申请日2014.07.25
公开(公告)日2014.11.19
IPC分类号C02F9/14
摘要
一种垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置，由格栅机、垂直潜流人工湿地、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置和超滤装置组成。本发明还公开了利用上述装置进行污水处理的方法。本发明能对澄清污水进行高级氧化处理，降低运行费用的同时，提高处理效率及处理量，优化工艺性能，提高出水水质。本发明对污水中细菌、病原体的去除率高，处理后的污水中芳香性类富里酸物质降低95%以上，污水浊度降低99%，出水水质透明度高，避免其排入水体对人体健康产生威胁。
权利要求书
1.一种垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置，由格栅机、垂直 潜流人工湿地、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置和超滤 装置组成，其中：
分离和拦截污水中的固体悬浮物格栅机连接垂直潜流人工湿地;
垂直潜流人工湿地由墙体将其分为两个主体区域和出水区，连接格栅 机的一侧为垂直潜流湿地主体，相邻的另一侧为出水区，垂直潜流湿地主 体内填充有由砾石、粗砂、石灰石、沸石组成的混合填料，混合填料表层 布设多个钻孔PVC管作为进水管，垂直潜流湿地主体与出水区之间的墙 体底部设有过水管用于过水;出水区内填充有分子筛填料，出水区的出水 口连接纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置;
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垂直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 的出水直接导入超滤装置内;
中空纤维超滤器安置于超滤装置中，纳米曝气机设置在中空纤维超滤 器的正下方，出水采用液压泵进行负压出水方式。
2.根据权利要求1所述的垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置， 其中，格栅机内筛网为不锈钢材质，过滤精度为8mm。
3.根据权利要求1所述的垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置， 其中，垂直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所述的垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置， 其中，垂直潜流人工湿地的混合填料表面种植有植物。
5.根据权利要求1所述的垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置， 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。
6.根据权利要求1所述的垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置， 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。
7.根据权利要求1所述的垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置， 其中，三级反冲筛滤装置的筛滤填料选取石英砂、改性锰砂与天然沸石分 子筛混合，体积混合比例为7:1.5:1.5，粒径为0.5-1.2mm。
8.利用权利要求1所述垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置进 行污水处理的方法：
格栅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， 经过格栅处理的污水导入垂直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 置处理的污水进入超滤装置内经中空纤维超滤器进行超滤;
同时三级反冲筛滤装置的部分出水回流至垂直潜流人工湿地，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;
中空纤维超滤器出水采用液压泵进行负压出水方式，去除污水中的剩 余悬浮物，使出水达到中水回用标准。
9.根据权利要求8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
垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置和处理方法
技术领域
本发明涉及一种垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置，具体地涉 及一种去除污水中污染物质(如：氮、磷、有机物、微生物、无机物等化 学杂质)的垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置。
本发明还涉及利用上述装置进行污水处理的方法。
背景技术
当前，由于度地、毫无节制地开发水资源，环境保护意识比较差，使 地表水和地下水均受到了不同程度的污染，使原本具有良好水质的新鲜水 供应受到限制;而且，待开发的新鲜水源离集中供水点距离较远，一次性 投资费用高昂，很多缺水地区无力扩大供水能力，于是引出了中水概念。 中水也就是将人们在生活和生产中用过的优质杂排水(不含粪便和厨房排 水)、杂排水(不含粪便污水)以及生活污(废)水经集流再生处理后回用，充 当地面清洁、浇花、洗车、空调冷却、冲洗便器、消防等不与人体直接接 触的杂用水。因其水质指标低于城市给水中饮用水水质标准，但又高于污 水允许排入地面水体排放标准，即其水质居于生活饮用水水质和允许排放 污水水质标准之间，故取名为“中水”。
常规生物处理或生态处理工艺出水杂质过多、出水水质不达标，所以 固有的生态处理不能满足中水回用的需要，但生态法处理污水建设造价 低，操作简单，故而本发明采用新技术理念设计一套装置和方法，使得出 水达到中水回用的标准。
发明内容
本发明的目的在于提供一种垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装 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，本发明提供的垂直潜流人工湿地净化污水中水回用 装置，由格栅机、垂直潜流人工湿地、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三 级反冲筛滤装置和超滤装置组成，其中：
分离和拦截污水中的固体悬浮物格栅机连接垂直潜流人工湿地;
垂直潜流人工湿地由墙体将其分为两个主体区域和出水区，连接格栅 机的一侧为垂直潜流湿地主体，相邻的另一侧为出水区，垂直潜流湿地主 体内填充有由砾石、粗砂、石灰石、沸石组成的混合填料，混合填料表层 布设多个钻孔PVC管作为进水管，垂直潜流湿地主体与出水区之间的墙 体底部设有过水管用于过水;出水区内填充有分子筛填料，出水区的出水 口连接纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置;
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垂直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 的出水直接导入超滤装置内;
中空纤维超滤器安置于超滤装置中，纳米曝气机设置在中空纤维超滤 器的正下方，出水采用液压泵进行负压出水方式。
所述的垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置中，格栅机内筛网为 不锈钢材质，过滤精度为8mm。
所述的垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置中，垂直潜流人工湿 地使用混凝土构筑墙体，表面做防渗处理。
所述的垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置中，垂直潜流人工湿 地的混合填料表面种植有植物。
所述的垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置中，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。
所述的垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置中，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。
所述的垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置中，三级反冲筛滤装 置的筛滤填料选取石英砂、改性锰砂与天然沸石分子筛混合，体积混合比 例为7:1.5:1.5，粒径为0.5-1.2mm。
本发明提供的利用上述垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置进 行污水处理的方法：
格栅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， 经过格栅处理的污水导入垂直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，在度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 置处理的污水进入超滤装置内经中空纤维超滤器进行超滤，出水采用液压 泵进行负压出水方式，去除污水中的剩余悬浮物，使出水达到中水回用标 准。
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。
本发明的装置和污水处理方法净化的污水，使其出水可做中水回用， 使用格栅格除污水中较大固体，随后使用垂直潜流人工湿地进行生物处 理，高效脱除污水中氨氮，去除有机物，并在出水池设置分子筛过滤段大 量吸附残余污染物质。后续采用纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置对污水进行 絮凝处理，并使用三级反冲洗筛滤-光催化降解池过滤絮凝后污水，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，对澄清污水进行高级氧化并微电解处理，降低运行费用的同 时，提高处理效率及处理量，优化工艺性能，提高出水水质。本工艺尤其 对污水中细菌、病原体有较高的去除率，避免其排入水体对人体健康产生 威胁。