一種垂直潛流人工濕地凈化污水裝置和方法
【專利摘要】一種垂直潛流人工濕地凈化污水裝置，主要由渦凹氣浮裝置、生物轉盤-生物濾池復合裝置、垂直潛流人工濕地和旋流除砂裝置組成。本發明還公開了利用上述垂直潛流人工濕地凈化污水裝置處理含磷有機廢水的方法。本發明可以高效脫除污水中殘余氨氮及其他污染物質，提高污水水質的同時，避免處理過程中二次污染的產生，同時采用無動力運轉技術，以機械法擴展了污水處理的方法，大大降低污水深度處理的造價和費用。
【專利說明】一種垂直潛流人工濕地凈化污水裝置和方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種去除污水中有機物、氮磷等污染物質的工藝，具體地涉及一種垂 直潛流人工濕地凈化污水裝置。
[0002] 本發明還涉及利用上述裝置處理含磷有機廢水的方法。
【背景技術】
[0003] A/0是Anoxic/Oxic的縮寫，是將厭氧水解技術用為好氧生物處理的前處理，它的 優越性是除了使有機污染物得到降解之外，還具有一定的脫氮除磷功能。A/0生物除磷工 藝是由厭氧和好氧兩部分反應組成的污水生物處理系統。污水進入厭氧區后，反應器內聚 磷菌在這一過程中大量吸收污水中的B0D，并將污泥中的磷以正磷酸鹽的形式釋放到污水 中。混合液進入好氧池后，有機物被氧化分解，同時聚磷菌大量吸收混合液中的正磷酸鹽到 污泥中。由于聚磷菌在好氧條件下吸收的磷多于厭氧條件下釋放的磷，因此污水經過"厭 氧一好氧"的交替作用和二沉池的污泥分離達到除磷的目的。一般情況下，TP的去除率可 達到85%以上。
[0004] 目前，我國城市污水主要通過建設污水處理廠集中處理，其常規的工藝為活性污 泥法和生物膜法。但污水處理廠存在建設和運行成本高，產生大量難以處置的污泥，處理過 程中產生的惡臭會對周圍居民生活環境帶來不良影響等不足。為了解決這一矛盾，迫切需 要研究開發經濟環保、低耗高能的污水現場處理技術。土壤滲濾系統是污水土地處理系統 的一種，它能夠利用土壤-植物-微生物生態系統的自凈能力凈化污水，在處理污水的同 時，污水中的營養物質和水還得以循環利用，由于整個系統居于地下，不會產生不良氣味和 滋生蚊蠅，無噪音，不影響表層土地的使用，不受氣候條件限制，出水便于回用，它還有設備 簡單，能耗低等優點，體現了良好的環境和經濟綜合效益。因此，該技術正是適合我國國情 的污水處理工藝技術之一。然而，傳統的地下滲濾系統存在一些不足，如水力負荷低、占地 面積大、易堵塞使用壽命短等，從而限制了其推廣使用。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種垂直潛流人工濕地凈化污水裝置。
[0006] 本發明的又一目的在于提供一種利用上述裝置處理含磷有機廢水的方法。
[0007] 為實現上述目的，本發明提供的垂直潛流人工濕地凈化污水裝置，主要由渦凹氣 浮裝置、生物轉盤-生物濾池復合裝置、垂直潛流人工濕地和旋流除砂裝置組成；其中：
[0008] 渦凹氣浮裝置分為曝氣區、刮渣區、渦凹氣浮裝置出水區三個部分，污水進水管連 接曝氣區，在曝氣區內設置有一連接納米曝氣機的納米曝氣頭，葉輪和電機固定在渦凹氣 浮裝置上端，由納米曝氣頭、納米曝氣機、葉輪和電機構成渦凹曝氣機；刮渣區上方的傳動 裝置帶動鏈輪運轉，通過鏈輪上的刮泥板將污水表面的泥渣、油渣刮除至集渣槽內排除；出 水區內由兩個折板組成，隔絕渦凹氣浮裝置上部的浮渣及底部的污泥；曝氣區底部與刮渣 區底部通過一通氣管相連，防止進水不足造成渦凹曝氣機空轉；渦凹氣浮裝置的出水自流 至生物轉盤-生物濾池復合裝置的高位進水管；
[0009] 生物轉盤-生物濾池復合裝置的生物濾池底部鋪設有用以除磷的石灰石，并填充 有輕質分子篩和流動性聚乙烯的流動填料，流動填料上方使用隔欄防止混合填料流失；流 動填料上方安裝有生物轉盤，生物轉盤的下部浸在生物濾池內的液體中；生物濾池由第一 墻體分成第一區生物轉盤和第二區生物轉盤。第一區生物轉盤置于高位進水管的正下方， 生物轉盤的盤邊布滿水槽，在高位進水對水槽的沖擊下，生物轉盤不斷旋轉；第二區生物轉 盤的一側設有溢流堰；第一區生物轉盤與第二區生物轉盤通過齒輪傳動，在間接動力下轉 動；生物轉盤-生物濾池復合裝置的出水通過液壓泵流至垂直潛流人工濕地；
[0010] 垂直潛流人工濕地為混凝土構筑墻體并做防滲處理，垂直潛流人工濕地內由第二 隔墻分為兩個區域；連接生物轉盤-生物濾池復合裝置的一側為垂直潛流濕地主體區，連 接旋流除砂裝置一側為出水區；垂直潛流濕地主體區內填充有弗羅里硅藻土、礫石、石灰石 及沸石的混合填料，混合填料表層布設多個鉆孔PVC管作為進水管，第二隔墻與垂直潛流 人工濕地底部設有一過水空隙，在第二隔墻兩側的過水空隙處各設有過水管用于過水，以 防止垂直潛流濕地主體區內填充的混合填料流失；出水區的上清液輸至旋流除砂裝置內；
[0011] 旋流除砂裝置底部開設有排泥孔，旋流除砂裝置的頂部設置有攪拌機，攪拌機的 葉輪向上傾斜，旋轉時將使旋流除砂裝置中的污水作螺旋運動，污水中的砂粒由于所受離 心力不同，相對密度較大的砂粒被甩向池壁，在重力作用下沉入砂斗。
[0012] 所述的垂直潛流人工濕地凈化污水裝置，其中，渦凹氣浮裝置中的納米曝氣頭進 氣為〇2，用于發生納米氣泡，以提升氣浮效果。
[0013] 所述的垂直潛流人工濕地凈化污水裝置，其中，生物轉盤的主體為餅狀中空鐵籠， 內部填充有聚乙烯球，聚乙烯球內部中空，填充有輕質粉顆粒分子篩填料，輕質粉顆粒分子 篩填料的填充度為50%。
[0014] 所述的垂直潛流人工濕地凈化污水裝置，其中，垂直潛流人工濕地內的混合填料 表面種植有根系發達的植物。
[0015] 所述的垂直潛流人工濕地凈化污水裝置，其中，垂直潛流人工濕地內的混合填料 表面種植有根系發達的皇竹草和狼尾草。
[0016] 本發明提供的利用上述垂直潛流人工濕地凈化污水裝置處理含磷有機廢水的方 法：
[0017] 待處理的污水首先進入渦凹氣浮裝置的曝氣區，與渦凹曝氣機產生的微小氣泡及 納米曝氣機產生的納米氣泡充分混合，氣泡在上升的過程中利用不同粒徑的氣泡將大型顆 粒以及微納米絮體、膠體級別的懸浮物質粘附，使其隨之浮在水面上，將固體懸浮物帶到水 面，刮泥板沿液面運行將懸浮物刮至集渣槽內，污水凈化后在排放前會經過兩個折板流入 出水區，確保槽中的液體不會流入污泥排放管道，同時進行二次沉淀，防止污泥進入出水 區；
[0018] 經過渦凹氣浮裝置處理后的出水導入高位進水管，利用高位進水沖擊生物轉 盤-生物濾池復合裝置中第一區生物轉盤的水槽，使生物轉盤旋轉，污水流經底部用以除 磷的石灰石，以及輕質分子篩和聚乙烯的流動填料，通過附著的生物膜對污水進一步進行 處理凈化，然后從底部流入第二區生物轉盤，第二區生物轉盤在水流的動力下進行轉動進 行好氧消化；第一區生物轉盤和第二區生物轉盤在轉動過程中，不規則的碰撞使輕質分子 篩填料表面生物膜相互摩擦脫落；通過輕質分子篩和聚乙烯的流動填料吸附污水中的氨氮 污染物質，抑制污水生物毒性，提高處理過程中微生物活性，保證生物處理過程的效率；生 物轉盤工作時，轉盤上方與空氣接觸，其內部分子篩內氨氮氧化為硝氮溶出，轉動入污水內 部，再次吸附氨氮，并在反硝化過程中消耗污水內有機物，周而復始處理污水；
[0019] 生物轉盤-生物濾池復合裝置的出水流至垂直潛流人工濕地內進行再度處理，脫 除污水中殘余氨氮及其他污染物質，在提高污水水質的同時，避免處理過程中二次污染的 產生；垂直潛流人工濕地出水區的上清液輸至旋流除砂裝置內，通過旋轉時污水中的砂粒 由于所受離心力不同，相對密度較大的砂粒被甩向池壁，在重力作用下沉入砂斗。
[0020] 所述的方法，其中，垂直潛流人工濕地內的混合填料的表面種植有根系發達的植 物，利用植物龐大根系增強植物根系與微生物的聯合效果，避免土壤板結。
[0021] 所述的方法，其中，垂直潛流人工濕地的部分出水回流至生物轉盤-生物濾池復 合裝置進水，調節水質并刺激微生物生長過程分泌次生物質。
[0022] 本發明結合生物濾池及生物轉盤，使用前后兩段好氧生物轉盤以及中間段的缺氧 生物濾池進行污水處理，高效去除污水中營養鹽及有機物，通過填料降低污水毒性，提高生 物處理效果。生物轉盤工作時，轉盤上方與空氣接觸，其內部分子篩內氨氮氧化為硝氮溶 出，轉動入污水內部，再次吸附氨氮，并在反硝化過程中消耗污水內有機物，周而復始處理 污水。同時使用垂直流人工濕地進行再度處理，高效脫除污水中殘余氨氮及其他污染物質， 提高污水水質的同時，避免處理過程中二次污染的產生，同時采用無動力運轉技術，以機械 法擴展了污水處理的方法，大大降低污水深度處理的造價和費用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023] 圖1是本發明的結構示意圖。
[0024] 附圖中主要組件符號說明：
[0025] 1電機；2基座；3葉輪；4渦凹氣浮裝置；5鏈輪；6刮泥板；7傳送裝置；8出水區； 8A、8B折板；9生物轉盤-生物濾池復合裝置；9A第一墻體；10生物轉盤；11溢流堰；12液 壓泵；13進水管；14混合填料；15垂直潛流人工濕地；15A第二墻體；15B過水管；16出水 區；17排泥孔；18隔欄；19混合填料；20生物濾池；21集渣槽；22通氣管；23曝氣區；24納 米曝氣頭；25納米曝氣機；26刮渣區；27高位進水管；28旋流除砂裝置；29攪拌機；30葉 輪。
【具體實施方式】
[0026] 本發明的垂直潛流人工濕地凈化污水裝置和方法，可以高效去除去除污水中有機 物、氮磷等污染物質。
[0027] 本發明提供的垂直潛流人工濕地凈化污水裝置如圖1所示，其主要結構包括：
[0028] 渦凹氣浮裝置4,主要分為曝氣區23、刮渣區26、渦凹氣浮裝置出水區8三個部分， 曝氣區23設置有一連接納米曝氣機25的納米曝氣頭24,由納米曝氣頭24、納米曝氣機25、 葉輪3和電機1構成渦凹曝氣機，納米曝氣頭的進氣為0 2，用于發生納米氣泡，以提升氣浮 效果。葉輪3和電機1通過一基座2固定在渦凹氣浮裝置4上端；刮渣區26上方的傳動裝 置7帶動鏈輪5運轉，從而使刮泥板6源源不斷地將氣浮處理污水表面的泥渣、油渣刮除至 集渣槽21內排除；出水區8內由兩個折板8A、8B組成，隔絕渦凹氣浮裝置4上部的浮渣及 底部的污泥，將中部的清液收集起來。渦凹氣浮裝置內刮渣區26的傳動裝置7電機轉速大 于lOr/min。曝氣區23底部與刮渣區26底部通過一通氣管22相連，防止進水不足造成渦 凹曝氣機空轉。
[0029] 未經處理的污水首先進入曝氣區，與渦凹曝氣機產生的微小氣泡及納米曝氣機產 生的納米氣泡充分混合，氣泡在上升的過程中將固體懸浮物帶到水面，刮泥板沿液面運行 將懸浮物刮至集渣槽內，污水凈化后在排放前會經過兩個折板流入出水區，確保槽中的液 體不會流入污泥排放管道，同時進行二次沉淀，防止污泥進入出水區。
[0030] 渦凹曝氣機將"微氣泡"直接注入污水中而不需要事先進行溶氣，然后通過葉輪把 "微氣泡"均勻的分布于污水中，所以整個運行過程不會發生阻塞現象；曝氣區池底的納米 曝氣頭也輔助不斷產生微納米氣泡，利用不同粒徑氣泡上浮過程中可將大型顆粒以及微納 米絮體、膠體兩種級別的懸浮物質粘附，使其隨之浮在水面上。同時微納米氣泡在污水中停 留時間超過4小時，起預曝氣作用。經過渦凹氣浮裝置去除顆粒型懸浮物后的出水自流至 生物轉盤-生物濾池復合裝置9的高位進水管27。
[0031] 生物轉盤-生物濾池復合裝置9的生物濾池20底部鋪設有一層石灰石用以除磷， 并填充有輕質分子篩和流動性聚乙烯的流動填料19,流動填料19上方使用隔欄18防止混 合填料流失，混合填料上方安裝有生物轉盤10,生物轉盤10的下部浸在生物濾池20內的液 體中。生物濾池10由第一墻體9A分成第一區生物轉盤和第二區生物轉盤。第一區生物轉 盤置于高位進水管27的正下方，第二區生物轉盤的一側設有溢流堰11。生物轉盤10主體 為餅狀中空鐵籠，內部填充滿聚乙烯球，聚乙烯球內部為中空填充有輕質粉顆粒分子篩填 料，填充度為聚乙烯球內部空間的50%，以保證生物轉盤轉動過程中，填料不規則碰撞，使 其表面生物膜在撞擊摩擦作用下脫落。生物轉盤-生物濾池復合裝置9的出水通過液壓泵 12流至垂直潛流人工濕地15。
[0032] 生物轉盤的盤邊布滿水槽，在高位進水對第一區生物轉盤的水槽的沖擊下生物轉 盤不斷旋轉，以降低人工操作強度。第一區生物轉盤與第二區生物轉盤通過齒輪傳動，在間 接動力下轉動。
[0033] 垂直潛流人工濕地15為混凝土構筑墻體并做防滲處理，垂直潛流人工濕地15內 由第二隔墻15A分為兩個區域。連接生物轉盤-生物濾池復合裝置9的一側為垂直潛流濕 地主體區，連接旋流除砂裝置28-側為出水區16。垂直潛流濕地主體區內填充有弗羅里硅 藻土、礫石、石灰石及沸石的混合填料14,混合填料14表層布設多個鉆孔PVC管作為進水管 13,混合填料14的表面種植有根系發達的植物（如皇竹草和狼尾草），利用其龐大根系增強 植物根系與微生物的聯合效果，避免土壤板結。第二隔墻15A與垂直潛流人工濕地15底部 設有一過水空隙，在第二隔墻15A兩側的過水空隙處各設有過水管15B用于過水，并防止垂 直潛流濕地主體區內填充的混合填料流失。出水區16上清液輸至旋流除砂裝置28內，出 水區16的部分出水回流至生物轉盤-生物濾池復合裝置9進水，調節水質并刺激微生物生 長過程分泌次生物質。。
[0034] 旋流除砂裝置28底部開設有排泥孔17,旋流除砂裝置28頂部設置有攪拌機29， 攪拌機29的葉輪30向上傾斜，旋轉時將使旋流除砂裝置28中的污水作螺旋運動。污水中 的砂粒由于所受離心力不同，相對密度較大的砂粒被甩向池壁，在重力作用下沉入砂斗。
[0035] 根據本發明的一個實施例，本發明的出水處理效果是公知的簡單生物轉盤、生物 濾池、人工濕地串聯的30倍，氮磷脫除率100%。
【權利要求】
1. 一種垂直潛流人工濕地凈化污水裝置，主要由渦凹氣浮裝置、生物轉盤-生物濾池 復合裝置、垂直潛流人工濕地和旋流除砂裝置組成；其中： 渦凹氣浮裝置分為曝氣區、刮渣區、渦凹氣浮裝置出水區三個部分，污水進水管連接曝 氣區，在曝氣區內設置有一連接納米曝氣機的納米曝氣頭，葉輪和電機固定在渦凹氣浮裝 置上端，由納米曝氣頭、納米曝氣機、葉輪和電機構成渦凹曝氣機；刮渣區上方的傳動裝置 帶動鏈輪運轉，通過鏈輪上的刮泥板將污水表面的泥渣、油渣刮除至集渣槽內排除；出水區 內由兩個折板組成，隔絕渦凹氣浮裝置上部的浮渣及底部的污泥；曝氣區底部與刮渣區底 部通過一通氣管相連，防止進水不足造成渦凹曝氣機空轉；渦凹氣浮裝置的出水自流至生 物轉盤-生物濾池復合裝置的高位進水管； 生物轉盤-生物濾池復合裝置的生物濾池底部鋪設有用以除磷的石灰石，并填充有輕 質分子篩和流動性聚乙烯的流動填料，流動填料上方使用隔欄防止混合填料流失；流動填 料上方安裝有生物轉盤，生物轉盤的下部浸在生物濾池內的液體中；生物濾池由第一墻體 分成第一區生物轉盤和第二區生物轉盤。第一區生物轉盤置于高位進水管的正下方，生物 轉盤的盤邊布滿水槽，在高位進水對水槽的沖擊下，生物轉盤不斷旋轉；第二區生物轉盤的 一側設有溢流堰；第一區生物轉盤與第二區生物轉盤通過齒輪傳動，在間接動力下轉動； 生物轉盤-生物濾池復合裝置的出水通過液壓泵流至垂直潛流人工濕地； 垂直潛流人工濕地為混凝土構筑墻體并做防滲處理，垂直潛流人工濕地內由第二隔墻 分為兩個區域；連接生物轉盤-生物濾池復合裝置的一側為垂直潛流濕地主體區，連接旋 流除砂裝置一側為出水區；垂直潛流濕地主體區內填充有弗羅里硅藻土、礫石、石灰石及沸 石的混合填料，混合填料表層布設多個鉆孔PVC管作為進水管，第二隔墻與垂直潛流人工 濕地底部設有一過水空隙，在第二隔墻兩側的過水空隙處各設有過水管用于過水，以防止 垂直潛流濕地主體區內填充的混合填料流失；出水區的上清液輸至旋流除砂裝置內； 旋流除砂裝置底部開設有排泥孔，旋流除砂裝置的頂部設置有攪拌機，攪拌機的葉輪 向上傾斜，旋轉時將使旋流除砂裝置中的污水作螺旋運動，污水中的砂粒由于所受離心力 不同，相對密度較大的砂粒被甩向池壁，在重力作用下沉入砂斗。
2. 根據權利要求1所述的垂直潛流人工濕地凈化污水裝置，其中，渦凹氣浮裝置中的 納米曝氣頭進氣為〇2，用于發生納米氣泡，以提升氣浮效果。
3. 根據權利要求1所述的垂直潛流人工濕地凈化污水裝置，其中，生物轉盤的主體為 餅狀中空鐵籠，內部填充有聚乙烯球，聚乙烯球內部中空，填充有輕質粉顆粒分子篩填料， 輕質粉顆粒分子篩填料的填充度為50%。
4. 根據權利要求1所述的垂直潛流人工濕地凈化污水裝置，其中，垂直潛流人工濕地 內的混合填料表面種植有根系發達的植物。
5. 根據權利要求1或4所述的垂直潛流人工濕地凈化污水裝置，其中，垂直潛流人工濕 地內的混合填料表面種植有根系發達的皇竹草和狼尾草。
6. 利用權利要求1所述垂直潛流人工濕地凈化污水裝置處理含磷有機廢水的方法： 待處理的污水首先進入渦凹氣浮裝置的曝氣區，與渦凹曝氣機產生的微小氣泡及納米 曝氣機產生的納米氣泡充分混合，氣泡在上升的過程中利用不同粒徑的氣泡將大型顆粒以 及微納米絮體、膠體級別的懸浮物質粘附，使其隨之浮在水面上，將固體懸浮物帶到水面， 刮泥板沿液面運行將懸浮物刮至集渣槽內，污水凈化后在排放前會經過兩個折板流入出水 區，確保槽中的液體不會流入污泥排放管道，同時進行二次沉淀，防止污泥進入出水區； 經過渦凹氣浮裝置處理后的出水導入高位進水管，利用高位進水沖擊生物轉盤-生 物濾池復合裝置中第一區生物轉盤的水槽，使生物轉盤旋轉，污水流經底部用以除磷的石 灰石，以及輕質分子篩和聚乙烯的流動填料，通過附著的生物膜對污水進一步進行處理凈 化，然后從底部流入第二區生物轉盤，第二區生物轉盤在水流的動力下進行轉動進行好氧 消化；第一區生物轉盤和第二區生物轉盤在轉動過程中，不規則的碰撞使輕質分子篩填料 表面生物膜相互摩擦脫落；通過輕質分子篩和聚乙烯的流動填料吸附污水中的氨氮污染物 質，抑制污水生物毒性，提高處理過程中微生物活性，保證生物處理過程的效率；生物轉盤 工作時，轉盤上方與空氣接觸，其內部分子篩內氨氮氧化為硝氮溶出，轉動入污水內部，再 次吸附氨氮，并在反硝化過程中消耗污水內有機物，周而復始處理污水； 生物轉盤-生物濾池復合裝置的出水流至垂直潛流人工濕地內進行再度處理，脫除 污水中殘余氨氮及其他污染物質，在提高污水水質的同時，避免處理過程中二次污染的產 生； 垂直潛流人工濕地出水區的上清液輸至旋流除砂裝置內，通過旋轉時污水中的砂粒由 于所受離心力不同，相對密度較大的砂粒被甩向池壁，在重力作用下沉入砂斗。
7. 根據權利要求6所述的方法，其中，垂直潛流人工濕地內的混合填料的表面種植有 根系發達的植物，利用植物龐大根系增強植物根系與微生物的聯合效果，避免土壤板結。
8. 根據權利要求6所述的方法，其中，垂直潛流人工濕地的部分出水回流至生物轉 盤-生物濾池復合裝置進水，調節水質并刺激微生物生長過程分泌次生物質。
【文檔編號】C02F9/14GK104193075SQ201410357483
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月25日 優先權日:2014年7月25日
【發明者】席北斗, 王雷, 李英軍 申請人:席北斗