公布日：2024.03.15
申請日：2023.12.28
分類號：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
本發明涉及適用于大質量的微晶活性炭的污水生化處理裝置，包括生化處理器和再生器，生化處理器包括上部的好氧吸附區和下部的分離區，分離區的底部出口連接再生器；好氧吸附區為套層結構，包括內層的處理區和外層的沉淀區，處理區的內壁上設有若干個填料籠，填料籠內裝填大質量微晶活性炭，處理區內具有好氧活性污泥；填料籠鉸接在處理區的內壁上，內壁上設置若干個鏤空槽，鏤空槽與填料籠一一對應，使得填料籠能夠在處理區與沉淀區之間轉動；每個填料籠對應連接一根輸料管，輸料管連接再生器，用于將再生后的大質量微晶活性炭輸入填料籠內；填料籠設有排料口，當填料籠轉到沉淀區時，將需要再生的微晶活性炭排入沉淀區。
權利要求書
1.適用于大質量的微晶活性炭的污水生化處理裝置，其特征在于，包括生化處理器和再生器，生化處理器包括上部的好氧吸附區和下部的分離區，分離區的底部出口通過管道連接再生器，用于將分離得到的微晶活性炭輸入再生器進行再生處理；好氧吸附區為套層結構，包括內層的處理區和外層的沉淀區，處理區的內壁上設有若干個填料籠，填料籠內裝填大質量微晶活性炭，用于吸附處理處理區內的污水，處理區內具有好氧活性污泥，底部設有曝氣管，用于在處理區內進行好氧處理；填料籠鉸接在處理區的內壁上，內壁上設置若干個鏤空槽，鏤空槽與填料籠一一對應，使得填料籠能夠在處理區與沉淀區之間轉動；每個填料籠對應連接一根輸料管，輸料管連接再生器，用于將再生后的大質量微晶活性炭輸入填料籠內；填料籠設有排料口，當填料籠轉到沉淀區時，將需要再生的微晶活性炭排入沉淀區；沉淀區和處理區的底部與分離區連通；所述生化處理器由上至下包括輸料管支架、出水區、處理區和沉淀區、分離區和排出口，處理區與沉淀區之間設置分隔轉筒，以區分處理區和沉淀區，分隔轉筒能夠轉動，若干個填料籠的末端鉸接在分隔轉筒的內壁上，若干根輸料管均連接輸料管支架，再連接對應的填料籠；分隔轉筒的底部設有喇叭開口，該開口內設有曝氣管和進水管；分離區的頂部設有轉筒，提供形成分離旋流所需的動力，轉筒下方為倒錐形，用于微晶活性炭和好氧污泥的分離，分離區底部設有排出口，用于排出分離的微晶活性炭；以經過分隔轉筒圓心的豎直的縱截面為虛擬分隔面，若干個填料籠分成兩組在所述分隔面的兩側逆向對稱設置；在所述分隔面的一側，一組填料籠的末端沿著分隔轉筒的周向均勻布設，且高度逐漸增加，同一高度上只有一個填料籠；填料籠的始端指向分隔轉筒的圓心；最低處的填料籠設在分隔轉筒喇叭開口的上方，最高處的填料籠設在分隔轉筒的頂部；在所述分隔面的另一側設置另一組填料籠，兩組填料籠的最低處的填料籠分別設在分隔轉筒的相對的兩側，兩組填料籠的最高處和最低處的填料籠在水平方向上左右相鄰。
2.根據權利要求1所述的適用于大質量的微晶活性炭的污水生化處理裝置，其特征在于，所述填料籠的長度等于分隔轉筒的半徑，填料籠的末端連接輸料管，用于向填料籠內輸入新鮮的或再生的大質量微晶活性炭；填料籠的始端設有可開關的排料口，用于向沉淀區排出吸附飽和的微晶活性炭；填料籠的底部為倒錐形，頂部為錐形，中部為方形，減小水流阻力。
3.根據權利要求2所述的適用于大質量的微晶活性炭的污水生化處理裝置，其特征在于，所述鏤空槽水平設在分隔轉筒的壁面上，填料籠的末端設在鏤空槽的一端，當填料籠轉動時，能夠從鏤空槽穿過進入沉淀區或處理區。
4.根據權利要求3所述的適用于大質量的微晶活性炭的污水生化處理裝置，其特征在于，所述填料籠的末端的下方設有可伸縮的限位部，限位部的頂面與對應的填料籠的底面形狀相適配；當限位部伸出時，抵住填料籠，使填料籠呈水平；當限位部收縮時，依然支撐填料籠，但使得填料籠傾斜向下。
5.根據權利要求4所述的適用于大質量的微晶活性炭的污水生化處理裝置，其特征在于，所述輸料管支架連接在轉軸二上，轉軸二通過若干支桿連接分隔轉筒，轉軸二頂部連接所述污水生化處理裝置上方的驅動電機，使得轉軸二帶動輸料管支架和分隔轉筒以相同的速度轉動；輸料管支架的外周均勻設有若干的通孔，允許輸料管穿過，以便輸料管連接對應的填料籠。
6.根據權利要求5所述的適用于大質量的微晶活性炭的污水生化處理裝置，其特征在于，所述出水區內設有圓臺形的斜板分離器，斜板分離器包括上支板、下支圈以及連接在上支板與下支圈之間的若干個斜板，斜板分離器內部中空，允許轉軸二穿過上支板的中心，并帶動斜板分離器一起轉動，斜板分離器與出水區同心設置；若干個斜板圍繞斜板分離器的周向均勻設置，穿過輸料管支架的輸料管向下延伸至斜板分離器，并連接斜板，然后輸料管再向下延伸至處理區。
7.根據權利要求1所述的適用于大質量的微晶活性炭的污水生化處理裝置，其特征在于，所述再生器的頂部設有加藥口、超聲探頭和排氣口，底部通過管路連接臭氧發生器，底部通過管路連接排出口，內部設有攪拌裝置，側面設有返料口，并連接各個輸料管。
8.根據權利要求1所述的適用于大質量的微晶活性炭的污水生化處理裝置，其特征在于，所述大質量微晶活性炭的制備方法為：（1）將原料微晶活性炭和砂粒都清洗干凈，再放入擠壓設備中制粒成型，得到砂粒化的微晶活性炭；（2）將砂�；奈⒕Щ钚蕴考尤氚彼�，進行氨水改性，得到改性產物；（3）使用聚四氟乙烯溶液均勻噴涂改性產物的表面，進行疏水改性，干燥后，得到復合改性砂粒化微晶活性炭。
發明內容
針對上述問題，本發明提供適用于大質量的微晶活性炭的污水生化處理裝置，包括生化處理器和再生器，生化處理器包括上部的好氧吸附區和下部的分離區，分離區的底部出口通過管道連接再生器，用于將分離得到的微晶活性炭輸入再生器進行再生處理；
好氧吸附區為套層結構，包括內層的處理區和外層的沉淀區，處理區的內壁上設有若干個填料籠，填料籠內裝填大質量微晶活性炭，用于吸附處理處理區內的污水，處理區內具有好氧活性污泥，底部設有曝氣管，用于在處理區內進行好氧處理；
填料籠鉸接在處理區的內壁上，內壁上設置若干個鏤空槽，鏤空槽與填料籠一一對應，使得填料籠能夠在處理區與沉淀區之間轉動；每個填料籠對應連接一根輸料管，輸料管連接再生器，用于將再生后的大質量微晶活性炭輸入填料籠內；填料籠設有排料口，當填料籠轉到沉淀區時，將需要再生的微晶活性炭排入沉淀區；沉淀區和處理區的底部與分離區連通。
本發明將好氧生化裝置與吸附處理裝置合二為一，形成處理區，共同進行好氧和吸附處理。對于大質量的微晶活性炭，不再進行其與污水的機械混合，而是將大質量的微晶活性炭裝入填料籠內，形成填料床層，污水與好氧活性污泥的混合物料在床層之間流動，微晶活性炭與污水接觸并進行吸附，避免機械攪動微晶活性炭而消耗大量能源，也避免絮狀的好氧活性污泥被過分攪動。大質量微晶活性炭吸附飽和后，填料籠轉動至沉淀區，再進行排料，微晶活性炭質量較大，能夠進行沉降，進而落入分離區，然后填料籠轉回處理區，通過輸料管重新裝填再生后的微晶活性炭，使得好氧處理無需停機，就能完成微晶活性炭的更換分離，不影響好氧處理的效率。吸附飽和的微晶活性炭與少量進入填料籠的污泥沉降進入分離區，再進行分離，污泥返回處理區，微晶活性炭排入再生器進行再生。再生后，再通過輸料管返回填料籠。
可選的，所述生化處理器由上至下包括輸料管支架、出水區、處理區和沉淀區、分離區和排出口，處理區與沉淀區之間設置分隔轉筒，以區分處理區和沉淀區，分隔轉筒能夠轉動，若干個填料籠的末端鉸接在分隔轉筒的內壁上，若干根輸料管均連接輸料管支架，再連接對應的填料籠，輸料管能隨分隔轉筒轉動；
分隔轉筒的底部設有喇叭開口，該開口內設有曝氣管和進水管；分離區的頂部設有轉筒，提供形成分離旋流所需的動力，轉筒下方為倒錐形，用于微晶活性炭和好氧污泥的分離，分離區底部設有排出口，用于排出分離的微晶活性炭。
進一步可選的，以經過分隔轉筒圓心的豎直的縱截面為虛擬分隔面，若干個填料籠分成兩組在所述分隔面的兩側逆向對稱設置；
在所述分隔面的一側，一組填料籠的末端沿著分隔轉筒的周向均勻布設，且高度逐漸增加，同一高度上只有一個填料籠；填料籠的始端指向分隔轉筒的圓心；最低處的填料籠設在分隔轉筒喇叭開口的上方，最高處的填料籠設在分隔轉筒的頂部；
在所述分隔面的另一側設置另一組填料籠，兩組填料籠的最低處的填料籠分別設在分隔轉筒的相對的兩側，即兩組填料籠的最高處和最低處的填料籠在水平方向上左右相鄰。
進一步可選的，所述填料籠的長度等于分隔轉筒的半徑，填料籠的末端連接輸料管，用于向填料籠內輸入新鮮的或再生的大質量微晶活性炭；填料籠的始端設有可開關的排料口，用于向沉淀區排出吸附飽和的微晶活性炭；
填料籠的底部為倒錐形，頂部為錐形，中部為方形，減小水流阻力。
進一步可選的，所述鏤空槽水平設在分隔轉筒的壁面上，填料籠的末端設在鏤空槽的一端，當填料籠轉動時，能夠從鏤空槽穿過進入沉淀區或處理區。
進一步可選的，所述填料籠的末端的下方設有可伸縮的限位部，限位部的頂面與對應的填料籠的底面形狀相適配；
當限位部伸出時，抵住填料籠，使填料籠呈水平；當限位部收縮時，依然支撐填料籠，但使得填料籠傾斜向下。
進一步可選的，所述輸料管支架連接在轉軸二上，轉軸二通過若干支桿連接分隔轉筒，轉軸二頂部連接所述污水生化處理裝置上方的驅動電機，使得轉軸二帶動輸料管支架和分隔轉筒以相同的速度轉動；
輸料管支架的外周均勻設有若干的通孔，允許輸料管穿過，以便輸料管連接對應的填料籠。
進一步可選的，所述出水區內設有圓臺形的斜板分離器，斜板分離器包括上支板、下支圈以及連接在上支板與下支圈之間的若干個斜板，斜板分離器內部中空，允許轉軸二穿過上支板的中心，并帶動斜板分離器一起轉動，斜板分離器與出水區同心設置；
若干個斜板圍繞斜板分離器的周向均勻設置，穿過輸料管支架的輸料管向下延伸至斜板分離器，并連接斜板，然后輸料管再向下延伸至處理區。
可選的，所述轉筒與分離區同心設置，轉筒側壁貼近分離區內壁，但不接觸，轉筒通過轉軸三和若干連接桿連接處于分離區下方的電機，能夠為轉筒提供較高的轉速，為流經轉筒的物料提供離心力，促使其轉動，在離心力作用下，大質量微晶活性炭被甩至器壁并下滑至排出口，質量較輕的好氧污泥能返回處理區，繼續處理污水。
可選的，所述再生器的頂部設有加藥口、超聲探頭和排氣口，底部通過管路連接臭氧發生器，底部通過管路連接排出口，內部設有攪拌裝置，側面設有返料口，并連接各個輸料管。
本發明所述的大質量微晶活性炭的制備方法為：
(1)將原料微晶活性炭和砂粒都清洗干凈，再放入擠壓設備中制粒成型，得到砂�；奈⒕Щ钚蕴�；
(2)將砂�；奈⒕Щ钚蕴考尤氚彼�，進行氨水改性，得到改性產物；
(3)使用聚四氟乙烯溶液均勻噴涂改性產物的表面，進行疏水改性，干燥后，得到復合改性砂�；⒕Щ钚蕴�。
可選的，步驟(1)中，清洗干凈之后，微晶活性炭的粒徑為0.5-1.2mm，砂粒破碎研磨至300-500目；微晶活性炭與砂粒的質量比為(2-2.5):1。
可選的，步驟(2)中，先將砂�；奈⒕Щ钚蕴考尤敕磻鲀龋尤�25-28wt％的氨水，微晶活性炭與氨水的質量體積比為1g:(5-10)mL；50-80℃攪拌使得砂�；奈⒕Щ钚蕴糠稚ⅲc氨水充分混合；
反應器為密封的，且設有排氣管，排氣管連通反應器的頂部和底部，將揮發的氨氣抽出，再返回反應器內部，在反應器底部形成氨氣曝氣，反應器內的溫度有利于氨氣重新溶入水中；
混合10-12h，然后排出氨水，加入若干次清水，繼續攪拌，至反應器內pH為7-8，得到所述改性產物，再在烘箱內100℃干燥5-6h。
可選的，步驟(3)中，聚四氟乙烯溶液的濃度為30-40wt％；改性產物與噴涂的用聚四氟乙烯溶液的質量體積比為1g:(0.01-0.25)mL。
為了提高大質量微晶活性炭的比表面積和吸附性能，本發明還提供了一種優選的制備方法：S1：將原料微晶活性炭和砂粒都清洗干凈，在氨水中混合攪拌，進行第一次氨水改性，得到一次改性產物；
S2：將一次改性產物和步驟S1剩余的砂粒放入擠壓設備中制粒成型，得到砂粒化的微晶活性炭；
S3：將植物生物質、砂粒和水混合至呈糊狀，該糊狀物與砂�；奈⒕Щ钚蕴炕旌暇鶆�，然后送入馬弗爐內高溫煅燒，得到再塑活性炭；
S4：將再塑活性炭加入氨水中，進行第二次氨水改性，得到二次改性產物；
S5：使用聚四氟乙烯溶液均勻噴涂二次改性產物的表面，進行疏水改性，晾干后送入馬弗爐內干燥，得到最終的復合改性砂�；⒕Щ钚蕴俊�
可選的，步驟S1中，清洗干凈之后，微晶活性炭的粒徑為0.5-1.2mm，砂粒破碎研磨至300-500目；微晶活性炭與砂粒的質量比為(2-2.5):1。
可選的，步驟S1中，所述第一次氨水改性具體為：先將微晶活性炭加入反應器內，加入25-28wt％的氨水，微晶活性炭與氨水的質量體積比為1g:(10-20)mL；攪拌使得微晶活性炭充分分散，再加入砂粒，50-80℃攪拌混合；反應器為密封的，且設有排氣管，排氣管連通反應器的頂部和底部，將揮發的氨氣抽出，再返回反應器內部，在反應器底部形成氨氣曝氣，反應器內的溫度有利于氨氣重新溶入水中；
改性后排出氨水，加入若干次清水，繼續攪拌，至反應器內pH為7-8，得到所述一次改性產物和剩余的砂粒。
可選的，步驟S2中，所述一次改性產物和步驟S1剩余的砂粒從反應器排出后，含有一定的水，含水率為10-15wt％，可直接進行制粒，將實心化的微晶活性炭與破碎后的砂�；旌铣缮傲；奈⒕Щ钚蕴�，粒徑為0.6-2.5mm，自然冷卻至室溫。
可選的，步驟S3中，所述植物生物質選自農作物、草本植物、水生植物中的一種或幾種，農作物、草本植物、水生植物的根、莖、葉均可；步驟S3使用的砂粒為上述破碎研磨后的砂粒(300-500目)，植物生物質破碎后曬干再研磨至粒徑為300-500目；
植物生物質與砂粒的質量比為(1.5-2.5):1，砂粒與砂�；奈⒕Щ钚蕴康馁|量比為(0.7-1.3):1，加水量不作限制，能制成糊狀即可。
可選的，步驟S4中，使用步驟S1的反應器，將再塑活性炭加入反應器內，加入25-28wt％的氨水，再塑活性炭與氨水的質量體積比為1g:(5-10)mL；50-80℃攪拌使得再塑活性炭充分分散，與氨水充分混合；反應器的排氣管將揮發的氨氣抽出，再返回反應器內部，在反應器底部形成氨氣曝氣；
混合10-12h，然后排出氨水，加入若干次清水，繼續攪拌，至反應器內pH為7-8，得到所述二次改性產物，再在烘箱內100℃干燥5-6h。
可選的，步驟S5中，聚四氟乙烯溶液的濃度為30-40wt％，介質為水；二次改性產物與噴涂的用聚四氟乙烯溶液的質量體積比為1g:(0.01-0.25)mL，聚四氟乙烯在二次改性產物表面形成一層疏水層，提高活性炭的疏水性；
晾干的標準是活性炭顆粒表面不粘手；
活性炭顆粒在馬弗爐內進行程序升溫干燥，以8-10℃升溫至80℃，加熱40min；以5-7℃升溫至150℃，加熱20min；以5-7℃升溫至200℃，加熱20min；加熱完后，取出物料，自然冷卻。
（發明人：張傳兵;李永杰;徐亞慧;郭永正;趙金中;劉洪濤;張輝;楊成;劉健;徐建飛;宋豪凱;楚亞輝）
