專利名稱：一種糞便污水的脫色方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種污水的脫色方法及裝置，具體地說涉及一種去除糞便污水中尿膽素和糞 膽素的方法及裝置，屬于城市有機污水處理的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)今世界各國解決缺水問題時，城市污水被選為可靠且可以重復(fù)利用的第二水源。城市 污水的回用就是將城市居民生活及生產(chǎn)中使用過的水經(jīng)過處理后再生利用的過程。多年來， 城市污水回用一直是國內(nèi)外污水處理領(lǐng)域研究的重點。中水的開發(fā)與回用技術(shù)近期在國外得 到了迅速發(fā)展，尤其在美國、以色列、日本等國家得到了廣泛的應(yīng)用。我國是一個缺水問題 比較突出的國家，據(jù)統(tǒng)計，全國669個城市中，400個城市常年供水不足，其中110個城市 嚴(yán)重缺水。因此，中水回用亦受到了各級政府及有關(guān)部門的重視并做了大量技術(shù)研究和實踐 工作。
為推動城市污水的綜合利用，緩解我國水資源緊缺的現(xiàn)狀，國家建設(shè)部發(fā)布的《城市中 水設(shè)施管理暫行辦法》規(guī)定，"凡水資源開發(fā)程度和水體自凈能力基本達(dá)到資源可以承受能力 地區(qū)的城市，應(yīng)當(dāng)建設(shè)中水設(shè)施"。目前，許多城市都己經(jīng)達(dá)到了水資源利用的飽和狀態(tài)，急 需規(guī)劃建設(shè)符合國家要求的中水回用設(shè)施，以中水代替上水來進(jìn)行廁所沖洗、綠地與樹木澆 灌、道路清潔、車輛沖洗、基建施工、噴水池以及其他一些可以接受其水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的用水，促 進(jìn)節(jié)約用水，減輕城市用水負(fù)擔(dān)。
高濃度有機污染廢水特別是糞便污水一直是污水治理和中水回用中的技術(shù)難點問題，長 期受到人們的關(guān)注。目前，國內(nèi)進(jìn)行糞便污水中水回用研究的公司有4 5家，這些公司的產(chǎn) 品從處理效果上看，即使使用了中空纖維膜生物反應(yīng)器的高效生化水處理技術(shù)，也存在著回 用水帶色的問題。出水色度高已經(jīng)成為糞便污水回用領(lǐng)域的瓶頸問題，能否找到一種簡便、 高效、對系統(tǒng)的正常運行影響小的脫色方法，成為亟待解決的一個關(guān)鍵技術(shù)問題。
生理學(xué)研究表明，造成糞便和尿液顏色的主要物質(zhì)為人體排泄的膽色素。膽色素是血紅 素內(nèi)鐵葉啉化合物的分解代謝產(chǎn)物，包括膽紅素、膽綠素、膽素原和膽素(bilin)等化合物。 尿膽素和糞膽素是膽色素在腸道細(xì)菌的作用下的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，它們使糞便污水的顏色呈現(xiàn)出黃棕色。
傳統(tǒng)的脫色方法主要包括絮凝法、吸附法、過濾法、活性炭法、過氧化氫氧化法、紫外 光催化氧化法、超聲波催化氧化法和臭氧氧化法。其中，絮凝法、吸附法和過濾法的處理效果較差， 一般無法達(dá)到中水出水色度的要求；活性炭法是比較有效、安全的方法，但是用活 性炭法對糞便污水進(jìn)行脫色處理時，需要設(shè)置較大面積的活性炭層，從而會導(dǎo)致需要花費較 大的成本費用。根據(jù)文獻(xiàn)(Screening of chemical oxidation processes and other methods for decolorization of urine for its re-use as toilet-flush liquid in ecological sanitation systems)牛艮道， 過氧化氫氧化法、紫外光催化氧化法和超聲波催化氧化法對糞便污水中的尿膽素和糞膽素的 脫色效果也不大，只有臭氧氧化法具有較好的脫色能力，但是該方法穩(wěn)定性較差，在臭氧氧 化脫色過程中，呈色物質(zhì)大部分以氧化態(tài)形式存在于水中，經(jīng)過一段時間后可能會恢復(fù)原色， 所以單獨采用此法脫色并不理想，需要與過氧化氫聯(lián)合使用，才會獲得較好的脫色效果，該 方法脫色過程比較復(fù)雜，費用偏高，僅適用于小水量污水處理，難于大面積推廣。
目前，針對如何除去膽色素的研究還很少。專利US4593073中提到了一種結(jié)合有精氨酸 和賴氨酸多肽合成樹脂可以吸附膽色素尤其是膽紅素。該樹脂可以有效吸附膽紅素，但是其 造價昂貴，主要應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域中。若將此種合成樹脂推廣應(yīng)用于糞便污水脫色處理，不僅 需要較高的成本，還需要定期對樹脂表面的吸附物質(zhì)進(jìn)行清理，消耗大量財力和物力，因此 阻礙了這種合成樹脂在糞便污水脫色處理上的使用。專利"循環(huán)式水洗型廁所用循環(huán)水脫色 裝置及方法"(公開號CN 1730400A)則是采用過濾脫色槽對循環(huán)水進(jìn)行脫色處理，該過濾脫 色槽由過濾部和脫色部兩部分組成，循環(huán)水首先進(jìn)入過濾部，過濾除去其中的固體成分，然 后進(jìn)入其下方的脫色部，與排氣管中吹出的臭氧氣體接觸，對循環(huán)水中含有的顏色成分物質(zhì) 進(jìn)行氧化分解，將其除去。即該專利主要是采用臭氧氧化法進(jìn)行脫色處理，但是裝置復(fù)雜， 成本偏高，也存在著難以應(yīng)用推廣的缺點。
早期國外有報道稱，傳統(tǒng)活性污泥法可以通過吸附和降解作用去除處理廠和河流污水中 微量的尿膽素和糞膽素類物質(zhì)。在糞便污水的處理與回用系統(tǒng)中，由于處理的對象幾乎完全 是糞便污水，尿膽素和糞膽素含量較高，再加上其他呈色物質(zhì)的存在，在不能及時地被降解 或去除時，便造成其在回用水中的積累，出水色度升高。可以看出，找到有效、經(jīng)濟(jì)、安全、 可靠的脫色技術(shù)對糞便污水的處理與再生回用有著重要的實際意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對糞便污水脫色難的問題提供一種電解脫色的方法與裝置，該裝置處 理糞便污水具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、脫色效率高等優(yōu)點。
尿膽素和糞膽素是一類難于被微生物降解的復(fù)雜的四聚雜環(huán)化合物，它們的存在是造成 糞便污水呈現(xiàn)出黃棕色的主要原因。要對糞便污水進(jìn)行脫色處理，就是要去除其中的尿膽素 和糞膽素而達(dá)到脫色凈化的目的。尿膽素和糞膽素只有在堿性環(huán)境下，才能被微生物降解變 成無色物質(zhì)。通常的生物環(huán)保廁所是在弱堿性環(huán)境下運行的，所以尿膽素和糞膽素不能被降解而使出水呈現(xiàn)黃棕色，非常影響感官。實驗表明，尿膽素和糞膽素能夠被NaClO氧化分解 變成無色物質(zhì)。
工業(yè)生產(chǎn)上，通常采用電解食鹽水溶液的方法制取NaOH和Cl2。當(dāng)采用直流電源對食鹽 水溶液進(jìn)行電解時，電流會通過電解槽形成回路，此時，會在電極陽極與溶液界面處發(fā)生氧 化反應(yīng)放出Cl2，在電極陰極與溶液界面處發(fā)生還原反應(yīng)放出H2。由于H+不斷放電，破壞了水 的電離平衡，促使水不斷電離，造成溶液中OH—的富集，這樣在陰極處就形成了NaOH溶液。 當(dāng)陽極和陰極間不設(shè)置隔膜時，陽極產(chǎn)生的Cl2會與陰極產(chǎn)生的NaOH反應(yīng)，生成NaC10和H2， 其總的電解化學(xué)反應(yīng)式可以表示如下
2NaCl + H20 — NaOH + NaClO + H2
糞便污水中的鹽類主要是NaCl，其濃度大約在1%左右。若將直流電通過電極對糞便污 水實施電解作用，則可產(chǎn)生NaClO。后者可以將糞便污水中的尿膽素和糞膽素氧化脫色，并 自身還原成NaCl重新進(jìn)入水中。這樣周而復(fù)始地進(jìn)行電解一氧化脫色一還原過程，便可將糞 便污水變成無色透明的清水，達(dá)到《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T18920-2002) 標(biāo)準(zhǔn)，可以作為沖廁、綠化、道路清洗和景觀用水等進(jìn)行循環(huán)使用，促進(jìn)節(jié)約用水，減輕城 市用水負(fù)擔(dān)。
電解過程產(chǎn)生的NaOH進(jìn)入污水中后，最終可以使污水的pH值上升到9.0左右，在這種 堿性環(huán)境下將會有利于降解尿膽素和糞膽素的微生物生長。當(dāng)電解裝置運行一段時間之后， 污水中將會積累足夠數(shù)量的降解尿膽素和糞膽素的微生物，此后，不再需要進(jìn)行電解便可實 現(xiàn)糞便污水的自動脫色。
本發(fā)明提供了一種使糞便污水中尿膽素和糞膽素的脫色方法及裝置。為了達(dá)到高效脫色 的目的，此種新型脫色裝置的構(gòu)造如下
(1)由自動給鹽裝置控制，向凈化后的糞便污水中添加濃食鹽水，使NaCl的終濃度控 制0.8%-3.0%; (2)電解脫色裝置安裝在凈化后的糞便污水的出水管道中；(3)用導(dǎo)線將陽 極、陰極分別和直流電源的陽極、陰極連接起來，并將電解脫色裝置的電源與上水泵電源控 制裝置連接，以便脫色過程與給水過程同步進(jìn)行。


附圖1為本發(fā)明脫色裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。所說的電解脫色裝置包括陽極1、陰極2和陰 極3。該脫色裝置安裝于凈化后的糞便污水的出水管道4上。用導(dǎo)線將陽極、陰極分別和直 流電源的陽極、陰極連接起來，并將電源與上水泵電源控制裝置連接。接通水泵開關(guān)后即可 進(jìn)行電解。
附圖2是安裝了本發(fā)明中脫色裝置的一體化污水處理及中水回用系統(tǒng)的工作示意圖。整
個系統(tǒng)包括現(xiàn)有的污水接收槽1、篩網(wǎng)2、厭氣發(fā)酵槽3、曝氣槽4、深度處理槽5、中空纖 維膜生物反應(yīng)器6、脫色裝置7和儲水消毒槽8。使用本發(fā)明中脫色裝置的工作流程為，先將 沖廁水、雜排水、小區(qū)污水或其他高濃度有機廢水9接收到污水接收槽1中，然后令污水首 先通過篩網(wǎng)2，除去其中體積較大的污物，然后將出水導(dǎo)入?yún)挌獍l(fā)酵槽3，在曝氣槽4和深度 處理槽5中投加微生物菌劑和填料，對厭氧發(fā)酵后的污水進(jìn)行深度處理，再經(jīng)過中空纖維膜 生物反應(yīng)器6過濾后，完成污水的初步凈化階段。在凈化后的出水管道中安裝本發(fā)明的脫色 裝置7，再經(jīng)過儲水消毒槽8以后，便可將污水變成無色透明的清水，達(dá)到脫色的目的，經(jīng) 過整套系統(tǒng)處理后的出水ll可以作為沖廁、綠化、道路清洗和景觀用水等進(jìn)行循環(huán)使用。
具體實施例方式
(1) 自動給鹽裝置
將自動給鹽裝置安裝于電解脫色裝置的前端，進(jìn)行全自動化控制鹽分補給。海水是世界 上最為豐富的水資源，而NaCl是海水鹽分的主要組成部分，地球上的海水中NaCl的平均含 量約為2.7%，有些鹽湖如美國的大鹽湖和約旦邊境的死海中，NaCl含量則高達(dá)23X。利用 海水中豐富的NaCl資源，正是本發(fā)明的特征之一。
其特征在于
所述的自動給鹽裝置可以根據(jù)污水中NaCl的含量進(jìn)行自動補給濃食鹽溶液； 所述的自動給鹽裝置中補給的物料包括工業(yè)食鹽水或海水；
所述的自動給鹽裝置向糞便污水中進(jìn)行NaCl的補給，其終濃度應(yīng)達(dá)到0.8%-3.0%。
(2) 陽極和陰極 在電解裝置中安裝有陽極和陰極，其特征在于 所述的陽極用石墨或涂有Ti02-Ru02涂層的鈦制成； 所述的陰極由不銹鋼、鐵、銅或者銅合金制成； 所述的電解裝置中的電極由一個陽極板和一個或兩個陰極板構(gòu)成，陽極和陰
極相對平行設(shè)置。
(3) 用導(dǎo)線將陽極、陰極分別和直流電源的陽極、陰極連接起來，并將電 源與上水泵電源控制裝置連接。當(dāng)接通水泵開關(guān)時，即可進(jìn)行電解。
本發(fā)明由于采用了上述技術(shù)方案，對糞便污水難以脫色的問題進(jìn)行了較好的處理。 與現(xiàn)有的糞便污水脫色技術(shù)相比，本發(fā)明專利涉及的新型脫色方法與裝置具有如下優(yōu)點
1、 脫色裝置結(jié)構(gòu)緊湊、能耗低、性能優(yōu)異，對糞便污水的色度去除率可達(dá)99%以上；
2、 本發(fā)明的脫色裝置不需要對污水處理系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)做全面的變更和改造，可以將此
裝置與目前使用的污水處理及中水回用系統(tǒng)配套使用，達(dá)到了以低成本實現(xiàn)高效率的設(shè)計目標(biāo)。
本發(fā)明裝置不僅適用于對生物環(huán)保廁所的循環(huán)水進(jìn)行脫色處理，也可推廣應(yīng)用到小區(qū)中 水回用中，及污水處理廠的水回用系統(tǒng)中，還可以用于大型空調(diào)循環(huán)水的脫色和殺菌殺滅藻 類，以降低空調(diào)的能耗。在污水處理及中水回用領(lǐng)域有著廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。
下面通過具體實施例對本發(fā)明予以說明，但它并不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實施例l
下面結(jié)合附圖以一生物環(huán)保廁所為例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。該生物環(huán)保廁所在弱 堿性環(huán)境下運行，其中的尿膽素和糞膽素不能被降解，循環(huán)水呈現(xiàn)出黃棕色，.影響感官?，F(xiàn) 將脫色裝置安裝于該生物環(huán)保廁所中膜生物反應(yīng)器之后的凈化水管內(nèi)，進(jìn)行脫色處理。取 500mmxl20mmxl0mm的石墨電極一塊，500mmxl20mmxlmm的18/8不銹鋼板兩塊，安裝 于生物環(huán)保廁所中膜生物反應(yīng)器之后的凈化水管內(nèi)，石墨板置于管道中間，兩塊18/8不銹鋼 板分別置于石墨板的兩側(cè)，相對平行設(shè)置，使得陽極陰極之間距離為30mm。使用自動給鹽 裝置對凈化水中的鹽分進(jìn)行監(jiān)測控制，控制其終濃度為1.0 %，其中，補給的物料為濃度為 35%的工業(yè)食鹽水。用10A的導(dǎo)線將石墨板和不銹鋼板連接到功率為300W，電壓為60V的 直流電源的正負(fù)輸出端子上，并將電源與上水泵電源控制裝置連接。接通開關(guān)，進(jìn)行電解脫 色處理。當(dāng)脫色裝置運行35天之后，測得循環(huán)水的pH值已經(jīng)上升至9.3，循環(huán)水中可用于 降解尿膽素和糞膽素的微生物積累了足夠數(shù)量，此時停止脫色裝置運行，即可實現(xiàn)生物環(huán)保 廁所循環(huán)水的自動脫色。使用該脫色裝置后，生物環(huán)保廁所的循環(huán)水出水無色清澈透明，完 全可以達(dá)到《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T18920-2002)中規(guī)定的沖廁用水標(biāo) 準(zhǔn)，色度去除率達(dá)99%以上。 實施例2
令自動給鹽裝置中補給的物料為海水，控制NaCl的終濃度為0.9%，陽極由涂有 Ti02-Ru02涂層的鈦板制成，其他構(gòu)造與實施例l相同，進(jìn)行電解脫色處理。當(dāng)脫色裝置運行 32天之后，測得循環(huán)水的pH值已經(jīng)上升至9.1，循環(huán)水中可用于降解尿膽素和糞膽素的微生 物積累了足夠數(shù)量，此時停止脫色裝置運行即可實現(xiàn)生物環(huán)保廁所循環(huán)水的自動脫色。使用 該脫色裝置后，生物環(huán)保廁所的循環(huán)水出水無色清澈透明，完全可以達(dá)到《城市污水再生利 用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T18920-2002)中規(guī)定的沖廁用水標(biāo)準(zhǔn)，色度去除率達(dá)99%以上。 實施例3
以糞渣處理廠污水處理系統(tǒng)為例進(jìn)行脫色裝置的應(yīng)用。糞渣處理廠污水流量為250m3/d， 為了充分進(jìn)行電解脫色處理，在污水管道中設(shè)置兩級脫色裝置。 一級脫色裝置由 600mmx200mmx20mm的石墨電極一塊，600mmx200mmx2mm的鎘銅合金板一塊，二級脫色
裝置與一級脫色裝置設(shè)置相同。兩級脫色裝置相距1000mm。使用自動給鹽裝置對污水中的 鹽分進(jìn)行監(jiān)測控制，控制其終濃度為1.5%，其中，補給的物料為工業(yè)食鹽水。用IOA的導(dǎo)線 將石墨板和鎘銅合金板連接到功率為280W，電壓為50V的直流電源的正負(fù)輸出端子上，放 入廁所循環(huán)水管內(nèi)，電源與上水泵電源控制裝置連接。接通開關(guān)，進(jìn)行電解脫色處理。當(dāng)脫 色裝置運行35天之后，測得循環(huán)水的pH值已經(jīng)上升至9.5，循環(huán)水中可用于降解尿膽素和 糞膽素的微生物積累了足夠數(shù)量，此時停止脫色裝置運行，即可實現(xiàn)糞渣污水的自動脫色。 使用脫色裝置后，糞渣處理廠污水處理系統(tǒng)的出水清澈透明，色度去除率99%以上。
權(quán)利要求
1.一種糞便污水的脫色裝置，其特征在于所述的脫色裝置由自動給鹽裝置，陰陽電極和直流電源組成；所述的脫色裝置安裝于凈化后的糞便污水的出水管道上；所述的直流電源與上水泵電源控制裝置連接，以使脫色過程與給水過程同步進(jìn)行。
2. —種糞便污水的脫色方法，其特征在于所述的脫色方法為電解脫色的方法，使用直流 電通過電極對糞便污水實施電解作用，產(chǎn)生的NaClO將糞便污水中的尿膽素和糞膽素氧 化脫色，并自身還原成NaCl重新進(jìn)入水中，這樣周而復(fù)始地進(jìn)行電解一氧化脫色一還原 過程，便可進(jìn)行脫色。
3. 根據(jù)權(quán)力要求書1一2所述的方法與裝置，其特征在于所述的自動給鹽裝置可以根據(jù)污 水中NaCl的含量進(jìn)行自動補給濃食鹽溶液；所述的自動給鹽裝置中補給的物料包括工業(yè) 食鹽水或海水；所述的自動給鹽裝置向糞便污水中進(jìn)行NaCl的補給，其終濃度應(yīng)達(dá)到 0.8%隱3.0%。
4. 根據(jù)權(quán)力要求書1_3所述的方法與裝置，其特征在于所述的陽極用石墨或涂有 Ti02-Ru02涂層的鈦制成；所述的陰極由不銹鋼、鐵、銅或者銅合金制成；所述的電解裝 置中的電極由一個陽極板和一個或兩個陰極板構(gòu)成，陽極和陰極相對平行設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種糞便污水的脫色方法與裝置。該裝置由自動給鹽裝置、陰陽電極和直流電源組成，安裝于凈化后的糞便污水的出水管道上，并通過導(dǎo)線將直流電源與上水泵電源控制裝置連接，實現(xiàn)脫色與給水過程同步進(jìn)行。本發(fā)明利用電解食鹽水原理實現(xiàn)了電解—氧化脫色—還原這一循環(huán)過程，對糞便污水的色度去除率可達(dá)99％以上。脫色裝置結(jié)構(gòu)緊湊、能耗低、性能優(yōu)異，可與污水處理及中水回用系統(tǒng)配套使用。該脫色裝置既可以應(yīng)用于生物環(huán)保廁所的循環(huán)水處理，也可以應(yīng)用到小區(qū)中水回用和污水處理廠的水回用系統(tǒng)中，還可以應(yīng)用于大型空調(diào)循環(huán)水的脫色和殺菌殺滅藻類，以降低空調(diào)的能耗，在污水處理及中水回用領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號C02F1/461GK101195501SQ20071012487
公開日2008年6月11日 申請日期2007年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月11日
發(fā)明者孟麗娜, 偉 季, 涉 張, 欣 李, 楊先明, 汪春霞, 汪曉惠, 許林華, 陸曉春, 馬輝文, 卓 黃 申請人:深圳市龍澄高科技環(huán)保有限公司