CN115340212A - 一种生物质三效耦合处理污水系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种生物质三效耦合处理污水系统及方法，包括主体反应器，所述主体反应器的内部从下往上依次设置第一容置空间、一级膜组件、二级膜组件、第二容置空间；一级膜组件与二级膜组件之间隔断，一级膜组件通过一级出水管路与第二容置空间连通，二级膜组件通过二级出水管路将净化后的污水排出；第一容置空间的一侧连接进污水管路，进污水管路上安装射流器，射流器一端连接臭氧发生器，臭氧发生器用于对进污水管路内的污水进行臭氧预处理；臭氧前置，不仅起到常规的消毒效果，臭氧预处理降低废水中大分子有机物的比例，增加活性炭的吸附效能，同时臭氧也在活性炭表面和内部强化其氧化性，分解吸附在活性炭上的有机物，提高臭氧的氧化效能。

Description

一种生物质三效耦合处理污水系统及方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种生物质三效耦合处理污水系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

第一，农村污水处理存在诸多问题，2019年农村污水处理率却仅为22％，远低于城镇污水90％以上的处理率，农村污水处理技术普遍是沿用城镇污水处理技术，并不完全适合农村污水的现状，从而导致建好的污水治理设施“建好不用、只晒太阳”的现象普遍存在。

第二，目前传统的生物法处理有机污水，是通过微生物的分解作用将有机物转化为二氧化碳排放到大气中，整个污水处理行业碳排放量约占总排放量的2％左右，同时污水中的氮、磷指标还具有严格标准，必须通过活性污泥等生物方法或是凝、沉淀、过滤等物理化学方法去除氮磷，这不仅导致处理流程长切复杂，还会提高运行成本，造成碳元素、氮磷钾等营养元素的浪费与流失。

第三，当前大部分农村地区仍存在化肥过量使用的问题，具体来说，化肥的过量使用有以下危害，1)导致水体富营养化，大量施用化肥，使氮、磷等营养元素大量进入水体，引起水体富营养化，造成化肥对地表水的非点源污染；2)污染地下水，长期大量施用化肥是造成地下水硝酸盐污染的重要原因，在大量施用氮肥地区，饮用水中硝态氮含量经常超过最大允许量；3)造成大气污染，氨挥发及NOx的释放等会使大气中氮含量增加而带来一系列的影响，氮肥的使用会使CH4、CO2等温室气体在大气中的含量增加，不仅能引起温室效应，而且还能够引起臭氧层的破坏。

第四，当下活性炭、活性焦在污水处理中，主要用于深度处理阶段，而在这一阶段之前有机碳、氮磷钾等营养成分已基本被处理分解，例如有机碳分解为二氧化碳排放到大气中，不仅造成有机碳的浪费，还会造成温室气体的排放。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种生物质三效耦合处理污水系统及方法，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种生物质三效耦合处理污水系统，包括主体反应器，所述主体反应器的内部从下往上依次设置第一容置空间、一级膜组件、二级膜组件、第二容置空间；一级膜组件与二级膜组件之间隔断，一级膜组件通过一级出水管路与第二容置空间连通，二级膜组件通过二级出水管路将净化后的污水排出；

所述第一容置空间的一侧连接进污水管路，进污水管路上安装射流器，射流器一端连接臭氧发生器，臭氧发生器用于对进污水管路内的污水进行臭氧预处理。

进一步，所述主体反应器上方设置活性炭仓，活性炭仓通过活性炭调节给料阀与一级出水管路连通，活性炭仓内的活性炭可通过一级出水管路进入第二容置空间。

进一步，所述活性炭仓底部固定连接有连接管道，连接管道另一端固定连接于一级出水管路，在连接管道上固定连接有活性炭调节给料阀。

进一步，所述一级膜组件包括由第一中空纤维膜丝组成，所述第一中空纤维膜丝表面分布多个0.1-0.2微米的孔。

所述二级膜组件由第二中空纤维膜丝组成，所述第二中空纤维膜丝表面分布多个0.02-0.08微米的孔；所述一级膜组件一侧设置一级出水管路，一级出水管路上安装有一级出水泵，一级出水管路连通第二容置空间。

进一步，所述臭氧发生器包括铁氟龙套，其内部设有石英管、臭氧发生器外电极和臭氧发生器内电极，在石英管外侧表面设有臭氧发生器外电。

进一步，所述射流器具有入水腔、混合腔、入气接头，混合腔的管壁上设有水压开关，混合腔内置搅拌器。

进一步，所述第一容置空间的底部设置排碳口。

第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述的生物质三效耦合处理污水系统的工作方法，包括：

通过臭氧发生器对进污水管路内的污水进行臭氧预处理，通过进污水管路将污水传输至第一容置空间内；

并经过一级膜组件处理后通过一级出水管路进入第二容置空间；

进入第二容置空间内的污水通过二级膜组件处理后经过二级出水管路排出。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明的污水处理设备结构合理、运行高效的，不是简单地将各部分简单堆积，而是通过各部分内部的结构及反应原理，实现1+1＞2的效果，本工艺改变传统工艺消毒后置方式，臭氧前置，不仅起到常规的消毒效果，臭氧预处理降低废水中大分子有机物的比例，增加活性炭的吸附效能，同时臭氧也在活性炭表面和内部强化其氧化性，分解吸附在活性炭上的有机物，提高臭氧的氧化效能，并加快活性炭的吸附再生更新速度，降低活性炭所承担的吸附负荷，增加活性炭单次使用时长，降低工程投资和再生费用，活性炭不仅吸附氨氮、磷等富营养元素，吸附在过滤膜上的活性炭粉起到对悬浮的过滤作用，吸附饱和的生物质炭用于制作生物质炭复合肥、土壤改良、土壤碳汇。

2、本发明反应结构为一体化形式，同时可通过配备现有的智能化控制系统，实现远程控制，实现无人值守最大限度降低人力投入。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的生物质三效耦合处理污水系统示意图；

其中，1-活性炭仓，2-活性炭调节给料阀，3-一级出水泵，4-二级膜组件，5-二级出水泵，6-一级膜组件，7-排炭口，8-进水口，9-主体反应器，10-射流器，11-臭氧发生器。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一：

本实施例提供了一种生物质三效耦合处理污水系统，包括主体反应器，所述主体反应器的内部从下往上依次设置第一容置空间、一级膜组件、二级膜组件、第二容置空间；所述一级膜组件与二级膜组件之间安装隔断板，一级膜组件一侧设置一级出水管路，一级出水管路上安装有一级出水泵，一级出水管路连通第二容置空间，一级出水管路上还设有活性炭调节给料阀，活性炭仓通过活性炭调节给料阀与一级出水管路连通，活性炭仓内的活性炭可通过一级出水管路进入第二容置空间；所述二级膜组件的一侧设有二级出水管路，二级出水管路用于将清洁完成的污水排出。

主体反应器的底部的第一容置空间的一侧连接进污水管路，第一容置空间的底部设置排碳口，进污水管路上安装射流器，射流器一端连接臭氧发生器，臭氧发生器用于对进污水管路内的污水进行臭氧预处理，降低污水中的大分子有机物比例，并通过进污水管路将残余臭氧进入主体反应器内分解吸附在活性炭上的有机物，提高臭氧的氧化效能，加快活性炭的吸附再生更新速度，降低活性炭所承担的吸附负荷，增加活性炭单次使用时长，降低工程投资和再生费用。

作为一种实施方式，所述一级膜组件包括由第一中空纤维膜丝组成，所述第一中空纤维膜丝表面分布多个0.02-0.08微米的孔，一级膜组件安装于一级膜组件架上；

所述二级膜组件由第二中空纤维膜丝组成，所述第二中空纤维膜丝表面分布多个0.1-0.2微米的孔，二级膜组件安装于二级膜组件架上。

作为一种实施方式，所述活性炭仓底部固定连接有连接管道，连接管道另一端固定连接于一级出水管路，在连接管道上固定连接有活性炭调节给料阀，活性炭调节给料阀连接有控制电路，控制电路包括料仓检测模块、上料启动模块和上料控制模块，控制模块在活性炭仓内部活性炭粉末的高度降低到一定程度后控制活性炭调节给料阀打开；

所述料仓检测模块包括固定连接于活性炭仓内部顶端的第一距离传感器，第一距离传感器能够检测活性炭仓内部顶端与活性炭仓内部活性炭粉末之间的距离并输出第一距离值；

所述上料启动模块连接料仓检测模块并且接收料仓检测模块输出的第一距离值，上料启动模块将第一距离值与第一预设距离值进行比较，当第一距离值大于第一预设距离值时输出启动信号；

所述上料控制模块连接上料启动模块并且响应于上料启动模块输出的启动信号，当上料控制模块接收到启动信号后控制活性炭调节给料阀开启。

作为一种实施方式，所述臭氧发生器包括铁氟龙套，其内部设有石英管、臭氧发生器外电极和臭氧发生器内电极，在石英管外侧表面设有臭氧发生器外电极，臭氧发生器外电极外部有散热条，在石英管内侧表面设有臭氧发生器内电极，臭氧发生器内电极内部有散热条，臭氧发生器内电极和臭氧发生器外电极分别与电源线连接，两根电源线穿过铁氟龙套引出到臭氧发生器外部。

作为一种实施方式，所述射流器具有入水腔、混合腔、入气接头，混合腔的管壁上设有水压开关，混合腔内置搅拌器或混合腔后的连接管内设置搅拌器。

作为一种实施方式，所述主体反应器为柱体结构，柱体介机构的底部具有漏斗状的排碳口。

所述隔断板为不透水材质构成，为倾斜设置在主体反应器内部中心区域，阻隔主体反应器的一级膜组件与二级膜组件；

可以耦合“活性炭-膜-臭氧”的反应器(9)，具体的通过实验室中试实验，得出反应器高(9)径比为2～2.9的情况下，可以使粉状活性炭在反应器(9)中实现很好的混合效果，活性炭达到好的混合效果。

本工艺改变传统工艺消毒后置方式，臭氧前置，不仅起到常规的消毒效果，臭氧预处理降低污水中大分子有机物的比例，增加活性炭的吸附效能，同时臭氧也在活性炭表面和内部强化其氧化性，分解吸附在活性炭上的有机物，提高臭氧的氧化效能，并加快活性炭的吸附再生更新速度，降低活性炭所承担的吸附负荷，增加活性炭单次使用时长，降低工程投资和再生费用。

活性炭不仅吸附氨氮、磷等富营养元素，吸附在过滤膜上的活性炭粉起到对悬浮的过滤作用。

吸附饱和的生物质炭用于制作生物质炭复合肥、土壤改良、土壤碳汇。

实施例二

一种如实施例一所述的生物质三效耦合处理污水系统的工作方法，包括：

通过臭氧发生器对进污水管路内的污水进行臭氧预处理，降低污水中的大分子有机物比例，并通过进污水管路将残余臭氧进入主体反应器的第一容置空间内分解吸附在活性炭上的有机物，提高臭氧的氧化效能，加快活性炭的吸附再生更新速度，降低活性炭所承担的吸附负荷，增加活性炭单次使用时长，降低工程投资和再生费用；

进入第一容置空间内的污水经过一级膜组件处理后通过一级出水管路进入第二容置空间，一级出水管路上可通过活性炭仓对活性炭进行补充；

进入第二容置空间内的污水通过二级膜组件处理后经过二级出水管路排出。

通过活性炭调节给料阀与一级出水管路连通，活性炭仓内的活性炭可通过一级出水管路进入第二容置空间。

具体的：①进水：待处理污水自反应器底部进水口(8)进水；

②臭氧：臭氧发生器(11)产生的臭氧通过射流器(10)在进水管中与污水混合均匀；

③反应器及排水：两级膜中一级膜组件(6)、二级膜组件(4)串联置于反应器(9)内；一级膜组件(6)与一级出水泵(3)相连，一级出水泵(3)的出水回流至反应器(9)上部，最终净水自二级膜组件(4)相连的二级出水泵(5)排出反应器，处理后的污水根据业主要求及当地的特点达到城镇污水厂一级A排放标准或山东省农村污水排放标准或达到灌溉水标准；

④活性炭投加及脱水：活性炭自上由活性炭仓(1)、活性炭调节给料阀(2)自上而下投加至反应器(9)内，在反应器(9)内与活性炭反应完全后自排炭口(7)排出，排出的活性炭至陶瓷真空过滤机或压滤机脱水后制备炭基缓释有机肥。

本工艺改变传统工艺消毒后置方式，臭氧前置，不仅起到常规的消毒效果，臭氧预处理降低污水中大分子有机物的比例，增加活性炭的吸附效能，同时臭氧也可以在活性炭表面和内部强化其氧化性，分解吸附在活性炭上的有机物，提高臭氧的氧化效能，并加快活性炭的吸附再生更新速度，降低活性炭所承担的吸附负荷，增加活性炭单次使用时长，降低工程投资和再生费用。

本发明涉及开发出一种可以耦合“活性炭-膜-臭氧”的反应器(9)，活性炭不仅吸附氨氮、磷等富营养元素，吸附在过滤膜上的活性炭粉起到对悬浮物的过滤作用。

吸附饱和的生物质炭用于制作生物质炭复合肥、土壤改良、土壤碳汇。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种生物质三效耦合处理污水系统，其特征在于，包括主体反应器，所述主体反应器的内部从下往上依次设置第一容置空间、一级膜组件、二级膜组件、第二容置空间；一级膜组件与二级膜组件之间隔断，一级膜组件通过一级出水管路与第二容置空间连通，二级膜组件通过二级出水管路将净化后的污水排出；

所述第一容置空间的一侧连接进污水管路，进污水管路上安装射流器，射流器一端连接臭氧发生器，臭氧发生器用于对进污水管路内的污水进行臭氧预处理。

2.如权利要求1所述的生物质三效耦合处理污水系统，其特征在于，所述主体反应器上方设置活性炭仓，活性炭仓通过活性炭调节给料阀与一级出水管路连通，活性炭仓内的活性炭可通过一级出水管路进入第二容置空间。

3.如权利要求1所述的生物质三效耦合处理污水系统，其特征在于，所述活性炭仓底部固定连接有连接管道，连接管道另一端固定连接于一级出水管路，在连接管道上固定连接有活性炭调节给料阀。

4.如权利要求1所述的生物质三效耦合处理污水系统，其特征在于，所述一级膜组件包括由第一中空纤维膜丝组成，所述第一中空纤维膜丝表面分布多个0.1-0.2微米的孔。

5.如权利要求1所述的生物质三效耦合处理污水系统，其特征在于，所述二级膜组件由第二中空纤维膜丝组成，所述第二中空纤维膜丝表面分布多个0.02-0.08微米的孔。

6.如权利要求1所述的生物质三效耦合处理污水系统，其特征在于，所述一级膜组件一侧设置一级出水管路，一级出水管路上安装有一级出水泵，一级出水管路连通第二容置空间。

7.如权利要求1所述的生物质三效耦合处理污水系统，其特征在于，所述臭氧发生器包括铁氟龙套，其内部设有石英管、臭氧发生器外电极和臭氧发生器内电极，在石英管外侧表面设有臭氧发生器外电。

8.如权利要求1所述的生物质三效耦合处理污水系统，其特征在于，所述射流器具有入水腔、混合腔、入气接头，混合腔的管壁上设有水压开关，混合腔内置搅拌器。

9.如权利要求1所述的生物质三效耦合处理污水系统，其特征在于，所述第一容置空间的底部设置排碳口。

10.一种如权利要求1-9任一所述的生物质三效耦合处理污水系统的工作方法，其特征在于，包括：

通过臭氧发生器对进污水管路内的污水进行臭氧预处理，通过进污水管路将污水传输至第一容置空间内；

并经过一级膜组件处理后通过一级出水管路进入第二容置空间；

进入第二容置空间内的污水通过二级膜组件处理后经过二级出水管路排出。

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