CN104150695B - 一种生物转盘出水深度净化处理的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种生物转盘出水深度净化处理的装置，主要由纳米曝气消融装置、生物转盘池、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置和光催化降解反应装置组成。本发明还公开了利用了上述装置进行污水处理的方法。本发明具有易于操作、便于维护，尤其适用于大水量、难降解、高浊度的废水处理。

Description

一种生物转盘出水深度净化处理的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种生物转盘出水深度净化处理的装置。

本发明还涉及利用上述装置深度净化污水的具体方法。

背景技术

现阶段，一些难于生物降解的有机物大量进入废水中，使废水成为污染最严重、最难处理的工业废水之一。于是，仍以生化法为主的废水处理手段不能满足实际需要。因此，近年来各国都开展新的生物处理工艺和高效专门细菌及新型化学药剂的探索和研究。

工业区废水具有浓度高、毒性大、难以生物降解等特点，解决这类有机工业废水处理问题，对于化工、制药等重污染行业的化学需氧量减排任务至关重要，常规生物转盘、砂滤装置以及曝气方式对这类废水作用较小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物转盘出水深度处理装置。

本发明的又一目的在于提供一种利用上述装置对生物转盘出水进行深度处理的方法。

为实现上述目的，本发明提供的生物转盘出水深度净化处理的装置，主要由纳米曝气消融装置、生物转盘池、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置和光催化降解反应装置组成；其中：

纳米曝气消融装置底部开设有排泥口，纳米曝气消融装置内部位于排泥口上方设置有纳米曝气盘，纳米曝气盘的上方安装有搅拌机；纳米曝气消融装置内的一侧安装有加热带和感温控头，加热带和感温控头由温度控制仪控制；纳米曝气消融装置的出水通往生物转盘池；

生物转盘池内安装有多组平行排列的生物转盘，由墙体将生物转盘分为两个区，各组生物转盘的转轴之间通过齿轮传动，且生物转盘有20-60％的面积浸在生物转盘池内；生物转盘池的池底铺有流动型分子筛填料，生物转盘内部填充有分子筛填料；

生物转盘为饼状中空铁，铁笼内部填充满聚乙烯球，聚乙烯球内部为中空，球体表面布满方形孔，聚乙烯球内部填充有粉煤灰分子筛填料，填充度为70％，以保证填料的流动性，使填料表面生物膜在撞击摩擦作用下脱落；生物转盘池的出水通往纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置；

纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置底部设有螺旋输泥器和出泥口，纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置连接生物转盘池出水口的一侧为主反应区，用于完成纳米气浮-凝聚过程，相邻主反应区为絮体拦截区，相邻絮体拦截区的为絮体二次拦截区；主反应区内设有微涡流混凝器，主反应区内部上方有通入O₂的纳米曝气头，主反应区顶端设有用以添加混凝剂的加药装置；絮体拦截区内铺设有用于絮体拦截沉淀的斜管；絮体二次拦截区内部填充有聚丙烯的立体网状结构填料，立体网状结构填料下方铺设一纳米曝气头，絮体二次拦截区底部设置有出水口，出水通过液压泵连接旋三级反冲筛滤装置的进水口；

三级反冲筛滤装置水池的进水口处设有一进水堰，出水口处设有回流槽，三级反冲筛滤装置内部由多孔网格分为上部的集水池和下部的分流仓两个部分，分流仓为紧密排列的圆筒状；多孔网格上方中央安放一纳米曝气头，埋设在填充的筛滤填料中，筛滤填料上方靠近进水堰处设有一阻流板，靠近回流槽的一侧设有一通入O₂的曝气管，曝气管设有多个细孔曝气孔，曝气孔垂直向上，筛滤填料安装有超声波发生仪；分流仓的下方为储水箱，储水箱外壁涂刷避光黑色涂料，其内壁均匀负载一层非金属掺杂的光催化剂，其底部安装有紫外灭菌灯，且灭菌灯之间设置有通入O₃的曝气纳米曝气头，储水箱内剩余的空间填充有半导体负载填料；三级反冲筛滤装置的出水直接导入光催化降解反应装置；

光催化降解反应装置内壁均匀负载一层非金属掺杂光催化剂，底部开设有排泥口，位于排泥口上方设置有纳米曝气盘，纳米曝气盘上设置有低压紫外汞灯框架，低压紫外汞灯框架上安装有低压紫外汞灯，低压紫外汞灯设有防水套筒。光催化降解反应装置内部剩余空间填充有半导体负载填料；光催化降解反应装置的顶部设有遮光板。

所述生物转盘出水深度净化处理的装置，其中，纳米曝气消融装置的出水通过铺设管网输送至高位水箱，由高位水箱排出的污水正对生物转盘池安装的无动力水车，利用重力势能转化为动能推动水车旋转；无动力水车与一齿轮同轴，该齿轮与其他多个齿轮咬合，并在所有齿轮上铺设一条链轮，辅助水车与齿轮及齿轮之间的传动，进而带动与齿轮同轴的生物转盘在接触反应槽内旋转。

所述生物转盘出水深度净化处理的装置，其中，纳米曝气凝聚-微涡流絮凝池内使用的混凝剂为聚合氯化铝+阳离子聚丙烯酰胺。

所述生物转盘出水深度净化处理的装置，其中，三级反冲筛滤装置内的筛滤填料选取石英砂、改性锰砂与天然沸石分子筛混合，粒径为0.5-1.2mm，不均匀系数为2。

所述生物转盘出水深度净化处理的装置，其中，纳米曝气消融装置、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置的筛滤池和集水池内以及光催化降解反应装置中，纳米曝气头分别与一纳米曝气机连接。

所述生物转盘出水深度净化处理的装置，其中，纳米曝气消融装置、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置的反冲洗时纳米曝气头进气为O₂，用于混凝搅拌和清洁填料；三级反冲筛滤装置的集水池及光催化降解反应装置纳米曝气头进气为O₃，通过纳米曝气强化羟基自由基的产生过程。

本发明提供的利用上述生物转盘出水深度净化处理的装置进行污水处理的方法：

污水进入纳米曝气消融装置后，纳米曝气消融装置产生的气泡均匀混入污水中，在高温纳米曝气的情况下对污水进行纳米曝气处理，污水中细小絮体随纳米气泡上浮，通过气浮原理以除沫装置去除，污水中残留难降解有机化合物在纳米曝气高级氧化的作用下分解、消融，病原菌和微生物被灭活，并提高了污水的透明度和色度，纳米曝气消融装置底部的流动型分子筛填料吸附污水中的污染物质，抑制污水生物毒性以提高污水生物处理效果；纳米曝气消融装置处理后的出水通往生物转盘池内；

生物转盘池内部填充的分子筛填料进一步吸附污水中的污染物质，抑制污水生物毒性以提高污水生物处理效果；生物转盘内部的粉煤灰分子筛填料由于其填充度为70％，保证了粉煤灰分子筛填料的流动性，使粉煤灰分子筛填料表面生物膜在撞击摩擦作用下脱落；经生物转盘池处理后的出水导至纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置内；

出水在纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置的主反应区内进行纳米气浮-凝聚处理，于微涡流混凝器再次凝聚-絮凝，而后自流至絮体拦截区，絮体在斜管的拦截作用下沉至反应器底部，定时在螺旋输送器的带动下自出泥口定期排出，澄清液溢流至絮体二次拦截区，在立体网状结构填料的作用下进行二次拦截，过滤后的清液自出水口排出进入三级反冲筛滤装置；

在三级反冲筛滤装置中，储水箱内纳米曝气头不连续工作，空气自多孔网格向上鼓起，分割成小气泡，间歇冲散筛滤填料上的致密污物层，污染物质层破碎成片状浮起，在曝气管的浮力以及进水冲击挡流板向右推力的协同作用下，溢流至回流槽，使筛滤填料截留的污染物集中排除装置外，与进水混合重新处理，以延长三级反冲筛滤装置使用寿命及反洗周期；

储水箱内的纳米曝气头采用O₃曝气，由于纳米气泡具有庞大的数量、比表面积、缓慢的上升速度等特性，同时气泡在水中停留时间长，增加了气液接触面积、接触时间，利于臭氧溶于水中，克服了臭氧难溶于水的缺点；微气泡内部具有较大的压力且纳米气泡破裂时界面消失，周围环境剧烈改变产生的化学能促使产生更多的羟基自由基·OH，增强O₃氧化分解有机物的能力；且纳米级别O₃气泡与紫外灭菌灯、半导体负载填料共存于储水箱，提高高级氧化效果，可有效提高·OH产生率，经三级反冲筛滤装置处理的污水进入光催化降解反应装置内进行光催化降解反应。

所述的方法，其中，纳米曝气消融装置内的水力停留时间超过30min；生物转盘池内的水力停留时间超过2h；光催化降解反应装置内水力停留时间超过15min。

所述的方法，其中，纳米曝气消融装置、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置的筛滤池和储水池内以及光催化降解反应装置中的纳米曝气头分别连接一纳米曝气机。

所述的方法，其中，纳米曝气消融装置、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置的反冲洗时纳米曝气头进气为O₂，用于混凝搅拌和清洁填料；三级反冲筛滤装置的储水池及光催化降解反应装置纳米曝气头进气为O₃，通过纳米曝气强化羟基自由基的产生过程。

本发明采用了集湿式氧化原理、纳米曝气技术设计的纳米曝气消融装置对污水进行前处理，提高污水含氧量及可生化性，而后使用生物转盘微生物法，降低BOD及其他污染物质含量，最后使用曝气凝聚-微涡流絮凝装置进行凝聚-絮凝处理、三级反冲洗筛滤过滤杂质，以降低污水浊度，减少对高级氧化深度降解的负荷，提高污水透明度，加强对污水的灭菌杀毒效果。三级反冲筛滤装置中纳米二氧化钛晶体作为光触媒在紫外灯照射下激发极具氧化力的自由负离子，同时在纳米曝气过程中以及超声波发生过程激发的能量亦可发生并加强自由负离子的产生，达成光催化效果；而自由负离子以及其摆脱共价键的束缚后留下空位，与纳米气泡表面带有的电荷同时产生微电解效果，本发明设计新颖，具有易于操作、便于维护、对复杂有机污染物质(如表面活化剂，环境类激素等物质)效果显著等优点，尤其适用于大水量、难降解、高浊度的废水处理。

附图说明

图1是本发明的生物转盘出水深度处理装置的结构示意图。

附图中主要组件符号说明：

1温度控制仪；2加热带；3感温探头；4纳米曝气消融装置；5生物转盘；6生物转盘池；7墙体；8主反应区；9纳米曝气头；10加药装置；11絮体拦截区；12斜管；13纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置；14絮体二次拦截区；15立体网状结构填料；16第一阀门；17第二阀门；18增压泵；19进水堰；20阻流板；21混合填料；22三级反冲筛滤装置；23曝气管；24回流槽；25多孔网格；26分流仓；27光催化降解反应装置；28纳米曝气机；29半导体负载填料；30纳米曝气盘；31紫外灯框架；32紫外灭菌灯；33第三阀门；34第一闸阀；35第二闸阀；36通气管；37液压泵；38出水口；39出泥口；40螺旋输送器；41微涡流混凝器；42排泥孔；43搅拌机；44超声波发生仪。

具体实施方式

请参阅图1。本发明提供的生物转盘出水深度净化处理的装置，其主要结构包括：

纳米曝气消融装置4底部开设有排泥口42，纳米曝气消融装置4内部位于排泥口42上方设置有纳米曝气盘30，纳米曝气盘30连接一纳米曝气机28，纳米曝气盘30的上方安装有搅拌机43。纳米曝气消融装置4内的一侧安装有加热带2和感温控头3，加热带2和感温控头3由温度控制仪1控制。曝气产生的气泡均匀混入污水中，在高温纳米曝气的情况下对污水进行纳米曝气处理，在纳米曝气消融装置内水力停留时间最好应超过30min。污水中细小絮体随纳米气泡上浮，通过气浮原理以除沫装置去除，污水中残留难降解有机化合物在纳米曝气高级氧化的作用下分解、消融，病原菌和微生物被灭活，污水的透明度、色度也有所提高。纳米曝气消融装置4的出水通往生物转盘池6。

生物转盘池6内安装有多组平行排列的生物转盘5，利用墙体7将生物转盘5分为两个区，各组生物转盘的转轴之间通过齿轮传动，且生物转盘有20-60％的面积浸在生物转盘池内。生物转盘池6的池底铺有流动型分子筛填料，生物转盘5内部填充有分子筛填料。生物转盘5采用干饼状中空铁笼组成，铁笼内部填充满聚乙烯球，聚乙烯球内部中空，球体表面布满方形孔，以利于生物膜内层微生物直接从液相中得到基质，聚乙烯球内部填充一种轻质粉煤灰分子筛填料，填充度为70％，以保证填料的流动性，使填料表面生物膜在撞击摩擦作用下脱落。

纳米曝气消融装置4的出水通过铺设管网输送至高位水箱，由高位水箱排出的污水正对无动力水车，污水自高位水箱排水阀落入下方无动力水车的水斗中，利用重力势能转化为动能推动水车旋转。无动力水车与一齿轮同轴，此齿轮与其他多个齿轮咬合，并在所有齿轮上铺设一条链轮，辅助水车与齿轮及齿轮之间的传动，进而带动与齿轮同轴的生物转盘在接触反应槽内旋转。

生活污水中氨氮浓度约为80mg/L，会产生生物毒性，纳米曝气消融装置4底部的流动型分子筛填料及生物转盘5内部填充的分子筛填料具有巨大的比表面积以及强吸附性，吸附污水中的氨氮等污染物质，抑制污水生物毒性以提高污水生物处理效果，经过生物转盘5内分子筛填料的吸附，氨氮浓度可低于40mg/L，更适宜生物处理过程中微生物的生长，生物转盘池内水力停留时间最好应超过2h。

生物转盘池6的出水通往纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置13。

纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置13分为左、中、右三个部分(按图面所示方向)，底部设有螺旋输泥器40。纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置13的左边(即连接生物转盘池6的一端)为主反应区8，用于完成纳米气浮-凝聚过程，中央为絮体拦截区11，右边为絮体二次拦截区14。主反应区8内填充微涡流混凝器41，内部上方有纳米曝气头9，纳米曝气头9用有机玻璃固定；在主反应区8的顶端有加药装置10用以添加混凝剂，混凝剂为聚合氯化铝(PAC)+阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)。位于中间段的絮体拦截区11铺设有斜管12用于絮体拦截沉淀；位于右边段的絮体二次拦截区14内部填充有聚丙烯的立体网状结构填料15，立体网状结构填料15下方铺设一纳米曝气头，立体网状结构填料15底部设置出水口38，通过液压泵37连接旋三级反冲筛滤装置22。

本发明在纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置中，采用纳米曝气技术改进混凝工艺的凝聚过程，主要分为三个步骤：

(A)微纳米曝气前期气浮过程：微纳米气泡传质过程中，污水中的微细污染物颗粒俘获在气泡表面或与气泡粘附在一起，在气泡上升过程中带动微细污染物颗粒上浮至水体表面，达成气浮作用从而实现清水与悬浮颗粒物、胶体的分离；

(B)微纳米曝气中期加药混凝过程：利用微纳米气泡发生过程的强烈冲击力以及上浮过程中的气液两相相对运动、气泡***时局部产生的高温高压状态和***力，对污水进行热补偿的同时施加强烈搅拌作用，迅速将混凝剂分散至待处理水体的各处，使混凝剂与污水快速均匀混合，打散包裹住混凝剂的胶体块，提高其分散程度，促进胶体相互碰撞凝聚成絮体。

而当混凝剂被包裹形成絮体后，在纳米曝气下絮体成长质量更高，成长过大的絮体在纳米曝气的作用下会破碎成较小絮体从而恢复并保持絮凝能力(絮体过大会使总表面积减小，吸附能力下降)，密实度较低的絮体在纳米曝气的剪切力作用下会破碎并重新絮凝成密实度较高的絮体，有利于沉淀分离。

(C)微纳米曝气后期热断裂过程：利用微纳米曝气过程产生的以及气泡***时局部产生的高温高压状态实现絮体薄弱处的断裂，进而重新撞击、吸附污水中胶体、悬浮物以形成更加稳固的絮体。

(D)为了让形成的絮体更好的吸附脱稳胶体而成长的絮凝过程，本发明同时使用微涡流混凝器，涡流反应器形成的微涡旋流动能有效地促进水中微粒的扩散与碰撞。一方面，混凝剂水解形成胶体在微涡流作用下快速扩散并与水中胶体充分碰撞，使水中胶体快速脱稳；另一方面，水中脱稳胶体在微涡流作用下具有更多碰撞机会，因而具有更高的凝聚效率。

污水经过纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置内的主反应区进行纳米气浮-凝聚处理后，于微涡流混凝器再次凝聚-絮凝，而后自流至中间絮体拦截区，絮体在斜管的拦截作用下沉至反应器底部，定时在螺旋输送器的带动下自出泥口定期排出，控制螺旋输送器的转速不高于30r/min；澄清液溢流至右侧絮体二次拦截区，在高密度立体网状结构填料的作用下进行二次拦截，过滤后的清液自出水口排出。二次拦截区填料定期清洗，清洗时同时开启填料底部纳米曝气头，利用纳米曝气技术冲击、氧化、气浮及高温作用协同清洗。出水通过液压泵导入三级反冲筛滤装置。

三级反冲筛滤装置22的进水口处设有一进水堰19，出水口处设有回流槽24，三级反冲筛滤装置22内部由多孔网格25分为上部的水池和下部的集水池两个部分。三级反冲筛滤装置22内部的集水池与水池两部分连接一通气管36通往大气，以防止三级反冲筛滤装置内压力过高造成装置破裂甚至***。

多孔网格25为两层，中间铺设并固定一层不锈钢网，多孔网格25的下方设置有紧密排列的圆筒状的分流仓26分割空间，防止局部压力过大冲破多孔网格25。多孔网格25上方中央安放一纳米曝气头埋设在填充的筛滤填料21中，筛滤填料21选取石英砂、改性锰砂与天然沸石分子筛的混合物，体积混合比例为9:3:1，粒径为0.5-1.2mm，不均匀系数为2，是集过滤、吸附、离子交换、混凝及去除重金属为一体的多功能混合填料。纳米曝气头通过流量计与一纳米曝气机28连接。筛滤填料21靠近进水堰19处设有一阻流板20，靠近回流槽24的一侧设有一曝气管23，曝气管23设有多个细孔曝气孔，曝气孔垂直向上。筛滤填料21中安装有超声波发生仪42。分流仓26的下方为集水池，集水池外壁涂刷避光黑色涂料，其内壁均匀负载一层非金属掺杂的光催化剂(如碳掺杂的纳米TiO₂粉体)，其底部安装有紫外灭菌灯32，且紫外灭菌灯32之间设置有O₃的曝气纳米曝气头，集水池内剩余的空间填充有半导体负载填料29(如负载纳米TiO₂的立体网状聚丙烯填料)，无需使用分散剂，并减少催化剂的流失现象。

污水自三级反冲筛滤装置的进水堰进入，在进水堰的物理结构作用下由水平方向导为竖直向上，在重力作用下撞击在挡流板上，以防止水流直接撞击筛滤填料影响处理效果；污水经过筛滤填料的过滤，流至下方集水池，集水池内的纳米曝气头的进气为O₃，通过纳米曝气大量获得羟基自由基，与紫外灭菌灯，半导体负载填料共同提高高级氧化效果，同时其中富含羟自由基的出水在装置进行反洗时，冲刷筛滤填料，较好的做到填料清洁与再生。

使用三级反冲筛滤装置时，集水池内的纳米曝气头不连续工作，空气自多孔网格向上鼓起，分割成小气泡，间歇冲散筛滤填料上的致密污物层，污染物质层破碎成片状浮起，在曝气管的浮力以及进水冲击挡流板向右推力的协同作用下，溢流至回流槽，使填料截留的污染物集中排除装置外，与进水混合重新处理。延长筛滤装置使用寿命及反洗周期，对于进水浊度较低的情况，甚至可以无需反冲洗，不断运行净化污水。

集水池内纳米曝气头采用O₃曝气，由于纳米气泡具有庞大的数量、比表面积、缓慢的上升速度等特性，同时气泡在水中停留时间长，增加了气液接触面积、接触时间，利于臭氧溶于水中，克服了臭氧难溶于水的缺点；微气泡内部具有较大的压力且纳米气泡破裂时界面消失，周围环境剧烈改变产生的化学能促使产生更多的羟基自由基·OH，增强O₃氧化分解有机物的能力；且纳米级别O₃气泡与紫外灭菌灯、半导体负载填料共存于集水池，提高高级氧化效果，可有效提高·OH产生率。

三级反冲筛滤装置的出水通过增压泵18导入光催化降解反应装置27，光催化降解反应装置27内壁均匀负载一层非金属掺杂光催化剂(如碳掺杂的纳米TiO₂粉体)，底部开设有排泥口，位于排泥口上方设置有纳米曝气盘30，该纳米曝气盘30连接一纳米曝气机28，纳米曝气盘30上设置有低压紫外汞灯框架31，低压紫外汞灯框架31上安装有紫外灭菌灯32，紫外灭菌灯32设有防水套筒，紫外灭菌灯平均照射剂量在350J/m²以上。光催化降解反应装置17内部剩余空间填充有半导体负载填料29(如纳米TiO₂粉体负载在立体网状聚丙烯填料)。光催化降解反应装置27的出水口设置有筛网，光催化降解反应装置27的一端安装有液位仪，光催化降解反应装置27的顶部设有遮光板。本发明的光催化降解反应装置27增大了反应面，解决了常规光催化剂需要分散剂协同使用的弊端，减少了催化剂的流失现象，避免了反应结束后催化剂的分离步骤。处理后的水流经光催化降解反应装置27的出水口排出。光催化降解反应装置27内水力停留时间应超过15min。

本发明中的纳米曝气消融装置、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置的筛滤池和集水池内以及光催化降解反应装置中，各纳米曝气头分别与一纳米曝气机连接。其中纳米曝气消融装置、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置的反冲洗时纳米曝气头进气为O₂，用于混凝搅拌和清洁填料；三级反冲筛滤装置的集水池及光催化降解反应装置纳米曝气头进气为O₃，通过纳米曝气强化羟基自由基的产生过程。

本发明的三级反冲筛滤装置正常筛滤时，污水自进水堰进入，在进水堰的物理结构作用下由水平方向导为竖直向上，在重力作用下撞击在挡流板上，以防止水流直接撞击填料影响处理效果；污水经过填料的过滤，流至下方集水池，集水池内纳米曝气头的进气为O₃，通过纳米曝气大量获得羟基自由基，与紫外灭菌灯，半导体负载填料共同提高高级氧化效果，同时其中富含羟自由基的出水在装置进行反洗时，冲刷筛滤填料，较好的做到填料清洁与再生。

根据本发明的一个实施例，经本发明处理后，对表面活化剂、环境类激素等复杂有机污染物质效果均大于99％。

本发明采用三级反冲洗技术进行反冲洗：

一级反冲洗为曝气循环反冲洗，由于污染物质在填料表面的堆积，污水难以透过填料之间的空隙渗透下去，在筛滤过程中进行反冲洗，开启三级反冲筛滤装置22左上角增压泵18、曝气管23并间歇开启多孔板上方纳米曝气头9，集水池内纳米曝气头不连续工作，空气自多孔板向上鼓起，分割成小气泡，间歇冲散筛滤填料上的致密污物层，污染物质层破碎成片状浮起，在曝气管的浮力以及进水冲击挡流板向右推力的协同作用下产生波轮效果，大力清洗填料表层片状致密污染物，溢流至回流槽，使填料截留的污染物集中排除装置外，与进水混合重新处理，污水也可继续自分子筛空隙渗透下去；一级反冲洗可延长筛滤装置使用寿命及反洗周期，对于进水浊度较低的情况，甚至可以无需反冲洗，使装置不断运行净化污水。

二级反冲洗为空气脉冲反冲洗，由于污水浊度过高，导致污染物质在填料表面的大量堆积，仅仅靠一级反冲洗步骤仍不能达到继续筛滤的效果。关闭第一阀门16、第一闸阀34，开启第三阀门33、第二阀门17，启动三级反冲筛滤装置22右下角增压泵18、曝气管23及两个纳米曝气机头9，将出水池内出水导入集水池中。在回水压力的作用下，集水池中的全部空气受到快速挤压，沿分压仓上细孔上升，全部筛滤填料层在上升空气的强力搅拌，曝气管气流及纳米曝气头的冲击力作用下旋转流动，污染物质破碎浮起，在曝气管的浮力以及进水冲击挡流板向右推力的协同作用下，溢流至回流槽与初始进水混合，待水面快速下降，过滤速率重新稳定后，关闭三级反冲筛滤装置22右下角增压泵18、多孔板下方纳米曝气头9、第三阀门33、第二阀门17，开启第一阀门16、第一闸阀34，继续进行筛滤处理。

三级反冲洗为曝气湍流反冲洗，此时一、二级反冲洗已经不足以解决污染物质对填料的覆盖、阻塞问题，污水大量积聚不得过滤。此时关闭第一阀门16、第一闸阀34，开启第三阀门33、第二阀门17，启动三级反冲筛滤装置22右下角增压泵18、曝气管23及两个纳米曝气头9、超声波发生仪44，将出水池内出水大量导入集水池中。⑴集水池内部空气沿多孔板细孔上升搅拌，填料底部纳米曝气头开始曝气，填料上方涡轮不断转动；⑵利用纳米曝气技术冲击、氧化、气浮及高温作用协同清洗，上方填料呈现湍流状态，进行无规则高速运动状态，填料在水流旋涡的冲击力和气泡的剪切力作用下相互摩擦，填料上附着的有机污染物能够去除，得到较为纯净的填料；⑶利用超声波发生仪在液体介质中产生超声波，在筛滤填料表面产生空化效应，空化汽泡在闭合过程中破裂时形成的冲击波，会在其周围产生上千个气压的冲击压力，作用在填料表面上破坏污物之间粘性，并使它们迅速分散在反洗液中，从而达到填料表面洁净的效果。⑷空气排净后，出水池的出水继续导入，富含羟自由基的出水冲洗湍流状态的的填料颗粒表面及微孔，剥离污染物质，填料得到再生。⑸而污染物质在水流冲击力及右侧曝气管气浮作用下不断向上浮至水面，自左端进水堰及右端回流槽流出与初始进水混合。经过三级反冲洗，内部污染物被清洗排空殆尽。

常规砂滤是在过滤过程中不扰动砂层，使水流从砂子细小缝隙之间流过。通常采用不扰动砂层，压实填料、增加水压、砂上附加网格等手段改进砂滤过程，让水流从砂子细小缝隙之间流过，而污染物质停留在砂层的表层上。本发明则是利用扰动填料表层，防止污染物质堆积对水流的顺利通过形成阻力，同时利用高级氧化、纳米曝气、气泡的冲击力和剪切力等手段改进装置，利用分子筛、锰砂等填料进行优化设计，最后使用三级反冲洗等改进处理过程。本装置对胶体、纤维、藻类等悬浮物的截留效果好，对于浊度较低水质甚至无需反冲洗，即可完成处理过程，同时具有去除臭味，灭杀细菌、病原菌等微生物，分解难降解的少量残留表面活化剂、多氯联苯等难降解有机化合物的功效。

本发明的碳掺杂的纳米TiO₂粉体的制备：采用均匀沉淀法和水热法两步过程制备碳掺杂的纳米TiO₂。以硫酸钛和尿素为前驱，葡萄糖为碳源，具体制备过程如下：取6.48g27硫酸钛和3.24g54尿素(硫酸钛与尿素的摩尔比为1:2)溶于去离子水中，再加入适量的葡萄糖0.6搅拌均匀，1:2:0.023在90℃的条件下反应2h。待反应结束后取出反应物干燥、反复水洗至中性，再次干燥，用球磨机研磨得到碳掺杂的纳米TiO₂粉体。

本发明的纳米TiO₂粉体负载在填料上的方法：采用聚丙烯材质的立体网状结构填料，将纳米TiO₂粉体与去离子水(粉体与水的质量比为1:20)混合，用超声波超声成乳浊液，将洁净的立体网状结构填料浸入与乙醇1:1混合的钛酸酯偶联剂，缓慢搅拌一段时间，然后将填料取出放入TiO₂乳浊液中继续搅拌一段时间，取出后放入烘箱中干燥(85℃以下)2h，即制得负载纳米TiO₂的聚丙烯悬浮填料，其外观呈淡黄色，膜层较均匀。

本发明采用了集湿式氧化原理、纳米曝气技术设计的纳米曝气消融装置对污水进行前处理，提高污水含氧量及可生化性，而后使用生物转盘微生物法，降低BOD及其他污染物质含量，最后使用曝气凝聚-微涡流絮凝装置进行凝聚-絮凝处理、三级反冲洗筛滤过滤杂质，以降低污水浊度，减少对高级氧化深度降解的负荷，提高污水透明度，加强对污水的灭菌杀毒效果。

Claims (10)

1.一种生物转盘出水深度净化处理的装置，主要由纳米曝气消融装置、生物转盘池、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置和光催化降解反应装置组成；其中：

纳米曝气消融装置底部开设有排泥口，纳米曝气消融装置内部位于排泥口上方设置有纳米曝气盘，纳米曝气盘的上方安装有搅拌机；纳米曝气消融装置内的一侧安装有加热带和感温控头，加热带和感温控头由温度控制仪控制；纳米曝气消融装置的出水通往生物转盘池；

生物转盘池内安装有多组平行排列的生物转盘，由墙体将生物转盘分为两个区，各组生物转盘的转轴之间通过齿轮传动，且生物转盘有20-60％的面积浸在生物转盘池内；生物转盘池的池底铺有流动型分子筛填料，生物转盘内部填充有分子筛填料；

生物转盘为饼状中空铁，铁笼内部填充满聚乙烯球，聚乙烯球内部为中空，球体表面布满方形孔，聚乙烯球内部填充有粉煤灰分子筛填料，填充度为70％，以保证填料的流动性，使填料表面生物膜在撞击摩擦作用下脱落；生物转盘池的出水通往纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置；

纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置底部设有螺旋输泥器和出泥口，纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置连接生物转盘池出水口的一侧为主反应区，用于完成纳米气浮-凝聚过程，相邻主反应区为絮体拦截区，相邻絮体拦截区的为絮体二次拦截区；主反应区内设有微涡流混凝器，主反应区内部上方有通入O₂的纳米曝气头，主反应区顶端设有用以添加混凝剂的加药装置；絮体拦截区内铺设有用于絮体拦截沉淀的斜管；絮体二次拦截区内部填充有聚丙烯的立体网状结构填料，立体网状结构填料下方铺设一纳米曝气头，絮体二次拦截区底部设置有出水口，出水通过液压泵连接三级反冲筛滤装置的进水口；

三级反冲筛滤装置水池的进水口处设有一进水堰，出水口处设有回流槽，三级反冲筛滤装置内部由多孔网格分为上部的集水池和下部的分流仓两个部分，分流仓为紧密排列的圆筒状；多孔网格上方中央安放一纳米曝气头，埋设在填充的筛滤填料中，筛滤填料上方靠近进水堰处设有一阻流板，靠近回流槽的一侧设有一通入O₂的曝气管，曝气管设有多个细孔曝气孔，曝气孔垂直向上，筛滤填料安装有超声波发生仪；分流仓的下方为储水箱，储水箱外壁涂刷避光黑色涂料，其内壁均匀负载一层非金属掺杂的光催化剂，其底部安装有紫外灭菌灯，且灭菌灯之间设置有通入O₃的曝气纳米曝气头，储水箱内剩余的空间填充有半导体负载填料；三级反冲筛滤装置的出水直接导入光催化降解反应装置；

光催化降解反应装置内壁均匀负载一层非金属掺杂光催化剂，底部开设有排泥口，位于排泥口上方设置有纳米曝气盘，纳米曝气盘上设置有低压紫外汞灯框架，低压紫外汞灯框架上安装有低压紫外汞灯，低压紫外汞灯设有防水套筒；光催化降解反应装置内部剩余空间填充有半导体负载填料；光催化降解反应装置的顶部设有遮光板。

2.根据权利要求1所述生物转盘出水深度净化处理的装置，其中，纳米曝气消融装置的出水通过铺设管网输送至高位水箱，由高位水箱排出的污水正对生物转盘池安装的无动力水车，利用重力势能转化为动能推动水车旋转；无动力水车与一齿轮同轴，该齿轮与其他多个齿轮咬合，并在所有齿轮上铺设一条链轮，辅助水车与齿轮及齿轮之间的传动，进而带动与齿轮同轴的生物转盘在接触反应槽内旋转。

3.根据权利要求1所述生物转盘出水深度净化处理的装置，其中，纳米曝气凝聚-微涡流絮凝池内使用的混凝剂为聚合氯化铝+阳离子聚丙烯酰胺。

4.根据权利要求1所述生物转盘出水深度净化处理的装置，其中，三级反冲筛滤装置内的筛滤填料选取石英砂、改性锰砂与天然沸石分子筛混合，粒径为0.5-1.2mm，不均匀系数为2。

5.根据权利要求1所述生物转盘出水深度净化处理的装置，其中，纳米曝气消融装置、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置的筛滤池和集水池内以及光催化降解反应装置中，纳米曝气头分别与一纳米曝气机连接。

6.根据权利要求1所述生物转盘出水深度净化处理的装置，其中，纳米曝气消融装置、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置的反冲洗时纳米曝气头进气为O₂，用于混凝搅拌和清洁填料；三级反冲筛滤装置的集水池及光催化降解反应装置纳米曝气头进气为O₃，通过纳米曝气强化羟基自由基的产生过程。

7.利用权利要求1所述生物转盘出水深度净化处理的装置进行污水处理的方法：

污水进入纳米曝气消融装置后，纳米曝气消融装置产生的气泡均匀混入污水中，在高温纳米曝气的情况下对污水进行纳米曝气处理，污水中细小絮体随纳米气泡上浮，通过气浮原理以除沫装置去除，污水中残留难降解有机化合物在纳米曝气高级氧化的作用下分解、消融，病原菌和微生物被灭活，并提高了污水的透明度和色度，纳米曝气消融装置底部的流动型分子筛填料吸附污水中的污染物质，抑制污水生物毒性以提高污水生物处理效果；纳米曝气消融装置处理后的出水通往生物转盘池内；

生物转盘池内部填充的分子筛填料进一步吸附污水中的污染物质，抑制污水生物毒性以提高污水生物处理效果；生物转盘内部的粉煤灰分子筛填料由于其填充度为70％，保证了粉煤灰分子筛填料的流动性，使粉煤灰分子筛填料表面生物膜在撞击摩擦作用下脱落；经生物转盘池处理后的出水导至纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置内；

出水在纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置的主反应区内进行纳米气浮-凝聚处理，于微涡流混凝器再次凝聚-絮凝，而后自流至絮体拦截区，絮体在斜管的拦截作用下沉至反应器底部，定时在螺旋输送器的带动下自出泥口定期排出，澄清液溢流至絮体二次拦截区，在立体网状结构填料的作用下进行二次拦截，过滤后的清液自出水口排出进入三级反冲筛滤装置；

在三级反冲筛滤装置中，储水箱内纳米曝气头不连续工作，空气自多孔网格向上鼓起，分割成小气泡，间歇冲散筛滤填料上的致密污物层，污染物质层破碎成片状浮起，在曝气管的浮力以及进水冲击挡流板向右推力的协同作用下，溢流至回流槽，使筛滤填料截留的污染物集中排除装置外，与进水混合重新处理，以延长三级反冲筛滤装置使用寿命及反洗周期；

储水箱内的纳米曝气头采用O₃曝气，由于纳米气泡具有庞大的数量、比表面积、缓慢的上升速度特性，同时气泡在水中停留时间长，增加了气液接触面积、接触时间，利于臭氧溶于水中，克服了臭氧难溶于水的缺点；微气泡内部具有较大的压力且纳米气泡破裂时界面消失，周围环境剧烈改变产生的化学能促使产生更多的羟基自由基·OH，增强O₃氧化分解有机物的能力；且纳米级别O₃气泡与紫外灭菌灯、半导体负载填料共存于储水箱，提高高级氧化效果，可有效提高·OH产生率，经三级反冲筛滤装置处理的污水进入光催化降解反应装置内进行光催化降解反应；

同时三级反冲筛滤装置的部分出水回流至生物转盘池，调节水质并刺激微生物生理活动，筛选形成具有分子筛的离子交换功能的颗粒活性基团。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，纳米曝气消融装置内的水力停留时间超过30min；生物转盘池内的水力停留时间超过2h；光催化降解反应装置内水力停留时间超过15min。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，纳米曝气消融装置、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置的筛滤池和储水池内以及光催化降解反应装置中的纳米曝气头分别连接一纳米曝气机。

10.根据权利要求7或9所述的方法，其中，纳米曝气消融装置、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置的反冲洗时纳米曝气头进气为O₂，用于混凝搅拌和清洁填料；三级反冲筛滤装置的储水池及光催化降解反应装置纳米曝气头进气为O₃，通过纳米曝气强化羟基自由基的产生过程。