高级催化氧化生物膜催化协同作用的污水处理设备

233 编辑：中冶有色技术网来源：深圳净昕环境健康技术有限公司

2024-05-21 15:02:10

权利要求书： 1.一种高级催化氧化生物膜催化协同作用的污水处理设备，其特征在于：包括设置于底部的高级催化氧化反应器、设置于所述高级催化氧化反应器上部的生物膜反应器、以及设置于所述高级催化氧化反应器和生物膜反应器之间的污泥沉淀池，所述生物膜反应器的顶部设置有喷淋装置，所述喷淋装置通过管路与所述高级催化氧化反应器连接，所述污泥沉淀池的下部设有污泥排放口，上部设有回水口，所述回水口通过管路与所述高级催化氧化反应器的进水口连接，所述进水口还通过管路与储水池连接，该管路上设有吸水泵。

2.如权利要求1所述的一种高级催化氧化生物膜催化协同作用的污水处理设备，其特征在于：所述高级催化氧化反应器包括超声波催化氧化反应器、光催化氧化反应器、压电催化氧化反应器中的一种或者两者以上的组合。

3.如权利要求1所述的一种高级催化氧化生物膜催化协同作用的污水处理设备，其特征在于：所述生物膜反应器为生物载体材料构建的流动式生物膜反应器，由生物载体材料排列固定而成。

4.如权利要求1所述的一种高级催化氧化生物膜催化协同作用的污水处理设备，其特征在于，所述高级催化氧化反应器包括超声波催化氧化反应器、光催化氧化反应器、压电催化氧化反应器或者两者、三者之间的结合。

5.如权利要求1所述的一种高级催化氧化生物膜催化协同作用的污水处理设备，其特征在于，所述高级催化氧化反应器包括固定床反应器或者流动床反应器。

说明书：一种高级催化氧化生物膜催化协同作用的污水处理设备技术领域[0001] 本发明涉及环境保护中废水处理技术领域，尤其涉及一种高级催化氧化生物膜催化协同作用的污水处理方法及设备。

背景技术[0002] 为了提升防治水污染，保护水生态，保障饮用水安全，维护公众健康，推进生态文明建设，我国出台了《中华人民共和国水污染防治法》。党的十九大提出了2035年“生态环境

根本好转，美丽中国目标基本实现”的奋斗目标，为未来一段时期水生态环境保护指明了方

向。2018年全国生态环境保护大会确立的习近平生态文明思想，为新时代推进生态文明建

设、加强生态环境保护、打好污染防治攻坚战提供了方向指引和行动指南。党中央、国务院

一直高度重视流域保护工作，对于长江、黄河两条母亲河，更是提升到了国家重大战略的高

度。习近平总书记在全国生态环境保护大会、深入推动长江经济带发展座谈会、黄河流域生

态保护和高质量发展座谈会上的讲话为做好流域治理提供了指引。

[0003] 同时，生态环境部及农业农村部发布了《生态环境部农业农村部关于印发农业农村污染处理攻坚战行动计划的通知》(环土壤【2018】143号)，持续推进农村等地区的分布式

污水治理，发挥“削减污染物排放、改善农村水环境”功效。当前，分布式生活污水处理的常

规技术包括有：三格式化粪池、人工湿地、生物接触氧化法、活性污泥法、膜生物反应器

(MBR)等(表1)。当前，农村生活污水的处理工艺常用2种或者多种处理单元技术进行组合，

但其都较难稳定的达到《污水综合排放标准》(GB8978?2002)一级A标准，并且存在占地面积

都较大、建设费用高、运营费用高、处理时间周期长等弊端。

[0004] 如表二所示，这些技术组合中核心都是通过生物法进行污染物的降解。一般来说，常规的生物法降解水体污染物存在着周期长、反应时间慢、污泥较多等问题，特别是对于一

些有机污染物特别难降解。

[0005] 随着生态环境保护需求的日益增加，特别分布式污水对是高效、快速、低成本、低维护一体化处理技术的需求增加，本专利公布一种高级催化氧化生物膜催化一体化污水处

理技术。

[0006] 表1分布式生活污水处理单元现有技术参数表[0007][0008][0009] 表2常用分布式生活污水处理工艺比较分析表[0010][0011]发明内容[0012] 本发明的目的在于提供一种高级催化氧化生物膜催化协同作用的污水处理设备，本发明提供的污水高级催化氧化?生物膜催化协同处理技术可同时利用高级催化氧化所产

生的羟基自由基对高难度有机污染物进行降解，又可发挥生物膜催化对氨氮、总磷、总氮优

良的消减功效，协同高效、无二次污染、低运营成本的处理各类污水。

[0013] 为实现上述的目的，本发明采用如下的技术方案：[0014] 本发明还公开了一种高级催化氧化生物膜催化协同作用的污水处理设备，包括设置于底部的高级催化氧化反应器、设置于所述高级催化氧化反应器上部的生物膜反应器、

以及设置于所述高级催化氧化反应器和生物膜反应器之间的污泥沉淀池，所述生物膜反应

器的顶部设置有喷淋装置，所述喷淋装置通过管路与所述高级催化氧化反应器连接，所述

污泥沉淀池的下部设有污泥排放口，上部设有回水口，所述回水口通过管路与所述高级催

化氧化反应器的进水口连接，所述进水口还通过管路与储水池连接，该管路上设有吸水泵。

[0015] 进一步的，所述高级催化氧化反应器包括超声波催化氧化反应器、光催化氧化反应器、压电催化氧化反应器或者两者、三者之间的结合或者为固定床反应器或流动床反应

器。

[0016] 进一步的，所述生物膜反应器为生物载体材料构建的流动式生物膜反应器，由生物载体材料排列固定而成；所述生物载体材料为易于生物膜生长的多孔状填料，包括PE、

PAN、碳纤维、改性炭素材料、陶瓷涂层材料。

[0017] 进一步的，所述高级催化氧化反应器包括高级催化氧化催化剂，所述高级催化氧化催化剂包括氧化锌、二氧化钛半导纳米催化剂，铁电、压电纳米催化材料。

[0018] 本发明还公开了一种高级催化氧化生物膜催化协同作用的污水处理方法，包括设置于底部的高级催化氧化反应器、设置于所述高级催化氧化反应器上部的生物膜反应器、

以及设置于所述高级催化氧化反应器和生物膜反应器之间的污泥沉淀池；其中，通过泵将

所述高级催化氧化反应器中的污水抽至所述生物膜反应器的顶部，并通过喷洒的方式注入

所述生物膜反应器，所述污泥沉淀池用于收集所述生物膜反应器中脱落的污泥并做定期排

放，同时水体通过管道靠重力流至底部的高级催化氧化反应器，形成循环协同处理。本发明

提供的污水高级催化氧化生物膜催化协同处理方法，可同时利用高级催化氧化所产生的羟

基自由基对高难度有机污染物进行降解，又可发挥生物膜催化对氨氮、总磷、总氮优良的消

减功效，协同高效、无二次污染、低运营成本的处理各类污水。

[0019] 优选的，该方法中所述高级催化氧化反应器为超声波催化氧化反应器、光催化氧化反应器、压电催化氧化反应器中的一种或者两种以上的结合。

[0020] 优选的，该方法中所述高级催化氧化反应器为固定床反应器或流动床反应器。[0021] 进一步的，该方法中所述生物膜反应器包括由生物载体材料构建的流动式生物膜反应器，由生物载体材料排列固定而成。

[0022] 进一步的，该方法中所述的高级催化氧化反应器包括高级氧化催化剂，所述高级氧化催化剂包括(杂化)氧化锌、(杂化)二氧化钛等半导纳米催化剂或者铁电、压电纳米催

化材料。

[0023] 进一步的，该方法中生物载体材料包括PE、PAN、碳纤维、改性炭素材料、陶瓷涂层材料等易于生物膜生长的多孔状填料，具有易于生物膜生长的优点。

[0024] 进一步的，该方法中所述生物膜反应器，污水从顶部的喷淋装置喷洒到生物载体/膜上，水体自由落体的过程中与空气充分接触以此来提高水体的溶解氧含量，利于生物膜

的生长及催化氧化降解污染物。

附图说明[0025] 图1为本发明高级催化氧化生物膜催化一体化设备的结构示意图；[0026] 附图中标记为：1、高级催化氧化反应器，2、生物膜反应器，3、污泥沉淀池，4、储水池，11、超声波组件，12、高级氧化催化剂，13、排水口，21、喷淋装置，22、流道式生物膜载

体，31、污泥排放口，32、回水口，41、第一吸水泵，42、第二吸水泵。

具体实施方式[0027] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但不构成对本发明保护范围的限制。

[0028] 参见图1，本发明提供的高级催化氧化生物膜催化一体化设备包括设置于底部的高级催化氧化反应器1，设置于顶部的生物膜反应器2，以及设置于中部的污泥沉淀池3；其

中，通过第一吸水泵41将高级催化氧化反应器1中的污水抽至生物膜反应器2的顶部，并通

过喷淋装置21注入生物膜反应器2，污泥沉淀池3收集生物膜反应器2中脱落的污泥并做定

期排放，同时水体通过管道靠重力流至底部的高级催化氧化反应器1，形成循环协同处理。

[0029] 在本发明的一个实施例中，高级催化氧化反应器可以为超声波催化氧化反应器、光催化氧化反应、压电催化氧化反应器中的一种或者两种以上的结合。

[0030] 在本发明的一个实施例中，高级催化氧化反应器包括超声波组件11和固体催化剂12；其下部设置有排水口13，上部设有进水口14，进水口14通过第二吸水泵42与储水池4联

接；

[0031] 污泥沉淀池3设有污泥排放口31以及回水口32，其中回水口32通过管路与高级催化氧化反应器的进水口连接；

[0032] 生物膜反应器2的顶部设置有喷淋装置21，共内部设置为流道式生物膜载体22，该载体通过片状结构并排固定于箱体内。

[0033] 在本实施例的一个案例中，以超声波催化氧化反应器为例，超声波催化氧化反应器的尺寸为(长：1米，宽：1米，高：1米)，生物膜反应器的尺寸为(长：1米，宽：1米，高：1米)，

污泥沉淀池的尺寸为(长：1米，宽：1米，高：0.3米)，一体化设备的总尺寸为(长：1米，宽：1

米，高：2.3米)。

[0034] 在本实施案例中，超声波催化氧化反应器的超声波设置频率为40kHz，功率为100w的超声波发生器2组，高级氧化催化剂选用负载型纳米二氧化钛超声波催化剂，其尺寸为原

型多孔片状构造(直径28mm，厚度1mm)，高级氧化催化剂投加量为1公斤。

[0035] 在本实施案例中，生物膜反应器顶部设有4个喷头，可将水体在顶部进行喷洒，水体在生物载体上顺流而下。选用活性炭纤维作为生物载体材料，并通过片状结构并排固定

于箱体内，每片生物载体材料空隙间隔为1cm，便于生物膜在生物载体上的生长，也利于生

物膜进行降解消减有机物。

[0036] 选用工业区的生活污水分段测试本发明高级催化氧化生物膜催化一体化设备的功效，先通过对生活污水在一体化设备中进行循环工作14天，循环流速20L/分钟。可以通过

生物载体表面的观察发现生物膜在生物载体的表面已经生长成功，约2mm厚。进行如下的对

比实验：

[0037] A：取初滤的生活污水1吨，不开启超声波催化氧化反应器，循环工作2小时，测试出水水质。

[0038] B：取初滤的生活污水1吨，开启超声超声波催化氧化反应器，不开启循环泵，即污水不通过生物膜反应器，工作2小时，测试出水水质。

[0039] C：取初滤的生活污水1吨，开启超声超声波催化氧化反应器，开启循环泵，污水通过生物膜反应器，工作2小时，测试出水水质。

[0040] 表一：垃圾压滤液处理数据(单位：mg/L)[0041][0042][0043] 由上可见，通过本发明的高级催化氧化?生物膜催化协同处理工艺，在不用引入其它化学药剂的基础上能够对COD、BOD、氨氮、总磷、总氮进行深度降解，并且具有良好的协同

处理功效，能够在非常短的时间内将生活污水处理达到一级A的标准，具有操作方便、设备

简单、维护容易、维护成本低等多种优良特性。

[0044] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为

本发明的保护范围。