申请日2012.06.15
公开(公告)日2015.08.12
IPC分类号C02F9/14; C02F11/02; C05F7/00; C01B31/08; C05F17/00; C10B53/02
摘要
本专利涉及复合生化、耦合物化和移出重金属的污水处理工艺。主要由机械固液分离单元;复合生化处理单元;耦合物化处理单元;废物综合处理单元组合而成的连续运行系统。本专利采用植物毛细生物膜床技术、灌木型植物移出重金属技术、絮凝络和反应技术、无机膜过滤技术和光、电、膜耦合脱盐技术，可有效除去污水中有害物质和重金属元素，处理后的中水达到排放标准，也可循环使用。另外，本专利采用微生物发酵技术和高温裂解技术将废物、淤泥、灌木型植物薪材转化为营养土、活性炭、焦油和电能，实现变废为宝和污染减排或污染零排放的目的。本专利可应用于有机污水、工业污水的处理，尤其对垃圾渗滤液的处理效果好。
权利要求书
1.复合生化、耦合物化和移出重金属的污水处理工艺，其特征在于主要包括 由机械固液分离单元;复合生化处理单元;耦合物化处理单元;废物综合处理 单元组合而成的连续运行系统，所述机械固液分离单元由蓄污池、转鼓水力筛、 螺旋挤压式固液分离机依次连接而成，该单元将污水中悬浮物和颗粒性杂质分 离并脱除水分，分离后的固相即废渣，废渣含水率45～50%，分离后的液相即原液， 悬浮物和颗粒性杂质去除率75～80%，废渣由机械传输设备送入废渣、淤泥收集 池，作为废物综合处理单元生物发酵有机肥或营养土生产原料;原液送入植物 毛细生物膜床原液池，由第二单元进行生化处理;所述复合生化处理单元由植 物毛细生物膜床原液池、植物毛细生物膜床、植物毛细生物膜床滤液池、灌木 型人工湿地蓄污沉淀池、灌木型人工湿地、灌木型人工湿地滤液池和虹吸管依 次连接而成，该单元，一是在水生植物根茎的细微茂盛的毛细组织上培养微生 物，使之形成生物膜，当污水流经毛细生物膜床时被降解，透过生物膜床的污 水即滤出液COD下降40～45%、TDS下降60～65%，二是将三位一体絮凝反应器、 精过滤器和光、电、膜耦合脱盐设备排出的絮状混合液、浓水和重水，由灌木 型人工湿地的灌木型植物将污染质和重金属元素吸收和消纳到灌木型植物的枝 干中，通过周期性轮伐将含有污染质和重金属元素的灌木移出，被移出的灌木 薪材烘干后作为生物质原料由第四单元的高温裂解进行废物综合处理，三是絮 状混合液、浓水和重水中污染质和重金属元素被灌木型植物吸收和消纳后的污 水经灌木型人工湿地滤料层渗滤流入灌木型人工湿地滤液池;所述耦合物化处 理单元由絮凝混拌池、三位一体絮凝反应器、精过滤器和光、电、膜耦合脱盐 装置依次连接组成，该单元是将植物毛细生物膜床的滤液和灌木型人工湿地的 滤液分别由虹吸管导入絮凝混拌池内，添加适量絮凝剂混拌均匀送入三位一体 絮凝反应器，通过络和反应--络合物和絮片沉降--澄清液产出三个连续化过程， 絮状混合液通过逆蜗旋反应器出口排出，返回灌木型人工湿地由灌木型植物吸 收和消纳污染质和重金属元素，澄清液由管道和水泵送入精过滤器，精过滤器 浓水返回灌木型人工湿地，由灌木型植物吸收和消纳杂质，精过滤器出水由管 道和水泵送入光、电、膜耦合脱盐设备去除盐类污染质，光、电、膜耦合脱盐 设备的重水返回灌木型人工湿地由灌木型植物吸收和消纳盐类污染质，光电膜 耦合脱盐设备出水为具有4～6个水分子的小分子团水，接入中水回用管网或直 接排放;所述废物综合处理单元由废渣、淤泥收集池、堆肥生物发酵床、高温 裂解炉和发电设备组成，该单元，一是将机械固液分离单元产出的固态废渣、 植物毛细生物膜床沉淀的淤泥、灌木型人工湿地蓄污沉淀池产出的沉淀物集中 收集到废渣、淤泥收集池内添加微生物进行生化指标调节，调节后的废渣和淤 泥送入生物发酵床进行堆肥发酵，经生物发酵床堆肥发酵后的废渣和淤泥作为 农业领域营养土或作为肥料加工企业有机肥生产原料;二是将灌木型人工湿地 轮伐的灌木型植物通过高温裂解转化污染质和移出重金属等有害物质，高温裂 解产出三大类产品，一是活性炭，用于水处理领域的净水材料;二是焦油，作 为化工类企业生产原料，焦油通过提炼可将重金属分离出来;三是高温裂解过 程中产生大量的热能，用于发电机组进行发电。
2.如权利要求1所述复合生化、耦合物化和移出重金属的污水处理工艺， 其特征在于所述蓄污池内污水由转鼓水力筛进行第一步固液分离，分离后液相 进入转鼓水力筛原液仓，含水率为70～75%的固相由刮板送入螺旋挤压式固液分 离机进行第二步固液分离，分离后液相进入螺旋挤压式固液分离机集水腔，含 水率为45～50%的固相由传输装置送入废渣、淤泥收集池，水力筛原液仓和螺旋 挤压式固液分离机集水腔的液相污水以重力差为动力同步由阀门和管道排入植 物毛细生物膜床原液池。
3.如权利要求1所述复合生化、耦合物化和移出重金属的污水处理工艺， 其特征在于所述植物毛细生物膜床原液池底部设有长方形水流通道，池内原液 由此进入植物毛细生物膜池以升流方式透过植物毛细生物膜床。
4.如权利要求3所述复合生化、耦合物化和移出重金属的污水处理工艺， 其特征在于所述植物毛细生物膜床滤液池内设置一个虹吸管道装置将滤液导入 絮凝混拌池。
5.如权利要求1所述复合生化、耦合物化和移出重金属的污水处理工艺， 其特征在于所述灌木型人工湿地蓄污沉淀池是上方下锥的结构，上部2/3为正 方体，正方体内侧壁上方有一个长方形水流通道并镶嵌一个垂直格筛，用以拦 截漂浮类杂物进入灌木型人工湿地，下部1/3为正锥体，正锥体底部安装一台 清淤蛟龙，用以清除池中沉淀的淤泥。
6.如权利要求5所述复合生化、耦合物化和移出重金属的污水处理工艺， 其特征在于所述灌木型人工湿地蓄污沉淀池内絮状混合液、浓水和重水经沉淀 后的上清液由上部格筛和水流通道以平流方式流入灌木型人工湿地。
7.如权利要求6所述复合生化、耦合物化和移出重金属的污水处理工艺， 其特征在于所述流入灌木型人工湿地的上清液中污染质和重金属等有害物质被 灌木型人工湿地植物吸收和消纳。
8.如权利要求7所述复合生化、耦合物化和移出重金属的污水处理工艺， 其特征在于所述经灌木型人工湿地植物吸收和消纳后的澄清液经灌木型人工湿 地填料层渗滤到底部，由底部水流通道和格筛流入灌木型人工湿地滤液池。
9.如权利要求8所述复合生化、耦合物化和移出重金属的污水处理工艺， 其特征在于所述灌木型人工湿地滤液池内设置一个虹吸管道装置将滤液导入絮 凝混拌池。
10.如权利要求1所述复合生化、耦合物化和移出重金属的污水处理工艺， 其特征在于所述絮凝混拌池内安装一台滑动式搅拌器，将絮凝剂混拌均匀。
11.如权利要求10所述复合生化、耦合物化和移出重金属的污水处理工艺， 其特征在于所述絮凝混拌池内安装一台污水泵将搅拌均匀的污水和絮凝剂的混 合液送入蜗旋反应器进行络和反应。
12.如权利要求1所述复合生化、耦合物化和移出重金属的污水处理工艺， 其特征在于所述三位一体絮凝反应器由同心、异径、不等高的两个锥体罐和圆 柱体罐叠加为一体化结构的装备，中心是蜗旋反应器，第二层是逆蜗旋反应器， 外层是澄清液罐，蜗旋反应器底部设置一个混合液进口与絮凝混拌池内污水泵 连接;蜗旋反应器的直径和高度小于逆蜗旋反应器，两罐夹层之中间形成水流 通道称之为第一通道，通道底部设有一个絮状混合液排出口，由管道和阀门与 灌木型人工湿地蓄污沉淀池连通;逆蜗旋反应器直径和高度小于澄清液罐，两 罐夹层之间形成水流通道称之为第二通道，通道底部设有一个澄清液出水口， 由管道和高压泵与膜过滤器连接。
13.如权利要求12所述复合生化、耦合物化和移出重金属的污水处理工艺， 其特征在于所述三位一体絮凝反应器由蜗旋反应器底部进口送入的澄清夜和絮 凝剂的混合液以螺旋上升方式充分反应，反应后的絮状物或絮片由第一通道下 沉到逆蜗旋反应器底部，反应后的澄清液由第二通道流入澄清液罐，逆蜗旋反 应器底部出口由管道与灌木型人工湿地蓄污沉淀池连通，将絮状物和絮片排入 灌木型人工湿地蓄污沉淀池进行重金属转移处理;澄清液罐底部出口由管道与 光电膜耦合脱盐装备连接，将澄清液送入精过滤器进行深度处理。
14.如权利要求8所述复合生化、耦合物化和移出重金属的污水处理工艺， 其特征在于光、电、膜耦合脱盐设备是将澄清液中卤族化合物、盐类化合物及 微量元素通过大电流强电解生成游离态元素和根价化合物，在激光催化作用和 水电解出的H+、H0-离子参与下进行离子交换，在交换过程中具有13～16个水分 子的大分子团水转化为具有4～6个水分子的小分子团水，小分子团水透过纳滤 膜进入中水仓，被纳滤膜截留的游离态元素和带根化合物在离子交换过程形成 重水。
说明书
复合生化、耦合物化和移出重金属的污水处理工艺
技术领域
本专利涉及一种复合生化、耦合物化和移出重金属的污水处理工艺。属于 污水处理技术领域，适用于成分复杂的高浓度、高悬浮物和重金属污染的有机、 无机污水的处理，尤其对垃圾渗滤液处理的效果好。
技术背景
目前，我国污水处理领域工艺和技术存在两难题：一是污水处理系统操作 复杂，建设费用和运行成本高;二是污水处理过程中淤泥和浓水中有毒、有害 污染质及重金属元素无法消除，而是通过直接排放或填埋方式返回自然界，导 致生态环境的二次污染。
发明内容
为克服现有技术上的缺陷，本发明提供了一种“复合生化、耦合物化和移出 重金属的污水处理工艺”。该工艺应用于成分复杂的高浓度、高悬浮物和重金属 污染的有机、无机污水的处理，尤其对垃圾渗滤液的处理效果好。本发明专利 具备投资小、运行成本低和易操作等优点，同时可转移有害污染质和重金属元 素并将其移出，实现污染减排或零排放目的。
本发明实现上述目的技术方案是：复合生化、耦合物化和移出重金属的污水 处理工艺，该工艺由机械固液分离单元;复合生化处理单元;耦合物化处理单 元;废物综合处理单元组合而成的连续运行工艺系统。
本发明所述机械固液分离单元由蓄污池、转鼓水力筛、螺旋挤压式固液分 离机依次连接而成，该单元由无堵塞污水泵、转鼓水力筛污水仓、转鼓水力筛 原水仓、转鼓水力筛刮板、电机驱动旋转圆柱体楔形格筛、螺旋挤压式固液分 离机和机械传输装置组成的机械装备将污水中悬浮物和颗粒性杂质分离并脱出 水分，分离后的固相即废渣，废渣含水率45～50%左右，分离后的液相即原液， 悬浮物和颗粒性杂质去除率75～80%，废渣由机械传输设备送入废渣、淤泥收集 池，作为废物综合处理单元生物发酵有机肥或营养土生产原料，由第四单元进 行废物综合处理;原液送入植物毛细生物膜床原液池，由第二单元进行生化处 理。
本发明所述复合生化处理单元由植物毛细生物膜床原液池、植物毛细生物 膜床、植物毛细生物膜床滤液池、灌木型人工湿地蓄污沉淀池、灌木型人工湿 地、灌木型人工湿地滤液池和虹吸管依次连接而成，该单元所述植物毛细生物 膜床原液池与转鼓水力筛原液仓的出口和螺旋挤压式固液分离机液相的出口 分别由管道和阀门连接，该连接以重力差为动力无需机泵配置;该单元所述毛 细生物膜床滤液池和灌木型人工湿地滤液池分别由虹吸管与絮凝混拌池相连 接;该单元所述灌木型人工湿地蓄污沉淀池分别与逆蜗旋反应器的出口、精过 滤器的浓水出口、光、电、膜偶合发生器的重水出口由管道和阀门连接，该管 道以重力差为动力无需机泵配置。该单元所述毛细生物膜床是在水生植物根茎 的毛细组织上培养微生物使之形成毛细生物膜，当污水流经毛细生物膜床时污 染质被降解，透过生物膜床的污水即滤出液COD下降40～45%、TDS下降60～65%; 该单元所述灌木型人工湿地是以灌木型植物作为吸收和消纳重金属元素的载 体，将重金属元素转移到灌木型植物枝干中，通过周期性轮伐将含有污染质和 重金属元素的灌木移出，被移出的灌木薪材作为生物质原料由第四单元的高温 裂解进行废物综合处理。该单元所述灌木型人工湿地蓄污沉淀池是上方下锥的 结构，上部2/3为正方体，正方体内侧壁上方有一个长方形水流通道并镶嵌一 个垂直格筛，用以拦截漂浮类杂物进入灌木型人工湿地;下部1/3为正锥体， 正锥体底部安装一台清淤绞龙，用以清除沉淀的淤泥，被提出的淤泥由机械传 输装置送入废渣、泥浆收集池内，作为废物综合处理单元生物发酵有机肥或营 养土生产原料，由第四单元进行废物综合处理;本发明所述复合生化单元的处 理过程是原水由植物毛细生物膜床原液池底部长方体水流通道进入植物毛细生 物膜床，生物膜床污水是以升流式透过生物膜，透过生物膜的滤出液以平流式 流入生物膜床滤液池;灌木型人工湿地蓄污沉淀池的澄清液以平流式由上部长 方形通道流入人工湿地，进入人工湿地的上澄清液以渗滤式透过灌木根系和填 料层由底部长方形通道流入灌木型人工湿地滤液池。
本发明所述耦合物化单元由絮凝混拌池、三位一体絮凝反应器、精过滤器 和光、电、膜耦合脱盐装置依次连接组成，该单元所述絮凝混拌池是将植物毛 细生物膜床滤液池的滤液和灌木型人工湿地滤液池的滤液分别由虹吸管导入该 池内，同时添加适量絮凝剂由池内搅拌器混拌均匀，滤液和絮凝剂的混合液， 再由池内污水泵和管道送入三位一体絮凝反应器的蜗旋反应器进行絮凝络和反 应;该单元所述三位一体蜗旋反应器由同心、异径、不等高的两个锥体罐和一 个圆柱体罐叠加为一体化结构的装备，中心是蜗旋反应器，第二层是逆蜗旋反 应器，外层是澄清液罐，蜗旋反应器的直径和高度小于逆蜗旋反应器，夹层形 成一开口通道称之为第一通道;逆蜗旋反应器直径和高度小于澄清液罐，夹层 形成一开口通道称之为第二通道，如上所述絮凝混合液由污水泵送入蜗旋反应 器后，以螺旋上升方式在蜗旋反应器内完成络和反应，反应后的絮状物或絮片 由第一通道下沉到逆蜗旋反应器底部，澄清液由第二通道流入澄清液罐，逆蜗 旋反应器底部出口与灌木型人工湿地蓄污沉淀池连通，将絮状物混合液排入灌 木型人工湿地蓄污沉淀池;澄清液罐底部出口与精滤器连接，将澄清液由管道 和高压泵送入膜处理设备进行深度处理;该单元所述精过滤器选用抗污染能力 强、耐酸碱、易恢复的无机陶瓷膜组件，精过滤器以高压错流方式运行，浓水 出口与灌木型人工湿地蓄污沉淀池连通，滤液出口与光、电、膜耦合脱盐装备 进口连接;该单元所述光、电、膜耦合脱盐设备由电解发生器、激光催化器和 纳滤膜装置耦合而成，精过滤器的滤液流入电解区域后被电解出H+和HO-的离 子，在激光催化作用下与滤液中金属离子或非金属离子发生电解反应，形成重 水流向光、电、膜偶合脱盐设备的重水区域，光、电、膜耦合脱盐设备重水出 口由管道与灌木型人工湿地蓄污沉淀池连通;滤液在电解反应同时，13～16个水 分子的大分子团水转换为4～6个水分子的小分子团水，透过纳滤膜进入中水仓， 中水仓出口由管道接入中水回用管网。
本发明所述废物综合处理单元由废渣、淤泥收集池、堆肥生物发酵床、高 温裂解炉和发电设备组成，该单元所述废渣、淤泥收集池和堆肥生物发酵床是 将机械固液分离单元产出的固态废渣、植物毛细生物膜床沉淀的淤泥、灌木型 人工湿地蓄污沉淀池产出的沉淀物集中收集到该池，添加微生物和调节生化指 标，调节后的废渣和淤泥送入生物发酵床进行堆肥发酵，经堆肥生物发酵床发 酵后的废渣和淤泥可作为农业领域营养土或作为肥料加工企业有机肥生产原 料;该单元所述高温裂解炉是将灌木型人工湿地的植物周期性轮伐移出，移出 后的灌木型植物经高温裂解产出焦油和活性炭，裂解炉热能用于发电，该单元 产出四大类产品，一是活性碳，用于水处理领域的净水材料;二是焦油，作为化 工类企业生产原料，焦油通过提炼可将重金属分离出来;三是热，用于发电机组 进行发电;四是营养土或有机肥原料。
本发明专利采用机械固液分离装备分离污水中较大颗粒性杂质;采用植物 毛细生物膜床降解污水中有机质污染杂质;使用高效絮凝剂、三位一体絮凝反 应器和无机陶瓷精过滤器的装备络和污水中胶体类杂质和截流微小颗粒性杂质 的处理技术，有效降低污水中SS值95%、COD值80%、TDS值50%以上。另外本 发明专利使用光、电、膜耦合脱盐及灌木型人工湿地吸收、消纳污染质和重金 属的工艺和技术，可除去污水中盐类、金属、重金属等污染物质90%以上，有效 控制盐类、金属及重金属对环境的二次污染。此外，经本发明专利的工艺和技 术及装备处理后的水为4～6个水分子的小分子团水。
本发明专利可应用于大规模市政污水、城镇生活污水、工矿企业废水和垃 圾渗滤液的处理;同时也适用于小规模的服务场所污水、宾馆酒店污水、居民 小区污水或养殖污水和生物发酵液的处理。
