生态+生物+物理净化及消毒的自来水处理新工艺.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010612278.X (22)申请日 2020.06.30 (71)申请人 广西碧福环保工程有限公司 地址 541000 广西壮族自治区桂林市七星 区环城南一路3号时代广场6栋11-4号 (72)发明人 吴佳霖吴兆儒黄左贤 (74)专利代理机构 北京同辉知识产权代理事务 所(普通合伙) 11357 代理人 吴秋霞 (51)Int.Cl. C02F 9/14(2006.01) C02F 101/16(2006.01) C02F 101/30(2006.01) C02F 10。

2、1/20(2006.01) (54)发明名称 一种生态+生物+物理净化及消毒的自来水 处理新工艺 (57)摘要 本发明公开了一种生态+生物+物理净化及 消毒的自来水处理新工艺， 水源水依次通过微生 物生态池、 多介质滤罐、 精密过滤器、 水分子切割 器、 消毒器； 所述微生物生态池设置有多孔浮床， 将水草种植在所述多孔浮床的孔洞内； 所述微生 物生态池内设置有若干条纳米纤维载体及曝气 系统； 所述多介质滤罐为多级滤罐， 其内部介质 为沸石矿化烧结球、 火山岩矿化烧结球、 麦饭石 矿化烧结球、 石英砂中的一种或两种以上混合 物。 使用本发明的将河水、 井水、 水库水质净化为 饮用水的新型工艺， 。

3、能够不受水源的限制， 任意 的河水、 井水、 水库水质都可以进行处理为达到 和优于国家的饮用水标准。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 111592200 A 2020.08.28 CN 111592200 A 1.一种生态+生物+物理净化及消毒的自来水处理新工艺， 包括微生物生态池(1)、 多介 质滤罐(2)、 精密过滤器(3)、 消毒器(5)， 需净化的水依次通过微生物生态池(1)、 多介质滤 罐(2)、 精密过滤器(3)、 消毒器(5)； 其特征在于： 所述微生物生态池(1)设置有多孔浮床， 将水草种植在所述多孔浮床的孔洞内； 所述微 生物生态池(1)内设置有若干条纳米纤维载体。

4、及曝气系统； 所述纳米纤维载体为长条状， 两 端分别固定在所述多孔浮床和所述微生物生态池(1)池底； 所述多介质滤罐(2)为多级滤罐， 其内部介质为沸石矿化烧结球、 火山岩矿化烧结球、 麦饭石矿化烧结球、 石英砂中的一种或两种以上混合物； 所述精密过滤器(3)和所述消毒器(5)之间还设置有水分子切割器(4)。 2.根据权利要求1所述的一种生态+生物+物理净化及消毒的自来水处理新工艺， 其特 征在于： 所述多孔浮床由PVC管和多孔网组成。 3.根据权利要求1所述的一种生态+生物+物理净化及消毒的自来水处理新工艺， 其特 征在于： 所述多孔浮床的每一个孔洞内种植2-3株水草。 4.根据权利要求1所。

5、述的一种生态+生物+物理净化及消毒的自来水处理新工艺， 其特 征在于： 所述纳米纤维载体在所述微生物生态池(1)中组成挂帘。 5.根据权利要求1所述的一种生态+生物+物理净化及消毒的自来水处理新工艺， 其特 征在于： 所述多介质过滤罐为三级过滤罐， 依次为一级过滤罐， 二级过滤罐， 三级过滤罐。 6.根据权利要求1所述的一种生态+生物+物理净化及消毒的自来水处理新工艺， 其特 征在于： 所述消毒器(5)为二氧化氯发生器或纳米电光消毒器(5)。 7.根据权利要求5所述的一种生态+生物+物理净化及消毒的自来水处理新工艺， 其特 征在于： 所述一级过滤罐中的介质为沸石矿化烧结球， 所述二级过滤罐中的。

6、介质为火山岩 矿化烧结球， 所述三级过滤罐中的介质为麦饭石矿化烧结球。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111592200 A 2 一种生态+生物+物理净化及消毒的自来水处理新工艺 技术领域 0001 本发明涉及净化水工艺， 特别是一种生态+生物+物理净化及消毒的自来水处理新 工艺。 背景技术 0002 随着社会的发展， 人类生产活动不断地扩大， 很多水源水质受到不同程度的面源 污染， 如： 化肥、 农药及速成桉树的排液； 地质影响的尾矿库重金属的微量渗漏； 喀斯特地貌 钙镁离子超标等。 由前述自然或人为活动造成的水源微污染是传统自来水处理工艺没有办 法处理的。 在传统处理工艺中过滤的滤材主。

7、要是选用海沙过滤， 当水质有机物过多的情况 下和汛期的时候水体中泥浆过多时， 另外原水如果有大量桉树排液流入和水体里锰离子超 标时传统工艺中海沙滤料最多2天就板结， 失去了过滤作用。 即便是有预处理絮凝工艺情况 下的无阀砂滤中的海沙也会在不到一周时间内板结， 海沙板结后将无法实现反冲洗从而失 去了过滤效果， 更会给自来水厂增加了换砂及人工费用， 加大了运营中的成本和出水水质 无法保证。 水质处理的程度关系到人们对生活质量的要求是否得到有效的满足,也关系到 人们的生命安全和身体健康问题,需要水体处理单位提高水处理技术的应用效果,保障结 合水源地的特点进行有效的技术方式和方法的选择与改进,使得生产。

8、的水质获得提高。 保 障社会生产和生活的需要。 发明内容 0003 针对现有技术存在的不足， 本发明的目的是提供一种使用多重净化手段， 能够将 河水、 井水、 水库水等水源的水质净化为饮用水的新型净化水工艺。 0004 为了达到上述目的， 本发明提供的技术方案如下： 水源水依次通过微生物生态池 1、 多介质滤罐2、 精密过滤器3、 消毒器5； 所述微生物生态池1设置有多孔浮床， 将水草种植 在所述多孔浮床的孔洞内； 所述微生物生态池1内设置有若干条纳米纤维载体及曝气系统； 所述纳米纤维载体为长条状， 两端分别固定在所述多孔浮床和所述微生物生态池1池底； 0005 所述多介质滤罐2为多级滤罐， 。

9、其内部介质为沸石矿化烧结球、 火山岩矿化烧结 球、 麦饭石矿化烧结球、 石英砂中的一种或两种以上混合物； 沸石矿化烧结球对NH4+具有较 强的选择吸附能力， 普通砂滤后的氨氮去除率85， 用沸石矿化烧结球进行处理氨氮去除 率达94以上， 同时由于其强大的离子交换能力和软化水能力， 可以去除水中浊度、 色度、 重金属离子； 火山岩矿化烧结球可以使水中的离子活跃(主要是增加了氧离子的含量)并且 可以轻微释放a射线和红外线， 有利于生物膜生长， 有利于微生物代谢过程中所需的氧气与 营养物质及代谢产生的废物的传质过程， 从而增强了对水体的有机物的去除和非常有效的 解决水体的浑浊度及异味； 麦饭石矿化烧。

10、结球对极性较高的分子如C02、 NH4+等具有较强的 吸附能力和生物着床性， 能够吸附对动物健康有害的氨、 硫化氢、 有机氯、 氰化物、 杂醇油等 物质， 从而解决了水质中的农药残留； 0006 所述精密过滤器3和所述消毒器5之间还设置有水分子切割器4， 水分子切割器有 说明书 1/5 页 3 CN 111592200 A 3 极强的杀菌功能， 在磁场的直接作用下， 引起水体BOD、 COD的降低， 水通过强力磁场后， 大分 子团(H2O)n的水被磁场分割成双分子(H2O)2或单分子H2O； 磁化后水分子的氢氧键角从 104.5 减小到103 左右， 原子间磁距的方向改变而数值增加了， 流体的。

11、性质因而改变。 利用 磁场磁能激活化水分子,使大水分子团转化成小分子， 水就是磁化(小分子)活水； 小分子水 的活跃性是最强的从而水质的自修复能力也变得更强， 另外人所需的矿物质也更容易被吸 收。 0007 进一步地， 所述多孔浮床由PVC管和多孔网组成。 0008 进一步地， 所述多孔浮床的每一个孔洞内种植2-3株水草。 水草能通过光合作用在 水体中释放大量的氧气， 增加水中的溶解氧从而抑制有害藻类的生长， 同时在根系上快速 地构建为微生物的着床， 加速土著菌种的生长繁殖， 并吸收硝酸盐， 缓解水中硝酸盐的积 累； 还能够吸收周围环境中的很多有机物， 并加以处理， 这些有机物中就包括很多有毒。

12、物质 和污染物， 所以水草可以消除水中的某些有害物质和重金属。 0009 进一步地， 所述纳米纤维载体在所述微生物生态池1中组成挂帘。 水在所述微生物 生态池1中流动过程中， 通过曝气系统的搅拌和混合作用， 使其中的污染物与挂帘上生长的 生物膜得到充分的接触和发生生物降解和同化。 同时纳米纤维载体具有很大的表面积， 能 吸收、 吸附、 截留水中溶解态和悬浮套污染物， 为各类微生物的生长、 繁殖提供良好的着生、 附着或穴居条件， 最终在纳米纤维载体上行成薄层的具有很强净化活性功能的 “生物膜” ， 并且纳米纤维载体能够激发微生物活性， 促进污染物的降解及转化。 0010 进一步地， 所述多介质过。

13、滤罐2为三级过滤罐， 依次为一级过滤罐， 二级过滤罐， 三 级过滤罐。 0011 进一步地， 所述消毒器5为二氧化氯发生器或纳米电光消毒器。 0012 进一步地， 所述一级过滤罐中的介质为沸石矿化烧结球， 所述二级过滤罐中的介 质为火山岩矿化烧结球， 所述三级过滤罐中的介质为麦饭石矿化烧结球。 0013 本发明的有益效果： 使用本发明的将河水、 井水、 水库水质净化为饮用水的新型工 艺， 能够不受水源的限制， 任意的河水、 井水、 水库水质都可以进行处理为达到和优于国家 的饮用水标准， 且建设投资费用低， 运营费用低。 一般传统工艺的水质为大水分子水团， 分 子链较大， 因而外围之自由水较不易。

14、附着于食物表面而易离散。 而经水分子切割器磁化后 的磁化水， 其小水分子团中之分子链较小， 外围水分子较不易从细胞里游离， 使用经磁化水 冲洗后的鱼、 肉、 疏果的保鲜期延长。 附图说明 0014 图1为本发明的结构图； 0015 图2为所述微生物生态池1的示意图。 具体实施方式 0016 参照图1-2对本发明的做进一步的详细描述。 0017 水源水依次通过微生物生态池1、 多介质滤罐2、 精密过滤器3、 水分子切割器4、 消 毒器5后， 得到符合饮用水标准的净化水； 所述微生物生态池1设置有由PVC管和多孔网组成 的多孔浮床， 将水草种植在所述多孔浮床的孔洞内。 每个孔洞内种植2-3株水草；。

15、 所述微生 说明书 2/5 页 4 CN 111592200 A 4 物生态池1内设置有若干条纳米纤维载体组成的 “挂帘” 及曝气系统； 所述纳米纤维载体为 长条状， 两端分别固定在所述多孔浮床和所述微生物生态池1池底； 所述多介质过滤罐2为 三级过滤罐， 依次为一级过滤罐， 二级过滤罐， 三级过滤罐； 所述一级过滤罐中的介质为沸 石矿化烧结球， 所述二级过滤罐中的介质为火山岩矿化烧结球， 所述三级过滤罐中的介质 为麦饭石矿化烧结球。 所述消毒器5为纳米电光消毒器。 0018 经过所述消毒器5的水流入清水池， 再供上水塔即可调配使用。 0019 本发明的工作原理： 1、 水草能通过光合作用在水。

16、体中释放大量的氧气， 增加水中 的溶解氧从而抑制有害藻类的生长， 同时在根系上快速地构建为微生物的着床， 加速土著 菌种的生长繁殖。 河水、 水库中鱼类代谢和饵料、 腐朽植物分解会产生很多氨和亚硝酸。 氨 和亚硝酸通过硝化细菌的作用形成硝酸盐， 硝酸盐不能被再分解， 只能在水中积累引起水 质的恶化。 水草可以吸收硝酸盐， 从而减缓了硝酸盐的积累， 维护了水质。 水草不仅会从水 中吸收水， 矿物质和二氧化碳， 还可以吸收周围环境中的很多有机物， 并加以处理， 这些有 机物中就包括很多有毒物质和污染物， 所以水草可以消除水中的某些有害物质和重金属。 0020 2、 微生物生态池1形成 “好氧-兼氧。

17、-厌氧” 复合结构的微环境， 通过生物接触净化 原理实现硝化和反硝化作用， 在水体内部构造强大的生物净化系统， 通过提供在所有池中 悬挂纳米纤维载体的方式在水中大量培养土著微生物， 大量微生物在充足的溶解氧和动水 的环境下对水中有机污染物进行好氧分解， 实现了水体净化。 从而使河水、 水库水具有极高 的自净能力， 能对外来有机污染物及时分解消化， 使水体保持洁净状态。 纳米纤维载体通常 为上下两端都予以固定悬挂， 形成一排排的挂帘， 水在池中流动过程中， 通过曝气系统的搅 拌和混合作用， 使其中的污染物与挂帘上生长的生物膜得到充分的接触和发生生物降解和 同化。 同时纳米纤维载体具有很大的表面积。

18、， 能吸收、 吸附、 截留水中溶解态和悬浮套污染 物， 为各类微生物的生长、 繁殖提供良好的着生、 附着或穴居条件， 最终在纳米纤维载体上 行成薄层的具有很强净化活性功能的 “生物膜” ， 并且纳米纤维载体能够激发微生物活性， 促进污染物的降解及转化。 在生物膜的一个断面上， 由外及里形成了好氧、 兼性厌氧和厌氧 三种反应区。 在好氧区， 好氧菌将氨氮转化为硝基氮， 并把小分子有机物转化为二氧化碳和 水(把无机磷转化为细胞体内的ATP)； 在厌氧区， 厌氧菌将硝基氮转化为氮气和氧气(把难 分解的大分子有机物分解为可降解的小分子有机物)。 最终污染基团就被分解转化成逸出 水体的N2、 CO2和H。

19、2O。 0021 3、 将传统工艺中的海砂无阀砂滤池更换为含有沸石矿化烧结球， 火山岩矿化烧结 球， 麦饭石矿化烧结球的多介质过滤罐2。 多级过滤罐的各级过滤罐内介质可根据需要自由 组合。 如各级过滤罐内介质为大量单一介质与少量其他介质的混合物， 或100单一种类的 介质。 氮是重要污染因子之一， 氨氮不仅引起水体富营养化， 还会使水体缺氧， 出厂水中氨 氮的存在使给水管网中极易繁殖微生物,形成生物膜腐蚀管道,其氧化的中间产物亚硝酸 盐氮还对健康有害。 因此,有效地去除氨氮成为水处理的重要内容之一。 采用沸石除氨即是 利用沸石对阳离子的选择性交换能力以及可以再生的特性(使之具有超强的吸附性能)。

20、。 据 国内外文献报道,由于各种阳离子的水合半径的差异,斜发沸石对NH4+具有较强的选择吸附 能力,其阳离子交换顺序为:Cs+Rb+K+NH4+Sr2+Ba2+Ca2+Na+Fe3+Al3+Mg2+Li+。 从顺 序来看,天然斜发沸石对铵离子具有较强的选择吸附能力,这主要是NH4+的离子半径为2.86 ,较容易进入4.00的斜发沸石的孔道的缘故。 因此,在上述各种阳离子共存的溶液中, 说明书 3/5 页 5 CN 111592200 A 5 除Cs+、 Rb+、 K+外,优先吸附的是NH4+。 实验室实验结果： 普通砂滤后的氨氮去除率85， 用沸 石进行处理氨氮去除率达94以上。 有机污染物是。

21、污染水源中的一类主要污染物。 沸石对 有机污染物的吸附能力主要取决于有机物分子的极性和大小,极性分子较非极性分子易被 吸附,随着分子直径的增大,被吸附进入孔穴的机会就逐渐减小。 含有极性基团如-OH、 C O、 -NH2或含有可极化基团如CCO、 -NH2等强极性官能团而有可能被沸石的外表面吸附,得以部分去除。 其它一些常见的有机污染物如酚类、 苯胺、 苯醌、 氨基酸等,多有极性,分子直径适中,可望 被沸石吸附。 对自来水中致色有机物以及水中优先控制污染物苯酚和苯胺的去除效果,发 现沸石可弥补海沙对极性较大的有机小分子吸附能力差的缺点,将自来水中致色有机物基 本去除,且对苯酚、 苯胺的去除效果。

22、均较好(也就是说对农药， 化肥及桉树的排液都非常 好)。 沸石本身格架结构特征和配位键的不平衡决定了沸石能作为阳离子交换剂使用。 将天 然沸石用食盐水改型处理后完全可以作硬水软化的离子交换剂。 据体积效应,沸石中的Ca2 +、 Mg2+等二价离子被Na+还原置换后,由于小离子Na+通过沸石内部通道和窗孔时,空间位阻 小,比较容易进入通道,并向通道内扩散,且内扩散速度较快,这就使沸石具有更大的离子 交换能力和软化水的功能。 在离子交换过程中它能同时去除水中浊度、 色度、 重金属离子。 从而解决了喀斯特地貌水质带来的钙镁离子超标和地质影响的尾矿库重金属的微量渗漏 造成的重金属超标问题。 0022 。

23、4、 火山岩矿化烧结球滤料特点： 具有惰性、 抗腐蚀， 其表面亲水强， 粗糙多孔， 附着 的生物膜速度快量多， 带有正电荷， 有利于生物膜生长， 是生物膜很好的载体， 对所固定的 微生物元素， 无抑制性作用， 不影响微生物的活性， 火山岩滤料天然蜂窝多孔， 菌胶团是佳 的生长环境。 无尖粒状， 对水流阻力小， 不易堵塞， 布水布气均匀； 表面粗糙， 挂膜速度快， 反 冲洗时微生物膜不易脱落。 是一种优质可过滤挂膜的水处理材料。 对水体中的磷去除率可 以达到90以上， 密度适中反冲洗时容易悬浮且不跑料， 可以节能降耗。 无尖粒状， 对水流 阻力小， 不易堵塞， 布水布气均匀； 反冲洗时微生物膜不。

24、易脱落。 火山岩可以使水中的离子 活跃(主要是增加了氧离子的含量)并且可以轻微释放a射线和红外线， 这些对生物体包括 人类都是有好处的火山岩释放的微量元素可以促进动物细胞的代谢， 并且带出体内的有害 卤化物， 清理细胞中的脏东西。 火山岩矿化烧结球滤料在水力学方面表现为， 空隙率， 内外 平均孔隙右， 对水的阻力小， 同时与同类滤料相比， 所需滤料量少， 同样能达到预期过滤目 标。 亲水性强， 附着的生物膜量多且速度快， 作为生物膜载体， 火山岩生物滤料对所固定的 微生物无害， 无抑制性作用， 实践证明不影响微生物的活性。 比表面积大， 开孔率高且惰性， 有利触挂膜和生长， 保持较多的微生物量。

25、， 有利于微生物代谢过程中所需的氧气与营养物 质及代谢产生的废物的传质过程， 从而增强了对水体的有机物的去除和非常有效的解决水 体的浑浊度及异味。 滤料形状与水的流态， 由于火山岩生物滤料是无尖粒状， 且孔径大多数 比陶粒要大， 所以在使用时对水流的阻力小， 节省能耗。 0023 5、 麦饭石矿化烧结球的作用： 麦饭石对各种重金属离子、 细菌、 亚硝酸盐、 苯酚和 水气等具有显著的吸附性能， 麦饭石中的高岭土、 蒙脱石、 绿泥石及黑云母经蚀变风化形成 说明书 4/5 页 6 CN 111592200 A 6 具有层状结构的粘土矿物。 在这些粘土矿物的层状结构中， 四面体与八面体交替排列， 晶格。

26、 中Al3+代替Si4+产从而出现过剩负电荷， 层间需要有另外的阳离子来平衡负电荷， 这些阳离 子与晶格结合松弛， 遇到水中离子便会发生离子交换作用， 表现为溶出与吸附性能。 麦饭石 的吸附性表现在具有多孔状和海绵状结构， 比表面积相当大， 对极性较高的分子如C02、 NH4+ 等具有较强的吸附能力和生物着床性， 能够吸附对动物健康有害的氨、 硫化氢、 有机氯、 氰 化物、 杂醇油等物质， 从而解决了水质中的农药残留， 另外麦饭石的主要化学成分为Sio2能 够形成以Si044-为基础， 四面体顶端氧与相邻四面体共键的空间网状结构， 与K+、 Na+、 Ca2 +、 Mg2+通过离子键结合， 当。

27、麦饭石处于水介质环境中时， 产生部分离子化， 该结构的另一侧 表面大量的活性基团-SiO-可以捕获水中重金属离子(特别镉、 砷、 锌、 锰的吸附能力最为 显著)， 另外可以快速吸附微生物形成生物膜， 达到分解有机物和降低氨氮的作用。 0024 6、 水分子切割器4的作用主要是： 有极强的杀菌功能， 在磁场的直接作用下， 引起 水体BOD,COD的降低， 使异养生物的能源和C素营养物质减少， 导致水体异养菌的死亡速度 大于增殖速度， 于是出现负增长现象。 磁场力直接作用于细菌细胞内的水和酶， 使酶钝化或 失活。 而BOD数值的降低是细菌总数减少的反映， 一方面在外加磁场直接作用下， BOD随CO。

28、D 指标的降低而降低， 另一方面， 在外加磁场作用下， 水体中功能微生物(以细菌为主)受到影 响， 一部分细菌适应能力强， 生命代谢活动不受到干扰， 或者虽受到干扰但经过一定时间后 可以恢复到正常状态， 这部分细菌以更强的适应能力生存下去， 大部分细菌受到外界磁场 作用下， 由于体内外水的理化性质的变化(如电导率、 表面张力等)以及酶的钝化、 失活， 不 能适应而发生死亡现象， 功能细菌数目的急剧减少， 造成了BOD指标的降低， 因此认为磁处 理后BOD降低是水中细菌总数减少的反映。 水通过强力磁场后， 大分子团(H2O)n的水被磁场 分割成双分子(H2O)2或单分子H2O； 磁化后水分子的氢。

29、氧键角从104.5 减小到103 左右， 原 子间磁距的方向改变而数值增加了， 流体的性质因而改变。 利用磁场磁能激活化水分子,使 大水分子团转化成小分子， 水就是磁化(小分子)活水。 小分子水的活跃性是最强的从而水 质的自修复能力也变得更强， 另外人所需的矿物质也更容易被吸收另外具有较强的极化作 用和磁滞效应， 可以有效的将水体中过量钙镁离子沉积阻截， 将硬水变为软水。 极化作用： 磁场的极化作用使盐类的结晶成分发生了变化。 微粒子极性增强， 凝聚力减弱， 使水中原有 的较长的缔合分子链被截断为较短的缔合分子链和带电离子的变形， 破坏了离子间的静电 吸引力， 改变了结晶条件。 形成分散的稳定。

30、小晶体。 磁滞效应： 磁场引起水中盐类分子或离 子的磁性力偶的磁滞效应， 因而改变了盐类在水中的溶解性， 同时使盐类分子相互间的亲 和性(结晶性)消失， 防止大晶体的结晶。 0025 以上所述仅是本发明的优选实施方式， 并不是对本发明专利范围的限制， 凡属于 本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。 应当指出， 对于本领域的普通技术人 员来说， 在不脱离本发明构思的前提下的若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应视为本发 明的保护范围。 说明书 5/5 页 7 CN 111592200 A 7 图1 说明书附图 1/2 页 8 CN 111592200 A 8 图2 说明书附图 2/2 页 9 CN 111592200 A 9 。