申请日2014.07.25
公开(公告)日2014.11.19
IPC分类号C02F9/14
摘要
一种水平潜流人工湿地净化污水的装置，由卧式螺旋卸料沉降离心机、水平潜流人工湿地、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置和三级反冲筛滤装置组成。本发明还公开了利用上述装置进行污水处理的方法。本发明处理强度高，能适应不同水力负荷的污水，对波动性较大的污水有较好的处理效果，深度去除水中有机的悬浮物质和杂质，吸附无机的有害物质，同时将残留的致毒污染物氧化成低毒或无毒的小分子物质，降低运行成本，提高出水效果。
权利要求书
1.一种水平潜流人工湿地净化污水的装置，由卧式螺旋卸料沉降离 心机、水平潜流人工湿地、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置和三级反冲筛滤 装置组成，其中：
卧式螺旋卸料沉降离心机去除大部分悬浮物和胶体后的污水输入水 平潜流人工湿地;
水平潜流人工湿地由隔墙将其分为湿地主体和出水沉淀池，湿地主体 的进水管与卧式螺旋卸料沉降离心机的出水口连接，湿地主体内填充碎石 和石灰石的混合填料，隔墙下方与水平潜流人工湿地的底部有间隔，使用 钻孔PVC管作为过水管，过水管内填充有大颗粒分子筛填料，出水沉淀 池内填充有天然沸石分子筛，天然沸石分子筛填充体积占出水沉淀池的一 半，出水沉淀池上方的清液使用液压泵抽至纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置 内，进行混凝处理;
纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置底部设有螺旋输泥器和出泥口，纳米曝 气凝聚-微涡流絮凝装置连接水平潜流人工湿地的出水区的一侧为主反应 区，用于完成纳米气浮-凝聚过程，相邻主反应区为絮体拦截区，相邻絮体 拦截区的为絮体二次拦截区;主反应区内设有微涡流混凝器，主反应区内 部上方有通入O2的纳米曝气头，主反应区顶端设有用以添加混凝剂加药 装置;絮体拦截区内铺设有用于絮体拦截沉淀的斜管;絮体二次拦截区内 部填充有聚丙烯的立体网状结构填料，立体网状结构填料下方铺设一纳米 曝气头，底部设置出水口，出水通过液压泵连接旋三级反冲筛滤装置的进 水口;
三级反冲筛滤装置水池的进水口处设有一进水堰，出水口处设有回流 槽，三级反冲筛滤装置内部由多孔网格分为上部的水池和下部的分流仓两 个部分，分流仓为紧密排列的圆筒状;多孔网格上方中央安放一纳米曝气 头，埋设在填充的筛滤填料中，筛滤填料上方靠近进水堰处设有一阻流板， 靠近回流槽的一侧设有一通入O2的曝气管，曝气管设有多个细孔曝气孔， 曝气孔垂直向上，筛滤填料安装有超声波发生仪;分流仓的下方为储水箱， 储水箱外壁涂刷避光黑色涂料，其内壁均匀负载一层非金属掺杂的光催化 剂，其底部安装有紫外灭菌灯，且灭菌灯之间设置有通入O3的曝气纳米 曝气头，储水箱内剩余的空间填充有半导体负载填料;三级反冲筛滤装置 的出水直接导入出水池。
2.根据权利要求1所述的水平潜流人工湿地净化污水的装置，其中， 卧式螺旋卸料沉降离心机由离心机外壳、转鼓、螺旋盘片、差速器、轴承 座和底座组成，畜禽废水由离心机的进料口进入，在高转速的转鼓、与转 鼓转向相同且转速比转鼓略高或略低的螺旋的作用下，高速旋转的转鼓产 生强大的离心力把比液相密度大的固相颗粒沉降到转鼓内壁，由于螺旋和 转鼓的转速不同，二者存在有相对运动，利用螺旋和转鼓的相对运动把沉 积在转鼓内壁的固相推向小螺旋盘片处排出，分离后的清液从离心机大螺 旋盘片一端排出，将污水与固体悬浮颗粒物以及胶体分离，固态物在盘片 的作用下推入集泥槽，污水流入集水槽后由出水口进入湿地主体的进水 管。
3.根据权利要求1所述的水平潜流人工湿地净化污水的装置，其中， 水平潜流人工湿地使用混凝土构筑墙体，表面做防渗处理。
4.根据权利要求1所述的水平潜流人工湿地净化污水的装置，其中， 三级反冲筛滤装置中的筛滤填料为石英砂、改性锰砂与天然沸石分子筛的 混合物，体积混合比例为6:1:1，粒径为0.3-1.0mm，不均匀系数为2。
5.根据权利要求1所述的水平潜流人工湿地净化污水的装置，其中， 纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置的反冲洗时纳米曝气头 进气为O2，用于混凝搅拌和清洁填料;三级反冲筛滤装置的储水池及浸没 式中空纤维膜纳米曝气头进气为O3，通过纳米曝气强化羟基自由基的产生 过程。
6.根据权利要求1所述的水平潜流人工湿地净化污水的装置，其中， 其纳米曝气凝聚-微涡流絮凝池内使用的混凝剂为聚合氯化铝+阳离子聚 丙烯酰胺，其添加摩尔质量比例约为20:1。
7.根据权利要求1所述的水平潜流人工湿地净化污水的装置，其中， 三级反冲筛滤装置中的多孔网格为两层，中间铺设并固定一层不锈钢网。
8.根据权利要求1所述的水平潜流人工湿地净化污水的装置，其中， 三级反冲筛滤装置的水池与分流仓连接一通气管通往大气，以防止三级反 冲筛滤装置内压力过高造成破裂甚至爆炸。
9.利用权利要求1所述水平潜流人工湿地净化污水的装置进行污水 处理的方法：
卧式螺旋卸料沉降离心机将污水中的固体悬浮物进行分离、拦截，降 低污水处理难度，处理后的污水导入水平潜流人工湿地进行过滤处理，过 滤处理后的上清液先进入纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置的主反应区内进 行纳米气浮-凝聚处理后，于微涡流混凝器再次凝聚-絮凝，而后自流至絮 体拦截区，絮体在斜管的拦截作用下沉至反应器底部，定时在螺旋输送器 的带动下自出泥口定期排出，澄清液溢流至絮体二次拦截区，在立体网状 结构填料的作用下进行二次拦截，过滤后的清液自出水口排出进入三级反 冲筛滤装置;
在三级反冲筛滤装置中，储水箱内纳米曝气头不连续工作，空气自多 孔网格向上鼓起，分割成小气泡，间歇冲散筛滤填料上的致密污物层，污 染物质层破碎成片状浮起，在曝气管的浮力以及进水冲击挡流板向右推力 的协同作用下，溢流至回流槽，使筛滤填料截留的污染物集中排除装置外， 与进水混合重新处理，以延长三级反冲筛滤装置使用寿命及反洗周期;
储水箱内的纳米曝气头采用O3曝气，由于纳米气泡具有庞大的数量、 比表面积、缓慢的上升速度等特性，同时气泡在水中停留时间长，增加了 气液接触面积、接触时间，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·OH，增强O3氧化分解有 机物的能力;且纳米级别O3气泡与紫外灭菌灯、半导体负载填料共存于 储水箱，提高氧化效果，经三级反冲筛滤装置处理达标的污水进入出水池。
同时三级反冲筛滤装置的部分出水回流至水平潜流人工湿地，调节水 质并刺激微生物生理活动，筛选形成颗粒活性基团，基团具有分子筛的离 子交换等功能。
10.根据权利要求9所述的污水处理方法，其中，纳米曝气凝聚-微涡 流絮凝装置及三级反冲筛滤装置的反冲洗时纳米曝气头进气为O2，用于混 凝搅拌和清洁填料;三级反冲筛滤装置的储水池纳米曝气头进气为O3，通 过纳米曝气强化羟基自由基的产生过程。
说明书
一种水平潜流人工湿地净化污水的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种水平潜流人工湿地净化污水的组合装置。
本发明还涉及利用上述装置进行污水净化回用或排放的方法。
背景技术
中水开发与回用技术近期得到了迅速发展，在美国、日本、印度、英 国等国家(尤以日本为突出)得到了广泛的应用。这些国家均以本国度、区 域的特点确定出适合其国情国力的中水回用技术，使中水回用技术越来越 臻于完善。在中国，这一技术已受到各级政府及有关部门重视并对建筑中 水回用做了大量理论研究和实践工作，在全国许多城市如深圳、北京、青 岛、天津、太原等开展了中水工程的运行并取得了显著的效果。目前，我 国的国有工业企业和部分民企，比如污染严重和水资源利用较多的企业都 建成了中水回用项目，为低碳生产和节能减排的国家级号召做出了贡献。 适用于污水水质变化较大的情况，一般采用的方法有：砂滤、活性炭吸附、 浮选、混凝沉淀等。但其处理效果较差，故一套合理的污水处理技术尤为 重要。
本发明使用卧式螺旋卸料沉降离心机为随后的土壤处理提供预处理， 快速去除污水中悬浮颗粒及少量胶体，提升污水透明度，防止人工湿地的 堵塞;随后使用水平潜流人工湿地进行生物处理，其处理强度高，能适应 不同水力负荷的污水，对波动性较大的污水有较好的处理效果。后续又采 用自主研发的纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置及三级反冲洗筛滤装置连续 完成混凝、筛滤、消毒、深度净化几个步骤，深度去除水中有机的悬浮物 质和杂质，吸附无机的有害物质，同时将残留的致毒污染物氧化成低毒或 无毒的小分子物质，去除率达到98%以上，降低运行成本，提高出水效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水平潜流人工湿地净化污水的装置。
本发明的又一目的在于提供一种利用上述装置进行污水处理的方法。
为实现上述目的，本发明提供的水平潜流人工湿地净化污水的装置， 由卧式螺旋卸料沉降离心机、水平潜流人工湿地、纳米曝气凝聚-微涡流絮 凝装置和三级反冲筛滤装置组成，其中：
卧式螺旋卸料沉降离心机去除大部分悬浮物和胶体后的污水输入水 平潜流人工湿地;
水平潜流人工湿地由隔墙将其分为湿地主体和出水沉淀池，湿地主体 的进水管与卧式螺旋卸料沉降离心机的出水口连接，湿地主体内填充碎石 和石灰石的混合填料，隔墙下方与水平潜流人工湿地的底部有间隔，使用 钻孔PVC管作为过水管，过水管内填充有大颗粒分子筛填料，出水沉淀 池内填充有天然沸石分子筛，天然沸石分子筛填充体积占出水沉淀池的一 半，出水沉淀池上方的清液使用液压泵抽至纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置 内，进行混凝处理;
纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置底部设有螺旋输泥器和出泥口，纳米曝 气凝聚-微涡流絮凝装置连接水平潜流人工湿地的出水区的一侧为主反应 区，用于完成纳米气浮-凝聚过程，相邻主反应区为絮体拦截区，相邻絮体 拦截区的为絮体二次拦截区;主反应区内设有微涡流混凝器，主反应区内 部上方有通入O2的纳米曝气头，主反应区顶端设有用以添加混凝剂加药 装置;絮体拦截区内铺设有用于絮体拦截沉淀的斜管;絮体二次拦截区内 部填充有聚丙烯的立体网状结构填料，立体网状结构填料下方铺设一纳米 曝气头，底部设置出水口，出水通过液压泵连接旋三级反冲筛滤装置的进 水口;
三级反冲筛滤装置水池的进水口处设有一进水堰，出水口处设有回流 槽，三级反冲筛滤装置内部由多孔网格分为上部的水池和下部的分流仓两 个部分，分流仓为紧密排列的圆筒状;多孔网格上方中央安放一纳米曝气 头，埋设在填充的筛滤填料中，筛滤填料上方靠近进水堰处设有一阻流板， 靠近回流槽的一侧设有一通入O2的曝气管，曝气管设有多个细孔曝气孔， 曝气孔垂直向上，筛滤填料安装有超声波发生仪;分流仓的下方为储水箱， 储水箱外壁涂刷避光黑色涂料，其内壁均匀负载一层非金属掺杂的光催化 剂，其底部安装有紫外灭菌灯，且灭菌灯之间设置有通入O3的曝气纳米 曝气头，储水箱内剩余的空间填充有半导体负载填料;三级反冲筛滤装置 的出水直接导入出水池。
所述的水平潜流人工湿地净化污水的装置中，卧式螺旋卸料沉降离心 机由离心机外壳、转鼓、螺旋盘片、差速器、轴承座和底座组成，畜禽废 水由离心机的进料口进入，在高转速的转鼓、与转鼓转向相同且转速比转 鼓略高或略低的螺旋的作用下，高速旋转的转鼓产生强大的离心力把比液 相密度大的固相颗粒沉降到转鼓内壁，由于螺旋和转鼓的转速不同，二者 存在有相对运动，利用螺旋和转鼓的相对运动把沉积在转鼓内壁的固相推 向小螺旋盘片处排出，分离后的清液从离心机大螺旋盘片一端排出，将污 水与固体悬浮颗粒物以及胶体分离，固态物在盘片的作用下推入集泥槽， 污水流入集水槽后由出水口进入湿地主体的进水管。
所述的水平潜流人工湿地净化污水的装置中，水平潜流人工湿地使用 混凝土构筑墙体，表面做防渗处理。
所述的水平潜流人工湿地净化污水的装置中，三级反冲筛滤装置中的 筛滤填料为石英砂、改性锰砂与天然沸石分子筛的混合物，混合比例为 6:1:1，粒径为0.3-1.0mm，不均匀系数为2。
所述的水平潜流人工湿地净化污水的装置中，纳米曝气凝聚-微涡流絮 凝装置、三级反冲筛滤装置的反冲洗时纳米曝气头进气为O2，用于混凝搅 拌和清洁填料;三级反冲筛滤装置的储水池及浸没式中空纤维膜纳米曝气 头进气为O3，通过纳米曝气强化羟基自由基的产生过程。
所述的水平潜流人工湿地净化污水的装置中，其纳米曝气凝聚-微涡流 絮凝池内使用的混凝剂为聚合氯化铝PAC+阳离子聚丙烯酰胺CPAM，其 添加比例约为20:1。
所述的水平潜流人工湿地净化污水的装置中，三级反冲筛滤装置中的 多孔网格为两层，中间铺设并固定一层不锈钢网。
所述的水平潜流人工湿地净化污水的装置中，三级反冲筛滤装置的水 池与分流仓连接一通气管通往大气，以防止三级反冲筛滤装置内压力过高 造成破裂甚至爆炸。
本发明提供的利用上述水平潜流人工湿地净化污水的装置进行污水 处理的方法：
卧式螺旋卸料沉降离心机将污水中的固体悬浮物进行分离、拦截，降 低污水处理难度，处理后的污水导入水平潜流人工湿地进行过滤处理，过 滤处理后的上清液先进入纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置的主反应区内进 行纳米气浮-凝聚处理后，于微涡流混凝器再次凝聚-絮凝，而后自流至絮 体拦截区，絮体在斜管的拦截作用下沉至反应器底部，定时在螺旋输送器 的带动下自出泥口定期排出，澄清液溢流至絮体二次拦截区，在立体网状 结构填料的作用下进行二次拦截，过滤后的清液自出水口排出进入三级反 冲筛滤装置;
在三级反冲筛滤装置中，储水箱内纳米曝气头不连续工作，空气自多 孔网格向上鼓起，分割成小气泡，间歇冲散筛滤填料上的致密污物层，污 染物质层破碎成片状浮起，在曝气管的浮力以及进水冲击挡流板向右推力 的协同作用下，溢流至回流槽，使筛滤填料截留的污染物集中排除装置外， 与进水混合重新处理，以延长三级反冲筛滤装置使用寿命及反洗周期;
储水箱内的纳米曝气头采用O3曝气，由于纳米气泡具有庞大的数量、 比表面积、缓慢的上升速度等特性，同时气泡在水中停留时间长，增加了 气液接触面积、接触时间，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·OH，增强O3氧化分解有 机物的能力;且纳米级别O3气泡与紫外灭菌灯、半导体负载填料共存于 储水箱，提高高级氧化效果，可有效提高·OH产生率，经三级反冲筛滤装 置处理达标的污水进入出水池。
所述的污水处理方法中，纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置及三级反冲筛 滤装置的反冲洗时纳米曝气头进气为O2，用于混凝搅拌和清洁填料;三级 反冲筛滤装置的储水池纳米曝气头进气为O3，通过纳米曝气强化羟基自由 基的产生过程。
本发明使用卧式螺旋卸料沉降离心机为随后的土壤处理提供预处理， 快速去除污水中悬浮颗粒及少量胶体，提升污水透明度;随后使用水平潜 流人工湿地进行生物处理，其处理强度高，能适应不同水力负荷的污水， 对波动性较大的污水有较好的处理效果。后续又采用自主研发的纳米曝气 凝聚-微涡流絮凝装置及三级反冲洗筛滤装置连续完成混凝、筛滤、消毒、 深度净化几个步骤，三级反冲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，深度去除水中有机的悬浮物质和杂 质，吸附无机的有害物质，同时将残留的致毒污染物氧化成低毒或无毒的 小分子物质，降低运行成本，提高出水效果。