CN113493274A - 一种水体的深度高效净化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水体的深度高效净化方法，污染水体依次经过混凝沉淀装置，等离子体脱氮装置和吸附除磷及磷回收装置进行混凝，助凝，沉淀，等离子脱氮处理，吸附除磷和磷沉淀回收。本发明的水体的深度高效净化方法吸附除磷能力强，使水体中的总磷≦0.1mg/L，同时还吸附水体中的COD和色度，进一步提高水质，经过吸附除磷后可以将水体中的COD去除80～95％、使出水的COD≦20mg/L、BOD≦6mg/L；总磷除95～99％，使出水的总磷≦0.1mg/L；使出水的氨氮≦1.0mg/L、氨氮去除95～99.99％，使出水的总氮≦5mg/L、总氮去除80～95％；色度去除90～99％。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体说涉及一种水体的深度高效净化方 法。
背景技术
劣Ⅴ类水体和黑臭水体是因水体过量纳污、超出其水环境容量而导致变 黑、发臭，通常低于《地表水水环境质量标准》(GB3838-2002)V类水质 标准，其主要特征指标为溶解氧小于2.0mg/L、氨氮大于2.0mg/L或总磷大 于0.4mg/L，多位于人口密集、污染负荷强度大、基础设施不完善的区域， 主要包括城市建成区、城乡结合部、县城及中心镇等区域内水体。因此，治 理水体污染是一项紧迫的任务。
发明内容
本发明提供了一种工艺流程短、运行成本低、对水质的适应性强、持续 效果好的水体的净化处理装置及其方法，其目的在于克服现有水体净化技术 存在的去除氨氮、总氮和总磷难的缺陷，使得水体深度脱氮除磷，改善水质、 实现河流、湖泊生态***的恢复生机和健康可持续发展。
本发明通过以下技术方案来实现：一种水体的深度高效净化方法，其特 征在于，包括如下步骤：
(1)混凝：将污染水体输入混凝池，通过混凝加料装置加入5～80g/m3硫酸亚铁溶液和进水总量3～5％的等离子体处理水混合并不断搅拌，搅拌速 度为50～300r/min，混凝反应时间为2～15min；
(2)助凝：步骤(1)中混凝反应后的水体进入助凝池，通过助凝加药 装置加入PAM絮凝剂，加入PAM的重量为0.1～1g/m3，搅拌并反应1～ 5min，搅拌速度10～80r/min；
(3)沉淀：步骤(2)中经助凝反应的污水进入沉淀池，进行固液分离， 固液分离的时间为3～10min，形成所述沉淀池上层的上清区、底部的污泥浓 缩区和中部的固液分离中区；
(4)等离子体处理：将污水输送至等离子体发生器中停留1～10s，等 离子体发生器产生的等离子体互相碰撞生成自由基；所述等离子体发生器的 脉冲工作电压为0.01～30KV，电流密度为1～10mA/cm2，频率为2400～ 2600MHz；
(5)脱氮反应：步骤(4)中出水通过布水器均匀分布在脱氮反应池中 反应，停留时间为10～150min；
(6)吸附除磷：将步骤(4)的出水经吸附塔的进水口流入吸附塔内， 所述吸附塔内的吸附填料包括金属羟基氧化物，所述金属羟基氧化物接枝于 载体上，经过吸附除磷后的出水中总磷≦0.1mg/L，磷的去除率为95～99.5％。
(7)磷的洗脱与吸附填料再生：当磷的吸附饱和度达到80～90％时， 关闭吸附塔的进水阀和出水阀，开启洗脱液的进水阀和再生液出口阀门，对 吸附填料进行解吸，使吸附在填料中的磷酸根脱附，随洗脱流出贮存于磷回 收液贮罐中；脱附完成后，关闭洗脱液进水阀和再生液出口阀门，开启清水 进水阀和清水阀，用清水洗至中性，完成吸附填料再生。
较佳的，当步骤(2)中助凝池内形成的沉淀量不足时，开启污泥回流泵， 部分污泥从所述沉淀池回流入所述助凝池内。
较佳的，还包括步骤(8)，磷的沉淀回收：将贮存于磷回收液贮罐中磷 洗脱液泵入沉淀反应池中，开启加药泵，将贮存于磷沉淀溶液贮罐中氢氧化 钙饱和溶液泵入磷沉淀反应池中反应，启动搅拌器生成磷酸钙沉淀，之后将 其泵入磷沉淀回收池，再将其上清液泵入浓缩罐浓缩后进入再生液贮罐循环 使用。
较佳的，所述再生液贮罐贮存有1～5％的氢氧化钠溶液。
较佳的，步骤(3)中还包括污泥处理步骤：将上述步骤(3)中所述沉 淀池内污泥浓缩区中的污泥，通过污泥泵输送至污泥处理装置的重力浓缩池 内，利用水、有机物和无机物三者的密度差异进行重力沉淀分离，形成上清 液层、中层有机物富集层和下层无机层；将上清液层内的液体输送至混凝沉 淀装置中再净化，将中层有机物富集层内物质输送至理化调理池进行调理后 输送至脱水机进行脱水处理；将下层无机层直接经过脱水机进行脱水。
较佳的，步骤(4)中，当需要对所述等离子体发生器除垢时，关闭水体 阀门，再打开单向阀、进口阀门和出水阀门，启动清洗泵，将除垢液泵入等 离子体发生器内进行循环清洗。
较佳的，所述混凝池包括混凝剂加料装置，所述混凝剂加料装置中贮藏 有质量比为5～10％硫酸亚铁溶液，所述混凝剂的用量为5～80g/m3；所述助 凝池包括助凝剂加料装置，所述助凝剂加料装置中贮藏有质量比为1～2‰的 PAM溶液。
较佳的，经过处理后的水体中的出水的COD≦20mg/L，BOD≦6mg/L， 出水的总磷≦0.1mg/L，氨氮≦1.0mg/L，总氮≦5mg/L。
较佳的，当总磷小于等于1mg/L时，加入15mg/L硫酸亚铁溶液，并将 混凝池中的PH调节至8～9。
较佳的，步骤(6)中，等离子脱氮后的出水在吸附塔内的停留时间为 200s～800s。
本发明的水体的深度高效净化***及净化方法的作用原理如下：
第一，加入混凝剂，Fe2+与等离子体发生器产生的自由基Cl·、O·、 OH·或Cl2反应生成Fe3+，Fe3+与PO4 3-反应生成磷酸铁沉淀除去污水的磷， 与OH-反应生成Fe(OH)3沉淀进行混凝反应，通过吸附作用除去石油类、动 植物油等有机物。
其次，污水中的磷通常以无机磷酸根、生物磷(如生物体的DNA、 RNA的生物磷酸根)和有机磷等三种形态存在。在等离子体和自由基的作用 下，生物体的DNA和RNA的生物磷酸根释放成无机PO4 3-，有机磷转变成 无机PO4 3-，便于以磷酸铁形态沉淀，同时通过沉淀的吸附作用除去石油类、 动植物油等有机物。同时，通过混凝，可以消耗多余的自由基，消除自由基 对测定COD的影响。
Fe2++Cl·—→Fe3++Cl﹣
Fe2++OH·—→Fe3++OH﹣
Fe3++PO43-—→FePO4↓(除磷主反应)
Fe3++3OH﹣—→Fe(HO)3↓
再者，在混凝之后通过加入助凝剂，即0.1～1gPAM/m3溶液，并于转速 为30～80转/分钟搅拌，促进大颗粒絮体(矾花)生成，进入沉淀池进行固 液分离；当形成的沉淀量不大，矾花小时，开启污泥回流泵，使沉淀池的污 泥部分回流入助凝池，促进矾花形成。
最后，经过助凝反应后的污水进入沉淀池，进行固液分离，清液向上部 移动，经堰板流入水槽；污泥向下部沉降，聚积于沉淀池底部的泥斗中，经 污泥泵输入污泥处理装置中。
进一步的，经过混凝沉淀生成的泥浆泵入重力沉淀分离池中经过重力浓 缩，重力沉淀分离池中经过重力分离的上清液泵入生化池处理；中层有机物 输送至理化调理池，再经脱水机脱水成泥块；下层直接输送至脱水机脱水成 泥块。
第二，等离子体发生器工作时产生大量的等离子体，等离子体与水体作 用，产生大量活性很强的自由基，其中，O·和OH·能与其有机物分子反应 生成水和二氧化碳；O·与NH3反应生成水和NO3 ﹣；Cl·和H·与NO3 ﹣和 氨氮反应生成N2和H2O。等离子体作用产生的并未及时参加反应的·H生成 氢气，形成大量的微气泡；此外，·H与NO3 ﹣和NO2 ﹣反应生成N2，也形成 大量的微气泡。随着这些氢气和氮气微气泡的上浮，会带出大量的固体悬浮 物，达到固液分离的效果，形成气浮作用，进一步降低废水中的COD、色度、 浊度等污染指数。等离子体作用产生的自由基与污染水体中的发臭物质作用， 能消除臭味，因此，等离子体脱氮装置还有的消除臭味的效果。
1、去除COD、BOD原理
RH+O·—→CO2↑+H2O
RH+HO·—→CO2↑+H2O
·Cl+H2O—→HClO—→O·+HCl
RH——表示有机物。
2、脱色(除臭味)原理
R-R＇+O·—→CO2↑+H2O
R＇——表示有机物发色基团。
3、去除氨氮原理
NH3+O·—→NO3 ﹣+H2O
4、去除硝态氮原理
NO2 ﹣+O·—→NO3 ﹣
NO3 ﹣+H·—→NO2 ﹣+H2O
NO2 ﹣+H·—→N2↑+H2O脱氮主反应
5、增加水体中溶解氧的原理
采用等离子体发生器对水体进行等离子化处理，会产生大量的氧自由基 和羟基自由基，水体处理过程中，没有完全消耗的氧自由基或羟基自由基互 相结合，就产生水分子和氧分子，氧气溶于水中就增加了水体中的溶解氧。
O·+O·—→O2↑
2HO·+2HO·—→2H2O+O2↑
第三，等离子脱氮装置处理后的出水经吸附塔的进水口流入磷吸附塔内， 水体中的磷酸根离子被磷吸附塔内的磷吸附专用填料吸附，从而除去水体中 的磷酸根。
反应式(吸附反应)：
Fe-OOH+H2PO4 -＝Fe-O-HPO4 -+H2O
之后，当磷的吸附饱和度达到80～90％时，关闭进水阀和出水排放阀， 开启洗脱液的进水阀和再生液出口阀门，启动洗脱液加药泵，对磷吸附填料 进行清洗，使吸附在填料中的磷酸根脱附，随洗脱流出贮存于磷回收液贮罐 中；脱附完成后，关闭洗脱液进水阀和再生液出口阀门，开启清水进水阀和 清水阀，用清水洗至中性，即完成吸附填料再生。
反应式(解吸反应)：
Fe-O-HPO4-+3OH-＝Fe-OOH+PO4 3-+OH-+H2O
第四，将贮存于磷回收液贮罐中磷洗脱液泵入磷沉淀反应池中，开启加 药泵和搅拌器，将贮存于沉淀剂贮罐中的氢氧化钙饱和溶液泵入磷沉淀反应 池中，反应生成磷酸钙沉淀，沉淀分离，上清液回流入混凝工序，沉淀为回 收的磷酸钙。
反应式(沉淀结晶反应)：
PO4 3-+3/2Ca(OH)2＝1/2Ca3(PO4)2+3OH-
本发明的一种水体的深度高效净化***及方法，具有如下显著效果：
1、本发明的水体的深度高效净化***在混凝沉淀、等离子体净化之后还 有一个吸附除磷装置，通过对磷酸根有较强选择作用的磷吸附填料，进一步 去除水体中的残余磷，使水体中的总磷≦0.1mg/L，同时还吸附水体中的COD 和色度，进一步提高水质，经过吸附除磷后可以将水体中的COD去除80～ 95％、使出水的COD≦20mg/L、BOD≦6mg/L；总磷除95～99％，使出水的 总磷≦0.1mg/L；使出水的氨氮≦1.0mg/L、氨氮去除95～99.99％，使出水的 总氮≦5mg/L、总氮去除80～95％；色度去除90～99％。特别适合于低于劣 Ⅴ类水质的地表水体或黑臭水体的净化处理和污水处理厂的提标改造，使水 体达《地表水环境质量标准GB3838-2002》Ⅱ或Ⅲ类水质标准。
2、本发明的水体的深度高效净化***集混凝沉淀、等离子体净化和吸附 除磷于一体，在混凝除磷的同时，不仅可以同时除去水体中的COD和BOD， 使出水的COD≦20mg/L、BOD≦6mg/L；在等离子体脱氮时，一同除去水体 中95～99.99％氨氮和80～95％总氮、使出水的氨氮≦1.0mg/L、总氮≦5mg/L， 同时还可以进一步降低水体中的COD。
3、本发明通过三通和管道将经过等离子体发生器处理后含有大量自由基 的水回流到混凝池中用以氧化二价铁，便于用硫酸亚铁替代聚合铝(PAC)， 同等条件下，药剂使用量减少三分之一以上，降低污泥量三分之一，药剂费 用大幅降低三分之二，大幅度降低混凝工序的运行成本。
4、本发明装置占地面积只有传统装置的十分之一，占地面积小，工艺步 骤简单。
5、本发明除磷更彻底，使水体中的生物磷和有机磷在等离子化产生自由 基的作用下生成无机磷酸根，与铁离子能形成磷酸铁沉淀，经过混凝除磷后， 总磷含量≤0.1mg/L。
6、本发明通过等离子体撞击水分子，使水分解产生氧气，净化后的水体 溶解氧含量高大于7mg/L，能够有效提高水体的溶解氧，有效抑制藻类的生 长，全面改善水质。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述 中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是 本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动 的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明的等离子体脱氮吸附除磷工艺流程图。
图2是本发明的吸附除磷的原理图。
图3是本发明的装置示意图。
图4是本发明的混凝沉淀装置的示意图。
图5是本发明的混凝沉淀装置的结构示意图。
图6是本发明的等离子体脱氮装置的结构示意图。
图7是本发明的吸附除磷及磷回收装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不 是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创 造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考说明书附图1～7，本发明提供一种水体的深度净化***，包括混凝 沉淀装置100，等离子体脱氮装置200和吸附除磷及磷回收装置300；其中， 混凝沉淀装置100与污水进水相连通，且预处理装置100、等离子体脱氮装 置200和吸附除磷及磷回收装置300依次联接。
1、混凝沉淀装置
该混凝沉淀装置包括依次连通的集水井110、格栅120、提升泵130、精 密过滤器140、混凝池150、助凝池160、沉淀池170和中间水池180；所述 集水井110的进水口与需要处理的污水联通，所述格栅120的输入端与所述 集水井110的出水口连通，所述格栅120的出水口与提升泵130的进水口连 通，所述提升泵130的出水口与精密过滤器140的进口连接，精密过滤器140 的出水口接混凝池150的进水口连通，所述混凝池150的出水口与助凝池160 的进水口连通，所述助凝池160联通的出水口与沉淀池170的进水口连通， 沉淀池170设有清水出口178和污泥出口179，所述清水出口与中间水池180 的进水口连通，中间水池180的出水口与等离子体发生器210的输入端连通， 所述清水出口与等离子体发生器210的连接管路中还设有循环水泵。
其中，所述混凝池150包括混凝剂加料装置152和混凝搅拌机153，混 凝剂加料装置中贮藏有质量比为5～10％硫酸亚铁溶液；所述混凝剂的用量 为5～80g/m3；优选地，混凝剂加料装置包括相连的计量加料泵和混凝剂加 料罐。进一步地，所述混凝池150与等离子体发生器210的出口之间还利用 三通进行相互连通。
所述助凝池160包括池体、助凝剂加料装置162和助凝搅拌机163，所 述助凝剂加料装置162中贮藏有质量比为1～2‰的PAM溶液；优选地，所 述助凝剂加料装置包括相连的助凝加料罐和与计量加料泵。
所述沉淀池170内包括上清区171、固液分离中区172和底部的污泥浓 缩区173，所述上清区171的上端设有堰板和水槽，且上清区171的水从清 水出口178流入中间水池180中进行后续处理，所述污泥出口179开设在所 述污泥浓缩区173的底部。优选地，所述沉淀池170包括高密沉淀池或斜板 沉淀池，下部斜板的设置能够有效快速的将污泥导出，十分方便。
较佳的，该污泥出口179处所产生的污泥被输送至污泥处理装置中进行 相应的处理，例如，该污泥出口179的管道上连接有另一三通装置181，该 三通装置181的其中一水路与污泥处理装置相连通，另一水路则与助凝池160 连通，其中，该三通装置181和助凝池160之间设置有阀门174和污泥回流 泵190，该污泥回流泵190用于将所述沉淀池170中的部分污泥回流至所述 助凝池160中，增加污泥浓度，促进大颗粒污泥形成，提高沉淀池170中污泥分离效果。其中，该污泥处理装置包括污泥泵41、重力浓缩池、理化调理 池和脱水机，所述污泥泵的输入端与所述污泥出口179连通，污泥泵的输出 端则与重力浓缩池的输入端连通，所述重力浓缩池内包括由上至下的上层区、 中层区和下层区，所述上层区的输出端用于连通生化池，所述下层区的输出 端与所述脱水机的输入端连通，所述中层区、理化调理池和脱水机则按序依 次连通；较佳的，所述重力浓缩池中还设置有搅拌器。其中，所述脱水机可 包括板框压滤机、袋式脱水机或离心脱水机。
当然在另一较佳实施例中，所述混凝沉淀装置100还包括pH值加药装 置，所述pH值加药装置中储藏有氢氧化钠或碳酸钠，当混凝过程中污水的pH小于7时，可加药调节污水的至pH为7～9。
在一较佳实施例中，该混凝沉淀装置为包括混凝区，分离区，助凝区和 沉淀区的一体立式混凝装置，所述混凝区、分离区、助凝区和沉淀区的高度 比值为1.5：4：1.8：1.7，该一体化立式混凝沉淀装置，外观为圆柱体或长方 体，其直径和高度的比值为1～7：8～11，较佳的，其直径和高度的比值为 1.6：9，该混凝区与分离区之间利用隔板进行隔断，优选的，该隔板为碳钢 防腐隔板，更优选的，该隔板的厚度为10mm。
2、等离子体脱氮装置
所述等离子体脱氮装置200包括等离子体发生器210、脉冲电源220和 脱氮反应池230，所述等离子体发生器210进水管路与中间水池180间利用 取水泵211和水体进口阀门212来相连通，进而将混凝沉淀后的清水输入等 离子体发生器内，优选地，所述等离子体发生器210的进水管路中还安装有 流量传感器213；所述等离子体发生器210的出口215则分别与所述脱氮反 应池230的进水口231和混凝池150的进水口连通，例如其利用三通进行相互连通，进而能够将等离子体发生器中的自由基输入至混凝池中，促进絮凝。
在一个具体实施方式中，所述脱氮反应池230包括箱体和在箱体内相邻 设置的氨氮氧化池233和硝态氮还原池237，所述脱氮反应池进水口231开 设在氨氮氧化池233侧壁上，所述脱氮反应池的出水口238则开设在所述硝 态氮还原池237的侧壁上，所述氨氮氧化池233和硝态氮还原池237之间设 置具有过水流道235的下隔板234和上隔板236，所述氨氮氧化池233和硝 态氮还原池237通过所述过水流道235连通。
优选地，所述下隔板234与所述氨氮氧化池233相邻，所述上隔板236 与所述硝态氮还原池237相邻，所述下隔板的顶端开设有第一过水口b1，所 述上隔板236的底端开设有第二过水口b2，所述下隔板234和上隔板236之 间的空间形成过水流道235。
优选地，上述等离子体发生器210内包括至少一组电极组，可选地，所 述电极为石墨、铁、铝、锌、铜、铅、镍、合金和具有贵金属氧化物涂层的 惰性电极中的一种；作为优选地，上述具有贵金属氧化物涂层的惰性电极。
优选地，所述等离子体发生器210的脉冲工作电压为0.01～30KV，电流 密度为1～10mA/cm2，频率为2400～2600MHz，水体在等离子体发生器210 内的停留时间为1s～10s。
进一步地，所述脱氮反应池230的下部设有布水器232，用于将等离子 体发生器210输出的污染水体均匀的分布于氨氮氧化池233内区域，所述布 水器232的输入端与所述脱氮反应池的进水口231连通。
优选地，污染水体在所述氨氮氧化池233中的停留时间为10～150min。
在另一较佳实施例中，所述的等离子体脱氮装置200还包括等离子体发 生器的除垢***，所述除垢***包括除垢剂贮罐240，单向阀241，清洗泵 242，进口阀门243和出水阀门244，所述除垢剂贮罐240的输出端与等离子 体发生器的进水口214之间安装有清洗泵242和进口阀门243，所述出水阀 门244则安装于所述等离子体发生器的出口管路上；当需要对所述等离子体 发生器210除垢时，关闭水体进口和水体出口阀门，再打开单向阀241、进 口阀门243和出水阀门244，启动清洗泵242，将除垢液泵入等离子体发生器 210内进行循环清洗。
3、吸附除磷及磷回收装置
所述吸附除磷及磷回收装置300由吸附塔310、脱附再生***320和磷 沉淀回收***330构成。
具体地，所述的吸附塔310包括进水口311，下支撑板315，吸附填料 316，上支撑板317和出水口318，所述吸附填料316位于上支撑板317和下 支撑板315之间用来吸附进入吸附塔内的水体中的磷组分，优选地，当进行 吸附除磷时，脱氮反应处理后的水体在吸附塔310内的停留时间为200s～ 800s；进水通过进水阀313后与进水四通312的第一水路相连通，所述进水 阀313用于控制吸附塔和等离子体脱氮装置的水体连通；所述出水口318则与出水四通319的第一水路相连通并通过出水排放阀排出吸附除磷后的出 水。
所述的脱附再生***320包括再生液贮罐321，再生液输送泵322，再生 液出口阀门323，清水罐324，清水泵325，清水阀326，磷回收液出水阀门 327和磷回收液贮罐328，再生液贮罐321通过再生液输送泵322和再生液出 口阀门323与进水四通312的第二水路连通，并通过该进水四通312的第二 水路联接到吸附塔的进水口311上；清水罐324通过清水泵325和清水阀326 与出水四通319的第二水路连通，进而通过所述出水四通319的第二水路与 吸附塔310的出水口318联接；磷回收液贮罐328的进水口通过磷回收液出 水阀门327和出水四通319的水路与吸附塔310的出水口318相联接，磷回 收液贮罐328的出水口则与磷沉淀回收***330相联接。其中，所述再生液 贮罐321贮存有1～5％的氢氧化钠溶液作为磷酸根的洗脱液(再生液)，通 过再生液出口阀门323、进水四通312联接到吸附塔310上；更优选地，所 述再生液贮罐321贮存的洗脱液为3～5％的氢氧化钠溶液。
磷沉淀回收***330包括磷沉淀反应池333，沉淀剂贮罐335，磷沉淀回 收池337和浓缩罐339，磷回收液贮罐328的出水口通过洗脱液进水阀332 进入磷沉淀反应池333；所述磷沉淀反应池333上安装有搅拌器334，且所述 磷沉淀反应池333连接于沉淀剂贮罐335，优选的，所述沉淀剂贮罐335内 贮存有氢氧化钙饱和溶液，更优先地，磷沉淀液贮罐内贮存有氯化钙溶液； 磷沉淀反应池333的进水口连通于所述磷回收液贮罐328的出水口，同时磷沉淀反应池333的出水口则与磷沉淀回收池337相联接；所述磷沉淀回收池 337的出水口连接于所述浓缩罐339，浓缩罐339的出水口与再生液贮罐321 联接。当工作时，将磷回收液贮罐328的磷洗脱液泵入磷沉淀反应池333中， 开启加药泵336，将贮存于沉淀剂贮罐335的中氢氧化钙饱和溶液泵入磷沉 淀反应池333中，同时启动搅拌器334加速反应生成磷酸钙沉淀，并将其泵 入磷沉淀回收池337中，磷沉淀回收池中的上清液经泵338的作用进入浓缩罐339浓缩后再利用回收泵340泵入再生液贮罐321中循环使用。
在一较佳实施例中，所述水体脱氮吸附除磷深度净化***还包括一个自 动控制装置，它由控制器、电导率传感器、流量传感器、电位传感器、搅拌 转速传感器、温度传感器、氯传感器、氢传感器、pH值传感器、PLC值传 感器以及以及阀组，所述阀组包括电动阀或气动阀。具体地，上述控制器包 括控制单元、故障检测单元、数据接收单元和数据处理单元，所述数据处理 单元包括计算模块和判断模块，所述故障检测单元能够接收故障信号并传送 至控制单元；所述数据接收单元能够接收上述各传感器获取的水质、***运 行、阀组开关状态和泵运行状态等工作信号，并传送至数据处理单元，通过 计算模块和模块处理后输送至控制单元。所述控制单元能够发出指令，控制 ***中水体等离子体净化、混凝沉淀过程、污泥处理过程即回流再净化。通 过自动控制装置实现等离子体混凝一体化污水处理***的自动运行，进而实 现污染水体的自动净化。
本发明另一方面还提供一种水体的深度高效净化方法，包括如下步骤：
(1)混凝：经提升泵130的水体进入混凝池150，通过混凝加料装置加 入5～80g/m3硫酸亚铁溶液和进水总量3～5％的等离子体处理水混合并不断 搅拌，搅拌速度为50～300r/min，混凝反应时间为2～15min；在这个过程中， 亚铁离子与水体中的氧自由基或羟基自由基生成三价铁离子，三价铁离子与 羟基反应生成氢氧化铁小颗粒(絮体)；
(2)助凝：步骤(1)中混凝反应后的水体进入助凝池160，通过助凝 加药装置加入PAM絮凝剂，加入PAM的重量为0.1～1g/m3，搅拌并反应1～ 5min，搅拌速度10～80r/min；
(3)沉淀：步骤(2)中经助凝反应的污水进入沉淀池170，进行固液 分离，固液分离的时间为3～10min，经过3～10min的固液分离，形成所述 沉淀池170上层的上清区171、沉淀池170的底部的污泥浓缩区173和沉淀 池170的中部形成固液分离中区172；当步骤(2)中助凝池160内形成的沉 淀量不足时，开启污泥回流泵190，部分污泥从所述沉淀池170回流入助凝 池160，促进沉淀生成；
所述的混凝、助凝和沉淀过程中，水体中的磷酸根和磷酸氢根与三价铁 离子反应，生成磷酸铁沉淀，从而去除水体中的总磷。
3Fe3++2PO4 3-＝Fe3(PO4)2↓
此外，由于生成的大量絮体沉淀具有巨大的比表面积并且带有电荷，能 够吸附水体中的有机物，可以同时去除水体中的色度和COD；通过混凝沉淀 可以去除水体中50～70％的COD，60～96％的总磷，70～90％的色度。
进一步的，该步骤中还包括有污泥处理步骤：将上述步骤(3)中所述沉 淀池160内污泥浓缩区163中的污泥，通过污泥泵输送至污泥处理装置的重 力浓缩池内，经过搅拌，利用水、有机物和无机物三者的密度差异进行重力 沉淀分离，形成上清液层、中层有机物富集层和下层无机层；将上述上清液 层内的液体输送至混凝沉淀装置中再净化；将中层有机物富集层内物质输送 至理化调理池进行调理后输送至脱水机进行脱水处理；将下层无机层经过脱 水形成的物质能够作为建材原料，用于生产建筑用砖或陶粒。
(4)等离子体处理：将污水输送至等离子体发生器210中停留1～10s， 等离子体发生器210产生的等离子体互相碰撞生成自由基；所述等离子体发 生器210的脉冲工作电压为0.01～30KV，电流密度为1～10mA/cm2，频率 为2400～2600MHz；
(5)脱氮反应：步骤(4)中出水通过布水器232均匀分布在脱氮反应 池230中，停留时间为10～150min，在催化剂的催化作用下，水体中的氧自 由基(O·)、羟基氧自由基(·OH)与水体中的氨氮反应生成硝态氮、亚硝 态氮和水；同时，水体中的氢自由基(·H)与硝态氮、亚硝态氮反应，生成 氮气和水；除此之外，水体中的氧自由基(O·)、羟基氧自由基(·OH)与 水体中的BOD反应，生成CO2和水，降低COD，水体中的氧自由基(O·)、 羟基氧自由基(·OH)还可以与水体中有机磷、生物磷反应，生成磷酸根， 脱氮反应过程中生成的氮气和等离子体作用产生的氧气起到气浮作用，可以 除去水体中的小颗粒固形物；通过脱氮反应可以一同去除水体中85～99.9％ 的氨氮、80～95％的总氮，90～100％的BOD，99～100％的粪大肠菌群，5～ 15％的COD，5～10％的总磷，同时，还可以将水体中的溶解氧增加到7mg/L 以上；
脱氨氮的反应为：
NH4 ++10O·→2NO3 -+4H2O
脱硝态氮的反应为：
NO2 -+O·→NO3 -
NO3 -+H·→NO2 -+H2O
NO2 -+H·→N2↑+H2O
(6)吸附除磷：通过等离子体脱氮步骤后的出水经吸附塔的进水口311 流入磷的吸附塔310内，水体中的磷酸根离子被吸附塔310内的磷吸附专用 填料吸附，从而除去水体中的磷酸根，主要原理为：部分金属羟基氧化物在 中性pH的水中对磷有极强的选择性吸附能力，在pH变为强碱时，已吸附的 磷能迅速解吸附；其中，该金属羟基氧化物的载体例如为聚乙烯或聚苯乙烯， 上述金属羟基氧化物接枝于上述载体上。出水中总磷≦0.1mg/L，磷的去除率 为95～99.5％。
反应式(吸附反应)：
Fe-OOH+H2PO4 -＝Fe-O-HPO4 -+H2O
(7)磷的洗脱与吸附填料再生：当磷的吸附饱和度达到80～90％时， 关闭吸附塔的进水阀313和出水排放阀，开启洗脱液(再生液)的进水阀和 再生液出口阀门323，启动洗脱液加药泵，对吸附塔310内的磷吸附填料进 行清洗，使吸附在填料中的磷酸根脱附，随洗脱液流出贮存于磷回收液贮罐 328中；脱附完成后，关闭洗脱液进水阀和再生液出口阀门，开启清水进水 阀和清水阀326，用清水洗至中性，即完成吸附填料再生；所述的洗脱液为1～ 5％的氢氧化钠溶液。
反应式(解吸反应)：
Fe-O-HPO4 -+3OH-＝Fe-OOH+PO4 3-+OH-+H2O
(8)磷的沉淀回收：将贮存于磷回收液贮罐328中磷回收液泵入磷沉淀 反应池333中，开启加药泵336，将贮存于沉淀剂贮罐335中氢氧化钙饱和 溶液泵入磷沉淀反应池333中，启动搅拌器334反应生成磷酸钙沉淀，泵入 磷沉淀回收池337，上清液经泵338进入浓缩罐339浓缩后泵入再生液贮罐 321循环使用，沉淀为回收的磷酸钙。
反应式(沉淀结晶反应)：
PO4 3-+3/2Ca(OH)2＝1/2Ca3(PO4)2+3OH-
较佳的，当需要对等离子脱氮装置中的等离子体发生器除垢时，先关闭 水体进口阀门212和水体出口阀门216，再打开单向阀241、进口阀门243 和出水阀门244，启动清洗泵242，将除垢液泵入等离子体发生器210内进行 循环清洗。
采用上述水体的深度高效净化***处理并经过以上步骤处理后，可以将 水体中的COD去除80～95％、使出水的COD≦20mg/L；BOD去除95～99％、 使出水的BOD≦6mg/L；总磷除95～99％，使出水的总磷≦0.1mg/L；使出 水的氨氮≦1.0mg/L、氨氮去除95～99.99％，使出水的总氮≦5mg/L、总氮去 除80～95％；色度去除90～99％，特别适合于低于劣Ⅴ类水质的地表水体或 黑臭水体的净化处理和污水处理厂的提标改造，使水体达《地表水环境质量 标准GB3838-2002》Ⅱ或Ⅲ类水质标准。
实施例一
将某河道微污染水体进入该水体的深度高效净化***进行处理；上述污 染水体依次进入混凝沉淀装置100、等离子体脱氮装置200和吸附除磷及磷 回收装置300内进行处理。
首先，在步骤1～3中，往所述混凝沉淀装置100中加入硫酸亚铁混凝剂， 加入量为5mg/L，在转速为100转的条件下混凝反应后，按1mg/L加入助凝 剂PAM在转速为20转的条件下反应后进入沉淀池170分离，混凝沉淀出水 水质如表1中的混凝出水所示；
紧接着，经过混凝沉淀后的水体进入步骤4中的等离子发生器210中进 行处理，处理后水体进入步骤5中的脱氮反应池230进行脱氮反应，出水指 标如表1的脱氮出水所示，等离子体发生器210的工作电压为10V，电流密 度为1mA/cm2；
最后，经过等离子脱氮装置200处理的出水再流经步骤6中的吸附除磷 ***进行深度净化，等离子脱氮装置200处理的出水经过吸附除磷***进行 深度净化处理后的出水水质见表1中的吸附出水所示。
表1、某河道微污染水体经过各个步骤处理后的水质指标
从表1可知，微污染的河道水体经过处理后的出水指标完全满足《地表 水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水质标准。
实施例二
将某河道水体未处理的水体进入该水体的深度高效净化***进行处理； 上述污染水体依次进入混凝沉淀装置100、等离子体脱氮装置200和吸附除 磷及磷回收装置300内进行处理。
首先，在步骤1～3中，往所述混凝沉淀装置100中加入硫酸亚铁混凝剂， 加入量为20mg/L，在转速为100转的条件下混凝反应后，按1mg/L加入助 凝剂PAM在转速为20转的条件下反应后进入沉淀池170分离，混凝沉淀出 水水质如表2中的混凝出水所示：
紧接着，经过混凝沉淀后的水体进入步骤4中的等离子发生器210中进 行处理，处理后水体进入步骤5中的脱氮反应池230进行脱氮反应，出水指 标如表2的脱氮出水所示，等离子体发生器210的工作电压为60V，电流密 度为2mA/cm2；
最后，经过等离子脱氮装置200处理的出水再流经步骤6中的吸附除磷 ***进行深度净化，等离子脱氮装置200处理的出水经过吸附除磷***进行 深度净化处理后的出水水质见表2中的吸附出水所示。
表2、某河道水体未处理的水体经过各个步骤处理后的水质指标
从表2可知，某河道水体经过处理后的出水指标完全满足《地表水环境 质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水质标准。
实施例3
某黑臭水体进入该水体的深度高效净化***进行处理；上述污染水体依 次进入混凝沉淀装置100、等离子体脱氮装置200和吸附除磷及磷回收装置 300内进行处理。
首先，在步骤1～3中，往所述混凝沉淀装置100中加入硫酸亚铁混凝剂， 加入量为80mg/L，在转速为100转的条件下混凝反应后，按1mg/L加入助 凝剂PAM在转速为20转的条件下反应后进入沉淀池170分离，混凝沉淀出 水水质如表3中的混凝出水所示：
紧接着，经过混凝沉淀后的水体进入步骤4中的等离子发生器210中进 行处理，处理后水体进入步骤5中的脱氮反应池230进行脱氮反应，出水指 标如表3中的脱氮出水所示，等离子体发生器210的工作电压为30KV，电 流密度为10mA/cm2；
最后，经过等离子脱氮装置200处理的出水再流经步骤6中的吸附除磷 ***进行深度净化，等离子脱氮装置200处理的出水经过吸附除磷***进行 深度净化处理后的出水水质见表3中的吸附出水所示。
表3、某黑臭水体经过各个步骤处理后的水质指标
从表3可知，黑臭水体经过处理后的出水指标完全满足《地表水环境质 量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水质标准。
实施例4
首先，某污水处理厂二沉淀池沉淀后的水体进入该水体的深度高效净化 ***进行处理；上述污染水体依次进入混凝沉淀装置100、等离子体脱氮装 置200和吸附除磷及磷回收装置300内进行处理。
首先，在步骤1～3中，水体进入混凝沉淀装置100混凝处理时，由于水 体中总磷只有1mg/L，浓度较低，因此，按15mg/L加入硫酸亚铁溶液，并 加5％氢氧化钠溶液调节pH至8～9(由于pH为6～7)，在转速为200转 的条件下混凝反应后，进入助凝灌，按1mg/L加入助凝剂PAM在转速为60 转的条件下混凝后进入沉淀池230固液分离，出水水质如表4中的混凝出水：
紧接着，经过混凝沉淀后的水体进入等离子发生器210中进行处理，等 离子体发生器210的工作电压为50V，电流密度为10mA/cm2；处理后水体 进入脱氮反应池230进行脱氮反应，出水指标如表4中的脱氮出水；
最后，经过等离子脱氮装置200处理的出水再流经吸附除磷***进行深 度净化，等离子脱氮装置200处理的出水经过吸附除磷***进行深度净化处 理后的出水水质见表4中的吸附出水。
表4、某污水处理厂二沉淀池沉淀后的水体经过各个步骤处理后的水质指标
从表4可知，污水处理厂出水经过处理后的出水指标完全满足《地表水 环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅳ类水质标准。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发 明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用 于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上 述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变 化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种水体的深度高效净化方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)混凝：将污染水体输入混凝池，通过混凝加料装置加入5～80g/m3硫酸亚铁溶液和进水总量3～5％的等离子体处理水混合并不断搅拌，搅拌速度为50～300r/min，混凝反应时间为2～15min；
(2)助凝：步骤(1)中混凝反应后的水体进入助凝池，通过助凝加药装置加入PAM絮凝剂，加入PAM的重量为0.1～1g/m3，搅拌并反应1～5min，搅拌速度10～80r/min；
(3)沉淀：步骤(2)中经助凝反应的污水进入沉淀池，进行固液分离，固液分离的时间为3～10min，形成所述沉淀池上层的上清区、底部的污泥浓缩区和中部的固液分离中区；
(4)等离子体处理：将污水输送至等离子体发生器中停留1～10s，等离子体发生器产生的等离子体互相碰撞生成自由基；所述等离子体发生器的脉冲工作电压为0.01～30KV，电流密度为1～10mA/cm2，频率为2400～2600MHz；
(5)脱氮反应：步骤(4)中出水通过布水器均匀分布在脱氮反应池中反应，停留时间为10～150min；
(6)吸附除磷：将步骤(4)的出水经吸附塔的进水口流入吸附塔内，所述吸附塔内的吸附填料包括金属羟基氧化物，所述金属羟基氧化物接枝于载体上，经过吸附除磷后的出水中总磷≦0.1mg/L，磷的去除率为95～99.5％。
(7)磷的洗脱与吸附填料再生：当磷的吸附饱和度达到80～90％时，关闭吸附塔的进水阀和出水阀，开启洗脱液的进水阀和再生液出口阀门，对吸附填料进行解吸，使吸附在填料中的磷酸根脱附，随洗脱流出贮存于磷回收液贮罐中；脱附完成后，关闭洗脱液进水阀和再生液出口阀门，开启清水进水阀和清水阀，用清水洗至中性，完成吸附填料再生。
2.根据利要求1所述的一种水体的深度高效净化方法，其特征在于，当步骤(2)中助凝池内形成的沉淀量不足时，开启污泥回流泵，部分污泥从所述沉淀池回流入所述助凝池内。
3.根据利要求1所述的一种水体的深度高效净化方法，其特征在于，还包括步骤(8)，磷的沉淀回收：将贮存于磷回收液贮罐中磷洗脱液泵入沉淀反应池中，开启加药泵，将贮存于磷沉淀溶液贮罐中氢氧化钙饱和溶液泵入磷沉淀反应池中反应，启动搅拌器生成磷酸钙沉淀，之后将其泵入磷沉淀回收池，再将其上清液泵入浓缩罐浓缩后进入再生液贮罐循环使用。
4.根据利要求3所述的一种水体的深度高效净化方法，其特征在于，所述再生液贮罐贮存有1～5％的氢氧化钠溶液。
5.根据利要求1所述的一种水体的深度高效净化方法，其特征在于，步骤(3)中还包括污泥处理步骤：将上述步骤(3)中所述沉淀池内污泥浓缩区中的污泥，通过污泥泵输送至污泥处理装置的重力浓缩池内，利用水、有机物和无机物三者的密度差异进行重力沉淀分离，形成上清液层、中层有机物富集层和下层无机层；将上清液层内的液体输送至混凝沉淀装置中再净化，将中层有机物富集层内物质输送至理化调理池进行调理后输送至脱水机进行脱水处理；将下层无机层直接经过脱水机进行脱水。
6.根据利要求1所述的一种水体的深度高效净化方法，其特征在于，步骤(4)中，当需要对所述等离子体发生器除垢时，关闭水体阀门，再打开单向阀、进口阀门和出水阀门，启动清洗泵，将除垢液泵入等离子体发生器内进行循环清洗。
7.根据权利要求1所述的一种水体的深度高效净化方法，其特征在于，所述混凝池包括混凝剂加料装置，所述混凝剂加料装置中贮藏有质量比为5～10％硫酸亚铁溶液，所述混凝剂的用量为5～80g/m3；所述助凝池包括助凝剂加料装置，所述助凝剂加料装置中贮藏有质量比为1～2‰的PAM溶液。
8.根据利要求1所述的一种水体的深度高效净化方法，其特征在于，经过处理后的水体中的出水的COD≦20mg/L，BOD≦6mg/L，出水的总磷≦0.1mg/L，氨氮≦1.0mg/L，总氮≦5mg/L。
9.根据利要求1所述的一种水体的深度高效净化方法，其特征在于，当总磷小于等于1mg/L时，加入15mg/L硫酸亚铁溶液，并将混凝池中的PH调节至8～9。
10.根据利要求1所述的一种水体的深度高效净化方法，其特征在于，步骤(6)中，等离子脱氮后的出水在吸附塔内的停留时间为200s～800s。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211012 |
|
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