交替流人工濕地三級處理高氨氮廢水的裝置和處理方法
【專利摘要】一種交替流人工濕地三級處理高氨氮廢水的裝置，其包括：納米曝氣消融裝置，內(nèi)部位于排泥口上方設置有連接納米曝氣機的納米曝氣盤，納米曝氣消融裝置通過進水管與交替流人工濕地連接；交替流人工濕地通過出水管連接至表層湍流篩濾裝置；表層湍流篩濾裝置的儲水箱的出水口通過一液壓泵與旋流除砂裝置相連；旋流除砂裝置的底部開設有排泥口，旋流除砂裝置的頂部設置有攪拌機，攪拌機的葉輪葉漿向上傾斜，旋流除砂裝置的上部與反洗泵連接。本發(fā)明還公開了利用上述組合裝置進行高氨氮廢水三級出水深度處理的方法。
【專利說明】交替流人工濕地三級處理高氨氮廢水的裝置和處理方法

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種交替流人工濕地處理三級處理高氨氮廢水的組合裝置。
[0002] 本發(fā)明還涉及利用上述組合裝置進行高氨氮廢水三級出水深度處理的方法。

【背景技術(shù)】
[0003] 人工濕地是指人工建造的、可控制的和可工程化得濕地系統(tǒng)，其設計和建造是通 過對濕地生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學和生物作用等優(yōu)化組合來進行高氨氮廢水處理?，F(xiàn)階段 其應用越來越廣泛，但人工濕地的堵塞問題越來越成為其應用的障礙，堵塞是所有高負荷 高氨氮廢水過濾系統(tǒng)中常見的自然效應，其表現(xiàn)在兩個方面：首先，堵塞層是一個很好的生 物過濾器，能提高濕地的處理效率，適度的機制孔隙堵塞可以擴大濕地處理系統(tǒng)內(nèi)部的非 飽和流動區(qū)域，提高處理效果；其次，堵塞會使?jié)竦氐乃π阅茏儾睿瑥亩绊懰髀窂?，?終影響到濕地的處理效果和運行壽命。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種交替流人工濕地三級處理高氨氮廢水的裝置。
[0005] 本發(fā)明的又一目的在于提供一種利用上述裝置進行高氨氮廢水三級出水深度處 理的方法。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的交替流人工濕地三級處理高氨氮廢水的裝置，其 包括：
[0007] 納米曝氣消融裝置，底部開設有排泥口，內(nèi)部位于排泥口上方設置有連接納米曝 氣機的納米曝氣盤；納米曝氣消融裝置通過進水管與交替流人工濕地連接；
[0008] 交替流人工濕地內(nèi)裝填有三層填料，填料間布設無紡布，最上層填料為鵝卵石、石 灰石和沸石分子篩的混合填料，中層為碎石、弗羅里硅藻土和菌糠的混合填料，底層填料為 鵝卵石、石灰石和沸石分子篩的混合填料；
[0009] 交替流人工濕地的進水管和出水管分別連接交替流人工濕地的上層和底層，每個 進水管和出水管均設置有控制進出水的閥門；交替流人工濕地通過出水管連接至表層湍流 篩濾裝置；
[0010] 表層湍流篩濾裝置由多孔板分為上、下兩個部分，多孔板孔洞為傾斜狀，多孔板上 方鋪設一層篩濾填料，篩濾填料的底部設有納米曝氣頭，篩濾填料內(nèi)表層通過縮口進水管 與交替流人工濕地連接；表層湍流篩濾裝置對應于縮口進水管的另一側(cè)下方設有縮口反洗 管，通過反沖洗閥門連接反洗泵；表層湍流篩濾裝置位于縮口反洗管的上方設置有回流槽， 篩濾填料上方位于回流槽一側(cè)設置有曝氣管，曝氣管設有多個細孔曝氣孔，細孔曝氣孔垂 直向上；在篩濾填料上方安裝有超聲波發(fā)生儀，多孔板下方為儲水箱，儲水箱內(nèi)壁均勻負載 一層非金屬摻雜光催化劑，儲水箱底部安裝有紫外滅菌燈，在紫外滅菌燈的空隙間設置納 米曝氣頭，表層湍流篩濾裝置內(nèi)部剩余空間填充有半導體負載填料；表層湍流篩濾裝置的 儲水箱的出水口通過一液壓泵與旋流除砂裝置相連； toon] 旋流除砂裝置的底部開設有排泥口，旋流除砂裝置的頂部設置有攪拌機，攪拌機 的葉輪葉漿向上傾斜，旋流除砂裝置的上部與反洗泵連接。
[0012] 所述的裝置中，交替流人工濕地內(nèi)裝填的三層填料中，上層填料的粒徑為 15-30mm，中層填料的粒徑為5-12mm，底層填料的粒徑為15-30mm。
[0013] 所述的裝置中，交替流人工濕地內(nèi)上層填料栽種有植物系統(tǒng)。
[0014] 所述的裝置中，表層湍流篩濾裝置的篩濾填料為粒徑0. 5-2. 0_的石英砂、改性 錳砂與天然沸石分子篩的混合物。
[0015] 所述的裝置中，納米曝氣消融裝置中的納米曝氣盤、表層湍流篩濾裝置中的納米 曝氣頭均連接納米曝氣機。
[0016] 所述的裝置中，表層湍流篩濾裝置中篩濾填料底部的納米曝氣頭進氣為02，儲水 箱內(nèi)的納米曝氣頭的進氣為〇 3。
[0017] 所述的裝置中，半導體負載填料為納米Ti02粉體負載在立體網(wǎng)狀聚丙烯的填料。
[0018] 本發(fā)明提供交的利用上述裝置處理高氨氮廢水的方法，其過程為：
[0019] 納米曝氣消融裝置中的納米曝氣盤產(chǎn)生和氣泡均勻混入高氨氮廢水中，在高溫納 米曝氣的情況下對高氨氮廢水進行納米曝氣處理，高氨氮廢水中難降解有機化合物分解、 消融，病原菌和微生物被滅活，同時在去除有機物、降低C0D的同時，高氨氮廢水的透明度、 色度有所提1? ;
[0020] 經(jīng)納米曝氣處理的高氨氮廢水進入交替流人工濕地后進入表層湍流篩濾裝置內(nèi)， 儲水箱內(nèi)納米曝氣間歇曝氣，曝氣時儲水箱內(nèi)氣壓增大，空氣被多孔板切割成為氣泡鼓起， 沖擊篩濾填料，打散篩濾填料表面的污染物質(zhì)層并使其浮起，使得高氨氮廢水能順利經(jīng)過 篩濾填料過濾；曝氣管產(chǎn)生的氣泡將浮起的污染物推至水面，溢流至回流槽，與進水混合調(diào) 節(jié)進水水質(zhì)，同時延長篩濾裝置使用壽命及反洗周期；
[0021] 表層湍流篩濾裝置的篩濾填料底部納米曝氣頭進氣為〇2，用于清潔填料；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，作到填料清潔與再生；
[0022] 使用納米曝氣的方式提高產(chǎn)生率，由于微氣泡具有龐大的數(shù)量、比表面積、緩 慢的上升速度，增加了氣液接觸面積、接觸時間，有利于臭氧溶于水中，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，增強臭氧氧化分解有機物的能力；
[0023] 臭氧在紫外光的照射作用下產(chǎn)生· 0H，臭氧能帶走二氧化鈦光致電子空穴對中的 電子，從而產(chǎn)生了更多的羥基自由基，加速了有機物的降解，通過· 0H的強氧化作用對有機 污染物進行處理；
[0024] 表層湍流篩濾裝置的儲水箱的出水進入旋流除砂裝置，旋流除砂裝置的攪拌機的 葉輪向上傾斜，旋轉(zhuǎn)時將使池中高氨氮廢水作螺旋運動，高氨氮廢水中的砂粒由于所受離 心力不同，相對密度較大的砂粒被甩向池壁，在重力作用下沉入砂斗。
[0025] 表層湍流篩濾裝置的出水回流至交替流人工濕地進水，調(diào)節(jié)水質(zhì)并刺激植物生長 過程分泌次生物質(zhì)。
[0026] 所述的方法中，旋流除砂裝置內(nèi)攪拌機轉(zhuǎn)速為10_30r/min。
[0027] 所述的方法中，紫外滅菌燈平均照射劑量在300J/m2以上。
[0028] 本發(fā)明提供了一種納米曝氣消融裝置，在納米氣泡的高溫、強氧化作用下對原水 進行預處理，將顆粒性有機物轉(zhuǎn)化為溶解性有機物，方便下一步生物處理的同時，降低了濕 地內(nèi)填料堵塞的風險系數(shù)。同時使用交替進水的方式改造人工濕地，延緩濕地內(nèi)填料孔隙 率降低時間周期。本發(fā)明的工藝操作簡單、效果明顯，在現(xiàn)有基礎上進行改動即可完成，可 以大大降低高氨氮廢水深度處理的造價和費用，表層湍流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，并滅殺大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、病毒等，分解殘留難降解有機化合物及有毒物質(zhì)，持 久安全的對高氨氮廢水進行消毒降解。針對環(huán)境類激素（如激素類農(nóng)藥、抗生素、二惡英、 雌激素以及人工合成激素等微量有害化學物質(zhì)）的處理方面具有很大的優(yōu)勢，能夠使絕大 部分有機物完全礦化或分解，對高氨氮廢水進行篩濾處理的同時對其出水凈化、消毒，出水 較好的達到國家要求標準。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 圖1是本發(fā)明交替流人工濕地三級處理高氨氮廢水的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030] 附圖中主要組件符號說明：
[0031] 1納米曝氣消融裝置；2進水管；3第一進水閥門；4植物系統(tǒng)；5導水填料；6混合 填料；7無紡布；8交替流人工濕地；9第一出水閥門；10出水管；11增壓泵；12第三進水閥 門；13縮口進水管；14篩濾填料；15表層湍流篩濾裝置；16回流槽；17縮口反洗管；18反 洗閥門；19旋流除砂裝置；20電機；21基座；22排泥口；23葉輪；24液壓泵；25反洗泵；26 第三出水閥門；27紫外滅菌燈；28多孔板；29納米曝氣頭；30半導體負載填料；31儲水箱； 32納米曝氣機；33第二出水閥門；34第二進水閥門；35超聲波發(fā)生儀；36曝氣管。

【具體實施方式】
[0032] 本發(fā)明提供的交替流人工濕地三級處理高氨氮廢水的裝置，可以防止人工濕地高 氨氮廢水處理裝置堵塞并深度處理高氨氮廢水。
[0033] 以下結(jié)合附圖1作詳細說明。需要說明的是，在以下敘述中提到的左、右、上、下等 均是以附圖所示的方向為準。
[0034] 請參閱圖1。本發(fā)明提供的交替流人工濕地三級處理高氨氮廢水的裝置，其主要結(jié) 構(gòu)包括：
[0035] 納米曝氣消融裝置1底部開設有排泥口 22,內(nèi)部位于排泥口 22上方設置有連接納 米曝氣機32的納米曝氣盤，氣泡均勻混入高氨氮廢水中，在高溫納米曝氣的情況下對高氨 氮廢水進行納米曝氣處理，納米曝氣消融裝置內(nèi)的水力停留時間超過30min，納米曝氣消融 裝置的進氣為〇3，通過納米曝氣大量獲得羥基自由基，起強氧化作用。高氨氮廢水中難降解 有機化合物分解、消融，病原菌和微生物被滅活，同時在去除有機物、降低C0D的同時，高氨 氮廢水的透明度、色度也有所提高。納米曝氣消融裝置1的上清液通過進水管2導入交替 流人工濕地8內(nèi)。
[0036] 交替流人工濕地8內(nèi)裝填有三層填料，填料間布設無紡布7。最上層填料為鵝卵 石、石灰石和沸石分子篩的混合填料，粒徑為15-30_，上層填料栽種有植物系統(tǒng)4 ;中層為 碎石、弗羅里硅藻土和菌糠的混合填料，粒徑為5-12_ ;底層填料為鵝卵石、石灰石和沸石 分子篩的混合填料，粒徑為15-30_。交替流人工濕地8通過出水管10連接至表層湍流篩 濾裝置15。
[0037] 交替流人工濕地8的進水管2和出水管10分別連接交替流人工濕地8的上層和底 層，每個進水管和出水管均設置有控制進水和出水的第一進水閥門3、第二進水閥門34、第 一出水閥門9、第二出水閥門33。交替流人工濕地8為表面漫流時，上層的第一進水閥門3 和底層的第二出水閥門33開啟，上層的第一出水閥門9和底層的第二進水閥門34關閉；交 替流人工濕地8為垂直上行流時，上層的第一出水閥門9和底層的第二進水閥門34開啟， 上層的第一進水閥門3和底層的第二出水閥門33關閉。
[0038] 當濕地運行方式為表面漫流時，上層填料用于大量吸附污染負荷并逐漸緩釋，用 于降低污染負荷和毒性；下層填料利用偏堿性的石灰石和沸石分子篩作為迅速吸附中和厭 氧部分酸化產(chǎn)生的小分子酸，調(diào)節(jié)污水酸堿度，使裝置內(nèi)環(huán)境更適宜植物、微生物生存，同 時營造偏堿性環(huán)境固定污水中的重金屬，防止其浸出，利用小分子有機物供給植物養(yǎng)分，在 植物生長過程中吸附、吸收重金屬進行重金屬生物穩(wěn)定化。所有的混合填料表面形成生物 膜，由上至下形成好氧、缺氧、厭氧狀態(tài)，在植物根系與微生物的協(xié)同作用下去除污水中的 污染物質(zhì)。當濕地運行方式為垂直上行流時，上層填料與下層填料作用剛好相反。
[0039] 表層湍流篩濾裝置15由多孔板28分為上、下兩個部分。多孔板28孔洞向右傾 斜，多孔板28上方鋪設一層篩濾填料14,篩濾填料14是石英砂、改性錳砂與天然沸石分子 篩的混合物，粒徑為〇. 5-2. 0_，是集過濾、吸附、離子交換、混凝及去除重金屬為一體的多 功能混合填料。篩濾填料14的底部設有納米曝氣頭29,篩濾填料14內(nèi)表層通過縮口進水 管13與交替流人工濕地8連接。表層湍流篩濾裝置15對應于縮口進水管2的另一側(cè)下方 設有縮口反洗管17,通過反沖洗閥門18連接反洗泵25。表層湍流篩濾裝置15位于縮口反 洗管17的上方設置有回流槽16。篩濾填料14上方位于回流槽16 -側(cè)設置有曝氣管36， 曝氣管36設有多個細孔曝氣孔，細孔曝氣孔垂直向上；在篩濾填料14上方安裝有超聲波發(fā) 生儀35。多孔板28下方為儲水箱31，儲水箱31內(nèi)壁均勻負載一層非金屬摻雜光催化劑， 儲水箱31底部安裝有紫外滅菌燈27,在紫外滅菌燈27的空隙間設置納米曝氣頭29,表層 湍流篩濾裝置15內(nèi)部剩余空間填充有半導體負載填料30 (如納米Ti02粉體負載在立體網(wǎng) 狀聚丙烯填料），本發(fā)明將半導體負載填料30固定在載體上，解決了常規(guī)光催化劑需要分 散劑協(xié)同使用的弊端，減少了催化劑的流失現(xiàn)象，避免了反應結(jié)束后催化劑的分離步驟。表 層湍流篩濾裝置15的儲水箱31的出水口通過一液壓泵24與旋流除砂裝置19相連。納米 曝氣頭29和曝氣管36均各連接一納米曝氣機32,表層湍流篩濾裝置的進氣為0 2，用于清 潔篩濾填料14。
[0040] 旋流除砂裝置19的底部開設有排泥口 22,旋流除砂裝置19的頂部設置有攪拌機， 該攪拌機的電機20固定在基座21上，攪拌機的葉輪23葉漿向上傾斜，旋轉(zhuǎn)時將使旋流除 砂裝置19中高氨氮廢水作螺旋運動，攪拌機轉(zhuǎn)速為10-30r/min。高氨氮廢水中的砂粒由于 所受離心力不同，相對密度較大的砂粒被甩向池壁，在重力作用下沉入砂斗，旋流除砂裝置 19的上部與反洗泵25連接。
[0041] 表層湍流篩濾裝置15在篩濾進行時，儲水箱內(nèi)納米曝氣間歇曝氣，曝氣時儲水箱 內(nèi)氣壓增大，空氣被多孔板切割成為氣泡鼓起，沖擊篩濾填料，打散篩濾填料表面的污染物 質(zhì)層并使其浮起，使得高氨氮廢水能順利經(jīng)過篩濾填料過濾；篩濾填料上方的曝氣管設有 多個細孔曝氣孔，曝氣孔垂直向上，氣泡將浮起的污染物推至水面，溢流至回流槽，與進水 混合調(diào)節(jié)進水水質(zhì)，同時延長表層湍流篩濾裝置15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，不斷運行凈化高氨氮廢水。
[0042] 篩濾填料底部納米曝氣頭進氣為02，用于清潔填料；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，與紫外滅菌燈和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。
[0043] 使用納米曝氣的方式提高· 0H產(chǎn)生率，由于微氣泡具有龐大的數(shù)量、比表面積、緩 慢的上升速度，大大增加了氣液接觸面積、接觸時間，有利于臭氧溶于水中，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，增強臭氧氧化分解有機物的能力。
[0044] 臭氧在紫外光的照射作用下產(chǎn)生· 0H，臭氧能帶走二氧化鈦光致電子空穴對中的 電子，從而產(chǎn)生了更多的羥基自由基，加速了有機物的降解，通過· 0H的強氧化作用對有機 污染物進行處理，紫外滅菌燈平均照射劑量在300J/m2以上。
[0045] 儲水箱右端設置的反沖洗管道連接反洗泵25,在表層湍流篩濾裝置15進行反沖 洗時，納米曝氣頭開始曝氣，在高溫納米曝氣的情況下對砂粒進行納米曝氣處理，在高溫、 納米微小泡的剪切力以及曝氣過程中產(chǎn)生的沖擊力的作用下，清洗篩濾填料截流的雜質(zhì)、 膠體以及表面生長的生物膜。同時通過反洗泵導入旋流除砂裝置出水進行反沖洗，儲水箱 在充水過程中，液面上的空氣被強力擠壓，通過多孔板上升至篩濾填料層，使篩濾填料呈現(xiàn) 沸騰流動狀態(tài)，儲水箱內(nèi)空氣排空后，水流繼續(xù)通過多孔板孔洞右傾斜向上高速流動，同時 整個反沖洗過程中縮口反洗管17內(nèi)水流向左沖洗，整個篩濾填料在水流的沖擊力下形成 快速運轉(zhuǎn)的湍流，篩濾填料在不同方向力作用下形成的小旋渦中相互摩擦，附著的有機污 染物得以去除，有利于取得較為純凈的篩濾填料。表層湍流篩濾裝置的儲水箱出水口通過 一增壓泵與旋流除砂裝置相連。
[0046] 旋流除砂裝置的底部開設有排泥口，裝置頂部設置有攪拌機，攪拌機葉輪向上傾 斜，旋轉(zhuǎn)時將使池中高氨氮廢水作螺旋運動。高氨氮廢水中的砂粒由于所受離心力不同，相 對密度較大的砂粒被甩向池壁，在重力作用下沉入砂斗。
[0047] 本發(fā)明的納米曝氣消融裝置，在納米氣泡的高溫、強氧化作用下對原水進行預處 理，將顆粒性有機物轉(zhuǎn)化為溶解性有機物，方便下一步生物處理的同時，降低了濕地內(nèi)填料 堵塞的風險系數(shù)。同時使用交替進水的方式改造人工濕地，延緩濕地內(nèi)填料孔隙率降低時 間周期。本發(fā)明的工藝操作簡單、效果明顯，在現(xiàn)有基礎上進行改動即可完成，可以大大降 低高氨氮廢水深度處理的造價和費用。并滅殺大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、病毒等，分解殘 留難降解有機化合物及有毒物質(zhì)，持久安全的對高氨氮廢水進行消毒降解。針對環(huán)境類激 素（如激素類農(nóng)藥、抗生素、二惡英、雌激素以及人工合成激素等微量有害化學物質(zhì)）的處 理方面具有很大的優(yōu)勢，能夠使絕大部分有機物完全礦化或分解，對高氨氮廢水進行篩濾 處理的同時對其出水凈化、消毒，出水較好的達到國家要求標準。
[0048] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，過本發(fā)明處理的污水氨氮含量降低100%，重金屬含量 去除率降低100%，出水透明度提高95%，溶解態(tài)腐殖質(zhì)類物質(zhì)波峰強度降低97%
[0049] 本發(fā)明先后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)在篩濾填料表面的堆積，高氨氮廢 水難以透過篩濾填料之間的空隙滲透下去，在篩濾過程中進行反沖洗，開啟曝氣管36并間 歇開啟多孔板上方納米曝氣機32,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 氣管的浮力以及縮口管進水時向右推力的協(xié)同作用下產(chǎn)生波輪效果，填料表層片狀致密污 染物溢流至回流槽，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，高氨 氮廢水也可繼續(xù)自篩濾填料的空隙滲透下去；一級反沖洗可延長表層湍流篩濾裝置使用壽 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高氨 氮廢水。
[0051] 二級反沖洗為空氣脈沖反沖洗，由于高氨氮廢水濁度過高，導致污染物質(zhì)在篩濾 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。此時關閉第二 進水閥門12、第三出水閥門26,開啟反洗閥門18,啟動反洗泵25、曝氣管36及兩個納米曝 氣機32,將旋流除砂裝置的出水導入表層湍流篩濾裝置中。在回水壓力的作用下，表層湍流 篩濾裝置中的全部空氣受到快速擠壓，沿多孔板上升，全部篩濾填料層在上升空氣、渦輪的 旋轉(zhuǎn)擾動及篩濾填料下的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，關閉多孔板下方納米曝氣機32、反洗泵25、反洗閥 門18,開啟第二進水閥門12、第三出水閥門26,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 篩濾填料的覆蓋、阻塞問題，高氨氮廢水大量積聚不得過濾。此時關閉第二進水閥門12， 開啟反洗閥門18、第三出水閥門26,啟動反洗泵25、曝氣管36及兩個納米曝氣機32、超聲 波發(fā)生儀35,反向啟動液壓泵24,將出水導入集水池中。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，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，納米曝氣與超聲波可促使 羥基自由基的產(chǎn)生，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)明則是利用縮口管高壓進水擾動 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、超聲波、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)化設計， 最后使用三級反沖洗等改進處理過程。本裝置對膠體、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)明所采用的碳摻雜的納米Ti02粉體的制備：
[0055] 采用均勻沉淀法和水熱法兩步過程制備碳摻雜的納米Ti02。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0. 6攪拌均勻，1:2:0. 023在90°C 的條件下反應2h。待反應結(jié)束后取出反應物干燥、反復水洗至中性，再次干燥，用球磨機研 磨得到碳摻雜的納米Ti02粉體。
[0056] 納米Ti02粉體負載在填料上的方法：
[0057] 采用聚丙烯材質(zhì)的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)填料，將納米Ti02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)填料浸入與乙醇體 積比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。
[0058] 成乳濁液，將潔凈的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)填料浸入與乙醇體積比1:1混合的鈦酸酯偶聯(lián) 齊U，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. 一種交替流人工濕地三級處理高氨氮廢水的裝置，其包括： 納米曝氣消融裝置，底部開設有排泥口，內(nèi)部位于排泥口上方設置有連接納米曝氣機 的納米曝氣盤；納米曝氣消融裝置通過進水管與交替流人工濕地連接； 交替流人工濕地內(nèi)裝填有三層填料，填料間布設無紡布，最上層填料為鵝卵石、石灰石 和沸石分子篩的混合填料，中層為碎石、弗羅里硅藻土和菌糠的混合填料，底層填料為鵝卵 石、石灰石和沸石分子篩的混合填料； 交替流人工濕地的進水管和出水管分別連接交替流人工濕地的上層和底層，每個進水 管和出水管均設置有控制進出水的閥門；交替流人工濕地通過出水管連接至表層湍流篩濾 裝置； 表層湍流篩濾裝置由多孔板分為上、下兩個部分，多孔板孔洞為傾斜狀，多孔板上方鋪 設一層篩濾填料，篩濾填料的底部設有納米曝氣頭，篩濾填料內(nèi)表層通過縮口進水管與交 替流人工濕地連接；表層湍流篩濾裝置對應于縮口進水管的另一側(cè)下方設有縮口反洗管， 通過反沖洗閥門連接反洗泵；表層湍流篩濾裝置位于縮口反洗管的上方設置有回流槽，篩 濾填料上方位于回流槽一側(cè)設置有曝氣管，曝氣管設有多個細孔曝氣孔，細孔曝氣孔垂直 向上；在篩濾填料上方安裝有超聲波發(fā)生儀，多孔板下方為儲水箱，儲水箱內(nèi)壁均勻負載一 層非金屬摻雜光催化劑，儲水箱底部安裝有紫外滅菌燈，在紫外滅菌燈的空隙間設置納米 曝氣頭，表層湍流篩濾裝置內(nèi)部剩余空間填充有半導體負載填料；表層湍流篩濾裝置的儲 水箱的出水口通過一液壓泵與旋流除砂裝置相連； 旋流除砂裝置的底部開設有排泥口，旋流除砂裝置的頂部設置有攪拌機，攪拌機的葉 輪葉漿向上傾斜，旋流除砂裝置的上部與反洗泵連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，交替流人工濕地內(nèi)裝填的三層填料中，上層填料 的粒徑為15-30mm，中層填料的粒徑為5-12mm，底層填料的粒徑為15-30mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，交替流人工濕地內(nèi)上層填料栽種有植物系統(tǒng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，表層湍流篩濾裝置的篩濾填料為石英砂、改性錳 砂與天然沸石分子篩按照5:2:1比例混合而成，其中摻雜少量粒徑0. 5-2. Omm的零價納米 鐵。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，納米曝氣消融裝置中的納米曝氣盤、表層湍流篩 濾裝置中的納米曝氣頭均連接納米曝氣機。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，表層湍流篩濾裝置中篩濾填料底部的納米曝氣 頭進氣為〇2，儲水箱內(nèi)的納米曝氣頭的進氣為〇 3。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合裝置，其中，半導體負載填料為納米Ti02粉體負載在立 體網(wǎng)狀聚丙烯的填料。
8. -種利用權(quán)利要求1所述裝置處理高氨氮廢水的方法，其過程為： 納米曝氣消融裝置中的納米曝氣盤產(chǎn)生和氣泡均勻混入高氨氮廢水中，在高溫納米曝 氣的情況下對高氨氮廢水進行納米曝氣處理，高氨氮廢水中難降解有機化合物分解、消融， 病原菌和微生物被滅活，同時在去除有機物、降低COD的同時，高氨氮廢水的透明度、色度 有所提1? ; 經(jīng)納米曝氣處理的高氨氮廢水進入交替流人工濕地后進入表層湍流篩濾裝置內(nèi)，儲水 箱內(nèi)納米曝氣間歇曝氣，曝氣時儲水箱內(nèi)氣壓增大，空氣被多孔板切割成為氣泡鼓起，沖擊 篩濾填料，打散篩濾填料表面的污染物質(zhì)層并使其浮起，使得高氨氮廢水能順利經(jīng)過篩濾 填料過濾；曝氣管產(chǎn)生的氣泡將浮起的污染物推至水面，溢流至回流槽，與進水混合調(diào)節(jié)進 水水質(zhì)，同時延長篩濾裝置使用壽命及反洗周期； 表層湍流篩濾裝置的篩濾填料底部納米曝氣頭進氣為〇2，用于清潔填料；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，與紫外滅菌燈和半導體負載填 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，作到填料清潔與再生； 使用納米曝氣的方式提高_〇H產(chǎn)生率，由于微氣泡具有龐大的數(shù)量、比表面積、緩慢的 上升速度，增加了氣液接觸面積、接觸時間，有利于臭氧溶于水中，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，增強臭氧氧化分解有機物的能力； 臭氧在紫外光的照射作用下產(chǎn)生·〇Η，臭氧能帶走二氧化鈦光致電子空穴對中的電子， 從而產(chǎn)生了更多的羥基自由基，加速了有機物的降解，通過· 0Η的強氧化作用對有機污染 物進行處理； 表層湍流篩濾裝置的儲水箱的出水進入旋流除砂裝置，旋流除砂裝置的攪拌機的葉輪 向上傾斜，旋轉(zhuǎn)時將使池中高氨氮廢水作螺旋運動，高氨氮廢水中的砂粒由于所受離心力 不同，相對密度較大的砂粒被甩向池壁，在重力作用下沉入砂斗； 表層湍流篩濾裝置的出水回流至交替流人工濕地進水，調(diào)節(jié)水質(zhì)并刺激植物生長過程 分泌次生物質(zhì)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，旋流除砂裝置內(nèi)攪拌機轉(zhuǎn)速為10-30r/min。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，紫外滅菌燈平均照射劑量在300J/m2以上。
【文檔編號】C02F9/14GK104150705SQ201410360064
【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】席北斗, 王雷, 李英軍 申請人:席北斗