CN104150702B - 垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置和处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置，由格栅机、垂直潜流人工湿地、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置和超滤装置组成。本发明还公开了利用上述装置进行污水处理的方法。本发明能对澄清污水进行高级氧化处理，降低运行费用的同时，提高处理效率及处理量，优化工艺性能，提高出水水质。本发明对污水中细菌、病原体的去除率高，处理后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，避免其排入水体对人体健康产生威胁。
Description
技术领域
本发明涉及一种垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置，具体地涉及一种去除污水中污染物质(如：氮、磷、有机物、微生物、无机物等化学杂质)的垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置。
本发明还涉及利用上述装置进行污水处理的方法。
背景技术
当前，由于度地、毫无节制地开发水资源，环境保护意识比较差，使地表水和地下水均受到了不同程度的污染，使原本具有良好水质的新鲜水供应受到限制；而且，待开发的新鲜水源离集中供水点距离较远，一次性投资费用高昂，很多缺水地区无力扩大供水能力，于是引出了中水概念。中水也就是将人们在生活和生产中用过的优质杂排水(不含粪便和厨房排水)、杂排水(不含粪便污水)以及生活污(废)水经集流再生处理后回用，充当地面清洁、浇花、洗车、空调冷却、冲洗便器、消防等不与人体直接接触的杂用水。因其水质指标低于城市给水中饮用水水质标准，但又高于污水允许排入地面水体排放标准，即其水质居于生活饮用水水质和允许排放污水水质标准之间，故取名为“中水”。
常规生物处理或生态处理工艺出水杂质过多、出水水质不达标，所以固有的生态处理不能满足中水回用的需要，但生态法处理污水建设造价低，操作简单，故而本发明采用新技术理念设计一套装置和方法，使得出水达到中水回用的标准。
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中水回用装置。
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，本发明提供的垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置，由格栅机、垂直潜流人工湿地、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置和超滤装置组成，其中：
分离和拦截污水中的固体悬浮物格栅机连接垂直潜流人工湿地；
垂直潜流人工湿地由墙体将其分为两个主体区域和出水区，连接格栅机的一侧为垂直潜流湿地主体，相邻的另一侧为出水区，垂直潜流湿地主体内填充有由砾石、粗砂、石灰石、沸石组成的混合填料，混合填料表层布设多个钻孔PVC管作为进水管，垂直潜流湿地主体与出水区之间的墙体底部设有过水管用于过水；出水区内填充有分子筛填料，出水区的出水口连接纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置；
纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置底部设有螺旋输泥器和出泥口，纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置连接垂直潜流人工湿地的出水区的一侧为主反应区，用于完成纳米气浮-凝聚过程，相邻主反应区为絮体拦截区，相邻絮体拦截区的为絮体二次拦截区；主反应区内设有微涡流混凝器，主反应区内部上方有通入O2的纳米曝气头，主反应区顶端设有用以添加混凝剂加药装置；絮体拦截区内铺设有用于絮体拦截沉淀的斜管；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，底部设置出水口，出水通过液压泵连接旋三级反冲筛滤装置的进水口；
三级反冲筛滤装置水池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分流仓两个部分，分流仓为紧密排列的圆筒状；多孔网格上方中央安放一纳米曝气头，埋设在填充的筛滤填料中，筛滤填料上方靠近进水堰处设有一阻流板，靠近回流槽的一侧设有一通入O2的曝气管，曝气管设有多个细孔曝气孔，曝气孔垂直向上，筛滤填料安装有超声波发生仪；分流仓的下方为储水箱，储水箱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，其底部安装有紫外灭菌灯，且灭菌灯之间设置有通入O3的曝气纳米曝气头，储水箱内剩余的空间填充有半导体负载填料；三级反冲筛滤装置的出水直接导入超滤装置内；
中空纤维超滤器安置于超滤装置中，纳米曝气机设置在中空纤维超滤器的正下方，出水采用液压泵进行负压出水方式。
所述的垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置中，格栅机内筛网为不锈钢材质，过滤精度为8mm。
所述的垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置中，垂直潜流人工湿地使用混凝土构筑墙体，表面做防渗处理。
所述的垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置中，垂直潜流人工湿地的混合填料表面种植有植物。
所述的垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置中，三级反冲筛滤装置中的多孔网格为两层，中间铺设并固定一层不锈钢网。
所述的垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置中，三级反冲筛滤装置的水池与分流仓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破裂甚至爆炸。
所述的垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置中，三级反冲筛滤装置的筛滤填料选取石英砂、改性锰砂与天然沸石分子筛混合，体积混合比例为7:1.5:1.5，粒径为0.5-1.2mm。
本发明提供的利用上述垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置进行污水处理的方法：
格栅机将污水中的固体悬浮物进行分离、拦截，降低污水处理难度，经过格栅处理的污水导入垂直潜流人工湿地进行过滤处理，过滤处理后的上清液先进入纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置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，在度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超滤装置内经中空纤维超滤器进行超滤，出水采用液压泵进行负压出水方式，去除污水中的剩余悬浮物，使出水达到中水回用标准。
所述的污水处理方法中，纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置及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。
本发明的装置和污水处理方法净化的污水，使其出水可做中水回用，使用格栅格除污水中较大固体，随后使用垂直潜流人工湿地进行生物处理，高效脱除污水中氨氮，去除有机物，并在出水池设置分子筛过滤段大量吸附残余污染物质。后续采用纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置对污水进行絮凝处理，并使用三级反冲洗筛滤-光催化降解池过滤絮凝后污水，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，对澄清污水进行高级氧化并微电解处理，降低运行费用的同时，提高处理效率及处理量，优化工艺性能，提高出水水质。本工艺尤其对污水中细菌、病原体有较高的去除率，避免其排入水体对人体健康产生威胁。
附图说明
图1是本发明的装置示意图。
附图中主要组件符号说明：
1格栅机；2墙体；3进水管；4混合填料；5出水区；6分子筛填料；7液压泵；8主反应区；9A、9B、9C、9D、9E纳米曝气头；10加药装置；11絮体拦截区；12斜管；13纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置；14絮体二次拦截区；15立体网状结构填料；16第一阀门；17第二阀门；18增压泵；19进水堰；20阻流板；21混合填料；22三级反冲筛滤装置；23曝气管；24回流槽；25多孔网格；26分流仓；27超滤装置；28中空纤维超滤器；29纳米曝气机；30第一闸阀；31第二闸阀；32半导体负载填料；33紫外灭菌灯；34储水箱；35通气管；36出水口；37出泥口；38螺旋输送器；39微涡流混凝器；40过水管；41超声波发生仪；A垂直潜流人工湿地；A1垂直潜流湿地主体。
具体实施方式
本发明的目的在于提供一种垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置，可以高效去除污水中污染物质(如：氮、磷、有机物、微生物、无机物等化学杂质)。
请结合图1，本发明提供的处理污水的垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置，其主要结构包括：
格栅机1，内部的筛网为不锈钢材质，过滤精度为8mm，格栅机1对待处理的污水进行格栅处理，将出水中的大型固体，以及大于格栅孔径的固体悬浮物分离、拦截，降低污水处理难度，经过格栅处理的污水导入垂直潜流人工湿地A。
垂直潜流人工湿地A由墙体2将其分为垂直潜流湿地主体A1和出水区5两个区域，垂直潜流人工湿地A的墙体2为混凝土构筑墙体，表面做防渗处理。连接格栅机1的一侧为垂直潜流湿地主体A1，相邻的另一侧为出水区5。垂直潜流湿地主体A1内填充砾石、粗砂、石灰石、沸石几种混合填料4，混合填料4表层布设多个钻孔PVC管作为进水管3，混合填料4上方表面种植植物，垂直潜流湿地主体A1与出水区5之间的墙体底部设有过水管40用于过水，并防止填料流失；出水区5内填充有分子筛填料6，分子筛填料6的填充体积占出水区5的一半，出水区5的上清液使用液压泵7抽至纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置13内进行混凝处理。
纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置13底部设有螺旋输泥器38和出泥口37，纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置13连接垂直潜流人工湿地A的出水区5的一侧为主反应区8，用于完成纳米气浮-凝聚过程，相邻主反应区8为絮体拦截区11，相邻絮体拦截区11的为絮体二次拦截区14。主反应区8内填充微涡流混凝器39，主反应区8内部上方有纳米曝气头9A，使用有机玻璃固定，主反应区8顶端设有加药装置10用以添加混凝剂，混凝剂为聚合氯化铝PAC+阳离子聚丙烯酰胺CPAM，其添加摩尔质量比例约为20:1；絮体拦截区11内铺设有斜管12用于絮体拦截沉淀；絮体二次拦截区14内部填充有聚丙烯的立体网状结构填料15，立体网状结构填料15下方铺设一纳米曝气头9B，底部设置出水口36，出水通过液压泵连接旋三级反冲筛滤装置22。
本发明的采用纳米曝气技术改进混凝工艺的凝聚过程，主要分为三个步骤：
(A)微纳米曝气前期气浮过程：微纳米气泡传质过程中，污水中的微细污染物颗粒俘获在气泡表面或与气泡粘附在一起，在气泡上升过程中带动微细污染物颗粒上浮至水体表面，达成气浮作用从而实现清水与悬浮颗粒物、胶体的分离；
(B)微纳米曝气中期加药混凝过程：利用微纳米气泡发生过程的强烈冲击力以及上浮过程中的气液两相相对运动、气泡爆炸时局部产生的高温高压状态和爆破力，对污水进行热补偿的同时施加强烈搅拌作用，迅速将混凝剂分散至待处理水体的各处，使混凝剂与污水快速均匀混合，打散包裹住混凝剂的胶体块，提高其分散程度，促进胶体相互碰撞凝聚成絮体。而当混凝剂被包裹形成絮体后，在纳米曝气下絮体成长质量更高，成长过大的絮体在纳米曝气的作用下会破碎成较小絮体从而恢复并保持絮凝能力(絮体过大会使总表面积减小，吸附能力下降)，密实度较低的絮体在纳米曝气的剪切力作用下会破碎并重新絮凝成密实度较高的絮体，有利于沉淀分离。
(C)微纳米曝气后期热断裂过程：利用微纳米曝气过程产生的以及气泡爆炸时局部产生的高温高压状态实现絮体薄弱处的断裂，进而重新撞击、吸附污水中胶体、悬浮物以形成更加稳固的絮体。
为了让形成的絮体更好的吸附脱稳胶体而成长的絮凝过程，本发明同时使用微涡流混凝器，涡流反应器形成的微涡旋流动能有效地促进水中微粒的扩散与碰撞。一方面，混凝剂水解形成胶体在微涡流作用下快速扩散并与水中胶体充分碰撞，使水中胶体快速脱稳；另一方面，水中脱稳胶体在微涡流作用下具有更多碰撞机会，因而具有更高的凝聚效率。
污水经过纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置13的主反应区纳米气浮-凝聚处理后，于微涡流混凝器再次凝聚-絮凝，而后自流至中间絮体拦截区，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，澄清液溢流至右侧絮体二次拦截区，在高密度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。二次拦截区填料定期清洗，清洗时同时开启填料底部纳米曝气头，利用纳米曝气技术冲击、氧化、气浮及高温作用协同清洗。出水通过增压泵18导入三级反冲筛滤装置22的进水口。
三级反冲筛滤装置22的进水口处设有一进水堰19，出水口处设有回流槽24，三级反冲筛滤装置22内部由多孔网格25分为上部的水池和下部的分流仓26两个部分。三级反冲筛滤装置22内部的分流仓与水池两部分连接一通气管35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25为两层，中间铺设并固定一层不锈钢网，多孔网格25的下方设置有紧密排列的圆筒状的分流仓26分割空间，防止局部压力过大冲破多孔网格25。多孔网格25上方中央安放一纳米曝气头9C埋设在填充的筛滤填料21中，筛滤填料21选取石英砂、改性锰砂与天然沸石分子筛混合，体积混合比例为7:1.5:1.5，粒径为0.5-1.2mm。纳米曝气头9C通过流量计与一曝气机连接。筛滤填料21靠近进水堰19处设有一阻流板20，靠近回流槽24的一侧设有一曝气管23，曝气管23设有多个细孔曝气孔，曝气孔垂直向上。筛滤填料21中安装有超声波发生仪41。分流仓26的下方为储水箱34，储水箱34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(如碳掺杂的纳米TiO2粉体)，其底部安装有紫外灭菌灯33，且灭菌灯33之间设置有O3的曝气纳米曝气头9D，储水箱内剩余的空间填充有半导体负载填料(如负载纳米TiO2的立体网状聚丙烯填料)，无需使用分散剂，并减少催化剂的流失现象。
使用筛滤装置时，储水箱内纳米曝气头不连续工作，空气自多孔板向上鼓起，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，使填料截留的污染物集中排除装置外，与进水混合重新处理。延长筛滤装置使用寿命及反洗周期，对于进水浊度较低的情况，甚至可以无需反冲洗，不断运行净化污水。
储水箱内纳米曝气头采用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。
三级反冲筛滤装置22的出水直接导入超滤装置27内。超滤装置27内部使用中空纤维超滤器28进行超滤，膜孔径为0.4微米，其造价低，维护方便，被广泛使用。中空纤维超滤器28直接置于超滤装置27中，纳米曝气机9E设置在中空纤维超滤器28的正下方，中空纤维超滤器28的膜表面的错流是由纳米曝气机29的纳米气泡搅动产生的，高温纳米气泡的气流搅动在膜表面产生剪切力以及湍流流动，无须较高的进水流速即可使膜表面的浓差极化层变薄，积累物质被带走。出水采用液压泵进行负压出水方式，高效去除污水中的剩余悬浮物，使出水达到中水回用标准。
本发明的垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置中，纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置及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。
本发明利用上述装置进行污水处理的过程：
污水经过纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置内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，而后自流至中间絮体拦截区，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，澄清液溢流至右侧絮体二次拦截区，在高密度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。二次拦截区填料定期清洗，清洗时同时开启填料底部纳米曝气头，利用纳米曝气技术冲击、氧化、气浮及高温作用协同清洗。出水通过液压泵导入三级反冲筛滤装置。
正常筛滤时，污水自进水堰进入，在进水堰的物理结构作用下由水平方向导为竖直向上，在重力作用下撞击在挡流板上，以防止水流直接撞击填料影响处理效果；污水经过筛滤填料的过滤，流至下方储水箱，储水箱内纳米曝气头的进气为O3，通过纳米曝气大量获得羟基自由基，与紫外灭菌灯，半导体负载填料共同提高高级氧化效果，同时其中富含羟自由基的出水在装置进行反洗时，冲刷筛滤填料，较好的做到填料清洁与再生。
根据本发明的一个实施例，本发明尤其对污水中细菌、病原体的去除率达到100％，处理后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，避免其排入水体对人体健康产生威胁。
本发明采用三级反冲洗技术进行反冲洗：
一级反冲洗为曝气循环反冲洗，由于污染物质在填料表面的堆积，污水难以透过填料之间的空隙渗透下去，在筛滤过程中进行反冲洗，开启三级反冲筛滤装置22左上角增压泵18、曝气管23并间歇开启多孔板上方纳米曝气头9C，集水池内纳米曝气头不连续工作，空气自多孔板向上鼓起，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产生波轮效果，大力清洗填料表层片状致密污染物，溢流至回流槽，使填料截留的污染物集中排除装置外，与进水混合重新处理，污水也可继续自分子筛空隙渗透下去；一级反冲洗可延长筛滤装置使用寿命及反洗周期，对于进水浊度较低的情况，甚至可以无需反冲洗，使装置不断运行净化污水。
二级反冲洗为空气脉冲反冲洗，由于污水浊度过高，导致污染物质在填料表面的大量堆积，仅仅靠一级反冲洗步骤仍不能达到继续筛滤的效果。关闭第一阀门16、第一闸阀30，开启第二闸阀31、第二阀门17，启动三级反冲筛滤装置22右下角增压泵18、曝气管23及两个纳米曝气机头9C\9D，将出水池内出水导入集水池中。在回水压力的作用下，集水池中的全部空气受到快速挤压，沿分压仓上细孔上升，全部筛滤填料层在上升空气的强力搅拌，曝气管气流及纳米曝气头的冲击力作用下旋转流动，污染物质破碎浮起，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，溢流至回流槽与初始进水混合，待水面快速下降，过滤速率重新稳定后，关闭三级反冲筛滤装置22右下角增压泵18、多孔板下方纳米曝气头9D、第二闸阀31、第二阀门17，开启第一阀门16、第一闸阀30，继续进行筛滤处理。
三级反冲洗为曝气湍流反冲洗，此时一、二级反冲洗已经不足以解决污染物质对填料的覆盖、阻塞问题，污水大量积聚不得过滤。此时关闭第一阀门16、第一闸阀30，开启第二闸阀31、第二阀门17，启动三级反冲筛滤装置22右下角增压泵18、曝气管23及两个纳米曝气头9C\9D、超声波发生仪43，将出水池内出水大量导入集水池中。⑴集水池内部空气沿多孔板细孔上升搅拌，填料底部纳米曝气头开始曝气，填料上方涡轮不断转动；⑵利用纳米曝气技术冲击、氧化、气浮及高温作用协同清洗，上方填料呈现湍流状态，进行无规则高速运动状态，填料在水流旋涡的冲击力和气泡的剪切力作用下相互摩擦，填料上附着的有机污染物能够去除，得到较为纯净的填料；⑶利用超声波发生仪在液体介质中产生超声波，在筛滤填料表面产生空化效应，空化汽泡在闭合过程中破裂时形成的冲击波，会在其周围产生上千个气压的冲击压力，作用在填料表面上破坏污物之间粘性，并使它们迅速分散在反洗液中，从而达到填料表面洁净的效果。⑷空气排净后，出水池的出水继续导入，富含羟自由基的出水冲洗湍流状态的的填料颗粒表面及微孔，剥离污染物质，填料得到再生。⑸而污染物质在水流冲击力及右侧曝气管气浮作用下不断向上浮至水面，自左端进水堰及右端回流槽流出与初始进水混合。经过三级反冲洗，内部污染物被清洗排空殆尽。
常规砂滤是在过滤过程中不扰动砂层，使水流从砂子细小缝隙之间流过。通常采用不扰动砂层，压实填料、增加水压、砂上附加网格等手段改进砂滤过程，让水流从砂子细小缝隙之间流过，而污染物质停留在砂层的表层上。本发明则是利用扰动填料表层，防止污染物质堆积对水流的顺利通过形成阻力，同时利用高级氧化、纳米曝气、气泡的冲击力和剪切力等手段改进装置，利用分子筛、锰砂等填料进行优化设计，最后使用三级反冲洗等改进处理过程。本发明的装置对胶体、纤维、藻类等悬浮物的截留效果好，对于浊度较低水质甚至无需反冲洗，即可完成处理过程，同时具有去除臭味，灭杀细菌、病原菌等微生物，分解难降解的少量残留表面活化剂、多氯联苯等难降解有机化合物的功效。
本发明的碳掺杂的纳米TiO2粉体的制备：采用均匀沉淀法和水热法两步过程制备碳掺杂的纳米TiO2。以硫酸钛和尿素为前驱，葡萄糖为碳源，具体制备过程如下：取6.48g27硫酸钛和3.24g54尿素(硫酸钛与尿素的摩尔比为1:2)溶于去离子水中，再加入适量的葡萄糖0.6搅拌均匀，1:2:0.023在90℃的条件下反应2h。待反应结束后取出反应物干燥、反复水洗至中性，再次干燥，用球磨机研磨得到碳掺杂的纳米TiO2粉体。
本发明的纳米TiO2粉体负载在填料上的方法：采用聚丙烯材质的立体网状结构填料，将纳米TiO2粉体与去离子水(粉体与水的质量比为1:20)混合，用超声波超声成乳浊液，将洁净的立体网状结构填料浸入与乙醇1:1混合的钛酸酯偶联剂，缓慢搅拌一段时间，然后将填料取出放入TiO2乳浊液中继续搅拌一段时间，取出后放入烘箱中干燥(85℃以下)2h，即制得负载纳米TiO2的聚丙烯悬浮填料，其外观呈淡黄色，膜层较均匀。
Claims (9)
1.一种垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置，由格栅机、垂直潜流人工湿地、纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置、三级反冲筛滤装置和超滤装置组成，其中：
分离和拦截污水中的固体悬浮物格栅机连接垂直潜流人工湿地；
垂直潜流人工湿地由墙体将其分为两个主体区域和出水区，连接格栅机的一侧为垂直潜流湿地主体，相邻的另一侧为出水区，垂直潜流湿地主体内填充有由砾石、粗砂、石灰石、沸石组成的混合填料，混合填料表层布设多个钻孔PVC管作为进水管，垂直潜流湿地主体与出水区之间的墙体底部设有过水管用于过水；出水区内填充有分子筛填料，出水区的出水口连接纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置；
纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置底部设有螺旋输泥器和出泥口，纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置连接垂直潜流人工湿地的出水区的一侧为主反应区，用于完成纳米气浮-凝聚过程，相邻主反应区为絮体拦截区，相邻絮体拦截区的为絮体二次拦截区；主反应区内设有微涡流混凝器，主反应区内部上方有通入O2的纳米曝气头，主反应区顶端设有用以添加混凝剂加药装置；絮体拦截区内铺设有用于絮体拦截沉淀的斜管；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，底部设置出水口，出水通过液压泵连接三级反冲筛滤装置的进水口；
三级反冲筛滤装置水池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分流仓两个部分，分流仓为紧密排列的圆筒状；多孔网格上方中央安放一纳米曝气头，埋设在填充的筛滤填料中，筛滤填料上方靠近进水堰处设有一阻流板，靠近回流槽的一侧设有一通入O2的曝气管，曝气管设有多个细孔曝气孔，曝气孔垂直向上，筛滤填料安装有超声波发生仪；分流仓的下方为储水箱，储水箱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，其底部安装有紫外灭菌灯，且灭菌灯之间设置有通入O3的曝气纳米曝气头，储水箱内剩余的空间填充有半导体负载填料；三级反冲筛滤装置的出水直接导入超滤装置内；
中空纤维超滤器安置于超滤装置中，纳米曝气机设置在中空纤维超滤器的正下方，出水采用液压泵进行负压出水方式。
2.根据权利要求1所述的垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置，其中，格栅机内筛网为不锈钢材质，过滤精度为8mm。
3.根据权利要求1所述的垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置，其中，垂直潜流人工湿地使用混凝土构筑墙体，表面做防渗处理。
4.根据权利要求1所述的垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置，其中，垂直潜流人工湿地的混合填料表面种植有植物。
5.根据权利要求1所述的垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置，其中，三级反冲筛滤装置中的多孔网格为两层，中间铺设并固定一层不锈钢网。
6.根据权利要求1所述的垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置，其中，三级反冲筛滤装置的水池与分流仓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破裂甚至爆炸。
7.根据权利要求1所述的垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置，其中，三级反冲筛滤装置的筛滤填料选取石英砂、改性锰砂与天然沸石分子筛混合，体积混合比例为7:1.5:1.5，粒径为0.5-1.2mm。
8.利用权利要求1所述垂直潜流人工湿地净化污水中水回用装置进行污水处理的方法：
格栅机将污水中的固体悬浮物进行分离、拦截，降低污水处理难度，经过格栅处理的污水导入垂直潜流人工湿地进行过滤处理，过滤处理后的上清液先进入纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置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超滤装置内经中空纤维超滤器进行超滤；
同时三级反冲筛滤装置的部分出水回流至垂直潜流人工湿地，调节水质并刺激微生物生理活动，筛选形成颗粒活性基团，基团具有分子筛的离子交换功能；
中空纤维超滤器出水采用液压泵进行负压出水方式，去除污水中的剩余悬浮物，使出水达到中水回用标准。
9.根据权利要求8所述的污水处理方法，其中，纳米曝气凝聚-微涡流絮凝装置及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。
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