一种垂直潜流人工湿地净化污水装置和方法
【专利摘要】一种垂直潜流人工湿地净化污水装置，主要由涡凹气浮装置、生物转盘-生物滤池复合装置、垂直潜流人工湿地和旋流除砂装置组成。本发明还公开了利用上述垂直潜流人工湿地净化污水装置处理含磷有机废水的方法。本发明可以高效脱除污水中残余氨氮及其他污染物质，提高污水水质的同时，避免处理过程中二次污染的产生，同时采用无动力运转技术，以机械法扩展了污水处理的方法，大大降低污水深度处理的造价和费用。
【专利说明】一种垂直潜流人工湿地净化污水装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种去除污水中有机物、氮磷等污染物质的工艺，具体地涉及一种垂 直潜流人工湿地净化污水装置。
[0002] 本发明还涉及利用上述装置处理含磷有机废水的方法。
【背景技术】
[0003] A/0是Anoxic/Oxic的缩写，是将厌氧水解技术用为好氧生物处理的前处理，它的 优越性是除了使有机污染物得到降解之外，还具有一定的脱氮除磷功能。A/0生物除磷工 艺是由厌氧和好氧两部分反应组成的污水生物处理系统。污水进入厌氧区后，反应器内聚 磷菌在这一过程中大量吸收污水中的B0D，并将污泥中的磷以正磷酸盐的形式释放到污水 中。混合液进入好氧池后，有机物被氧化分解，同时聚磷菌大量吸收混合液中的正磷酸盐到 污泥中。由于聚磷菌在好氧条件下吸收的磷多于厌氧条件下释放的磷，因此污水经过"厌 氧一好氧"的交替作用和二沉池的污泥分离达到除磷的目的。一般情况下，TP的去除率可 达到85%以上。
[0004] 目前，我国城市污水主要通过建设污水处理厂集中处理，其常规的工艺为活性污 泥法和生物膜法。但污水处理厂存在建设和运行成本高，产生大量难以处置的污泥，处理过 程中产生的恶臭会对周围居民生活环境带来不良影响等不足。为了解决这一矛盾，迫切需 要研究开发经济环保、低耗高能的污水现场处理技术。土壤渗滤系统是污水土地处理系统 的一种，它能够利用土壤-植物-微生物生态系统的自净能力净化污水，在处理污水的同 时，污水中的营养物质和水还得以循环利用，由于整个系统居于地下，不会产生不良气味和 滋生蚊蝇，无噪音，不影响表层土地的使用，不受气候条件限制，出水便于回用，它还有设备 简单，能耗低等优点，体现了良好的环境和经济综合效益。因此，该技术正是适合我国国情 的污水处理工艺技术之一。然而，传统的地下渗滤系统存在一些不足，如水力负荷低、占地 面积大、易堵塞使用寿命短等，从而限制了其推广使用。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种垂直潜流人工湿地净化污水装置。
[0006] 本发明的又一目的在于提供一种利用上述装置处理含磷有机废水的方法。
[0007] 为实现上述目的，本发明提供的垂直潜流人工湿地净化污水装置，主要由涡凹气 浮装置、生物转盘-生物滤池复合装置、垂直潜流人工湿地和旋流除砂装置组成；其中：
[0008] 涡凹气浮装置分为曝气区、刮渣区、涡凹气浮装置出水区三个部分，污水进水管连 接曝气区，在曝气区内设置有一连接纳米曝气机的纳米曝气头，叶轮和电机固定在涡凹气 浮装置上端，由纳米曝气头、纳米曝气机、叶轮和电机构成涡凹曝气机；刮渣区上方的传动 装置带动链轮运转，通过链轮上的刮泥板将污水表面的泥渣、油渣刮除至集渣槽内排除；出 水区内由两个折板组成，隔绝涡凹气浮装置上部的浮渣及底部的污泥；曝气区底部与刮渣 区底部通过一通气管相连，防止进水不足造成涡凹曝气机空转；涡凹气浮装置的出水自流 至生物转盘-生物滤池复合装置的高位进水管；
[0009] 生物转盘-生物滤池复合装置的生物滤池底部铺设有用以除磷的石灰石，并填充 有轻质分子筛和流动性聚乙烯的流动填料，流动填料上方使用隔栏防止混合填料流失；流 动填料上方安装有生物转盘，生物转盘的下部浸在生物滤池内的液体中；生物滤池由第一 墙体分成第一区生物转盘和第二区生物转盘。第一区生物转盘置于高位进水管的正下方， 生物转盘的盘边布满水槽，在高位进水对水槽的冲击下，生物转盘不断旋转；第二区生物转 盘的一侧设有溢流堰；第一区生物转盘与第二区生物转盘通过齿轮传动，在间接动力下转 动；生物转盘-生物滤池复合装置的出水通过液压泵流至垂直潜流人工湿地；
[0010] 垂直潜流人工湿地为混凝土构筑墙体并做防渗处理，垂直潜流人工湿地内由第二 隔墙分为两个区域；连接生物转盘-生物滤池复合装置的一侧为垂直潜流湿地主体区，连 接旋流除砂装置一侧为出水区；垂直潜流湿地主体区内填充有弗罗里硅藻土、砾石、石灰石 及沸石的混合填料，混合填料表层布设多个钻孔PVC管作为进水管，第二隔墙与垂直潜流 人工湿地底部设有一过水空隙，在第二隔墙两侧的过水空隙处各设有过水管用于过水，以 防止垂直潜流湿地主体区内填充的混合填料流失；出水区的上清液输至旋流除砂装置内；
[0011] 旋流除砂装置底部开设有排泥孔，旋流除砂装置的顶部设置有搅拌机，搅拌机的 叶轮向上倾斜，旋转时将使旋流除砂装置中的污水作螺旋运动，污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。
[0012] 所述的垂直潜流人工湿地净化污水装置，其中，涡凹气浮装置中的纳米曝气头进 气为〇2，用于发生纳米气泡，以提升气浮效果。
[0013] 所述的垂直潜流人工湿地净化污水装置，其中，生物转盘的主体为饼状中空铁笼， 内部填充有聚乙烯球，聚乙烯球内部中空，填充有轻质粉颗粒分子筛填料，轻质粉颗粒分子 筛填料的填充度为50%。
[0014] 所述的垂直潜流人工湿地净化污水装置，其中，垂直潜流人工湿地内的混合填料 表面种植有根系发达的植物。
[0015] 所述的垂直潜流人工湿地净化污水装置，其中，垂直潜流人工湿地内的混合填料 表面种植有根系发达的皇竹草和狼尾草。
[0016] 本发明提供的利用上述垂直潜流人工湿地净化污水装置处理含磷有机废水的方 法：
[0017] 待处理的污水首先进入涡凹气浮装置的曝气区，与涡凹曝气机产生的微小气泡及 纳米曝气机产生的纳米气泡充分混合，气泡在上升的过程中利用不同粒径的气泡将大型颗 粒以及微纳米絮体、胶体级别的悬浮物质粘附，使其随之浮在水面上，将固体悬浮物带到水 面，刮泥板沿液面运行将悬浮物刮至集渣槽内，污水净化后在排放前会经过两个折板流入 出水区，确保槽中的液体不会流入污泥排放管道，同时进行二次沉淀，防止污泥进入出水 区；
[0018] 经过涡凹气浮装置处理后的出水导入高位进水管，利用高位进水冲击生物转 盘-生物滤池复合装置中第一区生物转盘的水槽，使生物转盘旋转，污水流经底部用以除 磷的石灰石，以及轻质分子筛和聚乙烯的流动填料，通过附着的生物膜对污水进一步进行 处理净化，然后从底部流入第二区生物转盘，第二区生物转盘在水流的动力下进行转动进 行好氧消化；第一区生物转盘和第二区生物转盘在转动过程中，不规则的碰撞使轻质分子 筛填料表面生物膜相互摩擦脱落；通过轻质分子筛和聚乙烯的流动填料吸附污水中的氨氮 污染物质，抑制污水生物毒性，提高处理过程中微生物活性，保证生物处理过程的效率；生 物转盘工作时，转盘上方与空气接触，其内部分子筛内氨氮氧化为硝氮溶出，转动入污水内 部，再次吸附氨氮，并在反硝化过程中消耗污水内有机物，周而复始处理污水；
[0019] 生物转盘-生物滤池复合装置的出水流至垂直潜流人工湿地内进行再度处理，脱 除污水中残余氨氮及其他污染物质，在提高污水水质的同时，避免处理过程中二次污染的 产生；垂直潜流人工湿地出水区的上清液输至旋流除砂装置内，通过旋转时污水中的砂粒 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。
[0020] 所述的方法，其中，垂直潜流人工湿地内的混合填料的表面种植有根系发达的植 物，利用植物庞大根系增强植物根系与微生物的联合效果，避免土壤板结。
[0021] 所述的方法，其中，垂直潜流人工湿地的部分出水回流至生物转盘-生物滤池复 合装置进水，调节水质并刺激微生物生长过程分泌次生物质。
[0022] 本发明结合生物滤池及生物转盘，使用前后两段好氧生物转盘以及中间段的缺氧 生物滤池进行污水处理，高效去除污水中营养盐及有机物，通过填料降低污水毒性，提高生 物处理效果。生物转盘工作时，转盘上方与空气接触，其内部分子筛内氨氮氧化为硝氮溶 出，转动入污水内部，再次吸附氨氮，并在反硝化过程中消耗污水内有机物，周而复始处理 污水。同时使用垂直流人工湿地进行再度处理，高效脱除污水中残余氨氮及其他污染物质， 提高污水水质的同时，避免处理过程中二次污染的产生，同时采用无动力运转技术，以机械 法扩展了污水处理的方法，大大降低污水深度处理的造价和费用。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1是本发明的结构示意图。
[0024] 附图中主要组件符号说明：
[0025] 1电机；2基座；3叶轮；4涡凹气浮装置；5链轮；6刮泥板；7传送装置；8出水区； 8A、8B折板；9生物转盘-生物滤池复合装置；9A第一墙体；10生物转盘；11溢流堰；12液 压泵；13进水管；14混合填料；15垂直潜流人工湿地；15A第二墙体；15B过水管；16出水 区；17排泥孔；18隔栏；19混合填料；20生物滤池；21集渣槽；22通气管；23曝气区；24纳 米曝气头；25纳米曝气机；26刮渣区；27高位进水管；28旋流除砂装置；29搅拌机；30叶 轮。
【具体实施方式】
[0026] 本发明的垂直潜流人工湿地净化污水装置和方法，可以高效去除去除污水中有机 物、氮磷等污染物质。
[0027] 本发明提供的垂直潜流人工湿地净化污水装置如图1所示，其主要结构包括：
[0028] 涡凹气浮装置4,主要分为曝气区23、刮渣区26、涡凹气浮装置出水区8三个部分， 曝气区23设置有一连接纳米曝气机25的纳米曝气头24,由纳米曝气头24、纳米曝气机25、 叶轮3和电机1构成涡凹曝气机，纳米曝气头的进气为0 2，用于发生纳米气泡，以提升气浮 效果。叶轮3和电机1通过一基座2固定在涡凹气浮装置4上端；刮渣区26上方的传动装 置7带动链轮5运转，从而使刮泥板6源源不断地将气浮处理污水表面的泥渣、油渣刮除至 集渣槽21内排除；出水区8内由两个折板8A、8B组成，隔绝涡凹气浮装置4上部的浮渣及 底部的污泥，将中部的清液收集起来。涡凹气浮装置内刮渣区26的传动装置7电机转速大 于lOr/min。曝气区23底部与刮渣区26底部通过一通气管22相连，防止进水不足造成涡 凹曝气机空转。
[0029] 未经处理的污水首先进入曝气区，与涡凹曝气机产生的微小气泡及纳米曝气机产 生的纳米气泡充分混合，气泡在上升的过程中将固体悬浮物带到水面，刮泥板沿液面运行 将悬浮物刮至集渣槽内，污水净化后在排放前会经过两个折板流入出水区，确保槽中的液 体不会流入污泥排放管道，同时进行二次沉淀，防止污泥进入出水区。
[0030] 涡凹曝气机将"微气泡"直接注入污水中而不需要事先进行溶气，然后通过叶轮把 "微气泡"均匀的分布于污水中，所以整个运行过程不会发生阻塞现象；曝气区池底的纳米 曝气头也辅助不断产生微纳米气泡，利用不同粒径气泡上浮过程中可将大型颗粒以及微纳 米絮体、胶体两种级别的悬浮物质粘附，使其随之浮在水面上。同时微纳米气泡在污水中停 留时间超过4小时，起预曝气作用。经过涡凹气浮装置去除颗粒型悬浮物后的出水自流至 生物转盘-生物滤池复合装置9的高位进水管27。
[0031] 生物转盘-生物滤池复合装置9的生物滤池20底部铺设有一层石灰石用以除磷， 并填充有轻质分子筛和流动性聚乙烯的流动填料19,流动填料19上方使用隔栏18防止混 合填料流失，混合填料上方安装有生物转盘10,生物转盘10的下部浸在生物滤池20内的液 体中。生物滤池10由第一墙体9A分成第一区生物转盘和第二区生物转盘。第一区生物转 盘置于高位进水管27的正下方，第二区生物转盘的一侧设有溢流堰11。生物转盘10主体 为饼状中空铁笼，内部填充满聚乙烯球，聚乙烯球内部为中空填充有轻质粉颗粒分子筛填 料，填充度为聚乙烯球内部空间的50%，以保证生物转盘转动过程中，填料不规则碰撞，使 其表面生物膜在撞击摩擦作用下脱落。生物转盘-生物滤池复合装置9的出水通过液压泵 12流至垂直潜流人工湿地15。
[0032] 生物转盘的盘边布满水槽，在高位进水对第一区生物转盘的水槽的冲击下生物转 盘不断旋转，以降低人工操作强度。第一区生物转盘与第二区生物转盘通过齿轮传动，在间 接动力下转动。
[0033] 垂直潜流人工湿地15为混凝土构筑墙体并做防渗处理，垂直潜流人工湿地15内 由第二隔墙15A分为两个区域。连接生物转盘-生物滤池复合装置9的一侧为垂直潜流湿 地主体区，连接旋流除砂装置28-侧为出水区16。垂直潜流湿地主体区内填充有弗罗里硅 藻土、砾石、石灰石及沸石的混合填料14,混合填料14表层布设多个钻孔PVC管作为进水管 13,混合填料14的表面种植有根系发达的植物（如皇竹草和狼尾草），利用其庞大根系增强 植物根系与微生物的联合效果，避免土壤板结。第二隔墙15A与垂直潜流人工湿地15底部 设有一过水空隙，在第二隔墙15A两侧的过水空隙处各设有过水管15B用于过水，并防止垂 直潜流湿地主体区内填充的混合填料流失。出水区16上清液输至旋流除砂装置28内，出 水区16的部分出水回流至生物转盘-生物滤池复合装置9进水，调节水质并刺激微生物生 长过程分泌次生物质。。
[0034] 旋流除砂装置28底部开设有排泥孔17,旋流除砂装置28顶部设置有搅拌机29， 搅拌机29的叶轮30向上倾斜，旋转时将使旋流除砂装置28中的污水作螺旋运动。污水中 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。
[0035] 根据本发明的一个实施例，本发明的出水处理效果是公知的简单生物转盘、生物 滤池、人工湿地串联的30倍，氮磷脱除率100%。
【权利要求】
1. 一种垂直潜流人工湿地净化污水装置，主要由涡凹气浮装置、生物转盘-生物滤池 复合装置、垂直潜流人工湿地和旋流除砂装置组成；其中： 涡凹气浮装置分为曝气区、刮渣区、涡凹气浮装置出水区三个部分，污水进水管连接曝 气区，在曝气区内设置有一连接纳米曝气机的纳米曝气头，叶轮和电机固定在涡凹气浮装 置上端，由纳米曝气头、纳米曝气机、叶轮和电机构成涡凹曝气机；刮渣区上方的传动装置 带动链轮运转，通过链轮上的刮泥板将污水表面的泥渣、油渣刮除至集渣槽内排除；出水区 内由两个折板组成，隔绝涡凹气浮装置上部的浮渣及底部的污泥；曝气区底部与刮渣区底 部通过一通气管相连，防止进水不足造成涡凹曝气机空转；涡凹气浮装置的出水自流至生 物转盘-生物滤池复合装置的高位进水管； 生物转盘-生物滤池复合装置的生物滤池底部铺设有用以除磷的石灰石，并填充有轻 质分子筛和流动性聚乙烯的流动填料，流动填料上方使用隔栏防止混合填料流失；流动填 料上方安装有生物转盘，生物转盘的下部浸在生物滤池内的液体中；生物滤池由第一墙体 分成第一区生物转盘和第二区生物转盘。第一区生物转盘置于高位进水管的正下方，生物 转盘的盘边布满水槽，在高位进水对水槽的冲击下，生物转盘不断旋转；第二区生物转盘的 一侧设有溢流堰；第一区生物转盘与第二区生物转盘通过齿轮传动，在间接动力下转动； 生物转盘-生物滤池复合装置的出水通过液压泵流至垂直潜流人工湿地； 垂直潜流人工湿地为混凝土构筑墙体并做防渗处理，垂直潜流人工湿地内由第二隔墙 分为两个区域；连接生物转盘-生物滤池复合装置的一侧为垂直潜流湿地主体区，连接旋 流除砂装置一侧为出水区；垂直潜流湿地主体区内填充有弗罗里硅藻土、砾石、石灰石及沸 石的混合填料，混合填料表层布设多个钻孔PVC管作为进水管，第二隔墙与垂直潜流人工 湿地底部设有一过水空隙，在第二隔墙两侧的过水空隙处各设有过水管用于过水，以防止 垂直潜流湿地主体区内填充的混合填料流失；出水区的上清液输至旋流除砂装置内； 旋流除砂装置底部开设有排泥孔，旋流除砂装置的顶部设置有搅拌机，搅拌机的叶轮 向上倾斜，旋转时将使旋流除砂装置中的污水作螺旋运动，污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。
2. 根据权利要求1所述的垂直潜流人工湿地净化污水装置，其中，涡凹气浮装置中的 纳米曝气头进气为〇2，用于发生纳米气泡，以提升气浮效果。
3. 根据权利要求1所述的垂直潜流人工湿地净化污水装置，其中，生物转盘的主体为 饼状中空铁笼，内部填充有聚乙烯球，聚乙烯球内部中空，填充有轻质粉颗粒分子筛填料， 轻质粉颗粒分子筛填料的填充度为50%。
4. 根据权利要求1所述的垂直潜流人工湿地净化污水装置，其中，垂直潜流人工湿地 内的混合填料表面种植有根系发达的植物。
5. 根据权利要求1或4所述的垂直潜流人工湿地净化污水装置，其中，垂直潜流人工湿 地内的混合填料表面种植有根系发达的皇竹草和狼尾草。
6. 利用权利要求1所述垂直潜流人工湿地净化污水装置处理含磷有机废水的方法： 待处理的污水首先进入涡凹气浮装置的曝气区，与涡凹曝气机产生的微小气泡及纳米 曝气机产生的纳米气泡充分混合，气泡在上升的过程中利用不同粒径的气泡将大型颗粒以 及微纳米絮体、胶体级别的悬浮物质粘附，使其随之浮在水面上，将固体悬浮物带到水面， 刮泥板沿液面运行将悬浮物刮至集渣槽内，污水净化后在排放前会经过两个折板流入出水 区，确保槽中的液体不会流入污泥排放管道，同时进行二次沉淀，防止污泥进入出水区； 经过涡凹气浮装置处理后的出水导入高位进水管，利用高位进水冲击生物转盘-生 物滤池复合装置中第一区生物转盘的水槽，使生物转盘旋转，污水流经底部用以除磷的石 灰石，以及轻质分子筛和聚乙烯的流动填料，通过附着的生物膜对污水进一步进行处理净 化，然后从底部流入第二区生物转盘，第二区生物转盘在水流的动力下进行转动进行好氧 消化；第一区生物转盘和第二区生物转盘在转动过程中，不规则的碰撞使轻质分子筛填料 表面生物膜相互摩擦脱落；通过轻质分子筛和聚乙烯的流动填料吸附污水中的氨氮污染物 质，抑制污水生物毒性，提高处理过程中微生物活性，保证生物处理过程的效率；生物转盘 工作时，转盘上方与空气接触，其内部分子筛内氨氮氧化为硝氮溶出，转动入污水内部，再 次吸附氨氮，并在反硝化过程中消耗污水内有机物，周而复始处理污水； 生物转盘-生物滤池复合装置的出水流至垂直潜流人工湿地内进行再度处理，脱除 污水中残余氨氮及其他污染物质，在提高污水水质的同时，避免处理过程中二次污染的产 生； 垂直潜流人工湿地出水区的上清液输至旋流除砂装置内，通过旋转时污水中的砂粒由 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。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中，垂直潜流人工湿地内的混合填料的表面种植有 根系发达的植物，利用植物庞大根系增强植物根系与微生物的联合效果，避免土壤板结。
8. 根据权利要求6所述的方法，其中，垂直潜流人工湿地的部分出水回流至生物转 盘-生物滤池复合装置进水，调节水质并刺激微生物生长过程分泌次生物质。
【文档编号】C02F9/14GK104193075SQ201410357483
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】席北斗, 王雷, 李英军 申请人:席北斗