一種地下水重金屬三級(jí)深度快速凈化裝置和凈化方法
【專利摘要】一種地下水重金屬三級(jí)深度快速凈化裝置，通過(guò)高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)將地下水中懸浮物、膠體去除，而后使用的地表修復(fù)系統(tǒng)構(gòu)建三級(jí)深度凈化系統(tǒng)，利用植物龐大根系構(gòu)建一級(jí)吸收層；利用赤泥介孔分子篩、活性炭構(gòu)建二級(jí)富集層；再利用粉煤灰分子篩、零價(jià)納米鐵、納米曝氣機(jī)構(gòu)建三級(jí)網(wǎng)捕層，三級(jí)深度凈化地下水中重金屬，經(jīng)過(guò)三級(jí)凈化后，其重金屬濃度含量接近為零，同時(shí)本系統(tǒng)無(wú)二次污染，處理過(guò)程中固定的重金屬終將源源不斷的為植物吸收，經(jīng)過(guò)本發(fā)明處理后地下水重金屬濃度、含量降低較快，并長(zhǎng)期有效。
【專利說(shuō)明】一種地下水重金屬三級(jí)深度快速凈化裝置和凈化方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種去除地下水中重金屬的組合裝置，具體地涉及一種地下水重金屬 三級(jí)深度快速凈化的組合裝置。
[0002] 本發(fā)明還涉及利用上述裝置處理地下水中重金屬的方法。

【背景技術(shù)】
[0003] 如今水資源短缺和河流污染問題日益嚴(yán)重，而在不斷惡化的水危機(jī)不僅存在于河 流和湖沼等地上污染，地下水污染帶來(lái)的危機(jī)也越來(lái)越嚴(yán)重。地下水一旦被污染，要想凈 化，將耗費(fèi)大量時(shí)間和成本，目前雖然有管理地表水的法律，但管理地下水的法律和制度卻 不健全，導(dǎo)致現(xiàn)如今仍未采取針對(duì)污染源的根本解決措施，地下水仍在繼續(xù)被污染。其中， 由于地下水重金屬對(duì)人體危害嚴(yán)重，去除難度大，地下水重金屬影響已成為地下水處理的 重大問題。
[0004] 常用的方法為有機(jī)物重金屬物化絡(luò)合固定，絡(luò)合后的重金屬不但占據(jù)空間位置， 而且易導(dǎo)致土壤堵塞、板結(jié)，成為地下水中中重金屬處理的致命缺陷，同時(shí)有毒金屬、鹽類 物質(zhì)容易積累膠凝。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種地下水重金屬三級(jí)深度快速凈化裝置。
[0006] 本發(fā)明的又一目的是提供一種利用上述裝置進(jìn)行地下水重金屬凈化的方法。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的地下水重金屬三級(jí)深度快速凈化裝置，主要結(jié)構(gòu) 為：
[0008] 地下水提升系統(tǒng)，是在一提升井的內(nèi)壁設(shè)置有可旋轉(zhuǎn)的過(guò)濾網(wǎng)，過(guò)濾網(wǎng)板設(shè)置有 針式清掃器，清掃器探入過(guò)濾網(wǎng)孔的尖端有微小彎鉤，由提升水泵將地下水自提升井內(nèi)提 升至高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)中；
[0009] 高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)由多孔板分為上、下兩個(gè)部分，多孔板的上方為集水池，集水池 中填充有用于篩濾的混合填料，混合填料是石英砂、改性錳砂與天然沸石分子篩的混合物， 混合填料內(nèi)埋設(shè)有連接納米曝氣機(jī)的納米曝氣頭；混合填料上方設(shè)有一阻流板，阻流板對(duì) 應(yīng)的另一側(cè)設(shè)有曝氣管，曝氣管設(shè)有多個(gè)細(xì)孔曝氣孔，曝氣孔垂直向上，曝氣管的一側(cè)安裝 有超聲波發(fā)生儀；
[0010] 高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)的進(jìn)水口一側(cè)設(shè)有進(jìn)水堰，與進(jìn)水堰相對(duì)應(yīng)的另一側(cè)設(shè)有回流 槽；
[0011] 多孔板的下方設(shè)有緊密排列的圓筒狀分壓倉(cāng)以分割空間，防止局部壓力過(guò)大沖破 多孔板；分壓倉(cāng)下方為出水池，出水池的外壁涂刷有避光黑色涂料，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，且紫外滅菌燈之間設(shè)有連接納米曝氣機(jī)的納 米曝氣頭，出水池內(nèi)部剩余空間填充有半導(dǎo)體負(fù)載填料；
[0012] 出水池的一端連接一通氣管，該通氣管同時(shí)連接高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)的進(jìn)水堰；出 水池的出水口通過(guò)三通管分別連接至儲(chǔ)水箱和出儲(chǔ)水箱出水口，作為對(duì)高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng) 進(jìn)行反沖洗的用水通道；
[0013] 高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)中儲(chǔ)水箱出水口通過(guò)臭氧猝滅裝置連接至埋設(shè)在地表修復(fù)系 統(tǒng)的表面吸收層下的配水管，配水管為穿孔的PVC管，管外包裹有土工布防止堵塞，土工布 外包裹鐵碳填料，具有微電解功能；
[0014] 表面吸收層設(shè)置有堿性注射裝置，表面吸收層下方依次為二級(jí)富集層和三級(jí)網(wǎng)捕 層，表面吸收層為防止土壤流失的土壤與弗羅里硅藻土的混合物，表面吸收層上栽種植物 以吸收重金屬；二級(jí)富集層由活性炭與赤泥介孔分子篩混合組成，三級(jí)網(wǎng)捕層填充有粉煤 灰分子篩與零價(jià)納米鐵，三級(jí)網(wǎng)捕層內(nèi)布設(shè)有納米曝氣頭；
[0015] 地表修復(fù)系統(tǒng)的四周注射土壤板結(jié)劑作為不透水層隔斷墻，底部為細(xì)砂層。
[0016] 所述的地下水重金屬三級(jí)深度快速凈化裝置，其中，高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)的多孔板 為兩層，中間鋪設(shè)并固定一層不銹鋼網(wǎng)。
[0017] 所述的地下水重金屬三級(jí)深度快速凈化裝置，其中，出水池內(nèi)壁均勻負(fù)載的非金 屬摻雜光催化劑為納米Ti〇 2粉體。
[0018] 所述的地下水重金屬三級(jí)深度快速凈化裝置，其中，出水池內(nèi)的半導(dǎo)體負(fù)載填料 為納米Ti〇 2粉體負(fù)載在立體網(wǎng)狀聚丙烯表面的填料。
[0019] 所述的地下水重金屬三級(jí)深度快速凈化裝置，其中，高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)的混合填 料中石英砂、改性錳砂與天然沸石分子篩的體積比5:2:1，粒徑為0. 5-1. 2_，不均勻系數(shù) 為2,是集過(guò)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。
[0020] 所述的地下水重金屬三級(jí)深度快速凈化裝置，其中，表面吸收層中土壤與弗羅里 硅藻土的混合體積比例為2-3:1 ;二級(jí)富集層中活性炭與赤泥介孔分子篩的體積混合比例 為2-3:1，活性炭的粒徑為5mm-20mm，赤泥介孔分子篩的粒徑為5mm-10mm ;三級(jí)網(wǎng)捕層中粉 煤灰分子篩與零價(jià)納米鐵的體積比7:1，粉煤灰分子的篩粒徑為2mm-5mm，零價(jià)納米鐵的粒 徑為 2mm-5mm。
[0021] 所述的地下水重金屬三級(jí)深度快速凈化裝置，其中，高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)的曝氣管 通過(guò)流量計(jì)與一曝氣機(jī)連接。
[0022] 本發(fā)明提供的利用上裝置進(jìn)行地下水重金屬凈化的凈化的方法：
[0023] 開啟堿性注射裝置注射堿溶液，控制地表修復(fù)系統(tǒng)的表面土壤層pH呈微堿性，防 止重金屬析出；
[0024] 提升井內(nèi)的廢水通過(guò)高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)去除地下水中的懸浮物膠體后，通過(guò)臭氧 猝滅劑降低出水中含有的殘余臭氧后由配水管進(jìn)入地表修復(fù)系統(tǒng)，依次利用表面吸收層中 的植物龐大根系吸收重金屬，由二級(jí)富集層吸附并富集未能完全吸收的重金屬，在赤泥分 子篩填料的作用下，吸附中和厭氧部分酸化產(chǎn)生的小分子酸，調(diào)節(jié)污水酸堿度，使裝置內(nèi)環(huán) 境更適宜植物、微生物生存，同時(shí)營(yíng)造偏堿性環(huán)境固定污水中的重金屬，防止其浸出，利用 小分子有機(jī)物供給植物養(yǎng)分，在植物生長(zhǎng)過(guò)程中吸附、吸收重金屬進(jìn)行重金屬生物穩(wěn)定化， 二級(jí)富集層吸附的重金屬通過(guò)表面吸收層中的植物進(jìn)行新陳代謝，再由三級(jí)網(wǎng)捕層吸附經(jīng) 過(guò)吸收-富集兩層處理后地下水中少量殘余重金屬，并使三級(jí)網(wǎng)捕層中重金屬保持在超低 的濃度范圍內(nèi)，并利用零價(jià)納米鐵將其置換，根本上杜絕重金屬重新進(jìn)入地下水；同時(shí)三 級(jí)網(wǎng)捕層內(nèi)布設(shè)的納米曝氣頭發(fā)散出的納米氣泡細(xì)密的散布在待處理的地下水中，防止重 金屬與有機(jī)物的絡(luò)合，促進(jìn)零價(jià)鐵對(duì)重金屬的網(wǎng)捕作用，并促進(jìn)粉煤灰分子篩中重金屬的 緩釋，緩釋后的重金屬被零價(jià)納米鐵捕捉，形成膠體或微顆粒沉淀，在納米氣泡的作用下上 浮，攜帶阻斷層的重金屬上升至表面吸收層粘附在弗羅里硅藻土被植物吸收。
[0025] 所述的方法，其中，地表修復(fù)系統(tǒng)的表面吸收層栽種植物為風(fēng)車草、蜈蚣草、含煙 草和雞冠花。
[0026] 所述的方法，其中，高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)的紫外滅菌燈平均照射劑量在300J/m2以 上。
[0027] 本申請(qǐng)通過(guò)高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)將地下水中懸浮物、膠體去除，系統(tǒng)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(shí)在納米曝氣過(guò)程中 以及超聲波發(fā)生過(guò)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(jià)鍵的束縛后留下空位，與納米氣泡表面帶有的電荷同時(shí)產(chǎn)生微 電解效果。而后使用的地表修復(fù)系統(tǒng)構(gòu)建三級(jí)深度凈化系統(tǒng)，利用植物龐大根系構(gòu)建一 級(jí)吸收層；利用赤泥介孔分子篩、活性炭構(gòu)建二級(jí)富集層；再利用粉煤灰分子篩、零價(jià)納米 鐵、納米曝氣機(jī)構(gòu)建三級(jí)網(wǎng)捕層，三級(jí)深度凈化地下水中重金屬，經(jīng)過(guò)三級(jí)凈化后，其重金 屬濃度含量接近為零，同時(shí)本發(fā)明的裝置無(wú)二次污染，處理過(guò)程中固定的重金屬終將源源 不斷的為植物吸收，經(jīng)過(guò)本發(fā)明處理后地下水重金屬濃度、含量降低較快，并長(zhǎng)期有效。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028] 圖1是本發(fā)明地下水重金屬三級(jí)深度快速凈化裝置示意圖。
[0029] 圖2是圖1中標(biāo)號(hào)為5的高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)的裝置示意圖。
[0030] 附圖中主要組件符號(hào)說(shuō)明：
[0031] 1隔斷墻；2植物；3堿性注射裝置；4臭氧猝滅裝置；5高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)；6配水 管；7納米曝氣頭；8細(xì)砂層；9提升井；10過(guò)濾網(wǎng)；11三級(jí)網(wǎng)捕層；12二級(jí)富集層；13表面 吸收層；14提升水泵；15針式清掃器；16第一閥門；17第二閥門；18增壓泵；19進(jìn)水堰；20 阻流板；21混合填料；22三通管；23曝氣管；24回流槽；25多孔板；26分壓倉(cāng)；27儲(chǔ)水箱； 28第三閥門；29第四閥門；30水泵；31半導(dǎo)體負(fù)載填料；32紫外滅菌燈；33出水池；34通 氣管；35超聲波發(fā)生儀；39納米曝氣機(jī)。

【具體實(shí)施方式】
[0032] 本發(fā)明公開了 一種地下水重金屬三級(jí)深度快速凈化的組合裝置，通過(guò)高級(jí)氧化篩 濾系統(tǒng)將地下水中懸浮物、膠體去除，而后使用的地表修復(fù)系統(tǒng)構(gòu)建三級(jí)深度凈化系統(tǒng)，利 用植物龐大根系構(gòu)建一級(jí)吸收層；利用赤泥介孔分子篩、活性炭構(gòu)建二級(jí)富集層；再利用 粉煤灰分子篩、零價(jià)納米鐵、納米曝氣機(jī)構(gòu)建三級(jí)網(wǎng)捕層，三級(jí)深度凈化地下水中重金屬， 經(jīng)過(guò)三級(jí)凈化后，其重金屬濃度含量接近為零，同時(shí)本系統(tǒng)無(wú)二次污染，處理過(guò)程中固定的 重金屬終將源源不斷的為植物吸收，經(jīng)過(guò)本發(fā)明處理后地下水重金屬濃度、含量降低較快， 并長(zhǎng)期有效。
[0033] 以下結(jié)合附圖作詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，在以下敘述中提到的左、右、上、下等均 是以附圖所示的方向?yàn)闇?zhǔn)。
[0034] 請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明提供的地下水重金屬三級(jí)深度快速凈化的組合裝置，其主要結(jié) 構(gòu)包括：地下水提升系統(tǒng)、高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)、地表修復(fù)系統(tǒng)三部分。
[0035] 其中，地下水提升系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)為一提升井9,提升井內(nèi)設(shè)置有可旋轉(zhuǎn)的過(guò)濾網(wǎng) 10,在提升水泵14的抽吸作用下將地下水提升至原地水平線處，提升過(guò)程中地下水流經(jīng)過(guò) 濾網(wǎng)10進(jìn)行過(guò)濾以便于下一步處理；同時(shí)為防止過(guò)濾網(wǎng)10堵塞，特別設(shè)置針式清掃器15， 清掃器探入過(guò)濾網(wǎng)孔的尖端有微小彎鉤，用于清掃過(guò)濾網(wǎng)防止其堵塞。出水流入高級(jí)氧化 篩濾系統(tǒng)5中。
[0036] 有機(jī)物與重金屬會(huì)發(fā)生絡(luò)合作用，絡(luò)合后的重金屬僅僅被固定下來(lái)，不但占據(jù)空 間位置，而且易導(dǎo)致土壤堵塞板結(jié)，影響地下水中重金屬的處理，成為致命的缺陷。本發(fā)明 的高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)5通過(guò)高級(jí)氧化的原理去除地下水中大多數(shù)有機(jī)物，屏蔽其對(duì)重金屬 的影響。經(jīng)過(guò)高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)5處理的出水通過(guò)臭氧猝滅裝置4,使用臭氧猝滅劑降低出 水中含有的殘余臭氧，防止對(duì)其下一步處理產(chǎn)生影響。
[0037] 本發(fā)明的高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)5由多孔板25分為上、下兩個(gè)部分，多孔板25是由兩 層多孔板中間夾設(shè)一層不銹鋼紗網(wǎng)所組成。
[0038] 多孔板25的上方為集水池，集水池正中間設(shè)有連接納米曝氣機(jī)39的納米曝氣頭 7,納米曝氣頭7是填充有用于篩濾的混合填料21，該混合填料21是選取石英砂、改性錳砂 與天然沸石分子篩的混合物，粒徑為〇. 5-1. 2_，不均勻系數(shù)為2,是集過(guò)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?；旌咸盍?1上方設(shè)有一阻流板20,阻流 板20對(duì)應(yīng)的另一側(cè)設(shè)有曝氣管23,曝氣管23設(shè)有多個(gè)細(xì)孔曝氣孔，曝氣孔垂直向上。曝氣 管23的一側(cè)安裝有超聲波發(fā)生儀35。高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)5進(jìn)水口設(shè)有第一閥門16、第二 閥門17和增壓泵18。高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)5進(jìn)水口的一側(cè)設(shè)有進(jìn)水堰19,與進(jìn)水堰19相對(duì) 應(yīng)的另一側(cè)設(shè)有回流槽24。
[0039] 多孔板25的下方設(shè)有緊密排列的圓筒狀分壓倉(cāng)26以分割空間，防止局部壓力過(guò) 大沖破多孔板25。分壓倉(cāng)26下方為出水池33,出水池33的外壁涂刷有避光黑色涂料，內(nèi) 壁均勻負(fù)載一層非金屬摻雜的光催化劑（如納米Ti0 2粉體），底部安裝有紫外滅菌燈32， 且紫外滅菌燈32之間設(shè)有連接納米曝氣機(jī)的納米曝氣頭7,出水池33內(nèi)部剩余空間填充有 半導(dǎo)體負(fù)載填料（如納米Ti0 2粉體負(fù)載在立體網(wǎng)狀聚丙烯上的填料）。出水池33的一端 連接一通氣管34,該通氣管34同時(shí)連接高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)的進(jìn)水堰19。本發(fā)明將填料固 定在載體上，解決了常規(guī)光催化劑需要分散劑協(xié)同使用的弊端，減少了催化劑的流失現(xiàn)象， 避免了反應(yīng)結(jié)束后催化劑的分離步驟，無(wú)需使用分散劑，并減少催化劑的流失現(xiàn)象。
[0040] 高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)5的出水池33的出水口通過(guò)三通管連接至儲(chǔ)水箱27,該三通管 還連接儲(chǔ)水箱27的出水口，作為對(duì)高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)5進(jìn)行反沖洗的用水通道。
[0041] 正常篩濾時(shí)，污水自進(jìn)水堰19進(jìn)入高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)5內(nèi)。高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)5 在篩濾的同時(shí)采用紫外燈、半導(dǎo)體負(fù)載填料以及納米曝氣技術(shù)大量激發(fā)羥基自由基對(duì)出水 進(jìn)行高級(jí)氧化，紫外滅菌燈平均照射劑量在300J/m 2以上，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(duì)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(shì)，使大分子難降解有機(jī)物氧化 成低毒或無(wú)毒的小分子物質(zhì)，提高了出水水質(zhì)，使其達(dá)到國(guó)家回用標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)本發(fā)明處理的 出水透明度高、水質(zhì)好，同時(shí)有效防止餐廚垃圾滲濾液發(fā)酵產(chǎn)生惡臭，對(duì)周邊環(huán)境造成不良 影響，并更好的達(dá)到了反沖洗作用，最大程度節(jié)省了水資源。
[0042] 高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)5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(shí)氣泡在水中停留時(shí)間長(zhǎng)，增加了氣液接觸面 積、接觸時(shí)間，利于臭氧溶于水中，克服了臭氧難溶于水的缺點(diǎn)；微氣泡內(nèi)部具有較大的壓 力且納米氣泡破裂時(shí)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(jí)別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(jí)氧化效果，可有效提高· 0Η產(chǎn)生率。
[0043] 高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)5的出水口連接至地表修復(fù)系統(tǒng)的配水管6,配水管6為一個(gè)穿 孔PVC管，管外包裹一層土工布防止堵塞，土工布外包裹一層鐵碳填料，具有微電解功能。
[0044] 地表修復(fù)系統(tǒng)四周注射土壤板結(jié)劑作為不透水層隔斷墻1，底部夯實(shí)一層細(xì)砂8。 地表修復(fù)系統(tǒng)內(nèi)部自上而下依次為表面吸收層13、二級(jí)富集層12和三級(jí)網(wǎng)捕層11，層與層 之間使用網(wǎng)格隔開，網(wǎng)格網(wǎng)孔直徑為1_，防止每層填料相互之間流動(dòng)。表面吸收層13填 充有0. 3m的土壤與弗羅里硅藻土，體積混合比例為2-3:1以防止土壤流失，同時(shí)設(shè)置有堿 性注射裝置3,以控制人工濕地的pH值，防止重金屬析出，并栽種植物2以吸收重金屬；二 級(jí)富集層12厚0. 6m，由粒徑5mm-20mm的活性炭與5mm-10mm的赤泥介孔分子篩混合組成， 活性炭與赤泥介孔分子篩體積混合比例為2-3:1，用于吸附并富集未能完全吸收的重金屬， 二級(jí)富集層12儲(chǔ)備的重金屬通過(guò)表面吸收層13植物的新陳代謝過(guò)程進(jìn)行吸收；三級(jí)網(wǎng)捕 層11的厚度為〇· 4m，內(nèi)部填充粒徑的粉煤灰分子篩與零價(jià)納米鐵，粉煤 灰分子篩瞬間吸附經(jīng)過(guò)吸收-富集兩層處理后地下水中少量殘余重金屬，并使三級(jí)網(wǎng)捕層 中重金屬保持在超低的濃度范圍內(nèi)，同時(shí)利用零價(jià)納米鐵將其置換，根本上杜絕重金屬重 新進(jìn)入地下水的可能，三級(jí)網(wǎng)捕層內(nèi)布設(shè)有納米曝氣頭，納米曝氣頭發(fā)散出的納米氣泡具 有特殊性質(zhì)，在物理作用下，細(xì)密的散布在待處理的地下水中，可防止重金屬與有機(jī)物的絡(luò) 合，促進(jìn)零價(jià)鐵對(duì)重金屬的網(wǎng)捕作用，并促進(jìn)粉煤灰分子篩中重金屬的緩釋，緩釋后的重金 屬被零價(jià)納米鐵捕捉，形成膠體或微顆粒沉淀，在納米氣泡的作用下上浮，攜帶阻斷層的重 金屬上升至表面吸收層粘附在弗羅里硅藻土被植物吸收；
[0045] 地表修復(fù)系統(tǒng)表面吸收層栽種植物2選擇風(fēng)車草和蜈蚣草、含煙草、雞冠花等，栽 種比例針對(duì)待吸收重金屬調(diào)整，保證吸收效果最好的同時(shí)具有景觀效果。
[0046] 地表修復(fù)系統(tǒng)的三級(jí)網(wǎng)捕層及高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)的篩濾池和儲(chǔ)水池內(nèi)納米曝氣 頭，分別與一納米曝氣機(jī)連接。
[0047] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，重金屬去除率高達(dá)100%，痕量有機(jī)物含量降低95% 以上，類蛋白類物質(zhì)特征熒光峰降低90%以上。
[0048] 本發(fā)明的高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)采用三級(jí)反沖洗技術(shù)進(jìn)行反沖洗。
[0049] 一級(jí)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(guò) 填料之間的空隙滲透下去，在篩濾過(guò)程中進(jìn)行反沖洗，開啟高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)5的增壓泵 18、曝氣管23并間歇開啟多孔板上方納米曝氣頭7,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(jí)反沖洗可延長(zhǎng)篩濾裝置使 用壽命及反洗周期，對(duì)于進(jìn)水濁度較低的情況，甚至可以無(wú)需反沖洗，使裝置不斷運(yùn)行凈化 污水。
[0050] 二級(jí)反沖洗為空氣脈沖反沖洗，由于污水濁度過(guò)高，導(dǎo)致污染物質(zhì)在填料表面的 大量堆積，僅僅靠一級(jí)反沖洗步驟仍不能達(dá)到繼續(xù)篩濾的效果。關(guān)閉第一閥門16和第四閥 門29,開啟第三閥門28和第二閥門17,啟動(dòng)高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)5的水泵30、曝氣管23及兩 個(gè)納米曝氣機(jī)頭9,將出水池33內(nèi)的出水導(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(cāng)26上細(xì)孔上升，全部混合填料21層在上升空氣的強(qiáng)力攪 拌，曝氣管23氣流及納米曝氣頭的沖擊力作用下旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，污染物質(zhì)破碎浮起，在曝氣管 23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24與初始進(jìn)水混合， 待水面快速下降，過(guò)濾速率重新穩(wěn)定后，關(guān)閉高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)5的水泵30、多孔板下方納 米曝氣頭7、第三閥門28和第二閥門17,開啟第一閥門16和第四閥門29繼續(xù)進(jìn)行篩濾處 理。
[0051] 三級(jí)反沖洗為曝氣湍流反沖洗，此時(shí)一、二級(jí)反沖洗已經(jīng)不足以解決污染物質(zhì)對(duì) 填料的覆蓋、阻塞問題，污水大量積聚不得過(guò)濾。此時(shí)關(guān)閉第一閥門16和第四閥門29,開 啟第三閥門28和第二閥門17,啟動(dòng)高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)5的水泵30、曝氣管23及兩個(gè)納米 曝氣頭7、超聲波發(fā)生儀43,將出水池內(nèi)出水大量導(dǎo)入集水池中。⑴集水池內(nèi)部空氣沿多孔 板細(xì)孔上升攪拌，混合填料21底部納米曝氣頭開始曝氣，混合填料21上方渦輪不斷轉(zhuǎn)動(dòng)； ⑵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(wú)規(guī)則高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，混合填料21在水流旋渦的沖擊力和氣泡的剪切力作用下相互摩擦， 混合填料21上附著的有機(jī)污染物能夠去除，得到較為純凈的填料；(3)利用超聲波發(fā)生儀在 液體介質(zhì)中產(chǎn)生超聲波，在混合填料21表面產(chǎn)生空化效應(yīng)，空化汽泡在閉合過(guò)程中破裂時(shí) 形成的沖擊波，會(huì)在其周圍產(chǎn)生上千個(gè)氣壓的沖擊壓力，作用在混合填料21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。⑷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)的的混合填料21顆粒表面 及微孔，剝離污染物質(zhì)，使混合填料21得到再生。（5)而污染物質(zhì)在水流沖擊力及右側(cè)曝氣 管23氣浮作用下不斷向上浮至水面，自左端進(jìn)水堰19及右端回流槽流24出與初始進(jìn)水混 合。經(jīng)過(guò)三級(jí)反沖洗，內(nèi)部污染物被清洗排空殆盡。高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)的曝氣管通過(guò)流量 計(jì)與一曝氣機(jī)連接。
[0052] 高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)的反沖洗時(shí)納米曝氣頭進(jìn)氣為02，用于混凝攪拌和清潔填料； 高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)的儲(chǔ)水池納米曝氣頭進(jìn)氣為〇 3，通過(guò)納米曝氣強(qiáng)化羥基自由基的產(chǎn)生過(guò) 程。
[0053] 常規(guī)砂濾是在過(guò)濾過(guò)程中不擾動(dòng)砂層，使水流從砂子細(xì)小縫隙之間流過(guò)。通常采 用不擾動(dòng)砂層，壓實(shí)填料、增加水壓、砂上附加網(wǎng)格等手段改進(jìn)砂濾過(guò)程，讓水流從砂子細(xì) 小縫隙之間流過(guò)，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(dòng)填料表層，防止污 染物質(zhì)堆積對(duì)水流的順利通過(guò)形成阻力，同時(shí)利用高級(jí)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(jì)，最后使用三級(jí)反沖洗等改進(jìn) 處理過(guò)程。本發(fā)明對(duì)膠體、纖維、藻類等懸浮物的截留效果好，對(duì)于濁度較低水質(zhì)甚至無(wú)需 反沖洗，即可完成處理過(guò)程，同時(shí)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。
[0054] 本發(fā)明的碳摻雜的納米Ti02粉體的制備：
[0055] 采用均勻沉淀法和水熱法兩步過(guò)程制備碳摻雜的納米Ti02。以硫酸鈦和尿素為前 驅(qū)，葡萄糖為碳源，具體制備過(guò)程如下：取6. 48g27硫酸鈦和3. 24g54尿素（硫酸鈦與尿素 的摩爾比為1:2)溶于去離子水中，再加入適量的葡萄糖0.6攪拌均勻，在90°C的條件下反 應(yīng)2h。待反應(yīng)結(jié)束后取出反應(yīng)物干燥、反復(fù)水洗至中性，再次干燥，用球磨機(jī)研磨得到碳摻 雜的納米Ti0 2粉體。
[0056] 納米Ti02粉體負(fù)載在填料上的方法：
[0057] 采用聚丙烯材質(zhì)的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)填料，將納米Ti02粉體與去離子水（粉體與水的 質(zhì)量比為1:20)混合，用超聲波超聲成乳濁液，將潔凈的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)填料浸入與乙醇按 體積比1:1混合的鈦酸酯偶聯(lián)劑，緩慢攪拌一段時(shí)間，然后將填料取出放入Ti0 2乳濁液中 繼續(xù)攪拌一段時(shí)間，取出后放入烘箱中干燥（85°C以下）2h，即制得負(fù)載納米Ti02的聚丙烯 懸浮填料，其外觀呈淡黃色，膜層較均勻。
【權(quán)利要求】
1. 一種地下水重金屬三級(jí)深度快速凈化裝置，主要結(jié)構(gòu)為： 地下水提升系統(tǒng)，是在一提升井的內(nèi)壁設(shè)置有可旋轉(zhuǎn)的過(guò)濾網(wǎng)，過(guò)濾網(wǎng)設(shè)置有針式清 掃器，清掃器探入過(guò)濾網(wǎng)孔的尖端有微小彎鉤，由提升水泵將地下水自提升井內(nèi)提升至高 級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)中； 高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)由多孔板分為上、下兩個(gè)部分，多孔板的上方為集水池，集水池中填 充有用于篩濾的混合填料，混合填料是石英砂、改性錳砂與天然沸石分子篩的混合物，混合 填料內(nèi)埋設(shè)有連接納米曝氣機(jī)的納米曝氣頭；混合填料上方設(shè)有一阻流板，阻流板對(duì)應(yīng)的 另一側(cè)設(shè)有曝氣管，曝氣管設(shè)有多個(gè)細(xì)孔曝氣孔，曝氣孔垂直向上，曝氣管的一側(cè)安裝有超 聲波發(fā)生儀； 高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)的進(jìn)水口一側(cè)設(shè)有進(jìn)水堰，與進(jìn)水堰相對(duì)應(yīng)的另一側(cè)設(shè)有回流槽； 多孔板的下方設(shè)有緊密排列的圓筒狀分壓倉(cāng)以分割空間，防止局部壓力過(guò)大沖破多孔 板；分壓倉(cāng)下方為出水池，出水池的外壁涂刷有避光黑色涂料，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，且紫外滅菌燈之間設(shè)有連接納米曝氣機(jī)的納米曝 氣頭，出水池內(nèi)部剩余空間填充有半導(dǎo)體負(fù)載填料； 出水池的一端連接一通氣管，該通氣管同時(shí)連接高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)的進(jìn)水堰；出水池 的出水口通過(guò)三通管分別連接至儲(chǔ)水箱和出儲(chǔ)水箱出水口，作為對(duì)高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)進(jìn)行 反沖洗的用水通道； 高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)中儲(chǔ)水箱出水口通過(guò)臭氧猝滅裝置連接至埋設(shè)在地表修復(fù)系統(tǒng)的 表面吸收層下的配水管，配水管為穿孔的PVC管，管外包裹有土工布防止堵塞，土工布外包 裹鐵碳填料，具有微電解功能； 表面吸收層設(shè)置有堿性注射裝置，表面吸收層下方依次為二級(jí)富集層和三級(jí)網(wǎng)捕層， 表面吸收層為防止土壤流失的土壤與弗羅里硅藻土的混合物，表面吸收層上栽種植物以吸 收重金屬；二級(jí)富集層由活性炭與赤泥介孔分子篩混合組成，三級(jí)網(wǎng)捕層填充有粉煤灰分 子篩與零價(jià)納米鐵，三級(jí)網(wǎng)捕層內(nèi)布設(shè)有納米曝氣頭； 地表修復(fù)系統(tǒng)的四周注射土壤板結(jié)劑作為不透水層隔斷墻，底部為細(xì)砂層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水重金屬三級(jí)深度快速凈化裝置，其中，高級(jí)氧化篩濾 系統(tǒng)的多孔板為兩層，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所述的地下水重金屬三級(jí)深度快速凈化裝置，其中，出水池內(nèi)壁均 勻負(fù)載的非金屬摻雜光催化劑為納米Ti02粉體。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水重金屬三級(jí)深度快速凈化裝置，其中，出水池內(nèi)的半 導(dǎo)體負(fù)載填料為納米Ti02粉體負(fù)載在立體網(wǎng)狀聚丙烯表面的填料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水重金屬三級(jí)深度快速凈化裝置，其中，高級(jí)氧化 篩濾系統(tǒng)的混合填料中石英砂、改性錳砂與天然沸石分子篩的體積比5:2:1，粒徑為 0. 5-1. 2_，不均勻系數(shù)為2,是集過(guò)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。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水重金屬三級(jí)深度快速凈化裝置，其中，表面吸收層中 土壤與弗羅里硅藻土的混合體積比例為2-3:1 ;二級(jí)富集層中活性炭與赤泥介孔分子篩的 體積混合比例為2-3:1，活性炭的粒徑為5mm-20mm，赤泥介孔分子篩的粒徑為5mm-10mm ;三 級(jí)網(wǎng)捕層中粉煤灰分子篩與零價(jià)納米鐵的體積比是7:1，粉煤灰分子的篩粒徑為2_-5_， 零價(jià)納米鐵的粒徑為2mm-5mm。
7. 據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水重金屬三級(jí)深度快速凈化裝置，其中，高級(jí)氧化篩濾系 統(tǒng)的曝氣管通過(guò)流量計(jì)與一曝氣機(jī)連接。
8. 利用權(quán)利要求1所述地下水重金屬三級(jí)深度快速凈化裝置進(jìn)行凈化的方法： 開啟堿性注射裝置注射堿溶液，控制地表修復(fù)系統(tǒng)的表面土壤層pH呈微堿性，防止重 金屬析出； 提升井內(nèi)的廢水通過(guò)高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)去除地下水中的懸浮物膠體后，通過(guò)臭氧猝滅 劑降低出水中含有的殘余臭氧后由配水管進(jìn)入地表修復(fù)系統(tǒng)，依次利用表面吸收層中的植 物龐大根系吸收重金屬，由二級(jí)富集層吸附并富集未能完全吸收的重金屬，在赤泥分子篩 填料的作用下，吸附中和厭氧部分酸化產(chǎn)生的小分子酸，調(diào)節(jié)污水酸堿度，使裝置內(nèi)環(huán)境更 適宜植物、微生物生存，同時(shí)營(yíng)造偏堿性環(huán)境固定污水中的重金屬，防止其浸出，利用小分 子有機(jī)物供給植物養(yǎng)分，在植物生長(zhǎng)過(guò)程中吸附、吸收重金屬進(jìn)行重金屬生物穩(wěn)定化，二級(jí) 富集層吸附的重金屬通過(guò)表面吸收層中的植物進(jìn)行新陳代謝，再由三級(jí)網(wǎng)捕層吸附經(jīng)過(guò)吸 收-富集兩層處理后地下水中少量殘余重金屬，并使三級(jí)網(wǎng)捕層中重金屬保持在超低的濃 度范圍內(nèi)，并利用零價(jià)納米鐵將其置換并網(wǎng)捕，根本上杜絕重金屬重新進(jìn)入地下水；同時(shí)三 級(jí)網(wǎng)捕層內(nèi)布設(shè)的納米曝氣頭發(fā)散出的納米氣泡細(xì)密的散布在待處理的地下水中，防止重 金屬與有機(jī)物的絡(luò)合，促進(jìn)零價(jià)鐵對(duì)重金屬的網(wǎng)捕作用，并促進(jìn)粉煤灰分子篩中重金屬的 緩釋，緩釋后的重金屬被零價(jià)納米鐵捕捉，形成膠體或微顆粒沉淀，在納米氣泡的作用下上 浮，攜帶阻斷層的重金屬上升至表面吸收層粘附在弗羅里硅藻土被植物吸收。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，地表修復(fù)系統(tǒng)的表面吸收層栽種植物為風(fēng)車草、 蜈蟲公草、含煙草和雞冠花。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，高級(jí)氧化篩濾系統(tǒng)的紫外滅菌燈平均照射劑量 在300J/m2以上。
【文檔編號(hào)】C02F9/14GK104150697SQ201410359886
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)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, 張列宇, 李英軍, 黨秋玲, 夏訓(xùn)峰, 王麗君, 高如泰 申請(qǐng)人:中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院