CN111439840A - 一种微电解污水处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微电解污水处理装置，包括处理池，所述处理池的从左到右依次设有进水槽、反应室、溢流室和沉降室，所述进水槽的一侧上部与输送污水的进水管道连通，所述沉降室的一侧上部与输送净水的出水管道连通。本发明中，由于其特殊的形态有巨大的比表面积，丰富的微孔及多种官能团，因此具有更高的吸附性，能有效去除废水的颜色、气味等，同时还可去除难降解物质，微生物挂膜快，老化生物膜易脱落。碳纤维不易粉化，在震动条件下不会变松动或过分密实，且由于仿生态草的形态使得生物膜挂膜速度快，单位用量少，价格便宜，工程投资远远低于国家标准，经济优势显著，生物亲和性和生物相容性好，充氧效率高。

Description

一种微电解污水处理装置

技术领域

本发明涉及生活污水处理技术领域，具体为一种微电解污水处理装置。

背景技术

生活污水是居民日常生活中排出的废水，主要来源于居住建筑和公共建筑，生活污水中所含的污染物主要是有机物(如蛋白质、碳水化合物、脂肪、尿素、氨氮磷等)，而存在于生活污水中的有机物极度不稳定，容易腐化而产生恶臭以及细菌和病原体大量繁殖，因此生活污水排放前必须处理。

污水厂对生活污水进行处理时通常采用软性填料(聚酯类)、半软性填料(维纶类)以及其它类型的填料(如聚烯烃等)来对水体中的COD进行削减，但是这几类填料的挂膜速度慢、使用寿命短且不耐酸碱不可重复使用，导致削减单位COD需要的成本较高，造成污水处理的成本较大。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种微电解污水处理装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种微电解污水处理装置，包括处理池，所述处理池的从左到右依次设有进水槽、反应室、溢流室和沉降室，所述进水槽的一侧上部与输送污水的进水管道连通，所述沉降室的一侧上部与输送净水的出水管道连通。

所述进水槽的下部与反应室连通，所述反应室与溢流室之间设有溢流板，所述溢流室的下部与沉降室连通。

所述沉降室的内侧中部设有用作微生物载体的改性碳纤维填料，所述改性碳纤维填料将沉降室的上部和下部分隔。

优选的，所述改性碳纤维填料为表面活化改性碳纤维，所述改性碳纤维填料的原料为PAN基碳纤维或碳纤维/环氧树脂复合材料中的任意一种。

优选的，所述改性碳纤维填料为螺旋结构，且改性碳纤维填料竖直设置于沉降室内部。

优选的，所述改性碳纤维填料的上下两端均固定在支撑架上，所述支撑架与沉降室的内壁固定连接。

优选的，所述沉降室的底部设有由于收集污泥的收集部，所述收集部的底端均与污泥排放管道连通。

优选的，所述改性碳纤维填料为绳状，且直径小于5cm，所述螺旋填料由若干个细丝编织构成。

优选的，所述改性碳纤维填料的竖直部分成呈矩形整列分布。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)材料比表面积大于1000m2/g，其污水净化效果高，由于其特殊的形态有巨大的比表面积，丰富的微孔及多种官能团，因此具有更高的吸附性，能有效去除废水的颜色、气味等，同时还可去除难降解物质，配合好氧工艺氨氮去除率大于90％；

2)微生物挂膜快，老化生物膜易脱落。碳纤维不易粉化，在震动条件下不会变松动或过分密实，且由于仿生态草的形态使得生物膜挂膜速度快，3天内完成微生物挂膜，微生物膜重量达到1.556g干重，平均挂膜效率达0.732g生物膜/g载体，且附着在生物膜上的微生物以有机污染物为能量来源通过自身的新陈代谢作用降解水体中的有机污染物，生物膜上的生物相稳定；

3)单位用量少，价格便宜，工程投资远远低于国家标准，经济优势显著。从处理成本而言，处理1gCOD所需成本为0.2元，相比传统填料具有绝对性价比优势；从工程投资而言，该材料处理静态水工程投资为200～300元/m3，处理动态为300～400元/m3，处理高浓度废水为500～600元/m3，低于国家发改委对于净化水处理工程持续投资600～900元/m3的标准；

4)生物亲和性和相容性好，充氧效率高。微生物固定在改性碳纤维填料上，使微生物的分解功能加强。改性碳纤维填料对气泡有重复分割作用和阻挡作用，使废水中的溶解氧浓度提高，增强了微生物、有机物和溶解氧三者之间的转换；

5)稳定性高、质轻、机械强度大和寿命长，且安装维修方便。改性碳纤维填料具有很高的强度、抗酸、抗碱性强，耐氧化，不易老化等特点；坚固耐用，更换次数少，使用寿命长，安装非常方便，寿命在20年以上。

附图说明

图1为一种微电解污水处理装置的结构示意图；

图2为一种微电解污水处理装置中沉降室的俯视图；

图3为一种微电解污水处理装置中厌氧净化机理示意图；

图4为一种微电解污水处理装置中好氧净化机理示意图；

图5为一种微电解污水处理装置中好氧微生物吸咐和降解有机物的过程示意图；

图6为一种微电解污水处理装置中硝化作用机理示意图；

图7为一种微电解污水处理装置中反硝化作用机理示意图；

图8为一种微电解污水处理装置中污泥减量机理示意图。

图中：1、处理池；2、进水槽；3、反应室；4、溢流室；5、沉降室；6、进水管道；7、出水管道；8、溢流板；9、改性碳纤维填料；10、支撑架；11、收集部；12、污泥排放管道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本发明提供技术方案：

一种微电解污水处理装置，包括处理池1，处理池1的从左到右依次设有进水槽2、反应室3、溢流室4和沉降室5，进水槽2的一侧上部与输送污水的进水管道6连通，沉降室5的一侧上部与输送净水的出水管道7连通。

进水槽2的下部与反应室3连通，反应室3与溢流室4之间设有溢流板8，溢流室4的下部与沉降室5连通。

沉降室5的内侧中部设有用作微生物载体的改性碳纤维填料9，改性碳纤维填料9将沉降室5的上部和下部分隔。

改性碳纤维填料9为表面活化改性碳纤维，改性碳纤维填料9的原料为PAN基碳纤维或碳纤维/环氧树脂复合材料中的任意一种。

通过一道高温碳化处理(500～1200℃)调节碳纤维的微观结构和性能，降低能耗，而且在活化处理时采用电化学方法进行改性，优化电化学氧化中纤维表面结构变化，降低反应过程对碳纤维/环氧树脂复合物性质的影响，通过对PAN基碳纤维有机无机结构转变中表面结构各参数优化，实现纤维表面结构由负电性到正电性、负荷程度及表面拓扑形貌的调控。

改性碳纤维填料9为螺旋结构，且改性碳纤维填料9竖直设置于沉降室5内部，进一步增加比表面积，提高微生物的吸附性、挂膜的成功率和挂膜速度，竖直的布置方式，能够较好的提高改性碳纤维填料9的挂膜利用率。

改性碳纤维填料9的上下两端均固定在支撑架10上，支撑架10与沉降室5的内壁固定连接，由于改性碳纤维填料9在挂膜成功后，重量增加，因此通过上部的支撑架10保持其位置恒定，始终位于沉降室5的内侧中部，而下部的支撑架10保持改性碳纤维填料9的竖直姿态，保证高效挂膜和稳定挂膜。

沉降室5的底部设有由于收集污泥的收集部11，收集部11的底端均与污泥排放管道12连通，用于污泥的收集排放或是在处理。

改性碳纤维填料9为绳状，且直径小于5cm，螺旋填料11由若干个细丝编织构成，因此改性碳纤维填料9布置在支撑架10之间时，可以采用符合处理工艺要求的排布方式，较小的直径能够在保证挂膜良好的同时提高材料的利用率，减少浪费，通过细丝原料编织构成，使得成型的改性碳纤维填料9具有较高的结构强度，具有更好的负载能力，表面上采用仿生态草的结构，提高生物膜挂膜速度。

改性碳纤维填料9的竖直部分成呈矩形整列分布，使得改性碳纤维填料9的竖直部分等间距分布，使得改性碳纤维填料9的分布与沉降室5的污水处理速度达到一个较好的配比，实现高效的处理。

工作原理：

通过微生物的新陈代谢作用来处理废水中的污染物质，本技术是在兼氧条件下运行，其新陈代榭分为两大类，即好氧降解和厌氧降解。好氧处理是在曝气的作用下利用好氧微生物的新陈代谢活动去除废水中的污染物；厌氧处理是在隔绝氧气的情况下利用厌氧微生物的新陈代谢作用去除废水中的污染物。

其中，微生物在废水生物处理中主要有三个作用：

①去除溶解性有机物(以COD或BOD₅表示)(将其转化成CO₂和H₂O)，去除其它溶解性无机营养元素如N(最终转化为N₂气)、P(转化为富含磷的剩余污泥从水中分离出来)等；

②絮凝沉淀和降解胶体状固体物(某些难降解颗粒或胶体状有机物，可以通过微生物产生的胞外多聚物等具有絮凝效果的物质发生沉淀，与剩余污泥一同被排出系统；或通过吸附较长期地滞留在系统内而被缓慢降解)；

③稳定有机物(某些有毒有害难降解有机物可以被微生物初步分解或部分降解，而减轻毒性作用或得到部分稳定，或最终被完全转化为无机物而得到稳定)。

厌氧净化机理：

如图3所示，利用厌氧微生物达到废水、污泥处理及获取沼气的过程。有机物在微生物联合作用下，最终被分解成CH₄、CO₂等气体，达到净化水质的目的，一般来说厌氧净化过程分为水解阶段、酸化阶段、产乙酸阶段和产甲烷阶段。

好氧净化机理：

如图4所示，不断地为微生物供给足够的氧气，利用好氧微生物分解废水中的污染物质。曝气过程还起到搅拌混合作用，使微生物悬浮，与废水充分混合。

好氧微生物处理过程中微生物的代榭途径包括EMP途径、氧化、TCA循环等。糖类、脂类、蛋白质等三大有机物，以及其它有机化合物的好氧分解与转化均可用如图所示的途径概括，只是中间代榭途径和作用微生物的类群有所不同。

如图5所示，好氧微生物吸咐和降解有机物的过程，共分为三步：

a、在有氧条件下，微生物吸咐废水中的有机物。

b、水解性细菌水解大分子有机物为小分子有机物，同时，微生物合成自身细菌。废水中溶解性有机物直接被细菌吸收，在细菌体内氧化分解，其中间代榭产物被另一群细菌吸收，进而无机化。

c、其它微生物吸收或吞食未分解彻底的有机物。

(其中：细菌：C₅H₇NO₂；真菌：C₁₆H₁₇NO₆；藻类：C₅H₈NO₂；原生动物：C₇H₁₄NO₃有机物的组成元素：C、H、O、N、S、P)

NH₃-N去除机理：

水体中的含氮有机物，在一定的条件下，被异养型微生物氧化分解，转化为氨氮，然后由自养型硝化细菌将其转化为NO₃-，最后再由反硝化细菌将NO₃-还原为N₂。

如图6所示为硝化作用的反应机理。

如图7所示为反硝化作用的反应机理。

TP去除机理：

受自然现象中某些场合下磷被转化为气体磷化氢的启发，如自然界中的“鬼火”现象，稻田、沼泽、氧化沟中的磷损失现象等，该工艺应用兼氧生物气化除磷工艺，利用剩余活泥的排放，将吸磷饱和的污泥经脱水后外运处理。

如图8所示，污泥减量机理：

有机负荷比(F/M)是影响污泥增长的重要因素。低F/M比将使微生物处于高度内源呼吸相，进入水体中的有机基质在微生物的新陈代榭作用下一部分被内源呼吸而代谢为CO₂、H₂O等无机物，另一部分被合成为新细胞(新陈代榭)。

同时，在低F/M比条件下，超量细胞作为营养基质在微生物的作用下不断被分解代谢，直至超量细胞最后全部被代谢为CO₂、H₂O等无机物，形成F/M比的动态平衡(活性污泥微增)。

进水有机污染物浓度高，新增细胞多，代谢速率高，MLVSS升高；反之，进水有机污染物浓度低，新增细胞少，代谢速率低，MLVSS降低。

实际应用中，在将原有的填料更换为改性碳纤维填料9后，优选更换厌氧工艺、曝气工艺中的全部填料，同时将原有厌氧工艺末端改为曝气工艺，并增加原有厌氧工艺污泥回流到污泥浓缩池。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种微电解污水处理装置，包括处理池(1)，其特征在于，所述处理池(1)的从左到右依次设有进水槽(2)、反应室(3)、溢流室(4)和沉降室(5)，所述进水槽(2)的一侧上部与输送污水的进水管道(6)连通，所述沉降室(5)的一侧上部与输送净水的出水管道(7)连通；

所述进水槽(2)的下部与反应室(3)连通，所述反应室(3)与溢流室(4)之间设有溢流板(8)，所述溢流室(4)的下部与沉降室(5)连通；

所述沉降室(5)的内侧中部设有用作微生物载体的改性碳纤维填料(9)，所述改性碳纤维填料(9)将沉降室(5)的上部和下部分隔。

2.根据权利要求1所述的一种微电解污水处理装置，其特征在于：所述改性碳纤维填料(9)为表面活化改性碳纤维，所述改性碳纤维填料(9)的原料为PAN基碳纤维或碳纤维/环氧树脂复合材料中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的一种微电解污水处理装置，其特征在于：所述改性碳纤维填料(9)为螺旋结构，且改性碳纤维填料(9)竖直设置于沉降室(5)内部。

4.根据权利要求3所述的一种微电解污水处理装置，其特征在于：所述改性碳纤维填料(9)的上下两端均固定在支撑架(10)上，所述支撑架(10)与沉降室(5)的内壁固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种微电解污水处理装置，其特征在于：所述沉降室(5)的底部设有由于收集污泥的收集部(11)，所述收集部(11)的底端均与污泥排放管道(12)连通。

6.根据权利要求3所述的一种微电解污水处理装置，其特征在于：所述改性碳纤维填料(9)为绳状，且直径小于5cm，所述螺旋填料(11)由若干个细丝编织构成。

7.根据权利要求3所述的一种微电解污水处理装置，其特征在于：所述改性碳纤维填料(9)的竖直部分成呈矩形整列分布。

Images