CN111559826A - 一种泥沙混合填充过滤污水净化水质装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泥沙混合填充过滤污水净化水质装置，包括：处理罐，所述处理罐内通过隔板设置有过滤区、厌氧区、好氧区、反应区和消毒区，所述反应区内部通过填料支架固定安装有碳纤维填料；污水进口；净水出口；远程控制系统，所述远程控制系统包括PLC控制器、无线传输模块和PC终端，所述PLC控制器通过无线传输模块与PC终端之间无线通信连接；本发明通过设置的碳纤维填料，由于利用改性碳纤维的吸咐及过滤作用，分离效果远好于传统沉淀池，处理出水极其清澈，悬浮物和浊度接近于零，经消毒及杀菌处理后，可以直接作为非饮用市政杂用水进行回用。

Description

一种泥沙混合填充过滤污水净化水质装置

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体为一种泥沙混合填充过滤污水净化水质装置。

背景技术

污水处理：为使污水达到排入某一水体或再次使用的水质要求对其进行净化的过程。污水处理被广泛应用于建筑、农业、交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域，也越来越多地走进寻常百姓的日常生活，关于水污染的话题不断被提起，特别是地下水污染问题，但是民众环保意识的觉醒，对水污染的关切程度达到了空前。

但是，目前市场上多数的污水处理净化装置功能性都比较单一，使用起来也非常不便，传统的污水处理净化装置在使用时，大多都是采用软性填料或者半软性填料进行污水的净化，从而会出现挂膜慢、寿命短、不耐酸碱和不可重复使用的问题，并且也会影响该装置的净化效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种泥沙混合填充过滤污水净化水质装置，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：一种泥沙混合填充过滤污水净化水质装置，包括：

处理罐，所述处理罐内通过隔板设置有过滤区、厌氧区、好氧区、反应区和消毒区，所述反应区内部通过填料支架固定安装有碳纤维填料；

污水进口；

净水出口；

远程控制系统，所述远程控制系统包括PLC控制器、无线传输模块和PC 终端，所述PLC控制器通过无线传输模块与PC终端之间无线通信连接；

其中，所述污水进口固定安装于处理罐一端，所述净水出口固定安装于处理罐另一端。

优选的，还包括：

曝气机构，所述曝气机构包括增氧机，所述增氧机通过螺栓固定安装于处理罐顶端，所述增氧机输出端固定连接有输气管，所述输气管远离增氧机输出端的一端贯穿处理罐且延伸至好氧区内部，所述输气管延伸至好氧区内部的一端表面固定连接有曝气支管，且曝气支管设有多根；

其中，所述曝气机构固定安装于好氧区内部，所述增氧机与PLC控制器之间电性连接。

优选的，还包括：

过滤网；

其中，所述过滤网固定安装于过滤区内部。

优选的，还包括：

紫外线消毒器，所述紫外线消毒器固定安装于消毒区内壁表面；

其中，所述紫外线消毒器与PLC控制器之间电性连接。

优选的，还包括：

流量传感器，所述流量传感器固定安装于净水出口内部；

其中，所述流量传感器与PLC控制器之间电性连接。

优选的，所述好氧区内部固定安装有导流板，且导流板设有多个，且导流板位于曝气支管之间。

优选的，所述过滤区、厌氧区、好氧区、反应区和消毒区之间分别开设有导流口，且过滤区、厌氧区、好氧区、反应区和消毒区两侧的导流口高度不一。

优选的，其中相邻所述导流板与相邻所述曝气支管之间的距离一致。

优选的，所述碳纤维填料具体为改性碳纤维制作而成。

优选的，所述PC终端为智能手机或电脑。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明通过设置的碳纤维填料，由于利用改性碳纤维的吸咐及过滤作用，分离效果远好于传统沉淀池，处理出水极其清澈，悬浮物和浊度接近于零，经消毒及杀菌处理后，可以直接作为非饮用市政杂用水进行回用。

2.本发明可以在高容积负荷、低污泥负荷下运行，剩余污泥产量低(理论上可以实现零污泥排放)，降低了污泥处理费用。

3.本发明反应器内能维持高浓度的微生物量，处理装置容积负荷高，占地面积大大节省；工艺流程简单、结构紧凑、占地面积省，不受设置场所限制，适合于任何场合，可做成地面式、半地下式和地下式。

4.本发明运行控制更加灵活稳定，可实现PLC控制器自动控制和“互联网”远程控制，从而使操作管理更为方便。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的内部结构示意图；

图3为本发明的好氧区结构示意图；

图4为本发明的元器件框架结构示意图。

图5为本发明的厌氧生物处理过程中有机降解过程示意图。

图6为本发明的好氧生物处理过程中微生物的代榭途径示意图。

图7为本发明的分解反应方程式示意图。

图8为本发明的合成反应方程式示意图。

图9为本发明的内源呼吸方程式示意图。

图10为本发明的亚硝酸形成阶段示意图。

图11为本发明的硝酸形成阶段示意图。

图12为本发明的反硝化过程示意图。

图中：1-处理罐；2-污水进口；3-净水出口；4-PLC控制器；5-曝气机构； 6-过滤区；7-厌氧区；8-隔板；9-好氧区；10-反应区；11-流量传感器；12- 消毒区；13-填料支架；14-碳纤维填料；15-导流板；16-过滤网；17-输气管； 18-增氧机；19-曝气支管；20-紫外线消毒器；21-远程控制系统；22-无线传输模块；23-PC终端。

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。

实施例1：

请参阅图1-12，本发明提供一种技术方案：一种泥沙混合填充过滤污水净化水质装置，包括：处理罐1、污水进口2、净水出口3和远程控制系统21。

其中，所述处理罐1内通过隔板8设置有过滤区6、厌氧区7、好氧区9、反应区10和消毒区12，所述反应区10内部通过填料支架13固定安装有碳纤维填料14。

进一步地，碳纤维填料14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。

进一步地，厌氧净化机理：厌氧区7内没有氧气的输入，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，主要示意如下图5所示。

其中，所述远程控制系统21包括PLC控制器4、无线传输模块22和PC 终端23，所述PLC控制器4通过无线传输模块22与PC终端23之间无线通信连接。

进一步地，PLC控制器4用于控制紫外线消毒器20和增氧机18正常工作，并且PLC控制器4也会将流量传感器11检测的净水流量数据进行分析处理，然后再由无线传输模块22无线传输至PC终端23上，以供工作人员的远程查看，并且工作人员也可在远程通过PC终端23控制PLC控制器4，则能在远程对紫外线消毒器20和增氧机18进行控制。

进一步地，无线传输模块22的型号为SV6500。

其中，所述污水进口2固定安装于处理罐1一端，所述净水出口3固定安装于处理罐1另一端。

其中，还包括：曝气机构5。

其中，所述曝气机构5包括增氧机18，所述增氧机18通过螺栓固定安装于处理罐1顶端，所述增氧机18输出端固定连接有输气管17，所述输气管 17远离增氧机18输出端的一端贯穿处理罐1且延伸至好氧区9内部，所述输气管17延伸至好氧区9内部的一端表面固定连接有曝气支管19，且曝气支管 19设有多根。

进一步地，曝气支管19表面开设有用于出气的孔洞。

进一步地，增氧机18工作可将氧气通过输气管17注入至曝气支管19内，然后再从多根曝气支管19进入到好氧区9内的废水中。

好氧净化机理：通过曝气机构5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，主要示意如下图6所示。

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。

细菌：C5H7NO2；真菌：C16H17NO6；藻类：C5H8NO2；原生动物：C7H14NO3 有机物的组成元素：CHONS

NH3-N的去除机理：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。

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，该工艺完全不同于传统的生物除磷工艺，是一种全新的高效低耗生物除磷新工艺。

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。

其中，所述曝气机构5固定安装于好氧区9内部，所述增氧机18与PLC 控制器4之间电性连接。

其中，还包括：过滤网16。

其中，所述过滤网16固定安装于过滤区6内部，过滤网16通过支架与处理罐1内壁之间固定连接。

进一步地，过滤网16能够将污水中的杂质进行拦截。

其中，还包括：紫外线消毒器20。

进一步地，紫外线消毒器20能够对进入到消毒区12内的污水进行消毒杀菌处理。

其中，所述紫外线消毒器20固定安装于消毒区12内壁表面，紫外线消毒器20通过螺栓与处理罐1内壁之间固定连接。

其中，所述紫外线消毒器20与PLC控制器4之间电性连接。

其中，还包括：流量传感器11。

其中，所述流量传感器11固定安装于净水出口3内部。

进一步地，流量传感器11用于记录每天净化的水流量。

进一步地，流量传感器11的型号为SLQ-QT500。

其中，所述流量传感器11与PLC控制器4之间电性连接。

其中，所述好氧区9内部固定安装有导流板15，且导流板15设有多个，且导流板15位于曝气支管19之间。

进一步地，导流板15能够将好氧区9分隔成多个曝气区，则能确保曝气支管19喷出的空气能够与污水均匀接触。

其中，所述过滤区6、厌氧区7、好氧区9、反应区10和消毒区12之间分别开设有导流口，且过滤区6、厌氧区7、好氧区9、反应区10和消毒区12两侧的导流口高度不一。

进一步地，通过隔板8一端开设缺口，来实现各个过滤区6、厌氧区7、好氧区9、反应区10和消毒区12之间的污水流通，例：厌氧区7两侧的导流口不在同一高度，污水从较低的导流口流入，然后再从较高的导流口流入至好氧区9内，有利于污水的循环流动。

其中，其中相邻所述导流板15与相邻所述曝气支管19之间的距离一致。

其中，所述PC终端23为智能手机或电脑。

综合以上实施例所述，采用兼氧生物处理技术，具有同步脱氮除磷的功能；在适合的F/M条件下，可实现有机污泥零排放，可实现PLC控制器自动控制和“互联网”远程控制，操作管理方便。

实施例2：

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种泥沙混合填充过滤污水净化水质装置，包括：处理罐1、污水进口2、净水出口3和远程控制系统21。

其中，所述处理罐1内通过隔板8设置有过滤区6、厌氧区7、好氧区9、反应区10和消毒区12，所述反应区10内部通过填料支架13固定安装有碳纤维填料14。

进一步地，废水从污水进口2进入，先流入过滤区6内，经过滤网16过滤后会流入到厌氧区7内，然后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，然后再流入至好氧区9内，通过曝气机构5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，然后再流入至反应区10内，通过碳纤维填料14对废水进行净化处理，然后再流入消毒区12内进行消毒杀菌处理，最后从净水出口3排出即可。

其中，所述远程控制系统21包括PLC控制器4、无线传输模块22和PC 终端23，所述PLC控制器4通过无线传输模块22与PC终端23之间无线通信连接。

其中，所述污水进口2固定安装于处理罐1一端，所述净水出口3固定安装于处理罐1另一端。

其中，所述碳纤维填料14具体为改性碳纤维制作而成。

进一步地，先对PAN基碳纤维进行预氧化处理，然后率先从纤维先驱体在制备过程中的结构变化出发，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，研究了电化学氧化中纤维表面结构变化及其对碳纤维/环氧树脂复合物性质的影响，PAN基碳纤维有机无机结构转变中表面结构的演变，通过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。

综合以上实施例所述，碳纤维的比表面积和对微生物的亲和性都远远是传统填料的，经过我们表面改性碳纤维进一步提高了微生物的活性和选择性；与其他作为接触氧化池内的填料相比，具有高孔隙率、高吸附能力、易挂膜等优点，主要体现在以下几点：

1)、材料比表面积大于1000m2/g，其污水净化效果高：生物碳纤维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0.732 g生物膜/g载体，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(如图所示)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，生物相容性好，充氧效率高：微生物固定在碳纤维填料上，使微生物的分解功能加强，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：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。

在本发明所提供的几个实施方式中，应该理解到所揭露的装置可以通过其它的方式实现。所显示或讨论的相互之间的焊接或螺纹连接或缠绕连接可以是通过设备进行辅助完成的，如焊枪实现焊接，用扳手实现螺纹连接等，装置组成部件材料多种多样，例如铝合金、钢和铜等金属材料，通过铸造或者采用机械冲压等方式成型。

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。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种泥沙混合填充过滤污水净化水质装置，其特征在于，包括：

处理罐(1)，所述处理罐(1)内通过隔板(8)设置有过滤区(6)、厌氧区(7)、好氧区(9)、反应区(10)和消毒区(12)，所述反应区(10)内部通过填料支架(13)固定安装有碳纤维填料(14)；

污水进口(2)；

净水出口(3)；

远程控制系统(21)，所述远程控制系统(21)包括PLC控制器(4)、无线传输模块(22)和PC终端(23)，所述PLC控制器(4)通过无线传输模块(22)与PC终端(23)之间无线通信连接；

其中，所述污水进口(2)固定安装于处理罐(1)一端，所述净水出口(3)固定安装于处理罐(1)另一端。

2.根据权利要求1所述的一种泥沙混合填充过滤污水净化水质装置，其特征在于，还包括：

曝气机构(5)，所述曝气机构(5)包括增氧机(18)，所述增氧机(18)通过螺栓固定安装于处理罐(1)顶端，所述增氧机(18)输出端固定连接有输气管(17)，所述输气管(17)远离增氧机(18)输出端的一端贯穿处理罐(1)且延伸至好氧区(9)内部，所述输气管(17)延伸至好氧区(9)内部的一端表面固定连接有曝气支管(19)，且曝气支管(19)设有多根；

其中，所述曝气机构(5)固定安装于好氧区(9)内部，所述增氧机(18)与PLC控制器(4)之间电性连接。

3.根据权利要求1所述的一种泥沙混合填充过滤污水净化水质装置，其特征在于，还包括：

过滤网(16)；

其中，所述过滤网(16)固定安装于过滤区(6)内部。

4.根据权利要求1所述的一种泥沙混合填充过滤污水净化水质装置，其特征在于，还包括：

紫外线消毒器(20)，所述紫外线消毒器(20)固定安装于消毒区(12)内壁表面；

其中，所述紫外线消毒器(20)与PLC控制器(4)之间电性连接。

5.根据权利要求1所述的一种泥沙混合填充过滤污水净化水质装置，其特征在于：还包括：

流量传感器(11)，所述流量传感器(11)固定安装于净水出口(3)内部；

其中，所述流量传感器(11)与PLC控制器(4)之间电性连接。

6.根据权利要求1所述的一种泥沙混合填充过滤污水净化水质装置，其特征在于：所述好氧区(9)内部固定安装有导流板(15)，且导流板(15)设有多个，且导流板(15)位于曝气支管(19)之间。

7.根据权利要求1所述的一种泥沙混合填充过滤污水净化水质装置，其特征在于：所述过滤区(6)、厌氧区(7)、好氧区(9)、反应区(10)和消毒区(12)之间分别开设有导流口，且过滤区(6)、厌氧区(7)、好氧区(9)、反应区(10)和消毒区(12)两侧的导流口高度不一。

8.根据权利要求6所述的一种泥沙混合填充过滤污水净化水质装置，其特征在于：其中相邻所述导流板(15)与相邻所述曝气支管(19)之间的距离一致。

9.根据权利要求1所述的一种泥沙混合填充过滤污水净化水质装置，其特征在于：所述碳纤维填料(14)具体为改性碳纤维制作而成。

10.根据权利要求1所述的一种泥沙混合填充过滤污水净化水质装置，其特征在于：所述PC终端(23)为智能手机或电脑。

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