一种污水深度处理装置及其应用

摘要

本发明公开了一种污水深度处理装置。它由流化床反应器装置和光反应器装置两个部分组成。各部分结构分别包括：进水泵、流化床反应器、第一空气分布器、加压空气泵、砂滤柱等；附着催化剂的折流板、石英管穿孔、紫外灯、第二空气分布器、空气泵等。本发明还公开了该装置在污水处理中的应用。本发明能够将吸附和光催化降解结合高效净化污水，利用流化床反应器中的混合粘土吸附剂有效吸附去除污水中的硝酸盐和磷酸盐等阴离子，利用折流式光反应器去除污水中的有机污染物，吸附过程可作为后续光降解反应的预处理步骤，提高了光催化效率。吸附与光催化耦合处理技术弥补单个技术的不足，提高了整体的去除效率，可作为城市污水再生的替代处理技术。

权利要求

1.一种污水深度处理装置，其特征在于：该装置包括流化床反应器装置和光反应器装置两部分；

所述流化床反应器装置包括进水泵（1）、第一管线（16）、第二管线（17）、第三管线（18）、第四管线（19）、流化床反应器（2）、砂滤柱（5）和空气泵（11），所述流化床反应器（2）由罐体构成，所述罐体从上至下由玻璃柱、曝气底盘和可拆卸式的倒锥体组成，在玻璃柱内曝气底盘上设有环形挡圈（3）和粘土混合吸附剂，在倒锥体锥底设置有第一空气分布器（4），所述砂滤柱（5）由砂床和支撑砂床的玻璃圆盘过滤器组成，所述罐体上部分的一侧设有第一取样口（S1），罐体中部连接有第二管线（17）、第二管线（17）另一端与进水泵（1）连接，罐体底部的倒锥体与空气泵（11）通过第三管线（18）相连接，砂滤柱（5）的上端与第一取样口（S1）通过第一管线（16）相连接；砂滤柱（5）的下端设有第二取样口（S2），第二取样口（S2）通过第四管线（19）与光反应器装置连接；

所述光反应器装置包括进水口（S3）、光反应器（8）、出水口取样口（S4）和置于光反应器（8）内部的折流单元、石英穿孔管、第二空气分布器（20）、空气泵（11）组成，所述进水口（S3）位于光反应器（8）的一端，所述进水口（S3）通过第四管线（19）与砂滤柱（5）的下端连接，所述出水口取样口（S4）位于光反应器（8）的另一端，所述折流单元由一组垂直于光反应器（8）底部固定设有各面都附有催化剂的折流板（9）组成，所述石英穿孔管与折流板（9）平行且间隔设置，所述石英穿孔管中设有紫外灯（10），所述第二空气分布器（20）设在光反应器（8）底部一侧，所述空气泵（11）与第二空气分布器（20）连接；

所述粘土混合吸附剂由10%～15%钠基膨润土、10%～20%高岭土、1%～5%沸石和

50%～70%石灰制成，各组分含量之和为100%。

2.根据权利要求1所述一种污水深度处理装置，其特征在于：所述折流板（9）上固定设有生长二氧化钛纳米管的钛基板，所述催化剂为二氧化钛催化剂，附着在钛基板上。

3.根据权利要求1所述的一种污水深度处理装置，其特征在于：所述砂滤柱（5）的直径为3～6cm、高为30～60cm，所述砂床厚度为10～20cm。

4.根据权利要求3所述的一种污水深度处理装置，其特征在于：所述砂床分为下部分

3～6cm厚度的粗砂（7）和上部分7～14cm的细砂（6）组成。

5.根据权利要求4所述的一种污水深度处理装置，其特征在于：所述粗砂（7）的粒径为

0.42～1mm，所述细砂（6）的粒径为0.13～0.36mm。

6.根据权利要求4所述的一种污水深度处理装置，其特征在于：所述第一空气分布器（4）和第二空气分布器（20）的孔径为45μm。

7.根据权利要求4所述的一种污水深度处理装置，其特征在于：所述玻璃柱为塑料玻璃柱。

8.权利要求1-7任意一项所述的一种污水深度处理装置在污水处理方面的应用。

说明书

一种污水深度处理装置及其应用

技术领域

[0001] 本发明涉及污水处理技术和光催化技术，具体涉及一种污水深度处理装置及其应用。

背景技术

[0002] 生物处理技术具有低成本和易于操作的特点，城市污水处理厂广泛采用生物处理工艺去除大部分污染物，一个操作良好状态的生物处理系统可以去除污水中的90%的COD。近年来，水资源的短缺和日益增加的需求已成为世界关注，而污水回用是被用来解决这一问题的可行的措施。

[0003] 然而，污水中存在一些污染物是很难被降解的并且微生物的生长可能会导致生物惰性物质产生，导致出水水质下降。除此以外，排放的生活污水中含有大量磷和氮，这些过量的无机污染物进入水体中会使藻类飞速生长而导致富营养化。传统的生物处理技术在最优条件下，其本身可以有效减少这些营养物质，但是由于运作困难，生物处理过程出水水质波动很大。因此，需要成本比较低廉的方法和设备，以有效且稳定的去除水中污水中的氮、磷及类似溶解物。

[0004] 吸附是一种去除污水中难生物降解的污染物的最有效的技术之一，具有易于操作、原料广泛易得、成本低廉等特点。天然粘土作为吸附剂具有成本低，来源丰富、无毒和与带电污染物间存在者潜在的离子交换等特点，具有广阔的应用前景。常见的天然粘土吸附剂有高岭土、膨润土、蒙脱土等，将这些天然粘土以一定的比例混合焙烧，形成的混合吸附剂吸附能力高，并且通过热处理很容易再生，可应用于污水处理系统中。

[0005] 光催化是一种环境友好型污水处理技术，二氧化钛是应用于光催化的一种最常见的催化剂，具有去除范围广、光化学稳定性高、低毒和低成本的特点；并对水中难降解的有毒有害有机物和致病菌有着良好的去除能力；但二氧化钛在悬浮液中容易聚集，降低催化效率，且催化剂回收比较困难。

发明内容

[0006] 发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种污水深度处理装置及其应用。

[0007] 技术方案：本发明提供了一种污水深度处理装置，该装置包括流化床反应器装置和光反应器装置两部分；

[0008] 所述流化床反应器装置包括进水泵、第一管线、第二管线、第三管线、第四管线、流化床反应器、砂滤柱和空气泵，所述流化床反应器由罐体构成，所述罐体从上至下由玻璃柱、曝气底盘和可拆卸式的倒锥体组成，为了加压空气流量计控制以保证常量曝气，为提高流化床反应器均匀流体的水动力性能，在曝气盘上设置一个环形挡圈，引导水流以上流式穿过反应器在玻璃柱内曝气底盘上设有环形挡圈和粘土混合吸附剂，在倒锥体锥底设置有第一空气分布器，所述砂滤柱由砂床和支撑砂床的玻璃圆盘过滤器组成，所述罐体上部分的一侧设有第一取样口，罐体中部连接有第二管线、第二管线另一端与进水泵连接，罐体底部的倒锥体与空气泵通过第三管线相连接，砂滤柱的上端与第一取样口通过第一管线相连接；砂滤柱的下端设有第二取样口，第二取样口通过第四管线与光反应器装置连接；

[0009] 所述光反应器装置包括进水口、光反应器、出水口取样口和置于光反应器内部的折流单元、石英穿孔管、第二空气分布器、空气泵组成，所述进水口位于光反应器的一端，所述进水口通过第四管线与砂滤柱的下端连接，所述出水口取样口位于光反应器的另一端，所述折流单元由一组垂直于光反应器底部固定设有各面都附有催化剂的折流板组成，所述石英穿孔管与折流板平行且间隔设置，所述石英穿孔管中设有紫外灯，所述第二空气分布器设在光反应器底部一侧，所述空气泵与第二空气分布器连接。

[0010] 为了能有较好的吸附效果，所述粘土混合吸附剂由10%～15%钠基膨润土、10%～20%高岭土、1%～5%沸石和50%～70%石灰制成。

[0011] 为了使得二氧化钛容易聚集，提高催化效率，所述折流板上固定设有生长二氧化钛纳米管的钛基板，所述催化剂为二氧化钛催化剂，附着在钛基板上。

[0012] 为了达到更好的过滤效果，所述砂滤柱的直径为3～6cm、高为30～60cm，所述砂床厚度为10～20cm。所述砂床分为下部分3～6cm厚度的粗砂和上部分7～14cm的细砂组成。所述粗砂的粒径为0.42～1mm，所述细砂的粒径为0.13～0.36mm。所述空气分布器的孔径为45μm。

[0013] 其中，所述玻璃柱为塑料玻璃柱。

[0014] 上述污水深度处理装置在污水处理方面的应用。

[0015] 有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：利用水处理吸附-光催化耦合技术设计的装置，能够将吸附和光催化降解结合高效净化污水，操作灵活方便、运行成本低廉、处理污水中氮、磷及有机污染物等，利用的粘土混合吸附剂是以天然粘土以一定的比例混合焙烧，形成的混合吸附剂吸附能力高，并且通过热处理很容易再生，流化床反应器中的混合粘土吸附剂有效吸附去除污水中的硝酸盐和磷酸盐等阴离子，以钛基板上生长的二氧化钛纳米管可以使得二氧化钛聚集，提高催化效率，并且通过增加光催化过程的水力停留时间，提高去除效率，折流式反应器设置水流方向为上下流动可以去除污水中的有机污染物，既充分混匀反应溶液又增加其与催化剂的接触时间，提高了光催化效率，利用折流式光反应器吸附过程可作为后续光降解反应的预处理步骤，吸附与光催化耦合处理技术弥补单个技术的不足，提高了整体的去除效率，可作为城市污水再生的替代处理技术。附图说明：

[0016] 图1是本发明装置的结构示意图。具体实施方式：

[0017] 实施例1：

[0018] 一种污水深度处理装置，该装置包括流化床反应器装置和光反应器装置两部分；所述流化床反应器装置包括进水泵1、第一管线16、第二管线17、第三管线18、第四管线19、流化床反应器2、砂滤柱5和空气泵11，所述流化床反应器2由罐体构成，所述罐体从上至下由玻璃柱、曝气底盘和可拆卸式的倒锥体组成，在玻璃柱内曝气底盘上设有环形挡圈3和粘土混合吸附剂，在倒锥体锥底设置有第一空气分布器4，所述砂滤柱5由砂床和支撑砂床的玻璃圆盘过滤器组成，所述罐体上部分的一侧设有第一取样口S1，罐体中部连接有第二管线17、第二管线17另一端与进水泵1连接，罐体底部的倒锥体与空气泵11通过第三管线18相连接，砂滤柱5的上端与第一取样口S1通过第一管线16相连接；砂滤柱5的下端设有第二取样口S2，第二取样口S2通过第四管线19与光反应器装置连接；所述光反应器装置包括进水口S3、光反应器8、出水口取样口S4和置于光反应器8内部的折流单元、石英穿孔管、第二空气分布器20、空气泵11组成，所述进水口S3位于光反应器的一端，所述进水口S3通过第四管线19与砂滤柱5的下端连接，所述出水口取样口S4位于光反应器8的另一端，所述折流单元由一组垂直于光反应器8底部固定设有各面都附有催化剂的折流板
9组成，所述石英穿孔管与折流板9平行且间隔设置，所述石英穿孔管中设有紫外灯10，所述第二空气分布器20设在光反应器底部一侧，所述空气泵11与第二空气分布器20连接。
所述可拆卸倒锥体底部中配置一个平均孔径为45μm的气体分布器。加压空气流量计控制以保证常量曝气。为提高流化床反应器均匀流体的水动力性能，在曝气盘上设置一个环形挡圈，引导水流以上流式穿过反应器。吸附过程中的粘土吸附剂15%钠基膨润土，10%高岭土，5%沸石和70%石灰特定比例组合而成，这种粘土混合物在300℃下热处理1.5小时，并保持在干燥器中。

[0019] 所述流化床反应装置自上而下由头部进水点，中间连接砂滤柱的取样口和出水口。所述砂滤柱为一个直径3厘米，高度30厘米，砂床厚度为10cm的塑料玻璃柱，里面充填两种不同粒径的砂子。该砂滤柱配备一个烧结的玻璃圆盘过滤器来支撑砂床，并用塞子密封促进过滤过程中的有压条件。砂床最初填满3厘米的粗砂7，粒径为0.42mm，以避免圆盘过滤器可能会堵塞，随后是7厘米的细砂6，粒径为0.13mm，这种配置可以使粘土颗粒和沉淀过程形成的颗粒被截留至砂床中，但是残留的溶解态污染物可以穿过砂床。

[0020] 所述砂床砂粒布置方式，可以得到一个10mL/min的平均渗透速度，当砂床因为颗粒堵塞而使渗透速度降至8mL/min，或因达到半饱和状态为避免击穿情况，需要更换砂床。

[0021] 所述折流板9上固定设有生长二氧化钛纳米管的钛基板，所述催化剂为二氧化钛催化剂，附着在钛基板上。其中附着在折流板的催化剂，是利用阳极氧化法，把钛基板表面上生长二氧化钛纳米管，该方法制备的二氧化钛催化剂不容易脱落；然后将制成的生长二氧化钛纳米管的钛基板固定在折流板上。

[0022] 所述钛基板表面上生长二氧化钛纳米管利用阳极氧化法，钛基板为阳极，镍板为阴极，电解液为1/12mol氟化铵和0.5wt%草酸的混合水溶液，阳极氧化反应在室温下持续进行磁力搅拌，反应时间为60min，上述反应所外加电压为20V。所述紫外灯的波长为254nm，并定在石英穿孔管中；45μm空气分布器用来均匀曝气，保证反应器溶液的混合和提供光催化的氧气。所述光反应器形成了二氧化钛-折流式光反应器。

[0023] 流化床反应器装置和光反应器装置构成了一个完整的污水再生的替代处理系统。

[0024] 实施例2：

[0025] 与实施例1基本相同，所不同的在于：所述粘土混合吸附剂由15%钠基膨润土、20%高岭土、5%沸石和60%石灰制成，所述砂滤柱5的直径为6cm、高为60cm，所述砂床厚度为20cm。所述砂床分为下部分6cm厚度的粗砂7和上部分14cm的细砂6组成。所述粗砂7的粒径为1mm，所述细砂6的粒径为0.36mm。

[0026] 实施例3：

[0027] 与实施例1基本相同，所不同的在于：所述粘土混合吸附剂由12%钠基膨润土、15%高岭土、3%沸石和70%石灰制成，所述砂滤柱5的直径为4cm、高为45cm，所述砂床厚度为15cm。所述砂床分为下部分5cm厚度的粗砂7和上部分10cm的细砂6组成。所述粗砂7的粒径为0.6mm，所述细砂6的粒径为0.2mm。

[0028] 本发明的工作原理：污水经由进水泵1提升后进入流化床反应器2内，第一空气分布器4不断的提供的加压空气，使污水产生小泡。然后加入适量的混合粘土吸附剂于反应器4中，使其充分吸附污染物，流化床反应器内粘土混合物吸附污染物以连续模式运行。当反应内悬浮液不断转移至砂滤柱5前，在砂滤柱内定时间取样并分析残留污染物浓度。原污水不断流进流化床反应器内以保证反应器内体积恒定，每隔2h也要添加一次粘土混合物，以保持其吸附能力。

[0029] 经流化床反应器处理后的出水转移至蓄水池内，以保证二氧化钛-折流式光反应器系统运行的足够体积。污水经水泵提升后进入光反应器后，通过反应器底部曝气提高均匀水流的水动力性能和光催化反应；根据出水水质还可以调节光反应器中水力停留时间。将固定有二氧化钛的折流板置于黑暗中半个小时，并保证启动光反应器反应前以常数扩散混合。采用离子色谱（ICS-2000）分析样品中的硝酸盐、磷酸盐，以及用TOC仪（Multi N/C2100）分析水样中的化学需氧量，确保经本发明装置处理后出水水质满足水质安全要求。

[0030] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，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。