CN111908704A - 废水生化处理出水深度处理的去除装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种废水生化处理出水深度处理的去除装置，系统包括废水箱、出水箱、管路、高级氧化柱和电极快渗柱；所述废水箱内设有第一水泵，所述第一水泵的出水口通过管路连接高级氧化柱的进水口，所述高级氧化柱为竖直设置的管状结构，所述高级氧化柱底部密封且进水口位于高级氧化柱的下部或底部，所述高级氧化柱的中部固定有导流器，所述高级氧化柱的上部开口，所述高级氧化柱的顶部设有固定于高级氧化柱外用于收集其上部开口所溢出的水的溢流腔，所述导流器由连通高级氧化柱上部和下部的多根细管组成；本发明能够有效的削减外排水中的双酚A等环境风险性污染物的浓度，使其能够达标排放，并且该系统具有高效能、低成本的优势。

Description

废水生化处理出水深度处理的去除装置及方法

技术领域

本发明涉及废水处理领域。

背景技术

随着现代化学工业的飞速发展，各种合成洗漆剂、食品添加剂、化妆品和药品的大量使用以及工农业废水的大量排放，废水作为人们生活和生产过程中污染物排除(或排泄)的载体，导致进入水环境中的有机物种类和数量急剧增加，发现了大量具有高毒性、难降解性、生物蓄积性，对生态环境、生物体和人类健康有严重毒害作用的持久性有机污染物，特别是城市污水二级处理出水中大量包括双酚A等在内的各种难生物降解有机污染物。

大量的研究表明二级处理工艺的生物处理单元的微生物的降解和颗粒的吸附对双酚A等难生物降解有机物去除能力有限，在废水再生利用已成为必然趋势的情况下，回用水可能残留的各种有毒有害的新兴环境风险性污染物所导致的健康和环境问题日益备受关注。

近年来，针对水体环境中双酚A等难生物降解有机污染物的深度处理方法主要有生物强化降解法、活性炭吸附法、臭氧氧化法、Fenton氧化法和光催化降解等。尽管以上方法在显示出一定效果，但是仍然存在结构复杂、运行费用高等问题。因此开发研究新型、高效能、低成本的废水处理技术削减外排废水中的双酚A等难生物降解有机污染物的浓度使其能够达标排放是急需亟待解决的课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现一种能够有效对水体环境中双酚A等环境风险性污染物的深度处理装置和方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种废水生化处理出水深度处理的去除装置，系统包括废水箱、出水箱、管路、高级氧化柱和电极快渗柱；

所述废水箱内设有第一水泵，所述第一水泵的出水口通过管路连接高级氧化柱的进水口，所述高级氧化柱为竖直设置的管状结构，所述高级氧化柱底部密封且进水口位于高级氧化柱的下部或底部，所述高级氧化柱的中部固定有导流器，所述高级氧化柱的上部开口，所述高级氧化柱的顶部设有固定于高级氧化柱外用于收集其上部开口所溢出的废水的溢流腔，所述导流器由连通高级氧化柱上部和下部的多根细管组成；

所述电极快渗柱为中空腔体且内部填充有过滤介质，所述过滤介质上方具有布水区，所述溢流腔通过管路连通布水区，所述电极快渗柱的底部设有排水管，所述排水管连通位于其下方集水槽，所述集水槽通过管路连接出水箱。

所述高级氧化柱的下部设有增压循环机构，所述增压循环机构设有竖直固定在高级氧化柱底部的转轴，所述转轴的底端连接电机，所述转轴的顶端连接叶轮，所述叶轮外设有管状结构的增压柱，所述增压柱底端开口且与高级氧化柱底部之间具有进水间隙，所述增压柱顶部密封并与增压管一端连通，所述增压管的另一端对准高级氧化柱的底部。

所述增压管设有1-6根，均匀的固定在增压柱的四周，所述高级氧化柱的顶部固定有沉降斜板，所述沉降斜板为向上凸出的圆锥体结构。

所述高级氧化柱位于导流器至少一个加药口，每个所述加药口连接一根供药管，每根供药管连接至不同的药箱，每个所述药箱内均设有一个像供药管泵送药液的第三水泵。

所述电极快渗柱设有1-20根，每根所述电极快渗柱的排水管与布水区或过滤介质上部之间通过循环管连通，所述循环管的下部设有将排水管内的废水输送至布水区或过滤介质上部的循环泵。

所述废水箱内设有第二水泵，所述第二水泵的出水口通过管路连通每根电极快渗柱的布水区。

所述电极快渗柱内设有作为负极的金属件，以及作为正极的碳棒。

所述金属件为圆形网孔板，所述金属件位于过滤介质的上部，所述碳棒位于过滤介质内，所述正极和负极之间的压差为0-5V。

所述溢流腔通过设有第一电磁阀的管路连接集水槽，所述溢流腔连通布水区的管路上设有第二电磁阀；

系统设有控制器，所述控制器输出驱动信号至电机、第一电磁阀、第二电磁阀、第一水泵、第二水泵、第三水泵、电极，所述高级氧化柱内的下部内设有温度传感器、pH值传感器，所述温度传感器、pH值传感器输出感应信号至控制器，系统设有显示屏和控制按键，所述控制器输出参数信号至显示器显示，所述控制按键输入人工指令至控制器。

基于所述废水生化处理出水深度处理的去除装置的控制方法：

系统设有三种工作模式：

1)单高级氧化柱模式：

启动第一水泵，开启第二电磁阀，关闭第一电磁阀，实时获取pH、温度参数并显示；

2)单电极快渗柱模式：

启动第二水泵和循环泵，关闭第一电磁阀和第二电磁阀；

3)单高级氧化柱+单快滤柱模式：

启动第一水泵和循环泵，开启第一电磁阀，关闭第二电磁阀，实时获取pH、温度参数并显示。

本发明能够有效的削减外排水中的双酚A等环境风险性污染物的浓度，使其能够达标排放，并且该系统具有高效能、低成本的优势。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为废水生化处理出水深度处理的去除装置原理图；

图2为废水生化处理出水深度处理的去除装置结构示意图；

图3为高级氧化柱结构示意图；

图4为废水生化处理出水深度处理的去除装置电控部分原理图；

上述图中的标记均为：1、高级氧化柱；2、电极快渗柱；3、废水箱；4、出水箱；5、电机；6、转轴；7、增压柱；8、增压管；9、沉降斜板；10、导流器；11、溢流腔；12、过滤介质；13、循环管；14、集水槽；15、布水区；

图1中箭头为水流方向。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

化学品大量使用，导致排放废水的有机物种类和数量急增。大量高毒性、难降解、对生物体有严重毒害作用的持久性有机污染物，难以用常规物理、化学及生物方法处理，如双酚A等被称为环境风险污染物或优先控制污染物。研究表明二级处理工艺的降解、吸附对双酚A的去除效果差，出水残留污染物会引起健康和环境问题。因此需要设计一种废水生化处理出水深度处理的去除装置，即一种新型的高级氧化耦合人工快渗的废水处理装置。

如图1所示，废水生化处理出水深度处理的去除装置包括：废水箱3、出水箱4、管路、高级氧化柱1和电极快渗柱2，废水箱3用于存放待处理废水的箱体，出水箱4用于存放已经由废水生化处理出水深度处理的去除装置处理后废水的箱体。

高级氧化柱1如图1、2所示，废水箱3内设有第一水泵，第一水泵的出水口通过管路连接高级氧化柱1的进水口，通过第一水泵将废水箱3内的水泵入高级氧化柱1内，由于泵入高级氧化柱1内废水的流速要很慢，则第一水泵优选蠕动泵集成器，能够缓慢的向高级氧化柱1内泵送废水，高级氧化柱1为竖直设置的管状结构，高级氧化柱1底部密封且进水口位于高级氧化柱1的下部或底部，高级氧化柱1的中部固定有导流器10。

导流器10的下方可以设置一个用于支撑导流器10的承载板，导流器10由连通高级氧化柱1上部和下部的多根细管组成，高级氧化柱1的下部具有催化剂，催化剂需要制成粉末颗粒状，则细管的管径小于催化剂颗粒，能够避免催化剂颗粒被送入到高级氧化柱1的上部，多根细管被固定呈束，即所有的细管上下端面齐平，细管之间的间隙以及细管与高级氧化柱1内壁之间的间隙被填充满，使所有细管构成一个整体的导流器10结构。

高级氧化柱1配有至少一个药箱，每个药箱均通过供药管连通高级氧化柱1的下部，每个供药管上设有一个独立的第三水泵，可以通过第三水泵将不同药箱内的药剂泵入高级氧化柱1的下部，药剂为氧化剂，配合催化剂对废水进行处理。

高级氧化柱1的上部开口，构成一个类似于池子的结构，此外通过导流器10间隔高级氧化柱1的上部和下部，即便高级氧化柱1的下部存在很大的扰动，高级氧化柱1的上部仍能保证较为平静，能够使高级氧化柱1的上部成为一个小型的沉淀池，高级氧化柱1上檐具有呈锯齿状结构的溢流出水口，高级氧化柱1顶部的外壁固定有溢流腔11，溢流腔11围绕高级氧化柱1顶部固定用于收集从溢流出水口流程的废水。

催化剂在高级氧化柱1内沉积在底部，催化效率低，因此在高级氧化柱1的下部设计一套增压循环机构，增压循环机构为机械增压，增压循环机构设有竖直固定在高级氧化柱1底部的转轴6，转轴6与高级氧化柱1底部之间需要做好防水处理，转轴6的下端(位于高级氧化柱1外的一端)通过联轴器连接电机5，转轴6的顶端连接叶轮，当电机5旋转时，通过驱动转轴6叶轮转动，叶轮将水向上推送，从而使高级氧化柱1内液体扰动，增加压力。

叶轮外设有管状结构的增压柱7，增压柱7为管状结构，上端密封下端开口，下端与高级氧化柱1底部之间具有进水间隙，增压柱7顶部密封并与增压管8一端连通，增压管8的另一端对准高级氧化柱1的底部，增压管8设有1-6根，均匀的固定在增压柱7的四周，则增压柱7内水流向上运动，通过增压管8向高级氧化柱1底部喷水，围绕增压管8一周的水流向下流动，为增压柱7内供水，而外侧则在增压管8的喷射下水流向上翻滚，同时使催化剂也向上翻滚均匀的分布在高级氧化柱1的下部。此外，高级氧化柱1的顶部固定有沉降斜板9，沉降斜板9为向上凸出的圆锥体结构，也能防止氧化剂堆积在增压柱7的顶部。

电极快渗柱2为常规具有过滤介质12的过滤结构，优选柱状结构竖直固定，过滤介质，优选方案工业零价铁粉和黄砂,体积比为1：2-1：4。根据过滤流量一般设置1-20根电极快渗柱2，所有电极快渗柱2固定在相同的高度。电极快渗柱2结构为柱状，内部填充有过滤介质12，过滤介质12上方具有布水区，溢流腔11通过管路连通布水区，布水区的高度低于溢流腔11的高度，则可以废水自动的流入到布水区内，不需要外设动力源，废水积攒在布水区内慢慢的通过过滤介质12伸入到电极快渗柱2下方的排水管，排水管连通位于其下方集水槽14，集水槽14收集所有电极快渗柱2过来下来的废水，集水槽14通过管路连接出水箱4，集水槽14的高度也要高于出水箱4，则废水可以自动的从集水槽14流入到出水箱4。

电极快渗柱2中过滤介质12内添加碳棒，可以形成电极生物膜反应器，电极一生物膜反硝化脱氮技术是将电化学法与生物膜法相结合新兴水处理技术，主要针对于水中的硝酸盐。它采用在物理电极上进行微生物挂膜、微电流驯化等手段制得附有生物膜的电极，电解时阴极表面产出的氢被固着在阴极表面的反硝化生物膜所高效利用，达到反硝化效果。该法在反硝化脱除水中的硝酸盐氮的效率已得到大量的验证，在脱除硝酸盐、与其他工艺结合方面的研究均取得了不错的效果。电极生物膜法的优点主要体现在电极上。生物膜利用电场微电解水释放出游离氢为反硝化菌提供电子受体，其原理如图1所示。其具有不需外加有机碳源、处理费用低廉等优点。

为了能够充分的利用过滤介质12的作用，每根电极快渗柱2的排水管与布水区或过滤介质12上部之间通过循环管13连通，循环管13的下部设有将排水管内的废水输送至布水区或过滤介质12上部的循环泵，在过滤排水的同时也能够将部分的再次抽到过滤介质12上方进行二次过滤，只需要调节循环泵的工作效率，即能够控制每次再次循环过滤废水和排入到集水槽14内废水的比例。此外每个电极快渗柱2过滤介质12部位，每间隔一端距离设置一个取样孔，可以随时关注过滤介质12使用情况，以便及时更换过滤介质12。

电极快渗柱2内设有作为负极的金属件，以及作为正极的碳棒，金属件优选为圆形网孔板，金属件位于过滤介质12的上部，碳棒位于过滤介质12内，正极和负极之间的压差为0-5V，可以实现电场催化反应。

为了能够实现高级氧化柱1和电极快渗柱2的单独和配合工作状态，溢流腔11通过设有第一电磁阀的管路连接集水槽14，溢流腔11连通布水区的管路上设有第二电磁阀，通过阀门的切换，控制排水关系，同时废水箱3内设有第二水泵，第二水泵的出水口通过管路连通每根电极快渗柱2的布水区，使电极快渗柱2具有独立的供水功能。

如图4所示，系统设有控制器，所述控制器输出驱动信号至电机5、第一电磁阀、第二电磁阀、第一水泵、第二水泵、第三水泵、电极，高级氧化柱1内的下部内设有温度传感器、pH值传感器，所述温度传感器、pH值传感器输出感应信号至控制器，系统设有显示屏和控制按键，所述控制器输出参数信号至显示器显示，所述控制按键输入人工指令至控制器。

基于废水生化处理出水深度处理的去除装置的控制方法：

系统设有三种工作模式：

1)单高级氧化柱1模式：

启动第一水泵，开启第二电磁阀，关闭第一电磁阀，实时获取pH、温度参数并显示；

例如设定：

进水流量设置：设定蠕动泵流量：5-800ml/min；

蠕动泵开关：开/关；

设定电机5转速：混合机转速：500-300r/min；

pH、温度、流量等反馈显示：

2)单电极快渗柱2模式：

启动第二水泵和循环泵，关闭第一电磁阀和第二电磁阀；

例如设定：

进水流量设置：设定蠕动泵流量：5-800ml/min；

电极开关及电极电压设置：电极电压0-5v；

循环泵开关设置：磁力泵0-25L/min；

3)单高级氧化柱1+单快滤柱模式：

启动第一水泵和循环泵，开启第一电磁阀，关闭第二电磁阀，实时获取pH、温度参数并显示。

例如设定：

进水流量设置：设定蠕动泵流量：5-800ml/min；

蠕动泵开关：开/关；

设定电机5转速：混合机转速：500-300r/min；

pH、温度、流量等反馈显示：

第一电磁阀和第二电磁阀开关设置：开/关；

电极开关及电极电压设置：电极电压0-5v

循环泵开关设置：：磁力泵0-25L/min。

本发明废水生化处理出水深度处理的去除装置工作时，具有以下特点：

(1)、结合零价铁活化技术，以通过机械增压，在反应柱内自上而下混合，加快反应速率；

(2)、催化剂由水流带动进入系统，反应沉降后进入循环体系，无需其他操作，方便快捷；

(3)、柱内和柱外形成循环催化体系，系统内流量、加药量、压力、循环水量、电极电压等均由中央芯片处理器控制，实现装置运行和控制的智能化；

(4)、设置回流及电极生物膜，增强脱氮除磷。

废水生化处理出水深度处理的去除装置相比传统技术，该系统利用机械加速催化产生自由基，有利于去除水废水双酚A等环境风险性污染物，同时设计的人工快渗系统利用回流与电极反应，可有效降低出水各主要污染物的浓度，提高出水标准，削减排放污染物总量，实现水资源的循环利用，属“环境友好型”技术。而且催化剂无需动力循环使用，降低了处理的运行成本，设备自动化、一体化，具有明显的节能减排特点。

本发明废水生化处理出水深度处理的去除装置可以去除废水二级处理中的环境风险污染物，能保障水质安全并降低由此带来的生态环境风险，系统采用高级氧化技术与人工快渗技术相结合构成废水深度处理的成套装备，具有绿色高效、无二次污染、低能耗、运维方便等优势。该系统用电脑自动化控制流量、加药量、压力、循环水量、电极电压等，高级氧化部分以零价铁粉活化过硫酸盐产生强氧化性硫酸根自由基(SO₄ ^-·)采用机械循环增压加速活化，自动沉淀催化剂回收到反应区，可以高效去除水中双酚A等环境风险污染物。在人工快渗反应柱，设置回流泵，中央芯片控制回流部分出水，并通过在反应柱内添加碳棒，形成电极生物膜反应器，提高系统内C/N，降低出水污染物浓度。相比与传统技术，该设计将高级氧化系统和人工快渗系统相互耦合，在结构上进行了大胆创新，综合运用了高级氧化技术、人工快渗技术、电极生物膜技术等，在降低环境风险污染物浓度的同时，增强对废水中氮磷污染物的去除能力，避免了传统技术易造成二次污染、增加成本的问题。是一种对环境基本无害的废水处理装置，达到了节能减排的目的，具有较强的推广实用价值，在处理实际废水及水中环境风险污染物方面有广阔应用前景。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.废水生化处理出水深度处理的去除装置，其特征在于：系统包括废水箱、出水箱、管路、高级氧化柱和电极快渗柱；

所述废水箱内设有第一水泵，所述第一水泵的出水口通过管路连接高级氧化柱的进水口，所述高级氧化柱为竖直设置的管状结构，所述高级氧化柱底部密封且进水口位于高级氧化柱的下部或底部，所述高级氧化柱的中部固定有导流器，所述高级氧化柱的上部开口，所述高级氧化柱的顶部设有固定于高级氧化柱外用于收集其上部开口所溢出的废水的溢流腔，所述导流器由连通高级氧化柱上部和下部的多根细管组成；

所述电极快渗柱为中空腔体且内部填充有过滤介质，所述过滤介质上方具有布水区，所述溢流腔通过管路连通布水区，所述电极快渗柱的底部设有排水管，所述排水管连通位于其下方集水槽，所述集水槽通过管路连接出水箱。

2.根据权利要求1所述的废水生化处理出水深度处理的去除装置，其特征在于：所述高级氧化柱的下部设有增压循环机构，所述增压循环机构设有竖直固定在高级氧化柱底部的转轴，所述转轴的底端连接电机，所述转轴的顶端连接叶轮，所述叶轮外设有管状结构的增压柱，所述增压柱底端开口且与高级氧化柱底部之间具有进水间隙，所述增压柱顶部密封并与增压管一端连通，所述增压管的另一端对准高级氧化柱的底部。

3.根据权利要求2所述的废水生化处理出水深度处理的去除装置，其特征在于：所述增压管设有1-6根，均匀的固定在增压柱的四周，所述高级氧化柱的顶部固定有沉降斜板，所述沉降斜板为向上凸出的圆锥体结构。

4.根据权利要求3所述的废水生化处理出水深度处理的去除装置，其特征在于：所述高级氧化柱位于导流器至少一个加药口，每个所述加药口连接一根供药管，每根供药管连接至不同的药箱，每个所述药箱内均设有一个像供药管泵送药液的第三水泵。

5.根据权利要求1-4中任一所述的废水生化处理出水深度处理的去除装置，其特征在于：所述电极快渗柱设有1-20根，每根所述电极快渗柱的排水管与布水区或过滤介质上部之间通过循环管连通，所述循环管的下部设有将排水管内的水输送至布水区或过滤介质上部的循环泵。

6.根据权利要求5所述的废水生化处理出水深度处理的去除装置，其特征在于：所述废水箱内设有第二水泵，所述第二水泵的出水口通过管路连通每根电极快渗柱的布水区。

7.根据权利要求6所述的废水生化处理出水深度处理的去除装置，其特征在于：所述电极快渗柱内设有作为负极的金属件，以及作为正极的碳棒。

8.根据权利要求7所述的废水生化处理出水深度处理的去除装置，其特征在于：所述金属件为圆形网孔板，所述金属件位于过滤介质的上部，所述碳棒位于过滤介质内，所述正极和负极之间的压差为0-5V。

9.根据权利要求8所述的废水生化处理出水深度处理的去除装置，其特征在于：所述溢流腔通过设有第一电磁阀的管路连接集水槽，所述溢流腔连通布水区的管路上设有第二电磁阀；

系统设有控制器，所述控制器输出驱动信号至电机、第一电磁阀、第二电磁阀、第一水泵、第二水泵、第三水泵、电极，所述高级氧化柱内的下部内设有温度传感器、pH值传感器，所述温度传感器、pH值传感器输出感应信号至控制器，系统设有显示屏和控制按键，所述控制器输出参数信号至显示器显示，所述控制按键输入人工指令至控制器。

10.基于权利要求1-9中任一所述废水生化处理出水深度处理的去除装置的方法，其特征在于：

系统设有三种工作模式：

1)单高级氧化柱模式：

启动第一水泵，开启第二电磁阀，关闭第一电磁阀，实时获取pH、温度参数并显示；

2)单电极快渗柱模式：

启动第二水泵和循环泵，关闭第一电磁阀和第二电磁阀；

3)单高级氧化柱+单快滤柱模式：

启动第一水泵和循环泵，开启第一电磁阀，关闭第二电磁阀，实时获取pH、温度参数并显示。

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