一种水处理装置、系统及方法技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种水处理装置、系统及方法。
背景技术
随着工业进步和社会发展，水污染亦日趋严重，成为世界性的头号环境治理难题。
水污染主要包括工业污染、农业污染和生活污染三类，而工业污染又是水污染的主要污染源。目前，按处理程度划分，可分为一级、二级和三级处理。一级处理，主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，物理处理法大部分只能完成一级处理的要求。经过一级处理的污水，BOD一般可去除30％左右，达不到排放标准。一级处理属于二级处理的预处理。二级处理，主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质(BOD，COD物质)，使有机污染物达到排放标准。三级处理是城市污水处理三个级别中的最后一级，是污水高级处理(又称深度处理)措施。污水经过二级处理后，仍含有磷、氮和难以生物降解的有机物、矿物质、病原体等，需要进一步净化处理，以便消除污染。在三级处理中污水处理原理是物理化学处理法，常用的工艺单元有：混凝沉淀、过滤、高级氧化、活性炭与生物膜膜技术等。应用到主要处理设施设备有：普通快滤池、型滤池、活性砂过滤器、反硝化滤池、转盘过滤与滤布池、D形滤池、纤维球过滤、纤维束过滤、核桃壳过滤、无阀滤池及膜处理系统。现有技术中，污水过滤主要存在以下缺陷：如净化效率低、净化污水能耗大、设备使用寿命短、自动化程度低、污水处理成本高、占地面积大，结构复杂，长时间使用后设备的维修和清理麻烦，且制造和维修成本也高。
为大力推进海绵城市建设，依据《城镇排水与污水处理条例》、《国务院办公厅关于做好城市排水防涝设施建设工作的通知》(国办发〔2013〕23号)等国家法规政策，构建低影响开发雨水系统，是实现城镇化和环境资源协调发展的重要体现，也是今后我国城市建设的重大任务。而依靠现有的净水技术与设备，将是一个巨大的投资，发明一种简易有效、自然净化的环境友好型和资源节约型的净水处理装置迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水处理装置、系统及方法，用以解决现有水处理设施及方法复杂、效率低、寿命短的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种水处理装置，所述水处理装置包括：进水模块、滤芯模块以及出水模块；所述进水模块和所述出水模块分别设置于所述滤芯模块的两端，所述进水模块用于与集水池的滤水口腔连接，所述集水池内的水可在压力作用下由所述滤水口腔流向所述进水模块；所述进水模块内为钢渣透水材料，所述钢渣透水材料为以钢渣为骨料并用胶粘剂混合固化形成，所述胶粘剂为环氧树脂胶粘剂、丙烯酸系树脂胶粘剂和聚氨酯胶粘剂中的一种或多种；所述滤芯模块内设置有用于过滤的滤芯材料。
优选的，所述钢渣还设置有聚合物包覆层，所述聚合物包覆层所述聚合物包覆层为环氧树脂、丙烯酸系树脂和聚氨酯中的一种或多种。
优选的，所述钢渣透水材料中，100质量份的钢渣透水材料中所述钢渣的质量份为94-55、所述胶粘剂的质量份为5-25、所述聚合物包覆层的质量份为1-20。
优选的，所述钢渣粒径范围为830微米-1.3微米，优选380微米-75微米。
优选的，所述滤芯模块的滤芯材料为可更换的设置在所述滤芯模块内，所述出水模块为可更换的设置于所述滤芯模块的出水端；所述出水 模块内也是钢渣透水材料，所述钢渣透水材料为以钢渣为骨料并胶粘剂混合固化形成，所述胶粘剂为环氧树脂胶粘剂、丙烯酸系树脂胶粘剂和聚氨酯胶粘剂中的一种或多种。
优选的，所述钢渣的表面还包裹有一层消毒剂或杀菌剂。
优选的，所述滤芯模块的滤芯材料为滤膜或滤粒；所述滤膜为微滤膜或超滤膜，所述微滤膜的膜孔径为0.05-10μm，所述超滤膜的膜孔径为2-50nm。
优选的，所述进水模块、滤芯模块以及所述出水模块通过一型腔密封设置，所述型腔上端设置有密封盖，所述密封盖与所述进水模块以及所述出水模块之间设置有密封垫，所述进水模块通过嵌入式密封件与所述滤水口腔连接。
优选的，所述密封盖为钢化玻璃材料制成。
一种水处理系统，包括集水池以及如上任一所述的水处理装置，所述集水池设置有滤水口腔，所述水处理装置设置在所述集水池的滤水口腔处；所述水处理装置通过进水模块连接到所述滤水口腔处。
优选的，所述集水池的滤水口腔设置在其侧面下端，所述水处理装置横向的设置在所述滤水口腔处，所述集水池内的水在自身的压力下通过所述滤水口腔横向的流入所述水处理装置的进水模块。
一种水处理方法，包括步骤：
S1，利用钢渣透水材料对待处理的水进行初滤，
S2，利用过滤模块对经过步骤S1中初滤的水进行过滤，
所述钢渣透水材料为以钢渣为骨料并胶粘剂混合固化形成，所述胶粘剂为环氧树脂胶粘剂、丙烯酸系树脂胶粘剂和聚氨酯胶粘剂中的一种或多种；所述滤芯模块内设置有用于过滤的滤芯材料。
优选的，所述钢渣还设置有聚合物包覆层，所述聚合物包覆层所述聚合物包覆层为环氧树脂、丙烯酸系树脂和聚氨酯中的一种或多种。
优选的，所述钢渣透水材料中，100质量份的钢渣透水材料中所述钢渣的质量份为94-55、所述胶粘剂的质量份为5-25、所述聚合物包覆层 的质量份为1-20。
优选的，所述步骤S1中，还包括对待处理的水进行预处理的步骤。
优选的，还包括步骤S3，更换所述过滤模块的滤芯材料并重复所述步骤S1以及步骤S2。
本发明方法具有如下优点：本发明的水处理装置中，进水模块内采用钢渣透水材料对待处理的水进行初滤，由于进水模块是由无数具有一定粒径的钢渣堆积而成，因此可产生钢渣之间的间隙，这些间隙可以很好的提供过滤作用。由于钢渣透水材料具有一定的强度，可以减缓水对滤芯材料的冲击，使滤芯材料具有“天然的屏障”，从而可以提高滤芯材料的使用寿命。另外，可选用不同的钢渣粒径及工艺制成钢渣透水材料，可以在初滤中选择性的滤过水中的成分，从而可以减小滤芯材料的过滤负荷以及对滤芯材料的污染。
附图说明
图1是本发明水处理系统的结构示意图。
图2是本发明水处理系统的俯视示意图。
图3是本发明水处理系统的剖面结构示意图。
图4是本发明水处理装置的模块结构示意图。
图5是本发明水处理装置的纵向剖面结构示意图。
图6是本发明水处理系统的出水口俯视示意图。
图7是本发明水处理系统的出水口剖面示意图。
图8是本发明水处理的方法流程图。
其中：1、集水池，11、集水池盖板，12、集水池进水口，13、滤水口腔；14、滤水口腔密封件，2、水处理装置，21、左侧钢制密封挡板，22进水模块，23、滤芯模块，24、出水模块，25、密封盖板，26、托板，27、模块单元支架，28、紧固装置，29、右侧钢制密封挡板，230、密封条，231密封垫圈，232、滤水型腔，3、支托钢结构，4、出水收集槽。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
如图1-8所示为本发明提供的一种水处理装置及其使用所述水处理装置的水处理系统的具体实施例，所述水处理装置2包括：进水模块22、滤芯模块23以及出水模块24；所述进水模块22和所述出水模块24分别设置于所述滤芯模块23的两端，所述进水模块22用于与集水池1的滤水口腔13连接，所述集水池1内的水可在压力作用下由所述滤水口腔13流向所述进水模块22；所述进水模块22为钢渣透水材料，所述钢渣透水材料为以钢渣为骨料并与胶粘剂混合固化形成，所述胶粘剂为环氧树脂胶粘剂、丙烯酸系树脂胶粘剂和聚氨酯胶粘剂中的一种或多种；所述滤芯模块内设置有用于过滤的滤芯材料。其中，所述集水池1采用压力差结构的集水池，即集水池中的水流入进水模块22是通过水的自身压力下流入。当然，集水池1的结构并不限于本实施例中提供的压力差结构，也可以用其它辅助加压设备使得水能够进入进水模块22中。安装时，所述水处理装置可使用支托钢结构3进行安装固定，每个模块采用模块单元支架27进行支托。工作时，集水池1中的水，在水的自身压力作用下，从滤水口腔13出，穿过可以透水渗水的进水模块22，进入滤芯模块23的滤芯型腔232内，水在滤芯型腔232中流过滤芯材料，滤芯材料截取比它大的物质，或在滤芯材料表面发生化学反应(如氧化还原反应)，经过过滤或化学反应后的水，通过滤芯型腔232，从出水模块24渗出，进入出水收集槽4。本发明的水处理装置中，进水模块内采用钢渣透水材料对待处理的水进行初滤，由于钢渣表面粗糙、比表面积大、密度大，其堆积起来的孔隙较小，能够很好的拦截去除物，且由于钢渣可以破坏水表面张力的功能，使得待处理的水能够通过渗入的方式进入进水模块内，由于钢渣透水材料具有一定的强度，可以减缓水对滤芯材料的冲击，使滤芯材料具有“天然的屏障”，从而可以提高滤芯材料的 使用寿命。另外，可选用不同的钢渣粒径及工艺制成钢渣透水材料，可以在初滤中选择性的过滤水中的成分，从而可以减小滤芯材料的过滤负荷以及对滤芯材料的污染。
本发明所述的钢渣透水材料根据外切圆性质可以计算出钢渣粒之间的空隙为钢渣粒径的0.155倍，理论上，由1.3微米(10000目)的钢渣透水材料制成的进水模块，可以截留0.2微米以上的悬浮颗粒，且由于钢渣在高温形成的表面粗糙、比表面大的特性，以及在后续透水材料造粒球磨过程中，可以看做是对钢渣粒表面化学和几何微结构的再次改造，使质感的表面或微孔表面改善了材料亲水性能，水被吸附在材料表面的凹缝里，剩下的水滴流在固体和液体的拼凑面上，将钢渣粒之间的空隙完全被水填满，使接触角的状态由固-液-气三相变为固-液-固状态，增大了表面张力。
在本实施例中，所述集水池1由钢筋混凝土材料制成，设有集水进水口12、滤水口腔13以及集水池盖板11，集水池与进水模块22直接采用嵌入式的滤水口腔密封件14进行密封连接，集水池的容量根据日平均所需处理的进水量、出水量和所需处理水时的压力决定，如图1所示，暂存于集水池的水的深度h1可选择为10-15米，其中h2的高度可选为1-10米。在h2处，由于水高度差产生的压力，且水的压强只与水深度有关，在同一深处，水的压强各个方向都相等，因此水分子寻找周围弱环境突破，本发明的水处理装置2利用钢渣透水材料制成的进水模块22具有透水渗水功能，与滤芯模块23中的滤芯材料相互作用，进水模块22避免水流直接冲击到滤芯材料，减缓了滤芯材料的损耗，同时也阻止了滤芯型腔232中滤芯材料的流动性。
在本实施例中，所述集水池1的滤水口腔13设置在其下端侧面，所述水处理装置2横向的设置在所述滤水口腔13处，所述集水池1内的水在自身的压力下通过所述滤水口腔13横向的流入所述水处理装置2的进水模块22内。这种结构可以省去动力源为过滤装置进行增压的方式，节约了不必要的能源。
在本实施例中，所述集水池中的水可以先做预处理，因此保持集水池中h3的高度即滤水口腔13底部到集水池1底部的高度，该h3的优选值为正负0.5米，也就是说，滤水口腔13设置在高于集水池1底部的高度为0.5米内或低于集水池1底部0.5米内时，将利于集水池中的水沉淀絮凝。
在本实施例中，所述钢渣还设置有聚合物包覆层，所述聚合物包覆层所述聚合物包覆层为环氧树脂、丙烯酸系树脂和聚氨酯中的一种或多种。使用了聚合物包覆层的钢渣，钢渣颗粒之间在通过胶粘剂进行粘接，可以很好的提高钢渣之间的粘接性能。在钢渣表面包裹工艺中，可使用具有或添加具有极性功能基团(羟基—OH、醛基—CHO、羧基—COOH、氨基—NH2、磺酸基—SO3H、硫磺酸酯基—O-SO3H、醚键-O-)的物质，增大亲水性。
在本实施例中，所述钢渣透水材料中，100质量份的钢渣透水材料中所述钢渣的质量份为94-55、所述胶粘剂的质量份为5-25、所述聚合物包覆层的质量份为1-20。在此材料配比下，钢渣透水材料具有良好的透过性能以及过滤性能。
在本实施例中，所述滤芯模块的滤芯材料为可更换的设置在所述滤芯模块内。这样，通过更换滤芯材料，实现对不同的水质处理，操作简便，一池多用，尤其对于工业污染水处理，经济效益和社会效益更加显现。
在本实施例中，所述出水模块为可更换的设置于所述滤芯模块的出水端。这样，可以在因为工作时间较长的情况下出现出水模块出水渗透速率降低时及时进行更换，以提高水处理的效率。另外，所述出水模块内也是钢渣透水材料，即其材料和进水模块的相同，出水模块的出水面还是设置有密封条230用于进行密封设置。当然，对于出水而言，经过进水模块和中间的滤芯模块的过滤后，也可以采用直出的形式，即不需要再设一层钢渣透水材料的方式，或者采用其它透过性好的材料也可以。
在本实施例中，所述钢渣的表面还包裹有一层消毒剂，具体的，在 钢渣的外表面可包裹一层消毒剂或杀菌剂，如在钢渣粒外表面包裹一层5,5-二基海因环氧树脂(DMH-EP)，当待处理的水通过所述进水模块时，大部分微生物细菌就会被杀死。而当出水模块中也采用相同的钢渣透水材料，则会形成多重的杀菌作用。
在本实施例中，所述滤芯模块23的滤芯材料为滤膜或滤粒；所述滤膜为微滤膜或超滤膜，所述微滤膜的膜孔径为0.05-10μm，所述超滤膜的膜孔径为2-50nm。当然，也可以在滤芯材料中加入消毒剂，在滤芯材料内进行消毒处理。
在本实施例中，所述进水模块22、滤芯模块23以及所述出水模块24通过一型腔密封设置，所述型腔上端设置有密封盖25，密封盖25采用紧固装置8进行固定，两侧分别为左侧钢制密封挡板21以及右侧钢制密封挡板29，所述密封盖25与所述进水模块22以及所述出水模块23之间设置有密封垫231，所述进水模块22通过嵌入式密封件与所述滤水口腔13连接。所述滤芯材料还通过一托板26设置于所述型腔内。所述密封盖25可以采用钢化玻璃材料制作，这样可以利用光能对藻类生物进行碳同化作用，达到杀菌灭藻的作用。
在本实施例中，所述钢渣透水材料的制造方法步骤如下：
步骤S1：对钢渣进行粒度筛选，根据处理水质的需求选出合适的颗粒直径的钢渣；
步骤S2：对筛选后的钢渣进行聚合物包覆层加工；
步骤S3：将具有聚合物包覆层的钢渣与胶粘剂进行混合搅拌；
步骤S4：将步骤S3中的钢渣混合搅拌物倒入模具中进行成型制造；
所述聚合物包覆层为环氧树脂胶粘剂、丙烯酸系树脂胶粘剂和聚氨酯胶粘剂中的一种或多种；所述胶粘剂为环氧树脂胶粘剂、丙烯酸系树脂胶粘剂和聚氨酯胶粘剂中的一种或多种。
其中，进水模块的钢渣透水材料中所选择的钢渣粒径可根据如下钢渣粒径与截留最小悬浮颗粒尺寸大小对应关系表进行选择。
序号 进水模块钢渣粒径(微米) 截留最小悬浮颗粒的尺寸(微米)
1 380 58.90
2 325 50.38
3 270 41.85
4 230 35.65
5 180 27.90
6 150 23.25
7 120 18.60
8 113 17.52
9 106 16.43
10 90 13.95
11 80 12.40
12 62 9.61
13 58 8.99
14 48 7.44
15 38 5.89
16 23 3.57
17 13 2.02
18 2.6 0.40
19 1.3 0.20
其中，本实施例中，可选用的钢渣粒径范围为1.3-830微米，在该范围内，进水模块可以达到较好的透水性能，同时也能达到较好的过滤性能。
其中，所述钢渣透水材料中，100质量份的钢渣透水材料中所述钢渣的质量份为94-55、所述胶粘剂的质量份为5-25、所述聚合物包覆层的质量份为1-20。在此材料配比下，钢渣透水材料具有良好的透过性能以及过滤性能。
在一种实施方式中，所述胶粘剂为环氧树脂胶粘剂，根据本发明的制备方法优选先将具有聚合物包覆层的钢渣与环氧树脂混合均匀，然后加入环氧树脂固化剂，混合均匀，接着将上述混合物成型，并进行固化，从而得到本发明的钢渣透水材料。
在另一种实施方式中，所述胶粘剂为聚氨酯胶粘剂，且所述聚氨酯胶粘剂含有保护或未保护的异氰酸酯和聚酯或聚醚多元醇，根据本发明的制备方法优选先将聚酯或聚醚多元醇与具有聚合物包覆层的钢渣混合均匀，然后加入保护或未保护的异氰酸酯，接着进行成型和固化，从而 得到本发明的渗水透水钢渣透水材料。
在又一种实施方式中，所述胶粘剂为丙烯酸系树脂胶粘剂，根据本发明的制备方法优选将所述丙烯酸系树脂胶粘剂与具有聚合物包覆层的钢渣混合均匀，并进行固化，从而得到本发明的钢渣透水材料。
本发明对于所述成型的方法没有特别限制，可以为本领域技术人员公知的各种方法。例如，可以在模具中，在施加压力的条件下，将本发明的混合物压制成型。所述模具可以为本领域技术人员熟知的各种材质的模具，没有特别限定，只要所述模具的尺寸满足具体的使用要求即可。确定压制所需要的压力的方法是本领域技术人员公知的，只要所述压力足以使本发明的建筑材料形成致密的成型体即可。一般地，所述压力可以为200-2000N/cm2，优选为300-1500N/cm2，时间可以3-100秒，优选为6-70秒。
本发明对于所述固化的条件也没有特别限定，只要所述固化的条件足以使所述胶粘剂固化即可。本发明中，所述固化是指胶粘剂由液态或半固态转变成为固态并具有一定的强度。
一般地，所述固化的条件包括：温度为25-180℃，时间为2-108小时。优选地，所述固化的条件包括：温度为45-150℃，时间为3-48小时。
当然，本发明所述钢渣，并不限于炼钢过程中产生的钢渣，也指经高温炉冶炼或烧制后所产生的各种固体废弃物，也包含粒化的粉煤灰。还可以使用硅砂为透水材料制成进水模块和出水模块。
实施例2
如图1及图8所示，本实施例提供一种水处理的方法，包括步骤：
S1，利用钢渣透水材料对待处理的水进行初滤，
S2，利用过滤模块对经过步骤S1中初滤的水进行过滤，
所述钢渣透水材料为以钢渣为骨料并用胶粘剂混合固化形成，所述胶粘剂为环氧树脂胶粘剂、丙烯酸系树脂胶粘剂和聚氨酯胶粘剂中的一种或多种；所述滤芯模块内设置有用于过滤的滤芯材料。
在本实施例中，所述钢渣还设置有聚合物包覆层，所述聚合物包覆 层为环氧树脂、丙烯酸系树脂和聚氨酯中的一种或多种。
在本实施例中，所述步骤S1中，还包括对待处理的水进行预处理的步骤。比如实施例一中，可先对集水池中的水进行絮凝沉淀处理，比如，可以先对集水池中的水进行化学消毒处理。
在本实施例中，还可包括步骤S3，更换所述过滤模块的滤芯材料并重复所述步骤S1以及步骤S2。具体的，可以用作污水处中预处理、生化处理和深度处理中，在每阶段处理工艺中，根据水质要求，使用不同的滤芯材料重复所述步骤S1及步骤S2，进化过滤净化处理，可以减轻后续处理的负荷，提高水处理效果。尤其针对工业污水成分不稳定的有害污水处理中，更能反映本发明装置的适应性，广泛性。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。