垂直潛流人工濕地凈化污水中水回用裝置和處理方法
【專利摘要】一種垂直潛流人工濕地凈化污水中水回用裝置，由格柵機、垂直潛流人工濕地、納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置、三級反沖篩濾裝置和超濾裝置組成。本發(fā)明還公開了利用上述裝置進行污水處理的方法。本發(fā)明能對澄清污水進行高級氧化處理，降低運行費用的同時，提高處理效率及處理量，優(yōu)化工藝性能，提高出水水質(zhì)。本發(fā)明對污水中細菌、病原體的去除率高，處理后的污水中芳香性類富里酸物質(zhì)降低95％以上，污水濁度降低99％，出水水質(zhì)透明度高，避免其排入水體對人體健康產(chǎn)生威脅。
【專利說明】垂直潛流人工濕地凈化污水中水回用裝置和處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種垂直潛流人工濕地凈化污水中水回用裝置，具體地涉及一種去除 污水中污染物質(zhì)（如：氮、磷、有機物、微生物、無機物等化學雜質(zhì)）的垂直潛流人工濕地凈 化污水中水回用裝置。
[0002] 本發(fā)明還涉及利用上述裝置進行污水處理的方法。

【背景技術(shù)】
[0003] 當前，由于度地、毫無節(jié)制地開發(fā)水資源，環(huán)境保護意識比較差，使地表水和地下 水均受到了不同程度的污染，使原本具有良好水質(zhì)的新鮮水供應(yīng)受到限制；而且，待開發(fā)的 新鮮水源離集中供水點距離較遠，一次性投資費用高昂，很多缺水地區(qū)無力擴大供水能力， 于是引出了中水概念。中水也就是將人們在生活和生產(chǎn)中用過的優(yōu)質(zhì)雜排水（不含糞便和 廚房排水）、雜排水（不含糞便污水）以及生活污（廢）水經(jīng)集流再生處理后回用，充當?shù)?面清潔、澆花、洗車、空調(diào)冷卻、沖洗便器、消防等不與人體直接接觸的雜用水。因其水質(zhì)指 標低于城市給水中飲用水水質(zhì)標準，但又高于污水允許排入地面水體排放標準，即其水質(zhì) 居于生活飲用水水質(zhì)和允許排放污水水質(zhì)標準之間，故取名為"中水"。
[0004] 常規(guī)生物處理或生態(tài)處理工藝出水雜質(zhì)過多、出水水質(zhì)不達標，所以固有的生態(tài) 處理不能滿足中水回用的需要，但生態(tài)法處理污水建設(shè)造價低，操作簡單，故而本發(fā)明采用 新技術(shù)理念設(shè)計一套裝置和方法，使得出水達到中水回用的標準。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種垂直潛流人工濕地凈化污水中水回用裝置。
[0006] 本發(fā)明的又一目的在于提供一種利用上述裝置進行污水處理的方法。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的垂直潛流人工濕地凈化污水中水回用裝置，由格 柵機、垂直潛流人工濕地、納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置、三級反沖篩濾裝置和超濾裝置 組成，其中：
[0008] 分離和攔截污水中的固體懸浮物格柵機連接垂直潛流人工濕地；
[0009] 垂直潛流人工濕地由墻體將其分為兩個主體區(qū)域和出水區(qū)，連接格柵機的一側(cè)為 垂直潛流濕地主體，相鄰的另一側(cè)為出水區(qū)，垂直潛流濕地主體內(nèi)填充有由礫石、粗砂、石 灰石、沸石組成的混合填料，混合填料表層布設(shè)多個鉆孔PVC管作為進水管，垂直潛流濕地 主體與出水區(qū)之間的墻體底部設(shè)有過水管用于過水；出水區(qū)內(nèi)填充有分子篩填料，出水區(qū) 的出水口連接納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置；
[0010] 納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置底部設(shè)有螺旋輸泥器和出泥口，納米曝氣凝 聚-微渦流絮凝裝置連接垂直潛流人工濕地的出水區(qū)的一側(cè)為主反應(yīng)區(qū)，用于完成納米氣 浮-凝聚過程，相鄰主反應(yīng)區(qū)為絮體攔截區(qū)，相鄰絮體攔截區(qū)的為絮體二次攔截區(qū)；主反應(yīng) 區(qū)內(nèi)設(shè)有微渦流混凝器，主反應(yīng)區(qū)內(nèi)部上方有通入〇 2的納米曝氣頭，主反應(yīng)區(qū)頂端設(shè)有用 以添加混凝劑加藥裝置；絮體攔截區(qū)內(nèi)鋪設(shè)有用于絮體攔截沉淀的斜管；絮體二次攔截區(qū) 內(nèi)部填充有聚丙烯的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)填料，立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)填料下方鋪設(shè)一納米曝氣頭，底部 設(shè)置出水口，出水通過液壓泵連接旋三級反沖篩濾裝置的進水口；
[0011] 三級反沖篩濾裝置水池的進水口處設(shè)有一進水堰，出水口處設(shè)有回流槽，三級反 沖篩濾裝置內(nèi)部由多孔網(wǎng)格分為上部的水池和下部的分流倉兩個部分，分流倉為緊密排列 的圓筒狀；多孔網(wǎng)格上方中央安放一納米曝氣頭，埋設(shè)在填充的篩濾填料中，篩濾填料上方 靠近進水堰處設(shè)有一阻流板，靠近回流槽的一側(cè)設(shè)有一通入〇 2的曝氣管，曝氣管設(shè)有多個 細孔曝氣孔，曝氣孔垂直向上，篩濾填料安裝有超聲波發(fā)生儀；分流倉的下方為儲水箱，儲 水箱外壁涂刷避光黑色涂料，其內(nèi)壁均勻負載一層非金屬摻雜的光催化劑，其底部安裝有 紫外滅菌燈，且滅菌燈之間設(shè)置有通入〇 3的曝氣納米曝氣頭，儲水箱內(nèi)剩余的空間填充有 半導體負載填料；三級反沖篩濾裝置的出水直接導入超濾裝置內(nèi)；
[0012] 中空纖維超濾器安置于超濾裝置中，納米曝氣機設(shè)置在中空纖維超濾器的正下 方，出水采用液壓泵進行負壓出水方式。
[0013] 所述的垂直潛流人工濕地凈化污水中水回用裝置中，格柵機內(nèi)篩網(wǎng)為不銹鋼材 質(zhì)，過濾精度為8mm。
[0014] 所述的垂直潛流人工濕地凈化污水中水回用裝置中，垂直潛流人工濕地使用混凝 土構(gòu)筑墻體，表面做防滲處理。
[0015] 所述的垂直潛流人工濕地凈化污水中水回用裝置中，垂直潛流人工濕地的混合填 料表面種植有植物。
[0016] 所述的垂直潛流人工濕地凈化污水中水回用裝置中，三級反沖篩濾裝置中的多孔 網(wǎng)格為兩層，中間鋪設(shè)并固定一層不銹鋼網(wǎng)。
[0017] 所述的垂直潛流人工濕地凈化污水中水回用裝置中，三級反沖篩濾裝置的水池與 分流倉連接一通氣管通往大氣，以防止三級反沖篩濾裝置內(nèi)壓力過高造成破裂甚至爆炸。
[0018] 所述的垂直潛流人工濕地凈化污水中水回用裝置中，三級反沖篩濾裝置的篩濾 填料選取石英砂、改性錳砂與天然沸石分子篩混合，體積混合比例為7:1. 5:1. 5,粒徑為 0· 5_L 2mm〇
[0019] 本發(fā)明提供的利用上述垂直潛流人工濕地凈化污水中水回用裝置進行污水處理 的方法：
[0020] 格柵機將污水中的固體懸浮物進行分離、攔截，降低污水處理難度，經(jīng)過格柵處 理的污水導入垂直潛流人工濕地進行過濾處理，過濾處理后的上清液先進入納米曝氣凝 聚-微渦流絮凝裝置的主反應(yīng)區(qū)內(nèi)進行納米氣浮-凝聚處理后，于微渦流混凝器再次凝 聚-絮凝，而后自流至絮體攔截區(qū)，絮體在斜管的攔截作用下沉至反應(yīng)器底部，定時在螺旋 輸送器的帶動下自出泥口定期排出，澄清液溢流至絮體二次攔截區(qū)，在度立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)填 料的作用下進行二次攔截，過濾后的清液自出水口排出進入三級反沖篩濾裝置；
[0021] 在三級反沖篩濾裝置中，儲水箱內(nèi)納米曝氣頭不連續(xù)工作，空氣自多孔網(wǎng)格向上 鼓起，分割成小氣泡，間歇沖散篩濾填料上的致密污物層，污染物質(zhì)層破碎成片狀浮起，在 曝氣管的浮力以及進水沖擊擋流板向右推力的協(xié)同作用下，溢流至回流槽，使篩濾填料截 留的污染物集中排除裝置外，與進水混合重新處理，以延長三級反沖篩濾裝置使用壽命及 反洗周期；
[0022] 儲水箱內(nèi)的納米曝氣頭采用03曝氣，由于納米氣泡具有龐大的數(shù)量、比表面積、緩 慢的上升速度等特性，同時氣泡在水中停留時間長，增加了氣液接觸面積、接觸時間，利于 臭氧溶于水中，克服了臭氧難溶于水的缺點；微氣泡內(nèi)部具有較大的壓力且納米氣泡破裂 時界面消失，周圍環(huán)境劇烈改變產(chǎn)生的化學能促使產(chǎn)生更多的羥基自由基· 0H，增強〇3氧 化分解有機物的能力；且納米級別〇3氣泡與紫外滅菌燈、半導體負載填料共存于儲水箱，提 高高級氧化效果，可有效提高· 0H產(chǎn)生率，經(jīng)三級反沖篩濾裝置處理的污水進入超濾裝置 內(nèi)經(jīng)中空纖維超濾器進行超濾，出水采用液壓泵進行負壓出水方式，去除污水中的剩余懸 浮物，使出水達到中水回用標準。
[0023] 所述的污水處理方法中，納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置及三級反沖篩濾裝置的 反沖洗時納米曝氣頭進氣為〇 2，用于混凝攪拌和清潔填料；三級反沖篩濾裝置的儲水池納 米曝氣頭進氣為〇3，通過納米曝氣強化羥基自由基的產(chǎn)生過程。
[0024] 本發(fā)明的裝置和污水處理方法凈化的污水，使其出水可做中水回用，使用格柵格 除污水中較大固體，隨后使用垂直潛流人工濕地進行生物處理，高效脫除污水中氨氮，去 除有機物，并在出水池設(shè)置分子篩過濾段大量吸附殘余污染物質(zhì)。后續(xù)采用納米曝氣凝 聚-微渦流絮凝裝置對污水進行絮凝處理，并使用三級反沖洗篩濾-光催化降解池過濾絮 凝后污水，三級反沖篩濾裝置中納米二氧化鈦晶體作為光觸媒在紫外燈照射下激發(fā)極具氧 化力的自由負離子，同時在納米曝氣過程中以及超聲波發(fā)生過程激發(fā)的能量亦可發(fā)生并加 強自由負離子的產(chǎn)生，達成光催化效果；而自由負離子以及其擺脫共價鍵的束縛后留下空 位，與納米氣泡表面帶有的電荷同時產(chǎn)生微電解效果，對澄清污水進行高級氧化并微電解 處理，降低運行費用的同時，提高處理效率及處理量，優(yōu)化工藝性能，提高出水水質(zhì)。本工藝 尤其對污水中細菌、病原體有較高的去除率，避免其排入水體對人體健康產(chǎn)生威脅。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1是本發(fā)明的裝置示意圖。
[0026] 附圖中主要組件符號說明：
[0027] 1格柵機；2墻體；3進水管；4混合填料；5出水區(qū)；6分子篩填料；7液壓泵；8主 反應(yīng)區(qū)；9A、9B、9C、9D、9E納米曝氣頭 ；10加藥裝置；11絮體攔截區(qū)；12斜管；13納米曝氣 凝聚-微渦流絮凝裝置；14絮體二次攔截區(qū)；15立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)填料；16第一閥門；17第二 閥門；18增壓泵；19進水堰；20阻流板；21混合填料；22三級反沖篩濾裝置；23曝氣管；24 回流槽；25多孔網(wǎng)格；26分流倉；27超濾裝置；28中空纖維超濾器；29納米曝氣機；30第一 閘閥；31第二閘閥；32半導體負載填料；33紫外滅菌燈；34儲水箱；35通氣管；36出水口； 37出泥口；38螺旋輸送器；39微渦流混凝器；40過水管；41超聲波發(fā)生儀；A垂直潛流人工 濕地；A1垂直潛流濕地主體。

【具體實施方式】
[0028] 本發(fā)明的目的在于提供一種垂直潛流人工濕地凈化污水中水回用裝置，可以高效 去除污水中污染物質(zhì)（如：氮、磷、有機物、微生物、無機物等化學雜質(zhì)）。
[0029] 請結(jié)合圖1，本發(fā)明提供的處理污水的垂直潛流人工濕地凈化污水中水回用裝置， 其主要結(jié)構(gòu)包括：
[0030] 格柵機1，內(nèi)部的篩網(wǎng)為不銹鋼材質(zhì)，過濾精度為8_，格柵機1對待處理的污水進 行格柵處理，將出水中的大型固體，以及大于格柵孔徑的固體懸浮物分離、攔截，降低污水 處理難度，經(jīng)過格柵處理的污水導入垂直潛流人工濕地A。
[0031] 垂直潛流人工濕地A由墻體2將其分為垂直潛流濕地主體A1和出水區(qū)5兩個區(qū) 域，垂直潛流人工濕地A的墻體2為混凝土構(gòu)筑墻體，表面做防滲處理。連接格柵機1的一 側(cè)為垂直潛流濕地主體A1，相鄰的另一側(cè)為出水區(qū)5。垂直潛流濕地主體A1內(nèi)填充礫石、 粗砂、石灰石、沸石幾種混合填料4,混合填料4表層布設(shè)多個鉆孔PVC管作為進水管3,混 合填料4上方表面種植植物，垂直潛流濕地主體A1與出水區(qū)5之間的墻體底部設(shè)有過水管 40用于過水，并防止填料流失；出水區(qū)5內(nèi)填充有分子篩填料6,分子篩填料6的填充體積 占出水區(qū)5的一半，出水區(qū)5的上清液使用液壓泵7抽至納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置 13內(nèi)進行混凝處理。
[0032] 納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置13底部設(shè)有螺旋輸泥器38和出泥口 37,納米曝 氣凝聚-微渦流絮凝裝置13連接垂直潛流人工濕地A的出水區(qū)5的一側(cè)為主反應(yīng)區(qū)8,用 于完成納米氣浮-凝聚過程，相鄰主反應(yīng)區(qū)8為絮體攔截區(qū)11，相鄰絮體攔截區(qū)11的為絮 體二次攔截區(qū)14。主反應(yīng)區(qū)8內(nèi)填充微渦流混凝器39,主反應(yīng)區(qū)8內(nèi)部上方有納米曝氣頭 9A，使用有機玻璃固定，主反應(yīng)區(qū)8頂端設(shè)有加藥裝置10用以添加混凝劑，混凝劑為聚合氯 化鋁PAC+陽離子聚丙烯酰胺CPAM，其添加摩爾質(zhì)量比例約為20:1 ;絮體攔截區(qū)11內(nèi)鋪設(shè) 有斜管12用于絮體攔截沉淀；絮體二次攔截區(qū)14內(nèi)部填充有聚丙烯的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)填料 15,立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)填料15下方鋪設(shè)一納米曝氣頭9B，底部設(shè)置出水口 36,出水通過液壓泵 連接旋三級反沖篩濾裝置22。
[0033] 本發(fā)明的采用納米曝氣技術(shù)改進混凝工藝的凝聚過程，主要分為三個步驟：
[0034] (A)微納米曝氣前期氣浮過程：微納米氣泡傳質(zhì)過程中，污水中的微細污染物顆 粒俘獲在氣泡表面或與氣泡粘附在一起，在氣泡上升過程中帶動微細污染物顆粒上浮至水 體表面，達成氣浮作用從而實現(xiàn)清水與懸浮顆粒物、膠體的分離；
[0035] (B)微納米曝氣中期加藥混凝過程：利用微納米氣泡發(fā)生過程的強烈沖擊力以及 上浮過程中的氣液兩相相對運動、氣泡爆炸時局部產(chǎn)生的高溫高壓狀態(tài)和爆破力，對污水 進行熱補償?shù)耐瑫r施加強烈攪拌作用，迅速將混凝劑分散至待處理水體的各處，使混凝劑 與污水快速均勻混合，打散包裹住混凝劑的膠體塊，提高其分散程度，促進膠體相互碰撞凝 聚成絮體。而當混凝劑被包裹形成絮體后，在納米曝氣下絮體成長質(zhì)量更高，成長過大的絮 體在納米曝氣的作用下會破碎成較小絮體從而恢復(fù)并保持絮凝能力（絮體過大會使總表 面積減小，吸附能力下降），密實度較低的絮體在納米曝氣的剪切力作用下會破碎并重新絮 凝成密實度較高的絮體，有利于沉淀分離。
[0036] (C)微納米曝氣后期熱斷裂過程：利用微納米曝氣過程產(chǎn)生的以及氣泡爆炸時局 部產(chǎn)生的高溫高壓狀態(tài)實現(xiàn)絮體薄弱處的斷裂，進而重新撞擊、吸附污水中膠體、懸浮物以 形成更加穩(wěn)固的絮體。
[0037] 為了讓形成的絮體更好的吸附脫穩(wěn)膠體而成長的絮凝過程，本發(fā)明同時使用微渦 流混凝器，渦流反應(yīng)器形成的微渦旋流動能有效地促進水中微粒的擴散與碰撞。一方面， 混凝劑水解形成膠體在微渦流作用下快速擴散并與水中膠體充分碰撞，使水中膠體快速脫 穩(wěn)；另一方面，水中脫穩(wěn)膠體在微渦流作用下具有更多碰撞機會，因而具有更高的凝聚效 率。
[0038] 污水經(jīng)過納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置13的主反應(yīng)區(qū)納米氣浮-凝聚處理后， 于微渦流混凝器再次凝聚-絮凝，而后自流至中間絮體攔截區(qū)，絮體在斜管的攔截作用下 沉至反應(yīng)器底部，定時在螺旋輸送器的帶動下自出泥口定期排出，澄清液溢流至右側(cè)絮體 二次攔截區(qū)，在高密度立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)填料的作用下進行二次攔截，過濾后的清液自出水口 排出。二次攔截區(qū)填料定期清洗，清洗時同時開啟填料底部納米曝氣頭，利用納米曝氣技術(shù) 沖擊、氧化、氣浮及高溫作用協(xié)同清洗。出水通過增壓泵18導入三級反沖篩濾裝置22的進 水口。
[0039] 三級反沖篩濾裝置22的進水口處設(shè)有一進水堰19,出水口處設(shè)有回流槽24,三級 反沖篩濾裝置22內(nèi)部由多孔網(wǎng)格25分為上部的水池和下部的分流倉26兩個部分。三級 反沖篩濾裝置22內(nèi)部的分流倉與水池兩部分連接一通氣管35通往大氣，以防止三級反沖 篩濾裝置內(nèi)壓力過高造成裝置破裂甚至爆炸。
[0040] 多孔網(wǎng)格25為兩層，中間鋪設(shè)并固定一層不銹鋼網(wǎng)，多孔網(wǎng)格25的下方設(shè)置有緊 密排列的圓筒狀的分流倉26分割空間，防止局部壓力過大沖破多孔網(wǎng)格25。多孔網(wǎng)格25 上方中央安放一納米曝氣頭9C埋設(shè)在填充的篩濾填料21中，篩濾填料21選取石英砂、改 性錳砂與天然沸石分子篩混合，體積混合比例為7:1. 5:1. 5,粒徑為0. 5-1. 2mm。納米曝氣 頭9C通過流量計與一曝氣機連接。篩濾填料21靠近進水堰19處設(shè)有一阻流板20,靠近回 流槽24的一側(cè)設(shè)有一曝氣管23,曝氣管23設(shè)有多個細孔曝氣孔，曝氣孔垂直向上。篩濾填 料21中安裝有超聲波發(fā)生儀41。分流倉26的下方為儲水箱34,儲水箱34外壁涂刷避光 黑色涂料，其內(nèi)壁均勻負載一層非金屬摻雜的光催化劑（如碳摻雜的納米Ti0 2粉體），其底 部安裝有紫外滅菌燈33,且滅菌燈33之間設(shè)置有03的曝氣納米曝氣頭9D，儲水箱內(nèi)剩余 的空間填充有半導體負載填料（如負載納米Ti0 2的立體網(wǎng)狀聚丙烯填料），無需使用分散 齊U，并減少催化劑的流失現(xiàn)象。
[0041] 使用篩濾裝置時，儲水箱內(nèi)納米曝氣頭不連續(xù)工作，空氣自多孔板向上鼓起，分割 成小氣泡，間歇沖散篩濾填料上的致密污物層，污染物質(zhì)層破碎成片狀浮起，在曝氣管的浮 力以及進水沖擊擋流板向右推力的協(xié)同作用下，溢流至回流槽，使填料截留的污染物集中 排除裝置外，與進水混合重新處理。延長篩濾裝置使用壽命及反洗周期，對于進水濁度較低 的情況，甚至可以無需反沖洗，不斷運行凈化污水。
[0042] 儲水箱內(nèi)納米曝氣頭采用03曝氣，由于納米氣泡具有龐大的數(shù)量、比表面積、緩慢 的上升速度等特性，同時氣泡在水中停留時間長，增加了氣液接觸面積、接觸時間，利于臭 氧溶于水中，克服了臭氧難溶于水的缺點；微氣泡內(nèi)部具有較大的壓力且納米氣泡破裂時 界面消失，周圍環(huán)境劇烈改變產(chǎn)生的化學能促使產(chǎn)生更多的羥基自由基· 0H，增強〇3氧化 分解有機物的能力；且納米級別〇3氣泡與紫外滅菌燈、半導體負載填料共存于儲水箱，提高 高級氧化效果，可有效提高· 0H產(chǎn)生率。
[0043] 三級反沖篩濾裝置22的出水直接導入超濾裝置27內(nèi)。超濾裝置27內(nèi)部使用中 空纖維超濾器28進行超濾，膜孔徑為0. 4微米，其造價低，維護方便，被廣泛使用。中空纖 維超濾器28直接置于超濾裝置27中，納米曝氣機9E設(shè)置在中空纖維超濾器28的正下方， 中空纖維超濾器28的膜表面的錯流是由納米曝氣機29的納米氣泡攪動產(chǎn)生的，高溫納米 氣泡的氣流攪動在膜表面產(chǎn)生剪切力以及湍流流動，無須較高的進水流速即可使膜表面的 濃差極化層變薄，積累物質(zhì)被帶走。出水采用液壓泵進行負壓出水方式，高效去除污水中的 剩余懸浮物，使出水達到中水回用標準。
[0044] 本發(fā)明的垂直潛流人工濕地凈化污水中水回用裝置中，納米曝氣凝聚-微渦流絮 凝裝置及三級反沖篩濾裝置的反沖洗時納米曝氣頭進氣為〇 2，用于混凝攪拌和清潔填料； 三級反沖篩濾裝置的儲水池納米曝氣頭進氣為〇3，通過納米曝氣強化羥基自由基的產(chǎn)生過 程。
[0045] 本發(fā)明利用上述裝置進行污水處理的過程：
[0046] 污水經(jīng)過納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置內(nèi)主反應(yīng)區(qū)進行納米氣浮-凝聚處理 后，于微渦流混凝器再次凝聚-絮凝，而后自流至中間絮體攔截區(qū)，絮體在斜管的攔截作用 下沉至反應(yīng)器底部，定時在螺旋輸送器的帶動下自出泥口定期排出，澄清液溢流至右側(cè)絮 體二次攔截區(qū)，在高密度立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)填料的作用下進行二次攔截，過濾后的清液自出水 口排出。二次攔截區(qū)填料定期清洗，清洗時同時開啟填料底部納米曝氣頭，利用納米曝氣技 術(shù)沖擊、氧化、氣浮及高溫作用協(xié)同清洗。出水通過液壓泵導入三級反沖篩濾裝置。
[0047] 正常篩濾時，污水自進水堰進入，在進水堰的物理結(jié)構(gòu)作用下由水平方向?qū)閳?直向上，在重力作用下撞擊在擋流板上，以防止水流直接撞擊填料影響處理效果；污水經(jīng)過 篩濾填料的過濾，流至下方儲水箱，儲水箱內(nèi)納米曝氣頭的進氣為〇 3，通過納米曝氣大量獲 得羥基自由基，與紫外滅菌燈，半導體負載填料共同提高高級氧化效果，同時其中富含羥自 由基的出水在裝置進行反洗時，沖刷篩濾填料，較好的做到填料清潔與再生。
[0048] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，本發(fā)明尤其對污水中細菌、病原體的去除率達到 100%，處理后的污水中芳香性類富里酸物質(zhì)降低95%以上，污水濁度降低99%，出水水質(zhì) 透明度高，避免其排入水體對人體健康產(chǎn)生威脅。
[0049] 本發(fā)明采用三級反沖洗技術(shù)進行反沖洗：
[0050] -級反沖洗為曝氣循環(huán)反沖洗，由于污染物質(zhì)在填料表面的堆積，污水難以透過 填料之間的空隙滲透下去，在篩濾過程中進行反沖洗，開啟三級反沖篩濾裝置22左上角增 壓泵18、曝氣管23并間歇開啟多孔板上方納米曝氣頭9C，集水池內(nèi)納米曝氣頭不連續(xù)工 作，空氣自多孔板向上鼓起，分割成小氣泡，間歇沖散篩濾填料上的致密污物層，污染物質(zhì) 層破碎成片狀浮起，在曝氣管的浮力以及進水沖擊擋流板向右推力的協(xié)同作用下產(chǎn)生波輪 效果，大力清洗填料表層片狀致密污染物，溢流至回流槽，使填料截留的污染物集中排除裝 置外，與進水混合重新處理，污水也可繼續(xù)自分子篩空隙滲透下去；一級反沖洗可延長篩濾 裝置使用壽命及反洗周期，對于進水濁度較低的情況，甚至可以無需反沖洗，使裝置不斷運 行凈化污水。
[0051] 二級反沖洗為空氣脈沖反沖洗，由于污水濁度過高，導致污染物質(zhì)在填料表面的 大量堆積，僅僅靠一級反沖洗步驟仍不能達到繼續(xù)篩濾的效果。關(guān)閉第一閥門16、第一閘 閥30,開啟第二閘閥31、第二閥門17,啟動三級反沖篩濾裝置22右下角增壓泵18、曝氣管 23及兩個納米曝氣機頭9C\9D，將出水池內(nèi)出水導入集水池中。在回水壓力的作用下，集水 池中的全部空氣受到快速擠壓，沿分壓倉上細孔上升，全部篩濾填料層在上升空氣的強力 攪拌，曝氣管氣流及納米曝氣頭的沖擊力作用下旋轉(zhuǎn)流動，污染物質(zhì)破碎浮起，在曝氣管的 浮力以及進水沖擊擋流板向右推力的協(xié)同作用下，溢流至回流槽與初始進水混合，待水面 快速下降，過濾速率重新穩(wěn)定后，關(guān)閉三級反沖篩濾裝置22右下角增壓泵18、多孔板下方 納米曝氣頭9D、第二閘閥31、第二閥門17,開啟第一閥門16、第一閘閥30,繼續(xù)進行篩濾處 理。
[0052] 三級反沖洗為曝氣湍流反沖洗，此時一、二級反沖洗已經(jīng)不足以解決污染物質(zhì)對 填料的覆蓋、阻塞問題，污水大量積聚不得過濾。此時關(guān)閉第一閥門16、第一閘閥30,開啟 第二閘閥31、第二閥門17,啟動三級反沖篩濾裝置22右下角增壓泵18、曝氣管23及兩個 納米曝氣頭9C\9D、超聲波發(fā)生儀43,將出水池內(nèi)出水大量導入集水池中。⑴集水池內(nèi)部空 氣沿多孔板細孔上升攪拌，填料底部納米曝氣頭開始曝氣，填料上方渦輪不斷轉(zhuǎn)動；⑵利用 納米曝氣技術(shù)沖擊、氧化、氣浮及高溫作用協(xié)同清洗，上方填料呈現(xiàn)湍流狀態(tài)，進行無規(guī)則 高速運動狀態(tài)，填料在水流旋渦的沖擊力和氣泡的剪切力作用下相互摩擦，填料上附著的 有機污染物能夠去除，得到較為純凈的填料；⑶利用超聲波發(fā)生儀在液體介質(zhì)中產(chǎn)生超聲 波，在篩濾填料表面產(chǎn)生空化效應(yīng)，空化汽泡在閉合過程中破裂時形成的沖擊波，會在其周 圍產(chǎn)生上千個氣壓的沖擊壓力，作用在填料表面上破壞污物之間粘性，并使它們迅速分散 在反洗液中，從而達到填料表面潔凈的效果。⑷空氣排凈后，出水池的出水繼續(xù)導入，富含 羥自由基的出水沖洗湍流狀態(tài)的的填料顆粒表面及微孔，剝離污染物質(zhì)，填料得到再生。（5) 而污染物質(zhì)在水流沖擊力及右側(cè)曝氣管氣浮作用下不斷向上浮至水面，自左端進水堰及右 端回流槽流出與初始進水混合。經(jīng)過三級反沖洗，內(nèi)部污染物被清洗排空殆盡。
[0053] 常規(guī)砂濾是在過濾過程中不擾動砂層，使水流從砂子細小縫隙之間流過。通常采 用不擾動砂層，壓實填料、增加水壓、砂上附加網(wǎng)格等手段改進砂濾過程，讓水流從砂子細 小縫隙之間流過，而污染物質(zhì)停留在砂層的表層上。本發(fā)明則是利用擾動填料表層，防止污 染物質(zhì)堆積對水流的順利通過形成阻力，同時利用高級氧化、納米曝氣、氣泡的沖擊力和剪 切力等手段改進裝置，利用分子篩、錳砂等填料進行優(yōu)化設(shè)計，最后使用三級反沖洗等改進 處理過程。本發(fā)明的裝置對膠體、纖維、藻類等懸浮物的截留效果好，對于濁度較低水質(zhì)甚 至無需反沖洗，即可完成處理過程，同時具有去除臭味，滅殺細菌、病原菌等微生物，分解難 降解的少量殘留表面活化劑、多氯聯(lián)苯等難降解有機化合物的功效。
[0054] 本發(fā)明的碳摻雜的納米Ti02粉體的制備：采用均勻沉淀法和水熱法兩步過程制備 碳摻雜的納米Ti0 2。以硫酸鈦和尿素為前驅(qū)，葡萄糖為碳源，具體制備過程如下：取6. 48g27 硫酸鈦和3. 24g54尿素（硫酸鈦與尿素的摩爾比為1:2)溶于去離子水中，再加入適量的葡 萄糖〇. 6攪拌均勻，1:2:0. 023在90°C的條件下反應(yīng)2h。待反應(yīng)結(jié)束后取出反應(yīng)物干燥、反 復(fù)水洗至中性，再次干燥，用球磨機研磨得到碳摻雜的納米Ti0 2粉體。
[0055] 本發(fā)明的納米Ti02粉體負載在填料上的方法：采用聚丙烯材質(zhì)的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 填料，將納米110 2粉體與去離子水（粉體與水的質(zhì)量比為1:20)混合，用超聲波超聲成乳 濁液，將潔凈的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)填料浸入與乙醇1:1混合的鈦酸酯偶聯(lián)劑，緩慢攪拌一段時 間，然后將填料取出放入Ti0 2乳濁液中繼續(xù)攪拌一段時間，取出后放入烘箱中干燥（85°C以 下）2h，即制得負載納米Ti02的聚丙烯懸浮填料，其外觀呈淡黃色，膜層較均勻。
【權(quán)利要求】
1. 一種垂直潛流人工濕地凈化污水中水回用裝置，由格柵機、垂直潛流人工濕地、納米 曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置、三級反沖篩濾裝置和超濾裝置組成，其中： 分離和攔截污水中的固體懸浮物格柵機連接垂直潛流人工濕地； 垂直潛流人工濕地由墻體將其分為兩個主體區(qū)域和出水區(qū)，連接格柵機的一側(cè)為垂直 潛流濕地主體，相鄰的另一側(cè)為出水區(qū)，垂直潛流濕地主體內(nèi)填充有由礫石、粗砂、石灰石、 沸石組成的混合填料，混合填料表層布設(shè)多個鉆孔PVC管作為進水管，垂直潛流濕地主體 與出水區(qū)之間的墻體底部設(shè)有過水管用于過水；出水區(qū)內(nèi)填充有分子篩填料，出水區(qū)的出 水口連接納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置； 納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置底部設(shè)有螺旋輸泥器和出泥口，納米曝氣凝聚-微渦 流絮凝裝置連接垂直潛流人工濕地的出水區(qū)的一側(cè)為主反應(yīng)區(qū)，用于完成納米氣浮-凝聚 過程，相鄰主反應(yīng)區(qū)為絮體攔截區(qū)，相鄰絮體攔截區(qū)的為絮體二次攔截區(qū)；主反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)有 微渦流混凝器，主反應(yīng)區(qū)內(nèi)部上方有通入〇 2的納米曝氣頭，主反應(yīng)區(qū)頂端設(shè)有用以添加混 凝劑加藥裝置；絮體攔截區(qū)內(nèi)鋪設(shè)有用于絮體攔截沉淀的斜管；絮體二次攔截區(qū)內(nèi)部填充 有聚丙烯的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)填料，立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)填料下方鋪設(shè)一納米曝氣頭，底部設(shè)置出水 口，出水通過液壓泵連接旋三級反沖篩濾裝置的進水口； 三級反沖篩濾裝置水池的進水口處設(shè)有一進水堰，出水口處設(shè)有回流槽，三級反沖篩 濾裝置內(nèi)部由多孔網(wǎng)格分為上部的水池和下部的分流倉兩個部分，分流倉為緊密排列的圓 筒狀；多孔網(wǎng)格上方中央安放一納米曝氣頭，埋設(shè)在填充的篩濾填料中，篩濾填料上方靠近 進水堰處設(shè)有一阻流板，靠近回流槽的一側(cè)設(shè)有一通入〇 2的曝氣管，曝氣管設(shè)有多個細孔 曝氣孔，曝氣孔垂直向上，篩濾填料安裝有超聲波發(fā)生儀；分流倉的下方為儲水箱，儲水箱 外壁涂刷避光黑色涂料，其內(nèi)壁均勻負載一層非金屬摻雜的光催化劑，其底部安裝有紫外 滅菌燈，且滅菌燈之間設(shè)置有通入〇 3的曝氣納米曝氣頭，儲水箱內(nèi)剩余的空間填充有半導 體負載填料；三級反沖篩濾裝置的出水直接導入超濾裝置內(nèi)； 中空纖維超濾器安置于超濾裝置中，納米曝氣機設(shè)置在中空纖維超濾器的正下方，出 水采用液壓泵進行負壓出水方式。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直潛流人工濕地凈化污水中水回用裝置，其中，格柵機內(nèi) 篩網(wǎng)為不銹鋼材質(zhì)，過濾精度為8_。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直潛流人工濕地凈化污水中水回用裝置，其中，垂直潛流 人工濕地使用混凝土構(gòu)筑墻體，表面做防滲處理。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直潛流人工濕地凈化污水中水回用裝置，其中，垂直潛流 人工濕地的混合填料表面種植有植物。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直潛流人工濕地凈化污水中水回用裝置，其中，三級反沖 篩濾裝置中的多孔網(wǎng)格為兩層，中間鋪設(shè)并固定一層不銹鋼網(wǎng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直潛流人工濕地凈化污水中水回用裝置，其中，三級反沖 篩濾裝置的水池與分流倉連接一通氣管通往大氣，以防止三級反沖篩濾裝置內(nèi)壓力過高造 成破裂甚至爆炸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直潛流人工濕地凈化污水中水回用裝置，其中，三級反 沖篩濾裝置的篩濾填料選取石英砂、改性錳砂與天然沸石分子篩混合，體積混合比例為 7:1. 5:1. 5,粒徑為 0· 5-1. 2mm。
8. 利用權(quán)利要求1所述垂直潛流人工濕地凈化污水中水回用裝置進行污水處理的方 法： 格柵機將污水中的固體懸浮物進行分離、攔截，降低污水處理難度，經(jīng)過格柵處理的污 水導入垂直潛流人工濕地進行過濾處理，過濾處理后的上清液先進入納米曝氣凝聚-微渦 流絮凝裝置的主反應(yīng)區(qū)內(nèi)進行納米氣浮-凝聚處理后，于微渦流混凝器再次凝聚-絮凝，而 后自流至絮體攔截區(qū)，絮體在斜管的攔截作用下沉至反應(yīng)器底部，定時在螺旋輸送器的帶 動下自出泥口定期排出，澄清液溢流至絮體二次攔截區(qū)，在立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)填料的作用下進 行二次攔截，過濾后的清液自出水口排出進入三級反沖篩濾裝置； 在三級反沖篩濾裝置中，儲水箱內(nèi)納米曝氣頭不連續(xù)工作，空氣自多孔網(wǎng)格向上鼓起， 分割成小氣泡，間歇沖散篩濾填料上的致密污物層，污染物質(zhì)層破碎成片狀浮起，在曝氣管 的浮力以及進水沖擊擋流板向右推力的協(xié)同作用下，溢流至回流槽，使篩濾填料截留的污 染物集中排除裝置外，與進水混合重新處理，以延長三級反沖篩濾裝置使用壽命及反洗周 期； 儲水箱內(nèi)的納米曝氣頭采用〇3曝氣，由于納米氣泡具有龐大的數(shù)量、比表面積、緩慢的 上升速度等特性，同時氣泡在水中停留時間長，增加了氣液接觸面積、接觸時間，利于臭氧 溶于水中，克服了臭氧難溶于水的缺點；微氣泡內(nèi)部具有較大的壓力且納米氣泡破裂時界 面消失，周圍環(huán)境劇烈改變產(chǎn)生的化學能促使產(chǎn)生更多的羥基自由基· 0H，增強03氧化分 解有機物的能力；且納米級別〇3氣泡與紫外滅菌燈、半導體負載填料共存于儲水箱，提高高 級氧化效果，可有效提高· 0H產(chǎn)生率，經(jīng)三級反沖篩濾裝置處理的污水進入超濾裝置內(nèi)經(jīng) 中空纖維超濾器進行超濾； 同時三級反沖篩濾裝置的部分出水回流至垂直潛流人工濕地，調(diào)節(jié)水質(zhì)并刺激微生物 生理活動，篩選形成顆?；钚曰鶊F，基團具有分子篩的離子交換等功能； 中空纖維超濾器出水采用液壓泵進行負壓出水方式，去除污水中的剩余懸浮物，使出 水達到中水回用標準。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的污水處理方法，其中，納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置及三級 反沖篩濾裝置的反沖洗時納米曝氣頭進氣為〇 2，用于混凝攪拌和清潔填料；三級反沖篩濾 裝置的儲水池納米曝氣頭進氣為〇3，通過納米曝氣強化羥基自由基的產(chǎn)生過程。
【文檔編號】C02F9/14GK104150702SQ201410359979
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】王雷, 席北斗, 張列宇, 黃彩紅, 賈璇, 趙穎, 夏訓峰, 李曹樂 申請人:中國環(huán)境科學研究院