申请日2014.07.25
公开(公告)日2014.11.19
IPC分类号C02F1/44; C02F9/04
摘要
一种降低浊度强化膜分离污水纯化的装置，主要由涡凹气浮装置、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置、超滤装置和反渗透装置组成。本发明还公开了利用上述装置进行水纯化的方法。经本发明处理后的出水水质极好，工艺高效安全，操作简单。
权利要求书
1.一种降低浊度强化膜分离污水纯化的装置，主要由涡凹气浮装置、 纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置、超滤装置和反渗透装 置组成;其中：
涡凹气浮装置，其进水端为曝气区，出水端为出水区，曝气区和出水 区之间不刮渣区，曝气区底部与刮渣区底部通过一联通管相连，曝气区设 置有纳米曝气头，与叶轮和电机构成涡凹曝气机;刮渣区上方的电机通过 传动装置带动链轮运转，使刮泥板将气浮处理污水表面的泥渣、油渣刮除 至集渣槽内排除;出水区内由两个折板组成，隔绝涡凹气浮装置上部的浮 渣及底部的污泥，将中部的清液收集起来后流至纳米曝气凝聚-微涡流絮凝 装置内;
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涡凹气浮装置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;
三级反冲筛滤装置的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，且紫外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超滤装置内;
超滤装置内部为中空纤维超滤器，中空纤维超滤器的下方安装有纳米 曝气机，出水导入反渗透装置;
反渗透装置为板框式反渗透器，内部布设PA-300聚醚酰胺反渗透膜。
2.根据权利要求1所述降低浊度强化膜分离污水纯化的装置，其中， 涡凹气浮装置中的叶轮和电机通过一基座固定在涡凹气浮装置的上端。
3.根据权利要求1所述降低浊度强化膜分离污水纯化的装置，其中， 三级反冲筛滤装置内的筛滤填料是石英砂、改性锰砂与天然分子筛填料的 混合物，不均匀系数为2。
4.根据权利要求1所述降低浊度强化膜分离污水纯化的装置，其中， 涡凹气浮装置、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置、超滤 装置及反渗透装置内，纳米曝气头分别与一纳米曝气机连接;涡凹气浮装 置、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置反冲洗的纳米曝气 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、超 滤装置及反渗透装置内纳米曝气头进气为O3，通过纳米曝气强化羟基自由 基的产生过程，并防止膜堵塞、老化现象。
5.根据权利要求1所述降低浊度强化膜分离污水纯化的装置，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，其添加的摩尔质量比为20:1。
6.根据权利要求1所述降低浊度强化膜分离污水纯化的装置，其中， 中空纤维超滤器采用尼龙中空纤维，膜孔径为0.4微米。
7.利用权利要求1所述降低浊度强化膜分离污水纯化的装置进行污 水纯化的方法：
污水进入涡凹气浮装置的曝气区，与涡凹曝气机产生的微小气泡及纳 米曝气头产生的纳米气泡充分混合，气泡在上升的过程中将固体悬浮物带 到水面，刮泥板沿液面运行将悬浮物刮至集渣槽内，污水净化后在排放前 会经过两个折板流入出水区，确保集渣槽中的液体不会流入污泥排放管 道，同时进行二次沉淀，防止污泥进入出水区;
经过涡凹气浮装置去除颗粒型悬浮物后的出水导至纳米曝气凝聚-微 涡流絮凝装置内的主反应区内进行纳米气浮-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，有效提高·OH产生率，经三级反冲筛滤装置处理 的污水进入超滤装置的中空纤维超滤器进行超滤;
同时三级反冲筛滤装置的部分出水回流至涡凹气浮装置，调节水质并 高级氧化污水表面的泥渣、油渣，预处理污水的同时对其进行提前消解， 冲刷叶轮表面防止气浮装置内部大量存积泥渣、油渣发臭腐烂，增大了进 水污染度;
中空纤维超滤器的膜组件表面的错流是由纳米曝气机的纳米气泡搅 动产生的，高温纳米气泡的气流搅动在膜表面产生剪切力以及湍流流动， 无须较高的进水流速即可使膜表面的浓差极化层变薄，积累物质被带走， 同时曝气亦可增大过滤压力;出水采用液压泵进行负压出水方式，去除污 水中的剩余悬浮物，使出水达到中水回用标准，然后进入反渗透装置去除 污水中的盐分后，排出达标的出水。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，涡凹气浮装置内刮渣区电机 转速大于10r/min。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装 置内絮凝时间大于5min。
说明书
一种降低浊度强化膜分离污水纯化的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种去除污水中悬浮物质以及营养物质(如：氮、磷、有 机物、消毒副产物、悬浮颗粒、胶体等)的装置，具体地涉及一种降低浊 度强化膜分离污水纯化的装置。
本发明还涉及利用上述装置降低浊度强化膜分离使污水纯化的方法。
背景技术
目前，我国有大中小型造纸厂总数10000余家，年排放废水量高达40 多亿m3，占全国废水总排放量的十分之一，造纸废水的BOD5年排放量 200多万t，占全国废水总排放量的25%。因此，如何应用造纸废水治理 技术，化废为宝，回收、利用资源，促进生态环境保护与造纸工业可持续 发展，具有重要的现实意义。
废水的主要成分是木质素、纤维素、半纤维素、单糖、有机酸等，其 水质为pH为9-11，悬浮物1000mg/l，COD为6000-25000mg/l，色度很深， 含有大量纤维和在生产过程中添加的填料和胶料。造纸废水处理应着重于 提高循环用水率，减少用水量和废水排放量，同时也应积极探索各种可靠、 经济和能够充分利用废水中有用资源的废水处理方法。通常污水中胶体类 污染物处理难度高，采用气浮、混凝等方法不但效果不佳，而且需要经常 更换药品投入耗费较大，针对这类情况本发明采用纳米曝气浮选处理法可 回收白水中纤维性固体物质，固体回收率可达98%;混凝沉淀法可去除废 水中剩余悬浮固体;采用三级反冲洗筛滤提高出水水质，隔除固体污染物 质并去除水溶性有机污染物，同时对出水细菌、微生物以及病原菌;最后 使用超滤装置及反渗透装置，出水可直接回用与本工业过程中或作为中水 回用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低浊度强化膜分离污水纯化的装置。
本发明的又一目的在于提供一种利用上述装置进行污水纯化的方法。
为实现上述目的，本发明提供的降低浊度强化膜分离污水纯化的装 置，主要由涡凹气浮装置、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤 装置、超滤装置和反渗透装置组成;其中：
涡凹气浮装置，其进水端为曝气区，出水端为出水区，曝气区和出水 区之间不刮渣区，曝气区底部与刮渣区底部通过一联通管相连，曝气区设 置有纳米曝气头，与叶轮和电机构成涡凹曝气机;刮渣区上方的电机通过 传动装置带动链轮运转，使刮泥板将气浮处理污水表面的泥渣、油渣刮除 至集渣槽内排除;出水区内由两个折板组成，隔绝涡凹气浮装置上部的浮 渣及底部的污泥，将中部的清液收集起来后流至纳米曝气凝聚-微涡流絮凝 装置内;
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涡凹气浮装置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;
三级反冲筛滤装置的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，且紫外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超滤装置内;
超滤装置内部为中空纤维超滤器，中空纤维超滤器的下方安装有纳米 曝气机，出水导入反渗透装置;
反渗透装置为板框式反渗透器，内部布设PA-300聚醚酰胺反渗透膜。
所述降低浊度强化膜分离污水纯化的装置，其中，涡凹气浮装置中的 叶轮和电机通过一基座固定在涡凹气浮装置的上端。
所述降低浊度强化膜分离污水纯化的装置，其中，三级反冲筛滤装置 内的筛滤填料是石英砂、改性锰砂与天然分子筛填料的混合物，不均匀系 数为2。
所述降低浊度强化膜分离污水纯化的装置，其中，涡凹气浮装置、纳 米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置、超滤装置及反渗透装置 内，纳米曝气头分别与一纳米曝气机连接;涡凹气浮装置、纳米曝气凝聚 -微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置反冲洗的纳米曝气头进气为O2，用 于混凝搅拌和清洁填料;三级反冲筛滤装置的储水池、超滤装置及反渗透 装置内纳米曝气头进气为O3，通过纳米曝气强化羟基自由基的产生过程， 并防止膜堵塞、老化现象。
所述降低浊度强化膜分离污水纯化的装置，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PAC+阳离子聚丙烯酰胺CPAM， 其添加比例约为20:1。
所述降低浊度强化膜分离污水纯化的装置，其中，中空纤维超滤器采 用尼龙中空纤维，膜孔径为0.4微米。
本发明提供的利用上述降低浊度强化膜分离污水纯化的装置进行污 水纯化的方法：
污水进入涡凹气浮装置的曝气区，与涡凹曝气机产生的微小气泡及纳 米曝气头产生的纳米气泡充分混合，气泡在上升的过程中将固体悬浮物带 到水面，刮泥板沿液面运行将悬浮物刮至集渣槽内，污水净化后在排放前 会经过两个折板流入出水区，确保集渣槽中的液体不会流入污泥排放管 道，同时进行二次沉淀，防止污泥进入出水区;
经过涡凹气浮装置去除颗粒型悬浮物后的出水导至纳米曝气凝聚-微 涡流絮凝装置内的主反应区内进行纳米气浮-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 理的污水进入超滤装置的中空纤维超滤器进行超滤，中空纤维超滤器的膜 组件表面的错流是由纳米曝气机的纳米气泡搅动产生的，高温纳米气泡的 气流搅动在膜表面产生剪切力以及湍流流动，无须较高的进水流速即可使 膜表面的浓差极化层变薄，积累物质被带走，同时曝气亦可增大过滤压力; 出水采用液压泵进行负压出水方式，去除污水中的剩余悬浮物，使出水达 到中水回用标准，然后进入反渗透装置去除污水中的盐分后，排出达标的 出水。
所述的方法，其中，涡凹气浮装置内刮渣区电机转速大于10r/min。
所述的方法，其中，纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置内絮凝时间大于 5min。
本发明采用纳米曝气技术改进涡凹气浮及混凝工艺的凝聚过程，利用 气液两相相对运动、局部产生的高温高压状态和强烈冲击力，强化涡凹气 浮的效果及凝聚-絮凝两个步骤，将污水中的微细污染物颗粒利用气泡俘获 在其表面或者粘附在一起带上水面。气浮及混凝处理后的出水使用三级反 冲筛滤装置过滤，在砂滤和高级氧化的作用下，实现清水与絮体的分离， 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，降解污水中的大分子有机物及痕量毒性物质;又使用 超滤及反渗滤两段再度过滤污水中的大分子有机物及盐分，初步使出水达 到饮用标准，对污水进行纯化。本发明对污水中悬浮物和胶体去除率高达 100%，处理后出水纯净度高，色度、浊度低，出水水质极好，工艺高效安 全，操作简单。
