申请日2017.05.19
公开(公告)日2017.07.21
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明提供一种生物膜与电过滤联用的水处理一体化设备，该设备包含顺次连通的污水调节室生物膜法污水处理室、电过滤处理室，污水调节室的入水口和出水口各设一道筛网;生物膜法污水处理室，生物膜法污水处理室内铺设生物膜填料，生物膜法污水处理室底部铺设曝气头;电过滤处理室内设有多套并联设置的电过滤装置，每套电过滤装置的进水口处设置斜流挡泥板，每套电过滤装置内设有微米级网状钌钛阳极和不锈钢微孔阴极。本发明设备前段采用生物膜法去除污染物，生物膜法具有生物量较大、污泥龄长和剩余污泥少的特点;电过滤处理室主要用于泥水分离，电过滤装置由微孔阳极和阴极组成，施加电压后，同时具备过滤、电析气自清洁、杀生等效应的优点。
摘要附图
权利要求书
1.一种生物膜与电过滤联用的水处理一体化设备，其特征在于：
包含顺次连通的污水调节室、生物膜法污水处理室、电过滤处理室，
所述污水调节室的入水口和出水口各设一道筛网;
所述生物膜法污水处理室，生物膜法污水处理室内铺设生物膜填料，生物膜法污水处理室底部铺设曝气头;
所述电过滤处理室内设有多套并联设置的电过滤装置，每套电过滤装置的进水口处设置斜流挡泥板，每套电过滤装置内设有微米级网状钌钛阳极和不锈钢微孔阴极。
2.根据权利要求1所述的一种生物膜与电过滤联用的水处理一体化设备，其特征在于：
所述污水调节室的入水口设有第一筛网，用于过滤浮渣和颗粒物;污水调节室的出水口设有第二筛网，第二筛网的网孔小于第一筛网，用于进一步过滤浮渣和颗粒物，并作为水由预处理装置进入生物膜反应器的通道;第一筛网和第二筛网均为不锈钢金属筛网;污水调节室的底侧设有清泥排污口。
3.根据权利要求1所述的一种生物膜与电过滤联用的水处理一体化设备，其特征在于：
所述生物膜法污水处理室内垂直铺设多个柱状生物膜填料;生物膜填料用于生长生物膜纤维;
所述曝气头外接鼓风曝气机;
所述曝气头距离生物膜纤维底部5-20cm。
4.根据权利要求1所述的一种生物膜与电过滤联用的水处理一体化设备，其特征在于：
所述生物膜法污水处理室的外壳为不锈钢板制作的封闭容器，外壳顶部设置故障检查口。
5.根据权利要求1所述的一种生物膜与电过滤联用的水处理一体化设备，其特征在于：
所述不锈钢微孔阴极为不锈钢烧结网或者微米孔筛网。
6.根据权利要求1所述的一种生物膜与电过滤联用的水处理一体化设备，其特征在于：
所述电过滤装置的中部进水口处设置导流板，电过滤装置的底部为排泥斗;微米级网状钌钛阳极和不锈钢微孔阴极平行设置于斜流挡泥板上方，不锈钢微孔阴极设于微米级网状钌钛阳极下方。
7.根据权利要求1所述的一种生物膜与电过滤联用的水处理一体化设备，其特征在于：
所述斜流挡泥板与电过滤处理室外壳底部之间夹角为30～45°。
8.一种基于权利要求1-7中任一项所述设备的水处理工艺，其特征在于包括如下步骤：
一、污水经污水调节室过滤后进入生物膜法污水处理室前室，在生物膜法污水处理室中进行生化反应;
二、将生物膜法污水处理室气水比控制在10-20:1;通过鼓风曝气机对挂膜微生物进行适当曝气，生物膜填料由表及里依次进行微生物的好氧、缺氧、厌氧代谢，在降解有机物的同时完成脱氮除磷的过程，并完成生物膜的更新;
三、生物膜法污水处理室中老化脱落的生物膜随出水排入电过滤处理室的电过滤装置中，较大颗粒及絮凝体在斜流挡泥板作用下相互富集、自由沉淀至排泥斗中去除，较小的絮凝体或漂浮物则上浮至电过滤装置上部的不锈钢微孔阴极附近;
四、通过不锈钢微孔阴极来实现电过滤;阴极在加电后，主反应如下：
4H2O(l)+4e-→2H2↑+4OH-，
在不锈钢微孔阴极附近产生的微小气泡，能够在微观上实现对不锈钢微孔阴极滤网的自清洁，防止颗粒性、生物活性物质堵塞不锈钢微孔阴极滤网孔道，实现电析气自清洁;
五、经不锈钢微孔阴极过滤后的水至微米级网状钌钛阳极阳极作用区域,施加电压后阳极产生杀生效应，主要通过电场梯度和阳极产生的活性氧、活性氯来实现,阳极主要反应如下：
2H2O(l)→ O2↑+4H++4e-;
2Cl--2e- = Cl2;
Cl2+H2O=HClO+HCl;
污水经过活性氧、活性氯的杀生处理后从顶部溢出并排放。
说明书
生物膜与电过滤联用的水处理一体化设备及水处理工艺
技术领域
本发明涉及的是一种适用于处理农村分散式污水和城市黑臭水体的水处理工艺，具体主要集成了生物膜和电过滤以及包括动力、储能和预处理在内的附属单元。
背景技术
一体化污水处理设备是将格栅、初沉池、生化池和二沉池等模块集中于一个设备中。一体化设备在工厂整体组装调试完成，现场施工量少，部署灵活，主要适用于农村乡镇、住宅区、学校、大型商场的污水处理等。但是，传统二沉池利用颗粒物的沉降性来实现泥水分离，其停留时间较长，池体体积较大，所以目前更多的一体化设备采用膜法来提高泥水分离效率，即膜生物反应器(bio-membranereactor,BMR)，减小一体化设备的尺寸，并同时提高出水水质。然而，膜生物反应器处理污水时，膜易受污染，导致水通量下降，膜材料成本较高和易破损等问题。另一方面，农村分散污水和城市黑臭水体水处理设施产生的剩余污泥具有量少、面广的特点，运输处理较困难，易造成二次污染。上述问题都导致相关设备难以在农村地区推广应用。
发明内容
为克服现有技术不足，本发明首次提出一种生物膜与电过滤联用的水处理一体化设备及水处理工艺。在保证处理效果的情况下，降低运行成本，并使系统能够连续工作。
本发明提供一种生物膜与电过滤联用的水处理一体化设备，
包含顺次连通的污水调节室、生物膜法污水处理室、电过滤处理室，
所述污水调节室的入水口和出水口各设一道筛网;
所述生物膜法污水处理室，生物膜法污水处理室内铺设生物膜填料，生物膜法污水处理室底部铺设曝气头;
所述电过滤处理室内设有多套并联设置的电过滤装置，每套电过滤装置的进水口处设置斜流挡泥板，每套电过滤装置内设有微米级网状钌钛阳极和不锈钢微孔阴极。
上述水处理一体化设备中，所述污水调节室的入水口设有第一筛网，用于过滤浮渣和颗粒物;污水调节室的出水口设有第二筛网，第二筛网的网孔小于第一筛网，用于进一步过滤浮渣和颗粒物，并作为水由预处理装置进入生物膜反应器的通道;第一筛网和第二筛网均为不锈钢金属筛网;污水调节室的底侧设有清泥排污口。
上述水处理一体化设备中，生物膜法污水处理室内垂直铺设多个柱状生物膜填料;生物膜填料用于生长生物膜纤维，该生物膜纤维即挂膜丝状纤维以绕成束状垂直铺设在生物膜法污水处理室中，铺设密度与进口污水污染浓度及水力负荷等水力因素有关;
所述曝气头外接鼓风曝气机，用于对生物膜纤维进行曝气，使生物填料表面的微生物通过好氧代谢将生活废水中的有机物降解为稳定无机物;
所述曝气头距离生物膜纤维底部5-20cm。
上述水处理一体化设备中，所述生物膜法污水处理室的外壳为不锈钢板制作的封闭容器，外壳顶部设置故障检查口。
上述水处理一体化设备中，所述不锈钢微孔阴极为不锈钢烧结网或者微米孔筛网。
上述水处理一体化设备中，所述电过滤装置的中部进水口处设置导流板，电过滤装置的底部为排泥斗;微米级网状钌钛阳极和不锈钢微孔阴极平行设置于斜流挡泥板上方，不锈钢微孔阴极设于微米级网状钌钛阳极下方。
上述水处理一体化设备中，所述斜流挡泥板与电过滤处理室外壳底部之间夹角为30～45°，较大固体颗粒颗粒及絮凝性较好的脱落生物膜在斜流挡泥板作用下相互富集、自由沉淀至排泥斗。
上述水处理一体化设备中，生物膜填料采用普通生物膜填料;生物膜填料也可以采用杜仲胶天然材料改性普通生物膜填料，这种填料与普通生物膜填料相比，具有更好的亲水性和更大的表面粗糙度，更有利于微生物附着。
本发明还提供一种基于上述设备的水处理工艺，包括如下步骤：
一、污水经污水调节室过滤后进入生物膜法污水处理室前室，在生物膜法污水处理室中进行生化反应;
二、将生物膜法污水处理室气水比控制在10-20:1;通过鼓风曝气机对挂膜微生物进行适当曝气，生物膜填料由表及里依次进行微生物的好氧、缺氧、厌氧代谢，在降解有机物的同时完成脱氮除磷的过程，并完成生物膜的更新;
三、生物膜法污水处理室中老化脱落的生物膜随出水排入电过滤处理室的电过滤装置中，较大颗粒及絮凝体在斜流挡泥板作用下相互富集、自由沉淀至排泥斗中去除，较小的絮凝体或漂浮物则上浮至电过滤装置上部的不锈钢微孔阴极附近;
四、通过不锈钢微孔阴极来实现电过滤，滤材孔径的选择根据不同分离需求设定，例如含藻水、含污泥的生化出水等;阴极在加电后，主反应如下：
4H2O(l)+4e-→2H2↑+4OH-，
在不锈钢微孔阴极附近产生的微小气泡，能够在微观上实现对不锈钢微孔阴极滤网的自清洁，防止颗粒性、生物活性物质堵塞不锈钢微孔阴极滤网孔道，实现电析气自清洁;
五、经不锈钢微孔阴极过滤后的水至微米级网状钌钛阳极阳极作用区域,施加电压后阳极产生杀生效应，主要通过电场梯度和阳极产生的活性氧、活性氯(自然水体中一般存在20-60 mg/L氯离子)来实现,阳极主要反应如下：
2H2O(l)→ O2↑+4H++4e-;
2Cl--2e- = Cl2;
Cl2+H2O=HClO+HCl;
污水经过活性氧、活性氯的杀生处理后从顶部溢出并排放;
活性氧、活性氯能够防止污水中的藻类、微生物附着过滤材料(这是造成传统的MBR膜的污损的主要原因),杀死出水中的细菌,保证出水清洁。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
将电过滤装置取代膜分离系统或二沉池，并与前置的格栅和生物膜反应器形成一套组合工艺。电过滤装置主要由微米级网状钌钛阳极和不锈钢微孔阴极组成，施加电压后，同时具备过滤、电析气自清洁、杀生等效应，能够实现免维护和少维护，适合农村污水和黑臭水体处理。其中，过滤是通过具有过滤功能的阴极(一般为不锈钢烧结网或者微米孔筛网)来实现，通过滤材孔径的选择来实现不同的分离需求(例如含藻水、含污泥的生化出水等);阴极在加电后，产生的微小气泡，能够在微观上实现对过滤材料的自清洁，防止颗粒性、生物活性物质堵塞过滤材料孔道，实现电析气自清洁;杀生效应，主要通过电场梯度和阳极产生的活性氧、活性氯(自然水体中一般存在20-60 mg/L氯离子)来实现，能够防止污水中的藻类、微生物附着过滤材料(这是造成传统的BMR膜的污损的主要原因)。通过以上的电过滤过程，可使过滤材料的微孔保持畅通，保证泥水分离性能持续稳定和并且活性氧化自由基可起到杀生和污泥减量的效果。另一方面，在电过滤装置的前段采用生物膜法去除污染物，生物膜法具有生物量较大、污泥龄长和剩余污泥少的特点，用于农村污水处理和黑臭水体的现场处理，具有处理效率高、出水水质达标、剩余有机污泥少、稳定性好、占地小、维护要求低、无人值守等特点，适用于农村分散式污水处理和黑臭水体的水质强化净化等应用，具有良好的市场前景。
