CN111170559B - 一种一体化污水处理设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种一体化污水处理设备，包括蓄水箱、混凝沉淀装置、预破乳装置、藻类生物膜循环组件、管式膜过滤组件以及净水箱，预破乳装置中设有板框纤维膜组件，用于引入臭氧，在超声振动下使得臭氧以及污水中的油污在纤维膜表面富集，增大臭氧与污水中的油污的接触率，从而提高破乳效率，减轻了后续藻类生物膜循环组件的运行负担。藻类生物膜循环组件是以多个藻类生物膜柱首尾串联组成，藻类生物膜柱填充有载有碱性果胶酶的发泡聚乳酸载体，能够促进藻类繁殖并且可提高其抗病性及适应性，提高藻类生物膜循环组件的污水处理能力。总之，本发明的一体化污水处理设备除油以及脱氮和除磷效果优异。

Description

一种一体化污水处理设备
技术领域
本发明具体属于污水处理技术领域，具体涉及一种一体化污水处理设备。
背景技术
随着人们生活水平的提高，生活方式发生了巨大的改变。城市生活污水也越来越多，将该污水废水直接排放到环境中不仅给水、大气等生态环境带来严重的污染，而且给人体的健康，动植物的生存等带来不可忽视的威胁。
近年来，各种污水处理工艺不断发展，针对城市污水的二级处理的活性污泥法因其自身优点成为了主流工艺，但是传统的城市污水主要以去除碳源污染物为目的，对氮、磷等营养物质的去除则微乎其微，经处理后的出水排入水体后仍将引起富营养化等环境问题，而三级处理虽可解决上述问题，但因投资和运行费用昂贵而难以大面积推广。
目前，用于去除污水中氮磷有效的方法有藻类技术，利用浮游藻类生物，化学药剂和微生物制剂对污水中的氮磷进行有效去除，但是多种化学成分的添加会造成水质的二次污染，并且藻类小不易分离，循环利用率低。因此，有学者提出采用载体培养藻类生物膜的方法进行改进，是指将藻类固定在载体表面使其繁殖形成生物膜，是一种新型的污水脱氮除磷技术，但是弊端是藻类进行污水处理的条件不易控制，且单纯的利用藻类生物膜进行污水处理效果不佳，因此需要寻求一种对生活污水能够起到高效高质的污水综合处理设备。
发明内容
针对以上存在的技术问题，本发明提供一种能够有效去除水中氮磷等营养物质的一体化污水处理设备。
本发明的技术方案为：一种一体化污水处理设备，包括：
容纳污水的蓄水箱，蓄水箱内设有粗栅板和细栅板，用于滤除原污水的大小固体杂物；
连接至蓄水箱出水端的混凝沉淀装置，用于通过投加磁性混凝剂使污水中胶态颗粒相互粘结和聚结进而沉淀，
连接至混凝沉淀装置的预破乳装置，预破乳装置包括储水罐，设置在储水罐底部的潜水搅拌机，以及位于储水罐内带有超声波换能器的板框纤维膜组件，还包括用于向板框纤维膜组件输送臭氧的臭氧发生器，通过超声振动和臭氧联合对污水中的大分子油污进行破乳处理，
连接至储水罐的藻类生物膜循环组件，藻类生物膜循环组件是由多个内部填充有藻类生物球的藻类生物膜柱首尾串联组成，首端藻类生物膜柱与储水罐相连，用于引入破乳处理后的污水进入藻类生物膜循环组件进行循环处理，利用微生物去除水中污染物，
连接至每个藻类生物膜柱的管式膜过滤组件，管式膜过滤组件是有多个内部含有超滤膜芯的滤膜管首尾串联组成，用于将微生物处理后的废水采用膜过滤进一步深度处理，得到的净水消毒后引入净水箱中，浓缩废水外运排出；
其中，蓄水箱、混凝沉淀装置、预破乳装置、藻类生物膜循环组件、管式膜过滤组件、净水箱之间通过泵依次串联，首端藻类生物膜柱与末端藻类生物膜柱之间通过循环泵相连。
进一步地，蓄水箱的底部为锥形斗，粗栅板设置在锥形斗的上端，锥形斗的一侧设有进水口，进水口位置低于粗栅板，用于从下向上引入水流将大固体杂物拦截在粗栅板下方形成沉淀区，并从位于锥形斗的排渣口排出，蓄水箱一侧设有出水口，出水口位置高于粗栅板，细栅板设置在出水口的端口，用于拦截污水中的小颗粒杂物。
进一步地，混凝沉淀装置包括采用非磁性的奥氏体不锈钢材质制成的混凝箱，在混凝箱的两端设有永磁块，用于在混凝箱内形成均匀磁场，混凝箱顶部设有混凝剂投加口和污水入口，底部设有絮凝物排出口，以及与储水罐的储水罐进水口相连的混凝箱出水口，混凝箱内部还设有电动搅拌机、pH探头、水位监测探头。
进一步地，磁性混凝剂的制备方法为：按照重量组份计，取20-30份壳聚糖粉末溶解在100-200份浓度为0.1mol/L的硅酸溶液中，得到壳聚糖酸性溶液，取5-8份粒径为10-20nm的四氧化三铁粉末、0.3-0.5份作为分散剂的柠檬酸、1-3份戊二醛、15-20份硅酮混合，得到四氧化三铁油性分散液，在水浴35-45℃下，将四氧化三铁油性分散液采用移液枪逐渐滴加到壳聚糖酸性溶液中，同时机械搅拌均匀，在作为壳聚糖交联剂的戊二醛作用下，使其成为磁性壳聚糖凝胶珠，然后将凝胶珠转入饱和碳酸钠溶液中浸泡30-40min，过滤，并用去离子水冲洗至中性，得到固化后的磁性壳聚糖凝胶珠，可将四氧化三铁粉末与壳聚糖凝胶珠牢固结合，防止其在使用过程中被水流冲击脱落，丧失磁性吸附的优点，最后在-20℃至-10℃之间冷冻6-12h，进行低温制孔，冷冻后取出在室温下解冻，在解冻过程中由于之前采用硅酸作为溶剂引入了硅元素，因此可以有效防止低温冷冻制孔时的孔洞坍塌，使得混凝剂孔隙更加均匀和致密，即得到多孔的磁性混凝剂。采用壳聚糖包裹四氧化三铁制备成多孔凝胶珠作为混凝剂，不仅可以利用磁性对废水中的污染物进行有效吸附使其絮凝成为沉淀，还可以进行回收利用和生物降解。
进一步地，板框纤维膜组件包括4个金属框架，每个金属框架内均夹持有纤维膜，纤维膜采用醋酸纤维膜，金属框架之间通过卡槽连接为空心四面体结构，空心四面体结构的上、下端分别焊接有上底板和下底板，超声波换能器设置在上底板上并与外部电源相连，用于对金属框架及其纤维膜进行激振，上底板上还固定贯穿有空心钢管，空心钢管与外部的臭氧发生器相连，用于送入臭氧，空心钢管还与外部支架固定连接，用于将板框纤维膜组件悬空在储水罐内，下底板上设有小孔，用于平衡空心四面体结构内部压强。利用板框纤维膜组件能够使得通入的臭氧以及污水中的油污在纤维膜表面富集，增大臭氧与污水中的油污的接触率，从而提高破乳效率，也大大提高了臭氧的利用率，减轻了后续藻类生物膜循环组件的运行负担。
进一步地，藻类生物膜柱内沿轴向设有用于固定灯管的固定框架，用于为藻类生物膜柱内的藻类生物球提供光照，位于藻类生物膜柱底部设有曝气管接口，曝气管接口与外部的曝气机连接，用于为藻类生物球提供充足氧气，藻类生物膜柱上、下部分别设有上循环口和下循环口，用于将所有藻类生物膜柱首尾串联形成闭合回路，首端藻类生物膜柱上顶部设有与储水罐的储水罐出水口相连的膜柱进水口，在每个藻类生物膜柱的底部设有排水口，排水口上设有电磁阀，且所有排水口均与管式膜过滤组件相连。将破乳处理后的污水在藻类生物膜柱中循环处理，每个藻类生物膜柱均能够保证藻类处理污水的处理条件，可大大提高藻类生物膜对污水中氮磷的去除率，缩短运行时间。
进一步地，藻类生物球的制备：
S1：按照重量组份计，取83-87份聚乳酸、3-4份偶氮二甲酰胺、5-10份白炭黑，投入双螺杆挤出机中进行熔融挤压，挤出机的挤出温度为150-160℃，螺杆转速为410-430r/min，得到掺杂有发泡剂的聚乳酸颗粒，将聚乳酸颗粒投入注塑机中，在球形模具中注入熔融状态的聚乳酸颗粒，注塑温度为200-220℃，偶氮二甲酰胺受热分解为氮气溢出，冷却开模后得到粒径为2-3cm的发泡聚乳酸载体；
S2：载体的预处理：将发泡聚乳酸载体浸泡在浓度为3mol/L磷酸溶液中1-2h，然后用去离子水冲洗至中性，用于去除发泡聚乳酸载体表面污物，然后采用含有30-40％碱性果胶酶的碳酸钠溶液在真空条件下搅拌4-6h，得到载有碱性果胶酶的发泡聚乳酸载体；
S3：藻类的培养：将载有碱性果胶酶的发泡聚乳酸载体直接转移到藻类培养基中，以微藻液与培养基1-3:10的体积比将微藻接种到藻类培养基中，摇匀，在环境温度为28℃条件下，以连续光照强度为2000lux连续培养8天，培养过程中每个2天摇瓶一次，得到藻类生物球，其中，藻类培养基采用F2培养基，微藻包括甲藻、黄藻、金藻、硅藻一种或几种。碱性果胶酶采用克劳氏芽孢杆菌Bacilus clausiS-4粗酶液，碱性果胶酶能够促进藻类繁殖并且可提高其抗病性及适应性，经过碱性果胶酶处理后的藻类生物膜厚度可达150-230μm，相较于常规的90-100μm有大幅度提高。
本发明还提供了利用上述一体化污水处理设备进行污水处理的方法，包括以下步骤：
第一步，将高氮磷含油生活污水经进水口引入到蓄水箱，污水中的直径大于2-3cm的大颗粒杂物经粗栅板拦截落入沉淀区内，粗过滤后的污水再经细栅板过滤掉直径大于1-3mm小颗粒杂物，小颗粒杂物也会随重力穿过粗栅板进而落入沉淀区内，当沉淀区内杂物积满时，打开底部排渣口的阀门将杂物排出后再引入新的污水；
第二步，过滤后的污水经水泵泵送至混凝箱内，通过水位监测探头检测水位，然后先从混凝剂投加口加入NaOH调节pH至8-9之间，然后按照5-8g/L投加磁性混凝剂，并开启电动搅拌机进行搅拌反应30-40min，然后沉淀1-2h，混凝箱的两端的永磁块在混凝箱内形成均匀磁场，磁性混凝剂在磁场中对污水中的微小悬浮物及胶体杂质进行吸附去除，沉淀后杂质从絮凝物排出口排出，沉淀后的上清液从混凝箱出水口经水泵泵送至预破乳装置的储水罐内并调节pH至6-6.5；
第三步，打开储水罐底部的潜水搅拌机将混凝处理后的污水进行搅动，同时臭氧发生器通过空心钢管向板框纤维膜组件内的空心四面体结构充入臭氧，臭氧用量为0.1-0.4L/(m2·min)，运行时间为20-25min，同时开启超声波换能器，对对金属框架及其纤维膜进行激振，使得臭氧以及污水中的油污在纤维膜表面富集，增大臭氧与污水中的油污的接触率，从而提高破乳效率；
第四步，将破乳处理后的污水经储水罐出水口排出，并经水泵泵送至首端藻类生物膜柱内，通过循环泵使得污水在各个藻类生物膜柱内循环，打开每个藻类生物膜柱内的灯管，为藻类生物球提供2000lux光照强度，同时利用曝气机从曝气管接口为每个藻类生物膜柱内充入空气，保证氧气浓度充足，破乳处理后的污水在含有藻类生物球的藻类生物膜柱内循环运行2-4天，能够对污水中的氮磷以及破乳后的油污进行有效去除；
第五步，将通过藻类生物膜处理后的污水从排水口排出，并经水泵泵送至管式膜过滤组件，经滤膜管内的超滤膜芯过滤后的净水经水泵泵送至净水箱，调节pH至中心后，再经次氯酸杀菌消毒即可达到排放标准。
本发明的有益效果为：本发明利用板框纤维膜组件引入臭氧，在超声振动下使得臭氧以及污水中的油污在纤维膜表面富集，增大臭氧与污水中的油污的接触率，从而提高破乳效率，也大大提高了臭氧的利用率，减轻了后续藻类生物膜循环组件的运行负担。本发明的藻类生物膜循环组件是以多个藻类生物膜柱首尾串联组成，其中每个藻类生物膜柱均能够保证藻类处理污水的处理条件，可大大提高藻类生物膜对污水中氮磷的去除率。此外，本发明的藻类生物膜柱填充有载有碱性果胶酶的发泡聚乳酸载体，能够促进藻类繁殖并且可提高其抗病性及适应性，提高藻类生物膜循环组件的污水处理能力。总之，本发明的一体化污水处理设备除油以及脱氮和除磷效果优异。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明预破乳装置的结构示意图；
图3是本发明板框纤维膜组件的爆炸示意图；
图4是本发明藻类生物膜柱的结构示意图。
其中，1-蓄水箱、11-锥形斗、12-粗栅板、13-进水口、14-排渣口、15-出水口、16-细栅板、2-混凝沉淀装置、21-混凝箱、22-永磁块、23-混凝剂投加口、24-絮凝物排出口、25-电动搅拌机、26-污水入口、27-pH探头、28-水位监测探头、29-混凝箱出水口、3-预破乳装置、31-储水罐、311-储水罐出水口、312-储水罐进水口、32-超声波换能器、33-板框纤维膜组件、331-金属框架、332-纤维膜、333-空心四面体结构、334-上底板、335-下底板、336-空心钢管、337-外部支架、338-小孔、34-臭氧发生器、35-潜水搅拌机、4-藻类生物膜循环组件、41-藻类生物膜柱、411-灯管、412-固定框架、413-曝气管接口、414-曝气机、415-上循环口、416-下循环口、417-排水口、418-电磁阀、419-膜柱进水口、5-管式膜过滤组件、51-滤膜管、52-超滤膜芯、6-净水箱、a1、a2、a3、a4、a5-水泵。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种一体化污水处理设备，包括：容纳污水的蓄水箱1，蓄水箱1的底部为锥形斗11，粗栅板12设置在锥形斗11的上端，锥形斗11的一侧设有进水口13，进水口13位置低于粗栅板12，用于从下向上引入水流将大固体杂物拦截在粗栅板12下方形成沉淀区，并从位于锥形斗11的排渣口14排出，蓄水箱1一侧设有出水口15，出水口15位置高于粗栅板12，细栅板16设置在出水口15的端口，用于拦截污水中的小颗粒杂物。
如图1所示，连接至蓄水箱1出水端的混凝沉淀装置2，混凝沉淀装置2包括采用非磁性的奥氏体不锈钢材质制成的混凝箱21，在混凝箱21的两端设有永磁块22，用于在混凝箱21内形成均匀磁场，混凝箱21顶部设有混凝剂投加口23和污水入口26，底部设有絮凝物排出口24，以及与储水罐31的储水罐进水口312相连的混凝箱出水口29，混凝箱21内部还设有电动搅拌机25、pH探头27、水位监测探头28。用于通过投加磁性混凝剂使污水中胶态颗粒相互粘结和聚结进而沉淀，该磁性混凝剂采用碧之源品牌的新民磁聚丙烯酰胺。
如图1所示，连接至混凝沉淀装置2的预破乳装置3，如图2所示，预破乳装置3包括储水罐31，设置在储水罐31底部的潜水搅拌机35，以及位于储水罐31内带有超声波换能器32的板框纤维膜组件33，还包括用于向板框纤维膜组件33输送臭氧的臭氧发生器34，通过超声振动和臭氧联合对污水中的大分子油污进行破乳处理，如图3所示，板框纤维膜组件33包括4个金属框架331，每个金属框架331内均夹持有纤维膜332，纤维膜332采用醋酸纤维膜，金属框架331之间通过卡槽连接为空心四面体结构333，空心四面体结构333的上、下端分别焊接有上底板334和下底板335，超声波换能器32设置在上底板334上并与外部电源相连，用于对金属框架331及其纤维膜332进行激振，上底板334上还固定贯穿有空心钢管336，空心钢管336与外部的臭氧发生器34相连，用于送入臭氧，空心钢管336还与外部支架337固定连接，用于将板框纤维膜组件33悬空在储水罐31内，下底板335上设有小孔338，用于平衡空心四面体结构333内部压强。利用板框纤维膜组件33能够使得通入的臭氧以及污水中的油污在纤维膜332表面富集，增大臭氧与污水中的油污的接触率，从而提高破乳效率，也大大提高了臭氧的利用率，减轻了后续藻类生物膜循环组件4的运行负担。
如图1所示，连接至储水罐31的藻类生物膜循环组件4，藻类生物膜循环组件4是由多个内部填充有藻类生物球的藻类生物膜柱41首尾串联组成，如图4所示，藻类生物膜柱41内沿轴向设有用于固定灯管411的固定框架412，用于为藻类生物膜柱41内的藻类生物球提供光照，位于藻类生物膜柱41底部设有曝气管接口413，曝气管接口413与外部的曝气机414连接，用于为藻类生物球提供充足氧气，藻类生物膜柱41上、下部分别设有上循环口415和下循环口416，用于将所有藻类生物膜柱41首尾串联形成闭合回路，首端藻类生物膜柱41上顶部设有与储水罐31的储水罐出水口311相连的膜柱进水口419，在每个藻类生物膜柱41的底部设有排水口417，排水口417上设有电磁阀418，且所有排水口417均与管式膜过滤组件5相连。将破乳处理后的污水在藻类生物膜柱41中循环处理，每个藻类生物膜柱41均能够保证藻类处理污水的处理条件，可大大提高藻类生物膜对污水中氮磷效率，缩短运行时间。首端藻类生物膜柱41与储水罐31相连，用于引入破乳处理后的污水进入藻类生物膜循环组件4进行循环处理，利用微生物去除水中污染物，
其中，藻类生物球的制备包括以下步骤：
S1：按照重量组份计，取84份聚乳酸、3.5份偶氮二甲酰胺、8份白炭黑，投入双螺杆挤出机中进行熔融挤压，挤出机的挤出温度为155℃，螺杆转速为420r/min，得到掺杂有发泡剂的聚乳酸颗粒，将聚乳酸颗粒投入注塑机中，在球形模具中注入熔融状态的聚乳酸颗粒，注塑温度为210℃，偶氮二甲酰胺受热分解为氮气溢出，冷却开模后得到粒径为3cm的发泡聚乳酸载体；
S2：载体的预处理：将发泡聚乳酸载体浸泡在浓度为3mol/L磷酸溶液中1.5h，然后用去离子水冲洗至中性，用于去除发泡聚乳酸载体表面污物，然后采用含有35％碱性果胶酶的碳酸钠溶液在真空条件下搅拌5h，得到载有碱性果胶酶的发泡聚乳酸载体；
S3：藻类的培养：将载有碱性果胶酶的发泡聚乳酸载体直接转移到藻类培养基中，以微藻液与培养基1:10的体积比将微藻接种到藻类培养基中，摇匀，在环境温度为28℃条件下，以连续光照强度为2000lux连续培养8天，培养过程中每个2天摇瓶一次，得到藻类生物球，其中，藻类培养基采用F2培养基，微藻包括甲藻、黄藻、金藻、硅藻一种或几种。碱性果胶酶采用克劳氏芽孢杆菌Bacilus clausiS-4粗酶液，碱性果胶酶能够促进藻类繁殖并且可提高其抗病性及适应性，经过碱性果胶酶处理后的藻类生物膜厚度可达150-230μm，相较于常规的90-100μm有大幅度提高。
如图1所示，连接至每个藻类生物膜柱41的管式膜过滤组件5，管式膜过滤组件5是有多个内部含有超滤膜芯52的滤膜管51首尾串联组成，用于将微生物处理后的废水采用膜过滤进一步深度处理，得到的净水消毒后引入净水箱6中，浓缩废水外运排出；其中，蓄水箱1、混凝沉淀装置2、预破乳装置3、藻类生物膜循环组件4、管式膜过滤组件5、净水箱6之间通过泵a1、a2、a3、a4、a5依次串联，首端藻类生物膜柱41与末端藻类生物膜柱41之间通过循环泵a6相连。
选择一般的城市生活污水作为原水，取样量为100L，分两次重复取样，首先利用水质分析仪测定其主要水质指标为：CODCr＝780-850mg/L，BOD5＝220-310mg/L，SS＝260-290mg/L，氨氮＝250-350mg/L，TN＝65-78mg/L，TP＝22-30mg/L。
利用上述一体化污水处理设备进行污水处理的方法，包括以下步骤：
第一步，将高氮磷含油生活污水经进水口13引入到蓄水箱1，污水中的直径大于2.5cm的大颗粒杂物经粗栅板12拦截落入沉淀区内，粗过滤后的污水再经细栅板16过滤掉直径大于2mm小颗粒杂物，小颗粒杂物也会随重力穿过粗栅板12进而落入沉淀区内，当沉淀区内杂物积满时，打开底部排渣口14的阀门将杂物排出后再引入新的污水；
第二步，过滤后的污水经水泵a1泵送至混凝箱21内，通过水位监测探头28检测水位，然后先从混凝剂投加口23加入NaOH调节pH至8.5之间，然后按照6g/L投加磁性混凝剂，并开启电动搅拌机25进行搅拌反应35min，然后沉淀1.5h，混凝箱21的两端的永磁块22在混凝箱21内形成均匀磁场，磁性混凝剂在磁场中对污水中的微小悬浮物及胶体杂质进行吸附去除，沉淀后杂质从絮凝物排出口24排出，沉淀后的上清液从混凝箱出水口29经水泵a2泵送至预破乳装置3的储水罐31内并调节pH至6-6.5；
第三步，打开储水罐31底部的潜水搅拌机35将混凝处理后的污水进行搅动，同时臭氧发生器34通过空心钢管336向板框纤维膜组件33内的空心四面体结构333充入臭氧，臭氧用量为0.25L/(m2·min)，运行时间为25min，同时开启超声波换能器32，对对金属框架331及其纤维膜332进行激振，使得臭氧以及污水中的油污在纤维膜332表面富集，增大臭氧与污水中的油污的接触率，从而提高破乳效率；
第四步，将破乳处理后的污水经储水罐出水口311排出，并经水泵a3泵送至首端藻类生物膜柱41内，通过循环泵a6使得污水在各个藻类生物膜柱41内循环，打开每个藻类生物膜柱41内的灯管411，为藻类生物球提供2000lux光照强度，同时利用曝气机414从曝气管接口413为每个藻类生物膜柱41内充入空气，保证氧气浓度充足，破乳处理后的污水在含有藻类生物球的藻类生物膜柱41内循环运行4天，能够对污水中的氮磷以及破乳后的油污进行有效去除；
第五步，将通过藻类生物膜处理后的污水从排水口417排出，并经水泵a4泵送至管式膜过滤组件5，经滤膜管51内的超滤膜芯52过滤后的净水经水泵a5泵送至净水箱6，调节pH至中心后，再经次氯酸杀菌消毒即可达到排放标准。
测定出水的主要水质指标，结果为：CODCr＝15-25mg/L，BOD5＝1-2mg/L，SS＝0mg/L，氨氮＝0.5-2mg/L，TN＝1-3mg/L，TP<3mg/L，去除效率分别为：CODCr≥97％，BOD5≥99％，氨氮≥99％，SS＝100％，TN≥96％，TP≥90％。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，不同指出在于本实施例的磁性混凝剂的制备方法为：按照重量组份计，取25份壳聚糖粉末溶解在150份浓度为0.1mol/L的硅酸溶液中，得到壳聚糖酸性溶液，取6份粒径为15nm的四氧化三铁粉末、0.4份作为分散剂的柠檬酸、2份戊二醛、17份硅酮混合，得到四氧化三铁油性分散液，在水浴40℃下，将所述四氧化三铁油性分散液采用移液枪逐渐滴加到所述壳聚糖酸性溶液中，同时机械搅拌均匀，在作为壳聚糖交联剂的戊二醛作用下，使其成为磁性壳聚糖凝胶珠，然后将所述凝胶珠转入饱和碳酸钠溶液中浸泡35min，过滤，并用去离子水冲洗至中性，得到固化后的磁性壳聚糖凝胶珠，可将四氧化三铁粉末与壳聚糖凝胶珠牢固结合，防止其在使用过程中被水流冲击脱落，丧失磁性吸附的优点，最后在-15℃冷冻10h，进行低温制孔，冷冻后取出在室温下解冻，在解冻过程中由于之前采用硅酸作为溶剂引入了硅元素，因此可以有效防止低温冷冻制孔时的孔洞坍塌，使得混凝剂孔隙更加均匀和致密，即得到多孔的磁性混凝剂。采用壳聚糖包裹四氧化三铁制备成多孔凝胶珠作为混凝剂，不仅可以利用磁性对废水中的污染物进行有效吸附使其絮凝成为沉淀，还可以进行回收利用和生物降解。
测定出水的主要水质指标，结果为：CODCr＝8-12mg/L，BOD5＝0.4-1.2mg/L，SS＝0mg/L，氨氮＝0.2-1.5mg/L，TN＝0.3-0.7mg/L，TP<0.3mg/L，去除效率分别为：CODCr≥98％，BOD5≥99％，氨氮≥99％，SS＝100％，TN≥99％，TP≥99％。
对比实施例2和实施例1，可发现采用本发明的磁性混凝剂对于污水处理的水质的CODCr和TP有改善。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：在预破乳装置3中的储水罐31内没有板框纤维膜组件33，而是直接通入臭氧，臭氧用量为0.25L/(m2·min)，运行时间为25min。
测定出水的主要水质指标，结果为：CODCr＝42-50mg/L，BOD5＝4-8mg/L，SS＝0mg/L，氨氮＝12-38mg/L，TN＝8-15mg/L，TP<3mg/L，去除效率分别为：CODCr≥94％，BOD5≥97％，氨氮≥89％，SS＝100％，TN≥93％，TP≥90％。
对比实施例3和实施例1可发现，实施例3的CODCr、BOD5、氨氮、TN均有所下降，这可能是由于在预破乳阶段没有达到预期效果，致使后续的藻类生物膜循环组件4负担重，进而水质下降。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，其中藻类生物球用量、曝气量以及光照强度均和实施例1均相同，不同之处在于：将藻类生物膜循环组件4采用藻类生物膜集中水箱，用于代替多个藻类生物膜柱41串联形成的循环系统。
测定出水的主要水质指标，结果为：CODCr＝23-31mg/L，BOD5＝5-12mg/L，SS＝0mg/L，氨氮＝15-45mg/L，TN＝8-11mg/L，TP<2mg/L，去除效率分别为：CODCr≥96％，BOD5≥96％，氨氮≥87％，SS＝100％，TN≥96％，TP≥90％。
对比实施例4和实施例1可发现，实施例4的CODCr、BOD5、氨氮、TN均有所下降，尤其是氨氮的去除率直接下降了12％，这说明采用多个藻类生物膜柱41串联形成的循环系统相较于集中水箱式藻类生物膜处理处理效果更好。
实施例5
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：在藻类生物球的制备中，S2载体的预处理：将所述发泡聚乳酸载体浸泡在浓度为3mol/L磷酸溶液中1.5h，然后用去离子水冲洗至中性，用于去除发泡聚乳酸载体表面污物；即与实施例1的区别在于没有使用碱性果胶酶对发泡聚乳酸载体进行处理。
测定出水的主要水质指标，结果为：CODCr＝44-85mg/L，BOD5＝12-27mg/L，SS＝0mg/L，氨氮＝32-63mg/L，TN＝7-13mg/L，TP<4.8mg/L，去除效率分别为：CODCr≥90％，BOD5≥91％，氨氮≥82％，SS＝100％，TN≥83％，TP≥84％。
且测量实施例5和实施例1的藻类生物膜厚度分别为150-230μm和90-100μm，由于碱性果胶酶能够促进藻类繁殖并且可提高其抗病性及适应性，因此经过碱性果胶酶处理后的发泡聚乳酸载体对污水的处理能力明显提高。

Claims (2)

1.一种一体化污水处理设备，其特征在于，包括：
容纳污水的蓄水箱(1)，所述蓄水箱(1)内设有粗栅板(12)和细栅板(16)，用于滤除原污水的大小固体杂物；
连接至蓄水箱(1)出水端的混凝沉淀装置(2)，用于通过投加磁性混凝剂使污水中胶态颗粒相互粘结和聚结进而沉淀，
连接至所述混凝沉淀装置(2)的预破乳装置(3)，所述预破乳装置(3)包括储水罐(31)，设置在所述储水罐(31)底部的潜水搅拌机(35)，以及位于储水罐(31)内带有超声波换能器(32)的板框纤维膜(332)组件(33)，还包括用于向所述板框纤维膜组件(33)输送臭氧的臭氧发生器(34)，通过超声振动和臭氧联合对污水中的大分子油污进行破乳处理，
连接至储水罐(31)的藻类生物膜循环组件(4)，所述藻类生物膜循环组件(4)是由多个内部填充有藻类生物球的藻类生物膜柱(41)首尾串联组成，首端所述藻类生物膜柱(41)与储水罐(31)相连，用于引入破乳处理后的污水进入藻类生物膜循环组件(4)进行循环处理，利用微生物去除水中污染物，
连接至每个藻类生物膜柱(41)的管式膜过滤组件(5)，所述管式膜过滤组件(5)是有多个内部含有超滤膜芯(52)的滤膜管(51)首尾串联组成，用于将微生物处理后的废水采用膜过滤进一步深度处理，得到的净水消毒后引入净水箱(6)中，浓缩废水外运排出；
所述蓄水箱(1)的底部为锥形斗(11)，所述粗栅板(12)设置在锥形斗(11)的上端，所述锥形斗(11)的一侧设有进水口(13)，进水口(13)位置低于粗栅板(12)，用于从下向上引入水流将大固体杂物拦截在粗栅板(12)下方形成沉淀区，并从位于锥形斗(11)的排渣口(14)排出，蓄水箱(1)一侧设有出水口(15)，所述出水口(15)位置高于粗栅板(12)，所述细栅板(16)设置在出水口(15)的端口，用于拦截污水中的小颗粒杂物；
所述混凝沉淀装置(2)包括混凝箱(21)，在混凝箱(21)的两端设有永磁块(22)，用于在混凝箱(21)内形成均匀磁场，混凝箱(21)顶部设有混凝剂投加口(23)和污水入口(26)，底部设有絮凝物排出口(24)，以及与所述储水罐(31)的储水罐进水口(312)相连的混凝箱出水口(29)，混凝箱(21)内部还设有电动搅拌机(25)、pH探头(27)、水位监测探头(28)；
所述藻类生物膜柱(41)内沿轴向设有用于固定灯管(411)的固定框架(412)，用于为藻类生物膜柱(41)内的藻类生物球提供光照，位于藻类生物膜柱(41)底部设有曝气管接口(413)，所述曝气管接口(413)与外部的曝气机(414)连接，用于为藻类生物球提供充足氧气，藻类生物膜柱(41)上、下部分别设有上循环口(415)和下循环口(416)，用于将所有藻类生物膜柱(41)首尾串联形成闭合回路，首端藻类生物膜柱(41)上顶部设有与所述储水罐(31)的储水罐出水口(311)相连的膜柱进水口(419)，在每个藻类生物膜柱(41)的底部设有排水口(417)，所述排水口(417)上设有电磁阀(418)，且所有排水口(417)均与管式膜过滤组件(5)相连；
所述藻类生物球载体的制备：
S1：按照重量组份计，取83-87份聚乳酸、3-4份偶氮二甲酰胺、5-10份白炭黑，投入双螺杆挤出机中进行熔融挤压，挤出机的挤出温度为150-160℃，螺杆转速为410-430r/min，得到掺杂有发泡剂的聚乳酸颗粒，将所述聚乳酸颗粒投入注塑机中，在球形模具中注入熔融状态的聚乳酸颗粒，注塑温度为200-220℃，偶氮二甲酰胺受热分解为氮气溢出，冷却开模后得到粒径为2-3cm的发泡聚乳酸载体；
S2：载体的预处理：将所述发泡聚乳酸载体浸泡在浓度为3mol/L磷酸溶液中1-2h，然后用去离子水冲洗至中性，用于去除发泡聚乳酸载体表面污物，然后采用含有30-40％碱性果胶酶的碳酸钠溶液在真空条件下搅拌4-6h，得到载有碱性果胶酶的发泡聚乳酸载体；
S3：藻类的培养：将载有碱性果胶酶的发泡聚乳酸载体直接转移到藻类培养基中，以微藻液与培养基1-3:10的体积比将微藻接种到藻类培养基中，摇匀，在环境温度为28℃条件下，以连续光照强度为2000lux连续培养8天，培养过程中每个2天摇瓶一次，得到藻类生物球，其中，藻类培养基采用F2培养基，微藻包括甲藻、黄藻、金藻、硅藻一种或几种。
2.如权利要求1所述的一种一体化污水处理设备，其特征在于，所述板框纤维膜组件(33)包括4个金属框架(331)，每个金属框架(331)内均夹持有纤维膜(332)，金属框架(331)之间通过卡槽连接为空心四面体结构(333)，所述空心四面体结构(333)的上、下端分别焊接有上底板(334)和下底板(335)，所述超声波换能器(32)设置在所述上底板(334)上并与外部电源相连，用于对金属框架(331)及其纤维膜(332)进行激振，上底板(334)上还固定贯穿有空心钢管(336)，所述空心钢管(336)与外部的臭氧发生器(34)相连，用于送入臭氧，空心钢管(336)还与外部支架(337)固定连接，用于将板框纤维膜组件(33)悬空在所述储水罐(31)内，所述下底板(335)上设有小孔(338)，用于平衡空心四面体结构(333)内部压强。
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