一种利用原位微纳米气浮处理水污染的方法及其系统
阅读：60发布：2023-02-05
专利汇可以提供一种利用原位微纳米气浮处理水污染的方法及其系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开一种利用原位微纳米气浮处理 水 污染的方法及其系统。包括微纳米气浮机、高效微泡矩阵、 水体 表面蓝藻收集矩阵、气浮‑沉淀一体化池以及脱水池，所述高效微泡矩阵设置于系统四周和底部，水体表面蓝藻收集矩阵设置于系统四周，水体表面蓝藻收集矩阵通过管道与气浮‑沉淀一体化池的入口连接，微纳米气浮机通过管道与高效微泡矩阵连接，气浮‑沉淀一体化池还通过管道与脱水池连接，脱水池与藻渣袋装机连接，藻渣袋装机与皮带运输机连接。本发明提供的装置和方法对自然水体蓝藻的清除率达92～95%， 氨 氮、总磷、总氮的清除率可达93%以上，使出水水质悬浮物及 浊度 稳定达到Ⅰ～Ⅱ类地表水标准。，下面是一种利用原位微纳米气浮处理水污染的方法及其系统专利的具体信息内容。
1.一种利用原位微纳米气浮处理水污染的方法，利用原位微纳米气浮处理水污染的系统包括微纳米气浮机、高效微泡矩阵、水体表面蓝藻收集矩阵、气浮-沉淀一体化池以及脱水池，其特征在于：所述高效微泡矩阵设置于系统四周和底部，水体表面蓝藻收集矩阵设置于系统四周，水体表面蓝藻收集矩阵通过管道与气浮-沉淀一体化池的入口连接，微纳米气浮机通过管道与高效微泡矩阵连接，气浮-沉淀一体化池还通过管道与脱水池连接，脱水池与藻渣袋装机连接，藻渣袋装机与皮带运输机连接；
所述微纳米气浮机包括取水莲蓬头、臭氧发生器Ⅰ、气水混合均衡器Ⅰ、高精度电自动冲洗过滤器Ⅰ、贮存罐Ⅰ以及小分子制备器Ⅰ，所述取水莲蓬头和臭氧发生器Ⅰ分别与气水混合均衡器Ⅰ连接，气水混合均衡器Ⅰ通过离心泵Ⅰ与高精度电自动冲洗过滤器Ⅰ连接，高精度电自动冲洗过滤器Ⅰ依次与贮存罐Ⅰ和小分子制备器Ⅰ连接，小分子制备器Ⅰ通过管道与高效微泡矩阵连接；
所述气浮-沉淀一体化池包括V型水池、设置在V型水池内部的污水搅拌布水管、粗过滤器、气泡释放器、紫外灯管、带TiO2涂层的斜管和清水出管、以及设置在V型水池外部的助凝剂加药器、高铁酸钾加药器、微纳米气浮装置、刮渣机以及污泥槽，所述污水搅拌布水管与水体表面蓝藻收集矩阵相连，助凝剂加药器和高铁酸钾加药器与污水搅拌布水管相连，微纳米气浮装置的入口与粗过滤器相连、其出口与气泡释放器相连，V型水池中部设有若干倾斜60°的带TiO2涂层的斜管，V型水池的四周内壁上设有紫外灯管，V型水池最高水位出口处设刮渣机，刮渣机下方设污泥槽，污泥槽与脱水池连接；
所述微纳米气浮装置包括高精度电自动冲洗过滤器Ⅱ、臭氧发生器Ⅱ、气水混合均衡器Ⅱ、小分子制备器Ⅱ以及贮存罐Ⅱ，所述臭氧发生器Ⅱ与气水混合均衡器Ⅱ连接，粗过滤器通过高精度电自动冲洗过滤器Ⅱ与气水混合均衡器Ⅱ连接，气水混合均衡器Ⅱ通过离心泵与小分子制备器Ⅱ连接，小分子制备器Ⅱ与贮存罐Ⅱ连接，贮存罐Ⅱ与气泡释放器连接；
经过下列各步骤：
（1）原位微纳米气泡布气：将利用原位微纳米气浮处理水污染的系统置于待处理水体中，通过取水莲蓬头将水抽入气水混合均衡器Ⅰ中，臭氧发生器Ⅰ向气水混合均衡器Ⅰ中供臭氧并与水实现混合得到气水混合液，使臭氧占气水混合液质量的3～8%，再经离心泵Ⅰ形成的压力二次混合后将气水混合液通入高精度电自动冲洗过滤器Ⅰ使气水混合液形成高速有序线性运动，并互相碰撞完成第三次混合，再在贮存罐Ⅰ内储存，然后进入小分子制备器Ⅰ中经垂直切割磁力线，使水分子破碎到0.5～1.5纳米，制得小分子水，所得小分子水经高效微泡矩阵制造出气泡直径200纳米至4微米的微纳米气泡，直接进入待处理水体中实现原位微纳米气泡的布气，使待处理水体的藻类在水体表面形成漂浮凝聚态浓藻浆；
（2）凝聚态浓藻浆收集抽吸：通过水体表面蓝藻收集矩阵将步骤（1）中形成的漂浮凝聚态浓藻浆抽入气浮-沉淀一体化池，通过污水搅拌布水管进入V型水池中，此时助凝剂加药器和高铁酸钾加药器均通过污水搅拌布水管向V型水池中加药实现藻水分离，V型水池中的下清液通过粗过滤器进入微纳米气浮装置的高精度电自动冲洗过滤器Ⅱ去除悬浮状细小颗粒污染物，所得水与臭氧发生器Ⅱ提供的臭氧在气水混合均衡器Ⅱ中实现混合得到气水混合液，再通过离心泵形成的压力二次混合后将气水混合液通入小分子制备器Ⅱ中经垂直切割磁力线，使水分子破碎到0.5～1.5纳米，制得小分子水，所得小分子水进入贮存罐Ⅱ中贮存，然后通过气泡释放器制造出气泡直径200纳米至4微米的微纳米气泡进入V型水池中，V型水池中产生的矾花经微纳米气泡的曝气后上浮，然后V型水池中的带TiO2涂层的斜管和紫外灯管对藻浆进行UV+TiO2光催化氧化灭活，直至矾花上浮至V型水池的最高水位处，开启刮渣机将表面浮渣刮进污泥槽，污泥槽将浮渣流入脱水池进行脱水，V型水池中的剩余清液通过清水出管排放至水体中；脱水池脱水后所得藻渣通过藻渣袋装机装袋后由皮带运输机送出。
2.根据权利要求1所述的利用原位微纳米气浮处理水污染的方法，其特征在于：所述微纳米气浮机和气浮-沉淀一体化池为整体式固定在作业平台上，或为分体式。
3.根据权利要求1所述的利用原位微纳米气浮处理水污染的方法，其特征在于：所述污水搅拌布水管所在区域的V型水池侧壁上设有隔水板。
4.根据权利要求1所述的利用原位微纳米气浮处理水污染的方法，其特征在于：所述助凝剂加药器中使用的助凝剂为常规水处理助凝剂，按进水量的5～10mg/L加入。
5.根据权利要求1所述的利用原位微纳米气浮处理水污染的方法，其特征在于：所述高铁酸钾加药器的加药量是按进水量的10～20mg/L加入高铁酸钾。
一种利用原位微纳米气浮处理水污染的方法及其系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种利用原位微纳米气浮处理水污染的方法及其系统。
背景技术
[0002] 中华人民共和国环境保护标准《环境工程名词术语》明确了“原位处理”解释：将受污染区域就地对污染物进行处理的方法；“原位处理”相对应的是“异位处理”：即指移动污染物到反应器内或邻近的地点采用工程措施进行污染处理的方法。
[0003] 海洋赤潮和陆地地表湖泊库塘暴发赤潮和蓝藻水华的特点是：一旦暴发因其发展迅速、污染面积广阔、受灾水体体量巨大、受气候影响大、对水生态系统的毒害和以食物链传递的次生灾害无法估量等因素，到目前为止全球尚无更好的解决办法。
[0004] 人类对环境资源的过度开发，使得大量的生活污水和工业废水未经有效处理便排入自然水体，富营养化日趋严重是湖泊自然演化与人类行为综合作用的结果，河、湖从贫营养向富营养转换是一个缓慢渐进的过程，天然富营养化是水体衰老的自然表现，但人类将富含氮、磷的生活及工业污水排入水体会加速水体的富营养化过程。富营养化水指的就是富含磷酸盐和各种形态氮素的水，水体在光照和适宜的水温和风流等条件下，营养物质会促使水体中藻类大量迅速滋生过度繁殖，在水面上形成一层“蓝绿色”而有较强腥臭味的浮沫即“水华”和海水赤潮。蓝藻的暴发消耗了水中大量的溶解氧，在随后的藻类死亡和异养微生物代谢活动中，水体溶解氧持续降低乃至耗尽，造成水体质量恶化和水生态环境破坏的过程，就是水体富营养化。一般认为，引起藻类在水体中大量繁殖的氮磷阀值为：无机氮＞0.3mg/L，总磷＞0.02mg/l时，适合藻类生长，水体开始走向富营养化，这也意味着水体污染的速度已经超过水环境的自净化能力，对人类的生存环境构成严重的威胁。水体自净化能力即水环境自生的生物降解作用。
[0006] 1、城市污水处理现状：基本工艺百年来变化不大，随着电子技术的发展在过程控制方面发展较大，另外由于材料科学的发展，以MBR工艺为代表的各种渗透膜在市政污水处理中得到应用，优点是水质稳定，缺点是综合成本较高，其他还存在厂网不匹配、或停产偷排、钻井直排地下等大范围的违法违规现象。
[0007] 2、农村污水处理现状：中国广大农村没有污水处理设施，生产生活污水及养殖业废水基本直排，另外由于我国是世界最大的化肥农药消费国，农业面源性污比较普遍，国家在农村饮用水及污水处理投入方面投入逐年加大，但仍显杯水车薪；
[0008] 3、河流污染现状：全国700余条大中型河流约10万公里长度，46.5％水质为Ⅳ—Ⅴ类，10.6％为劣v类；90％以上的城市水域污染严重；全国地下水资源的59.6％处于较差和极差状态；75.4％的近海水质不同程度污染。
[0009] 随着经济发展和人类活动加剧，污水排放日益增多，河流作为纳污主体，稀释净化作用逐渐削弱，超过了河流自净界限，引起水体严重污染。河流的水质污染主要表现在两个方面：一是有机污染物严重超标，溶解氧不足，厌氧分解产生的臭气和黑液造成水体黑臭污染；二是氮、磷等含量增加，造成水体富营养化污染，藻类大量繁殖形成水华。
[0010] 蓝藻及其危害：蓝藻是地球上最早的光合放氧生物，对地球表面从无氧的大气环境变为有氧环境起了巨大的作用。藻类含有生物固氮酶，绝大部分藻类可以利用光能驱动直接对大气和水体中的碳、氮进行生物固氮和固碳。这一能力可以提高土壤肥力，使作物增产。在水中由于藻类超强的固氮能力和繁殖力，藻类既是水体进化的功臣，但因为藻类含水率高，广泛分布在水中、个体微小而难于从水体去除分离。因此，藻类因为繁殖旺盛、生命周期短和对生存环境资源的争夺而成为水环境迅速恶化的标志。还有的藻类成为人们的食品，如著名的红球藻、发菜和普通念珠藻、螺旋藻等。
[0011] 但是，蓝藻也存在以下主要危害：在营养丰富的水体中，有些蓝藻常于夏季大量繁殖，并在水面形成一层蓝绿色有腥臭味的浮沫，称为“水华”，大规模的蓝藻爆发，被称为“绿潮”，和海洋发生的“赤潮”对应。绿潮引起水质恶化，严重时耗尽水中氧气而造成鱼类的死亡。更为严重的是，蓝藻中有些种类还会产生藻毒素(microcystins，简称MCs)，大约50％的绿潮中含有大量MCs。MCs除了直接对鱼类、人畜产生毒害之外，也是肝癌和消化道恶性肿瘤的重要诱因。目前我国大、中、小湖泊也面临严重的污染问题，比较有代表性的是太湖、巢湖、滇池、星云湖等。
[0012] 另外，我国广大地区的饮用水资源也面临严重的污染问题。大量高浓度有机工业废水不达标外排，县级以下地区绝大部分生活污水不经处理直接排放，广大农村地区不合理使用化肥、农药等农用化学物质，对地表水影响日趋严重。全国大部分城市和地区的地表和地下淡水资源己受到水质恶化和水生态系统被破坏的威胁。全国1/3以上的河段受到污染，90％以上的城市水域污染严重，50％的重点城镇水源地不符合饮用水标准。我国城市水资源质量也较差，大部分城市和地区地下水位连续下降，形成了不同规模的地下水降落漏斗，形势相当严峻。造成水资源严重污染的根本原因是大量的生产生活废水未经处理或虽经处理但未达标就排入环境。这些未得到充分利用的废水既污染环境，又浪费资源，迫切需要进行资源化利用。水中的各种污染物中尤其是高浓度的有机污染物一旦进入自然环境后不仅在水中的存在时间长、迁移范围广，而且危害大、处理难度艰巨。
[0013] 针对现有海洋近海、陆地湖泊库塘，由于富营养化导致水体滋生大量藻类并最终暴发赤潮或蓝藻水华后存在以下问题：
[0014] 1、以上自然水体由于水体体量较大，水域辽阔，气候变化及风浪较大等因素导致水体内源性污染源无法去除；
[0015] 2、富营养化水体经过现有技术进行含藻水抽取进入水处理系统进行异位处理无异于杯水车薪，简单的气浮分离水质变化不大，例如：太湖和滇池水体经过加药絮凝简单的水藻分离后，水质变化不大，仅仅提高了一级。
[0016] 3、水处理后蓝藻处理灭活技术不全，蓝藻依然存活，蓝藻囊泡解体后的藻毒素散逸等，因此处置不当会引起其他水体、土壤的次生性污染。
[0017] 纵观目前国内外正在进行的各大湖泊实施的蓝藻水华治理技术主要有三种情况：
[0018] 1、目前国际上针对大型水体水生态修复或大型的水污染突发事件所使用的方法主要是指“原位生物修复技术”，不同的研究者对“生物修复”的定义有不同的表述。例如，“生物修复指微生物催化降解有机物、转化其它污染物从而消除污染的受控或自发进行的过程”，“生物修复指利用天然存在的或特别培养的微生物在可调控环境条件下将污染物降解和转化的处理技术”，“生物修复是指生物(特别是微生物)降解有机污染物，从而消除污染和净化环境的一个受控或自发进行的过程”。从中可知，生物修复的机理是“利用特定的生物(植物、微生物或原生动物)降解、吸收、转化或转移环境中的污染物”，生物修复的目标是“减少或最终消除环境污染，实现环境净化、生态效应恢复”。常用的原位生物修复措施有：投加高效降解菌(或基因工程菌)、人工曝气复氧、投加营养物或生物表面活性剂、添加电子受体等。除了考虑利用土著微生物外，驯化和培养具有高效降解性能的微生物成了研究的热点，并形成了一个环境微生物菌剂的新兴市场。为了防止流动水体中菌体的流失，研究机构和生产者研发出固定化微生物(将微生物附着在载体上)的工艺。
[0019] 2、目前各国和环境组织针对湖泊蓝藻水华暴发所使用的主要是“异位处理技术”在岸上，现有水藻分离设备主要是只能通过设在岸边的漂浮泵简单地抽取含藻水或者在下风口藻类富集区收集藻含量不高的富藻水，由于此工程化系统没有主动对水体藻华实施富集技术和干预，因此抽吸的含藻水浓度极低，且受处理规模和场地限制，处理量不大，效率低下，对于广大面积的地表水体基本没有藻群有效清除和水体根本改善的作用，只能作为有用水目的性的水处理基站的存在意义。
[0020] 3、现有藻类收集船，但是因为没有提前对水体进行原位气浮作业，虽然能够有目标地对湖泊水体藻类富集区进行富藻水收集至作业船上再利用板框压滤机、带式压滤机进行脱水分离作业，将脱水后的干藻泥装袋后运输至陆地进行二次处理的方法，该方法对蓝藻“水华”的清除目的性有极大提高，但收集效果仍不理想，同样存在处理效率不高的现实问题，因此对于湖泊整体水质改善和藻类去除意义不大。
[0021] 以上三种情况的共同点是不能对水体提前进行大规模原位微纳米气浮预处理作业，因此处理效率极低。这样的话在春、冬两季不利于藻类大面积大规模繁殖的季节，由于水面面积较大、水体体量大、近海水域、大型湖泊、库塘水体藻浓度相对较低的时候治理就存在运行成本高，无法对湖泊水体净化，无法对以藻类为代表的浮游生物种群控制性预处理的尴尬局面。夏秋季节更是存在藻类繁殖速度过快，打捞速度跟不上藻类生长繁殖速度，打捞作业效率低下，人工成本高昂，投入不足等因素，没有办法及时迅速地打捞蓝藻水华，错过打赢湖泊治理的关键环节，即：没有抓住高效率地“拿走蓝藻也就是最高效去除水中的污染物”这一主要矛盾。因此也就失去了水藻分离系统对于海洋、湖泊暴发赤绿藻潮的预防和水体净化作用，并且由于无法及时清除藻潮，藻类在水中大量死亡解体，导致至少四个明显的严重后果：(1)、成倍地把藻类生物聚能把污染物又释放回到水体；(2)、引发藻毒素以食物链方式蓄积的各种人畜中毒事件；(3)、抵消国家投入宝贵的湖泊治理投资资金取得的减排实效；(4)、藻类不能被日产日清，必然给环境带来更沉重的种群繁殖代际次生灾害，而且是几何级数的环境压力。
发明内容
[0022] 为解决上述问题，本发明提供一种利用原位微纳米气浮处理水污染的方法及其系统，以高效处理污染水源，使处理后的水完全达到生活用水标准。
[0023] 本发明通过下列技术方案实现：一种利用原位微纳米气浮处理水污染的系统，包括微纳米气浮机、高效微泡矩阵、水体表面蓝藻收集矩阵、气浮-沉淀一体化池以及脱水池，所述高效微泡矩阵设置于系统四周和底部，水体表面蓝藻收集矩阵设置于系统四周，水体表面蓝藻收集矩阵通过管道与气浮-沉淀一体化池的入口连接，微纳米气浮机通过管道与高效微泡矩阵连接，气浮-沉淀一体化池还通过管道与脱水池连接，脱水池与藻渣袋装机连接，藻渣袋装机与皮带运输机连接。
[0024] 所述微纳米气浮机包括取水莲蓬头、臭氧发生器Ⅰ、气水混合均衡器Ⅰ、高精度电自动冲洗过滤器Ⅰ、贮存罐Ⅰ以及小分子制备器Ⅰ，所述取水莲蓬头和臭氧发生器Ⅰ分别与气水混合均衡器Ⅰ连接，气水混合均衡器Ⅰ通过离心泵Ⅰ与高精度电自动冲洗过滤器Ⅰ连接，高精度电自动冲洗过滤器Ⅰ依次与贮存罐Ⅰ和小分子制备器Ⅰ连接，小分子制备器Ⅰ通过管道与高效微泡矩阵连接。
[0025] 所述气浮-沉淀一体化池包括V型水池、设置在V型水池内部的污水搅拌布水管、粗过滤器、气泡释放器、紫外灯管、带TiO2涂层的斜管和清水出管、以及设置在V型水池外部的助凝剂加药器、高铁酸钾加药器、微纳米气浮装置、刮渣机以及污泥槽，所述污水搅拌布水管与水体表面蓝藻收集矩阵相连，助凝剂加药器和高铁酸钾加药器与污水搅拌布水管相连，微纳米气浮装置的入口与粗过滤器相连、其出口与气泡释放器相连，V型水池中部设有若干倾斜60°的带TiO2涂层的斜管，V型水池的四周内壁上设有紫外灯管，V型水池最高水位出口处设刮渣机，刮渣机下方设污泥槽，污泥槽与脱水池连接。
[0026] 所述微纳米气浮装置包括高精度电自动冲洗过滤器Ⅱ、臭氧发生器Ⅱ、气水混合均衡器Ⅱ、小分子制备器Ⅱ以及贮存罐Ⅱ，所述臭氧发生器Ⅱ与气水混合均衡器Ⅱ连接，粗过滤器通过高精度电自动冲洗过滤器Ⅱ与气水混合均衡器Ⅱ连接，气水混合均衡器Ⅱ通过离心泵与小分子制备器Ⅱ连接，小分子制备器Ⅱ与贮存罐Ⅱ连接，贮存罐Ⅱ与气泡释放器连接。
[0028] 所述微纳米气浮机和气浮-沉淀一体化池为整体式固定在作业平台上，或为分体式，进而可将微纳米气浮机设于河流上游，气浮-沉淀一体化池设于河流下游。
[0029] 所述污水搅拌布水管所在区域的V型水池侧壁上设有隔水板，以防止进水喷溅。
[0030] 所述水体表面蓝藻收集矩阵为现有技术，即“一种水面蓝藻及油污和垃圾的清理收集装置”，申请号：201510557704.3。
[0031] 所述高效微泡矩阵和气泡释放器为现有技术，即“反冲激式微纳米气泡释放器”，申请号：201420389430.2。
[0032] 所述气水混合均衡器Ⅰ和气水混合均衡器Ⅱ为现有技术，“气水混合均衡器”，申请号：201420389331.4。
[0033] 所述高精度电自动冲洗过滤器Ⅰ和高精度电自动冲洗过滤器Ⅱ为现有技术，即“高精度电自动冲洗过滤器”，申请号：201410423464.3。
[0034] 所述小分子制备器Ⅰ和小分子制备器Ⅱ为常规市购产品。
[0035] 本发明的另一目的在于提供一种利用原位微纳米气浮处理水污染的方法，利用上述系统对水体进行处理，经过下列各步骤：
[0036] (1)原位微纳米气泡布气：将利用原位微纳米气浮处理水污染的系统置于待处理水体中，通过取水莲蓬头将水抽入气水混合均衡器Ⅰ中，臭氧发生器Ⅰ向气水混合均衡器Ⅰ中供臭氧并与水实现混合得到气水混合液，使臭氧占气水混合液质量的3～8％，再经离心泵Ⅰ形成的压力二次混合后将气水混合液通入高精度电自动冲洗过滤器Ⅰ使气水混合液形成高速有序线性运动，并互相碰撞完成第三次混合，再在贮存罐Ⅰ内储存，然后进入小分子制备器Ⅰ中经垂直切割磁力线，使水分子破碎到0.5～1.5纳米，制得小分子水，所得小分子水经高效微泡矩阵制造出气泡直径200纳米至4微米的微纳米气泡，直接进入待处理水体中实现原位微纳米气泡的布气，使待处理水体的藻类在水体表面形成漂浮凝聚态浓藻浆；由于藻类具有趋光性，因此绝大部分藻类悬浮在水体表面水深-2.0m以上范围，并且具有越接近水面藻类富集密度越高的特点，所以高效微泡矩阵在系统四面和底部释放微纳米气泡，经过约10～20秒的反应，水体中大量悬浮态藻类被微纳米气泡托到水体表面形成漂浮凝聚态浓藻浆；
[0037] (2)凝聚态浓藻浆收集抽吸：通过水体表面蓝藻收集矩阵将步骤(1)中形成的漂浮凝聚态浓藻浆抽入气浮-沉淀一体化池，通过污水搅拌布水管进入V型水池中，此时助凝剂加药器和高铁酸钾加药器均通过污水搅拌布水管向V型水池中加药实现藻水分离，V型水池中的下清液通过粗过滤器进入微纳米气浮装置的高精度电自动冲洗过滤器Ⅱ去除悬浮状细小颗粒污染物，所得水与臭氧发生器Ⅱ提供的臭氧在气水混合均衡器Ⅱ中实现混合得到气水混合液，再通过离心泵形成的压力二次混合后将气水混合液通入小分子制备器Ⅱ中经垂直切割磁力线，使水分子破碎到0.5～1.5纳米，制得小分子水，所得小分子水进入贮存罐Ⅱ中贮存，然后通过气泡释放器制造出气泡直径200纳米至4微米的微纳米气泡进入V型水池中，V型水池中产生的矾花经微纳米气泡的曝气后上浮，然后V型水池中的带TiO2涂层的斜管和紫外灯管对藻浆进行UV+TiO2光催化氧化灭活，直至矾花上浮至V型水池的最高水位处，开启刮渣机将表面浮渣刮进污泥槽，污泥槽将浮渣流入脱水池进行脱水，V型水池中的剩余清液通过清水出管排放至水体中；脱水池脱水后所得藻渣通过藻渣袋装机装袋后由皮带运输机送出。本步骤中藻类被彻底氧化灭活并与水分离，水体经氧化、过滤等处理过程后的水质优于原水质直接反流入自然水体中，藻类则被臭氧空化氧化及UV+TiO2光催化氧化灭活、脱水装袋。
[0038] 所述助凝剂加药器中使用的助凝剂为常规水处理助凝剂，如高分子絮凝剂PAC，按进水量的5～10mg/L加入。
[0039] 所述高铁酸钾加药器的加药量是按进水量的10～20mg/L加入高铁酸钾。
[0040] 原理：本发明直接对近海、湖泊河流水体因富营养化污染物蓄积且合并赤潮、蓝藻水华暴发的水域，利用大剂量臭氧或空气源气体与水形成容量相适应的大方量微纳米气液介质，直接作用于目标水域，通过改变过度滋生的水中悬浮态藻华为水体表面漂浮凝聚态，再利用液相表面收集抽吸去除装置清除水体表面富集之浓藻浆进入平台内的藻水分离系统，及时进行清水回放、藻浆氧化、脱水收集。由于藻类囊泡被不恰当的物理压力破坏或化学制剂溶解后，藻体破裂，藻毒素会再次进入水体或环境，针对此情况本发明中浓藻浆被抽吸上来后进入气浮-沉淀一体化池，通入空气源臭氧或氧气源臭氧，在常温下臭氧的溶解度比氧气高13倍，当臭氧被微纳米气泡更高效的溶入水体，溶解臭氧浓度很轻易就能达到9.13mg/l、此时氧化还原电位(即ORP值)2.25v，当使用纯氧气源臭氧，溶解臭氧浓度很快就可达到19.6mg/l、ORP值4.67v，ORP值即“氧化还原电位”，就是用来反应水溶液中所有物质反应出来的宏观氧化-还原性。氧化还原电位越高，氧化性越强，电位越低，氧化性越弱；电位为正表示溶液显示出氧化性，电位值为负则说明溶液显示出还原性。用微纳米臭氧曝气技术除了强大的臭氧氧化作用，另一个作用是微纳米泡的空化作用，其作用之一是快速杀灭藻细胞，二是分解灭活藻毒素。蓝藻经臭氧空化技术处理后变成灰白色的泡沫，使死亡的藻类易于被脱水和后续处置。
[0041] 本发明采用高铁酸钾(K2FeO4),其原理是：高铁酸钾具有很强的氧化性，高铁酸钾(K2FeO4)氧化能力优于氯和臭氧，溶于水中能有效杀灭水中的微生物和藻类，还能氧化分解各种有机、无机污染物，如砷、酚、有机氮、硫化物、氰化物等，而且在整个净化过程中不会产生三氯甲烷、氯代酚等二次污染物。研究表明，K2FeO4与PAC单独投加相比，复合高铁酸盐溶液与PAC联合投加对水体中的氨氮、COD、细菌、浊度、藻细胞等的去除效果更好，且达到同样处理效果所需药剂量少。与传统水处理剂相比，高铁酸钾不仅能快速杀灭水中的细菌、病毒，而且能去除水中的部分有机物、重金属离子和藻类等污染物，其分解产物Fe(OH)3胶体，可以吸附去除水中有机及无机污染物，对重金属有特殊功效，还能起脱色除臭作用，Fe(OH)3还具有絮凝作用，且对水体无二次污染等优点，完全满足对自然湖泊库塘进行无害化治理的原则。
[0042] 微纳米臭氧空化处理形成水、气、有机物的三相混合体系，向一体化池中加入絮凝剂、助凝剂；开启紫外线灯进行照射，经过UV+TiO2光催化氧化作用下，继续氧化并分解废水中的有机物；藻类的生物胶脂蛋白经过光催化氧化后失去保水作用而显得更容易被与水分离。微纳米气泡不仅表面电荷产生的电位高，而且比表面积很大，因此将微纳米技术与光催化氧化工艺联用在高浓度藻浆水的脱水处理中，对悬浮物和油类、苯酚类表现出了良好的吸附效果与高效的去除率，对COD、氨氮及总磷也具有较好的去除效果。处理后水中轻质的有机物或藻渣通过刮渣机流入污泥槽，再通过污泥下行管连同一体化池底部的污泥一起流入污泥出口进行收集，清水通过清水出口流出回到湖泊。
[0043] 微纳米泡布气作业使自然水体发生三相混合，使广大水域内的浮游生物及藻类改变存在方式，由广泛分布的悬浮态变为紧密漂浮态，同时对该水域水体进行增氧、净化处理。抽吸上来的浓藻浆直接进入气浮-沉淀分离池，利用气、液、固相各行其道原理对浓藻浆水进行三相分离的同时，对处理介质进行两级AOP反应，高效解决高浓度藻浆水、难降解高浓度有机废水深度处理达标排放问题。藻类在气浮作业平台水藻分离沉淀过程中被灭活，藻毒素被固定。
[0044] 本发明具备的优点及效果：本发明是针对地表海洋近海、陆地河流、湖泊、库塘等水体由于富营养化而导致浮游生物种群失衡，并暴发形成以海洋赤潮、陆地淡水湖泊及库塘蓝藻水华等极其典型特征的公共环境水污染事件的综合水处理技术。本发明提供的装置可以在陆地上和堤坝上固定式还可以是以水面移动式的直接对地表水体(包括：海洋、河流、湖泊、庫塘)和地下水体进行微纳米泡原位气浮作业。本发明使用空气源臭氧或氧气源臭氧以微纳米气泡方式对水体进行第一级原位处理，及在设备的气浮-沉淀一体化池内进行以臭氧微纳米空化叠加紫外光+TiO2光催化氧化技术的第二级处理，再在脱水池和藻渣袋装机中完成第三级处理。
[0045] 各级布局方式可以为：
[0046] 1、在湖泊或者水域较大的地方，本发明系统的第一级至第三级为整体式，第二级根据水量大小增加或减少气浮-沉淀一体化池的数量。
[0047] 2、在河流段，将本发明系统的第一级置于河流上游，第二级在下游，采取分段式。
[0048] 3、在水域面积较小和湖泊，将本发明系统拆分，第一级置于湖泊中，第二级、第三级置于岸上，仅需将第二级的水体表面蓝藻收集矩阵分布置于水体中即可。
[0050] 图1是本发明利用原位微纳米气浮处理水污染的系统的主视结构示意图；
[0051] 图2是本发明利用原位微纳米气浮处理水污染的系统的仰视结构示意图。
[0052] 图中，1-微纳米气浮机、2-高效微泡矩阵、3-水体表面蓝藻收集矩阵、4-气浮-沉淀一体化池、5-脱水池、6-藻渣袋装机、7-皮带运输机、8-清水出管、9-取水莲蓬头、10-高精度电自动冲洗过滤器Ⅱ、11-臭氧发生器Ⅰ、12-气水混合均衡器Ⅰ、13-离心泵Ⅰ、14-高精度电自动冲洗过滤器Ⅰ、15-贮存罐Ⅰ、16-小分子制备器Ⅰ、17-V型水池、18-污水搅拌布水管、19-粗过滤器、20-气泡释放器、21-紫外灯管、22-带TiO2涂层的斜管、23-气水混合均衡器Ⅱ、24-助凝剂加药器、25-高铁酸钾加药器、26-刮渣机、27-污泥槽、28-微纳米气浮装置、29-臭氧发生器Ⅱ、30-小分子制备器Ⅱ、31-贮存罐Ⅱ、32-隔水板。
具体实施方式
[0053] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0054] 实施例1
[0055] 如图所示，利用原位微纳米气浮处理水污染的系统，包括微纳米气浮机1、高效微泡矩阵2、水体表面蓝藻收集矩阵3、气浮-沉淀一体化池4以及脱水池5，所述高效微泡矩阵2设置于系统四周和底部，水体表面蓝藻收集矩阵3设置于系统四周，水体表面蓝藻收集矩阵3通过管道与气浮-沉淀一体化池4的入口连接，微纳米气浮机1通过管道与高效微泡矩阵2连接，气浮-沉淀一体化池4还通过管道与脱水池5连接，脱水池5与藻渣袋装机6连接，藻渣袋装机6与皮带运输机7连接。
[0056] 所述微纳米气浮机1包括取水莲蓬头9、臭氧发生器Ⅰ11、气水混合均衡器Ⅰ12、高精度电自动冲洗过滤器Ⅰ14、贮存罐Ⅰ15以及小分子制备器Ⅰ16，所述取水莲蓬头9和臭氧发生器Ⅰ11分别与气水混合均衡器Ⅰ12连接，气水混合均衡器Ⅰ12通过离心泵Ⅰ13与高精度电自动冲洗过滤器Ⅰ14连接，高精度电自动冲洗过滤器Ⅰ14依次与贮存罐Ⅰ15和小分子制备器Ⅰ16连接，小分子制备器Ⅰ16通过管道与高效微泡矩阵2连接。
[0057] 所述气浮-沉淀一体化池4包括V型水池17、设置在V型水池17内部的污水搅拌布水管18、粗过滤器19、气泡释放器20、紫外灯管21、带TiO2涂层的斜管22和清水出管8、以及设置在V型水池17外部的助凝剂加药器24、高铁酸钾加药器25、微纳米气浮装置28、刮渣机26以及污泥槽27，所述污水搅拌布水管18与水体表面蓝藻收集矩阵3相连，助凝剂加药器24和高铁酸钾加药器25与污水搅拌布水管18相连，微纳米气浮装置28的入口与粗过滤器19相连、其出口与气泡释放器20相连，V型水池17中部设有若干倾斜60°的带TiO2涂层的斜管22，V型水池17的四周内壁上设有紫外灯管21，V型水池17最高水位出口处设刮渣机26，刮渣机26下方设污泥槽27，污泥槽27与脱水池5连接。
[0058] 所述微纳米气浮装置28包括高精度电自动冲洗过滤器Ⅱ10、臭氧发生器Ⅱ29、气水混合均衡器Ⅱ23、小分子制备器Ⅱ30以及贮存罐Ⅱ31，所述臭氧发生器Ⅱ29与气水混合均衡器Ⅱ23连接，粗过滤器19通过高精度电自动冲洗过滤器Ⅱ10与气水混合均衡器Ⅱ23连接，气水混合均衡器Ⅱ23通过离心泵与小分子制备器Ⅱ30连接，小分子制备器Ⅱ30与贮存罐Ⅱ31连接，贮存罐Ⅱ31与气泡释放器20连接。
[0059] 所述脱水池5通过回流管道还与气浮-沉淀一体化池4的入口连接，将所脱出的水返回至气浮-沉淀一体化池4中；微纳米气浮机1和气浮-沉淀一体化池4为整体式固定在作业平台上，或为分体式，进而可将微纳米气浮机1设于河流上游，气浮-沉淀一体化池4设于河流下游；污水搅拌布水管18所在区域的V型水池17侧壁上设有隔水板32，以防止进水喷溅。
[0060] 利用原位微纳米气浮处理水污染的方法，利用上述系统对水体进行处理，经过下列各步骤：
[0061] (1)原位微纳米气泡布气：将利用原位微纳米气浮处理水污染的系统置于待处理水体中，通过取水莲蓬头9将水抽入气水混合均衡器Ⅰ12中，臭氧发生器Ⅰ11向气水混合均衡器Ⅰ12中供臭氧并与水实现混合得到气水混合液，使臭氧占气水混合液质量的3～8％，再经离心泵Ⅰ13形成的压力二次混合后将气水混合液通入高精度电自动冲洗过滤器Ⅰ14使气水混合液形成高速有序线性运动，并互相碰撞完成第三次混合，再在贮存罐Ⅰ15内储存，然后进入小分子制备器Ⅰ16中经垂直切割磁力线，使水分子破碎到0.5～1.5纳米，制得小分子水，所得小分子水经高效微泡矩阵2制造出气泡直径200纳米至4微米的微纳米气泡，直接进入待处理水体中实现原位微纳米气泡的布气，使待处理水体的藻类在水体表面形成漂浮凝聚态浓藻浆；由于藻类具有趋光性，因此绝大部分藻类悬浮在水体表面水深-2.0m以上范围，并且具有越接近水面藻类富集密度越高的特点，所以高效微泡矩阵2在系统四面和底部释放微纳米气泡，经过约10～20秒的反应，水体中大量悬浮态藻类被微纳米气泡托到水体表面形成漂浮凝聚态浓藻浆；
[0062] (2)凝聚态浓藻浆收集抽吸：通过水体表面蓝藻收集矩阵3将步骤(1)中形成的漂浮凝聚态浓藻浆抽入气浮-沉淀一体化池4，通过污水搅拌布水管18进入V型水池17中，此时助凝剂加药器24和高铁酸钾加药器25均通过污水搅拌布水管18向V型水池17中加药实现藻水分离；其中，助凝剂加药器24中使用的助凝剂为常规水处理助凝剂，如高分子絮凝剂PAC，按进水量的5～10mg/L加入；高铁酸钾加药器25的加药量是按进水量的10～20mg/L加入高铁酸钾；
[0063] V型水池17中的下清液通过粗过滤器19进入微纳米气浮装置28的高精度电自动冲洗过滤器Ⅱ10去除悬浮状细小颗粒污染物，所得水与臭氧发生器Ⅱ29提供的臭氧在气水混合均衡器Ⅱ23中实现混合得到气水混合液，再通过离心泵形成的压力二次混合后将气水混合液通入小分子制备器Ⅱ30中经垂直切割磁力线，使水分子破碎到0.5～1.5纳米，制得小分子水，所得小分子水进入贮存罐Ⅱ31中贮存，然后通过气泡释放器20制造出气泡直径200纳米至4微米的微纳米气泡进入V型水池17中，V型水池17中产生的矾花经微纳米气泡的曝气后上浮，然后V型水池17中的带TiO2涂层的斜管22和紫外灯管21对藻浆进行UV+TiO2光催化氧化灭活，直至矾花上浮至V型水池17的最高水位处，开启刮渣机26将表面浮渣刮进污泥槽27，污泥槽27将浮渣流入脱水池5进行脱水，V型水池17中的剩余清液通过清水出管8排放至水体中；脱水池5脱水后所得藻渣通过藻渣袋装机6装袋后由皮带运输机7送出。本步骤中藻类被彻底氧化灭活并与水分离，水体经氧化、过滤等处理过程后的水质优于原水质直接反流入自然水体中，藻类则被臭氧空化氧化及UV+TiO2光催化氧化灭活、脱水装袋。
[0064] 具体实例：
[0065] 1、滇池污染水源，经本发明的系统第一级处理240min，再经第二级处理120min后完全可以达到生活用水标准。
[0066]项目 处理前 第一级出水 第二级出水 生活用水标准
悬浮物 10 2 ≤1 _
浊度 27 6 ≤0.5 <3
氨氮 0.383 0.21 ＜0.025 0.5
总磷 0.8 0.102 ＜0.01 0.02
COD 58 14 ＜1 ＜3
BOD 16 3 ＜1 _
7 3
大肠杆菌 1.59×10 1.0×10 _ 不得检出
藻类灭活率 3.25log _
悬浮物 10 2 ≤1 _
浊度 27 6 ≤0.5 <3
氨氮 0.383 0.21 ＜0.025 0.5
总磷 0.8 0.102 ＜0.01 0.02
COD 58 14 ＜1 ＜3
BOD 16 3 ＜1 _
7 3
大肠杆菌 1.59×10 1.0×10 _ 不得检出
藻类灭活率 3.25log _
[0067] 2、石屏县异龙湖污染水源，经本发明的系统第一级处理240min，再经第二级处理120min后完全可以达到生活用水标准。
[0068]项目 处理前 第一级出水 第二级出水 生活用水标准
总氮 4.098 2 ≤2 _
浊度 9 3 ≤0.5 <3
氨氮 1.207 1.07 0.01 0.5
总磷 0.262 0.1 0.01 0.02
COD 70.7 19.35 1 ＜3
BOD 29.95 15.7 7.4 _
大肠杆菌 _ _ _ 不得检出
藻类灭活率 _ _ _ _
高锰酸盐指数 16.06 6.1 2.7 _
总氮 4.098 2 ≤2 _
浊度 9 3 ≤0.5 <3
氨氮 1.207 1.07 0.01 0.5
总磷 0.262 0.1 0.01 0.02
COD 70.7 19.35 1 ＜3
BOD 29.95 15.7 7.4 _
大肠杆菌 _ _ _ 不得检出
藻类灭活率 _ _ _ _
高锰酸盐指数 16.06 6.1 2.7 _
[0069] 对比例1：同本发明的方法，仅省略步骤(1)，省略步骤(2)中微纳米气浮装置的操作；本例即省略所有微纳米气浮处理。
[0070] 对比例2：同本发明的方法，仅省略步骤(2)中加入高铁酸钾的操作。
[0071] 将上述对比例1和2与实施例1分别用于处理污水，观察进入第二级后各例对污水中COD和硝基苯类化合物的去除效果对比如下：
[0072]
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