CN113582464A - 一种微污染水深度处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微污染水深度处理装置，包括动力单元以及依次对所述微污染水进行处理的过滤和电解单元、沉淀单元、一级湿地单元和二级湿地单元。动力单元将微污染水和空气混合后送入过滤和电解单元；过滤和电解单元中的过滤装置内放置有铁碳填料，用于在形成的铁碳微电池和空气的作用下对污水进行脱色、去除有机物并形成絮体，电解装置用于对过滤装置处理后的污水进行处理，除去大部分氨氮和磷；沉淀单元用于使生成的絮体沉淀；一级湿地单元包括填料层、土层和植物，该单元用于除去来自沉淀单元的水中的氮和磷；二级湿地单元与一级湿地单元结构和功能相似。该装置能够有效地去除水中各种污染物质，实现污水的净化处理，保证水质稳定、达标。
Description
技术领域
本发明涉及微污染水处理领域，特别是涉及一种微污染水深度处理装置。
背景技术
随着社会的进步和人们生活水平的不断提高，人类对水资源的使用量逐渐增大，同时对周边环境的要求也在逐渐提高。在现有的小的封闭区域内，例如景观水体、小规模的循环水或者回用水中含有大量的污染物质。随着使用时间的推移，水不断蒸发，造成水中污染物的浓度不断浓缩，导致水质超标。在此情况下，研究者或者使用者采用了诸多方法去除水中的污染物，用以满足水质指标。
传统的去除方法大多只是采用沉淀过滤，其工艺复杂，需要投加絮凝药剂，在处理过程中还需要对过滤装置进行冲洗和反冲洗，使得工艺设备复杂，运行繁琐，且去除的主要指标为COD和TP，对水的色度和粪大肠菌群没有去除效果。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种微污染水深度处理方法，其不仅能够去除水中的COD、磷，还能去除水的色度并杀菌，从而能够很好地满足水质要求。
为此，本发明采用以下技术方案：
一种微污染水深度处理装置，包括动力单元以及依次对所述微污染水进行处理的过滤和电解单元、沉淀单元、一级湿地单元和二级湿地单元，其中：所述动力单元用于将微污染水和空气混合后送入所述过滤和电解单元；所述过滤和电解单元包括过滤装置和电解装置，所述过滤装置内放置有铁碳填料，用于在形成的铁碳微电池和空气的作用下对所述微污染水进行脱色、去除有机物并形成絮体；所述电解装置用于对所述过滤装置处理后的污水进行处理，除去其中的大部分氨氮和磷；所述沉淀单元用于使所述过滤和电解单元中生成的絮体及其絮凝的物质沉淀，从而除去水中的大部分悬浮物质；所述一级湿地单元包括填料层、设置在所述填料层上的土层和生长在所述土层上的植物，该单元用于除去来自所述沉淀单元的水中的氮和磷；所述二级湿地单元包括填料层、设置在所述填料层上的土层和生长在所述土层上的植物，该单元用于除去来自所述一级湿地单元的水中的氮和磷。
所述的动力单元为水泵，在所述水泵的进水管上连接有一进气管，在所述进气管上设置有阀门，可依据所需空气量大小调节阀门开度；所述水泵的出水管与一布水器连接，用于将水泵输送的水均匀喷洒在所述铁碳填料上。
为了便于加入氯化钠溶液，在所述水泵的进水管上设置NaCl溶液加入口；或者，设置一氯化钠溶液加入管，使氯化钠溶液从所述过滤和电解单元上部加入。
所述电解装置内设置Cu板和TiO2板，所述Cu板与电源负极相连作为阴极；所述TiO2板与电源正极相连，作为阳极；在阴极电位为-1.0～-2.4V范围内进行操作，当阴极电位为-1.6V时效果最好)。在电解的作用下除去硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，并产生Fe3+，在水中生成较大的絮体，经电解装置处理后的水从上部流入所述沉淀单元。
所述沉淀单元内设置有导流板和短程斜板，所述导流板将沉淀单元分隔成底部连通的第一空间和第二空间，导流板的底部向所述第二空间一侧倾斜；所述短程斜板有多块，倾斜设置在第二空间上部；来自所述过滤和电解单元的水从所述第一空间顶部落下，经导流板导流后向上经过所述短程斜板后进入所述一级湿地单元。
所述一级湿地单元包括进水通道和一级湿地，所述进水通道用于使来自所述沉淀单元的水从下部进入所述一级湿地。所述一级湿地包括填料层、设置在填料层上的土层和种植在土层上的植物，经一级湿地单元处理后的水从一级湿地单元下部进入所述二级湿地单元。所述填料层为石英砂层，所述植物为芦苇及/或香蒲。
所述二级湿地单元中的填料层为沸石层，所述植物为芦苇及/或香蒲，所述二级湿地单元远离一级湿地单元一侧设置有出水口。
优选的是，所述微污染水深度处理装置还包括太阳能电池板和蓄电池，所述太阳能电池板用于将太阳能转化为电能；所述蓄电池用于存储所述电能并向所述电解装置和水泵供电。
优选的是，所述过滤和电解单元、沉淀单元、一级湿地单元和二级湿地单元依次连接，且各单元之间的隔板高度依次降低；在所述微污染水深度处理装置的底部设置有多个支撑腿和滤网，微污染水经滤网过滤后进入所述水泵的进水管。
本发明主要应用于有限范围内的微污染水的深度处理，包括景观水体的净化、小规模污水处理水的深度处理以及回用，也可用于部分工业水的处理。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的水处理装置采用铁碳技术耦合电化学技术、微生态湿地技术，能够有效地去除水体中的污染物质。
2、在太阳能微动力驱动下，无需外部动力，即可实现污水的净化处理，保证水质稳定、达标。
附图说明
图1为本发明的微污染水深度处理装置的剖视结构示意图；
图2为图1中电解装置的结构示意图。
图中：
10.进水管 11.电解装置 12.隔板 13.铁碳填料 14.水泵 15.布水器
16.蓄电池 17.太阳能电池板 18.进气管 19.导流板 20.植物 21.出水口
22.滤网 23.填料 24.出水孔 25.填料层 26.布水孔 27.进水通道
28.短程斜板 29.通道 30.氯化钠溶液加入管 31.支撑腿
具体实施方式
下面结合附图对本发明的微污染水深度处理方法进行详细说明。
参见图1和图2，本发明的微污染水深度处理装置包括动力单元以及依次对所述微污染水进行处理的过滤和电解单元、沉淀单元、一级湿地单元和二级湿地单元。具体如下：
所述动力单元用于将微污染水和空气混合后送入所述过滤和电解单元。所述动力单元为水泵14，在所述水泵14的进水管10上连接有一进气管18，在进气管18上设置有阀门；水泵的出水管与一布水器15连接，用于将水泵输送的水均匀喷洒在所述铁碳填料上。
所述过滤和电解单元包括过滤装置和电解装置11，所述过滤装置内放置有铁碳填料13，用于在形成的铁碳微电池和空气的作用下对所述微污染水进行脱色、去除有机物并形成絮体。
所述电解装置11用于对所述过滤装置处理后的污水进行处理，除去其中的大部分氨氮和磷。在电解装置内设置Cu板和TiO2板，所述Cu板与电源负极相连作为阴极；所述TiO2板与电源正极相连，作为阳极，在阴极电位为-1.0～-2.4V范围内进行操作，当阴极电位为-1.6V时效果最好。在电解的作用下除去硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，并产生Fe3+，在水中生成较大的絮体，经电解装置处理后的水从上部流入所述沉淀单元。在图2所示的实施例中，Cu板11a和TiO2板11b各设置两块，且Cu板11a和TiO2板11b间隔设置，两块Cu板与电源负极相连，两块TiO2板与电源正极相连。所述阴极与阳极极板间距为1-4cm，其中，间距为2cm时效果最好。
所述沉淀单元用于使所述过滤和电解单元中生成的絮体及其絮凝的物质沉淀，从而除去水中的大部分悬浮物质。在所述沉淀单元内设置有导流板19和短程斜板28，所述导流板19将沉淀单元分隔成底部连通的第一空间和第二空间，导流板19的底部向所述第二空间一侧倾斜；所述短程斜板28有多块，倾斜设置在第二空间上部；来自所述过滤和电解单元的水从所述第一空间顶部落下，经导流板导流后向上经过所述短程斜板后进入所述一级湿地单元。
所述一级湿地单元包括填料层、设置在所述填料层上的土层(图中未示出)和生长在所述土层上的植物，该单元用于除去来自所述沉淀单元的水中的氮和磷。具体地，所述一级湿地单元包括进水通道27和一级湿地，进水通道27下部形成多个布水孔26，所述进水通道用于使来自所述沉淀单元的水从布水孔26进入所述一级湿地。所述一级湿地包括填料层25、设置在填料层25上的土层和种植在土层上的植物20，经一级湿地单元处理后的水从一级湿地单元下部的出水孔24进入所述二级湿地单元。所述填料层25为石英砂层，所述植物为芦苇及/或香蒲。
所述二级湿地单元包括填料层、设置在所述填料层上的土层和生长在所述土层上的植物20，该单元用于除去来自所述一级湿地单元和水中的氮和磷。所述填料层的填料23为沸石，所述植物20为芦苇及/或香蒲，所述二级湿地单元远离一级湿地单元一侧设置有出水口21。
为了便于加入氯化钠溶液，在所述水泵的进水管上设置NaCl溶液加入口；或者，设置一氯化钠溶液加入管，使氯化钠溶液从所述过滤和电解单元上部加入。
另外，所述微污染水深度处理装置还包括太阳能电池板和蓄电池，所述太阳能电池板用于将太阳能转化为电能；所述蓄电池用于存储所述电能并向所述电解装置和水泵供电。
在图1所示的实施例中，所述过滤和电解单元、沉淀单元、一级湿地单元和二级湿地单元依次连接，且各单元之间的隔板12的高度依次降低。在所述微污染水深度处理装置的底部设置有多个支撑腿31和滤网22，微污染水经滤网22过滤后进入所述水泵14的进水管。
各单元的形状可以是方形；也可以设计成同心圆环形，使所述过滤和电解单元位于中心向外依次为环形的沉淀单元、环形的一级湿地单元和环形的二级湿地单元。
另外，根据实际情况，可以定期通过排污管将沉淀单元中的沉淀排出。
利用本发明的装置对微污染水进行处理的过程如下：
首先，启动水泵14，待处理的水经滤网22流入该处理装置的底部，然后沿进水管10进入泵内，继而被送入布水器15。在所述水泵的进水管上设置NaCl溶液加入口；或者，设置一氯化钠溶液加入管30，使氯化钠溶液从所述过滤和电解单元上部加入。NaCl溶液的投加量和投加时间依照水中氯离子浓度的大小而定，一般控制在400mg/L左右。在水泵运转初期，连接水泵的进气阀18关闭，待正常运行后，打开进气阀18，在负压的作用下，空气进入水泵内，通过调节进气阀的开度可以控制进气量。在水泵内，气、水充分混合，然后经布水装置15在铁碳填料13上方均匀布水。
水分散成小水滴均匀洒落在铁碳填料上，且水中溶解有大量的氧气。在每个填料颗粒上，由铁和碳在空间上构成若干个微电池，同时反应过程中产生新生态[H]、[O]和Fe2+，它们能与水中的有机酸、富里酸等有机物发生氧化氧化反应，使大链有机物的链断裂，达到脱色和去除有机物的目的。而产生的Fe2+能够在水中生成氢氧化亚铁，其具有一定的絮凝作用。
通过铁碳填料处理后的水进入所述电解装置11。参见图1和图2，在电解装置11内设置Cu板11a和TiO2板11b，Cu板11a与电源负极相连作为阴极，TiO2板11b与电源正极相连，作为阳极。在阴极电位为-1.0～-2.4V范围内进行操作，当阴极电位为-1.6V时效果最好。电解时阳极的主要反应为：
2Cl-→2e-+Cl2
Cl2+H2O→HOCl+H++Cl-
阴极的主要反应为：
在电解的作用下可将污水中的氨氮完全氧化，硝酸盐氮和亚硝酸盐氮也有一定程度的去除。但整个电解过程对有机物COD去除效果较差，能够达到20％左右。由于来自铁碳填料的水中含有部分Fe2+离子，在进入电解装置11后，在次氯酸的作用下，将Fe2+氧化成Fe3+离子，Fe3+离子具有很好的絮凝作用，能够在水中生成较大的絮体，能够有效去除水中的磷(P)，反应式如下：
之后，生成的絮体随水流流入所述沉淀单元。在沉淀单元中，水流自导流板19和隔板之间形成的空间下落，絮体沉淀，水通过导流板19下部的通道29后自下而上流动，在短程斜板28的作用下，进一步分离水中的絮体，絮体在沉淀单元中充分沉淀。在此过程中，能够去除除水中的悬浮颗粒、胶体等物质，使水得到进一步净化，另外，由电解单元产生的次氯酸与水中的还原性物质基本反应完全。沉淀池的沉淀机理主要是结合竖流沉淀池和斜板沉淀池的理论形式，强化沉淀效果，减少占地面积。经此过程后，水中还存在一定量的小的微生物颗粒，这部分污染物质通过两级微型人工湿地进一步去除。
经沉淀单元处理后的水首先进入一级微型人工湿地的进水通道27，而后通过隔板12上的布水孔26后进入一级微型人工湿地的填料层25；然后通过二级微型人工湿地的进水孔24进入二级微型人工湿地，经过填料层23后从出水口21流入水体中，完成整个处理过程。
上述两级微型人工湿地对污染物的去除主要体现在污染物在通过湿地的过程中通过沉降、截留、过滤以及通过植物根系的阻截和吸收而去除。细菌寄生于污泥和填料表面，通过细菌的硝化—反硝化作用去除TN和部分COD；植物根系分泌物对大肠杆菌和病原体，有灭活作用；氮和磷能被植物吸收而去除。湿地植物和所有进行光合自养的有机体一样，具有分解和转化有机物和其他物质的能力。植物通过吸收同化作用，能直接从污水中吸收可利用的营养物质。水中的铵盐、硝酸盐以及磷酸盐都能通过这种作用被植物体吸收，湿地上种植的植物到秋天时被收割，被植物吸收的物质因植物被收割而离开水体。
由于二级微型人工湿地的出水口远离过滤和电解单元的进水口，因此可以防止发生短流现象。
另外，需要说明的是，一般生活污水中氯离子含量为200-400mg/L。通过投加NaCl溶液可将经过铁碳填料13的水中氯离子浓度控制在400mg/L左右，该浓度不会对后续污水处理步骤产生影响。
微污染水在各处理单元中的停留时间根据微污染水的水质及目标水质的不同而有所不同。
在本发明的一个实施例中，实验用水取自某一景观水池，其COD、TN、氨氮和TP值分别为40.5mg/L、15.0mg/L、5.1mg/L和2.1mg/L，水在过滤装置和电解装置、沉淀单元、一级湿地单元和二级湿地单元中的停留时间(即：从进水到出水的时间)分别为20min、20min、20min、10min、10min。经处理后的水，其COD、TN、氨氮和TP值分别为12.2mg/L、8.0mg/L、0mg/L和0.1mg/L，出水质明显改善，对各种污染水质参数的去除效果明显。
本发明的测试中使用的电化学工作站为天津市兰力科化学电子技术有限公司生产的LK2010型电化学工作站。
Claims (10)
1.一种微污染水深度处理装置，其特征在于，包括动力单元以及依次对所述微污染水进行处理的过滤和电解单元、沉淀单元、一级湿地单元和二级湿地单元，其中：
所述动力单元用于将微污染水和空气混合后送入所述过滤和电解单元；
所述过滤和电解单元包括过滤装置和电解装置，所述过滤装置内放置有铁碳填料，用于在形成的铁碳微电池和空气的作用下对所述微污染水进行脱色、去除有机物并形成絮体；所述电解装置用于对所述过滤装置处理后的污水进行处理，除去其中的大部分氨氮和磷；
所述沉淀单元用于使所述过滤和电解单元中生成的絮体及其絮凝的物质沉淀，从而除去水中的大部分悬浮物质；
所述一级湿地单元包括填料层、设置在所述填料层上的土层和生长在所述土层上的植物，该单元用于除去来自所述沉淀单元的水中的氮和磷；
所述二级湿地单元包括填料层、设置在所述填料层上的土层和生长在所述土层上的植物，该单元用于除去来自所述一级湿地单元的水中的氮和磷。
2.根据权利要求1所述的微污染水深度处理装置，其特征在于：所述动力单元为水泵，在所述水泵的进水管上连接有一进气管，在所述进气管上设置有阀门；所述水泵的出水管与一布水器连接，用于将水泵输送的水均匀喷洒在所述铁碳填料上。
3.根据权利要求2所述的微污染水深度处理装置，其特征在于：在所述水泵的进水管上设置NaCl溶液加入口；或者，设置一氯化钠溶液加入管，使氯化钠溶液从所述过滤和电解单元上部加入。
4.根据权利要求1所述的微污染水深度处理装置，其特征在于：所述电解装置内设置Cu板和TiO2板，所述Cu板与电源负极相连作为阴极；所述TiO2板与电源正极相连，作为阳极，在阴极电位为-1.0～-2.4V范围内进行操作，在电解的作用下除去硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，并产生Fe3+，在水中生成较大的絮体，经电解装置处理后的水从上部流入所述沉淀单元。
5.根据权利要求1所述的微污染水深度处理装置，其特征在于：所述沉淀单元内设置有导流板和短程斜板，所述导流板将沉淀单元分隔成底部连通的第一空间和第二空间，导流板的底部向所述第二空间一侧倾斜；所述短程斜板有多块，倾斜设置在第二空间上部；来自所述过滤和电解单元的水从所述第一空间顶部落下，经导流板导流后向上经过所述短程斜板后进入所述一级湿地单元。
6.根据权利要求1所述的微污染水深度处理装置，其特征在于：所述一级湿地单元包括进水通道和一级湿地，所述进水通道用于使来自所述沉淀单元的水从底部进入所述一级湿地；所述一级湿地包括填料层、设置在填料层上的土层和种植在土层上的植物，经一级湿地单元处理后的水从一级湿地单元下部进入所述二级湿地单元。
7.根据权利要求6所述的微污染水深度处理装置，其特征在于：所述填料层为石英砂层，所述植物为芦苇及/或香蒲。
8.根据权利要求1所述的微污染水深度处理装置，其特征在于：所述二级湿地单元中的填料层为沸石层，所述植物为芦苇及/或香蒲，所述二级湿地单元远离一级湿地单元一侧设置有出水口。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的微污染水深度处理装置，其特征在于：还包括太阳能电池板和蓄电池，所述太阳能电池板用于将太阳能转化为电能；所述蓄电池用于存储所述电能并向所述电解装置和水泵供电。
10.根据权利要求9所述的微污染水深度处理装置，其特征在于：所述过滤和电解单元、沉淀单元、一级湿地单元和二级湿地单元依次连接，且各单元之间的隔板高度依次降低；在所述微污染水深度处理装置的底部设置有多个支撑腿和滤网，微污染水经滤网过滤后进入所述水泵的进水管。
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