申请日2014.07.25
公开(公告)日2014.11.19
IPC分类号C02F9/14
摘要
一种交替流人工湿地三级处理高氨氮废水的装置，其包括：纳米曝气消融装置，内部位于排泥口上方设置有连接纳米曝气机的纳米曝气盘，纳米曝气消融装置通过进水管与交替流人工湿地连接;交替流人工湿地通过出水管连接至表层湍流筛滤装置;表层湍流筛滤装置的储水箱的出水口通过一液压泵与旋流除砂装置相连;旋流除砂装置的底部开设有排泥口，旋流除砂装置的顶部设置有搅拌机，搅拌机的叶轮叶浆向上倾斜，旋流除砂装置的上部与反洗泵连接。本发明还公开了利用上述组合装置进行高氨氮废水三级出水深度处理的方法。
权利要求书
1.一种交替流人工湿地三级处理高氨氮废水的装置，其包括：
纳米曝气消融装置，底部开设有排泥口，内部位于排泥口上方设置有 连接纳米曝气机的纳米曝气盘;纳米曝气消融装置通过进水管与交替流人 工湿地连接;
交替流人工湿地内装填有三层填料，填料间布设无纺布，最上层填料 为鹅卵石、石灰石和沸石分子筛的混合填料，中层为碎石、弗罗里硅藻土 和菌糠的混合填料，底层填料为鹅卵石、石灰石和沸石分子筛的混合填料;
交替流人工湿地的进水管和出水管分别连接交替流人工湿地的上层 和底层，每个进水管和出水管均设置有控制进出水的阀门;交替流人工湿 地通过出水管连接至表层湍流筛滤装置;
表层湍流筛滤装置由多孔板分为上、下两个部分，多孔板孔洞为倾斜 状，多孔板上方铺设一层筛滤填料，筛滤填料的底部设有纳米曝气头，筛 滤填料内表层通过缩口进水管与交替流人工湿地连接;表层湍流筛滤装置 对应于缩口进水管的另一侧下方设有缩口反洗管，通过反冲洗阀门连接反 洗泵;表层湍流筛滤装置位于缩口反洗管的上方设置有回流槽，筛滤填料 上方位于回流槽一侧设置有曝气管，曝气管设有多个细孔曝气孔，细孔曝 气孔垂直向上;在筛滤填料上方安装有超声波发生仪，多孔板下方为储水 箱，储水箱内壁均匀负载一层非金属掺杂光催化剂，储水箱底部安装有紫 外灭菌灯，在紫外灭菌灯的空隙间设置纳米曝气头，表层湍流筛滤装置内 部剩余空间填充有半导体负载填料;表层湍流筛滤装置的储水箱的出水口 通过一液压泵与旋流除砂装置相连;
旋流除砂装置的底部开设有排泥口，旋流除砂装置的顶部设置有搅拌 机，搅拌机的叶轮叶浆向上倾斜，旋流除砂装置的上部与反洗泵连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，交替流人工湿地内装填的三 层填料中，上层填料的粒径为15-30mm，中层填料的粒径为5-12mm，底 层填料的粒径为15-30mm。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，交替流人工湿地内上层填料 栽种有植物系统。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，表层湍流筛滤装置的筛滤填 料为石英砂、改性锰砂与天然沸石分子筛按照5:2:1比例混合而成，其中 掺杂少量粒径0.5-2.0mm的零价纳米铁。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，纳米曝气消融装置中的纳米 曝气盘、表层湍流筛滤装置中的纳米曝气头均连接纳米曝气机。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，表层湍流筛滤装置中筛滤填 料底部的纳米曝气头进气为O2，储水箱内的纳米曝气头的进气为O3。
7.根据权利要求1所述的组合装置，其中，半导体负载填料为纳米 TiO2粉体负载在立体网状聚丙烯的填料。
8.一种利用权利要求1所述装置处理高氨氮废水的方法，其过程为：
纳米曝气消融装置中的纳米曝气盘产生和气泡均匀混入高氨氮废水 中，在高温纳米曝气的情况下对高氨氮废水进行纳米曝气处理，高氨氮废 水中难降解有机化合物分解、消融，病原菌和微生物被灭活，同时在去除 有机物、降低COD的同时，高氨氮废水的透明度、色度有所提高;
经纳米曝气处理的高氨氮废水进入交替流人工湿地后进入表层湍流 筛滤装置内，储水箱内纳米曝气间歇曝气，曝气时储水箱内气压增大，空 气被多孔板切割成为气泡鼓起，冲击筛滤填料，打散筛滤填料表面的污染 物质层并使其浮起，使得高氨氮废水能顺利经过筛滤填料过滤;曝气管产 生的气泡将浮起的污染物推至水面，溢流至回流槽，与进水混合调节进水 水质，同时延长筛滤装置使用寿命及反洗周期;
表层湍流筛滤装置的筛滤填料底部纳米曝气头进气为O2，用于清洁填 料;储水箱内纳米曝气头的进气为O3，通过纳米曝气大量获得羟基自由基， 与紫外灭菌灯和半导体负载填料共同提高高级氧化效果，同时其中富含羟 自由基的出水在装置进行反洗时，冲刷筛滤填料，作到填料清洁与再生;
使用纳米曝气的方式提高-OH产生率，由于微气泡具有庞大的数量、 比表面积、缓慢的上升速度，增加了气液接触面积、接触时间，有利于臭 氧溶于水中，克服了臭氧难溶于水的缺点;微气泡内部具有较大的压力且 纳米气泡破裂时界面消失，周围环境剧烈改变产生的化学能促使产生更多 的羟基自由基，增强臭氧氧化分解有机物的能力;
臭氧在紫外光的照射作用下产生·OH，臭氧能带走二氧化钛光致电子 空穴对中的电子，从而产生了更多的羟基自由基，加速了有机物的降解， 通过·OH的强氧化作用对有机污染物进行处理;
表层湍流筛滤装置的储水箱的出水进入旋流除砂装置，旋流除砂装置 的搅拌机的叶轮向上倾斜，旋转时将使池中高氨氮废水作螺旋运动，高氨 氮废水中的砂粒由于所受离心力不同，相对密度较大的砂粒被甩向池壁， 在重力作用下沉入砂斗;
表层湍流筛滤装置的出水回流至交替流人工湿地进水，调节水质并刺 激植物生长过程分泌次生物质。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，旋流除砂装置内搅拌机转速 为10-30r/min。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，紫外灭菌灯平均照射剂量在 300J/m2以上。
说明书
交替流人工湿地三级处理高氨氮废水的装置和处理方法
技术领域
本发明涉及一种交替流人工湿地处理三级处理高氨氮废水的组合装 置。
本发明还涉及利用上述组合装置进行高氨氮废水三级出水深度处理 的方法。
背景技术
人工湿地是指人工建造的、可控制的和可工程化得湿地系统，其设计 和建造是通过对湿地生态系统中的物理、化学和生物作用等优化组合来进 行高氨氮废水处理。现阶段其应用越来越广泛，但人工湿地的堵塞问题越 来越成为其应用的障碍，堵塞是所有高负荷高氨氮废水过滤系统中常见的 自然效应，其表现在两个方面：首先，堵塞层是一个很好的生物过滤器， 能提高湿地的处理效率，适度的机制孔隙堵塞可以扩大湿地处理系统内部 的非饱和流动区域，提高处理效果;其次，堵塞会使湿地的水力性能变差， 从而影响水流路径，最终影响到湿地的处理效果和运行寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种交替流人工湿地三级处理高氨氮废水的 装置。
本发明的又一目的在于提供一种利用上述装置进行高氨氮废水三级 出水深度处理的方法。
为实现上述目的，本发明提供的交替流人工湿地三级处理高氨氮废水 的装置，其包括：
纳米曝气消融装置，底部开设有排泥口，内部位于排泥口上方设置有 连接纳米曝气机的纳米曝气盘;纳米曝气消融装置通过进水管与交替流人 工湿地连接;
交替流人工湿地内装填有三层填料，填料间布设无纺布，最上层填料 为鹅卵石、石灰石和沸石分子筛的混合填料，中层为碎石、弗罗里硅藻土 和菌糠的混合填料，底层填料为鹅卵石、石灰石和沸石分子筛的混合填料;
交替流人工湿地的进水管和出水管分别连接交替流人工湿地的上层 和底层，每个进水管和出水管均设置有控制进出水的阀门;交替流人工湿 地通过出水管连接至表层湍流筛滤装置;
表层湍流筛滤装置由多孔板分为上、下两个部分，多孔板孔洞为倾斜 状，多孔板上方铺设一层筛滤填料，筛滤填料的底部设有纳米曝气头，筛 滤填料内表层通过缩口进水管与交替流人工湿地连接;表层湍流筛滤装置 对应于缩口进水管的另一侧下方设有缩口反洗管，通过反冲洗阀门连接反 洗泵;表层湍流筛滤装置位于缩口反洗管的上方设置有回流槽，筛滤填料 上方位于回流槽一侧设置有曝气管，曝气管设有多个细孔曝气孔，细孔曝 气孔垂直向上;在筛滤填料上方安装有超声波发生仪，多孔板下方为储水 箱，储水箱内壁均匀负载一层非金属掺杂光催化剂，储水箱底部安装有紫 外灭菌灯，在紫外灭菌灯的空隙间设置纳米曝气头，表层湍流筛滤装置内 部剩余空间填充有半导体负载填料;表层湍流筛滤装置的储水箱的出水口 通过一液压泵与旋流除砂装置相连;
旋流除砂装置的底部开设有排泥口，旋流除砂装置的顶部设置有搅拌 机，搅拌机的叶轮叶浆向上倾斜，旋流除砂装置的上部与反洗泵连接。
所述的装置中，交替流人工湿地内装填的三层填料中，上层填料的粒 径为15-30mm，中层填料的粒径为5-12mm，底层填料的粒径为15-30mm。
所述的装置中，交替流人工湿地内上层填料栽种有植物系统。
所述的装置中，表层湍流筛滤装置的筛滤填料为粒径0.5-2.0mm的石 英砂、改性锰砂与天然沸石分子筛的混合物。
所述的装置中，纳米曝气消融装置中的纳米曝气盘、表层湍流筛滤装 置中的纳米曝气头均连接纳米曝气机。
所述的装置中，表层湍流筛滤装置中筛滤填料底部的纳米曝气头进气 为O2，储水箱内的纳米曝气头的进气为O3。
所述的装置中，半导体负载填料为纳米TiO2粉体负载在立体网状聚丙 烯的填料。
本发明提供交的利用上述装置处理高氨氮废水的方法，其过程为：
纳米曝气消融装置中的纳米曝气盘产生和气泡均匀混入高氨氮废水 中，在高温纳米曝气的情况下对高氨氮废水进行纳米曝气处理，高氨氮废 水中难降解有机化合物分解、消融，病原菌和微生物被灭活，同时在去除 有机物、降低COD的同时，高氨氮废水的透明度、色度有所提高;
经纳米曝气处理的高氨氮废水进入交替流人工湿地后进入表层湍流 筛滤装置内，储水箱内纳米曝气间歇曝气，曝气时储水箱内气压增大，空 气被多孔板切割成为气泡鼓起，冲击筛滤填料，打散筛滤填料表面的污染 物质层并使其浮起，使得高氨氮废水能顺利经过筛滤填料过滤;曝气管产 生的气泡将浮起的污染物推至水面，溢流至回流槽，与进水混合调节进水 水质，同时延长筛滤装置使用寿命及反洗周期;
表层湍流筛滤装置的筛滤填料底部纳米曝气头进气为O2，用于清洁填 料;储水箱内纳米曝气头的进气为O3，通过纳米曝气大量获得羟基自由基， 与紫外灭菌灯，半导体负载填料共同提高高级氧化效果，同时其中富含羟 自由基的出水在装置进行反洗时，冲刷筛滤填料，作到填料清洁与再生;
使用纳米曝气的方式提高-OH产生率，由于微气泡具有庞大的数量、 比表面积、缓慢的上升速度，增加了气液接触面积、接触时间，有利于臭 氧溶于水中，克服了臭氧难溶于水的缺点;微气泡内部具有较大的压力且 纳米气泡破裂时界面消失，周围环境剧烈改变产生的化学能促使产生更多 的羟基自由基，增强臭氧氧化分解有机物的能力;
臭氧在紫外光的照射作用下产生·OH，臭氧能带走二氧化钛光致电子 空穴对中的电子，从而产生了更多的羟基自由基，加速了有机物的降解， 通过·OH的强氧化作用对有机污染物进行处理;
表层湍流筛滤装置的储水箱的出水进入旋流除砂装置，旋流除砂装置 的搅拌机的叶轮向上倾斜，旋转时将使池中高氨氮废水作螺旋运动，高氨 氮废水中的砂粒由于所受离心力不同，相对密度较大的砂粒被甩向池壁， 在重力作用下沉入砂斗。
表层湍流筛滤装置的出水回流至交替流人工湿地进水，调节水质并刺 激植物生长过程分泌次生物质。
所述的方法中，旋流除砂装置内搅拌机转速为10-30r/min。
所述的方法中，紫外灭菌灯平均照射剂量在300J/m2以上。
本发明提供了一种纳米曝气消融装置，在纳米气泡的高温、强氧化作 用下对原水进行预处理，将颗粒性有机物转化为溶解性有机物，方便下一 步生物处理的同时，降低了湿地内填料堵塞的风险系数。同时使用交替进 水的方式改造人工湿地，延缓湿地内填料孔隙率降低时间周期。本发明的 工艺操作简单、效果明显，在现有基础上进行改动即可完成，可以大大降 低高氨氮废水深度处理的造价和费用，表层湍流筛滤装置中纳米二氧化钛 晶体作为光触媒在紫外灯照射下激发极具氧化力的自由负离子，同时在纳 米曝气过程中以及超声波发生过程激发的能量亦可发生并加强自由负离 子的产生，达成光催化效果;而自由负离子以及其摆脱共价键的束缚后留 下空位，与纳米气泡表面带有的电荷同时产生微电解效果，并灭杀大肠杆 菌、金黄色葡萄球菌、病毒等，分解残留难降解有机化合物及有毒物质， 持久安全的对高氨氮废水进行消毒降解。针对环境类激素(如激素类农药、 抗生素、二恶英、雌激素以及人工合成激素等微量有害化学物质)的处理 方面具有很大的优势，能够使绝大部分有机物完全矿化或分解，对高氨氮 废水进行筛滤处理的同时对其出水净化、消毒，出水较好的达到国家要求 标准。