申请日2014.07.25
公开(公告)日2014.12.10
IPC分类号C02F9/14
摘要
一种逐级过滤污水处理的装置，主要由生物滤池、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置、氮吸附池、磷吸附池和光催化降解反应装置组成。本发明还公开了利用上述装置进行污水处理的方法。本发明深度氧化降解残余多环芳烃类化合物以及杂环类化合物等难降解污染物质，并灭菌消毒，降低了出水的色度可达到99%以上，通过该装置处理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，提高出水水质。本发明的方法高效安全，操作简单。处理的污水可作为中水进行回用，如：灌溉、冲厕、地面清洗等。
权利要求书
1.一种逐级过滤污水处理的装置，主要由生物滤池、纳米曝气凝聚- 微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置、氮吸附池、磷吸附池和光催化降解 反应装置组成;其中：
生物滤池的底部开设有排泥口，生物滤池的内部位于排泥口上方设置 有纳米曝气盘，纳米曝气盘上方设置有多孔板，多孔板上方为生物滤池， 填充有砾石填料，生物滤池处理的出水导入纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置 中;
纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置底部设有螺旋输泥器，纳米曝气凝聚- 微涡流絮凝装置连接生物滤池的一端为主反应区，用于完成纳米气浮-凝聚 过程，中央为絮体拦截区，右边为絮体二次拦截区;主反应区内填充微涡 流混凝器，内部上方有纳米曝气头;在主反应区的顶端有加药装置用以添 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，立体网状结构填料底部设置出水口连接旋三级反冲筛滤装置;
三级反冲筛滤装置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集水池两个 部分;三级反冲筛滤装置内的集水池与水池两部分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装置破裂甚至爆炸;
多孔网格为两层，中间铺设并固定一层不锈钢网，多孔网格的下方设 置有紧密排列的圆筒状的分流仓分割空间，防止局部压力过大冲破多孔网 格。多孔网格上方安放有纳米曝气头埋设在填充的混合填料中，混合填料 靠近进水堰处设有一阻流板，靠近回流槽的一侧设有一曝气管，曝气管设 有多个细孔曝气孔，曝气孔垂直向上;混合填料中安装有超声波发生仪;
分流仓下方的集水池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，底部安装有紫外灭菌灯，且紫外灭菌灯之间设置有 O3的曝气纳米曝气头，集水池内剩余的空间填充有半导体负载填料;三级 反冲筛滤装置处理后的污水通过水泵输送至氮吸附池和磷吸附池;
氮吸附池和磷吸附池的结构是在吸附池的底部设有排泥口，吸附池内 安装有多孔网格，氮吸附池内的多孔网格上方填充有粉煤灰合成分子 筛，磷吸附池内的多孔网格上方填充有粉煤灰制备的分子筛作为改性磷吸 附剂;在氮吸附池及磷吸附池进水处安装有加药装置，以在两个吸附池进 水中添加缓释杀虫剂;经氮吸附池及磷吸附池处理后的污水直接导入光催 化降解反应装置中;
光催化降解反应装置内壁负载一层非金属掺杂光催化剂，底部开设有 排泥口，位于排泥口上方设置有纳米曝气盘，纳米曝气盘上设置有低压紫 外汞灯框架，低压紫外汞灯框架上安装有紫外灭菌灯，紫外灭菌灯设有防 水套筒，光催化降解反应装置内部剩余空间填充有半导体负载填料;光催 化降解反应装置的出水口设置有筛网。
2.根据权利要求1所述的逐级过滤污水处理的装置，其中，生物滤 池内的砾石粒径为15-30mm。
3.根据权利要求1所述的逐级过滤污水处理的装置，其中，三级反 冲筛滤装置内的混合填料选取石英砂、改性锰砂与天然沸石分子筛的混合 物，体积混合比例为9:3:1，过滤精度为0.4-1.5mm。
4.根据权利要求1所述的逐级过滤污水处理的装置，其中，生物滤 池、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置及光催化降解反应 装置的筛滤池和集水池内，纳米曝气头/盘分别与一纳米曝气机连接。
5.根据权利要求1或4所述的逐级过滤污水处理的装置，其中，生 物滤池、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 池及光催化降解反应装置的纳米曝气头进气为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所述的逐级过滤污水处理的装置，其中，生物滤 池、氮吸附池、磷吸附池底端开设的排泥口呈15-45度锥角。
7.根据权利要求1所述的逐级过滤污水处理的装置，其中，氮吸附池 内填充的粉煤灰合成分子筛粒径为5mm;磷吸附池内填充的改性磷吸附剂 粒径为5mm。
8.根据权利要求1所述的逐级过滤污水处理的装置，其中，氮吸附 池及磷吸附池的加药装置内添加的缓释杀虫剂为噻虫嗪。
9.利用权利要求1所述逐级过滤污水处理的装置进行污水处理的方 法：
污水经生物滤池的砾石填料的过滤，部分胶状悬浮物得以截留，同时 砾石填料表面形成的生物膜上的微生物摄取、分解水中的有机物、氮、磷 等营养物质，净化水质;
出水导至纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置内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 处理的污水进入氮吸附池和磷吸附池;
同时三级反冲筛滤装置的部分出水回流至生物滤池，调节水质并刺激 微生物生理活动，筛选形成具有分子筛的离子交换功能的颗粒活性基团;
氮吸附池利用分子筛填料的吸附及离子交换等作用吸附污水中剩余 的氮及一部分磷;磷吸附池使用改性磷吸附剂去除污水中剩余磷元素，在 氮吸附池及磷吸附池进水处安装有加药装置，在两吸附池进水中添加缓释 杀虫剂，以抑制分子筛及改性磷吸附剂内微生物的生长，防止由于污泥滋 生造成吸附池的堵塞;磷吸附池的出水导入光催化降解反应装置内进行光 催化降解反应。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，氮吸附池及磷吸附池的加药 装置内添加的缓释杀虫剂为噻虫嗪。
说明书
一种逐级过滤污水处理的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种逐级过滤污水处理的装置，具体地涉及一种层层剥离 污水中污染物质的工艺方法。
本发明还涉及利用上述装置过滤污水的具体方法。
背景技术
随着我国经济发展加速，污水排放量急剧增加。排放污水中含有大量 固体颗粒、氮磷、微生物等污染物质。直接排放，势必会污染水源和环境、 传播疾病、危害人们的健康，如果将废水进行处理后达标排放，将会大大 改善环境质量。污水中的有机物及大量增殖的细菌大量消耗水中溶解的氧 气，使湖水变得缺氧，危及水生生物的生存;而且水中缺氧致使需要氧气 的微生物死亡，而正是这些需氧微生物因能够分解有机质，维持着河流、 小溪的自我净化能力，最终导致的后果是：河流和溪流发黑变臭，毒素大 量积累。而产生这种状况的原因是污水未能及时处理，导致内部易降解有 机物消耗殆尽，污水生化性急剧降低，处理难度越来越大。本发明利用装 置之间的相互关系以及后续独特设计的装置，从根本上解决了这一问题： 纳米二氧化钛晶体本身具有灭菌消毒的性能，同时其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，分解其中残留的少量芳香环难降解有机 化合物并灭杀污水中的细菌以及病原菌，去除率均可达100%。本发明工 艺流程简单、管理方便、投资省、运行费用低、工艺稳定性高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种逐级过滤污水处理的装置。
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，本发明提供的逐级过滤污水处理的装置，主要由生 物滤池、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置、氮吸附池、 磷吸附池和光催化降解反应装置组成;其中：
生物滤池的底部开设有排泥口，生物滤池的内部位于排泥口上方设置 有纳米曝气盘，纳米曝气盘上方设置有多孔板，多孔板上方为生物滤池， 填充有砾石填料，生物滤池处理的出水导入纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置 中;
纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置底部设有螺旋输泥器，纳米曝气凝聚- 微涡流絮凝装置连接生物滤池的一端为主反应区，用于完成纳米气浮-凝聚 过程，中央为絮体拦截区，右边为絮体二次拦截区;主反应区内填充微涡 流混凝器，内部上方有纳米曝气头;在主反应区的顶端有加药装置用以添 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，立体网状结构填料底部设置出水口连接旋三级反冲筛滤装置;
三级反冲筛滤装置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集水池两个 部分;三级反冲筛滤装置内的集水池与水池两部分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装置破裂甚至爆炸;
多孔网格为两层，中间铺设并固定一层不锈钢网，多孔网格的下方设 置有紧密排列的圆筒状的分流仓分割空间，防止局部压力过大冲破多孔网 格。多孔网格上方安放有纳米曝气头埋设在填充的混合填料中，混合填料 靠近进水堰处设有一阻流板，靠近回流槽的一侧设有一曝气管，曝气管设 有多个细孔曝气孔，曝气孔垂直向上;混合填料中安装有超声波发生仪;
分流仓下方的集水池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，底部安装有紫外灭菌灯，且紫外灭菌灯之间设置有 O3的曝气纳米曝气头3C，集水池内剩余的空间填充有半导体负载填料; 三级反冲筛滤装置处理后的污水通过水泵输送至氮吸附池和磷吸附池;
氮吸附池和磷吸附池的结构是在吸附池的底部设有排泥口，吸附池内 安装有多孔网格，氮吸附池内的多孔网格上方填充有粉煤灰合成分子 筛，磷吸附池内的多孔网格上方填充有改性磷吸附剂;在氮吸附池及磷吸 附池进水处安装有加药装置，以在两个吸附池进水中添加缓释杀虫剂;经 氮吸附池及磷吸附池处理后的污水直接导入光催化降解反应装置中;
光催化降解反应装置内壁负载一层非金属掺杂光催化剂，底部开设有 排泥口，位于排泥口上方设置有纳米曝气盘，纳米曝气盘上设置有低压紫 外汞灯框架，低压紫外汞灯框架上安装有紫外灭菌灯，紫外灭菌灯设有防 水套筒，光催化降解反应装置内部剩余空间填充有半导体负载填料;光催 化降解反应装置的出水口设置有筛网。
所述的逐级过滤污水处理的装置其中，生物滤池内的砾石粒径为 15-30mm。
所述的逐级过滤污水处理的装置中，三级反冲筛滤装置内的混合填料 选取石英砂、改性锰砂与天然沸石分子筛的混合物，过滤精度为0.4-1.5 mm。
所述的逐级过滤污水处理的装置中，生物滤池、纳米曝气凝聚-微涡流 絮凝装置、三级反冲筛滤装置及光催化降解反应装置的筛滤池和集水池 内，纳米曝气头/盘分别与一纳米曝气机连接。
所述的逐级过滤污水处理的装置中，生物滤池、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光催化降解反应装置的纳 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。
所述的逐级过滤污水处理的装置中，生物滤池、氮吸附池、磷吸附池 底端开设的排泥口呈15-45度锥角。
所述的逐级过滤污水处理的装置中，氮吸附池内填充的粉煤灰合成分 子筛粒径为5mm;磷吸附池内填充的改性磷吸附剂粒径为5mm。
本发明提供的利用上述逐级过滤污水处理的装置进行污水处理的方 法：
污水经生物滤池的砾石填料的过滤，部分胶状悬浮物得以截留，同时 砾石填料表面形成的生物膜上的微生物摄取、分解水中的有机物、氮、磷 等营养物质，净化水质;
出水导至纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置内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 处理的污水进入氮吸附池和磷吸附池;
氮吸附池利用分子筛填料的吸附及离子交换等作用吸附污水中剩余 的氮及一部分磷等营养物质;磷吸附池使用改性磷吸附剂去除污水中剩余 磷元素，在氮吸附池及磷吸附池进水处安装有加药装置，在两吸附池进水 中添加缓释杀虫剂，以抑制分子筛及改性磷吸附剂内微生物的生长，防止 由于污泥滋生造成吸附池的堵塞;磷吸附池的出水导入光催化降解反应装 置内进行光催化降解反应。
所述的方法其中，氮吸附池及磷吸附池的加药装置内添加的缓释杀虫 剂为噻虫嗪。
本发明的纳米曝气混凝工艺进行凝聚-絮凝过程，再使用三级反冲洗筛 滤过滤杂质，以避免其对接下来的处理步骤造成阻塞;而后使用生物滤池， 利用生物膜上的微生物摄取、分解水中的有机物、氮、磷等营养物质，净 化水质;接下来的氮吸附池中分子筛吸附和离子交换污水内剩余的氮及一 部分磷等营养物质;磷吸附池中改性磷吸附剂去除污水中剩余磷元素;最 后使用光降解环节，深度氧化降解残余多环芳烃类化合物以及杂环类化合 物等难降解污染物质，并灭菌消毒，降低了出水的色度，提高出水水质。 本工艺高效安全，操作简单。处理的污水可作为中水进行回用，如：灌溉、 冲厕、地面清洗等。