CN105540791B - 一种人工湿地原水的预处理装置及其工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人工湿地原水的预处理装置及其工艺，人工湿地原水经该装置处理后进入人工湿地，该装置包括筒体、入口、扰流板、转向板、防涡器、排污口、导流层、出口、投药口；所述筒体由上部的中空圆柱体一、中部的中空倒椎体、下部的中空圆柱体二组成；所述入口和投药口设置在筒体的顶部，所述排污口设置在筒体的底部，所述扰流板、转向板、防涡器设置在筒体内壁上，并且出口开设在筒体侧壁上。本发明在分离水中悬浮颗粒的同时，具备去除原水中低含量氨氮的功能，有效解决现有人工湿地在处理悬浮物含量较高的污水时易发生堵塞的问题。

Description

一种人工湿地原水的预处理装置及其工艺

技术领域

本发明涉及一种人工湿地原水的预处理装置及其工艺，属于环保领域。

背景技术

人工湿地填料有砺石和土壤组成，砾石分两层。由于进水中存在悬浮杂质和有机杂物等，在经过人工湿地时会被基质截留或者吸附到基质表面，致使基质的孔隙率会慢慢降低，降低到一定程度后，基质的水力传导率便会非常低，使污水的处理效率大大降低，且会出现堵塞现象。因此常由于设计不当使出水达不到设计要求或不能达标排放，有的人工湿地反而成了污染源。因此，人工湿地在处理悬浮物含量较高的污水，须在湿地之前设置预处理设施，尽量去除水中的悬浮物和漂浮物，防止堵塞。

目前，低浓度脱氮的实用性技术主要为生物脱氮和物化脱氮。物化法中折点加氯法反应迅速，所需设备投资少，但液氯的安全使用和储存要求高，且处理成本也较高；沉淀法工艺简单、速度快，但处理效果易受反应时间、pH、沉淀剂、投加量影响；离子交换法处理废水时首先需要将废水进行预处理以去除悬浮物，除此之外，如果以树脂为交换的颗粒，消耗量大，再生困难，运行成本高。

折点氯化法采用将次氯酸钠粉末投入原水中，将氧化成N₂的化学脱氮工艺。当次氯酸钠粉末投入废水中达到某一点时水中游离氯含量最低，氨的浓度降为零。当投入量超过该点时，水中的游离氯就会增多。因此该点称为折点，该状态下的氯化称为折点氯化。处理氨氮污水所需的实际投药量取决于温度、pH值及氨氮浓度，氧化每克氨氮需要9～10mg氯气，pH值在6～7时为最佳反应区间，接触时间为0.5～2小时。

折点氯化法除氨机理如下：

NH₄ ⁺+HOCl→NH₂Cl+H⁺+H₂O

NHCl₂+H₂O→NOH+2H⁺+2Cl^－

NHCl₂+NaOH→N₂+HOCl+H⁺+Cl^－

折点氯化法最突出的优点是可通过正确控制加氯量和对流量进行均化，使废水中全部氨氮降为零，同时使废水达到消毒的目的。对于氨氮浓度低(小于50mg/L)的废水来说，用这种方法较为经济。氯化法的处理率达90％～100％，处理效果稳定，不受水温影响，在寒冷地区此法特别有吸引力，投资较少，但运行费用高，副产物氯胺和氯化有机物会造成二次污染，氯化法只适用于处理低浓度氨氮废水。

考虑到人工湿地投资建设和占地面积的限制，新建一套物化系统，专门用于原水低浓度氨氮的去除，经济上显然是不够合理的，而且也会带来管理上的麻烦。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种人工湿地原水的预处理装置及其工艺，在分离水中悬浮颗粒的同时，具备去除原水中低含量氨氮的功能，有效解决现有人工湿地在处理悬浮物含量较高的污水时易发生堵塞的问题。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种人工湿地原水的预处理装置，人工湿地原水经该装置处理后进入人工湿地，该装置包括筒体、入口、扰流板、转向板、防涡器、排污口、导流层、出口、投药口；所述筒体由上部的中空圆柱体一、中部的中空倒椎体、下部的中空圆柱体二组成；所述入口和投药口设置在筒体的顶部，所述排污口设置在筒体的底部，所述扰流板、转向板、防涡器设置在筒体内壁上，并且出口开设在筒体侧壁上。

按上述方向，所述原水入口的方向为筒体的切向方向。

按上述方案，所述扰流板沿筒体内壁的纵向分布M层，M为不小于1的整数；同一层的扰流板沿筒体内壁的周向均匀分布，数量为N，N为不小于1的整数。优选地，所述同一层相邻的两个扰流板交错布置，能够形成夹角。更优选地，所述相邻的两个扰流板交错布置形成夹角为90°，例如所述相邻的两个扰流板分别沿水平方向向上45°或者向下45°分布。

按上述方案，所述扰流板设置在筒体上部的中空圆柱体一、中部的中空倒椎体的内壁上。

按上述方案，所述防涡器为一中空椎体。优选地，所述防涡器与中空圆柱体二的顶端相连且向上延伸。

按上述方案，所述转向板为一设置在筒体内层的中空倒椎体二，半径略小于筒体；所述转向板与筒体内壁之间的空间即为导流层。优选地，所述转向板为一设置在中空倒椎体一内层的中空倒椎体二，半径略小于筒体的中空倒椎体一；所述转向板与中空倒椎体一内壁之间的空间即为导流层。

按上述方案，所述扰流板、转向板与防涡器之间的空间为分离腔，防涡器与排污口之间的空间为收集腔。在分离腔中，比流体密度大的悬浮颗粒能够克服水力阻力，向扰流器中心轴处运动，形成中心核，并在自身重力作用下滑落至收集腔；防涡器能阻挡仍然悬浮的悬浮物上升趋势，使其沉淀到收集腔内。

按上述方案，所述出口位于导流层顶端，开设于筒体侧壁上。

采用上述装置的人工湿地预处理工艺，包括如下步骤：

1)原水切向流入上述装置，流经扰流板使原水流速加快，由层流转换变为湍流；

2)投药口定期投加氧化剂，以出水中氨氮含量达到指定数值来控制氧化剂的加入量；

3)当原水流经分离腔，比流体密度大的悬浮颗粒能够克服水力阻力，向该预处理装置中心轴处运动，形成中心核，并在自身重力作用下滑落至收集腔；而产生高速湍流的原水将向筒体壁面处运动并聚集，流经转向板、防涡器时向上转向进入分离腔流经位于导流层从出口流出，悬浮物则沉淀到收集腔内；

4)出口流出的即为去除悬浮颗粒和氨氮后的原水，收集腔内的悬浮物从底部排污口排出。

按上述方案，原水中氨氮浓度为不超过50mg/L，悬浮颗粒浓度为不超过800mg/L。

按上述方案，所述原水以流速5～12m/s进入入口。

按上述方案，所述悬浮颗粒通常情况下比原水的密度大。

按上述方案，所述氧化剂为次氯酸钠粉末。还可以投加其他试剂，以去除原水在其他的污染物。

本发明的原理是：当原水从切向方向的入口(1)以一定的速度进入，内置的扰流板(2)使液体流速加快，由层流转换变为湍流，可以大大地提高反应器的固液分离水平，悬浮物去除效果明显增强；水平方向成径向均匀布置扰流板(如8个扰流板，相邻两个扰流板交错布置，或向上45°，或向下45°，竖直方向布置4层，共32块扰流板)由于紊动度很高(相当于静态搅拌器)，流体中的悬浮物不易沉淀成垢；当流体流经圆柱形的分离腔(3)时，比流体密度大的悬浮颗粒能够克服水力阻力，向扰流器中心轴处运动，形成中心核，并在自身重力作用下滑落至收集腔(4)；而产生高速湍流的液体将向壁面处运动并聚集，遇到转向板(5)时会有一个180°的向上转向，形成更有效的分离，液体防涡器(6)使仍然悬浮的悬浮物沉淀到收集腔内，从底部排污口(7)排出；入口端增设投药口(10)，定期投加氧化剂，由此实现水中氨氮以及其他污染物的去除。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

A、本发明对不需滤网滤盘，免去了堵网堵盘现象，也不需要经常更换滤袋，固液分离可连续无止境进行，节约成本，减少占地，无运行费用，不需外部动力，不需更换部件，节约能源提高人工湿地出水效果。

B、本发明对微污染水源即含低氨氮水源中氨氮含量的去除有明显效果：在水力扰流器入口端增设投药口，定期投加氧化剂，由于紊流，药剂与氨氮混合均匀，使在悬浮颗粒去除的同时，氯化法对氨氮处理率可达90％～95％，处理效果稳定。

C、本发明排污不需反冲洗水，节省了排污水，没有流量损失。

D、本发明分离过程中，设备没有任何运动产生，没有机械设备的运动磨损，没有可动元件和维护的备件，不需要维修，免维护运行。

本发明通过结构和运行方式上的设计，利用重力和摩擦力作用来去除水中的可沉降悬浮颗粒，并在原水入口端增设投药口定期投加氧化剂，使之在分离水中悬浮颗粒的同时，采用折点氯化法去除原水中低含量的氨氮，是一种用于去除原水悬浮颗粒与低浓度氨氮的原水预处理装置，利用重力和摩擦力作用来去除水中的可沉降悬浮颗粒。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图，左图为剖视图，右图为俯视图。

图1中：1—入口；2—扰流板；3—分离腔；4—收集腔；5—转向板；6—防涡器；7—排污口；8—导流层；9—出口；10—投药口；11—中空圆柱体一；12—中空倒椎体、13—中空圆柱体二。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例和附图进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。

如图1所示，一种人工湿地原水的预处理装置，人工湿地原水经该装置处理后进入人工湿地，该装置包括筒体、入口1、扰流板2、转向板5、防涡器6、排污口7、导流层8、出口9、投药口10；所述筒体由上部的中空圆柱体一11、中部的中空倒椎体12、下部的中空圆柱体二13组成；

所述入口1的方向为筒体的切向方向，设置在筒体上部的中空圆柱体一11的顶部；所述投药口10设置在筒体的顶部，与入口1相通；所述排污口7设置在筒体下部的中空圆柱体二13底部；

所述扰流板2设置在筒体上部的中空圆柱体一11、中部的中空倒椎体12的内壁上；所述防涡器6为一中空椎体，与中空圆柱体二13的顶端相连且向上延伸；所述转向板5为一设置在中空倒椎体一11内层的中空倒椎体二，半径略小于筒体的中空倒椎体一11，转向板5顶部与筒体壁面成倒角相连；所述转向板5与中空倒椎体一11内壁之间的空间即为导流层8；所述出口9位于导流层8顶端，开设于筒体侧壁上。

按上述方案，所述扰流板2沿筒体内壁(筒体上部的中空圆柱体一11、中部的中空倒椎体12的内壁上)的纵向分布4层，同一层的扰流板2沿筒体内壁的周向均匀分布8个，同一层相邻的两个扰流板2交错布置，能够形成夹角。优选地，所述相邻的两个扰流板2交错布置形成夹角为90°，例如所述相邻的两个扰流板2分别沿水平方向向上45°或者向下45°分布。

按上述方案，所述扰流板2、转向板5与防涡器6之间的空间为分离腔3，防涡器6与排污口7之间的空间为收集腔4。在分离腔3中，比流体密度大的悬浮颗粒能够克服水力阻力，向筒体的中心轴处运动，形成中心核，并在自身重力作用下滑落至收集腔4；防涡器6能阻挡仍然悬浮的悬浮物上升趋势，使其沉淀到收集腔4内。

实施例1

采用上述装置的人工湿地预处理工艺，包括如下步骤：

1)配制原水氨氮浓度20mg/L，悬浮颗粒浓度370mg/L，以12m/s的流速切向流入上述装置，流经扰流板使原水流速加快，由层流转换变为湍流；

2)投药口定期投加氧化剂，以出水中氨氮含量达到指定数值来控制氧化剂的加入量，本实施例中氧化剂为次氯酸钠粉末，投加量为12mg/L；

3)当原水流经圆柱形的分离腔，比流体密度大的悬浮颗粒能够克服水力阻力，向该预处理装置中心轴处运动，形成中心核，并在自身重力作用下滑落至收集腔；而产生高速湍流的原水将向筒体壁面处运动并聚集，流经转向板、防涡器时向上转向进入分离腔，遇到转向板会有一个180°的向上转向，经导流层从出口流出，悬浮物则沉淀到收集腔内；

4)出口流出的即为去除悬浮颗粒和氨氮后的原水，收集腔内的悬浮物从底部排污口排出。

实施例2

采用上述装置的人工湿地预处理工艺，包括如下步骤：

1)配制原水氨氮浓度30mg/L，悬浮颗粒浓度540mg/L，以12m/s的流速切向流入上述装置，流经扰流板使原水流速加快，由层流转换变为湍流；

2)投药口定期投加氧化剂，以出水中氨氮含量达到指定数值来控制氧化剂的加入量，本实施例中氧化剂为次氯酸钠粉末，投加量为16mg/L；

3)当原水流经圆柱形的分离腔，比流体密度大的悬浮颗粒能够克服水力阻力，向该预处理装置中心轴处运动，形成中心核，并在自身重力作用下滑落至收集腔；而产生高速湍流的原水将向筒体壁面处运动并聚集，流经转向板、防涡器时向上转向进入分离腔，遇到转向板会有一个180°的向上转向，经导流层从出口流出，悬浮物则沉淀到收集腔内；

4)出口流出的即为去除悬浮颗粒和氨氮后的原水，收集腔内的悬浮物从底部排污口排出。

实施例3

采用上述装置的人工湿地预处理工艺，包括如下步骤：

1)配制原水氨氮浓度40mg/L，悬浮颗粒浓度610mg/L，以12m/s的流速切向流入上述装置，流经扰流板使原水流速加快，由层流转换变为湍流；

2)投药口定期投加氧化剂，以出水中氨氮含量达到指定数值来控制氧化剂的加入量，本实施例中氧化剂为次氯酸钠粉末，投加量为20mg/L；

3)当原水流经圆柱形的分离腔，比流体密度大的悬浮颗粒能够克服水力阻力，向该预处理装置中心轴处运动，形成中心核，并在自身重力作用下滑落至收集腔；而产生高速湍流的原水将向筒体壁面处运动并聚集，流经转向板、防涡器时向上转向进入分离腔，遇到转向板会有一个180°的向上转向，经导流层从出口流出，悬浮物则沉淀到收集腔内；

4)出口流出的即为去除悬浮颗粒和氨氮后的原水，收集腔内的悬浮物从底部排污口排出。

以上实施例中预处理工艺前后效果对比如表1所示。

表1

经本发明所述的人工湿地预处理装置及其工艺处理后的污水可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准：COD≤60mg/L，BOD≤20mg/L，SS≤20mg/L，总氮≤20mg/L，总磷≤1mg/L。经预处理，出水水质可以与三级处理出水水质相当。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种人工湿地原水的预处理装置，人工湿地原水经该装置处理后进入人工湿地，其特征在于它包括筒体、入口、扰流板、转向板、防涡器、排污口、导流层、出口、投药口；所述筒体由上部的中空圆柱体一、中部的中空倒椎体、下部的中空圆柱体二组成；所述入口和投药口设置在筒体的顶部，所述排污口设置在筒体的底部；

所述扰流板设置在筒体上部的中空圆柱体一、中部的中空倒椎体的内壁上；所述防涡器为一中空椎体，且所述防涡器与中空圆柱体二的顶端相连且向上延伸；所述转向板为一设置在筒体内层的中空倒椎体二，半径略小于筒体；所述转向板与筒体内壁之间的空间即为导流层；所述出口位于导流层顶端，开设于筒体侧壁上。

2.根据权利要求1所述的一种人工湿地原水的预处理装置，其特征在于所述入口的方向为筒体的切向方向。

3.根据权利要求1所述的一种人工湿地原水的预处理装置，其特征在于所述扰流板沿筒体内壁的纵向分布M层，M为不小于1的整数；同一层的扰流板沿筒体内壁的周向均匀分布，数量为N，N为不小于1的整数。

4.根据权利要求3所述的一种人工湿地原水的预处理装置，其特征在于同一层相邻的两个扰流板交错布置，能够形成夹角。

5.根据权利要求1所述的一种人工湿地原水的预处理装置，其特征在于所述扰流板、转向板与防涡器之间的空间为分离腔，防涡器与排污口之间的空间为收集腔。

6.权利要求5所述装置的一种人工湿地原水的预处理工艺，其特征在于包括如下步骤：

1)原水切向流入上述装置，流经扰流板使原水流速加快，由层流转换变为湍流；

2)投药口定期投加氧化剂，以出水中氨氮含量达到指定数值来控制氧化剂的加入量；

3)当原水流经分离腔，比流体密度大的悬浮颗粒能够克服水力阻力，向该预处理装置中心轴处运动，形成中心核，并在自身重力作用下滑落至收集腔；而产生高速湍流的原水将向筒体壁面处运动并聚集，流经转向板、防涡器时向上转向进入分离腔流经导流层从出口流出，悬浮物则沉淀到收集腔内；

4)出口流出的即为去除悬浮颗粒和氨氮后的原水，收集腔内的悬浮物从底部排污口排出。