一種carrousel氧化溝降解有機廢水的裝置的方法
【專利摘要】一種carrousel氧化溝降解有機廢水的裝置，主要由兩段格柵機、carrousel氧化溝、納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置、三級反沖篩濾裝置和光催化降解反應裝置組成。本發明還公開了利用上述裝置進行污水處理的方法。本發明工藝流程簡單、管理方便、投資省、運行費用低、工藝穩定性高，針對有機物含量高、色度高的硝基廢水效果尤其明顯。
【專利說明】一種carrousel氧化溝降解有機廢水的裝置的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種carrousel氧化溝降解高濃度有機廢水的裝置，具體地涉及一種 降解高濃度有機廢水的裝置。
[0002] 本發明還涉及利用上述裝置降解高濃度有機廢水的具體方法。
【背景技術】
[0003] 氧化溝工藝是活性污泥法的一種變型，其曝氣池呈封閉的溝渠型，所以在水力流 態上不同于傳統的活性污泥法，是一種首尾相連的循環流曝氣溝渠，污水滲入其中得到凈 化。氧化溝技術發展的強勢在于氧化溝的環流，由于這種環流，是造成氧化溝長久不衰的原 因，或者說只要保持溝渠首尾相接，水流循環流動，選用的特定設計參數、溝型和運行方式， 就會給運行者和設計者帶來極大方便，其靈活性和適應性也非常強，有進一步研究、發展和 應用的廣闊空間。但經過氧化溝生物處理的污水存在毒性大、微生物多、殘留有機物及病原 菌含量較高等問題。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提供一種carrousel氧化溝降解有機廢水的裝置。
[0005] 本發明的又一目的在于提供一種利用上述裝置降解高濃度有機廢水的具體方法。
[0006] 為實現上述目的，本發明提供的carrousel氧化溝降解有機廢水的裝置，主要由 兩段格柵機、carrousel氧化溝、納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置、三級反沖篩濾裝置和光 催化降解反應裝置組成；其中：
[0007] 兩段格柵機，框體內分別布設有粗篩網和細篩網兩段篩網，兩段篩網與水平呈現 60度夾角布設，污水在重力作用下通過粗、細兩段篩網，攔截液體中的固態顆粒，并連續清 除流體中雜物的固液分離設備；格柵機出水自流入氧化溝內；
[0008] carrousel氧化溝由兩個相同的橢圓形氧化溝上下排列而成，上方氧化溝的上部 溝渠和下方氧化溝的下部溝渠相連，兩個氧化溝的溝渠內均安裝有曝氣機；上方氧化溝的 上部溝渠設有出水堰，所述出水堰的出水導至納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置內；
[0009] 納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置底部設有螺旋輸泥器和出泥口，納米曝氣凝 聚-微渦流絮凝裝置連接三段式生物膜反應器出水口的一側為主反應區，用于完成納米氣 浮-凝聚過程，相鄰主反應區為絮體攔截區，相鄰絮體攔截區的為絮體二次攔截區；主反應 區內設有微渦流混凝器，主反應區內部上方有通入〇 2的納米曝氣頭，主反應區頂端設有用 以添加混凝劑的加藥裝置；絮體攔截區內鋪設有用于絮體攔截沉淀的斜管；絮體二次攔截 區內部填充有聚丙烯的立體網狀結構填料，立體網狀結構填料下方鋪設一納米曝氣頭，絮 體二次攔截區底部設置有出水口，出水通過液壓泵連接旋三級反沖篩濾裝置的進水口；
[0010] 三級反沖篩濾裝置水池的進水口處設有一進水堰，出水口處設有回流槽，三級反 沖篩濾裝置內部由多孔網格分為上部的集水池和下部的分流倉兩個部分，分流倉為緊密排 列的圓筒狀；多孔網格上方中央安放一納米曝氣頭，埋設在填充的篩濾填料中，篩濾填料上 方靠近進水堰處設有一阻流板，靠近回流槽的一側設有一通入〇2的曝氣管，曝氣管設有多 個細孔曝氣孔，曝氣孔垂直向上，篩濾填料安裝有超聲波發生儀；分流倉的下方為儲水箱， 儲水箱外壁涂刷避光黑色涂料，其內壁均勻負載一層非金屬摻雜的光催化劑，其底部安裝 有紫外滅菌燈，且滅菌燈之間設置有通入〇 3的曝氣納米曝氣頭，儲水箱內剩余的空間填充 有半導體負載填料；三級反沖篩濾裝置的出水直接導入光催化降解反應裝置；
[0011] 光催化降解反應裝置內壁均勻負載一層非金屬摻雜光催化劑，底部開設有排泥 口，位于排泥口上方設置有納米曝氣盤，納米曝氣盤上設置有低壓紫外汞燈框架，低壓紫外 汞燈框架上安裝有低壓紫外汞燈，低壓紫外汞燈設有防水套筒。光催化降解反應裝置內部 剩余空間填充有半導體負載填料；光催化降解反應裝置的頂部設有遮光板。
[0012] 所述的carrousel氧化溝降解有機廢水的裝置中，兩段格柵機內的粗、細篩網均 為玻璃鋼材質，粗篩網孔徑為15_，細篩網孔徑為6_。
[0013] 所述的carrousel氧化溝降解有機廢水的裝置中，納米曝氣凝聚-微潤流絮凝池 內使用的混凝劑為聚合氯化鋁（PAC)+陽離子聚丙烯酰胺（CPAM)。
[0014] 所述的carrousel氧化溝降解有機廢水的裝置中，納米曝氣凝聚-微潤流絮凝裝 置內螺旋輸送器轉速不高于30r/min ;
[0015] 所述的carrousel氧化溝降解有機廢水的裝置中，三級反沖篩濾裝置中的篩濾填 料為改性錳砂與天然沸石分子篩的混合物，混合比例為7:3,過濾精度為0. 3-1. 1_。
[0016] 所述的carrousel氧化溝降解有機廢水的裝置中，納米曝氣凝聚-微潤流絮凝裝 置、三級反沖篩濾裝置的反沖洗時納米曝氣頭進氣為〇 2，用于混凝攪拌和清潔填料；三級反 沖篩濾裝置的儲水池及光催化降解反應裝置納米曝氣頭進氣為〇3，通過納米曝氣強化羥基 自由基的產生過程。
[0017] 本發明提供的利用上述carrousel氧化溝降解有機廢水的裝置進行污水處理的 方法：
[0018] 由兩段格柵機攔截液體中的固態顆粒，并連續清除流體中雜物的固液分離設備； 格柵機出水自流入氧化溝內；
[0019] 污水自上方氧化溝（A)隔墻下溝渠進入并推進，在導流墻導流作用下流動，留至 下方氧化溝（B)上部溝渠，在厭氧環境下進行處理，流至下方氧化溝（B)左端，在納米曝氣 器作用下充分提高污水中溶氧量，于下方氧化溝（B)下部溝渠進行好氧處理，在兩氧化溝 相連的導流墻內導流至A氧化溝隔墻上溝渠，直至出水堰流出，carrousel氧化溝內需定時 清除淤泥，清除時亦須留存30%的淤泥用作接種。出水導至納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝 置內的主反應區內進行納米氣浮-凝聚處理后，于微渦流混凝器再次凝聚-絮凝，而后自流 至絮體攔截區，絮體在斜管的攔截作用下沉至反應器底部，定時在螺旋輸送器的帶動下自 出泥口定期排出，澄清液溢流至絮體二次攔截區，在立體網狀結構填料的作用下進行二次 攔截，過濾后的清液自出水口排出進入三級反沖篩濾裝置；
[0020] 在三級反沖篩濾裝置中，儲水箱內納米曝氣頭不連續工作，空氣自多孔網格向上 鼓起，分割成小氣泡，間歇沖散篩濾填料上的致密污物層，污染物質層破碎成片狀浮起，在 曝氣管的浮力以及進水沖擊擋流板向右推力的協同作用下，溢流至回流槽，使篩濾填料截 留的污染物集中排除裝置外，與進水混合重新處理，以延長三級反沖篩濾裝置使用壽命及 反洗周期；而且三級反沖篩濾裝置中納米二氧化鈦晶體作為光觸媒在紫外燈照射下激發極 具氧化力的自由負離子，同時在納米曝氣過程中以及超聲波發生過程激發的能量亦可發生 并加強自由負離子的產生，達成光催化效果；而自由負離子以及其擺脫共價鍵的束縛后留 下空位，與納米氣泡表面帶有的電荷同時產生微電解效果。
[0021] 儲水箱內的納米曝氣頭采用03曝氣，由于納米氣泡具有龐大的數量、比表面積、緩 慢的上升速度等特性，同時氣泡在水中停留時間長，增加了氣液接觸面積、接觸時間，利于 臭氧溶于水中，克服了臭氧難溶于水的缺點；微氣泡內部具有較大的壓力且納米氣泡破裂 時界面消失，周圍環境劇烈改變產生的化學能促使產生更多的羥基自由基· 0H，增強〇3氧 化分解有機物的能力；且納米級別〇3氣泡與紫外滅菌燈、半導體負載填料共存于儲水箱，提 高高級氧化效果，可有效提高· 0H產生率，經三級反沖篩濾裝置處理的污水進入光催化降 解反應裝置內進行光催化降解反應。
[0022] 所述的方法中，三級反沖篩濾裝置的儲水池及光催化降解反應裝置內紫外滅菌燈 平均照射劑量在350J/m2以上。
[0023] 本發明使用carrousel氧化溝，使污水在充分曝氣的條件下，微生物得到足夠的 溶解氧來去除B0D，同時混合液處于有氧狀態，氨也被氧化成硝酸鹽和亞硝酸鹽；在曝氣機 下游，活性污泥處于懸浮狀態，水流由曝氣區的湍流狀態變成之后的平流狀態，微生物的氧 化過程消耗了水中溶解氧，呈缺氧狀態，此時污水中的硝酸鹽及亞硝酸鹽進行反硝化作用， 完成氮素的脫除。該carrousel氧化溝中，連續降解污水中B0D，并在不同處理區內，間斷性 發生硝化反應和反硝化反應。隨后采用納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置、三級反沖篩濾裝 置進行污水三級處理，降低污水中懸浮物與SS含量，并使用兩級高級氧化技術進行深度處 理，對出水進行滅菌消毒處理。三級反沖篩濾裝置中納米二氧化鈦晶體作為光觸媒在紫外 燈照射下激發極具氧化力的自由負離子，同時在納米曝氣過程中以及超聲波發生過程激發 的能量亦可發生并加強自由負離子的產生，達成光催化效果；而自由負離子以及其擺脫共 價鍵的束縛后留下空位，與納米氣泡表面帶有的電荷同時產生微電解效果，分解其中殘留 的少量難降解有機化合物。本發明工藝流程簡單、管理方便、投資省、運行費用低、工藝穩定 性高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024] 圖1是本發明的carrousel氧化溝降解高濃度有機廢水的裝置的結構示意圖。
[0025] 附圖中主要組件符號說明：
[0026] 1粗篩網；2兩段格柵機；3細篩網；4納米曝氣器；5carr〇USel氧化溝；A上方氧化 溝；B下方氧化溝；6出水堰；7導流墻；8主反應區；9、9八、98、9(：納米曝氣頭 ；10加藥裝置； 11絮體攔截區；12斜管；13納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置；14絮體二次攔截區；15立體 網狀結構填料；16第一閥門；17第二閥門；18增壓泵；19進水堰；20阻流板；21篩濾填料； 22三級反沖篩濾裝置；23曝氣管；24回流槽；25多孔網格；26分流倉；27光催化降解反應 裝置；28納米曝氣機；29半導體負載填料；30納米曝氣盤；31低壓紫外汞燈框架；32紫外 滅菌燈；33第三閥門；34第一閘閥；35第二閘閥；36通氣管；37液壓泵；38出水口；39出泥 口；40螺旋輸送器；41微渦流混凝器；42超聲波發生儀。
【具體實施方式】
[0027] 本發明提供了一種carrousel氧化溝降解高濃度有機廢水的裝置，可以高效降解 高濃度有機廢水（C0D濃度超過50000mg/L污水）。
[0028] 請參閱圖。本發明的主要結構包括：
[0029] 兩段格柵機2,框體內分別布設有粗篩網1和細篩網3兩段玻璃鋼材質的篩網，兩 段格柵機內的粗篩網孔徑為15_，細篩網孔徑為6_。兩段篩網與水平呈現60度夾角布設， 污水在重力作用下通過粗、細兩段篩網，攔截液體中的固態顆粒，并連續清除流體中雜物的 固液分離設備；格柵機出水自流入氧化溝5內。
[0030] carrousel氧化溝5,由兩個基本的橢圓形氧化溝上下排列，其一端相連，污水自 上方氧化溝A隔墻的下溝渠進入并在導流墻7導流作用下流動，留至下方氧化溝B隔墻的 上部溝渠，在厭氧環境下進行處理后流至下方氧化溝B左端，在納米曝氣器4作用下充分提 高污水中溶氧量，于下方氧化溝B下部溝渠進行好氧處理，在上方氧化溝A和下方氧化溝B 相連的導流墻7內導流至上方氧化溝A隔墻上溝渠，直至出水堰6流出，出水導至納米曝氣 凝聚-微渦流絮凝裝置13。
[0031] 納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置13分為左、中、右三個部分（按圖面所示方向）， 底部設有螺旋輸泥器40。納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置13的左邊（即連接生物膜反應 器4 一端）為主反應區8,用于完成納米氣浮-凝聚過程，中央為絮體攔截區11，右邊為絮 體二次攔截區14。主反應區8內填充微渦流混凝器41，其內部上方有納米曝氣頭9,納米 曝氣頭9用有機玻璃固定；在主反應區8的頂端有加藥裝置10用以添加混凝劑，混凝劑為 聚合氯化鋁（PAC)+陽離子聚丙烯酰胺（CPAM)。位于中間段的絮體攔截區11鋪設有斜管 12用于絮體攔截沉淀；位于右邊段的絮體二次攔截區14內部填充有聚丙烯的立體網狀結 構填料15,立體網狀結構填料15下方鋪設一納米曝氣頭9A，立體網狀結構填料15底部設 置出水口 38,通過液壓泵37連接旋三級反沖篩濾裝置22。
[0032] 本發明在納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置中，采用納米曝氣技術改進混凝工藝的 凝聚過程，主要分為三個步驟 ：
[0033] (A)微納米曝氣前期氣浮過程：微納米氣泡傳質過程中，污水中的微細污染物顆 粒俘獲在氣泡表面或與氣泡粘附在一起，在氣泡上升過程中帶動微細污染物顆粒上浮至水 體表面，達成氣浮作用從而實現清水與懸浮顆粒物、膠體的分離；
[0034] (B)微納米曝氣中期加藥混凝過程：利用微納米氣泡發生過程的強烈沖擊力以及 上浮過程中的氣液兩相相對運動、氣泡爆炸時局部產生的高溫高壓狀態和爆破力，對污水 進行熱補償的同時施加強烈攪拌作用，迅速將混凝劑分散至待處理水體的各處，使混凝劑 與污水快速均勻混合，打散包裹住混凝劑的膠體塊，提高其分散程度，促進膠體相互碰撞凝 聚成絮體。
[0035] 而當混凝劑被包裹形成絮體后，在納米曝氣下絮體成長質量更高，成長過大的絮 體在納米曝氣的作用下會破碎成較小絮體從而恢復并保持絮凝能力（絮體過大會使總表 面積減小，吸附能力下降），密實度較低的絮體在納米曝氣的剪切力作用下會破碎并重新絮 凝成密實度較高的絮體，有利于沉淀分離。
[0036] (C)微納米曝氣后期熱斷裂過程：利用微納米曝氣過程產生的以及氣泡爆炸時局 部產生的高溫高壓狀態實現絮體薄弱處的斷裂，進而重新撞擊、吸附污水中膠體、懸浮物以 形成更加穩固的絮體。
[0037] (D)為了讓形成的絮體更好的吸附脫穩膠體而成長的絮凝過程，本發明同時使用 微渦流混凝器，渦流反應器形成的微渦旋流動能有效地促進水中微粒的擴散與碰撞。一方 面，混凝劑水解形成膠體在微渦流作用下快速擴散并與水中膠體充分碰撞，使水中膠體快 速脫穩；另一方面，水中脫穩膠體在微渦流作用下具有更多碰撞機會，因而具有更高的凝聚 效率。
[0038] 污水經過納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置內的主反應區進行納米氣浮-凝聚處理 后，于微渦流混凝器再次凝聚-絮凝，而后自流至中間絮體攔截區，絮體在斜管的攔截作用 下沉至反應器底部，定時在螺旋輸送器的帶動下自出泥口定期排出，控制螺旋輸送器的轉 速不高于30r/min ;澄清液溢流至右側絮體二次攔截區，在高密度立體網狀結構填料的作 用下進行二次攔截，過濾后的清液自出水口排出。二次攔截區填料定期清洗，清洗時同時開 啟填料底部納米曝氣頭，利用納米曝氣技術沖擊、氧化、氣浮及高溫作用協同清洗。出水通 過液壓泵導入三級反沖篩濾裝置。
[0039] 三級反沖篩濾裝置22的進水口處設有一進水堰19,出水口處設有回流槽24,三級 反沖篩濾裝置22內部由多孔網格25分為上部的水池和下部的集水池兩個部分。三級反沖 篩濾裝置22內部的集水池與水池兩部分連接一通氣管36通往大氣，以防止三級反沖篩濾 裝置內壓力過高造成裝置破裂甚至爆炸。
[0040] 多孔網格25為兩層，中間鋪設并固定一層不銹鋼網，多孔網格25的下方設置有緊 密排列的圓筒狀的分流倉26分割空間，防止局部壓力過大沖破多孔網格25。多孔網格25 上方中央安放一納米曝氣頭9B埋設在填充的篩濾填料21中，篩濾填料21選取改性錳砂與 天然沸石分子篩的混合物，混合比例為7:3,過濾精度為0. 3-1. 1mm。納米曝氣頭9B通過流 量計與一曝氣機連接。篩濾填料21靠近進水堰19處設有一阻流板20,靠近回流槽24的一 側設有一曝氣管23,曝氣管23設有多個細孔曝氣孔，曝氣孔垂直向上。篩濾填料21中安裝 有超聲波發生儀42。分流倉26的下方為集水池，集水池外壁涂刷避光黑色涂料，其內壁均 勻負載一層非金屬摻雜的光催化劑（如碳摻雜的納米Ti0 2粉體），其底部安裝有紫外滅菌 燈32,且紫外滅菌燈32之間設置有03的曝氣納米曝氣頭9C，集水池內剩余的空間填充有 半導體負載填料29 (如負載納米Ti02的立體網狀聚丙烯填料），無需使用分散劑，并減少催 化劑的流失現象。
[0041] 污水自三級反沖篩濾裝置的進水堰進入，在進水堰的物理結構作用下由水平方向 導為堅直向上，在重力作用下撞擊在擋流板上，以防止水流直接撞擊篩濾填料影響處理效 果；污水經過篩濾填料的過濾，流至下方集水池，集水池內納米曝氣頭的進氣為〇 3，通過納 米曝氣大量獲得羥基自由基，與紫外滅菌燈，半導體負載填料共同提高高級氧化效果，同時 其中富含羥自由基的出水在裝置進行反洗時，沖刷篩濾填料，較好的做到填料清潔與再生。
[0042] 使用三級反沖篩濾裝置時，集水池內的納米曝氣頭不連續工作，空氣自多孔網格 向上鼓起，分割成小氣泡，間歇沖散篩濾填料上的致密污物層，污染物質層破碎成片狀浮 起，在曝氣管的浮力以及進水沖擊擋流板向右推力的協同作用下，溢流至回流槽，使填料截 留的污染物集中排除裝置外，與進水混合重新處理。延長篩濾裝置使用壽命及反洗周期，對 于進水濁度較低的情況，甚至可以無需反沖洗，不斷運行凈化污水。
[0043] 集水池內納米曝氣頭采用03曝氣，由于納米氣泡具有龐大的數量、比表面積、緩慢 的上升速度等特性，同時氣泡在水中停留時間長，增加了氣液接觸面積、接觸時間，利于臭 氧溶于水中，克服了臭氧難溶于水的缺點；微氣泡內部具有較大的壓力且納米氣泡破裂時 界面消失，周圍環境劇烈改變產生的化學能促使產生更多的羥基自由基· 0H，增強〇3氧化 分解有機物的能力；且納米級別〇3氣泡與紫外滅菌燈、半導體負載填料共存于集水池，提高 高級氧化效果，可有效提高· 0H產生率。
[0044] 三級反沖篩濾裝置的出水直接導入光催化降解反應裝置27,光催化降解反應裝置 27內壁均勻負載一層非金屬摻雜光催化劑（如碳摻雜的納米Ti0 2粉體），底部開設有排泥 口，位于排泥口上方設置有納米曝氣盤30,該納米曝氣盤30連接一納米曝氣機28,納米曝 氣盤30上設置有低壓紫外汞燈框架31，低壓紫外汞燈框架31上安裝有紫外滅菌燈32,紫 外滅菌燈32設有防水套筒，紫外滅菌燈平均照射劑量在350J/m 2以上。光催化降解反應裝 置17內部剩余空間填充有半導體負載填料29 (如納米Ti02粉體負載在立體網狀聚丙烯填 料）。光催化降解反應裝置27的出水口設置有篩網，光催化降解反應裝置27的一端安裝有 液位儀，光催化降解反應裝置27的頂部設有遮光板。本發明的光催化降解反應裝置27增 大了反應面，解決了常規光催化劑需要分散劑協同使用的弊端，減少了催化劑的流失現象， 避免了反應結束后催化劑的分離步驟。處理后的水流經光催化降解反應裝置27的出水口 排出。
[0045] 本發明中的納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置、三級反沖篩濾裝置的反沖洗時納米 曝氣頭進氣為〇 2，用于混凝攪拌和清潔填料；三級反沖篩濾裝置的儲水池及光催化降解反 應裝置納米曝氣頭（盤）進氣為〇3，通過納米曝氣強化羥基自由基的產生過程。
[0046] 本發明的污水處理方法，是使用carrousel氧化溝，污水在充分曝氣的條件下，微 生物得到足夠的溶解氧來去除B0D，同時混合液處于有氧狀態，氨也被氧化成硝酸鹽和亞硝 酸鹽；在曝氣機下游，活性污泥處于懸浮狀態，水流由曝氣區的湍流狀態變成之后的平流狀 態，微生物的氧化過程消耗了水中溶解氧，呈缺氧狀態，此時污水中的硝酸鹽及亞硝酸鹽進 行反硝化作用，完成氮素的脫除。carrousel氧化溝中連續降解污水中B0D，并在不同處理 區內，間斷性發生硝化反應和反硝化反應。隨后采用納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置、三級 反沖篩濾裝置進行污水三級處理，降低污水中懸浮物與SS含量，并使用兩級高級氧化技術 進行深度處理，對出水進行滅菌消毒處理，并分解其中殘留的少量難降解有機化合物。
[0047] 污水經過納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置內主反應區進行納米氣浮-凝聚處理 后，于微渦流混凝器再次凝聚-絮凝，而后自流至中間絮體攔截區，絮體在斜管的攔截作用 下沉至反應器底部，定時在螺旋輸送器的帶動下自出泥口定期排出，澄清液溢流至右側絮 體二次攔截區，在高密度立體網狀結構填料的作用下進行二次攔截，過濾后的清液自出水 口排出。二次攔截區填料定期清洗，清洗時同時開啟填料底部納米曝氣頭，利用納米曝氣技 術沖擊、氧化、氣浮及高溫作用協同清洗。出水通過液壓泵導入三級反沖篩濾裝置。
[0048] 三級反沖篩濾裝置在正常篩濾時，污水自進水堰進入，在進水堰的物理結構作用 下由水平方向導為堅直向上，在重力作用下撞擊在擋流板上，以防止水流直接撞擊填料影 響處理效果；污水經過填料的過濾，流至下方集水池，集水池內納米曝氣頭的進氣為〇 3，通 過納米曝氣大量獲得羥基自由基，與紫外滅菌燈，半導體負載填料共同提高高級氧化效果， 同時其中富含羥自由基的出水在裝置進行反洗時，沖刷篩濾填料，較好的做到填料清潔與 再生。
[0049] 根據本發明的一個實施例，經本發明處理C0D高達50000mg/L的硝基廢水30L，前 兩小時在carrousel氧化溝內COD含量由50000mg/L迅速降低至5000mg/L，第三小時在納 米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置內廢水的有機物含量減少了 95%、色度降低了 80%，三級反 沖篩濾裝置僅僅使用l〇_15min，色度去除率達到100%。
[0050] 本發明采用三級反沖洗技術進行反沖洗：
[0051] -級反沖洗為曝氣循環反沖洗，由于污染物質在填料表面的堆積，污水難以透過 填料之間的空隙滲透下去，在篩濾過程中進行反沖洗，開啟三級反沖篩濾裝置22左上角增 壓泵18、曝氣管23并間歇開啟多孔板上方納米曝氣頭9B，集水池內納米曝氣頭不連續工 作，空氣自多孔板向上鼓起，分割成小氣泡，間歇沖散篩濾填料上的致密污物層，污染物質 層破碎成片狀浮起，在曝氣管的浮力以及進水沖擊擋流板向右推力的協同作用下產生波輪 效果，大力清洗填料表層片狀致密污染物，溢流至回流槽，使填料截留的污染物集中排除裝 置外，與進水混合重新處理，污水也可繼續自分子篩空隙滲透下去；一級反沖洗可延長篩濾 裝置使用壽命及反洗周期，對于進水濁度較低的情況，甚至可以無需反沖洗，使裝置不斷運 行凈化污水。
[0052] 二級反沖洗為空氣脈沖反沖洗，由于污水濁度過高，導致污染物質在填料表面的 大量堆積，僅僅靠一級反沖洗步驟仍不能達到繼續篩濾的效果。關閉第一閥門16、第一閘 閥34,開啟第三閥門33、第二閥門17,啟動三級反沖篩濾裝置22右下角增壓泵18、曝氣管 23及兩個納米曝氣機頭9B\9C，將出水池內出水導入集水池中。在回水壓力的作用下，集水 池中的全部空氣受到快速擠壓，沿分壓倉上細孔上升，全部篩濾填料層在上升空氣的強力 攪拌，曝氣管氣流及納米曝氣頭的沖擊力作用下旋轉流動，污染物質破碎浮起，在曝氣管的 浮力以及進水沖擊擋流板向右推力的協同作用下，溢流至回流槽與初始進水混合，待水面 快速下降，過濾速率重新穩定后，關閉三級反沖篩濾裝置22右下角增壓泵18、多孔板下方 納米曝氣頭9C、第三閥門33、第二閥門17,開啟第一閥門16、第一閘閥34,繼續進行篩濾處 理。
[0053] 三級反沖洗為曝氣湍流反沖洗，此時一、二級反沖洗已經不足以解決污染物質對 填料的覆蓋、阻塞問題，污水大量積聚不得過濾。此時關閉第一閥門16、第一閘閥34,開啟 第三閥門33、第二閥門17,啟動三級反沖篩濾裝置22右下角增壓泵18、曝氣管23及兩個 納米曝氣頭9B\9C、超聲波發生儀42,將出水池內出水大量導入集水池中。（1)集水池內部 空氣沿多孔板細孔上升攪拌，填料底部納米曝氣頭開始曝氣，填料上方渦輪不斷轉動；（2) 利用納米曝氣技術沖擊、氧化、氣浮及高溫作用協同清洗，上方填料呈現湍流狀態，進行無 規則高速運動狀態，填料在水流旋渦的沖擊力和氣泡的剪切力作用下相互摩擦，填料上附 著的有機污染物能夠去除，得到較為純凈的填料；(3)利用超聲波發生儀在液體介質中產 生超聲波，在篩濾填料表面產生空化效應，空化汽泡在閉合過程中破裂時形成的沖擊波，會 在其周圍產生上千個氣壓的沖擊壓力，作用在填料表面上破壞污物之間粘性，并使它們迅 速分散在反洗液中，從而達到填料表面潔凈的效果。（4)空氣排凈后，出水池的出水繼續導 入，富含羥自由基的出水沖洗湍流狀態的的填料顆粒表面及微孔，剝離污染物質，填料得到 再生。（5)而污染物質在水流沖擊力及右側曝氣管氣浮作用下不斷向上浮至水面，自左端進 水堰及右端回流槽流出與初始進水混合。經過三級反沖洗，內部污染物被清洗排空殆盡。
[0054] 常規砂濾是在過濾過程中不擾動砂層，使水流從砂子細小縫隙之間流過。通常采 用不擾動砂層，壓實填料、增加水壓、砂上附加網格等手段改進砂濾過程，讓水流從砂子細 小縫隙之間流過，而污染物質停留在砂層的表層上。本發明則是利用擾動填料表層，防止污 染物質堆積對水流的順利通過形成阻力，同時利用高級氧化、納米曝氣、氣泡的沖擊力和剪 切力等手段改進裝置，利用分子篩、錳砂等填料進行優化設計，最后使用三級反沖洗等改進 處理過程。本裝置對膠體、纖維、藻類等懸浮物的截留效果好，對于濁度較低水質甚至無需 反沖洗，即可完成處理過程，同時具有去除臭味，滅殺細菌、病原菌等微生物，分解難降解的 少量殘留表面活化劑、多氯聯苯等難降解有機化合物的功效。
[0055] 本發明中的碳摻雜的納米Ti02粉體的制備：采用均勻沉淀法和水熱法兩步過程 制備碳摻雜的納米Ti0 2。以硫酸鈦和尿素為前驅，葡萄糖為碳源，具體制備過程如下：取 6. 48g27硫酸鈦和3. 24g54尿素（硫酸鈦與尿素的摩爾比為1:2)溶于去離子水中，再加入 適量的葡萄糖〇. 6攪拌均勻，1:2:0. 023在90°C的條件下反應2h。待反應結束后取出反應 物干燥、反復水洗至中性，再次干燥，用球磨機研磨得到碳摻雜的納米Ti0 2粉體。
[0056] 本發明中的納米Ti02粉體負載在填料上的方法：采用聚丙烯材質的立體網狀結構 填料，將納米110 2粉體與去離子水（粉體與水的質量比為1:20)混合，用超聲波超聲成乳 濁液，將潔凈的立體網狀結構填料浸入與乙醇1:1混合的鈦酸酯偶聯劑，緩慢攪拌一段時 間，然后將填料取出放入Ti0 2乳濁液中繼續攪拌一段時間，取出后放入烘箱中干燥（85°C以 下）2h，即制得負載納米Ti02的聚丙烯懸浮填料，其外觀呈淡黃色，膜層較均勻。
[0057] 本發明提供的組合裝置從根本上解決了以下問題：
[0058] 1、污泥膨脹問題
[0059] 微生物的負荷高，細菌吸取了大量營養物質，由于溫度低，代謝速度較慢，積貯起 大量高粘性的多糖類物質，使活性污泥的表面附著水大大增加，本發明通過回流處理的相 互作用以及氧化溝后續裝置相互結合的方法很好的解決了此類問題，利用活性基團較好的 控制了污水負荷強度、含油量、泡沫問題以及污泥膨脹問題，其除油效果達到99. 8%，肉眼 不見明顯泡沫。
[0060] 2、導致有較多的大腸桿菌散發到空氣中以及對于B0D較小的水質完全沒有處理 能力，本發明利用三級反沖篩濾裝置較好的解決了這一問題，整個處理過程無任何臭味 散發，對于大腸桿菌病原菌滅除率達到100%，C0D去除率以及痕量有機物去除率均達到 100%。
【權利要求】
1. 一種carrousel氧化溝降解有機廢水的裝置，主要由兩段格柵機、carrousel氧化 溝、納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置、三級反沖篩濾裝置和光催化降解反應裝置組成；其 中： 兩段格柵機，框體內分別布設有粗篩網和細篩網兩段篩網，兩段篩網與水平呈現60度 夾角布設，污水在重力作用下通過粗、細兩段篩網，攔截液體中的固態顆粒，并連續清除流 體中雜物的固液分離設備；格柵機出水自流入氧化溝內； carrousel氧化溝由兩個相同的橢圓形氧化溝上下排列而成，上方氧化溝的上部溝渠 和下方氧化溝的下部溝渠相連，兩個氧化溝的溝渠內均安裝有曝氣機；上方氧化溝的上部 溝渠設有出水堰，所述出水堰的出水導至納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置內； 納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置底部設有螺旋輸泥器和出泥口，納米曝氣凝聚-微渦 流絮凝裝置連接三段式生物膜反應器出水口的一側為主反應區，用于完成納米氣浮-凝聚 過程，相鄰主反應區為絮體攔截區，相鄰絮體攔截區的為絮體二次攔截區；主反應區內設有 微渦流混凝器，主反應區內部上方有通入〇 2的納米曝氣頭，主反應區頂端設有用以添加混 凝劑的加藥裝置；絮體攔截區內鋪設有用于絮體攔截沉淀的斜管；絮體二次攔截區內部填 充有聚丙烯的立體網狀結構填料，立體網狀結構填料下方鋪設一納米曝氣頭，絮體二次攔 截區底部設置有出水口，出水通過液壓泵連接旋三級反沖篩濾裝置的進水口； 三級反沖篩濾裝置水池的進水口處設有一進水堰，出水口處設有回流槽，三級反沖篩 濾裝置內部由多孔網格分為上部的集水池和下部的分流倉兩個部分，分流倉為緊密排列的 圓筒狀；多孔網格上方中央安放一納米曝氣頭，埋設在填充的篩濾填料中，篩濾填料上方靠 近進水堰處設有一阻流板，靠近回流槽的一側設有一通入〇 2的曝氣管，曝氣管設有多個細 孔曝氣孔，曝氣孔垂直向上，篩濾填料安裝有超聲波發生儀；分流倉的下方為儲水箱，儲水 箱外壁涂刷避光黑色涂料，其內壁均勻負載一層非金屬摻雜的光催化劑，其底部安裝有紫 外滅菌燈，且滅菌燈之間設置有通入〇 3的曝氣納米曝氣頭，儲水箱內剩余的空間填充有半 導體負載填料；三級反沖篩濾裝置的出水直接導入光催化降解反應裝置； 光催化降解反應裝置內壁均勻負載一層非金屬摻雜光催化劑，底部開設有排泥口，位 于排泥口上方設置有納米曝氣盤，納米曝氣盤上設置有低壓紫外汞燈框架，低壓紫外汞燈 框架上安裝有低壓紫外汞燈，低壓紫外汞燈設有防水套筒。光催化降解反應裝置內部剩余 空間填充有半導體負載填料；光催化降解反應裝置的頂部設有遮光板。
2. 根據權利要求1所述的carrousel氧化溝降解有機廢水的裝置，其中，兩段格柵機內 的粗、細篩網均為玻璃鋼材質，粗篩網孔徑為15_，細篩網孔徑為6_。
3. 根據權利要求1所述的carrousel氧化溝降解有機廢水的裝置，其中，納米曝氣凝 聚-微渦流絮凝池內使用的混凝劑為聚合氯化鋁+陽離子聚丙烯酰胺。
4. 根據權利要求1所述的carrousel氧化溝降解有機廢水的裝置，其中，納米曝氣凝 聚-微渦流絮凝裝置內螺旋輸送器轉速不高于30r/min ;
5. 根據權利要求1所述的carrousel氧化溝降解有機廢水的裝置，其中，三級反沖篩濾 裝置中的篩濾填料為改性錳砂與天然沸石分子篩的混合物，質量混合比例為7:3,過濾精度 為 0· 3-1. 1mm。
6. 根據權利要求1所述的carrousel氧化溝降解有機廢水的裝置，其中，納米曝氣凝 聚-微渦流絮凝裝置、三級反沖篩濾裝置的反沖洗時納米曝氣頭進氣為〇 2，用于混凝攪拌和 清潔填料；三級反沖篩濾裝置的儲水池及光催化降解反應裝置納米曝氣頭進氣為〇3，通過 納米曝氣強化羥基自由基的產生過程。
7. 利用權利要求1所述carrousel氧化溝降解有機廢水的裝置進行污水處理的方法： 由兩段格柵機攔截液體中的固態顆粒，并連續清除流體中雜物的固液分離設備；格柵 機出水自流入氧化溝內； 污水自上方氧化溝隔墻下溝渠進入并推進，在導流墻導流作用下流動，留至下方氧化 溝上部溝渠，在厭氧環境下進行處理，流至下方氧化溝左端，在納米曝氣器作用下充分提高 污水中溶氧量，于下方氧化溝下部溝渠進行好氧處理，在兩氧化溝相連的導流墻內導流至 上方氧化溝隔墻上溝渠，直至出水堰流出，出水導至納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置內的 主反應區內進行納米氣浮-凝聚處理后，于微渦流混凝器再次凝聚-絮凝，而后自流至絮體 攔截區，絮體在斜管的攔截作用下沉至反應器底部，定時在螺旋輸送器的帶動下自出泥口 定期排出，澄清液溢流至絮體二次攔截區，在立體網狀結構填料的作用下進行二次攔截，過 濾后的清液自出水口排出進入三級反沖篩濾裝置； 在三級反沖篩濾裝置中，儲水箱內納米曝氣頭不連續工作，空氣自多孔網格向上鼓起， 分割成小氣泡，間歇沖散篩濾填料上的致密污物層，污染物質層破碎成片狀浮起，在曝氣管 的浮力以及進水沖擊擋流板向右推力的協同作用下，溢流至回流槽，使篩濾填料截留的污 染物集中排除裝置外，與進水混合重新處理，以延長三級反沖篩濾裝置使用壽命及反洗周 期； 儲水箱內的納米曝氣頭采用〇3曝氣，由于納米氣泡具有龐大的數量、比表面積、緩慢的 上升速度等特性，同時氣泡在水中停留時間長，增加了氣液接觸面積、接觸時間，利于臭氧 溶于水中，克服了臭氧難溶于水的缺點；微氣泡內部具有較大的壓力且納米氣泡破裂時界 面消失，周圍環境劇烈改變產生的化學能促使產生更多的羥基自由基· 0H，增強03氧化分 解有機物的能力；且納米級別〇3氣泡與紫外滅菌燈、半導體負載填料共存于儲水箱，提高高 級氧化效果，提高· 0H產生率，經三級反沖篩濾裝置處理的污水進入光催化降解反應裝置 內進行光催化降解反應； 同時三級反沖篩濾裝置的部分出水回流至carrousel氧化溝，調節水質并刺激微生物 生理活動，篩選形成具有分子篩的離子交換功能的顆粒活性基團。
8. 根據權利7所述的方法，其中，carrousel氧化溝內需定時清除游泥，清除時亦須留 存30 %的淤泥用作接種。
9. 根據權利7所述的方法，其中，三級反沖篩濾裝置的儲水池及光催化降解反應裝置 內紫外滅菌燈平均照射劑量在350J/m2以上。
【文檔編號】C02F9/14GK104193077SQ201410357495
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月25日 優先權日:2014年7月25日
【發明者】王雷, 席北斗, 何小松, 張列宇, 李鳴曉, 黃彩紅, 賈璇, 李曹樂 申請人:中國環境科學研究院