化还原电位为正，通过0.015μm孔径膜17利用它们之间的电位差产生电能，供外部荷载19利用。
经过发酵处理，PSB处理，好氧处理，藻类处理这四种方法处理后，水中BOD和N、P含量极低，出水水质好。
测试微生物燃料电池(MFC，Microbial Fuel Cells)中隔膜及底物对其性能的影响，具体实验步骤如下：H型双室MFC装置示意图参照图5，分别采用0.45μm孔径膜，0.22μm孔径膜，0.015μm孔径膜和质子交换膜(Proton Exchange Membrane，PEM)四种类型的膜作为阴阳两极室的间隔，直径均为3cm。每种膜采用两组对照，使用两个循环周期，选取其中三组数据进行处理。对阴极室电解液pH与电压进行同步测量，并在一个周期结束时，对两极室的电解液最终的pH进行检测，得出两极室电解液pH的差值。
采用训化3个月的污泥作为MFC的阳极底物，本组试验数据分别采集自装置运行后的第一周期和第二个周期(第一周期：MFC运行稳定后第一次更换缓冲液重新达到稳定状态；第二周期：第一周期后，MFC经过一个月的稳定运行至更换缓冲液前。以更换电解液为界)。
实验结果参照表1，可以得出以下结论：MFC技术在本专利中的应用具有可行性，并且使用0.015μm孔径膜替代传统质子交换膜可以在一定程度上防止氧从阴极向阳极扩散，在内阻和输出功率方面都有着较好表现，并且在一定程度上利用了两极室的缓冲液，使阳极区微生物能够在较长时间内处在中性环境，保证其对有机物的降解效率及产电效率。
表1 四种MFCs性能比较
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种针对高污染水体的水处理装置，其特征在于，所述水处理装置包括发酵装置、PSB处理装置、好氧装置、沉淀装置、藻类处理装置和资源化利用装置；
所述发酵装置包括污水入口（1）、发酵池（2）、水泵a（3a）、水管a（4a）、污泥泵（13）和输泥管（14），污水入口（1）设于发酵池（2）一侧，水管a（4a）和水泵a（3a）设于发酵池（2）另一侧，水泵a（3a）设于水管a（4a）上，所述污泥泵（13）和输泥管（14）设于发酵池（2）外部，所述污泥泵（13）设于输泥管（14）上，所述输泥管（14）与发酵池（2）底部相接；
所述PSB处理装置通过水管a（4a）与发酵装置相接，所述PSB处理装置包括水泵b（3b）、水管b（4b）、PSB处理池（5）、气泵a（7a）、入气口a（8a）、屋顶a（21a）、灯管a（22a）和光栅a（23a），所述PSB处理池（5）包括出气口（6）、曝气装置a（10a）、气管a（11a）、出水口a（16a）、入水口a（24a）和搅拌器（25），所述出气口（6）设于PSB处理池（5）顶部，所述曝气装置a（10a）和气管a（11a）设于PSB处理池（5）底部，并且曝气装置a（10a）与气管a（11a）相接，入水口a（24a）设于PSB处理池（5）一侧，出水口a（16a）设于PSB处理池（5）另一侧，搅拌器（25）设于PSB处理池（5）底部；所述屋顶a（21a）设于PSB处理池（5）上部，所述灯管a（22a）设于屋顶a（21a）的内侧，所述光栅a（23a）设于PSB处理池（5）顶部，所述水管a（4a）通过入水口a（24a）与PSB处理池（5）的一侧相接，所述水管b（4b）通过出水口a（16a）与PSB处理池（5）的另一侧相接，水泵b（3b）设于水管b（4b）上，所述入气口a（8a）和气泵a（7a）设于PSB处理池（5）外部，所述入气口a（8a）通过气泵a（7a）与气管a（11a）相接；
所述好氧装置通过水管b（4b）与PSB处理装置相接，所述好氧装置包括水泵c（3c）、水管c（4c）、气泵b（7b）、入气口b（8b）、好氧池（9）、曝气装置b（10b）和气管b（11b），所述好氧池（9）与水管b（4b）相接，所述入气口b（8b）和气泵b（7b）设于好氧池（9）一侧，所述曝气装置b（10b）和气管b（11b）设于好氧池（9）底部，并且曝气装置b（10b）与气管b（11b）相接，所述水泵c（3c）和水管c（4c）设于好氧池（9）另一侧，所述水泵c（3c）设于水管c（4c）上，入气口b（8b）通过气泵b（7b）与气管b（11b）相接；
所述沉淀装置通过水管c（4c）和好氧装置相接，所述沉淀装置通过输泥管（14）与发酵装置相接，所述沉淀装置包括沉淀池（12）、水管d（4d）和水泵d（3d），所述沉淀池（12）一侧与水管c（4c）相接，另一侧与水管d（4d）相接，水泵d（3d）设于水管d（4d）上，所述沉淀池（12）与输泥管（14）相接；
所述藻类处理装置通过水管d（4d）与沉淀装置相接，所述藻类处理装置包括藻类处理池（15）、屋顶b（21b）、灯管b（22b）和光栅b（23b），所述藻类处理池（15）包括出水口b（16b）、藻类打捞口（20）和入水口b（24b），所述出水口b（16b）设于藻类处理池（15）的一侧，所述入水口b（24b）设于藻类处理池（15）的另一侧，所述藻类打捞口（20）设于藻类处理池（15）的顶部，所述屋顶b（21b）设于藻类处理池（15）的上部，所述灯管b（22b）设于屋顶b（21b）的内侧，所述光栅b（23b）设于藻类处理池（15）的顶部；
所述资源化利用装置包括0.015μm孔径膜（17）、导线（18）和外部荷载（19），所述0.015μm孔径膜（17）通过导线（18）与外部荷载（19）相接，并且所述0.015μm孔径膜（17）一端与发酵池（2）相接，另一端与藻类处理池（15）相接。
2.根据权利要求1所述的一种针对高污染水体的水处理装置，其特征在于，所述水泵a（3a）、水泵b（3b）、水泵c（3c）和水泵d（3d）为单级双吸卧式离心泵。
3.根据权利要求1所述的一种针对高污染水体的水处理装置，其特征在于，所述曝气装置a（10a）和曝气装置b（10b）为浆式叶轮曝气装置。
4.根据权利要求1所述的一种针对高污染水体的水处理装置，其特征在于，所述搅拌器（25）为桨式搅拌器。
5.根据权利要求1所述的一种针对高污染水体的水处理装置，其特征在于，所述屋顶a（21a）和屋顶b（21b）为透光的玻璃钢筋结构。
6.根据权利要求1所述的一种针对高污染水体的水处理装置，其特征在于，所述发酵池（2）和沉淀池（12）的体积为50 m3，所述PSB处理池（5）和藻类处理池（15）的体积为60 m3，所述好氧池（9）的体积为80 m3。
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