复合生化、偶合物化和移出重金属的污水处理工艺和技术的制作方法.docx

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专利名称:复合生化、偶合物化和移出重金属的污水处理工艺和技术的制作方法
技术领域:
本专利涉及一种复合生化、偶合物化和移出重金属的污水处理工艺和技术。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。
背景技术:
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、偶合物化和移出重金属的污水处理工艺和技术”。该工艺和技术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、偶合物化和移出重金属的污水处理工艺和技术,该工艺和技术由机械固液分离单元;复合生化处理单元;偶合物化处理单元;废物综合处理单元组合而成的连续运行工艺和技术系统。本发明所述机械固液分离单元由蓄污池、转股水利筛、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、转股水利筛污水仓、转股水利筛原水仓、转股水利筛刮板、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4550%左右),分离后的液相即原液(悬浮物和颗粒性杂质去除率7580%),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、植物毛细生物膜床滤液池、植物毛细生物膜床、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股水利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涡旋反应器的出口、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
(滤出液)COD下降4(Γ45%左右、TDS下降6(Γ65%左右;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除,被移除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上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。本发明所述偶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、膜偶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、不等高的两个锥体灌和一个圆柱体灌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,外层是澄清液灌,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灌,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,以螺旋上升方式在涡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灌,逆涡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;澄清液灌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、膜偶合脱盐装备进口连接;该单元所述光、电、膜偶合脱盐设备由电解发生器、激光催化器和纳滤膜装置偶合而成,精过滤器的滤液流入电解区域后被电解出H+和Η0_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、膜偶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,大分子团(1316个水分子)的水变成(4飞个水分子)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,可用于水处理领域的净水材料;二是焦油,可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;三是热能可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、膜偶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中水为4飞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。以下结合说明书附图及示例,进一步说明本发明的具体工艺和技术原理。
图1系统工艺方框2工艺和技术原理图
具体实施例方式以上附图是本发明实施例之一。参照附图,对本实施例作一些说明。图1是本发明的系统工艺框图。这是本发明实施例的总体框架。结合图
1和图2对本发明的工艺和技术系统原理进行了解。由图1可见,本发明工艺和技术总体分为四大板块。100是本发明机械固液分离单元,包括:001蓄污池、021无堵塞污水泵和管道、002水利筛和003螺旋挤压式固液分离机。蓄污池内污水中泥沙、石、秸杆、毛发、及金属等较大颗粒性杂质,通过微生物难以降解并且容易堵塞管道,为减轻植物毛细生物膜处理负担和系统的正常运行,将蓄污池内污水由无堵塞污水泵和管道021送入水利筛的污水仓012,由电机驱动圆柱体楔形筛网011旋转,在重力和离心力作用下水透过筛网进入水利筛出水仓013,颗粒性杂质被截留贴附在筛网壁上并被刮板014刮入螺旋挤压式固液分离机进料斗015,水利筛分离后的颗粒性杂质含水率较高一般在7580%之间,须通过螺旋挤压式固液分离机003进行二步分离,水利筛分离出的颗粒性杂质由螺旋挤压式固液分离机进料斗送入螺旋挤压膛内016,来自电机驱动旋转螺旋轴017的推力和张力作用下,将颗粒性杂质中水份挤出透过膛内筛网018流入分离机集水腔,由分离机液相出口019和管道021排入植物毛细生物膜床原液池024,待下一单元处理;被挤压脱水后的颗粒性杂质由螺旋挤压式分离机固相出口020推出(固相含水率在45飞0%之间),由机械传送装置送入废渣和淤泥收集池004,待生物发酵处理,作为有机肥或营养土生产的原料。
200是本发明复合生化处理单元,包括:植物毛细生物膜床原液池024、植物毛细生物膜床025、植物毛细生物膜床滤液池026、虹吸管027和028、灌木型人工湿地蓄污沉淀池029、灌木型人工湿地030、灌木型人工湿地滤液池031、绞龙034和格筛032、033。该单元所述植物毛细生物膜床是通过微生物与植物之间的依存关系在水生植物根部的毛细组织上培养微生物,使大量微生物寄生在植物根系上形成植物毛细生物膜。如图2所示,植物毛细生物膜床原液池024污水(原液)由底部长方形通道流入植物毛细生物流化床025,污水中污染质被微生物降解和被植物毛细生物膜截留,透过植物毛细生物膜床的滤出液流入植物毛细生物膜床滤液池015,待下一单元处理。该单元所述灌木性人工湿地是以灌木型植物为修复材料,通过灌木型植物吸收和消纳污水中的重金属、盐类、离子态、饱和态及胶体等污染性杂质,将其转移到植物枝干内,通过周期性轮伐移出。如图2所示,由逆蜗旋反应器回流的絮状污水、精过滤器回流的浓水和光、电、膜脱盐设备回流的重水在灌木型人工湿地蓄污沉淀池内受重力作用,絮团、泥浆沉淀于椎体池底部,污水则向上运动透过格筛流入灌木型人工湿地030,污水中盐类、重金属等污染性杂质被灌木型植物吸收和消纳,再经灌木型人工湿地填料层过滤,透过格筛033流入灌木型湿地滤液池035,待下一单元处理。300是本发明偶合物化处理单元,包括:絮凝混拌池
006、三位一体絮凝反应器
008、精过滤器009和光、电、膜脱盐设备010构成。该单元所述三位一体絮凝反应器是由涡旋反应器、逆蜗旋反应器和澄清液灌于一体,将涡旋反应、絮片沉降和澄清液分离三个过程连续化一次完成。如图2所示,植物毛细生物膜床滤出液和灌木型人工湿地滤出液分别由虹吸管027、029吸入絮凝混拌池,加入一定比例絮凝剂由搅拌器036搅拌均匀,再由污水泵037送入涡旋反应器,污水和絮凝剂的混合液在涡旋反应器内以螺旋上升方式充分反应,随着反应高度的上升,蜗旋反应器上口与逆蜗旋反应器上口之间形成澄清液和絮片分界层,絮片由蜗旋反应器上口边缘外壁快速沉降于逆蜗旋反应器底部,由管道029回流灌木型人工湿地蓄污沉淀池;澄清液由逆蜗旋反应器上口边缘外壁流入澄清液灌。该单元所述精过滤器009采用抗污染能力强,耐酸碱的内压式无机陶瓷膜组件为过滤材料,以压力驱动错流方式运行。如图2所示,三位一体絮凝反应器的澄清液由高压泵和管道041送入精过滤器的进水仓,在压力驱动下分子团较小的物质和水透过膜进入出水仓,由管道送入光电膜脱盐设备;较大分子团水溶性物质被拦截进入浓水仓,由管道回流灌木型人工湿地蓄污沉淀池。该单元所述光、电、膜偶合脱盐设备是将澄清液中齒族化合物、盐类化合物、氮氧化物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,在交换过程中水分子团由大变小,小分子团的水透过纳滤膜进入中水仓,再由出口送入中水管网回用;被纳滤膜截留的游离态元素和根价化合物在离子交换过程形成重水由管道031回流灌木型人工湿地蓄污沉淀池。如图2所示,三位一体涡旋反应器的澄清液由高压泵和管道043送入光、电、膜偶合脱盐设备,澄清液中HSi03_、PO4_、Cl_、CO3'SO3'HCO3'NO3'SO3'Cr6+、Fe2+、Ca++、Zu++、Mg++、Cd++、,这些游离态元素和根价化合物在激光的催化作用下从新生成HO2、O2丨、H丨或N丨和从新生成KN03_.、Kcl、MgSO3、CaCO等无机盐类化合物的重水,由重水区045和管道031回流灌木型人工湿地蓄污沉淀池;电解区域澄清液在电解和离子交换过程中大分子团(1316个水分子)变成小分子(4飞个水分子)的水分子,透过纳滤膜046进入出水仓047有出口048送入中水回用管网。
400是本专利废弃物综合处理单元,该单元包括两方面内容,一是机械固液分离单元产生的废渣和复合生化单元产生的淤泥,集中到废渣、淤泥收集池添加微生物进行二次发酵,去除水份和有害病毒、病菌生产营养土或作为有机肥生产的原料,如图2所示,螺旋挤压式固液分离机003推出的废渣由机械传送装置送入废渣、淤泥收集池004,灌木型人工湿地蓄污沉淀池内的沉淀物由绞龙