申请日2014.07.25
公开(公告)日2014.12.10
IPC分类号C02F9/14
摘要
一种垂直潜流人工湿地净化污水装置，主要由涡凹气浮装置、生物转盘-生物滤池复合装置、垂直潜流人工湿地和旋流除砂装置组成。本发明还公开了利用上述垂直潜流人工湿地净化污水装置处理含磷有机废水的方法。本发明可以高效脱除污水中残余氨氮及其他污染物质，提高污水水质的同时，避免处理过程中二次污染的产生，同时采用无动力运转技术，以机械法扩展了污水处理的方法，大大降低污水深度处理的造价和费用。
权利要求书
1.一种垂直潜流人工湿地净化污水装置，主要由涡凹气浮装置、生 物转盘-生物滤池复合装置、垂直潜流人工湿地和旋流除砂装置组成;其中：
涡凹气浮装置分为曝气区、刮渣区、涡凹气浮装置出水区三个部分， 污水进水管连接曝气区，在曝气区内设置有一连接纳米曝气机的纳米曝气 头，叶轮和电机固定在涡凹气浮装置上端，由纳米曝气头、纳米曝气机、 叶轮和电机构成涡凹曝气机;刮渣区上方的传动装置带动链轮运转，通过 链轮上的刮泥板将污水表面的泥渣、油渣刮除至集渣槽内排除;出水区内 由两个折板组成，隔绝涡凹气浮装置上部的浮渣及底部的污泥;曝气区底 部与刮渣区底部通过一通气管相连，防止进水不足造成涡凹曝气机空转; 涡凹气浮装置的出水自流至生物转盘-生物滤池复合装置的高位进水管;
生物转盘-生物滤池复合装置的生物滤池底部铺设有用以除磷的石灰 石，并填充有轻质分子筛和流动性聚乙烯的流动填料，流动填料上方使用 隔栏防止混合填料流失;流动填料上方安装有生物转盘，生物转盘的下部 浸在生物滤池内的液体中;生物滤池由第一墙体分成第一区生物转盘和第 二区生物转盘。第一区生物转盘置于高位进水管的正下方，生物转盘的盘 边布满水槽，在高位进水对水槽的冲击下，生物转盘不断旋转;第二区生 物转盘的一侧设有溢流堰;第一区生物转盘与第二区生物转盘通过齿轮传 动，在间接动力下转动;生物转盘-生物滤池复合装置的出水通过液压泵流 至垂直潜流人工湿地;
垂直潜流人工湿地为混凝土构筑墙体并做防渗处理，垂直潜流人工湿 地内由第二隔墙分为两个区域;连接生物转盘-生物滤池复合装置的一侧为 垂直潜流湿地主体区，连接旋流除砂装置一侧为出水区;垂直潜流湿地主 体区内填充有弗罗里硅藻土、砾石、石灰石及沸石的混合填料，混合填料 表层布设多个钻孔PVC管作为进水管，第二隔墙与垂直潜流人工湿地底 部设有一过水空隙，在第二隔墙两侧的过水空隙处各设有过水管用于过 水，以防止垂直潜流湿地主体区内填充的混合填料流失;出水区的上清液 输至旋流除砂装置内;
旋流除砂装置底部开设有排泥孔，旋流除砂装置的顶部设置有搅拌 机，搅拌机的叶轮向上倾斜，旋转时将使旋流除砂装置中的污水作螺旋运 动，污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。
2.根据权利要求1所述的垂直潜流人工湿地净化污水装置，其中， 涡凹气浮装置中的纳米曝气头进气为O2，用于发生纳米气泡，以提升气浮 效果。
3.根据权利要求1所述的垂直潜流人工湿地净化污水装置，其中， 生物转盘的主体为饼状中空铁笼，内部填充有聚乙烯球，聚乙烯球内部中 空，填充有轻质粉颗粒分子筛填料，轻质粉颗粒分子筛填料的填充度为 50%。
4.根据权利要求1所述的垂直潜流人工湿地净化污水装置，其中， 垂直潜流人工湿地内的混合填料表面种植有根系发达的植物。
5.根据权利要求1或4所述的垂直潜流人工湿地净化污水装置，其 中，垂直潜流人工湿地内的混合填料表面种植有根系发达的皇竹草和狼尾 草。
6.利用权利要求1所述垂直潜流人工湿地净化污水装置处理含磷有 机废水的方法：
待处理的污水首先进入涡凹气浮装置的曝气区，与涡凹曝气机产生的 微小气泡及纳米曝气机产生的纳米气泡充分混合，气泡在上升的过程中利 用不同粒径的气泡将大型颗粒以及微纳米絮体、胶体级别的悬浮物质粘 附，使其随之浮在水面上，将固体悬浮物带到水面，刮泥板沿液面运行将 悬浮物刮至集渣槽内，污水净化后在排放前会经过两个折板流入出水区， 确保槽中的液体不会流入污泥排放管道，同时进行二次沉淀，防止污泥进 入出水区;
经过涡凹气浮装置处理后的出水导入高位进水管，利用高位进水冲击 生物转盘-生物滤池复合装置中第一区生物转盘的水槽，使生物转盘旋转， 污水流经底部用以除磷的石灰石，以及轻质分子筛和聚乙烯的流动填料， 通过附着的生物膜对污水进一步进行处理净化，然后从底部流入第二区生 物转盘，第二区生物转盘在水流的动力下进行转动进行好氧消化;第一区 生物转盘和第二区生物转盘在转动过程中，不规则的碰撞使轻质分子筛填 料表面生物膜相互摩擦脱落;通过轻质分子筛和聚乙烯的流动填料吸附污 水中的氨氮污染物质，抑制污水生物毒性，提高处理过程中微生物活性， 保证生物处理过程的效率;生物转盘工作时，转盘上方与空气接触，其内 部分子筛内氨氮氧化为硝氮溶出，转动入污水内部，再次吸附氨氮，并在 反硝化过程中消耗污水内有机物，周而复始处理污水;
生物转盘-生物滤池复合装置的出水流至垂直潜流人工湿地内进行再 度处理，脱除污水中残余氨氮及其他污染物质，在提高污水水质的同时， 避免处理过程中二次污染的产生;
垂直潜流人工湿地出水区的上清液输至旋流除砂装置内，通过旋转时 污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。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，垂直潜流人工湿地内的混合 填料的表面种植有根系发达的植物，利用植物庞大根系增强植物根系与微 生物的联合效果，避免土壤板结。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，垂直潜流人工湿地的部分出 水回流至生物转盘-生物滤池复合装置进水，调节水质并刺激微生物生长过 程分泌次生物质。
说明书
一种垂直潜流人工湿地净化污水装置和方法
技术领域
本发明涉及一种去除污水中有机物、氮磷等污染物质的工艺，具体地 涉及一种垂直潜流人工湿地净化污水装置。
本发明还涉及利用上述装置处理含磷有机废水的方法。
背景技术
A/O是Anoxic/Oxic的缩写，是将厌氧水解技术用为好氧生物处理的 前处理，它的优越性是除了使有机污染物得到降解之外，还具有一定的脱 氮除磷功能。A/O生物除磷工艺是由厌氧和好氧两部分反应组成的污水生 物处理系统。污水进入厌氧区后，反应器内聚磷菌在这一过程中大量吸收 污水中的BOD，并将污泥中的磷以正磷酸盐的形式释放到污水中。混合 液进入好氧池后，有机物被氧化分解，同时聚磷菌大量吸收混合液中的正 磷酸盐到污泥中。由于聚磷菌在好氧条件下吸收的磷多于厌氧条件下释放 的磷，因此污水经过“厌氧-好氧”的交替作用和二沉池的污泥分离达到 除磷的目的。一般情况下，TP的去除率可达到85%以上。
目前，我国城市污水主要通过建设污水处理厂集中处理，其常规的工 艺为活性污泥法和生物膜法。但污水处理厂存在建设和运行成本高，产生 大量难以处置的污泥，处理过程中产生的恶臭会对周围居民生活环境带来 不良影响等不足。为了解决这一矛盾，迫切需要研究开发经济环保、低耗 高能的污水现场处理技术。土壤渗滤系统是污水土地处理系统的一种，它 能够利用土壤-植物-微生物生态系统的自净能力净化污水，在处理污水的 同时，污水中的营养物质和水还得以循环利用，由于整个系统居于地下， 不会产生不良气味和滋生蚊蝇，无噪音，不影响表层土地的使用，不受气 候条件限制，出水便于回用，它还有设备简单，能耗低等优点，体现了良 好的环境和经济综合效益。因此，该技术正是适合我国国情的污水处理工 艺技术之一。然而，传统的地下渗滤系统存在一些不足，如水力负荷低、 占地面积大、易堵塞使用寿命短等，从而限制了其推广使用。
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装置。
本发明的又一目的在于提供一种利用上述装置处理含磷有机废水的 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装置，主 要由涡凹气浮装置、生物转盘-生物滤池复合装置、垂直潜流人工湿地和旋 流除砂装置组成;其中：
涡凹气浮装置分为曝气区、刮渣区、涡凹气浮装置出水区三个部分， 污水进水管连接曝气区，在曝气区内设置有一连接纳米曝气机的纳米曝气 头，叶轮和电机固定在涡凹气浮装置上端，由纳米曝气头、纳米曝气机、 叶轮和电机构成涡凹曝气机;刮渣区上方的传动装置带动链轮运转，通过 链轮上的刮泥板将污水表面的泥渣、油渣刮除至集渣槽内排除;出水区内 由两个折板组成，隔绝涡凹气浮装置上部的浮渣及底部的污泥;曝气区底 部与刮渣区底部通过一通气管相连，防止进水不足造成涡凹曝气机空转; 涡凹气浮装置的出水自流至生物转盘-生物滤池复合装置的高位进水管;
生物转盘-生物滤池复合装置的生物滤池底部铺设有用以除磷的石灰 石，并填充有轻质分子筛和流动性聚乙烯的流动填料，流动填料上方使用 隔栏防止混合填料流失;流动填料上方安装有生物转盘，生物转盘的下部 浸在生物滤池内的液体中;生物滤池由第一墙体分成第一区生物转盘和第 二区生物转盘。第一区生物转盘置于高位进水管的正下方，生物转盘的盘 边布满水槽，在高位进水对水槽的冲击下，生物转盘不断旋转;第二区生 物转盘的一侧设有溢流堰;第一区生物转盘与第二区生物转盘通过齿轮传 动，在间接动力下转动;生物转盘-生物滤池复合装置的出水通过液压泵流 至垂直潜流人工湿地;
垂直潜流人工湿地为混凝土构筑墙体并做防渗处理，垂直潜流人工湿 地内由第二隔墙分为两个区域;连接生物转盘-生物滤池复合装置的一侧为 垂直潜流湿地主体区，连接旋流除砂装置一侧为出水区;垂直潜流湿地主 体区内填充有弗罗里硅藻土、砾石、石灰石及沸石的混合填料，混合填料 表层布设多个钻孔PVC管作为进水管，第二隔墙与垂直潜流人工湿地底 部设有一过水空隙，在第二隔墙两侧的过水空隙处各设有过水管用于过 水，以防止垂直潜流湿地主体区内填充的混合填料流失;出水区的上清液 输至旋流除砂装置内;
旋流除砂装置底部开设有排泥孔，旋流除砂装置的顶部设置有搅拌 机，搅拌机的叶轮向上倾斜，旋转时将使旋流除砂装置中的污水作螺旋运 动，污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。
所述的垂直潜流人工湿地净化污水装置，其中，涡凹气浮装置中的纳 米曝气头进气为O2，用于发生纳米气泡，以提升气浮效果。
所述的垂直潜流人工湿地净化污水装置，其中，生物转盘的主体为饼 状中空铁笼，内部填充有聚乙烯球，聚乙烯球内部中空，填充有轻质粉颗 粒分子筛填料，轻质粉颗粒分子筛填料的填充度为50%。
所述的垂直潜流人工湿地净化污水装置，其中，垂直潜流人工湿地内 的混合填料表面种植有根系发达的植物。
所述的垂直潜流人工湿地净化污水装置，其中，垂直潜流人工湿地内 的混合填料表面种植有根系发达的皇竹草和狼尾草。
本发明提供的利用上述垂直潜流人工湿地净化污水装置处理含磷有 机废水的方法：
待处理的污水首先进入涡凹气浮装置的曝气区，与涡凹曝气机产生的 微小气泡及纳米曝气机产生的纳米气泡充分混合，气泡在上升的过程中利 用不同粒径的气泡将大型颗粒以及微纳米絮体、胶体级别的悬浮物质粘 附，使其随之浮在水面上，将固体悬浮物带到水面，刮泥板沿液面运行将 悬浮物刮至集渣槽内，污水净化后在排放前会经过两个折板流入出水区， 确保槽中的液体不会流入污泥排放管道，同时进行二次沉淀，防止污泥进 入出水区;
经过涡凹气浮装置处理后的出水导入高位进水管，利用高位进水冲击 生物转盘-生物滤池复合装置中第一区生物转盘的水槽，使生物转盘旋转， 污水流经底部用以除磷的石灰石，以及轻质分子筛和聚乙烯的流动填料， 通过附着的生物膜对污水进一步进行处理净化，然后从底部流入第二区生 物转盘，第二区生物转盘在水流的动力下进行转动进行好氧消化;第一区 生物转盘和第二区生物转盘在转动过程中，不规则的碰撞使轻质分子筛填 料表面生物膜相互摩擦脱落;通过轻质分子筛和聚乙烯的流动填料吸附污 水中的氨氮污染物质，抑制污水生物毒性，提高处理过程中微生物活性， 保证生物处理过程的效率;生物转盘工作时，转盘上方与空气接触，其内 部分子筛内氨氮氧化为硝氮溶出，转动入污水内部，再次吸附氨氮，并在 反硝化过程中消耗污水内有机物，周而复始处理污水;
生物转盘-生物滤池复合装置的出水流至垂直潜流人工湿地内进行再 度处理，脱除污水中残余氨氮及其他污染物质，在提高污水水质的同时， 避免处理过程中二次污染的产生;垂直潜流人工湿地出水区的上清液输至 旋流除砂装置内，通过旋转时污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。
所述的方法，其中，垂直潜流人工湿地内的混合填料的表面种植有根 系发达的植物，利用植物庞大根系增强植物根系与微生物的联合效果，避 免土壤板结。
所述的方法，其中，垂直潜流人工湿地的部分出水回流至生物转盘- 生物滤池复合装置进水，调节水质并刺激微生物生长过程分泌次生物质。
本发明结合生物滤池及生物转盘，使用前后两段好氧生物转盘以及中 间段的缺氧生物滤池进行污水处理，高效去除污水中营养盐及有机物，通 过填料降低污水毒性，提高生物处理效果。生物转盘工作时，转盘上方与 空气接触，其内部分子筛内氨氮氧化为硝氮溶出，转动入污水内部，再次 吸附氨氮，并在反硝化过程中消耗污水内有机物，周而复始处理污水。同 时使用垂直流人工湿地进行再度处理，高效脱除污水中残余氨氮及其他污 染物质，提高污水水质的同时，避免处理过程中二次污染的产生，同时采 用无动力运转技术，以机械法扩展了污水处理的方法，大大降低污水深度 处理的造价和费用。