申请日2014.07.25
公开(公告)日2014.11.19
IPC分类号C02F9/08
摘要
一种纳米曝气凝聚-搅拌絮凝净化生物处理污水的装置，主要由纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置和出水池组成。本发明还公开了利用上述装置进行污水处理的方法。本发明优化絮凝效能、降低药耗、缩短反应时间，有效去除污水中病原菌和痕量有机物含量，去除率达到100%，提高出水水质。
权利要求书
1.一种纳米曝气凝聚-搅拌絮凝净化生物处理污水的装置，主要包括：
纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置的一侧为进水口，该进水口连接一液压 泵，另一侧为出水口通过液压泵连接旋三级反冲筛滤装置;
纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置的底部设有螺旋输泥器，螺旋输泥器的 端部为一出泥口;纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置的进水口一侧为主反应 区，纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置出水口一侧为絮体二次拦截区，主反应 区和絮体二次拦截区之间是絮体拦截区;
主反应区内设有微涡流混凝器，微涡流混凝器上方设有纳米曝气头， 主反应区的顶端设有加药装置用以添加混凝剂;
絮体拦截区内铺设有斜管，用于絮体拦截沉淀;
絮体二次拦截区内部填充有聚丙烯立体网状结构填料，聚丙烯立体网 状结构填料下方铺设一纳米曝气头，纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置的出水 口设在聚丙烯立体网状结构填料底部，连接三级反冲筛滤装置的进水口;
三级反冲筛滤装置由多孔网格分为上、下两个部分，多孔网格的下方 设置在排列成圆筒状的分流仓19上以分割空间，多孔网格18上方正中央 安放一纳米曝气头，并填充有混合填料用于筛滤，混合填料为石英砂、改 性锰砂、零价纳米铁与天然沸石分子筛的混合物;
三级反冲筛滤装置的进水口一侧设有一进水堰和阻流板，置于混合填 料的上方，三级反冲筛滤装置的另一侧设有一曝气管，曝气管设有多个细 孔曝气孔，曝气孔垂直向上，曝气管置于混合填料的上方，曝气管对应一 回流槽;
三级反冲筛滤装置内安装有超声波发生仪;
多孔网格下方为集水池，集水池外壁涂刷避光黑色涂料，内壁均匀负 载一层非金属掺杂的光催化剂，底部安装有紫外灭菌灯，紫外灭菌灯之间 设置有纳米曝气头，集水池内部剩余空间填充有半导体负载填料;
三级反冲筛滤装置的出水口连接至出水池，出水池的出水口通过一增 压泵与三级反冲筛滤装置的出水口相连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，多孔网格为两层，中间铺设 并固定一层不锈钢网。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装 置和三级反冲筛滤装置中的纳米曝气头均连接一纳米曝气机。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，三级反冲筛滤装置的分流仓 与混合填料上部连接通气管通往大气，以防止三级反冲筛滤装置内压力过 高。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，三级反冲筛滤装置中的混合 填料粒径为0.5-1.2mm，不均匀系数为2，混合体积比为7:2:2:1。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装 置和三级反冲筛滤装置中多孔网格上方的曝气头进气为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。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，加药装置中的混凝剂为聚合 氯化铝+阳离子聚丙烯酰胺，物质的量比例为20:1。
8.利用权利要求1所述装置进行污水处理的方法：
污水进入纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置，先经过主反应区进行纳米气 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纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置的底部，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 聚丙烯立体网状结构填料的作用下进行二次拦截，过滤后的清液导入三级 反冲筛滤装置中：
三级反冲筛滤装置的集水池内纳米曝气头采用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;且纳米级的O3气泡与紫外灭菌灯、半导 体负载填料共存于集水池，提高高级氧化效果，可有效提高·OH产生率。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，三级反冲筛滤装置中的紫外 灭菌灯平均照射剂量在300J/m2以上。
说明书
纳米曝气凝聚-搅拌絮凝净化生物处理污水的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种纳米曝气凝聚-搅拌絮凝净化生物处理污水的装置。
本发明还涉及利用上述装置处理污水的方法，更具体地涉及一种去除 污水中有机物、微生物、无机物等化学杂质的方法。
背景技术
污水生物处理是用生物学的方法处理污水的总称，是现代污水处理应 用中最广泛的方法之一。主要借助微生物的分解作用把污水中有机物转化 为简单的无机物，使污水得到净化。利用微生物的分解活动，使污水得到 净化，如活性污泥、生物滤池、生物转盘、污水灌溉、氧化塘的功能。污 水生物处理效果好，费用低，技术较简单，应用比较简单。生物处理可以 降低污水中的有机物和营养物质，尤其是氮、磷等污染物，当简单的沉淀 和化学处理不能保证达到足够的净化程度时，就要用生物的方法作进一步 处理。生物处理过程中要求污水中BOD与COD比值要大于0.3，温度影 响较大，冬季一般效果较差，现使用纳米混凝-三级反冲洗筛滤的方式对生 物处理出水进行深度净化。
我国现有的混凝技术，由于混合效果差，混凝剂入水迅速形成胶体， 将大量混凝剂包裹在内，分散效果差，难以达到混凝剂最高利用率，导致 药耗较高、反应时间长，絮凝效能较差的后果。
目前设计应用的砂滤池在滤料层含污能力远未饱和的情况下，反冲洗 却不断进行。这不但影响了滤池的产水能力，还极大地浪费了水资源和能 耗。由于清洗和更换滤头需停产并掏出滤料层，工作量很大。因此，滤床 的堵塞便成为污水处理中一个十分麻烦的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米曝气凝聚-搅拌絮凝净化生物处理污 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，本发明提供的纳米曝气凝聚-搅拌絮凝净化生物处 理污水的装置，主要包括：
纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置的一侧为进水口，该进水口连接一液压 泵，另一侧为出水口通过液压泵连接旋三级反冲筛滤装置;
纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置的底部设有螺旋输泥器，螺旋输泥器的 端部为一出泥口;纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置的进水口一侧为主反应 区，纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置出水口一侧为絮体二次拦截区，主反应 区和絮体二次拦截区之间是絮体拦截区;
主反应区内设有微涡流混凝器，微涡流混凝器上方设有纳米曝气头， 主反应区的顶端设有加药装置用以添加混凝剂;
絮体拦截区内铺设有斜管，用于絮体拦截沉淀;
絮体二次拦截区内部填充有聚丙烯立体网状结构填料，聚丙烯立体网 状结构填料下方铺设一纳米曝气头，纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置的出水 口设在聚丙烯立体网状结构填料底部，连接三级反冲筛滤装置的进水口;
三级反冲筛滤装置由多孔网格分为上、下两个部分，多孔网格的下方 设置在排列成圆筒状的分流仓上以分割空间，多孔网格上方正中央安放一 纳米曝气头，并填充有混合填料用于筛滤，混合填料为石英砂、改性锰砂、 零价纳米铁与天然沸石分子筛的混合物;
三级反冲筛滤装置的进水口一侧设有一进水堰和阻流板，置于混合填 料的上方，三级反冲筛滤装置的另一侧设有一曝气管，曝气管设有多个细 孔曝气孔，曝气孔垂直向上，曝气管置于混合填料的上方，曝气管对应一 回流槽;
三级反冲筛滤装置内安装有超声波发生仪;
多孔网格下方为集水池，集水池外壁涂刷避光黑色涂料，内壁均匀负 载一层非金属掺杂的光催化剂，底部安装有紫外灭菌灯，紫外灭菌灯之间 设置有纳米曝气头，集水池内部剩余空间填充有半导体负载填料;
三级反冲筛滤装置的出水口连接至出水池，出水池的出水口通过一增 压泵与三级反冲筛滤装置的出水口相连接。
所述的装置，其中，多孔网格为两层，中间铺设并固定一层不锈钢网。
所述的装置，其中，纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置和三级反冲筛滤装 置中的纳米曝气头均连接一纳米曝气机。
所述的装置，其中，三级反冲筛滤装置的分流仓与混合填料上部连接 通气管通往大气，以防止三级反冲筛滤装置内压力过高。
所述的装置，其中，三级反冲筛滤装置中的混合填料粒径为 0.5-1.2mm，不均匀系数为2，混合体积比为7:2:2:1。
所述的装置，其中，纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置和三级反冲筛滤装 置中多孔网格上方的曝气头进气为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。
所述的装置，其中，加药装置中的混凝剂为聚合氯化铝+阳离子聚丙 烯酰胺，比例为20:1。
本发明提供的利用上述装置进行污水处理的方法：
污水进入纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置，先经过主反应区进行纳米气 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纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置的底部，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 聚丙烯立体网状结构填料的作用下进行二次拦截，过滤后的清液导入三级 反冲筛滤装置中：
三级反冲筛滤装置的集水池内纳米曝气头采用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;且纳米级的O3气泡与紫外灭菌灯、半导 体负载填料共存于集水池，提高高级氧化效果，可有效提高·OH产生率。
所述的方法，其中，三级反冲筛滤装置中的紫外灭菌灯平均照射剂量 在300J/m2以上。
本发明使用纳米曝气过程的纳米气泡达成絮凝工艺的凝聚过程，分别 达成三段功效，前期气浮过程，俘获污水中的微细污染物颗粒;中期加药 混凝过程，促进胶体相互碰撞凝聚成絮体，打散包裹住混凝剂的胶体块， 提高其分散程度;后期热断裂过程，断裂絮体薄弱处，进而重新形成更加 稳固的絮体。优化絮凝效能、降低药耗、缩短反应时间，有效去除污水中 污染物质，提高出水水质。本发明又使用一种三级反冲洗筛滤装置对污水 进行深度处理，深度去除水中有机的悬浮物质和杂志，吸附无机的有害物 质。并且使用三级的反冲洗技术，更好的达到了反冲洗作用，最大程度节 省了水资源。在筛滤的同时本发明采用紫外灯、半导体负载填料以及纳米 曝气技术激发羟基自由基对出水进行高级氧化，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，可深 度去除其中污染物质，灭杀污水中的细菌，病原菌，并针对环境类激素(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，使大分子难降解有机物氧化成低毒或 无毒的小分子物质，降低难降解物质，提高出水水质，达到国家排放标准。 经过本发明的装置处理的出水透明度高、水质好。