CN112850988A - 一种集成式污水无害化装备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种集成式污水无害化装备，属于污水、污泥处理技术领域。该装置包括流量计、阀门、超声波/紫外线反应槽、导流隔板、紫外灯UVC、溢流出水管、排空口一、溢流水池、二级处理进水控制阀门、超声波/光催化反应槽、负载光催化剂的导流隔板、导流隔板插槽、光催化光源UVA、出水口、排空口二及超声波换能器，利用超声波与紫外线、光催化反应的共同作用，达到污水中的病原微生物灭活、抗生素及其抗性基因降解等多重目的，实现污水的无害化处理。该技术可以大大降低由化学药剂消毒所带来的副产物风险，技术操作简单，无需辅助设备设施，安全高效，尤其适用于污水处理厂二级出水、沼液及其类似性质的污水的无害化处理。
Description
技术领域
本发明涉及污水、污泥处理技术领域，特别是指一种集成式污水无害化装备。
背景技术
污水中还含有大量的病原微生物和微污染物，若直接排放会对土壤、地表以及地下水造成污染，威胁人类健康，污水无害化是保障水环境健康的重要环节和关键单元。近年来，由于抗生素的大量使用和滥用，未代谢的抗生素随粪污排出，进入到环境当中，污水的好氧、厌氧处理过程对抗生素有一定的去除作用，但是还不足以消除抗生素污染的环境健康风险。此外，由抗生素导致的细菌抗生素耐药性，即抗生素抗性基因更是备受关注的新型污染物之一。因此，污水无害化技术不只局限于指示性病原微生物的灭活，以抗生素、抗性基因为代表的持久性微污染物去除也应受到重视。
氯、臭氧和紫外线是应用广泛、成熟稳定的消毒剂。作为代表性消毒剂，氯消毒效果稳定、成本低，但是消毒广谱性弱，如对隐孢子虫和贾第虫的灭活差，且消毒过程还会产生“三致”消毒副产物，一些国家和地区已经取消氯消毒。紫外线消毒具有广谱性、速率快、占地面积小、操作管理简单等优点，且无消毒副产物，在消毒技术中具有突出优势，近年来得到了广泛的推广和应用。超声波空化效应具有物理和化学作用，因此，超声波可以有效破碎菌胶团，改善水中悬浮颗粒物的粒径分布，有助于紫外线利用效率的提升，且超声波对细胞结构还有一定的破坏作用，超声波引入还可以抑制紫外消毒后的微生物复活现象。基于污水的水质特点，超声波强化紫外线用于污水消毒具有突出优势。
针对抗生素、抗性基因类污染物，通过传统的消毒手段很难达到理想的效果，需要采用具有更强氧化效能的作用过程，其中光催化是高级氧化中具有代表性的技术，以二氧化钛为代表的光催化材料已经实现了产业化和市场化，具有进一步推广应用的潜力。已有研究表明超声波与光催化组合可产生声光催化氧化效应，进一步增强自由基的产率和其氧化降解性能。基于上述需求和技术现状，将超声波、紫外线消毒、光催化三者进行耦合与集成，通过协同作用，可实现污水中病原微生物、抗生素、抗性基因的同步去除，达到污水无害化的目的，降低污水处理与利用过程中的环境健康风险。
本发明为了解决污水中病原微生物、抗生素及抗性基因污染问题，结合超声波、紫外线消毒和光催化的特点与优势，而提供的一种集成式污水无害化装备。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种集成式污水无害化装备，以解决目前污水利用过程中的卫生问题和消除潜在生物风险。
该装置包括流量计、阀门、超声波/紫外线反应槽、导流隔板、紫外灯UVC、溢流出水管、排空口一、溢流水池、二级处理进水控制阀门、超声波/光催化反应槽、负载光催化剂的导流隔板、导流隔板插槽、光催化光源UVA、出水口、排空口二及超声波换能器，整个装备划分为三个槽体，超声波/紫外线反应槽相邻侧边分别设置超声波/光催化反应槽和溢流水池，超声波/紫外线反应槽上设置阀门、排空口一和溢流出水管，超声波/光催化反应槽上设置出水口、排空口二，超声波/光催化反应槽内设置导流隔板插槽，超声波/紫外线反应槽和溢流水池之间设置溢流出水管，溢流水池和超声波/光催化反应槽相连的管道上设置二级处理进水控制阀门，阀门上设置流量计，导流隔板布置在超声波/紫外线反应槽内，紫外灯UVC布置在由导流隔板分隔后的超声波/紫外线反应槽格室内，负载光催化剂的导流隔板布置在超声波/光催化反应槽内的导流隔板插槽上，光催化光源UVA布置在由负载光催化剂的导流隔板分隔后的超声波/光催化反应槽的廊道内，超声波换能器粘贴整个反应装备底部，紫外灯UVC、光催化光源UVA、超声波换能器由集成控制柜控制。
超声波/紫外线反应槽、溢流水池及超声波/光催化反应槽采用SUS304不锈钢材质制成。
导流隔板为一块，竖直置于超声波/紫外线反应槽中，将超声波/紫外线反应槽平均分成两格，沿水流方向分别为第一格和第二格，第一格上部管道与阀门连接，第一格和第二格底部设置排空口一，第二格上部设置溢流出水管。
紫外灯UVC采用梅花形五点布置于由导流隔板均匀分隔为两格的超声波/紫外线反应槽内，灯管竖直放置，底部和顶部采用固定架板控制灯管的位置，液位控制刚好淹没灯管，且灯座在液位以上。
负载光催化剂的导流隔板将超声波/光催化反应槽均匀分隔为多条廊道(一般不少于两条)，单条廊道宽度不大于10cm，隔板上错落开孔，孔径大小一致，使水流形成折流。
光催化光源UVA排列于负载光催化剂的导流隔板分隔形成的廊道中部，灯管距负载光催化剂的导流隔板距离不超过5cm，灯管间距离不大于10cm，底部和顶部采用固定架板控制灯管的位置，液位控制刚好淹没灯管，且灯座在液位以上。
负载光催化剂的导流隔板可拆卸，通过导流隔板插槽固定，导流隔板插槽预埋设，与负载光催化剂的导流隔板厚度同宽。
超声波换能器均匀的粘贴在超声波/紫外线反应槽和超声波/光催化反应槽底部，粘贴过程不存在缝隙，粘贴位置避开导流隔板和负载光催化剂的导流隔板的结合位置。
集成控制柜单独控制超声波换能器、紫外灯UVC、光催化光源UVA，实现输入功率在0～100％之间调节。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
(1)设定两级无害化处理过程，即超声波/紫外线反应槽和超声波/光催化反应槽一体化串联而成。超声波/紫外线反应槽可实现对病原微生物的快速灭活，开启超声波时，消除污水中的悬浮颗粒物对病原菌的包裹和保护作用，提高处理效率，为一级无害化处理过程。超声波/光催化反应槽参与病原微生物(尤其是活性但不可培养状态)、抗生素、抗性基因等污染物实现深度去除，开启超声时，形成声光催化氧化反应过程，对污水进行深度无害化，为二级处理。
(2)多级折流，延长了水流流程，避免了死角产生。通过导流隔板的设置，合理的改变了水的流动方向，可以有效地防止流速提高时短流现象，提高处理效果。另外，超声波的使用，促进紊流状态，使沿程空间上形成完全混合状态，提高处理效果。
(3)集成度高。将超声波、紫外线、光催化集成在一个装备里，可实现紫外线、光催化、超声波单独及协同串联反应，根据进水水质情况可灵活调整各反应单元参数，集成度高、调控能力强。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图俯视图；
图2为本发明装置结构示意图底部平面图；
图3为本发明装置的立面图；
图4为本发明装置的剖面图，其中，(a)为超声波/紫外线反应槽剖面图，(b)为超声波/光催化反应槽剖面图。
其中：1-流量计，2-阀门，3-超声波/紫外线反应槽，4-导流隔板，5-紫外灯UVC，6-溢流出水管，7-排空口一，8-溢流水池，9-二级处理进水控制阀门，10-超声波/光催化反应槽，11-负载光催化剂的导流隔板，12-导流隔板插槽，13-光催化光源UVA，14-出水口，15-排空口二，16-超声波换能器。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种集成式污水无害化装备。
如图1所示，该装备包括流量计1、阀门2、超声波/紫外线反应槽3、导流隔板4、紫外灯UVC5、溢流出水管6、排空口一7、溢流水池8、二级处理进水控制阀门9、超声波/光催化反应槽10、负载光催化剂的导流隔板11、导流隔板插槽12、光催化光源UVA13、出水口14、排空口二15及超声波换能器16，整个装备划分为三个槽体，超声波/紫外线反应槽3相邻侧边分别设置超声波/光催化反应槽10和溢流水池8，超声波/紫外线反应槽3上设置阀门2、排空口一7和溢流出水管6，超声波/光催化反应槽10上设置出水口14、排空口二15，超声波/光催化反应槽10内设置导流隔板插槽12，超声波/紫外线反应槽3和溢流水池8之间设置溢流出水管6，溢流水池8和超声波/光催化反应槽10相连的管道上设置二级处理进水控制阀门；阀门2上设置流量计1，导流隔板4布置在超声波/紫外线反应槽3内，紫外灯UVC5布置在由导流隔板4分隔后的超声波/紫外线反应槽3格室内，负载光催化剂的导流隔板11布置在超声波/光催化反应槽10内的导流隔板插槽12上，光催化光源UVA13布置在由负载光催化剂的导流隔板11分隔后的超声波/光催化反应槽10的廊道内，超声波换能器16粘贴整个反应装备底部，紫外灯UVC5、光催化光源UVA13、超声波换能器16由集成控制柜控制。
超声波/光催化反应槽10与超声波/紫外线反应槽3一体化设计，负载光催化剂的导流隔板11可拆卸，插入在超声波/光催化反应槽10的导流隔板插槽中，将超声波/光催化反应槽10分成多个廊道，所形成的廊道宽度不得大于10cm，负载光催化剂的导流隔板11上错落开口，开口大小相等，使水形成折流通过，底部设出水口14和排空口。超声波/紫外线反应槽3的出水经溢流水池8进入超声波/光催化反应槽10的第一廊道，第一廊道和最后廊道底部设出水口和排空口。
光催化光源UVA13居中布置于由负载光催化剂的导流隔板11分隔的超声波/光催化反应槽10形成的廊道中，灯管垂直放置，底部和顶部采用固定架板控制灯管的位置，液位控制刚好淹没灯管，且灯座在液位以上。灯管距离隔板不超过5cm，灯管间距离不大于10cm，可视强度需要进行调节。
负载光催化剂的导流隔板11采用磨砂处理的不锈钢，实现材料的稳定负载同时，折射光源，提高光利用率。所负载的材料折算为水处理当量应不小于1g/L,负载材料的有效高度与光源的有效高度一致。
超声波换能器16均匀的粘贴在整个装备槽底部，粘贴过程不存在缝隙，超声波换能器还应避开隔板焊接位置。根据两级处理槽的处理容量分为至少3组独立进行控制。
如图1、图2和图3所示，该装置进水通过该装置的流量计1和阀门2共同控制，进水管设弯头并淹没在工作液位以下。该装置的超声波/紫外线反应槽3由导流隔板4均匀分为两格。水流折流通过反应槽，格槽内竖直安装可拆卸的紫外灯管5。超声波/紫外线反应槽3第二格室上部设置溢流出水口6，两个格室底部设置排空口一7。该装置的超声波/光催化反应槽由负载光催化剂的导流隔板11均匀分为多个廊道，每个廊道宽度不大于10cm，廊槽内均匀竖直安装可拆卸的光催化光源UVA 13。光催化剂负载在导流隔板和槽体内壁上。考虑超声波换能器、发生器腔体结构，整体装置采用SUS304不锈钢材质。低频超声波换能器16均匀地粘贴于整个集成装备底部，功率可在0～100％之间调节，由超声波发生器电源驱动运行，安装时避开隔墙的焊接位置。紫外灯UVC5和光催化光源UVA13可单独控制开关，根据剂量需要调节。
如图4所示，导流隔板4和负载催化剂材料的导流隔板11分别在不同位置设置过水孔，使污水在相应的反应槽内形成折流流态，过水孔与进水隔区的水流截面面积相同。
污水先经流量计1和阀门2进入超声波/紫外线反应槽，然后下行经由隔板的过水区上行至槽内第二格室的溢流口，在超声波/紫外线反应槽的主要反应为：超声波强化紫外线快速灭活污水中的病原微生物，超声波的开启既可改善污水中悬浮物质对病原微生物的保护和包裹，还可以与紫外线产生协同消毒过程。此反应槽内水流流速不大于0.2m/s，水力停留时间>1min。同时，底部设清洗排空口一7，可在检查维修时放空装置、清洗等使用，由阀门控制。然后出水经溢流管到溢流水池，溢流进入超声波/光催化反应槽。在这里，水流依次折流通过廊道，最后从底部的出水口14排出。在超声波/光催化反应槽的主要反应为：无超声波时，光催化反应可以对污水中抗生素、抗性基因实现同步降解，降低环境健康风险；有超声时，形成了超声波协同光催化的声光催化氧化效应，强化灭活病原微生物(尤其是活性但不可培养状态)、抗生素及其抗性基因。此反应槽内水流流速不大于0.1m/s，水力停留时间>30min。第一廊道和最后廊道底部设排空口二15，可在检查维修时放空装置、清洗等使用，由阀门控制。
经前段工艺处理后的污水通过流量计1和水量调节阀门2控制后进入超声波/紫外线反应槽3，污水进入消毒反应区，为一级无害化处理单元，在消毒反应区，超声波换能器16和紫外灯UVC5共同作用，紫外灯UVC5对其进行辐照消毒，超声波的作用不仅可以打碎大粒径菌胶团，增加紫外线穿透率，还可以加速污水的搅动、减少水流死区的出现。对污水进行消毒后，由溢流出水管6经溢流池进入超声波/光催化反应槽，为二级无害化处理单元，在这一反映区域主要发生高级氧化过程，超声波和光催化的共同作用，产生具有强氧化性的自由基，氧化降解抗生素、抗性基因，同时也进一步灭活一级消毒过程中中残留的病原微生物，尤其是活性但不可培养状态的微生物。装置放空时，可由两个反应槽的排空口一7和排空口二15排出，超声波换能器16、紫外灯UVC5、光催化光源UVA13由集成控制柜进行控制，各组件的输入参数可调，从而提高其对不同性质污水的适应能力。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种集成式污水无害化装备，其特征在于：包括流量计(1)、阀门(2)、超声波/紫外线反应槽(3)、导流隔板(4)、紫外灯UVC(5)、溢流出水管(6)、排空口一(7)、溢流水池(8)、二级处理进水控制阀门(9)、超声波/光催化反应槽(10)、负载光催化剂的导流隔板(11)、导流隔板插槽(12)、光催化光源UVA(13)、出水口(14)、排空口二(15)及超声波换能器(16)，整个装备划分为三个槽体，超声波/紫外线反应槽(3)相邻侧边分别设置超声波/光催化反应槽(10)和溢流水池(8)，超声波/紫外线反应槽(3)上设置阀门(2)、排空口一(7)和溢流出水管(6)，超声波/光催化反应槽(10)上设置出水口(14)、排空口二(15)，超声波/光催化反应槽(10)内设置导流隔板插槽(12)，超声波/紫外线反应槽(3)和溢流水池(8)之间设置溢流出水管(6)，溢流水池(8)和超声波/光催化反应槽(10)相连的管道上设置二级处理进水控制阀门(9)，阀门(2)上设置流量计(1)，导流隔板(4)布置在超声波/紫外线反应槽(3)内，紫外灯UVC(5)布置在由导流隔板(4)分隔后的超声波/紫外线反应槽(3)格室内，负载光催化剂的导流隔板(11)布置在超声波/光催化反应槽(10)内的导流隔板插槽(12)上，光催化光源UVA(13)布置在由负载光催化剂的导流隔板(11)分隔后的超声波/光催化反应槽(10)的廊道内，超声波换能器(16)粘贴整个反应装备底部，紫外灯UVC(5)、光催化光源UVA(13)、超声波换能器(16)由集成控制柜控制。
2.根据权利要求1所述的集成式污水无害化装备，其特征在于：所述超声波/紫外线反应槽(3)、溢流水池(8)及超声波/光催化反应槽(10)采用SUS304不锈钢材质制成。
3.根据权利要求1所述的集成式污水无害化装备，其特征在于：所述导流隔板(4)为一块，竖直置于超声波/紫外线反应槽(3)中，将超声波/紫外线反应槽(3)平均分成两格，沿水流方向分别为第一格和第二格，第一格上部管道与阀门(2)连接，第一格和第二格底部设置排空口一(7)，第二格上部设置溢流出水管(6)。
4.根据权利要求1所述的集成式污水无害化装备，其特征在于：所述紫外灯UVC(5)采用梅花形五点布置于由导流隔板(4)均匀分隔为两格的超声波/紫外线反应槽(3)内，灯管竖直放置，底部和顶部采用固定架板控制灯管的位置，液位控制刚好淹没灯管，且灯座在液位以上。
5.根据权利要求1所述的集成式污水无害化装备，其特征在于：所述负载光催化剂的导流隔板(11)将超声波/光催化反应槽(10)均匀分隔为不少于两条廊道，单条廊道宽度不大于10cm，隔板上错落开孔，孔径大小一致，使水流形成折流。
6.根据权利要求1所述的集成式污水无害化装备，其特征在于：所述光催化光源UVA(13)排列于负载光催化剂的导流隔板(11)分隔形成的廊道中部，灯管距负载光催化剂的导流隔板(11)距离不超过5cm，灯管间距离不大于10cm，底部和顶部采用固定架板控制灯管的位置，液位控制刚好淹没灯管，且灯座在液位以上。
7.根据权利要求1所述的集成式污水无害化装备，其特征在于：所述负载光催化剂的导流隔板(11)能够拆卸，通过导流隔板插槽(12)固定，导流隔板插槽(12)预埋设，与负载光催化剂的导流隔板(11)厚度同宽。
8.根据权利要求1所述的集成式污水无害化装备，其特征在于：所述超声波换能器(16)均匀的粘贴在超声波/紫外线反应槽(3)和超声波/光催化反应槽(10)底部，粘贴过程不存在缝隙，粘贴位置避开导流隔板(4)和负载光催化剂的导流隔板(11)的结合位置。
9.根据权利要求1所述的集成式污水无害化装备，其特征在于：所述集成控制柜单独控制超声波换能器(16)、紫外灯UVC(5)、光催化光源UVA(13)，实现输入功率在0～100％之间调节。
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