CN103420539A

CN103420539A - 一体式污水处理装置及方法

Info

Publication number: CN103420539A
Application number: CN2012101643220A
Authority: CN
Inventors: 张洪生
Original assignee: BEIJING HUACHEN JIGUANG TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING HUACHEN JIGUANG TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-05-24
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2013-12-04

Abstract

本发明公开了一体式污水处理装置及方法，包括：膜生物反应处理器、臭氧发生***和至少一个UV光源组成的UV分解处理器。通过采用组合处理方法，使得膜对污水的分离与活性污泥对有机物的降解相结合，再经过羟基自由基进行高级氧化。根据本发明的一体式污水处理装置及方法，其不仅可以采用膜生物反应处理器中的曝气单元进行曝气处理和生物活性污泥中的好氧微生物进行降解处理来去除污水中存在的大分子有机物、病毒及微生物；还可以通过紫外线照射在臭氧和水分子的气液混合体上，产生氧化性能极强的羟基自由基。羟基自由基利用自身极强的氧化性使水中有机物彻底分解、进一步去除微生物，并且其产物为二氧化碳和水，实现对污水极佳的除味、脱色、消毒灭菌、去除COD、BOD、氨、氮、磷等有害物质的目的。

Description

一体式污水处理装置及方法

技术领域

本发明涉及采用结合多种污水处理技术进行的污水处理装置及方法，具体涉及采用膜生物反应处理器（Membrane Bio-Reactor，简称MBR）、以及高级氧化技术（Advanced Oxidation Processes，简称AOP技术）等多种污水处理技术相结合而进行的污水处理方法，属于水污染处理技术领域。

背景技术

水资源环境保护是现今社会广泛关注的问题。长期以来，人们采用不同技术和方法对污水进行处理。常用的污水处理方法有三大类，其一，采用格栅、过滤、沉淀、气浮、反渗透等物理处理方法进行水污染处理；其二，采用电解、氧化还原、吸附、萃取等化学处理方；其三，采用活性污泥法、生物膜法、微生物分解等方法将污泥中的有机污染物转化成无害物质的生物处理方法。其中，生物处理方法是处理目前水污染越来越常用的方法。采用现有的污水处理技术进行污水处理存在很多弊端，例如，对污水中的大分子物质的处理，无论是采用现有的哪种方法处理都比较难。

传统的化学氧化法由于氧化能力差，反应有选择性等原因，往往不能直接达到完全去除有机物降低总有机碳（Total Organic Carbon，简称TOC）和化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，简称COD）目的。除此之外，传统的化学氧化处理方法由于其氧化能力差、且加药处理又会造成水的二次污染。而利用现有的生物处理方法，对可生化性差、相对分子质量从几千到几万的物质处理不力。而且生物处理如果对微生物的处理不够彻底，还会导致出水水质差等问题。因此，传统的化学氧化法和生物处理方法越来越不为人们接受。

膜生物反应处理器是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术，目前广泛应用于污水处理领域。膜生物反应处理器以膜组件取代二次沉淀池（Secondary Settling Tank简称二沉池），并且其生物反应器中保持高活性污泥浓度，减少污水处理设施占地，并通过保持低污泥负荷减少污泥量。膜生物反应处理器包含了曝气、固液分离、微生物降解等多种水处理技术，将病毒、微生物、悬浮物大幅去除，但是经膜生物反应处理器处理后的水依然会残留相当量的微生物。此外，膜生物反应处理器对水中的异味、颜色、COD、BOD、氨、氮、磷等达不到去除效果。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一体式污水处理装置及方法，其通过采用膜生物反应处理器和高级氧化技术一体式组合方案，使用活性污泥中的微生物和曝气***对有机物的降解功能与膜对污水的分离功能相结合，出水后经臭氧和紫外线处理，再经过羟基自由基（.OH）的高级氧化过程，保证了出水水质更优。本发明为解决其技术问题采用的技术方案如下：

一体式污水处理装置，其包括前箱体和后箱体，其中所述前箱体的上部分为PIC电控***，下部分为高级氧化单元，所述高级氧化单元包括气液混合泵、自吸泵、臭氧发生***、UV分解处理器；所述后箱体包括膜生物反应处理器，外接潜水泵与所述后箱体连接，所述膜生物反应处理器与所述自吸泵相连，所述自吸泵与所述气液混合泵串接，所述臭氧发生***与所述气液混合泵相连，所述气液混合泵与所述UV分解处理器连接；所述UV分解处理器包含至少一个UV光源，所述PIC电控***同时控制所述UV分解处理器与所述臭氧发生器的工作，所述气泵连接的管道直接与所述膜生物反应处理器底部的曝气单元相连。

优选地，所述臭氧发生***包括分子筛、无油压缩机和高压电晕发生器。

所述膜生物反应处理器包括用于膜分离的膜组件单元、容纳活性污泥的生物处理单元。其中，所述膜组件单元由聚乙烯中空纤维膜丝组件构成，所述聚乙烯中空纤维膜丝组件对污泥中的水进行分离，从而进行固液分离。

进一步地，所述曝气单元在所述膜生物反应处理器的底部并包含若干曝气孔，其对注入的污水进行曝气。

进一步地，所述一体式污水处理装置还包括液位控制器，其通过控制潜水泵和自吸泵来调节后箱体中的水位高低。

经膜生物反应处理器处理后的水经所述自吸泵注入所述气液混合泵，所述臭氧发生***产生的高浓度臭氧也进入所述气液混合泵，从而使得高浓度臭氧在所述气液混合泵中与水分子充分混合。

本发明为解决其技术问题还采用如下的技术方案：

一体式污水处理方法，其步骤包括：

步骤一，由外接潜水泵将污水注入后箱体内，采用置于膜生物反应处理器下方的的曝气单元对污水进行曝气，从而使得污水中大的有机颗粒处于悬浮状态；

步骤二、由活性污泥中的好氧微生物对有机物进行生物降解，同时曝气单元产生的气泡上浮对膜组件单元上的聚乙烯中空纤维膜丝表面产生剪切力，从而去掉聚乙烯中空纤维膜丝表面污物，使得膜组件单元运行畅通；

步骤三，经曝气和生物降解处理后，污水被吸入膜生物反应处理器的聚乙烯中空纤维膜丝上，通过聚乙烯中空纤维膜丝进行固液分离处理，从而使得污水中的有机颗粒悬浮物和微生物从污水中分离出来，并将处理后的水经自吸泵注入气液混合泵；

步骤四，采用臭氧发生***连续地产生高浓度的臭氧，高浓度的臭氧进入气液混合泵中并溶于水，形成臭氧水；

步骤五，气液混合泵中的臭氧水进入UV分解处理器，从而得以紫外线照射；

步骤六，气液混合泵中的臭氧水经UV分解处理器产生的紫外线的照射，进行消毒灭菌光波、断键降解有机物；

步骤七、臭氧被断键后形成的氧原子，其与被紫外线激活的水分子相结合从而产生羟基自由基；

步骤八，在UV分解处理器中以羟基自由基为主要氧化剂，对水中的有机物进行降解、除味和脱色；

步骤九，通过与膜生物反应处理器相连的液位控制器来限制污水进入时的最高水位和排水时的最低水位，并提供电信号给PIC自控装置来控制潜水泵、自吸泵、气液混合泵、臭氧发生器和UV分解处理器的联动，从而实现污水处理的全自动化过程控制。

进一步地，所述羟基自由基与有机物发生羟基自由基的链式反应；进一步发生氧化分解反应，直至水中有毒有害的有机物降解为二氧化碳和水。

本发明采用以上技术方案具有明显有益效果。其一，采用膜生物反应处理器中的曝气单元进行曝气处理和生物活性污泥中微生物进行降解处理，大大去除了污水中存在的大分子有机物，并将有机物转化成无毒无害物质。其二，经过膜生物反应处理器处理后的水与臭氧发生***产生的臭氧相结合，通过紫外线照射进行消毒灭菌光波断键降解有机物并产生浓度极高的羟基自由基，羟基自由基利用自身极强的氧化性使水中其余有机物彻底分解、进一步去除微生物，实现除味、脱色、消毒灭菌的目的。

由于所述羟基自由基与有机物发生羟基自由基的链式反应；进一步发生氧化分解反应，直至水中有毒有害的有机物降解为二氧化碳和水。本发明利用羟基自由基与不同有机物的反应速率常数相差很小，当水中存在多种污染物时，不会出现一种物质得到降解而另一种物质基本不变的情况。此外，羟基自由基能直接与废水中的污染物反应将其降解为二氧化碳、水和无害物，因此不会产生二次污染。再则，氧化过程中产生的中间产物可以继续同羟基自由基反应，直至最后完全被氧化成二氧化碳和水，从而达到较为彻底净化污水的目的。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

图1为根据本发明的一体式污水处理装置的一个具体实施例的结构示意图；

图2为根据本发明的一体式污水处理装置的一个具体实施例的俯视图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达到其目的所采用的技术手段及有益效果，并可以依据本说明书的详细介绍对本发明进行实施，以下结合附图及本发明的较佳实施例，对本发明的具体实施方式详细说明如后。

本发明揭露了一体式污水处理装置，其采用膜生物反应处理器和高级氧化技术相结合的方式，通过活性污泥法对有机物的降解结合膜对污水的分离，出水后再经过羟基自由基的高级氧化作用，保证了出水水质更优。

图1示出了根据本发明的一体式污水处理装置的一个具体实施例的结构示意图。图2示出了根据本发明的一体式污水处理装置的一个具体实施例的俯视图。结合图1和图2可以看出，根据本发明的一体式污水处理装置包括：膜生物反应处理器1、包含至少一个UV光源的UV分解处理器2、臭氧发生***3、污水进水口4、净水出水口5、潜水泵6、气泵7、气液混合泵8、PIC电控***9和自吸泵10。其中，污水进水口4与膜生物反应处理器1所在后箱体连接，潜水泵6将污水井中的污水经污水进水口4抽入膜生物反应处理器1所在后箱体内。膜生物反应处理器1经自吸泵10与气液混合泵8相连，臭氧发生***3与气液混合泵8相连，经所述膜生物反应处理器1处理后的水流入气液混合泵8，与臭氧发生***3中产生的臭氧混合。优选地，所述UV分解处理器2与臭氧发生***3连接于所述PIC电控***9中，并由所述PIC电控***9控制其同时工作；气泵7通过连接的管道直接与所述膜生物反应处理器1底部的曝气单元102连接。

在一个优选实施例中，本发明的一体式污水处理装置由前箱体和后箱体组成。其中，所述前箱体包括上下两部分，上部分为PIC电控***9，下部分为高级氧化单元。所述高级氧化单元包括UV分解处理器2、臭氧发生***3、气液混合泵8、自吸泵10。较佳地，所述臭氧发生***3包括分子筛、无油压缩机和高压电晕发生器。

所述后箱体包括膜生物反应处理器1，外接潜水泵6与所述后箱体连接。所述膜生物反应处理器1与所述自吸泵10相连，所述自吸泵10与所述气液混合泵8串接，所述臭氧发生***3与所述气液混合泵8相连，所述气液混合泵8与所述UV分解处理器2连接。所述UV分解处理器2包含至少一个UV光源。所述PIC电控***同时控制所述UV分解处理器与所述臭氧发生器工作。

所述污水由潜水泵6从污水井中抽出进入膜生物反应处理器1所在后箱体中。液位控制器11与膜生物反应处理器1相连，其通过控制潜水泵6和自吸泵10来调节后箱体中的水位高低。膜生物反应处理器1包括用于膜分离的膜组件单元101、容纳活性污泥的生物处理单元（图中未示出）。所述膜组件单元101由聚乙烯中空纤维膜丝组件构成，该聚乙烯中空纤维膜丝组件能够对污泥中的水进行分离。膜生物反应处理器1可以同时起到生物膜载体和无泡曝气的双重作用。从图1可以看出，曝气单元102置于膜生物反应处理器1的底部，该曝气单元102包含若干曝气孔。气泵7连接的管道直接与所述膜生物反应处理器1底端的曝气单元102连接。

所述膜生物反应处理器1首先通过该曝气单元101对注入的污水进行曝气，使得污水中的有机颗粒处于悬浮状态，生成悬浮物并由生物处理单元中的活性污泥所含好氧微生物对水中的有机物进行降解；然后通过聚乙烯中空纤维膜丝组件进行固液分离处理, 将所述悬浮物从液体中分离出来。聚乙烯中空纤维膜丝的选择能够有效地对污泥中的水进行分离，使水进入下一道处理环节。污水在膜生物反应处理器1中经过膜组件单元101和生物处理单元顺序处理后，水中的病毒、微生物和悬浮物得以大幅去除。

结合图1中所示，经膜生物反应处理器1处理后的水被注入气液混合泵8，臭氧发生***3产生的高浓度臭氧进入气液混合泵8中，从而使得高浓度臭氧在水分子中充分溶解，并与水分子相结合。在UV分解处理器2发出的紫外线的照射下，通过光电化学反应，进行消毒灭菌、光波断键降解有机物并激活水分子，产生氧化能力极强的羟基自由基。羟基自由基是一种重要的活性物质，从分子式上看是由氢氧根（OHˉ）失去一个电子形成。羟基自由基具有极强的得电子能力，也就是氧化能力，氧化电位为2.8V，是自然界中仅次于氟的氧化剂。这种氧化能力极强的羟基自由基不仅对水中的各种有毒有害物质继续降解、除味、脱色，而且有极强的消毒灭菌功能。

本发明还揭露了一体式污水处理方法，包括如下步骤：

步骤一，由外接潜水泵将污水注入后箱体内，采用置于膜生物反应处理器下方的曝气单元对污水进行曝气，曝气处理使得污水中较大或大的有机颗粒处于悬浮状态；

步骤二、由活性污泥中的微生物对有机物进行生物降解，同时曝气单元产生大量上浮气泡，对膜丝表面产生剪切力，可以方便的去掉膜丝表面污物，使膜组件可以畅通地长期运行；

步骤三，经曝气和生物降解处理后污水被吸入膜生物反应处理器的聚乙烯中空纤维膜丝膜丝中，通过聚乙烯中空纤维膜丝膜丝进行固液分离处理，从而使得污水中的有机颗粒悬浮物可以从污水中分离出来，并将处理后的水经自吸泵注入气液混合泵；

步骤四，采用臭氧发生***连续地产生高浓度的臭氧，高浓度的臭氧进入气液混合泵8中并溶于水，形成臭氧水；

步骤五，气液混合泵的臭氧水进入UV分解处理器被其产生的紫外线照射；

步骤七，臭氧被断键后形成的氧原子，其与被紫外线激活的水分子相结合从而产生羟基自由基；

步骤九，通过与膜生物反应处理器相连的液位控制器限制污水进入时的最高水位和排水时的最低水位，并提供电信号给PIC电控***来控制潜水泵、自吸泵、气液混合泵、臭氧发生***和UV分解处理器的联动，从而实现污水处理的全自动化过程控制。

羟基自由基与有机物发生链式反应，进一步发生氧化分解反应，直至水中有毒有害的有机物降解为二氧化碳和水。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims

1.一体式污水处理装置，其特征在于，包括前箱体和后箱体，其中所述前箱体的上部分为PIC电控***，下部分为高级氧化单元，所述高级氧化单元包括气液混合泵、自吸泵、臭氧发生***、UV分解处理器；所述后箱体包括膜生物反应处理器，外接潜水泵与所述后箱体连接，所述膜生物反应处理器与所述自吸泵相连，所述自吸泵与所述气液混合泵串接，所述臭氧发生***与所述气液混合泵相连，所述气液混合泵与所述UV分解处理器连接；所述UV分解处理器包含至少一个UV光源，所述PIC电控***同时控制所述UV分解处理器与所述臭氧发生器的工作，所述气泵连接的管道直接与所述膜生物反应处理器底部的曝气单元相连。

2.根据权利要求1所述的一体式污水处理装置，其特征在于，所述臭氧发生***包括分子筛、无油压缩机和高压电晕发生器。

3.根据权利要求1所述的一体式污水处理装置，其特征在于，所述膜生物反应处理器包括用于膜分离的膜组件单元、容纳活性污泥的生物处理单元。

4.根据权利要求3所述的一体式污水处理装置，其特征在于，所述膜组件单元由聚乙烯中空纤维膜丝组件构成，所述聚乙烯中空纤维膜丝组件对污泥中的水进行分离，从而进行固液分离。

5.根据权利要求1所述的一体式污水处理装置，其特征在于，所述曝气单元在所述膜生物反应处理器的底部并包含若干曝气孔，其对注入的污水进行曝气。

6.根据权利要求1所述的一体式污水处理装置，其特征在于，还包括液位控制器，其通过控制潜水泵和自吸泵来调节后箱体中的水位高低。

7.根据权利要求1所述的一体式污水处理装置，其特征在于，经膜生物反应处理器处理后的水经所述自吸泵注入所述气液混合泵，所述臭氧发生***产生的高浓度臭氧也进入所述气液混合泵，从而使得高浓度臭氧在所述气液混合泵中与水分子充分混合。

8.一体式污水处理方法，其特征在于，包括：

步骤六，气液混合泵中的臭氧水经UV分解处理器产生的紫外线的照射，进行消毒灭菌，光波断键降解有机物；

9.根据权利要求8所述的一体式污水处理方法，其特征在于，羟基自由基与有机物发生链式反应；进一步发生氧化分解反应，直至水中有毒有害的有机物降解为二氧化碳和水。