CN117088521B - 一种超声波与微生物联用的水处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于污水处理技术领域，提供一种超声波与微生物联用的水处理装置及方法，包括水处理箱；水处理箱从下往上依次设置有厌氧沉积部、曝气部、生物膜部、超声净化部；曝气部包括设置在水处理箱底部的曝气管；各个曝气管通过管路连接有浮动连接球；浮动连接球穿过厌氧沉积部位于厌氧沉积部上方；生物膜部设有连接在各个浮动连接球上方的生物膜链，各个生物膜链设置有多个用于微生物附着的填料部；浮动连接球包括与曝气管连通的气石、开口向下设置的阻气膜。本发明曝气装置能够在增加DO促进水处理箱中好氧微生物的活性的同时还能进行特定的动作，增加水体流动性以及将絮凝物带入池底便于进入二沉池，为微生物的生长改善环境从而提高水处理效率。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体说是涉及一种超声波与微生物联用的水处理装置及方法。
背景技术
现代社会中由于工业以及人类生活的发展，会产生各种生活污水、工业废水等，随之而来的便存在着水处理的问题，在工业中，水处理的过程通常离不开微生物的参与，并且具有较高的净化能力，在工业水处理中有较常采用活性污泥法、氧化沟法、SBR法用于水处理领域。
CN108658387B公开了一种光催化-微生物降解一体式水处理装置和方法，包括以光催化纤维织物分隔的上箱体和下箱体；所述上箱体的一个侧壁的上端连接有进水管；所述进水管的管口设置有过滤网；所述上箱体的顶部设置有灯管；所述下箱体中设置有固定架，所述固定架包括垂直连接于下箱体底部的支撑条和垂直于连接于所述支撑条顶端的支架；所述光催化纤维织物放置于所述支架上；所述支撑条上固定有悬浮填料；所述下箱体的一个侧壁的下端连接有出水管；所述下箱体的底部设置有曝气装置。本发明提供的水处理装置将光催化技术和微生物降解技术结合在一起，具有一体化设计，占地面积小，处理效率高。
但上述对比文件的主要技术手段也仅限于将光催化技术和微生物降解技术结合在一起，但没有提供合理改进水处理环境中的微生物生长环境的技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超声波与微生物联用的水处理装置及方法，能够在复合型的水处理环境中提供微生物合理生长环境便于提高水处理效率。
一种超声波与微生物联用的水处理装置，包括水处理箱；水处理箱从下往上依次设置有厌氧沉积部、曝气部、生物膜部、超声净化部；
所述曝气部包括设置在水处理箱底部的曝气管；各个所述曝气管与外部增压气源连通；各个所述曝气管通过管路连接有浮动连接球；所述浮动连接球穿过厌氧沉积部位于厌氧沉积部上方；
生物膜部设有连接在各个浮动连接球上方的生物膜链，各个生物膜链设置有多个用于微生物附着的填料部；所述生物膜链的上端位于水面处连接有浮子；相邻的各个浮子之间相互连接且各个浮子所组成的网与水处理箱的侧壁固定；
所述浮动连接球包括与曝气管连通的气石、开口向下设置的阻气膜；所述气石包括储气部和排气部；经排气部释放出来的气体直接进入水处理箱中，经储气部释放出来的气体被阻气膜阻挡；所述阻气膜设有用于供气体缓慢溶解入水中的溶气孔。
所述超声净化部包括设置在水处理箱上部的净化箱；水处理箱连接有与经过滤的污水水源的进水管；净化箱远离进水管的一端设有与厌氧沉积部连接的连接管；生物膜部位于进水管的一侧且靠近厌氧沉积部连接有出水管，靠近水面处设有排水管；
还包括多个与所述浮动连接球错开的超声发生管；所述超声发生管从水处理箱内底部竖直延伸至净化箱内；所述超声发生管内设有多个超声发生器，所述超声发生管超声产生的功率或声能强度从上往下减弱；所述净化箱内还设有超声催化剂。
各个所述超声发生管位于所述水处理箱内设有多个共振片；所述超声发生管内的超声发生器与各个所述共振片对应设置，所述共振片将超声发生器产生的超声波传递至水处理箱内；所述共振片产生的超声波对生物膜链处的功率为10-160W/L。
所述厌氧沉积部处的共振片处产生的超声波的功率为10-160W/L。
所述净化箱内加入超声催化剂，将净化箱内的超声声能强度范围设置在11-13W/cm2；将填料部填入生物膜填料；通过曝气管对水处理箱内进行曝气，曝气后产生污泥状絮凝物及增加溶解氧；
进水管通入过滤后的废水后，对净化箱、生物膜部和厌氧沉积部处的超声功率或声能强度设置在对应的设置范围内，通过超声发生管以特定的时长及特定的间隙产生对应的超声波；从净化箱出来的水依次进入厌氧沉积部、生物膜部、出水管或排水管。
本发明达成以下显著效果：
通过对净化箱内进行超声波对水体中的有机物、细菌、病毒、难溶颗粒等进行分解、氧化等净化的预处理；
水处理箱内的水体分别经过厌氧作用、生物膜、活性污泥对水体进行净化，能够大幅度降低COD、BOD、有机污染物、SS、总氮等污染物的含量；
曝气装置能够在增加DO促进水处理箱中好氧微生物的活性的同时还能进行特定的动作，增加水体流动性以及将絮凝物带入池底便于进入二沉池，为微生物的生长改善了环境从而提高水处理效率；
超声发生管在各个层级产生不同功率或声能强度的超声波，能分别用于净化水体和用于促进微生物生长，提高净水效率。
附图说明
图1为本发明实施例中微生物的水处理装置的结构示意图一。
图2为本发明实施例中微生物的水处理装置的结构示意图二。
图3为本发明实施例中生物膜链的结构示意图。
图4为本发明实施例中浮动连接球的结构示意图。
图5为本发明实施例中水体流向的示意图。
图6为本发明实施例中水体净化流程示意图。
其中，附图标记为：1、水处理箱；1-1、进水管；1-2、连接管；1-3、出水管；1-4、排水管；2、曝气管；3、浮动连接球；3-1、气石；3-2、阻气膜；3-3、储气部；3-4、排气部；4、生物膜链；4-1、填料部；4-2、浮子；5、净化箱；6、超声发生管；6-1、共振片。
具体实施方式
为了能更加清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
参见图1-图6，一种超声波与微生物联用的水处理装置，包括水处理箱1；水处理箱1从下往上依次设置有厌氧沉积部、曝气部、生物膜部、超声净化部；所述曝气部包括设置在水处理箱1底部的曝气管2；各个所述曝气管2与外部增压气源连通；各个所述曝气管2通过管路连接有浮动连接球3；所述浮动连接球3穿过厌氧沉积部位于厌氧沉积部上方。
生物膜部设有连接在各个浮动连接球3上方的生物膜链4，各个生物膜链4设置有多个用于微生物附着的填料部4-1；所述生物膜链4的上端位于水面处连接有浮子4-2；相邻的各个浮子4-2之间相互连接且各个浮子4-2所组成的网与水处理箱1的侧壁固定；通过各个浮子4-2的浮力使浮子保持在靠近水面处，同时通过将浮子4-2与水处理箱1的侧壁连接使得各个浮动连接球3及与其连接的生物膜链4能保持在相对稳定的空间位置，防止相互之间发生缠绕等。
所述浮动连接球3包括与曝气管2连通的气石3-1、开口向下设置的阻气膜3-2；所述气石3-1包括储气部3-3和排气部3-4；经排气部3-4释放出来的气体直接进入水处理箱1中，经储气部3-3释放出来的气体被阻气膜3-2阻挡；所述阻气膜3-2设有用于供气体缓慢溶解入水中的溶气孔；当气体从曝气管2内经浮动连接球3释放出来时，通过气石使气体形成较小气泡，同时，由于气体产生的浮力及气体释放时产生的反作用力使浮动连接球3向上漂浮，由于浮动连接球3的管路长度限制，浮动连接球3只能位于厌氧沉淀部上方漂浮，通过浮动连接球3向上漂浮以及释放的气体的作用，使水处理箱1内的水产生扰动，即避免水流过大破坏生物膜又能增加生物膜处水体通过的流量，从而增加其对水的净化效果；由于浮动连接球3位于厌氧沉积部上方，则浮动连接球3释放出的气体对水处理箱1内的水增加溶解氧而不对厌氧沉积部增加溶解氧，避免破坏厌氧沉积部的厌氧环境。
所述阻气膜3-2可选用孔径可以在5～50μm的微孔滤膜，也可采用多层滤膜，当气体被阻气膜3-2阻隔后，空气从阻气膜3-2的位于储气部3-3一侧穿过后在顶面聚集后溶于水或产生微小气泡，在空气附着在阻气膜3-2上时能够持续对浮动连接球3提供浮力，直至储气部3-3所存的空气减少至无法支撑浮动连接球3，从而达到对储气部3-3内的空气缓慢释放的效果。
所述超声净化部包括设置在水处理箱1上部的净化箱5；水处理箱1连接有与经过滤的污水水源的进水管1-1；净化箱5远离进水管1-1的一端设有与厌氧沉积部连接的连接管1-2；生物膜部位于进水管1-1的一侧且靠近厌氧沉积部连接有出水管1-3，靠近水面处设有排水管1-4；所述连接管1-2位于净化箱5出的下缘高度接近净化箱5的水面，从而减少沉积物等的进入；经过生物膜部净化后的水体经过排水管1-4排出。由于水处理设置的流程顺序以及处理方式，使得位于水处理箱1内的水体中，上层水质会优于下层水质，因此将排水管1-4设置在水处理箱1中靠近水面处。
还包括多个与所述浮动连接球3错开的超声发生管6；所述超声发生管6从水处理箱1内底部竖直延伸至净化箱5内；所述超声发生管6内设有多个超声发生器，所述超声发生管6超声产生的功率或声能强度从上往下减弱；所述净化箱5内还设有超声催化剂。
所述超声催化剂为铁、锌和二氧化钛等金属催化剂，优选为锌基催化剂；所述净化箱5内的超声波以高频率发生15kHz—20MHz，使净化箱5内的水体产生声空化现象，在水中气泡或催化剂表面形成空化泡，在空化泡破裂时形成局部高温、高压、声致发光、以及强冲击微射流等，生成强氧化性单体如羟基自由基等的生成，从而对有机物、细菌、病毒、难溶颗粒等进行分解、氧化等净化作用。
各个所述超声发生管6位于所述水处理箱1内设有多个共振片6-1；所述超声发生管6内的超声发生器与各个所述共振片6-1对应设置，所述共振片6-1将超声发生器产生的超声波传递至水处理箱1内；所述共振片6-1产生的超声波对生物膜链4处的功率为10-160W/L。通过共振片6-1将超声发生器产生的振动传递至水处理箱1内对靠近超声发生管6处的水体进行净化等，而由于对生物膜链4处的功率为10-160W/L，使超声波产生的能量对生物膜处的微生物细胞起到促进微生物生长的作用，利于生物膜对水体的净化；
具体原理如下：当低功率（10-160W/L）的超声波达到微生物处时，由于声能的作用对微生物细胞产生一定的破坏但不丧失微生物的活性，微生物在溶解氧充足的环境下能够快速修复细胞同时增加细胞活性，促进细胞生长和繁殖。
可参考《低功率密度超声波预处理对活性污泥微生物相的影响》以及《低强度超声辐射对活性污泥微生物生物种群结构及活性的影响》等著作。
进一步的，由于设置有多个共振片6-1，同一个生物膜链4上的相邻的两个共振片6-1之间产生的声波容易产生波的叠加，可测定生物膜链4中的微生物最合适生长的更为精确的功率或声能范围，如70-120W/L，则可以通过调节超声发生管6内对应的超声发生器的功率或声能，使得波的加强区刚好在生物膜链4上某一填料部4-1的浮动范围，从而实现精确控制。
同时，在阻气膜3-2将气石3-1中的储气部3-3排出的气体阻挡的状态下，所述浮动连接球3能使被阻挡的气体缓慢通过溶气孔溶于水体中，从而使水体中的DO值缓慢减少，同时缓慢下降浮动连接球3回到初始位置，直至下一次曝气过程，此过程中在用于维持水体中的DO值的同时又能避免其下降速度过快而影响超声波传递到填料部4-1对生物膜的促进生长作用，即当浮动连接球3下降过快时，单个填料部4-1所在的位置的随机性增加，其空间位置的范围也会变大，导致其容易移动至最合理的声波叠加区外。
由于设置了浮子4-2并使得浮子4-2之间组成网状与水处理箱1的侧壁相连，使得超声发生管6与相邻的生物膜链4之间的相对位置及距离能够保持在一个特定的范围内，从而能够保证对应的共振片6-1产生的超声波达到生物膜链4处的功率能够稳定在10-160W/L的范围。
所述厌氧沉积部处的共振片6-1处产生的超声波的功率为10-160W/L。通过低功率（10-160W/L）的超声波对厌氧沉积部处的微生物促进其生长及分解有机物或有害物质的能力，进而增加厌氧沉积部处微生物的厌氧微生物或兼氧微生物对水质的净化作用，提高净化效率。
具体方法如下：所述净化箱内加入超声催化剂，将净化箱内的超声声能强度范围设置在11-13W/cm2；将填料部4-1填入生物膜填料，如活性炭、石块、塑料、玻璃钢蜂窝填料等；通过曝气管2对水处理箱1内进行曝气，曝气后产生污泥状絮凝物及增加溶解氧；增加DO（溶解氧的量，表示每升水里氧气的毫克数）并在下降的过程中将絮凝物带至池底。
进一步的，生物膜部中设置有DO检测装置，通过DO检测装置，对曝气部曝气的持续时长以及时间间隔进行调节生物膜部中的水体的DO值维持在利于好氧微生物生长繁殖的范围，使其保持在高效的净化状态。
进水管1-1通入过滤后的废水后，对净化箱5、生物膜部和厌氧沉积部处的超声功率或声能强度设置在对应的设置范围内，通过超声发生管6以特定的时长及特定的间隙产生对应的超声波；从净化箱5出来的水依次进入厌氧沉积部、生物膜部、出水管1-3或排水管1-4，从出水管1-3排出的水和絮凝物最后进入二沉池处理。通过对水处理箱1内进行曝气处理，使得水处理箱1内存在活性污泥和生物膜两种生物净化模式，同时，由于浮动连接球3在曝气的过程中会随着曝气的间隔产生上下浮动，从而还能对产生的活性污泥进行捕捉，使其下落以便于进入二沉池。
同时，由于厌氧沉积部的渗透速度相对较慢，则仅需控制进水管1-1中的进水流速，即可控制净化箱5通过连接管1-2的流速，以便厌氧沉淀部能够进行充分的净化作用，同时也给生物膜部提供充足的净化时间，提高净化程度。
通过对净化箱5内进行超声波对水体进行对有机物、细菌、病毒、难溶颗粒等进行分解、氧化等净化的预处理，降低水中的COD、BOD值，通过连接管1-2使水体进入水处理箱1中；随后水体经过厌氧沉积部后经过渗透到水处理箱1中进入生物膜部，最后通过排水管1-4或出水管1-3排出，此时水处理箱1内的水体分别经过厌氧作用、生物膜、活性污泥对水体进行净化，能够大幅度降低COD、BOD、有机污染物、SS、总氮等污染物的含量；曝气装置能够在增加DO促进水处理箱1中好氧微生物的活性的同时还能进行特定的动作，增加水体流动性以及将絮凝物带入池底便于进入二沉池；超声发生管6在各个层级产生不同功率或声能强度的超声波，能分别用于净化水体和用于促进微生物生长，提高净水效率。
本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种超声波与微生物联用的水处理装置，其特征在于，包括水处理箱（1）；水处理箱（1）从下往上依次设置有厌氧沉积部、曝气部、生物膜部、超声净化部；
所述曝气部包括设置在水处理箱（1）底部的曝气管（2）；各个所述曝气管（2）与外部增压气源连通；各个所述曝气管（2）通过管路连接有浮动连接球（3）；所述浮动连接球（3）穿过厌氧沉积部位于厌氧沉积部上方；
生物膜部设有连接在各个浮动连接球（3）上方的生物膜链（4），各个生物膜链（4）设置有多个用于微生物附着的填料部（4-1）；所述生物膜链（4）的上端位于水面处连接有浮子（4-2）；相邻的各个浮子（4-2）之间相互连接且各个浮子（4-2）所组成的网与水处理箱（1）的侧壁固定；
所述浮动连接球（3）包括与曝气管（2）连通的气石（3-1）、开口向下设置的阻气膜（3-2）；所述气石（3-1）包括储气部（3-3）和排气部（3-4）；经排气部（3-4）释放出来的气体直接进入水处理箱（1）中，经储气部（3-3）释放出来的气体被阻气膜（3-2）阻挡；所述阻气膜（3-2）设有用于供气体缓慢溶解入水中的溶气孔；
所述超声净化部包括设置在水处理箱（1）上部的净化箱（5）；水处理箱（1）连接有经过滤的污水水源的进水管（1-1）；净化箱（5）远离进水管（1-1）的一端设有与厌氧沉积部连接的连接管（1-2）；生物膜部位于进水管（1-1）的一侧且靠近厌氧沉积部连接有出水管（1-3），靠近水面处设有排水管（1-4）；
还包括多个与所述浮动连接球（3）错开的超声发生管（6）；所述超声发生管（6）从水处理箱（1）内底部竖直延伸至净化箱（5）内；所述超声发生管（6）内设有多个超声发生器，所述超声发生管（6）超声产生的功率或声能强度从上往下减弱；所述净化箱（5）内还设有超声催化剂；
各个所述超声发生管（6）位于所述水处理箱（1）内设有多个共振片（6-1）；所述超声发生管（6）内的超声发生器与各个所述共振片（6-1）对应设置，所述共振片（6-1）将超声发生器产生的超声波传递至水处理箱（1）内；所述共振片（6-1）产生的超声波对生物膜链（4）处的功率为10-160W/L。
2.如权利要求1所述的超声波与微生物联用的水处理装置，其特征在于，所述厌氧沉积部处的共振片（6-1）处产生的超声波的功率为10-160W/L。
3.一种超声波与微生物联用的水处理方法，其特征在于，采用如权利要求2所述的超声波与微生物联用的水处理装置，所述净化箱内加入超声催化剂，将净化箱内的超声声能强度范围设置在11-13W/cm2；将填料部（4-1）填入生物膜填料；通过曝气管（2）对水处理箱（1）内进行曝气，曝气后产生污泥状絮凝物及增加溶解氧；
进水管（1-1）通入过滤后的废水后，对净化箱（5）、生物膜部和厌氧沉积部处的超声功率或声能强度设置在对应的设置范围内，通过超声发生管（6）以特定的时长及特定的间隙产生对应的超声波；从净化箱（5）出来的水依次进入厌氧沉积部、生物膜部、出水管（1-3）或排水管（1-4）。
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