CN110183035A - 一种一体化污水处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种一体化污水处理装置，包括：外反应器，底部设有进水口，顶部敞开；内反应器，设置于外反应器内，内反应器的横截面积从下至上依次减小，底部与进水口连通，顶部敞开；支撑板，设置于内反应器内，并靠近内反应器的底部，支撑板上设有若干第一通孔；第一废棉布层，设置于隔板上；粉煤灰层，设置于第一废棉布层上；第二废棉布层，设置于粉煤灰层上；及第一磁性生物炭层，设置于第二废棉布层上；其中，外反应器与内反应器之间的空腔内填充有磁性生物炭填料，构成第二磁性生物炭层；本发明微生物附着性好，不易发生堵塞和缠结，并且成本低。

Description

一种一体化污水处理装置

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种一体化污水处理装置。

背景技术

曝气生物滤池是一种常见的污水处理工艺，填料在该工艺中处于核心地位。

虽然砂石、陶粒等传统无机载体及以聚乙烯、聚丙烯等为代表的有机载体作为填料处理污水，均可取得较好的处理效果，但在应用过程中也存在微生物附着性差、容易堵塞和缠结、制作及运行成本高、载体材料大多难以被生物降解和回收再利用，废弃后处置难度较大，在环境中可能会产生潜在的生物毒性等问题。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种一体化污水处理装置，微生物附着性好，不易发生堵塞和缠结，并且成本低。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种一体化污水处理装置，包括：

外反应器，所述外反应器的底部设有进水口，顶部敞开；

内反应器，设置于所述外反应器内，所述内反应器的横截面积从下至上依次减小，所述内反应器的底部与所述进水口连通，顶部敞开；

支撑板，设置于所述内反应器内，并靠近所述内反应器的底部，所述隔板与所述内反应器的底壁之间的空间形成进水区，所述支撑板上设有若干第一通孔；

第一废棉布层，设置于所述隔板上；

粉煤灰层，设置于所述第一废棉布层上；

第二废棉布层，设置于所述粉煤灰层上；及

第一磁性生物炭层，设置于所述第二废棉布层上；

其中，所述外反应器与所述内反应器之间的空腔内填充有磁性生物炭填料，构成第二磁性生物炭层。

优选地，所述外反应器为圆柱形，所述内反应器为圆台形。

优选地，还包括导流堰，所述导流堰设置于所述内反应器的顶部外侧，所述导流堰为圆环形，所述导流堰的内径与所述内反应器的顶部外径形同，所述导流堰上设有若干第二通孔。

优选地，所述的内反应器的材质为不锈钢或有机玻璃，所述内反应器的高度为700～1200mm，所述的内反应器的侧壁和底壁的厚度均为5～10mm，底壁的内径为900～1800mm，顶部敞开口的内径为500～800mm；

所述外反应器材质为不锈钢或有机玻璃，高度为500～700mm，侧壁和底壁厚为5～10mm，所述外反应器的内径与所述内反应器底壁外径相等。

优选地，所述导流堰的材质为不锈钢或有机玻璃，所述导流堰与所述内反应器的底壁平行；所述导流堰的厚度为5～10mm，所述导流堰的外径比内径大100～200mm，且所述导流堰的外径小于所述内反应器底壁外径，所述第二通孔的孔径为2～4mm，所有第二通孔的面积占所述导流堰上表面积的50％～70％。

优选地，所述支撑板为圆形，所述支撑板的材质为不锈钢或有机玻璃，所述支撑板与所述内反应器的底壁平行，且所述支撑板与所述内反应器的底壁之间的距离为100～200mm，所述第一通孔的孔径为1～3mm，孔隙率为75％～90％，所述支撑板的厚度为3～5mm。

优选地，所述第一废棉布层来自于生活中产生的废棉布，每两片废棉布之间设有一个PE材质圆片，所述圆片的厚度为1～2mm，所述圆片上均匀分布有若干第三通孔，所述第三通孔的孔径为1～3mm，孔隙率为75％～90％，所述一废棉布层的厚度为150～200mm，所述第二废棉布层与所述第一废棉布层的结构相同，所述第二废棉布层的填充厚度为150～200mm。

优选地，所述粉煤灰层中的粉煤灰来自于火力发电厂，所述粉煤灰层的填充厚度为100～200mm。

优选地，所述第一磁性生物炭层内填充磁性生物炭，填充厚度为200～400mm，所述第二磁性生物炭层的顶部距所述外反应器的顶部敞口的距离为50～100mm。

优选地，所述磁性生物炭的制备方法如下：

步骤一：用硫酸铜和硫酸锰配制含有铜离子和锰离子的重金属离子废水，所述铜离子的质量浓度为300mg/L，所述锰离子的质量浓度为200mg/L；

步骤二：向所述重金属离子废水中添加二价铁离子和三价铁离子，得废水，所述二价铁离子与所述废水中其他二价金属离子的摩尔比大于2，所述三价铁离子与所述废水中其他三价金属离子的摩尔比大于7.5，所述废水中所有三价金属离子与所有二价金属离子摩尔比的范围为1.3～1.8；

步骤三：将直径为3～8mm的生物炭在不断搅拌下放入pH小于3的强酸溶液中，搅拌15～20min后，陈化反应50～60min，再将生物炭洗涤、干燥，得酸改性生物炭。

步骤四：将所述酸改性生物炭在不断搅拌下，加入步骤二中的所述废水中，并常温下吸附反应50～60min，固液分离后得到吸附重金属的生物炭。

步骤五：将吸附重金属的生物炭浸没于pH≥10的强碱溶液中，搅拌均匀后常温反应10～20min，固液分离、洗涤、干燥，得到磁性生物炭。

本发明的有益效果：

1)本发明采用磁性生物炭和废棉布层，微生物附着性好，不易发生堵塞和缠结，并且，本发明的制作原料多来自固体废物，成本低廉，解决了制作及运行成本高的问题，粉煤灰、磁性生物炭等填料经简单处理，即可循环利用，经济环保。

2)本发明采用PE材质圆片将废棉布分层，使得废棉布层不易发生堵塞和缠结。

3)本发明通过过滤、吸附及生物处理等过程处理污水，污染物的去除效果好，并且本发明的装置占地面积较小，使用方便。

附图说明

图1为根据本发明实施例的一种一体化污水处理装置的结构示意图。

图2为根据本发明实施例的导流堰的俯视图。

附图标记：

1～内反应器，2～导流堰，3～第一磁性生物炭层，4～第二废棉布层，5～粉煤灰层，6～第一废棉布层，7～支撑板，8～进水口，9～进水区，10～第二磁性生物炭层，11～外反应器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的一种一体化污水处理装置。

请参阅图1和图2，根据本发明实施的一种一体化污水处理装置，包括：外反应器1、导流堰2、内反应器11、支撑板7、第一废棉布层6、粉煤灰层5、第二废棉布层4、第一磁性生物炭层3、第二磁性生物炭层10。

外反应器11为圆柱形容器，外反应器11的底部设有进水口8，顶部敞开，外反应器11由不锈钢或有机玻璃制成，高度为500～700mm，侧壁和底壁厚为5～10mm。

内反应器1设置于外反应器11内，由不锈钢或有机玻璃制成。内反应器1的横截面积从下至上依次减小，本实施例中的内反应器1为圆台形，需要说明的是，也可以为其它形状。内反应器1的底部与进水口8连通，顶部敞开。内反应器1的高度为700～1200mm，的内反应器1的侧壁和底壁的厚度均为5～10mm，底壁的内径为900～1800mm，顶部敞开口的内径为500～800mm。

支撑板7为圆形，材质为不锈钢或有机玻璃，设置于内反应器1内，并靠近内反应器1的底部，支撑板7与内反应器1的底壁平行，且支撑板7与内反应器1的底壁之间的距离为100～200mm，隔板7与内反应器1的底壁之间的空间形成进水区9，即进水区9的高度为100～200mm，支撑板7上设有若干第一通孔，第一通孔的孔径为1～3mm，孔隙率为75％～90％，支撑板7的厚度为3～5mm。

第一废棉布层6设置于隔板7上，第一废棉布层6来自于生活中产生的废棉布，废棉布裁剪成圆形，边缘并与内反应器1紧密贴合，每两片废棉布之间设有一个PE材质圆片，圆片的厚度为1～2mm，圆片上均匀分布有若干第三通孔，第三通孔的孔径为1～3mm，孔隙率为75％～90％，一废棉布层6的厚度为150～200mm。

粉煤灰层5设置于第一废棉布层6上，粉煤灰来自于火力发电厂，粉煤灰层5的厚度为100～200mm。

第二废棉布层4设置于粉煤灰层5上，第二废棉布层4的结构与第一废棉布层6的结构相同，第二废棉布层4的厚度为150～200mm。

第一磁性生物炭层3设置于第二废棉布层4上，第一磁性生物炭层3内填充磁性生物炭，填充厚度为200～400mm。

外反应器11与内反应器1之间的空腔内填充有磁性生物炭填料，构成第二磁性生物炭层10，第二磁性生物炭层10的顶部距外反应器11的顶部敞口的距离为50～100mm。

导流堰2设置于内反应器1的顶部外侧，材质为不锈钢或有机玻璃，导流堰2为圆环形，导流堰2与内反应器1的底壁平行；导流堰2的内径与内反应器1的顶部外径形同，导流堰2的内圈与内反应器1的顶部外侧焊接，导流堰2的外径比内径大100～200mm，且导流堰2的外径小于内反应器1底壁外径。导流堰2上设有若干第二通孔，第二通孔的孔径为2～4mm，所有第二通孔的面积占导流堰2上表面积的50％～70％。

磁性生物炭的制备方法如下：

步骤一：制备重金属离子废水，用硫酸铜和硫酸锰配制含有铜离子和锰离子的重金属离子废水，铜离子质量浓度为300mg/L，锰离子质量浓度为200mg/L。

步骤二：向重金属离子废水中添加二价铁离子和三价铁离子，得处理后废水；二价铁离子与废水中其他二价金属离子的摩尔比大于2，三价铁离子与废水中其他三价金属离子的摩尔比大于7.5，废水中总的三价金属离子与总的二价金属离子摩尔比的范围为1.3～1.8。

步骤三：将直径为3～8mm的生物炭在不断搅拌下放入pH小于3的强酸溶液中，搅拌15～20min后，陈化反应50～60min，再将生物炭洗涤、干燥，得酸改性生物炭。

步骤四：步骤三中酸改性生物炭在不断搅拌下，加入步骤②中处理后废水中常温下吸附反应50～60min，固液分离得吸附重金属的生物炭。

步骤五：将吸附重金属的生物炭浸没于pH≥10的强碱溶液中，搅拌均匀后常温反应10～20min，固液分离、洗涤、干燥，得磁性生物炭。

步骤五中的强碱为氢氧化钠或氢氧化钾。

本发明工作时，废水由进水口8进入进水区9，依次通过支撑板7、第一废棉布层6、粉煤灰层5、第二废棉布层4、第一磁性生物炭层3，从第一磁性生物炭层3顶部溢流至导流堰2上，然后进入外反应器11中；通过第一废棉布层6、粉煤灰层5、第二废棉布层4、第一磁性生物炭层3和第二磁性生物炭层10的吸附过滤作用以及生物炭表面生物膜的生物降解作用，废水得以净化，最后由外反应器11溢流出水。其中废棉布、粉煤灰对污水中的SS(SuspendSolid废水中固体悬浮物)和COD(Chemical Oxygen Demand化学需氧量)有吸附过滤作用，磁性生物炭表面的生物膜可有效去除污水中的有机物和氮磷。

实施例1

内反应器1的材质为不锈钢，侧壁及底壁的厚度为5mm，高为700mm，底壁内径为900mm，上口内径为500mm。进水口8的直径为10mm。内反应器1中，进水区9高度为100mm；支撑板7材质为不锈钢，距下底高度为100mm，支撑板7的第一通孔的孔径为1mm，孔隙率为75％，厚度为3mm。第一废棉布层6和第二废棉布层4结构相同，圆片厚度为1mm，圆片表面第三通孔的孔径为1mm，孔隙率为75％，第一废棉布层6和第二废棉布层4厚度为150mm；粉煤灰层5厚度为100mm；第一磁性生物炭层厚度为200mm。导流堰2材质为不锈钢，厚度为5mm，外径比内径大100mm。表面第二通孔的直径为2mm，导流堰2上所有第二孔面积占导流堰2上的50％。

外反应器11材质为不锈钢，高为500mm，壁厚为5mm；第二磁性生物炭层10填充磁性生物炭后生物炭层顶部距外反应器11的上口距离为50mm。

磁性生物炭制备时，二价铁离子与废水中其他二价金属离子的摩尔比为3，三价铁离子与废水中其他三价金属离子的摩尔比为8，废水中总的三价金属离子与总的二价金属离子摩尔比为1.3。将直径为3mm的生物炭在不断搅拌下放入pH为2.5的强酸溶液中，搅拌15min后，陈化反应50min；酸改性生物炭吸附反应50min，固液分离得吸附重金属的生物炭；将吸附重金属的生物炭浸没于pH为10的强碱溶液中，搅拌均匀后常温反应10min，固液分离、洗涤、干燥，得磁性生物炭。上述强碱溶液为氢氧化钠溶液。

实施例2

内反应器1材质为有机玻璃，侧壁及底壁的厚度为10mm，高为1200mm，底壁的内径为1800mm，上口内径为800mm。进水口8的直径为20mm，内反应器1中，进水区9高度为200mm；支撑板7材质为有机玻璃，距下底高度为200mm，支撑板7上的第一通孔的孔径为3mm，孔隙率为90％，厚度为5mm。第一废棉布层6和第二废棉布层4结构相同，圆片厚度为2mm，圆片表面第三通孔的孔径为3mm，孔隙率为90％，第一废棉布层6和第二废棉布层4厚度为200mm；粉煤灰层5厚度为200mm；第一磁性生物炭层厚度为400mm。导流堰2材质为有机玻璃，厚度为10mm，外径比内径大200mm。表面第二通孔的直径为4mm，导流堰2上所有第二孔面积占导流堰2上面积的70％。

外反应器11材质为有机玻璃，高为700mm，壁厚为10mm；第二磁性生物炭层10填充磁性生物炭后生物炭层顶部距外反应器11的上口距离为100mm。

磁性生物炭制备时，二价铁离子与废水中其他二价金属离子的摩尔比为5，三价铁离子与废水中其他三价金属离子的摩尔比为12，废水中总的三价金属离子与总的二价金属离子摩尔比为1.8。将直径为8mm的生物炭在不断搅拌下放入pH为2的强酸溶液中，搅拌20min后，陈化反应60min；酸改性生物炭吸附反应60min，固液分离得吸附重金属的生物炭；将吸附重金属的生物炭浸没于pH为11的强碱溶液中，搅拌均匀后常温反应20min，固液分离、洗涤、干燥，得磁性生物炭，上述强碱溶液为氢氧化钾溶液。

采用实施例1和实施例2所制的一体化污水处理装置处理城市生活污水，其中两装置的实验条件相同，曝气量0.1m³/h，进水pH 7.7，温度25℃，水力停留时间8h。挂膜15天后，实施例1的一体化污水处理装置中COD的去除率能达到86.3％，氨氮的去除率能达到81.7％；实施例2所制新型一体化污水处理装置中COD的去除率能达到92.5％，氨氮的去除率能达到84.6％；污水处理效果均较好。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种一体化污水处理装置，其特征在于，包括：

外反应器(11)，所述外反应器(11)的底部设有进水口(8)，顶部敞开；

内反应器(1)，设置于所述外反应器(11)内，所述内反应器(1)的横截面积从下至上依次减小，所述内反应器(1)的底部与所述进水口(8)连通，顶部敞开；

支撑板(7)，设置于所述内反应器(1)内，并靠近所述内反应器(1)的底部，所述隔板(7)与所述内反应器(1)的底壁之间的空间形成进水区(9)，所述支撑板(7)上设有若干第一通孔；

第一废棉布层(6)，设置于所述隔板(7)上；

粉煤灰层(5)，设置于所述第一废棉布层(6)上；

第二废棉布层(4)，设置于所述粉煤灰层(5)上；及

第一磁性生物炭层(3)，设置于所述第二废棉布层(4)上；

其中，所述外反应器(11)与所述内反应器(1)之间的空腔内填充有磁性生物炭填料，构成第二磁性生物炭层(10)。

2.根据权利要求1所述的一体化污水处理装置，其特征在于，所述外反应器(11)为圆柱形，所述内反应器(1)为圆台形。

3.根据权利要求2所述的一体化污水处理装置，其特征在于，还包括导流堰(2)，所述导流堰(2)设置于所述内反应器(1)的顶部外侧，所述导流堰(2)为圆环形，所述导流堰(2)的内径与所述内反应器(1)的顶部外径形同，所述导流堰(2)上设有若干第二通孔。

4.根据权利要求2所述的一体化污水处理装置，其特征在于，所述的内反应器(1)的材质为不锈钢或有机玻璃，所述内反应器(1)的高度为700～1200mm，所述的内反应器(1)的侧壁和底壁的厚度均为5～10mm，底壁的内径为900～1800mm，顶部敞开口的内径为500～800mm；

所述外反应器(11)材质为不锈钢或有机玻璃，高度为500～700mm，侧壁和底壁厚为5～10mm，所述外反应器(11)的内径与所述内反应器(1)底壁外径相等。

5.根据权利要求3所述的一体化污水处理装置，其特征在于，所述导流堰(2)的材质为不锈钢或有机玻璃，所述导流堰(2)与所述内反应器(1)的底壁平行；所述导流堰(2)的厚度为5～10mm，所述导流堰(2)的外径比内径大100～200mm，且所述导流堰(2)的外径小于所述内反应器(1)底壁外径，所述第二通孔的孔径为2～4mm，所有第二通孔的面积占所述导流堰(2)上表面积的50％～70％。

6.根据权利要求2所述的一体化污水处理装置，其特征在于，所述支撑板(7)为圆形，所述支撑板(7)的材质为不锈钢或有机玻璃，所述支撑板(7)与所述内反应器(1)的底壁平行，且所述支撑板(7)与所述内反应器(1)的底壁之间的距离为100～200mm，所述第一通孔的孔径为1～3mm，孔隙率为75％～90％，所述支撑板(7)的厚度为3～5mm。

7.根据权利要求2所述的一体化污水处理装置，其特征在于，所述第一废棉布层(6)来自于生活中产生的废棉布，每两片废棉布之间设有一个PE材质圆片，所述圆片的厚度为1～2mm，所述圆片上均匀分布有若干第三通孔，所述第三通孔的孔径为1～3mm，孔隙率为75％～90％，所述一废棉布层(6)的厚度为150～200mm，所述第二废棉布层(4)与所述第一废棉布层(6)的结构相同，所述第二废棉布层(4)的填充厚度为150～200mm。

8.根据权利要求1所述的一体化污水处理装置，其特征在于，所述粉煤灰层(5)中的粉煤灰来自于火力发电厂，所述粉煤灰层(5)的填充厚度为100～200mm。

9.根据权利要求1所述的一体化污水处理装置，其特征在于，所述第一磁性生物炭层(3)内填充磁性生物炭，填充厚度为200～400mm，所述第二磁性生物炭层(10)的顶部距所述外反应器(11)的顶部敞口的距离为50～100mm。

10.根据权利要求1所述的一体化污水处理装置，其特征在于，所述磁性生物炭的制备方法如下：

步骤一：用硫酸铜和硫酸锰配制含有铜离子和锰离子的重金属离子废水，所述铜离子的质量浓度为300mg/L，所述锰离子的质量浓度为200mg/L；

步骤二：向所述重金属离子废水中添加二价铁离子和三价铁离子，得废水，所述二价铁离子与所述废水中其他二价金属离子的摩尔比大于2，所述三价铁离子与所述废水中其他三价金属离子的摩尔比大于7.5，所述废水中所有三价金属离子与所有二价金属离子摩尔比的范围为1.3～1.8；

步骤三：将直径为3～8mm的生物炭在不断搅拌下放入pH小于3的强酸溶液中，搅拌15～20min后，陈化反应50～60min，再将生物炭洗涤、干燥，得酸改性生物炭。

步骤四：将所述酸改性生物炭在不断搅拌下，加入步骤二中的所述废水中，并常温下吸附反应50～60min，固液分离后得到吸附重金属的生物炭。

步骤五：将吸附重金属的生物炭浸没于pH≥10的强碱溶液中，搅拌均匀后常温反应10～20min，固液分离、洗涤、干燥，得到磁性生物炭。