CN104150705A - 交替流人工湿地三级处理高氨氮废水的装置和处理方法 - Google Patents

Abstract

一种交替流人工湿地三级处理高氨氮废水的装置，其包括：纳米曝气消融装置，内部位于排泥口上方设置有连接纳米曝气机的纳米曝气盘，纳米曝气消融装置通过进水管与交替流人工湿地连接；交替流人工湿地通过出水管连接至表层湍流筛滤装置；表层湍流筛滤装置的储水箱的出水口通过一液压泵与旋流除砂装置相连；旋流除砂装置的底部开设有排泥口，旋流除砂装置的顶部设置有搅拌机，搅拌机的叶轮叶浆向上倾斜，旋流除砂装置的上部与反洗泵连接。本发明还公开了利用上述组合装置进行高氨氮废水三级出水深度处理的方法。

Description

交替流人工湿地三级处理高氨氮废水的装置和处理方法

技术领域

本发明涉及一种交替流人工湿地处理三级处理高氨氮废水的组合装置。

本发明还涉及利用上述组合装置进行高氨氮废水三级出水深度处理的方法。

背景技术

人工湿地是指人工建造的、可控制的和可工程化得湿地系统，其设计和建造是通过对湿地生态系统中的物理、化学和生物作用等优化组合来进行高氨氮废水处理。现阶段其应用越来越广泛，但人工湿地的堵塞问题越来越成为其应用的障碍，堵塞是所有高负荷高氨氮废水过滤系统中常见的自然效应，其表现在两个方面：首先，堵塞层是一个很好的生物过滤器，能提高湿地的处理效率，适度的机制孔隙堵塞可以扩大湿地处理系统内部的非饱和流动区域，提高处理效果；其次，堵塞会使湿地的水力性能变差，从而影响水流路径，最终影响到湿地的处理效果和运行寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种交替流人工湿地三级处理高氨氮废水的装置。

本发明的又一目的在于提供一种利用上述装置进行高氨氮废水三级出水深度处理的方法。

为实现上述目的，本发明提供的交替流人工湿地三级处理高氨氮废水的装置，其包括：

纳米曝气消融装置，底部开设有排泥口，内部位于排泥口上方设置有连接纳米曝气机的纳米曝气盘；纳米曝气消融装置通过进水管与交替流人工湿地连接；

交替流人工湿地内装填有三层填料，填料间布设无纺布，最上层填料为鹅卵石、石灰石和沸石分子筛的混合填料，中层为碎石、弗罗里硅藻土和菌糠的混合填料，底层填料为鹅卵石、石灰石和沸石分子筛的混合填料；

交替流人工湿地的进水管和出水管分别连接交替流人工湿地的上层和底层，每个进水管和出水管均设置有控制进出水的阀门；交替流人工湿地通过出水管连接至表层湍流筛滤装置；

表层湍流筛滤装置由多孔板分为上、下两个部分，多孔板孔洞为倾斜状，多孔板上方铺设一层筛滤填料，筛滤填料的底部设有纳米曝气头，筛滤填料内表层通过缩口进水管与交替流人工湿地连接；表层湍流筛滤装置对应于缩口进水管的另一侧下方设有缩口反洗管，通过反冲洗阀门连接反洗泵；表层湍流筛滤装置位于缩口反洗管的上方设置有回流槽，筛滤填料上方位于回流槽一侧设置有曝气管，曝气管设有多个细孔曝气孔，细孔曝气孔垂直向上；在筛滤填料上方安装有超声波发生仪，多孔板下方为储水箱，储水箱内壁均匀负载一层非金属掺杂光催化剂，储水箱底部安装有紫外灭菌灯，在紫外灭菌灯的空隙间设置纳米曝气头，表层湍流筛滤装置内部剩余空间填充有半导体负载填料；表层湍流筛滤装置的储水箱的出水口通过一液压泵与旋流除砂装置相连；

旋流除砂装置的底部开设有排泥口，旋流除砂装置的顶部设置有搅拌机，搅拌机的叶轮叶浆向上倾斜，旋流除砂装置的上部与反洗泵连接。

所述的装置中，交替流人工湿地内装填的三层填料中，上层填料的粒径为15-30mm，中层填料的粒径为5-12mm，底层填料的粒径为15-30mm。

所述的装置中，交替流人工湿地内上层填料栽种有植物系统。

所述的装置中，表层湍流筛滤装置的筛滤填料为粒径0.5-2.0mm的石英砂、改性锰砂与天然沸石分子筛的混合物。

所述的装置中，纳米曝气消融装置中的纳米曝气盘、表层湍流筛滤装置中的纳米曝气头均连接纳米曝气机。

所述的装置中，表层湍流筛滤装置中筛滤填料底部的纳米曝气头进气为O₂，储水箱内的纳米曝气头的进气为O₃。

所述的装置中，半导体负载填料为纳米TiO₂粉体负载在立体网状聚丙烯的填料。

本发明提供交的利用上述装置处理高氨氮废水的方法，其过程为：

纳米曝气消融装置中的纳米曝气盘产生和气泡均匀混入高氨氮废水中，在高温纳米曝气的情况下对高氨氮废水进行纳米曝气处理，高氨氮废水中难降解有机化合物分解、消融，病原菌和微生物被灭活，同时在去除有机物、降低COD的同时，高氨氮废水的透明度、色度有所提高；

经纳米曝气处理的高氨氮废水进入交替流人工湿地后进入表层湍流筛滤装置内，储水箱内纳米曝气间歇曝气，曝气时储水箱内气压增大，空气被多孔板切割成为气泡鼓起，冲击筛滤填料，打散筛滤填料表面的污染物质层并使其浮起，使得高氨氮废水能顺利经过筛滤填料过滤；曝气管产生的气泡将浮起的污染物推至水面，溢流至回流槽，与进水混合调节进水水质，同时延长筛滤装置使用寿命及反洗周期；

表层湍流筛滤装置的筛滤填料底部纳米曝气头进气为O₂，用于清洁填料；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，作到填料清洁与再生；

使用纳米曝气的方式提高^-OH产生率，由于微气泡具有庞大的数量、比表面积、缓慢的上升速度，增加了气液接触面积、接触时间，有利于臭氧溶于水中，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，增强臭氧氧化分解有机物的能力；

臭氧在紫外光的照射作用下产生·OH，臭氧能带走二氧化钛光致电子空穴对中的电子，从而产生了更多的羟基自由基，加速了有机物的降解，通过·OH的强氧化作用对有机污染物进行处理；

表层湍流筛滤装置的储水箱的出水进入旋流除砂装置，旋流除砂装置的搅拌机的叶轮向上倾斜，旋转时将使池中高氨氮废水作螺旋运动，高氨氮废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。

表层湍流筛滤装置的出水回流至交替流人工湿地进水，调节水质并刺激植物生长过程分泌次生物质。

所述的方法中，旋流除砂装置内搅拌机转速为10-30r/min。

所述的方法中，紫外灭菌灯平均照射剂量在300J/m²以上。

本发明提供了一种纳米曝气消融装置，在纳米气泡的高温、强氧化作用下对原水进行预处理，将颗粒性有机物转化为溶解性有机物，方便下一步生物处理的同时，降低了湿地内填料堵塞的风险系数。同时使用交替进水的方式改造人工湿地，延缓湿地内填料孔隙率降低时间周期。本发明的工艺操作简单、效果明显，在现有基础上进行改动即可完成，可以大大降低高氨氮废水深度处理的造价和费用，表层湍流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，并灭杀大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、病毒等，分解残留难降解有机化合物及有毒物质，持久安全的对高氨氮废水进行消毒降解。针对环境类激素(如激素类农药、抗生素、二恶英、雌激素以及人工合成激素等微量有害化学物质)的处理方面具有很大的优势，能够使绝大部分有机物完全矿化或分解，对高氨氮废水进行筛滤处理的同时对其出水净化、消毒，出水较好的达到国家要求标准。

附图说明

图1是本发明交替流人工湿地三级处理高氨氮废水的装置的结构示意图。

附图中主要组件符号说明：

1纳米曝气消融装置；2进水管；3第一进水阀门；4植物系统；5导水填料；6混合填料；7无纺布；8交替流人工湿地；9第一出水阀门；10出水管；11增压泵；12第三进水阀门；13缩口进水管；14筛滤填料；15表层湍流筛滤装置；16回流槽；17缩口反洗管；18反洗阀门；19旋流除砂装置；20电机；21基座；22排泥口；23叶轮；24液压泵；25反洗泵；26第三出水阀门；27紫外灭菌灯；28多孔板；29纳米曝气头；30半导体负载填料；31储水箱；32纳米曝气机；33第二出水阀门；34第二进水阀门；35超声波发生仪；36曝气管。

具体实施方式

本发明提供的交替流人工湿地三级处理高氨氮废水的装置，可以防止人工湿地高氨氮废水处理装置堵塞并深度处理高氨氮废水。

以下结合附图1作详细说明。需要说明的是，在以下叙述中提到的左、右、上、下等均是以附图所示的方向为准。

请参阅图1。本发明提供的交替流人工湿地三级处理高氨氮废水的装置，其主要结构包括：

纳米曝气消融装置1底部开设有排泥口22，内部位于排泥口22上方设置有连接纳米曝气机32的纳米曝气盘，气泡均匀混入高氨氮废水中，在高温纳米曝气的情况下对高氨氮废水进行纳米曝气处理，纳米曝气消融装置内的水力停留时间超过30min，纳米曝气消融装置的进气为O₃，通过纳米曝气大量获得羟基自由基，起强氧化作用。高氨氮废水中难降解有机化合物分解、消融，病原菌和微生物被灭活，同时在去除有机物、降低COD的同时，高氨氮废水的透明度、色度也有所提高。纳米曝气消融装置1的上清液通过进水管2导入交替流人工湿地8内。

交替流人工湿地8内装填有三层填料，填料间布设无纺布7。最上层填料为鹅卵石、石灰石和沸石分子筛的混合填料，粒径为15-30mm，上层填料栽种有植物系统4；中层为碎石、弗罗里硅藻土和菌糠的混合填料，粒径为5-12mm；底层填料为鹅卵石、石灰石和沸石分子筛的混合填料，粒径为15-30mm。交替流人工湿地8通过出水管10连接至表层湍流筛滤装置15。

交替流人工湿地8的进水管2和出水管10分别连接交替流人工湿地8的上层和底层，每个进水管和出水管均设置有控制进水和出水的第一进水阀门3、第二进水阀门34、第一出水阀门9、第二出水阀门33。交替流人工湿地8为表面漫流时，上层的第一进水阀门3和底层的第二出水阀门33开启，上层的第一出水阀门9和底层的第二进水阀门34关闭；交替流人工湿地8为垂直上行流时，上层的第一出水阀门9和底层的第二进水阀门34开启，上层的第一进水阀门3和底层的第二出水阀门33关闭。

当湿地运行方式为表面漫流时，上层填料用于大量吸附污染负荷并逐渐缓释，用于降低污染负荷和毒性；下层填料利用偏碱性的石灰石和沸石分子筛作为迅速吸附中和厌氧部分酸化产生的小分子酸，调节污水酸碱度，使装置内环境更适宜植物、微生物生存，同时营造偏碱性环境固定污水中的重金属，防止其浸出，利用小分子有机物供给植物养分，在植物生长过程中吸附、吸收重金属进行重金属生物稳定化。所有的混合填料表面形成生物膜，由上至下形成好氧、缺氧、厌氧状态，在植物根系与微生物的协同作用下去除污水中的污染物质。当湿地运行方式为垂直上行流时，上层填料与下层填料作用刚好相反。

表层湍流筛滤装置15由多孔板28分为上、下两个部分。多孔板28孔洞向右倾斜，多孔板28上方铺设一层筛滤填料14，筛滤填料14是石英砂、改性锰砂与天然沸石分子筛的混合物，粒径为0.5-2.0mm，是集过滤、吸附、离子交换、混凝及去除重金属为一体的多功能混合填料。筛滤填料14的底部设有纳米曝气头29，筛滤填料14内表层通过缩口进水管13与交替流人工湿地8连接。表层湍流筛滤装置15对应于缩口进水管2的另一侧下方设有缩口反洗管17，通过反冲洗阀门18连接反洗泵25。表层湍流筛滤装置15位于缩口反洗管17的上方设置有回流槽16。筛滤填料14上方位于回流槽16一侧设置有曝气管36，曝气管36设有多个细孔曝气孔，细孔曝气孔垂直向上；在筛滤填料14上方安装有超声波发生仪35。多孔板28下方为储水箱31，储水箱31内壁均匀负载一层非金属掺杂光催化剂，储水箱31底部安装有紫外灭菌灯27，在紫外灭菌灯27的空隙间设置纳米曝气头29，表层湍流筛滤装置15内部剩余空间填充有半导体负载填料30(如纳米TiO₂粉体负载在立体网状聚丙烯填料)，本发明将半导体负载填料30固定在载体上，解决了常规光催化剂需要分散剂协同使用的弊端，减少了催化剂的流失现象，避免了反应结束后催化剂的分离步骤。表层湍流筛滤装置15的储水箱31的出水口通过一液压泵24与旋流除砂装置19相连。纳米曝气头29和曝气管36均各连接一纳米曝气机32，表层湍流筛滤装置的进气为O₂，用于清洁筛滤填料14。

旋流除砂装置19的底部开设有排泥口22，旋流除砂装置19的顶部设置有搅拌机，该搅拌机的电机20固定在基座21上，搅拌机的叶轮23叶浆向上倾斜，旋转时将使旋流除砂装置19中高氨氮废水作螺旋运动，搅拌机转速为10-30r/min。高氨氮废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，旋流除砂装置19的上部与反洗泵25连接。

表层湍流筛滤装置15在筛滤进行时，储水箱内纳米曝气间歇曝气，曝气时储水箱内气压增大，空气被多孔板切割成为气泡鼓起，冲击筛滤填料，打散筛滤填料表面的污染物质层并使其浮起，使得高氨氮废水能顺利经过筛滤填料过滤；筛滤填料上方的曝气管设有多个细孔曝气孔，曝气孔垂直向上，气泡将浮起的污染物推至水面，溢流至回流槽，与进水混合调节进水水质，同时延长表层湍流筛滤装置15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，不断运行净化高氨氮废水。

筛滤填料底部纳米曝气头进气为O₂，用于清洁填料；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，与紫外灭菌灯和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。

使用纳米曝气的方式提高·OH产生率，由于微气泡具有庞大的数量、比表面积、缓慢的上升速度，大大增加了气液接触面积、接触时间，有利于臭氧溶于水中，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，增强臭氧氧化分解有机物的能力。

臭氧在紫外光的照射作用下产生·OH，臭氧能带走二氧化钛光致电子空穴对中的电子，从而产生了更多的羟基自由基，加速了有机物的降解，通过·OH的强氧化作用对有机污染物进行处理，紫外灭菌灯平均照射剂量在300J/m²以上。

储水箱右端设置的反冲洗管道连接反洗泵25，在表层湍流筛滤装置15进行反冲洗时，纳米曝气头开始曝气，在高温纳米曝气的情况下对砂粒进行纳米曝气处理，在高温、纳米微小泡的剪切力以及曝气过程中产生的冲击力的作用下，清洗筛滤填料截流的杂质、胶体以及表面生长的生物膜。同时通过反洗泵导入旋流除砂装置出水进行反冲洗，储水箱在充水过程中，液面上的空气被强力挤压，通过多孔板上升至筛滤填料层，使筛滤填料呈现沸腾流动状态，储水箱内空气排空后，水流继续通过多孔板孔洞右倾斜向上高速流动，同时整个反冲洗过程中缩口反洗管17内水流向左冲洗，整个筛滤填料在水流的冲击力下形成快速运转的湍流，筛滤填料在不同方向力作用下形成的小旋涡中相互摩擦，附着的有机污染物得以去除，有利于取得较为纯净的筛滤填料。表层湍流筛滤装置的储水箱出水口通过一增压泵与旋流除砂装置相连。

旋流除砂装置的底部开设有排泥口，装置顶部设置有搅拌机，搅拌机叶轮向上倾斜，旋转时将使池中高氨氮废水作螺旋运动。高氨氮废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。

本发明的纳米曝气消融装置，在纳米气泡的高温、强氧化作用下对原水进行预处理，将颗粒性有机物转化为溶解性有机物，方便下一步生物处理的同时，降低了湿地内填料堵塞的风险系数。同时使用交替进水的方式改造人工湿地，延缓湿地内填料孔隙率降低时间周期。本发明的工艺操作简单、效果明显，在现有基础上进行改动即可完成，可以大大降低高氨氮废水深度处理的造价和费用。并灭杀大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、病毒等，分解残留难降解有机化合物及有毒物质，持久安全的对高氨氮废水进行消毒降解。针对环境类激素(如激素类农药、抗生素、二恶英、雌激素以及人工合成激素等微量有害化学物质)的处理方面具有很大的优势，能够使绝大部分有机物完全矿化或分解，对高氨氮废水进行筛滤处理的同时对其出水净化、消毒，出水较好的达到国家要求标准。

根据本发明的一个实施例，过本发明处理的污水氨氮含量降低100％，重金属含量去除率降低100％，出水透明度提高95％，溶解态腐殖质类物质波峰强度降低97％

本发明先后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，由于污染物质在筛滤填料表面的堆积，高氨氮废水难以透过筛滤填料之间的空隙渗透下去，在筛滤过程中进行反冲洗，开启曝气管36并间歇开启多孔板上方纳米曝气机32，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缩口管进水时向右推力的协同作用下产生波轮效果，填料表层片状致密污染物溢流至回流槽，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，高氨氮废水也可继续自筛滤填料的空隙渗透下去；一级反冲洗可延长表层湍流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高氨氮废水。

二级反冲洗为空气脉冲反冲洗，由于高氨氮废水浊度过高，导致污染物质在筛滤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。此时关闭第二进水阀门12、第三出水阀门26，开启反洗阀门18，启动反洗泵25、曝气管36及两个纳米曝气机32，将旋流除砂装置的出水导入表层湍流筛滤装置中。在回水压力的作用下，表层湍流筛滤装置中的全部空气受到快速挤压，沿多孔板上升，全部筛滤填料层在上升空气、涡轮的旋转扰动及筛滤填料下的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，关闭多孔板下方纳米曝气机32、反洗泵25、反洗阀门18，开启第二进水阀门12、第三出水阀门26，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筛滤填料的覆盖、阻塞问题，高氨氮废水大量积聚不得过滤。此时关闭第二进水阀门12，开启反洗阀门18、第三出水阀门26，启动反洗泵25、曝气管36及两个纳米曝气机32、超声波发生仪35，反向启动液压泵24，将出水导入集水池中。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，纳米曝气与超声波可促使羟基自由基的产生，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。本发明则是利用缩口管高压进水扰动填料表层，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、超声波、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。

本发明所采用的碳掺杂的纳米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。

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体积比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。

成乳浊液，将洁净的立体网状结构填料浸入与乙醇体积比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 (10)

1.一种交替流人工湿地三级处理高氨氮废水的装置，其包括：

纳米曝气消融装置，底部开设有排泥口，内部位于排泥口上方设置有连接纳米曝气机的纳米曝气盘；纳米曝气消融装置通过进水管与交替流人工湿地连接；

交替流人工湿地内装填有三层填料，填料间布设无纺布，最上层填料为鹅卵石、石灰石和沸石分子筛的混合填料，中层为碎石、弗罗里硅藻土和菌糠的混合填料，底层填料为鹅卵石、石灰石和沸石分子筛的混合填料；

交替流人工湿地的进水管和出水管分别连接交替流人工湿地的上层和底层，每个进水管和出水管均设置有控制进出水的阀门；交替流人工湿地通过出水管连接至表层湍流筛滤装置；

表层湍流筛滤装置由多孔板分为上、下两个部分，多孔板孔洞为倾斜状，多孔板上方铺设一层筛滤填料，筛滤填料的底部设有纳米曝气头，筛滤填料内表层通过缩口进水管与交替流人工湿地连接；表层湍流筛滤装置对应于缩口进水管的另一侧下方设有缩口反洗管，通过反冲洗阀门连接反洗泵；表层湍流筛滤装置位于缩口反洗管的上方设置有回流槽，筛滤填料上方位于回流槽一侧设置有曝气管，曝气管设有多个细孔曝气孔，细孔曝气孔垂直向上；在筛滤填料上方安装有超声波发生仪，多孔板下方为储水箱，储水箱内壁均匀负载一层非金属掺杂光催化剂，储水箱底部安装有紫外灭菌灯，在紫外灭菌灯的空隙间设置纳米曝气头，表层湍流筛滤装置内部剩余空间填充有半导体负载填料；表层湍流筛滤装置的储水箱的出水口通过一液压泵与旋流除砂装置相连；

旋流除砂装置的底部开设有排泥口，旋流除砂装置的顶部设置有搅拌机，搅拌机的叶轮叶浆向上倾斜，旋流除砂装置的上部与反洗泵连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，交替流人工湿地内装填的三层填料中，上层填料的粒径为15-30mm，中层填料的粒径为5-12mm，底层填料的粒径为15-30mm。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，交替流人工湿地内上层填料栽种有植物系统。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，表层湍流筛滤装置的筛滤填料为石英砂、改性锰砂与天然沸石分子筛按照5:2:1比例混合而成，其中掺杂少量粒径0.5-2.0mm的零价纳米铁。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，纳米曝气消融装置中的纳米曝气盘、表层湍流筛滤装置中的纳米曝气头均连接纳米曝气机。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，表层湍流筛滤装置中筛滤填料底部的纳米曝气头进气为O₂，储水箱内的纳米曝气头的进气为O₃。

7.根据权利要求1所述的组合装置，其中，半导体负载填料为纳米TiO₂粉体负载在立体网状聚丙烯的填料。

8.一种利用权利要求1所述装置处理高氨氮废水的方法，其过程为：

纳米曝气消融装置中的纳米曝气盘产生和气泡均匀混入高氨氮废水中，在高温纳米曝气的情况下对高氨氮废水进行纳米曝气处理，高氨氮废水中难降解有机化合物分解、消融，病原菌和微生物被灭活，同时在去除有机物、降低COD的同时，高氨氮废水的透明度、色度有所提高；

经纳米曝气处理的高氨氮废水进入交替流人工湿地后进入表层湍流筛滤装置内，储水箱内纳米曝气间歇曝气，曝气时储水箱内气压增大，空气被多孔板切割成为气泡鼓起，冲击筛滤填料，打散筛滤填料表面的污染物质层并使其浮起，使得高氨氮废水能顺利经过筛滤填料过滤；曝气管产生的气泡将浮起的污染物推至水面，溢流至回流槽，与进水混合调节进水水质，同时延长筛滤装置使用寿命及反洗周期；

表层湍流筛滤装置的筛滤填料底部纳米曝气头进气为O₂，用于清洁填料；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，与紫外灭菌灯和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，作到填料清洁与再生；

使用纳米曝气的方式提高^-OH产生率，由于微气泡具有庞大的数量、比表面积、缓慢的上升速度，增加了气液接触面积、接触时间，有利于臭氧溶于水中，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，增强臭氧氧化分解有机物的能力；

臭氧在紫外光的照射作用下产生·OH，臭氧能带走二氧化钛光致电子空穴对中的电子，从而产生了更多的羟基自由基，加速了有机物的降解，通过·OH的强氧化作用对有机污染物进行处理；

表层湍流筛滤装置的储水箱的出水进入旋流除砂装置，旋流除砂装置的搅拌机的叶轮向上倾斜，旋转时将使池中高氨氮废水作螺旋运动，高氨氮废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；

表层湍流筛滤装置的出水回流至交替流人工湿地进水，调节水质并刺激植物生长过程分泌次生物质。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，旋流除砂装置内搅拌机转速为10-30r/min。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，紫外灭菌灯平均照射剂量在300J/m²以上。