本發(fā)明涉及一種污水處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其是涉及一種針對黑臭水體的處理裝置。
背景技術(shù)：
：20世紀(jì)中期，英國的泰晤士河是世界上最早發(fā)生黑臭問題的河流之一。上世紀(jì)70年代，德國的萊茵河由于流經(jīng)重工業(yè)區(qū)，工業(yè)污水排入萊茵河，其污染也達(dá)到了頂峰。同時(shí)期美國的芝加哥河、特拉華河等，也因?yàn)樵獾絿?yán)重污染導(dǎo)致水體常年黑臭。在我國城市化和工業(yè)化進(jìn)程加快的過程中，由于水污染控制與治理措施滯后，或者能力有限與水平低下，一些城市水體尤其是中小城市水體，直接成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生活廢水的主要排放通道和場所，導(dǎo)致城市水體大面積受污染，引起水體富營養(yǎng)化，形成黑臭水體。所謂“黑臭”，主要屬于環(huán)境景觀、物理指標(biāo)范疇。是指在視覺上河流水體呈現(xiàn)因污染而產(chǎn)生的明顯異常顏色(通常是黑色或泛黑色)，同時(shí)產(chǎn)生在嗅覺上引起人們感覺不適甚至厭惡的氣味，是水體感官性污染最常見的一種現(xiàn)象。我國河流黑臭現(xiàn)象最早出現(xiàn)在上海蘇州河，隨后南京的秦淮河、蘇州的外城河、武漢的黃孝河和寧波的內(nèi)河等，均出現(xiàn)不同程度的黑臭現(xiàn)象。近幾十年來，黑臭水體的范圍和程度不斷加劇，在全國大部分城市河段中，流經(jīng)繁華區(qū)域的水體絕大部分受到不同程度的污染。尤其是各大流域的二級與三級支流的黑臭問題更加突出，且劣化程度逐年提高。如淮河，2014年國家環(huán)境質(zhì)量狀況公報(bào)數(shù)據(jù)表明，干流水質(zhì)全年都在Ⅳ類水以上，但主要支流的劣Ⅴ類水體超過23%;在各大水系中海河的劣Ⅴ類水質(zhì)程度最高，國控?cái)嗝姹O(jiān)測數(shù)據(jù)表明，干流劣Ⅴ類達(dá)37%、支流劣Ⅴ類達(dá)44%。水體黑臭主要是水體缺氧造成的，同時(shí)也與水體富營養(yǎng)化和底泥沉積有關(guān)。國家重大水專項(xiàng)相關(guān)研究結(jié)果表明，當(dāng)溶解氧降低到2.0mg/L時(shí)，水體將處于缺氧狀態(tài)。當(dāng)溶解氧為3mg/L~5mg/L時(shí)，水體中有機(jī)污染物和氨氮含量一般也會超過地表水Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，呈現(xiàn)有色有味狀態(tài)，但有水生生物存在;當(dāng)溶解氧大于6mg/L時(shí)，水體處于有氧狀態(tài)，有機(jī)物降解和氨氧化速率顯著增加，水體開始具有自凈能力。城市河道的黑臭治理遵循“外源減排、內(nèi)源清淤、水質(zhì)凈化、清水補(bǔ)給、生態(tài)恢復(fù)”的技術(shù)路線。其中外源減排和內(nèi)源清淤是基礎(chǔ)與前提，水質(zhì)凈化是階段性手段，水動力改善技術(shù)和生態(tài)恢復(fù)是長效保障措施。一是外源阻斷技術(shù)：外源阻斷包括城市截污納管和面源控制兩種情況。針對缺乏完善污水收集系統(tǒng)的水體，通過建設(shè)和改造水體沿岸的污水管道，將污水截流納入污水收集和處理系統(tǒng)，從源頭上削減污染物的直接排放。針對目前尚無條件進(jìn)行截污納管的污水，可在原位采用高效一級強(qiáng)化污水處理技術(shù)或工藝，快速高效去除水中的污染物，避免污水直排對水體的污染。城市面源污染主要來源于雨水徑流中含有的污染物，其控制技術(shù)主要包括各種城市低影響開發(fā)(如海綿城市)技術(shù)、初期雨水控制技術(shù)和生態(tài)護(hù)岸技術(shù)等。城市水體周邊的垃圾等是面源污染物的重要來源，因此水體周邊垃圾的清理是面源污染控制的重要措施。二是內(nèi)源控制技術(shù)：清淤疏浚技術(shù)通常有兩種：一種是抽干湖/河水后清淤;另一種是用挖泥船直接從水中清除淤泥。后者的應(yīng)用范圍較廣，江河湖庫都可用之。清淤疏浚能相對快速地改善水質(zhì)，但清淤過程因擾動易導(dǎo)致污染物大量進(jìn)入水體，影響到水體生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，因而具有一定的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)性，不能作為一種污染水體的長效治理措施。三是水質(zhì)凈化技術(shù)：城市黑臭水體的水質(zhì)凈化技術(shù)主要包括：人工曝氣充氧(通入空氣、純氧或臭氧等)，可以提高水體溶解氧濃度和氧化還原電位，緩解水體黑臭狀況。德國薩爾河、英國泰晤士河、澳大利亞天鵝河、中國的蘇州河等治理中都采用了曝氣增氧的方法。絮凝沉淀技術(shù)是指向城市污染河流的水體中投加鐵鹽、鈣鹽、鋁鹽等藥劑，使之與水體中溶解態(tài)磷酸鹽形成不溶性固體沉淀至河床底泥中。但需要注意的是，化學(xué)絮凝法的費(fèi)用較高，并且產(chǎn)生較多沉積物，某些化學(xué)藥劑具有一定毒性，在環(huán)境條件改變時(shí)會形成二次污染。人工濕地技術(shù)是利用土壤—微生物—植物生態(tài)系統(tǒng)對營養(yǎng)鹽進(jìn)行去除的技術(shù)，多采用表面流濕地或潛流濕地，濕地植物可選擇沉水植物或挺水植物。生態(tài)浮島是一種經(jīng)過人工設(shè)計(jì)建造、漂浮于水面上供動植物和微生物生長、繁衍、棲息的生物生態(tài)設(shè)施，通過構(gòu)建水域生態(tài)系統(tǒng)對水體中的污染物攝食、消化、降解等，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化。穩(wěn)定塘是一種人工強(qiáng)化措施與自然凈化功能相結(jié)合的水質(zhì)凈化技術(shù)，如多水塘技術(shù)和水生植物塘技術(shù)等。可利用水體沿岸多個(gè)天然水塘或人工水塘對污染水體進(jìn)行凈化。四是水動力改善技術(shù)：調(diào)水不僅可借助大量清潔水源稀釋黑臭水體中污染物的濃度，而且可加強(qiáng)污染物的擴(kuò)散、凈化和輸出，對于納污負(fù)荷高、水動力不足、環(huán)境容量低的城市黑臭水體治理效果明顯。但調(diào)用清潔水來改善河水水質(zhì)是對水資源的浪費(fèi)，應(yīng)盡量采用非常規(guī)水源，如再生水和雨洪利用。同時(shí)在調(diào)水的過程中要防止引入新的污染源。五是生態(tài)恢復(fù)技術(shù)：水體黑臭現(xiàn)象往往是由于水中氮磷濃度較高引起藻類暴發(fā)等次生問題，造成水質(zhì)惡化、藻毒素問題和其他水生生物的大量死亡，繼而導(dǎo)致黑臭復(fù)發(fā)。城市河道富營養(yǎng)化控制的關(guān)鍵是磷的控制，目前污水處理廠出水標(biāo)準(zhǔn)中磷的指標(biāo)限值遠(yuǎn)高于地表水標(biāo)準(zhǔn)限值。因此，在有條件的地方實(shí)行區(qū)域限磷或提高污水總磷排放標(biāo)準(zhǔn)是十分有效的措施。進(jìn)入水體的磷大多以磷酸鹽形式沉淀在底泥中，因此保持水—泥界面弱堿性、有氧狀態(tài)是河道富營養(yǎng)化控制的主要舉措。藻類生長人工控制技術(shù)包括各種物理、化學(xué)和生物技術(shù)。物理控制技術(shù)包括藻類直接收集和紫外線殺藻等，化學(xué)控制技術(shù)包括投加無機(jī)或有機(jī)抑(殺)藻劑，生物控制技術(shù)包括種植抑藻水生植物或投放食藻魚類等。這些措施一般在應(yīng)急時(shí)采用。水生態(tài)修復(fù)包括水生植物和水生動物(如魚類、底棲動物等)食物鏈的修復(fù)與水文生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建。利用生態(tài)學(xué)原理構(gòu)建的食物鏈，可以持續(xù)去除城市水體中污染物和營養(yǎng)物，改善水體生境。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種有效去除黑臭水體中的有機(jī)物、氨氮、色度，將水體中的黑臭物質(zhì)深度氧化，同時(shí)曝氣提高水中的溶解氧，使水體恢復(fù)自凈功能。整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，高效、便捷、占地面積小、經(jīng)濟(jì)且綠色的用于黑臭水體處理裝置及其催化劑粒子制備方法。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，提供了以下技術(shù)方案：一種用于黑臭水體處理裝置，包括筒體（1）、位于筒體（1）底部的進(jìn)水口（14）、進(jìn)氣口（17）以及位于筒體頂部的出水口（15）和排氣口（12），其特征在于在所述筒體（1）內(nèi)平行于筒身方向設(shè)置一根碳棒（7），所述碳棒（7）的長度從進(jìn)水口（14）延伸到出水口（15）的上方；所述碳棒（7）之間填充有催化劑粒子。作為優(yōu)選，所述碳棒（7）固定在位于出水口（15）和進(jìn)水口（14）上方的上下多孔板（6a、6b）之間。作為優(yōu)選，所述上下多孔板（6a、6b）通過三角固定座（10）固定在筒體（1）的內(nèi)壁上。作為優(yōu)選，碳棒（7）穿出靠近進(jìn)水口（14）處的下多孔板（6b）的下端部通過碳棒固定板（9）固定在該塊多孔板（6）上；穿出靠近出水口（15）的上多孔板（6a）的上端部通過U型管夾（11）固定在上多孔板（6a）上。作為優(yōu)選，所述筒體（1）放置在底板（4）上；所述筒體（1）頂部為可打開的封頭（3），所述封頭（3）通過快開法蘭（2）密封在筒體（1）上。作為優(yōu)選，所述進(jìn)氣口（17）連接伸入筒體（1）內(nèi)部的進(jìn)氣裝置（5），所述進(jìn)氣裝置（5）在筒體（1）內(nèi)部通過進(jìn)氣固定管（8）與筒體（1）的內(nèi)壁固定連接。作為優(yōu)選，所述筒體（1）頂部還設(shè)置電纜接口（13）。作為優(yōu)選，所述筒體（1）底部設(shè)置手孔（16）。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明另一目的，提供了一種用于黑臭水體處理裝置的催化劑粒子制備方法，其特征在于包括以下步驟：（1）原料制備：電觸媒催化劑的原材料的組分及各組分的重量百分?jǐn)?shù)為：煤粉60~80%；三氯化銻1~5%；四氯化錫1~5%；鐵粉8~15%；鋁粉10~15%；（2）將原料研磨，控制最終顆粒度≤5um。把原料粉末和甲烷-氮比例為2:1進(jìn)行混合的氣體隔絕空氣加熱到1200℃，稱取原材料重量50%的酒精與1%高溫瀝青，將高溫瀝青加入酒精中，并加入0.1%的防沉降劑和0.1%的碳化促進(jìn)劑，攪拌均勻。然后加入磨好的焦油1%，邊研磨邊攪拌均勻，制成混合漿料；（3）將混合漿料進(jìn)行噴霧干燥，保證粒度范圍控制在0.1~80um，然后裝入Φ600*1500的膠套成型模具內(nèi)，在80~120MPa高壓條件下成型，制成成型制品，破碎篩分后，保證成型制品為直徑為0.1~800mm的圓柱體或邊長為0.1~800mm的立方體；（4）將成型制品裝入焙燒爐中焙燒，焙燒溫度為800℃，焙燒時(shí)間為300小時(shí)，焙燒完成后再采用軟化點(diǎn)小于70℃的低溫瀝青進(jìn)行浸漬。然后再次進(jìn)行焙燒與浸漬，如此反復(fù)共進(jìn)行1次，保證材料的體積密度＞1.5；（5）再對焙燒與浸漬完成后的材料在2900℃進(jìn)行碳化，碳化時(shí)間為10天。焙燒和碳化過程均在無氧條件下進(jìn)行。碳化完成后，隨爐溫冷卻，再進(jìn)行破碎篩分即制得電觸媒催化劑成品。工作原理：在常溫常壓下通過有催化活性的電極反應(yīng)直接或間接產(chǎn)生羥基自由基，從而使難生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可生物降解的有機(jī)物，或是難降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水。主要反應(yīng)：（3）以上過程的綜合作用,降解水中的有機(jī)物、氨氮及總氮。本發(fā)明有益效果：本裝置本質(zhì)上來說是一個(gè)電解池，主要由反應(yīng)器外殼、碳電極以及催化劑組成，圓柱形反應(yīng)器可以使水流分布更加均勻，使處理效果更好。附圖說明圖1為本發(fā)明的外部結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的截面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的優(yōu)選方案中多孔板結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明的進(jìn)氣裝置出氣孔示意圖。圖5為本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明進(jìn)行具體描述。通過附圖1和2可以看到，本發(fā)明提供的一種用于處理黑臭廢水的新型處理裝置，包括筒體1、位于筒體1底部的進(jìn)水口14、進(jìn)氣口17以及位于筒體頂部的出水口15和排氣口12，在筒體1內(nèi)平行于筒身方向設(shè)置一根碳棒7，碳棒7的長度從進(jìn)水口14延伸到出水口15的上方；碳棒7之間填充有催化劑粒子。碳棒7固定在位于進(jìn)水口14和出水口15的上方的上下多孔板（6a、6b）上。上下多孔板（6a、6b）通過三角固定座10固定在筒體1的內(nèi)壁上。碳棒7穿出靠近進(jìn)水口14的下多孔板6b的下端部通過碳棒固定板9固定在下多孔板6b上；穿出靠近出水口15的上多孔板6a的部分通過U型管夾11固定在上多孔板6a上。上下多孔板（6a、6b）是一個(gè)上面鉆有許多小孔的的板，水和氣體均可以通過，底下的進(jìn)氣裝置5出來的氣體與曝氣區(qū)的水一起通過上下多孔板（6a、6b）進(jìn)入到反應(yīng)區(qū)。筒體1放置在底板4上；筒體1頂部為可打開的封頭3，封頭3通過快開法蘭2密封在筒體1上。排氣口12和電纜接口13設(shè)置在封頭3上。進(jìn)氣口17連接伸入筒體1內(nèi)部的進(jìn)氣裝置5，進(jìn)氣裝置5在筒體1內(nèi)部通過進(jìn)氣固定管8與筒體1的內(nèi)壁固定連接。筒體1頂部還設(shè)置電纜接口13，電源線路通過電纜接口13連接入筒體1內(nèi)。筒體1底部設(shè)置手孔16，用于裝卸催化劑粒子。進(jìn)水口14外接計(jì)量泵，進(jìn)氣口17外接曝氣風(fēng)機(jī)。優(yōu)選的筒體1采用圓柱形容器作為反應(yīng)器，壁體由不銹鋼制作而成，筒體內(nèi)安裝有一根電極棒即碳棒7，此外不銹鋼外殼也可作為電極使用。相較于傳統(tǒng)反應(yīng)器中電極僅限于安裝于內(nèi)部且材料單一的設(shè)計(jì)，本申請中電源極性和電極材料可視情況進(jìn)行靈活變化，一般情況下只是用軸心（即上下多孔板（6a、6b）的中心點(diǎn)）的電極棒連接電源負(fù)極，將筒體外壁接電源正極；在特殊情況下，可將電極棒接正極，將筒體外壁接負(fù)極，以達(dá)到更好的處理效果。本裝置采用下部進(jìn)水，上部出水的方式運(yùn)作，是封閉裝置，設(shè)備底部設(shè)有曝氣裝置（即進(jìn)氣裝置5），優(yōu)選的進(jìn)氣裝置5的出氣孔是朝下設(shè)計(jì)的，如圖4所示。本裝置的工作過程如下：實(shí)際運(yùn)行時(shí)，設(shè)置儲水箱18、儲水箱18包括頂端的進(jìn)水口21、底端的出水口19，儲水箱底端出水口通過管道連接筒體1底部的進(jìn)水口14進(jìn)水，此時(shí)污水將充滿整個(gè)反應(yīng)區(qū)。在曝氣裝置（即進(jìn)氣裝置5）的作用下，裝置內(nèi)的水進(jìn)入到碳棒（7）所在的區(qū)域（即反應(yīng)區(qū)）進(jìn)行電催化反應(yīng)時(shí)，水已經(jīng)經(jīng)過了充分曝氣，催化劑粒子在上升的流體的作用下均勻地分布于整個(gè)反應(yīng)區(qū)。進(jìn)入反應(yīng)區(qū)后，由于筒體1底部的進(jìn)氣裝置5，污水進(jìn)入反應(yīng)區(qū)會被混合均勻，并開始反應(yīng)。在反應(yīng)區(qū)中的電極棒碳棒（7）選用傳統(tǒng)的石墨電極棒，成本不高，強(qiáng)度大，且催化活性好、導(dǎo)電性好、耐腐蝕性強(qiáng)。催化劑粒子為特制的電觸媒催化劑，處理效率較以往二維電極反應(yīng)器及普通三維電極反應(yīng)器有很大的提升，同時(shí)污水由于曝氣在這里能夠進(jìn)行充分混勻，提高了傳質(zhì)效率。因此改進(jìn)后的處理裝置在反應(yīng)區(qū)內(nèi)，污水處理效率比傳統(tǒng)反應(yīng)器有很大的提高，且水體中的氨氮和有機(jī)物能被有效的去除。筒體1底端設(shè)置的是一個(gè)比較簡單的管式曝氣裝置5，具有結(jié)構(gòu)簡單、氧利用率高、性能可靠、氣孔不易堵塞、污水不倒灌、環(huán)向受力均勻、壽命長、安裝維修方便、系統(tǒng)價(jià)格低廉等特點(diǎn)，擺脫了以往陶瓷曝氣器成本高、易結(jié)垢的不足。在筒體1上部是出水區(qū)，污水經(jīng)由反應(yīng)區(qū)進(jìn)入出水區(qū)，進(jìn)入出水區(qū)后，污水經(jīng)由出水口15排出。出水口15設(shè)置管道連接儲水箱18的循環(huán)口20，對于進(jìn)水水質(zhì)，本套設(shè)備要求最佳pH為5~10。本裝置的主要工藝流程是：從黑臭水體流出的待處理的廢水由筒體1底部的進(jìn)水口14進(jìn)入筒體1內(nèi)部，同時(shí)通過進(jìn)氣口17和進(jìn)氣裝置5開始進(jìn)行曝氣，保持電流密度為10~30A/m2，電壓范圍為2.5~5V。電流密度是指通過水體的電流除以筒體的截面積的數(shù)值，電壓是指加在設(shè)備外壁與碳棒電極之間的電壓值，無論電極怎么變，電流密度和電壓均在此范圍內(nèi)變動。實(shí)施例2：一種用于黑臭水體處理裝置的催化劑粒子制備方法，包括以下步驟：（1）原料制備：電觸媒催化劑的原材料的組分及各組分的重量百分?jǐn)?shù)為：煤粉60%；三氯化銻5%；四氯化錫5%；鐵粉15%；鋁粉15%；（2）將原料研磨，控制最終顆粒度≤5um。把原料粉末和甲烷-氮比例為2:1進(jìn)行混合的氣體隔絕空氣加熱到1200℃，稱取原材料重量50%的酒精與1%高溫瀝青，將高溫瀝青加入酒精中，并加入0.1%的防沉降劑和0.1%的碳化促進(jìn)劑，攪拌均勻。然后加入磨好的焦油1%，邊研磨邊攪拌均勻，制成混合漿料；（3）將混合漿料進(jìn)行噴霧干燥，保證粒度范圍控制在0.1~80um，然后裝入Φ600*1500的膠套成型模具內(nèi)，在80~120MPa高壓條件下成型，制成成型制品，破碎篩分后，保證成型制品為直徑為0.1~800mm的圓柱體或邊長為0.1~800mm的立方體；（4）將成型制品裝入焙燒爐中焙燒，焙燒溫度為800℃，焙燒時(shí)間為300小時(shí)，焙燒完成后再采用軟化點(diǎn)小于70℃的低溫瀝青進(jìn)行浸漬。然后再次進(jìn)行焙燒與浸漬，如此反復(fù)共進(jìn)行1次，保證材料的體積密度＞1.5；（5）再對焙燒與浸漬完成后的材料在2900℃進(jìn)行碳化，碳化時(shí)間為10天。焙燒和碳化過程均在無氧條件下進(jìn)行。碳化完成后，隨爐溫冷卻，再進(jìn)行破碎篩分即制得電觸媒催化劑成品。本申請的具體實(shí)施例：某河流全長8.8km，流域面積46.4km2。該河原為兩岸農(nóng)業(yè)灌溉引水及排澇，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展，逐漸演變?yōu)榕艥澈团盼酆拥?。該河流無地表徑流匯入，源頭水為工業(yè)廢水和生活污水水力坡度平穩(wěn)、水流往復(fù)，水動力條件差，自凈能力較差，水體環(huán)境受季節(jié)變化影響較大，城市化特征明顯。該河道沿河泵站的集水池內(nèi)水體存在黑臭現(xiàn)象。序號指表1：實(shí)驗(yàn)結(jié)果表序號指標(biāo)進(jìn)水出水1pH6-96-92化學(xué)需氧量（COD）≤150mg/L≤50mg/L3氨氮（NH3-N）≤25mg/L≤5mg/L4總氮（TN）≤40mg/L≤15mg/L5懸浮物（SS）≤80mg/L≤10mg/L6色度≤200≤1其中pH采用GB/T920中的玻璃電極法，COD采用GB/T1901-89中的分光光度法，氨氮采用GB/T479中的分光光度法，總氮采用GB/T11894中的分光光度法，懸浮物采用GB/T11901中的重量法，色度采用GB/T11903中的稀釋倍數(shù)法。當(dāng)前第1頁1 2 3