公布日：2024.03.15
申请日：2023.12.28
分类号：C02F3/12(2023.01)I;C02F1/28(2023.01)I;B01J20/20(2006.01)I;B01J20/32(2006.01)I;B01J20/28(2006.01)I
摘要
本发明涉及适用于大质量的微晶活性炭的污水生化处理装置，包括生化处理器和再生器，生化处理器包括上部的好氧吸附区和下部的分离区，分离区的底部出口连接再生器；好氧吸附区为套层结构，包括内层的处理区和外层的沉淀区，处理区的内壁上设有若干个填料笼，填料笼内装填大质量微晶活性炭，处理区内具有好氧活性污泥；填料笼铰接在处理区的内壁上，内壁上设置若干个镂空槽，镂空槽与填料笼一一对应，使得填料笼能够在处理区与沉淀区之间转动；每个填料笼对应连接一根输料管，输料管连接再生器，用于将再生后的大质量微晶活性炭输入填料笼内；填料笼设有排料口，当填料笼转到沉淀区时，将需要再生的微晶活性炭排入沉淀区。
权利要求书
1.适用于大质量的微晶活性炭的污水生化处理装置，其特征在于，包括生化处理器和再生器，生化处理器包括上部的好氧吸附区和下部的分离区，分离区的底部出口通过管道连接再生器，用于将分离得到的微晶活性炭输入再生器进行再生处理；好氧吸附区为套层结构，包括内层的处理区和外层的沉淀区，处理区的内壁上设有若干个填料笼，填料笼内装填大质量微晶活性炭，用于吸附处理处理区内的污水，处理区内具有好氧活性污泥，底部设有曝气管，用于在处理区内进行好氧处理；填料笼铰接在处理区的内壁上，内壁上设置若干个镂空槽，镂空槽与填料笼一一对应，使得填料笼能够在处理区与沉淀区之间转动；每个填料笼对应连接一根输料管，输料管连接再生器，用于将再生后的大质量微晶活性炭输入填料笼内；填料笼设有排料口，当填料笼转到沉淀区时，将需要再生的微晶活性炭排入沉淀区；沉淀区和处理区的底部与分离区连通；所述生化处理器由上至下包括输料管支架、出水区、处理区和沉淀区、分离区和排出口，处理区与沉淀区之间设置分隔转筒，以区分处理区和沉淀区，分隔转筒能够转动，若干个填料笼的末端铰接在分隔转筒的内壁上，若干根输料管均连接输料管支架，再连接对应的填料笼；分隔转筒的底部设有喇叭开口，该开口内设有曝气管和进水管；分离区的顶部设有转筒，提供形成分离旋流所需的动力，转筒下方为倒锥形，用于微晶活性炭和好氧污泥的分离，分离区底部设有排出口，用于排出分离的微晶活性炭；以经过分隔转筒圆心的竖直的纵截面为虚拟分隔面，若干个填料笼分成两组在所述分隔面的两侧逆向对称设置；在所述分隔面的一侧，一组填料笼的末端沿着分隔转筒的周向均匀布设，且高度逐渐增加，同一高度上只有一个填料笼；填料笼的始端指向分隔转筒的圆心；最低处的填料笼设在分隔转筒喇叭开口的上方，最高处的填料笼设在分隔转筒的顶部；在所述分隔面的另一侧设置另一组填料笼，两组填料笼的最低处的填料笼分别设在分隔转筒的相对的两侧，两组填料笼的最高处和最低处的填料笼在水平方向上左右相邻。
2.根据权利要求1所述的适用于大质量的微晶活性炭的污水生化处理装置，其特征在于，所述填料笼的长度等于分隔转筒的半径，填料笼的末端连接输料管，用于向填料笼内输入新鲜的或再生的大质量微晶活性炭；填料笼的始端设有可开关的排料口，用于向沉淀区排出吸附饱和的微晶活性炭；填料笼的底部为倒锥形，顶部为锥形，中部为方形，减小水流阻力。
3.根据权利要求2所述的适用于大质量的微晶活性炭的污水生化处理装置，其特征在于，所述镂空槽水平设在分隔转筒的壁面上，填料笼的末端设在镂空槽的一端，当填料笼转动时，能够从镂空槽穿过进入沉淀区或处理区。
4.根据权利要求3所述的适用于大质量的微晶活性炭的污水生化处理装置，其特征在于，所述填料笼的末端的下方设有可伸缩的限位部，限位部的顶面与对应的填料笼的底面形状相适配；当限位部伸出时，抵住填料笼，使填料笼呈水平；当限位部收缩时，依然支撑填料笼，但使得填料笼倾斜向下。
5.根据权利要求4所述的适用于大质量的微晶活性炭的污水生化处理装置，其特征在于，所述输料管支架连接在转轴二上，转轴二通过若干支杆连接分隔转筒，转轴二顶部连接所述污水生化处理装置上方的驱动电机，使得转轴二带动输料管支架和分隔转筒以相同的速度转动；输料管支架的外周均匀设有若干的通孔，允许输料管穿过，以便输料管连接对应的填料笼。
6.根据权利要求5所述的适用于大质量的微晶活性炭的污水生化处理装置，其特征在于，所述出水区内设有圆台形的斜板分离器，斜板分离器包括上支板、下支圈以及连接在上支板与下支圈之间的若干个斜板，斜板分离器内部中空，允许转轴二穿过上支板的中心，并带动斜板分离器一起转动，斜板分离器与出水区同心设置；若干个斜板围绕斜板分离器的周向均匀设置，穿过输料管支架的输料管向下延伸至斜板分离器，并连接斜板，然后输料管再向下延伸至处理区。
7.根据权利要求1所述的适用于大质量的微晶活性炭的污水生化处理装置，其特征在于，所述再生器的顶部设有加药口、超声探头和排气口，底部通过管路连接臭氧发生器，底部通过管路连接排出口，内部设有搅拌装置，侧面设有返料口，并连接各个输料管。
8.根据权利要求1所述的适用于大质量的微晶活性炭的污水生化处理装置，其特征在于，所述大质量微晶活性炭的制备方法为：（1）将原料微晶活性炭和砂粒都清洗干净，再放入挤压设备中制粒成型，得到砂粒化的微晶活性炭；（2）将砂粒化的微晶活性炭加入氨水中，进行氨水改性，得到改性产物；（3）使用聚四氟乙烯溶液均匀喷涂改性产物的表面，进行疏水改性，干燥后，得到复合改性砂粒化微晶活性炭。
发明内容
针对上述问题，本发明提供适用于大质量的微晶活性炭的污水生化处理装置，包括生化处理器和再生器，生化处理器包括上部的好氧吸附区和下部的分离区，分离区的底部出口通过管道连接再生器，用于将分离得到的微晶活性炭输入再生器进行再生处理；
好氧吸附区为套层结构，包括内层的处理区和外层的沉淀区，处理区的内壁上设有若干个填料笼，填料笼内装填大质量微晶活性炭，用于吸附处理处理区内的污水，处理区内具有好氧活性污泥，底部设有曝气管，用于在处理区内进行好氧处理；
填料笼铰接在处理区的内壁上，内壁上设置若干个镂空槽，镂空槽与填料笼一一对应，使得填料笼能够在处理区与沉淀区之间转动；每个填料笼对应连接一根输料管，输料管连接再生器，用于将再生后的大质量微晶活性炭输入填料笼内；填料笼设有排料口，当填料笼转到沉淀区时，将需要再生的微晶活性炭排入沉淀区；沉淀区和处理区的底部与分离区连通。
本发明将好氧生化装置与吸附处理装置合二为一，形成处理区，共同进行好氧和吸附处理。对于大质量的微晶活性炭，不再进行其与污水的机械混合，而是将大质量的微晶活性炭装入填料笼内，形成填料床层，污水与好氧活性污泥的混合物料在床层之间流动，微晶活性炭与污水接触并进行吸附，避免机械搅动微晶活性炭而消耗大量能源，也避免絮状的好氧活性污泥被过分搅动。大质量微晶活性炭吸附饱和后，填料笼转动至沉淀区，再进行排料，微晶活性炭质量较大，能够进行沉降，进而落入分离区，然后填料笼转回处理区，通过输料管重新装填再生后的微晶活性炭，使得好氧处理无需停机，就能完成微晶活性炭的更换分离，不影响好氧处理的效率。吸附饱和的微晶活性炭与少量进入填料笼的污泥沉降进入分离区，再进行分离，污泥返回处理区，微晶活性炭排入再生器进行再生。再生后，再通过输料管返回填料笼。
可选的，所述生化处理器由上至下包括输料管支架、出水区、处理区和沉淀区、分离区和排出口，处理区与沉淀区之间设置分隔转筒，以区分处理区和沉淀区，分隔转筒能够转动，若干个填料笼的末端铰接在分隔转筒的内壁上，若干根输料管均连接输料管支架，再连接对应的填料笼，输料管能随分隔转筒转动；
分隔转筒的底部设有喇叭开口，该开口内设有曝气管和进水管；分离区的顶部设有转筒，提供形成分离旋流所需的动力，转筒下方为倒锥形，用于微晶活性炭和好氧污泥的分离，分离区底部设有排出口，用于排出分离的微晶活性炭。
进一步可选的，以经过分隔转筒圆心的竖直的纵截面为虚拟分隔面，若干个填料笼分成两组在所述分隔面的两侧逆向对称设置；
在所述分隔面的一侧，一组填料笼的末端沿着分隔转筒的周向均匀布设，且高度逐渐增加，同一高度上只有一个填料笼；填料笼的始端指向分隔转筒的圆心；最低处的填料笼设在分隔转筒喇叭开口的上方，最高处的填料笼设在分隔转筒的顶部；
在所述分隔面的另一侧设置另一组填料笼，两组填料笼的最低处的填料笼分别设在分隔转筒的相对的两侧，即两组填料笼的最高处和最低处的填料笼在水平方向上左右相邻。
进一步可选的，所述填料笼的长度等于分隔转筒的半径，填料笼的末端连接输料管，用于向填料笼内输入新鲜的或再生的大质量微晶活性炭；填料笼的始端设有可开关的排料口，用于向沉淀区排出吸附饱和的微晶活性炭；
填料笼的底部为倒锥形，顶部为锥形，中部为方形，减小水流阻力。
进一步可选的，所述镂空槽水平设在分隔转筒的壁面上，填料笼的末端设在镂空槽的一端，当填料笼转动时，能够从镂空槽穿过进入沉淀区或处理区。
进一步可选的，所述填料笼的末端的下方设有可伸缩的限位部，限位部的顶面与对应的填料笼的底面形状相适配；
当限位部伸出时，抵住填料笼，使填料笼呈水平；当限位部收缩时，依然支撑填料笼，但使得填料笼倾斜向下。
进一步可选的，所述输料管支架连接在转轴二上，转轴二通过若干支杆连接分隔转筒，转轴二顶部连接所述污水生化处理装置上方的驱动电机，使得转轴二带动输料管支架和分隔转筒以相同的速度转动；
输料管支架的外周均匀设有若干的通孔，允许输料管穿过，以便输料管连接对应的填料笼。
进一步可选的，所述出水区内设有圆台形的斜板分离器，斜板分离器包括上支板、下支圈以及连接在上支板与下支圈之间的若干个斜板，斜板分离器内部中空，允许转轴二穿过上支板的中心，并带动斜板分离器一起转动，斜板分离器与出水区同心设置；
若干个斜板围绕斜板分离器的周向均匀设置，穿过输料管支架的输料管向下延伸至斜板分离器，并连接斜板，然后输料管再向下延伸至处理区。
可选的，所述转筒与分离区同心设置，转筒侧壁贴近分离区内壁，但不接触，转筒通过转轴三和若干连接杆连接处于分离区下方的电机，能够为转筒提供较高的转速，为流经转筒的物料提供离心力，促使其转动，在离心力作用下，大质量微晶活性炭被甩至器壁并下滑至排出口，质量较轻的好氧污泥能返回处理区，继续处理污水。
可选的，所述再生器的顶部设有加药口、超声探头和排气口，底部通过管路连接臭氧发生器，底部通过管路连接排出口，内部设有搅拌装置，侧面设有返料口，并连接各个输料管。
本发明所述的大质量微晶活性炭的制备方法为：
(1)将原料微晶活性炭和砂粒都清洗干净，再放入挤压设备中制粒成型，得到砂粒化的微晶活性炭；
(2)将砂粒化的微晶活性炭加入氨水中，进行氨水改性，得到改性产物；
(3)使用聚四氟乙烯溶液均匀喷涂改性产物的表面，进行疏水改性，干燥后，得到复合改性砂粒化微晶活性炭。
可选的，步骤(1)中，清洗干净之后，微晶活性炭的粒径为0.5-1.2mm，砂粒破碎研磨至300-500目；微晶活性炭与砂粒的质量比为(2-2.5):1。
可选的，步骤(2)中，先将砂粒化的微晶活性炭加入反应器内，加入25-28wt％的氨水，微晶活性炭与氨水的质量体积比为1g:(5-10)mL；50-80℃搅拌使得砂粒化的微晶活性炭分散，与氨水充分混合；
反应器为密封的，且设有排气管，排气管连通反应器的顶部和底部，将挥发的氨气抽出，再返回反应器内部，在反应器底部形成氨气曝气，反应器内的温度有利于氨气重新溶入水中；
混合10-12h，然后排出氨水，加入若干次清水，继续搅拌，至反应器内pH为7-8，得到所述改性产物，再在烘箱内100℃干燥5-6h。
可选的，步骤(3)中，聚四氟乙烯溶液的浓度为30-40wt％；改性产物与喷涂的用聚四氟乙烯溶液的质量体积比为1g:(0.01-0.25)mL。
为了提高大质量微晶活性炭的比表面积和吸附性能，本发明还提供了一种优选的制备方法：S1：将原料微晶活性炭和砂粒都清洗干净，在氨水中混合搅拌，进行第一次氨水改性，得到一次改性产物；
S2：将一次改性产物和步骤S1剩余的砂粒放入挤压设备中制粒成型，得到砂粒化的微晶活性炭；
S3：将植物生物质、砂粒和水混合至呈糊状，该糊状物与砂粒化的微晶活性炭混合均匀，然后送入马弗炉内高温煅烧，得到再塑活性炭；
S4：将再塑活性炭加入氨水中，进行第二次氨水改性，得到二次改性产物；
S5：使用聚四氟乙烯溶液均匀喷涂二次改性产物的表面，进行疏水改性，晾干后送入马弗炉内干燥，得到最终的复合改性砂粒化微晶活性炭。
可选的，步骤S1中，清洗干净之后，微晶活性炭的粒径为0.5-1.2mm，砂粒破碎研磨至300-500目；微晶活性炭与砂粒的质量比为(2-2.5):1。
可选的，步骤S1中，所述第一次氨水改性具体为：先将微晶活性炭加入反应器内，加入25-28wt％的氨水，微晶活性炭与氨水的质量体积比为1g:(10-20)mL；搅拌使得微晶活性炭充分分散，再加入砂粒，50-80℃搅拌混合；反应器为密封的，且设有排气管，排气管连通反应器的顶部和底部，将挥发的氨气抽出，再返回反应器内部，在反应器底部形成氨气曝气，反应器内的温度有利于氨气重新溶入水中；
改性后排出氨水，加入若干次清水，继续搅拌，至反应器内pH为7-8，得到所述一次改性产物和剩余的砂粒。
可选的，步骤S2中，所述一次改性产物和步骤S1剩余的砂粒从反应器排出后，含有一定的水，含水率为10-15wt％，可直接进行制粒，将实心化的微晶活性炭与破碎后的砂粒混合成砂粒化的微晶活性炭，粒径为0.6-2.5mm，自然冷却至室温。
可选的，步骤S3中，所述植物生物质选自农作物、草本植物、水生植物中的一种或几种，农作物、草本植物、水生植物的根、茎、叶均可；步骤S3使用的砂粒为上述破碎研磨后的砂粒(300-500目)，植物生物质破碎后晒干再研磨至粒径为300-500目；
植物生物质与砂粒的质量比为(1.5-2.5):1，砂粒与砂粒化的微晶活性炭的质量比为(0.7-1.3):1，加水量不作限制，能制成糊状即可。
可选的，步骤S4中，使用步骤S1的反应器，将再塑活性炭加入反应器内，加入25-28wt％的氨水，再塑活性炭与氨水的质量体积比为1g:(5-10)mL；50-80℃搅拌使得再塑活性炭充分分散，与氨水充分混合；反应器的排气管将挥发的氨气抽出，再返回反应器内部，在反应器底部形成氨气曝气；
混合10-12h，然后排出氨水，加入若干次清水，继续搅拌，至反应器内pH为7-8，得到所述二次改性产物，再在烘箱内100℃干燥5-6h。
可选的，步骤S5中，聚四氟乙烯溶液的浓度为30-40wt％，介质为水；二次改性产物与喷涂的用聚四氟乙烯溶液的质量体积比为1g:(0.01-0.25)mL，聚四氟乙烯在二次改性产物表面形成一层疏水层，提高活性炭的疏水性；
晾干的标准是活性炭颗粒表面不粘手；
活性炭颗粒在马弗炉内进行程序升温干燥，以8-10℃升温至80℃，加热40min；以5-7℃升温至150℃，加热20min；以5-7℃升温至200℃，加热20min；加热完后，取出物料，自然冷却。
（发明人：张传兵;李永杰;徐亚慧;郭永正;赵金中;刘洪涛;张辉;杨成;刘健;徐建飞;宋豪凯;楚亚辉）
