納米曝氣凝聚-攪拌絮凝凈化生物處理污水的裝置和方法
【專利摘要】一種納米曝氣凝聚-攪拌絮凝凈化生物處理污水的裝置，主要由納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置、三級反沖篩濾裝置和出水池組成。本發(fā)明還公開了利用上述裝置進(jìn)行污水處理的方法。本發(fā)明優(yōu)化絮凝效能、降低藥耗、縮短反應(yīng)時間，有效去除污水中病原菌和痕量有機(jī)物含量，去除率達(dá)到100％，提高出水水質(zhì)。
【專利說明】納米曝氣凝聚-攪拌絮凝凈化生物處理污水的裝置和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種納米曝氣凝聚-攪拌絮凝凈化生物處理污水的裝置。
[0002] 本發(fā)明還涉及利用上述裝置處理污水的方法，更具體地涉及一種去除污水中有機(jī) 物、微生物、無機(jī)物等化學(xué)雜質(zhì)的方法。

【背景技術(shù)】
[0003] 污水生物處理是用生物學(xué)的方法處理污水的總稱，是現(xiàn)代污水處理應(yīng)用中最廣泛 的方法之一。主要借助微生物的分解作用把污水中有機(jī)物轉(zhuǎn)化為簡單的無機(jī)物，使污水得 到凈化。利用微生物的分解活動，使污水得到凈化，如活性污泥、生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、污水 灌溉、氧化塘的功能。污水生物處理效果好，費用低，技術(shù)較簡單，應(yīng)用比較簡單。生物處理 可以降低污水中的有機(jī)物和營養(yǎng)物質(zhì)，尤其是氮、磷等污染物，當(dāng)簡單的沉淀和化學(xué)處理不 能保證達(dá)到足夠的凈化程度時，就要用生物的方法作進(jìn)一步處理。生物處理過程中要求污 水中B0D與C0D比值要大于0. 3,溫度影響較大，冬季一般效果較差，現(xiàn)使用納米混凝-三級 反沖洗篩濾的方式對生物處理出水進(jìn)行深度凈化。
[0004] 我國現(xiàn)有的混凝技術(shù)，由于混合效果差，混凝劑入水迅速形成膠體，將大量混凝劑 包裹在內(nèi)，分散效果差，難以達(dá)到混凝劑最高利用率，導(dǎo)致藥耗較高、反應(yīng)時間長，絮凝效能 較差的后果。
[0005] 目前設(shè)計應(yīng)用的砂濾池在濾料層含污能力遠(yuǎn)未飽和的情況下，反沖洗卻不斷進(jìn) 行。這不但影響了濾池的產(chǎn)水能力，還極大地浪費了水資源和能耗。由于清洗和更換濾頭 需停產(chǎn)并掏出濾料層，工作量很大。因此，濾床的堵塞便成為污水處理中一個十分麻煩的問 題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種納米曝氣凝聚-攪拌絮凝凈化生物處理污水的裝置。
[0007] 本發(fā)明的又一目的在于提供一種利用上述裝置進(jìn)行污水處理的方法。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的納米曝氣凝聚-攪拌絮凝凈化生物處理污水的裝 置，主要包括：
[0009] 納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置的一側(cè)為進(jìn)水口，該進(jìn)水口連接一液壓泵，另一 側(cè)為出水口通過液壓泵連接旋三級反沖篩濾裝置；
[0010] 納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置的底部設(shè)有螺旋輸泥器，螺旋輸泥器的端部為一 出泥口；納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置的進(jìn)水口一側(cè)為主反應(yīng)區(qū)，納米曝氣凝聚-微渦流 絮凝裝置出水口一側(cè)為絮體二次攔截區(qū)，主反應(yīng)區(qū)和絮體二次攔截區(qū)之間是絮體攔截區(qū)； [0011] 主反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)有微渦流混凝器，微渦流混凝器上方設(shè)有納米曝氣頭，主反應(yīng)區(qū)的 頂端設(shè)有加藥裝置用以添加混凝劑；
[0012] 絮體攔截區(qū)內(nèi)鋪設(shè)有斜管，用于絮體攔截沉淀；
[0013] 絮體二次攔截區(qū)內(nèi)部填充有聚丙烯立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)填料，聚丙烯立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)填料 下方鋪設(shè)一納米曝氣頭，納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置的出水口設(shè)在聚丙烯立體網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)填料底部，連接三級反沖篩濾裝置的進(jìn)水口；
[0014] 三級反沖篩濾裝置由多孔網(wǎng)格分為上、下兩個部分，多孔網(wǎng)格的下方設(shè)置在排列 成圓筒狀的分流倉上以分割空間，多孔網(wǎng)格上方正中央安放一納米曝氣頭，并填充有混合 填料用于篩濾，混合填料為石英砂、改性錳砂、零價納米鐵與天然沸石分子篩的混合物；
[0015] 三級反沖篩濾裝置的進(jìn)水口一側(cè)設(shè)有一進(jìn)水堰和阻流板，置于混合填料的上方， 三級反沖篩濾裝置的另一側(cè)設(shè)有一曝氣管，曝氣管設(shè)有多個細(xì)孔曝氣孔，曝氣孔垂直向上， 曝氣管置于混合填料的上方，曝氣管對應(yīng)一回流槽；
[0016] 三級反沖篩濾裝置內(nèi)安裝有超聲波發(fā)生儀；
[0017] 多孔網(wǎng)格下方為集水池，集水池外壁涂刷避光黑色涂料，內(nèi)壁均勻負(fù)載一層非金 屬摻雜的光催化劑，底部安裝有紫外滅菌燈，紫外滅菌燈之間設(shè)置有納米曝氣頭，集水池內(nèi) 部剩余空間填充有半導(dǎo)體負(fù)載填料；
[0018] 三級反沖篩濾裝置的出水口連接至出水池，出水池的出水口通過一增壓泵與三級 反沖篩濾裝置的出水口相連接。
[0019] 所述的裝置，其中，多孔網(wǎng)格為兩層，中間鋪設(shè)并固定一層不銹鋼網(wǎng)。
[0020] 所述的裝置，其中，納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置和三級反沖篩濾裝置中的納 米曝氣頭均連接一納米曝氣機(jī)。
[0021] 所述的裝置，其中，三級反沖篩濾裝置的分流倉與混合填料上部連接通氣管通往 大氣，以防止三級反沖篩濾裝置內(nèi)壓力過高。
[0022] 所述的裝置，其中，三級反沖篩濾裝置中的混合填料粒徑為0. 5-1. 2_，不均勻系 數(shù)為2,混合體積比為7:2:2:1。
[0023] 所述的裝置，其中，納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置和三級反沖篩濾裝置中多孔 網(wǎng)格上方的曝氣頭進(jìn)氣為〇 2，用于混凝攪拌和清潔填料；三級反沖篩濾裝置的儲水池納米 曝氣頭進(jìn)氣為〇3，通過納米曝氣強(qiáng)化羥基自由基的產(chǎn)生過程。
[0024] 所述的裝置，其中，加藥裝置中的混凝劑為聚合氯化鋁+陽離子聚丙烯酰胺，比例 為 20:1。
[0025] 本發(fā)明提供的利用上述裝置進(jìn)行污水處理的方法：
[0026] 污水進(jìn)入納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置，先經(jīng)過主反應(yīng)區(qū)進(jìn)行納米氣浮-凝聚 處理后，于微渦流混凝器再次凝聚-絮凝，而后自流至絮體攔截區(qū)，絮體在斜管的攔截作用 下沉至納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置的底部，在螺旋輸送器的帶動下自出泥口定期排 出，澄清液溢流至絮體二次攔截區(qū)，在聚丙烯立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)填料的作用下進(jìn)行二次攔截，過 濾后的清液導(dǎo)入三級反沖篩濾裝置中：
[0027] 三級反沖篩濾裝置的集水池內(nèi)納米曝氣頭采用03曝氣，由于納米氣泡具有龐大的 數(shù)量、比表面積、緩慢的上升速度等特性，同時氣泡在水中停留時間長，增加了氣液接觸面 積、接觸時間，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(xué)能促使產(chǎn)生更多的羥基自由 基·0Η，增強(qiáng)0 3氧化分解有機(jī)物的能力；且納米級的03氣泡與紫外滅菌燈、半導(dǎo)體負(fù)載填料 共存于集水池，提高高級氧化效果，可有效提高· 0Η產(chǎn)生率。
[0028] 所述的方法，其中，三級反沖篩濾裝置中的紫外滅菌燈平均照射劑量在300J/m2以 上。
[0029] 本發(fā)明使用納米曝氣過程的納米氣泡達(dá)成絮凝工藝的凝聚過程，分別達(dá)成三段功 效，前期氣浮過程，俘獲污水中的微細(xì)污染物顆粒；中期加藥混凝過程，促進(jìn)膠體相互碰撞 凝聚成絮體，打散包裹住混凝劑的膠體塊，提高其分散程度；后期熱斷裂過程，斷裂絮體薄 弱處，進(jìn)而重新形成更加穩(wěn)固的絮體。優(yōu)化絮凝效能、降低藥耗、縮短反應(yīng)時間，有效去除污 水中污染物質(zhì)，提高出水水質(zhì)。本發(fā)明又使用一種三級反沖洗篩濾裝置對污水進(jìn)行深度處 理，深度去除水中有機(jī)的懸浮物質(zhì)和雜志，吸附無機(jī)的有害物質(zhì)。并且使用三級的反沖洗技 術(shù)，更好的達(dá)到了反沖洗作用，最大程度節(jié)省了水資源。在篩濾的同時本發(fā)明采用紫外燈、 半導(dǎo)體負(fù)載填料以及納米曝氣技術(shù)激發(fā)羥基自由基對出水進(jìn)行高級氧化，三級反沖篩濾裝 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(fù)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(qiáng)自由負(fù)離子的產(chǎn)生，達(dá)成 光催化效果；而自由負(fù)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，可深度去除其中污染物質(zhì)，滅殺污水中的細(xì)菌，病原菌，并針對 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(xué)物 質(zhì)）的處理方面具有很大的優(yōu)勢，使大分子難降解有機(jī)物氧化成低毒或無毒的小分子物 質(zhì)，降低難降解物質(zhì)，提高出水水質(zhì)，達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過本發(fā)明的裝置處理的出水透 明度高、水質(zhì)好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030] 圖1是本發(fā)明的裝置示意圖。
[0031] 附圖中主要組件符號說明：
[0032] 1主反應(yīng)區(qū)；2、2八、28、2(：納米曝氣頭；3加藥裝置；4絮體攔截區(qū) ；5斜管；6納米曝 氣凝聚-微渦流絮凝裝置；7絮體二次攔截區(qū)；8立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)填料；9第一閥門；10第二閥 門；11增壓泵；12進(jìn)水堰；13阻流板；14混合填料；15三級反沖篩濾裝置；16曝氣管；17回 流槽；18多孔網(wǎng)格；19分流倉；20出水池；21第三閥門；22第一閘閥；23第二閘閥；24紫外 滅菌燈；25半導(dǎo)體負(fù)載填料；26集水池；27通氣管；28納米曝氣機(jī)；29液壓泵；30出水口； 31出泥口；32螺旋輸送器；33微渦流混凝器；34超聲波發(fā)生儀。

【具體實施方式】
[0033] 本發(fā)明提供的納米曝氣凝聚-攪拌絮凝凈化生物處理污水的裝置和方法，可以高 效去除污水中污染物質(zhì)（如：有機(jī)物、微生物、無機(jī)物等化學(xué)雜質(zhì)）。
[0034] 請參閱圖1。本發(fā)明提供的納米曝氣凝聚-攪拌絮凝凈化生物處理污水的裝置，其 主要結(jié)構(gòu)包括：
[0035] 納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置6的一側(cè)為進(jìn)水口，該進(jìn)水口連接一液壓泵29,另 一側(cè)為出水口 30通過液壓泵29連接旋三級反沖篩濾裝置15。
[0036] 納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置6的底部設(shè)有螺旋輸泥器32,螺旋輸泥器32的端 部為一出泥口 31 ;納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置6進(jìn)水口一側(cè)為主反應(yīng)區(qū)1，完成納米氣 浮-凝聚過程，納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置6出水口一側(cè)為絮體二次攔截區(qū)7,主反應(yīng) 區(qū)1和絮體二次攔截區(qū)7之間是絮體攔截區(qū)4。主反應(yīng)區(qū)1內(nèi)填充有微渦流混凝器33,微 渦流混凝器33上方使用有機(jī)玻璃固定有納米曝氣頭2,納米曝氣頭2與納米曝氣機(jī)29相連 接。主反應(yīng)區(qū)1的頂端設(shè)有加藥裝置3用以添加混凝劑，混凝劑為聚合氯化鋁PAC+陽離子 聚丙烯酰胺CPAM，其添加比例約為20:1。絮體攔截區(qū)4內(nèi)鋪設(shè)有斜管5,用于絮體攔截沉 淀；絮體二次攔截區(qū)7內(nèi)部填充聚丙烯立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)填料8,聚丙烯立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)填料8下 方鋪設(shè)一納米曝氣頭2與納米曝氣機(jī)29相連接。納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置6的出 水口 30設(shè)在填料底部。微渦流混凝器33上方的納米曝氣頭2和聚丙烯立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)填料 8的納米曝氣頭2A均各連接一納米曝氣機(jī)28。
[0037] 納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置6的出水通過液壓泵29和增壓泵11導(dǎo)入三級反 沖篩濾裝置15,液壓泵29上連接有第一閥門9和第二閥門10,第一閥門9安裝在液壓泵29 和增壓泵11之間，第二閥門10通向大氣。
[0038] 三級反沖篩濾裝置15由多孔網(wǎng)格18分為上、下兩個部分，多孔網(wǎng)格18為兩層，中 間鋪設(shè)并固定一層不銹鋼網(wǎng)。多孔網(wǎng)格18的下方設(shè)置在緊密排列的圓筒狀分流倉19上以 分割空間，防止局部壓力過大沖破多孔網(wǎng)格。多孔網(wǎng)格18上方正中央安放一納米曝氣頭 2B，并填充一層混合填料用于篩濾，混合填料選取石英砂、改性錳砂、零價納米鐵與天然沸 石分子篩混合，粒徑為0. 5-1. 2_，不均勻系數(shù)為2,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。
[0039] 三級反沖篩濾裝置15的進(jìn)水口一側(cè)設(shè)有一進(jìn)水堰12和阻流板13,置于混合填料 的上方。三級反沖篩濾裝置15的另一側(cè)設(shè)有一曝氣管16,曝氣管16設(shè)有多個細(xì)孔曝氣孔， 曝氣孔垂直向上，曝氣管16置于混合填料的上方，曝氣管16對應(yīng)一回流槽17,三級反沖篩 濾裝置15內(nèi)安裝有超聲波發(fā)生儀34。多孔網(wǎng)格18下方為集水池26,集水池26外壁涂刷 避光黑色涂料，內(nèi)壁均勻負(fù)載一層非金屬摻雜的光催化劑，底部安裝有紫外滅菌燈24,紫外 滅菌燈24之間設(shè)置有納米曝氣頭2C，集水池26內(nèi)部剩余空間填充有半導(dǎo)體負(fù)載填料（使 用非金屬摻雜光催化劑負(fù)載在立體網(wǎng)狀聚丙烯填料表面），無需使用分散劑，并減少催化劑 的流失現(xiàn)象。多孔網(wǎng)格18上方的納米曝氣頭2和集水池26內(nèi)的納米曝氣頭2均連接一納 米曝氣機(jī)28。三級反沖篩濾裝置15的分流倉19與混合填料14上部連接通氣管27通往大 氣，以防止三級反沖篩濾裝置內(nèi)壓力過高。
[0040] 三級反沖篩濾裝置15的出水口通過第一閘閥22連接至出水池20做靜置處理后， 可以作為中水排出，也可以用作三級反沖篩濾裝置15反沖洗的用水。反沖洗時，出水池20 的出水口通過一增壓泵11與三級反沖篩濾裝置15的出水口相連接，在增壓泵11的兩側(cè)分 別設(shè)有第二閘閥23和第三閥門21。
[0041] 本發(fā)明利用上述裝置處理生活污水的方法是：
[0042] 污水經(jīng)過納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置內(nèi)主反應(yīng)區(qū)進(jìn)行納米氣浮-凝聚處理 后，于微渦流混凝器再次凝聚-絮凝，而后自流至中間絮體攔截區(qū)，絮體在斜管的攔截作用 下沉至反應(yīng)器底部，定時在螺旋輸送器的帶動下自出泥口定期排出，澄清液溢流至右側(cè)絮 體二次攔截區(qū)，在高密度立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)填料的作用下進(jìn)行二次攔截，過濾后的清液自出水 口排出。二次攔截區(qū)填料定期清洗，清洗時同時開啟填料底部納米曝氣頭，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。出水通過液壓泵導(dǎo)入三級反沖篩濾裝置。
[0043] 正常篩濾時，污水自進(jìn)水堰進(jìn)入，在進(jìn)水堰的物理結(jié)構(gòu)作用下由水平方向?qū)閳?直向上，在重力作用下撞擊在阻流板上，以防止水流直接撞擊填料影響處理效果；污水經(jīng)過 填料的過濾，流至下方集水池，集水池內(nèi)納米曝氣頭的進(jìn)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（紫外滅菌燈平均照射劑量在300J/m2以上），半導(dǎo)體負(fù)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(jìn)行反洗時，沖刷混合填料，較 好的做到混合填料清潔與再生。
[0044] 本發(fā)明采用納米曝氣技術(shù)改進(jìn)混凝工藝的凝聚過程，主要分為三個步驟：
[0045] (A)微納米曝氣前期氣浮過程：微納米氣泡傳質(zhì)過程中，污水中的微細(xì)污染物顆 粒俘獲在氣泡表面或與氣泡粘附在一起，在氣泡上升過程中帶動微細(xì)污染物顆粒上浮至水 體表面，達(dá)成氣浮作用從而實現(xiàn)清水與懸浮顆粒物、膠體的分離；
[0046] (B)微納米曝氣中期加藥混凝過程：利用微納米氣泡發(fā)生過程的強(qiáng)烈沖擊力以及 上浮過程中的氣液兩相相對運動、氣泡爆炸時局部產(chǎn)生的高溫高壓狀態(tài)和爆破力，對污水 進(jìn)行熱補償?shù)耐瑫r施加強(qiáng)烈攪拌作用，迅速將混凝劑分散至待處理水體的各處，使混凝劑 與污水快速均勻混合，打散包裹住混凝劑的膠體塊，提高其分散程度，促進(jìn)膠體相互碰撞凝 聚成絮體。而當(dāng)混凝劑被包裹形成絮體后，在納米曝氣下絮體成長質(zhì)量更高，成長過大的絮 體在納米曝氣的作用下會破碎成較小絮體從而恢復(fù)并保持絮凝能力（絮體過大會使總表 面積減小，吸附能力下降），密實度較低的絮體在納米曝氣的剪切力作用下會破碎并重新絮 凝成密實度較高的絮體，有利于沉淀分離。
[0047] (C)微納米曝氣后期熱斷裂過程：利用微納米曝氣過程產(chǎn)生的以及氣泡爆炸時局 部產(chǎn)生的高溫高壓狀態(tài)實現(xiàn)絮體薄弱處的斷裂，進(jìn)而重新撞擊、吸附污水中膠體、懸浮物以 形成更加穩(wěn)固的絮體。
[0048] 為了讓形成的絮體更好的吸附脫穩(wěn)膠體而成長的絮凝過程，本發(fā)明同時使用微渦 流混凝器，渦流反應(yīng)器形成的微渦旋流動能有效地促進(jìn)水中微粒的擴(kuò)散與碰撞。一方面， 混凝劑水解形成膠體在微渦流作用下快速擴(kuò)散并與水中膠體充分碰撞，使水中膠體快速脫 穩(wěn)；另一方面，水中脫穩(wěn)膠體在微渦流作用下具有更多碰撞機(jī)會，因而具有更高的凝聚效 率。
[0049] 使用三級反沖篩濾裝置時，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，間歇沖散混合填料上的致密污物層，污染物質(zhì)層破碎成片狀浮起，在 曝氣管的浮力以及進(jìn)水沖擊阻流板向右推力的協(xié)同作用下，溢流至回流槽，使混合填料截 留的污染物集中排除裝置外，與進(jìn)水混合重新處理。延長三級反沖篩濾裝置使用壽命及反 洗周期，對于進(jìn)水濁度較低的情況，甚至可以無需反沖洗，不斷運行凈化污水。
[0050] 集水池內(nèi)納米曝氣頭采用03曝氣，由于納米氣泡具有龐大的數(shù)量、比表面積、緩慢 的上升速度等特性，同時氣泡在水中停留時間長，增加了氣液接觸面積、接觸時間，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(xué)能促使產(chǎn)生更多的羥基自由基· 0H，增強(qiáng)〇3氧化 分解有機(jī)物的能力；且納米級別〇3氣泡與紫外滅菌燈、半導(dǎo)體負(fù)載填料共存于集水池，提高 高級氧化效果，可有效提高· 0H產(chǎn)生率。
[0051] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，本發(fā)明能有效去除污水中病原菌和痕量有機(jī)物含量， 去除率達(dá)到100%。
[0052] 本發(fā)明采用三級反沖洗技術(shù)進(jìn)行反沖洗：
[0053] -級反沖洗為曝氣循環(huán)反沖洗，由于污染物質(zhì)在填料表面的堆積，污水難以透過 填料之間的空隙滲透下去，在篩濾過程中進(jìn)行反沖洗，開啟三級反沖篩濾裝置15左上角增 壓泵11、曝氣管16并間歇開啟多孔板上方納米曝氣頭2B，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進(jìn)水沖擊擋流板向右推力的協(xié)同作用下產(chǎn)生波輪 效果，大力清洗填料表層片狀致密污染物，溢流至回流槽，使填料截留的污染物集中排除裝 置外，與進(jìn)水混合重新處理，污水也可繼續(xù)自分子篩空隙滲透下去；一級反沖洗可延長篩濾 裝置使用壽命及反洗周期，對于進(jìn)水濁度較低的情況，甚至可以無需反沖洗，使裝置不斷運 行凈化污水。
[0054] 二級反沖洗為空氣脈沖反沖洗，由于污水濁度過高，導(dǎo)致污染物質(zhì)在填料表面的 大量堆積，僅僅靠一級反沖洗步驟仍不能達(dá)到繼續(xù)篩濾的效果。此時關(guān)閉第一閥門9、第一 閘閥22,開啟第三閥門21、第二閥門10,啟動三級反沖篩濾裝置15右下角增壓泵11、曝氣 管16及兩個納米曝氣機(jī)頭2B\2C，將出水池內(nèi)出水導(dǎo)入集水池中。在回水壓力的作用下，集 水池中的全部空氣受到快速擠壓，沿分壓倉上細(xì)孔上升，全部篩濾填料層在上升空氣的強(qiáng) 力攪拌，曝氣管氣流及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(jìn)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(jìn)水混合，待水 面快速下降，過濾速率重新穩(wěn)定后，關(guān)閉三級反沖篩濾裝置15右下角增壓泵11、多孔板下 方納米曝氣頭2C、第三閥門21、第二閥門10,開啟第一閥門9、第一閘閥22,繼續(xù)進(jìn)行篩濾處 理。
[0055] 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 填料的覆蓋、阻塞問題，污水大量積聚不得過濾。此時關(guān)閉第一閥門9、第一閘閥22,開啟第 三閥門21、第二閥門10,啟動三級反沖篩濾裝置15右下角增壓泵11、曝氣管16及兩個納米 曝氣頭2B、2C、超聲波發(fā)生儀34,將出水池內(nèi)出水大量導(dǎo)入集水池中：
[0056] (1)集水池內(nèi)部空氣沿多孔板細(xì)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。
[0057] (2)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(jìn)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(jī)污染物能夠去除，得到較為純凈的填料。
[0058] (3)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(yīng)， 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(dá)到填料表面潔 凈的效果。
[0059] (4)空氣排凈后，出水池的出水繼續(xù)導(dǎo)入，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。
[0060] (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(jìn)水堰及右端回流槽流出與初始進(jìn)水混合。經(jīng)過三級反沖洗，內(nèi)部污染物被清洗排空殆 盡。
[0061] 常規(guī)砂濾是在過濾過程中不擾動砂層，使水流從砂子細(xì)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(jìn)砂濾過程，讓水流從砂子細(xì) 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、納米曝氣、氣泡的沖擊力和剪 切力等手段改進(jìn)裝置，利用分子篩、錳砂等填料進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，最后使用三級反沖洗等改進(jìn) 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(xì)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(jī)化合物的功效。
【權(quán)利要求】
1. 一種納米曝氣凝聚-攪拌絮凝凈化生物處理污水的裝置，主要包括： 納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置的一側(cè)為進(jìn)水口，該進(jìn)水口連接一液壓泵，另一側(cè)為 出水口通過液壓泵連接旋三級反沖篩濾裝置； 納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置的底部設(shè)有螺旋輸泥器，螺旋輸泥器的端部為一出泥 口；納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置的進(jìn)水口一側(cè)為主反應(yīng)區(qū)，納米曝氣凝聚-微渦流絮凝 裝置出水口一側(cè)為絮體二次攔截區(qū)，主反應(yīng)區(qū)和絮體二次攔截區(qū)之間是絮體攔截區(qū)； 主反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)有微渦流混凝器，微渦流混凝器上方設(shè)有納米曝氣頭，主反應(yīng)區(qū)的頂端 設(shè)有加藥裝置用以添加混凝劑； 絮體攔截區(qū)內(nèi)鋪設(shè)有斜管，用于絮體攔截沉淀； 絮體二次攔截區(qū)內(nèi)部填充有聚丙烯立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)填料，聚丙烯立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)填料下方 鋪設(shè)一納米曝氣頭，納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置的出水口設(shè)在聚丙烯立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)填 料底部，連接三級反沖篩濾裝置的進(jìn)水口； 三級反沖篩濾裝置由多孔網(wǎng)格分為上、下兩個部分，多孔網(wǎng)格的下方設(shè)置在排列成圓 筒狀的分流倉19上以分割空間，多孔網(wǎng)格18上方正中央安放一納米曝氣頭，并填充有混合 填料用于篩濾，混合填料為石英砂、改性錳砂、零價納米鐵與天然沸石分子篩的混合物； 三級反沖篩濾裝置的進(jìn)水口 一側(cè)設(shè)有一進(jìn)水堰和阻流板，置于混合填料的上方，三級 反沖篩濾裝置的另一側(cè)設(shè)有一曝氣管，曝氣管設(shè)有多個細(xì)孔曝氣孔，曝氣孔垂直向上，曝氣 管置于混合填料的上方，曝氣管對應(yīng)一回流槽； 三級反沖篩濾裝置內(nèi)安裝有超聲波發(fā)生儀； 多孔網(wǎng)格下方為集水池，集水池外壁涂刷避光黑色涂料，內(nèi)壁均勻負(fù)載一層非金屬摻 雜的光催化劑，底部安裝有紫外滅菌燈，紫外滅菌燈之間設(shè)置有納米曝氣頭，集水池內(nèi)部剩 余空間填充有半導(dǎo)體負(fù)載填料； 三級反沖篩濾裝置的出水口連接至出水池，出水池的出水口通過一增壓泵與三級反沖 篩濾裝置的出水口相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，多孔網(wǎng)格為兩層，中間鋪設(shè)并固定一層不銹鋼 網(wǎng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置和三級反沖篩濾 裝置中的納米曝氣頭均連接一納米曝氣機(jī)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，三級反沖篩濾裝置的分流倉與混合填料上部連 接通氣管通往大氣，以防止三級反沖篩濾裝置內(nèi)壓力過高。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，三級反沖篩濾裝置中的混合填料粒徑為 0. 5-1. 2mm，不均勻系數(shù)為2,混合體積比為7:2:2:1。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置和三級反沖篩濾 裝置中多孔網(wǎng)格上方的曝氣頭進(jìn)氣為〇2，用于混凝攪拌和清潔填料；三級反沖篩濾裝置的 儲水池納米曝氣頭進(jìn)氣為〇 3，通過納米曝氣強(qiáng)化羥基自由基的產(chǎn)生過程。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，加藥裝置中的混凝劑為聚合氯化鋁+陽離子聚丙 烯酰胺，物質(zhì)的量比例為20:1。
8. 利用權(quán)利要求1所述裝置進(jìn)行污水處理的方法： 污水進(jìn)入納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置，先經(jīng)過主反應(yīng)區(qū)進(jìn)行納米氣浮-凝聚處理 后，于微渦流混凝器再次凝聚-絮凝，而后自流至絮體攔截區(qū)，絮體在斜管的攔截作用下沉 至納米曝氣凝聚-微渦流絮凝裝置的底部，在螺旋輸送器的帶動下自出泥口定期排出，澄 清液溢流至絮體二次攔截區(qū)，在聚丙烯立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)填料的作用下進(jìn)行二次攔截，過濾后 的清液導(dǎo)入三級反沖篩濾裝置中： 三級反沖篩濾裝置的集水池內(nèi)納米曝氣頭采用〇3曝氣，由于納米氣泡具有龐大的數(shù) 量、比表面積、緩慢的上升速度等特性，同時氣泡在水中停留時間長，增加了氣液接觸面積、 接觸時間，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(xué)能促使產(chǎn)生更多的羥基自由 基·0Η，增強(qiáng)0 3氧化分解有機(jī)物的能力；且納米級的03氣泡與紫外滅菌燈、半導(dǎo)體負(fù)載填料 共存于集水池，提高高級氧化效果，可有效提高· 0Η產(chǎn)生率。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，三級反沖篩濾裝置中的紫外滅菌燈平均照射劑 量在300J/m2以上。
【文檔編號】C02F9/08GK104150656SQ201410359861
【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, 張列宇, 黃彩紅, 賈璇, 李丹, 李曹樂 申請人:中國環(huán)境科學(xué)研究院