一种黑臭地表水的处理系统的制作方法
本发明创造创造涉及环保设备技术领域，特别涉及一种处理黑臭地表水技术。
技术背景
工业化的深入以及人口数量的几何增长，地表水水质污染情况比较严重，这不仅对社会经济的发展产生严重影响，还对人体健康产生严重危害。水利部对中国700余条河流、约10万公里河长水资源进行调查，其结果是：46.5％的河长受到污染，水质只达到IV类、V类；10.6％的河长严重污染，水质为劣V类，水体已丧失使用价值；90％以上的城市水域污染严重。
目前，黑臭地表水的处理主要采用人工湿地、稳定塘、土壤渗滤以及净化沼气池等以工程措施为主的生态植物处理技术，在一定程度上对控制水体污染起到了作用，但是存在着有机物去除率低、治理效果不稳定、占地面积太大、选择性较强、后期维护繁琐等缺点。
因此，亟需开发一种能够高效治理而且不会造成二次污染的地表水处理技术。
技术实现要素：
本发明创造提出了一种具有电催化氧化功能和增加水体溶解氧功能的地表水处理技术。具体如下：
一种处理黑臭地表水的方法，其特征是步骤包括：
1)对待处理地表水进行阻垢：在待处理地表水的管道施加电磁波，诱发水分子产生共振；所述电磁波由通电的线圈绕在管道上产生；线圈两端连接在脉冲电源上；脉冲电源的输出功率为660瓦，占空比为10％～90％，频率为1.75kHz；
2)对经步骤1)处理的水进行过滤；
3)在封闭罐体中对步骤2)处理得到的水进行增加水中溶解氧和电催化氧化处理；
3.1)增加水中溶解氧的步骤包括：
3.1.1)首先制得氧气，把氧气通入封闭罐体中；
3.1.2)在封闭罐体内的水中，桨叶高速旋转，形成负压区；桨叶上设有通孔，桨叶内设有空腔，空腔与通孔连通；步骤3.1.1)得到的氧气进入桨叶的空腔内，并通过通孔进入负压区；桨叶带动水高速旋转，高速旋转的液体将氧气均匀切割成小气泡；
所述负压区的压强为0.25Mpa～0.35Mpa(优选0.30Mpa)；
压强大小决定吸入氧气时的负压，在0.30Mpa压强下，增加DO效果更佳。
3.1.3)由高速旋转的桨叶再对小气泡加压，得到纳米级微气泡，并使微气泡保持高速动能；
桨叶的转速为1420r/m，再对小气泡加压的压强为0.4～0.43Mpa(优选为0.423Mpa)；
压强越大，氧气的溶解性越强；考虑到实际工况选取0.423Mpa，水中DO值最佳。
微气泡的速度为160～320m/s；
3.2)电催化氧化处理：
通过电极的催化氧化过程产生大量活性基团，这些基团包括超氧自由基、羟基自由基和H2O2；
H2O——H++OH-
MOx+H2O→MOx(·OH)+H++e-
MOx(·OH)→MOx+1+H++e-
R+MOx(·OH)z→ROz+MOx+z H++ze-
R+MOx+1→RO+MOx
O2+e-——O2-
O3+e-——O3-
OH-+H2O——H3O2-
2NH3+H2O2+O2——N2+4H2O
其中：MOx：金属氧化物；MOx+1：金属过氧化物；R代表有机污染物；MOx(·OH)：吸附·OH的金属氧化物；RO：被氧化的有机污染物；O2-：氧阴离子；O3-：臭氧阴离子；H3O2-：水合氢氧根；
4)对步骤3)处理得到的水，进行生化处理：
4.1)先采用生物污泥对步骤3)处理得到水进行处理：
生物污泥包括细菌和原生动物两类；细菌包括游离菌、菌胶团和/或丝状细菌；原生动物类型包括肉足类、鞭毛类、纤毛类和/或吸管类；这些菌体控制菌胶团和/或丝状细菌数量不超过20％；超过20％时活性污泥中的丝状菌会大量繁殖，产生膨胀，无法有效分解有机物，且大量的污泥存在时易被水流冲走。
水的PH值为6.5～8.0，处理时间平均为24h；水温维持在25℃±3℃，生物污泥的投加量为2500mg/L；投加频率为3个月时间投加1次；
4.2)再用有益菌对经步骤4.1)处理得到的水进行处理：
所述有益菌种为枯草芽孢杆菌、光合细菌、乳酸菌、酵母菌、硝化细菌和/或蛭弧菌；
含量较高的是枯草芽孢杆菌、光合细菌和乳酸菌，它们的质量比例控制在2：1：1；还有少量的酵母菌、蛭弧菌、硝化细菌和/或硫细菌等。
水温控制在25℃～35℃，处理时间为10min±2min；
5)经过步骤4)处理得到的水即为最终得到的净水。
所述步骤2)中，利用200目自清洗过滤器截留水中的大颗粒、降低浊度、净化水质；过滤器的筒体使用碳钢，滤网材质采用316L不锈钢；滤网共3组，每组12只；
自清洗过滤器内设有压差变送器，当滤网两端的压差达到设定值时，电机开始运转并带动刷子在内部旋转对滤网进行刷洗；压差的设定值，根据原水的浊度来确定，浊度越大，设定的压力值越小。
所述步骤3.1.1)中，制氧的方法是利用分子筛吸附法分离空气，进行氮氧分离过程制得氧气，并用一个储罐进行缓冲存储。
所述步骤3.2)中，由3～5组电极用于反应；这些电极的正负极进行转换；正负极转换的时机是由水的电导率决定，一旦电导率超过阈值，则转换正负极；
在每组电极之间安装有填料；每组电极之间的距离≤15mm，所述填料层的厚度为10mm；填料采用含铁量大于70％的铁锰填料，或者含铁量大于70％的铁碳填料。
一种上述方法的地表水处理系统，包括由管道依次连接的提升泵、阻垢装置、自清洗过滤装置、氧气发生与存储装置、气液混合室、电解处理装置、活性氧反应室和反应缓冲室；还包括上位工控机；提升泵的进水口极为本系统的原水进口，反应缓冲室的出水口即为本系统的净水出口；
A、所述阻垢装置包括脉冲电源、管道和绝缘导线，绝缘导线绕在管道外，导线的两端分别连接脉冲电源输出的“+”和“-”极端；脉冲电源的控制信号输入端通过PLC连接上位工控机；
B、所述自清洗过滤器是全自动刷式自清洗过滤器；全自动刷式自清洗过滤器内的滤网两侧设有压差变送器；全自动刷式自清洗过滤器的清洗刷的运行控制端通过PLC连接上位工控机，压差变送器的输出端同PLC连接上位工控机；
C、所述氧气发生与存储装置包括分离空气装置和氧气储罐，分离空气装置的氧气出口连接氧气储罐；氧气储罐的氧气出口连接气液混合室的氧气入口；
D、所述电解处理装置与气液混合室共用同一金属材质的罐体；在金属罐体内装有内筒；内筒第一端连接在罐体的第一端面内；内筒的第二端为开口端；所述进水口设在罐体的第一端面上，且与内筒围成的空腔连通；所述出水口设在罐体的第一端面上，内筒外壁与罐体内壁围成的空腔与出水口连通；
还设有氧气管，氧气管的出气端在罐体内，进气端在罐体外；氧气管的出气端伸入内筒内的空腔；
罐体外设有电机，电机的转子通过转轴连接有曝气叶轮，曝气叶轮在罐体内，且位于内筒内的空腔；氧气管的出气端与曝气叶轮的位置对应；所述曝气叶轮的桨叶是中空的，桨叶上开有出气孔；桨叶的中空与氧气管的出气端连通；电机通过PLC连接上位工控机；
在内筒内设有电极板，电极板的外缘形状与内筒的内缘形状对应；电极板是网孔状；两款电极板成对装在内筒内，且电极板都与内筒的轴线垂直；电极板通过PLC连接上位工控机；
每对电极板的外边缘固定着一圈硬树脂，在该对电极板之间的空间内装有填料；电极板的网孔孔径小于颗粒状填料的粒径；该对电极板之间的填料为疏松状态；
E、所述活性氧反应室内装有生物污泥；所述反应缓冲室内装有有益菌。
所述导线是绝缘铜线；铜线采用漆包线，铜线粗2mm；
绝缘导线在管道外壁紧密排列，相邻匝线圈与线圈之间的间隔为1mm，300～400匝。线圈缠绕完成后为保证安全，用绝缘材料包裹好。
全自动刷式自清洗过滤器是用200目自清洗过滤器，该过滤器的筒体使用碳钢；滤网共3组，每组12只，滤网材质采用316L不锈钢。
所述活性氧反应室的底部装有排污口，排污口装有电控阀门，电控阀门通过PLC连接上位工控机；排污口每隔12天打开一次，清理沉淀的污泥。
附图说明
图1是本系统的各个组成部分连接原理示意图；
图2是阻垢装置示意图；
图3是电解处理装置与气液混合室示意图；
图中：1地表水；2提升泵；3电磁阻垢仪；4自清洗过滤器；5气液混合室；6电解处理设备；7活性氧反应室；8反应缓冲室；9分离空气装置；10氧气储罐，11计量泵；
2-1脉冲电源、2-2管道、2-3绝缘导线；
3-1罐体、3-2内筒、3-3出水口、3-4氧气管、3-5电机、3-6曝气叶轮、3-7电极板、3-8进水口、3-9出气孔。
具体实施方式
在具体实施时候，本技术方案可以实现如下：
一种处理黑臭地表水的方法，包括以下步骤：
1)对待处理地表水进行阻垢：在待处理地表水的管道施加特定的电磁信号，诱水分子产生共振；
采用脉冲电源，电压220V，电流恒定为3A，占空比为10％～90％。当电磁信号频率为1.75kHz，DN50的UPVC管道内侧最高可达5600mT，中心也有620mT；DN50的碳钢管道内侧最高可达4500mT，中心最高为300mT。一般安装在DN100以下的管道上，管道越小内部磁场越大，效果越好。
2)对经步骤1)处理的水进行过滤；
3)在封闭罐体中对步骤2)处理得到的水进行增加水中溶解氧和电催化氧化处理；
3.1)增加水中溶解氧的步骤包括：
3.1.1)首先制得氧气；
3.1.2)接着利用曝气头内部的曝气室高速旋转，形成负压区，压为0.25Mpa～0.35Mpa，一般为0.30Mpa，使氧气进入负压区，由高速旋转的液体将氧气均匀切割成小气泡；
3.1.3)再通过高速旋转加压。转速为1420r/m，压力可达0.42Mpa，高压旋转形成类似真空区域，从而加压形成纳米级微气泡，并使微气泡保持高速动能，微气泡的速度最高可达160～320m/s；
3.2)电催化氧化处理：
通过电极的催化氧化过程产生大量活性基团，这些基团包括超氧自由基、羟基自由基和H2O2；
H2O——H++OH-
MOx+H2O→MOx(·OH)+H++e-
MOx(·OH)→MOx+1+H++e-
R+MOx(·OH)z→ROz+MOx+z H++ze-
R+MOx+1→RO+MOx
O2+e-——O2-
O3+e-——O3-
OH-+H2O——H3O2-
2NH3+H2O2+O2——N2+4H2O
(MOx：金属氧化物，MOx+1：金属过氧化物；R代表有机污染物；MOx(·OH)：吸附·OH的金属氧化物；RO：被氧化的有机污染物；O2-：氧阴离子；O3-：臭氧阴离子；H3O2-：水合氢氧根)
4)对步骤3)处理的水，进行生化处理：
4.1)先采用生物污泥对步骤3)处理得到水进行处理。
生物污泥最重要的是细菌和原生动物两类，细菌分为游离菌、菌胶团和丝状细菌三种，原生动物类型有肉足类、鞭毛类、纤毛类、吸管类等。PH值约为6.5～8.0，处理时间与电催化氧化效率有关，效率越高，处理时间越短，平均24h左右。好氧过程，温度维持在25℃左右。投加量为2500mg/L，投加一次后会有至少3个月时间不用投加，具体情况以运行情况为标准。
4.2)再用有益菌对经步骤4.1)处理得到的水进行处理。
有益菌种为在光合细菌、芽孢、乳酸菌、酵母菌、硝化细菌、蛭弧菌等天然水体中会大量存在的菌种，不会破坏水体。一般温度控制在25℃～35℃之间，停留时间10min即可。由于此类菌种的投加处理后立马返回原来的河道，采用选择时间投加，在阳光明媚、温度适宜的情况效果最后。
5)经过步骤4)处理得到的水即为所得净水。
所述步骤2)中，利用200目自清洗过滤器截留水中的大颗粒、降低浊度、净化水质；过滤器通体使用碳钢，滤网采用316L材质；滤网共3组，每组12只。
所述步骤3.1.1)中，制氧的方法是利用分子筛吸附法分离空气，进行氮氧分离过程制得氧气，并用一个储罐进行缓冲。
所述步骤3.1.2)中，采用连续多口出气装置；对罐体而言，内部还有一个筒体。
所述步骤3.2)中，由3～5组电极用于反应；这些电极的正负极进行转换，正负极转换的时机是由水电导率决定，一旦电导率超过阈值，则转换正负极。的电导率
所述步骤3.2)中，在每组电极之间安装有填料。为保证电解效率电极之间的距离≤15mm，取10mm，填料采用含铁量大于70％的铁锰填料，或者铁碳填料
所述步骤4)的生化反应室底部沉淀的污泥每隔一段时间(间隔时间大约是12天)清理一次；罐体底部存在一个排污口，上面安装由电动磁阀控制的门，由自动化控制系统控制排污。
一种实现所述方法的地表水处理系统，包括由管道依次连接的提升泵、阻垢装置、自清洗过滤装置、气液混合室、电解处理装置、活性氧反应室和反应缓冲室；还包括自动化控制系统；反应缓冲室的出水口即为本系统的出水口；
所述气液混合室通过进气管连接分离空气装置；分离空气装置与气液混合室之间连接有氧气存储罐。
阻垢装置绝缘铜线在管外壁紧密排列，线圈与线圈之间的间隔为1mm，约300～400匝。铜线采用漆包线，铜线粗2mm。线圈缠绕完成后为保证安全，用绝缘材料包裹好。
自清洗过滤器采用的是全自动刷式自清洗过滤器，设有压差变送器，当压差达到设定值时，电机自动开始运转带动刷子在内部旋转。具体设定压差值，应根据原水的浊度来确定，浊度越大，设定的压力值越小。
气液混合室内和电解处理装置是放在一个金属罐体里的，气液混合时产生的微纳米气泡因具有很高的能量，停留时间很短，因此，需迅速通过电解处理装置转化为活性氧自由基。进水口与出水口设计在同一侧是为了保证进水停留时间的延长，更好的降解COD。
下面结合附图1～3与具体实施方式对本技术方案进一步说明：
本实施例的处理黑臭河道地表水方法，包括以下步骤：
1)进水端的主管道上，安装电磁阻垢设备，此设备可发出特定的频率信号，诱导管道内水分子产生共振；
(一方面阻止溶液中可溶性钙离子与碳酸离子结合生成水垢，另一方面分子共振打断了液体水化物中的氢键，从而释放了大量的水分子，自由水分子的出现意味着水溶解能力的增大，使水垢溶解度提高)
2)利用200目自清洗过滤器截留水中的大颗粒、降低浊度、净化水质。过滤器通体使用碳钢，滤网采用316L材质。
为保证去除效果，滤网共3组，36只。
3)从自清洗过滤器流出水进入罐体，本罐体是采用圆柱形卧式放置，在罐体中完成增加水中溶解氧和电催化氧化两个过程。
对于增加水中溶解氧的过程：
首先利用分子筛吸附法分离空气，进行氮氧分离过程制得氧气，用一个储罐进行缓冲；
紧接着利用曝气头在曝气室高速旋转，形成负压区，使氧气进入负压区，由高速旋转的液体将氧气均匀切割成小气泡，再通过高速旋转加压形成微气泡，并使微气泡保持高速动能输出。
微纳米气泡不受氧气在水中溶解度的影响，不受温度、压力等外部条件限制，可以在水体中长时间停留。微纳米气泡高速进入水体后，通过物理作用方式产生非常复杂的化学变化，产生大量的活性氧自由基，这些活性氧自由基的能量能够打破水分子之间的共价键、水分子与污染物之间的共价键、污染物内部的化学键连接，使活性氧以分子态和离子态快速溶解于水中成为溶解氧，同时多种活性氧自由基快速氧化降解污染物。此过程可降解COD(化学需氧量)，利于下一步降解。
电催化氧化过程：水体中溶解氧浓度增加，通过电极的催化氧化过程产生大量活性基团(主要有超氧自由基、羟基自由基、H2O2)，活性基团的强氧化性可以杀菌灭藻、降解COD。
H2O——H++OH-
MOx+H2O→MOx(·OH)+H++e-
MOx(·OH)→MOx+1+H++e-
R+MOx(·OH)z→ROz+MOx+z H++ze-
R+MOx+1→RO+MOx
O2+e-——O2-
O3+e-——O3-
OH-+H2O——H3O2-
2NH3+H2O2+O2——N2+4H2O
对于电化学过程，为保证效果设备内部安装了3到5组电极，并且可定时转化正负极，避免阴极板表面结垢而降低工作效率。
为加强产生活性氧基团的效率，在每组电极间安装有填料。转换正负极则是采用电导率检测装置，一旦电导率超过某一个值便自动转化。对增加溶解氧(DO)过程，采用连续多口出气装置，极大的增强了氧气与水的接触面积。
对罐体而言，内部还有一个筒体，可实现进水口与出水口在一端，极大的延长了水在设备中的停留时间，增强了曝气效果和电化学催化效果。
罐体出水进入一个生化反应室，设备配备有一个计量泵，通过控制柜控制自动往里面加入特制的活性有益菌种，一方面用以进一步降解水中的有机物，消除水域中的污染源；另一方面也可以增加水中的有益菌种使水体恢复自净能力，从根本上恢复水体的自净能力。
反应室底部的污泥每隔一段时间自动清理一次，保障反应室内效果。罐体底部存在一个排污口，上面安装有电动磁阀，由控制柜控制排污过程。
整体设备采用全自动化控制，安装后可自动运行，无需值守。设备会每隔12天自动排污一次，保证设备运行效果。同时，根据水质情况可随时做出调整，操作简单方便，而且根据水量可以多台联用以保证水体的治理效果。
一种具有电催化氧化功能和增加水体溶解氧功能的地表水处理系统，包括：提升泵、自清洗过滤器、电磁阻垢仪、罐体、气液混合器、生化反应室、电极装置以及直流稳压换相电源、控制柜等部分组合而成。
提升泵、自清洗过滤器、罐体、生化反应室都设有进水口、出水口，采用串接方式连接起来。提升泵的进水口位于中部，提升泵的出水口与自清洗过滤器的进水口相连，自清洗过滤器的出水口与罐体进水口相连，罐体出水与反应室进水口相连，反应室的出水口在河道中。
自清洗过滤器为吸污式，水由入口进入，首先经过粗滤网滤掉较大颗粒的杂质，然后到达细滤网。在过滤过程中，细滤网逐渐累积水中的脏物、杂质，形成过滤杂质层，由于杂质层堆积在细滤网的内侧，在细滤网的内、外两侧就形成了一个压差。当过滤器的压差达到过滤器预设值时，将开始自动清洗过程，待整个滤网内表面完全清洗干净后，过滤器开始准备下一个冲洗周期。自清洗过滤器则将水体中绝大多数的悬浮物截留下来，避免因悬浮物过多对增加DO值产生不利影响。
在罐体中对水体进行增加DO值和电催化氧化后，进入生化反应室的水质较好，有助于投加菌种。在生化反应室中投加的有益菌种对环境不仅没有污染，恰恰对环境是有益的；而且每个一段时间更换一种菌种会对设备的应用带来更加显著的效果。生化反应室的大小根据实际情况而定，原则上要保证水体能够在反应室中停留5到10秒，实现菌种与水体的充分混合，降解剩余有机物。
如图1中，1、地表水是指被污染水体；2、提升泵是将水引入系统中，从而进行后续的处理过程；3、电磁阻垢仪是利用电磁原理，防止阴极表面结垢，对电解过程产生不利的影响；4、自清洗过滤器用于过滤水体中的悬浮物，防止因悬浮物过多影响电解；5、气液混合时主要用于将氧气和水充分混合，提高水体中的溶解氧浓度；6、电解水处理设备用来将增加了溶解氧的水体电解产生一些强氧化性的物质，从而达到杀菌灭藻的作用；7、活性氧反应室是通过加入一些生物污泥，将水体进一步处理；8、反应缓冲室一方面延长水体被处理时间，另一方面加入有益菌种，恢复水体的自净能力；9、分离空气装置用于实现氮氧分离，得到浓度较高的氧气；10、氧气缓冲储罐用于有效控制压力；11、计量泵会根据水量大小以及水中菌藻的数量计量投加，投加方式采用连续式投加。
采用本地表水处理技术的实验数据
2016年7月15日采用本技术于南京某大型河道进行试验，间隔一段时间分析检测有关数据，数据结果如下表1：
表1，设备运行检测数据
经过为期两个月的使用，CODcr由232mg/L降为31mg/L、DO由0.81mg/L增加到5.29mg/L、BOD5由45mg/L降为13mg/L，各数值符合地表水III类水质标准。
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