CN100572292C

CN100572292C - 小区封闭中水景观水系生物气浮boaf处理方法及装置

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Publication number: CN100572292C
Application number: CNB2006100288194A
Authority: CN
Inventors: 张道方; 史雪霏; 腾乐峰; 黄晓晶; 李坤
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2006-07-11
Filing date: 2006-07-11
Publication date: 2009-12-23
Anticipated expiration: 2026-07-11
Also published as: CN101104534A

Abstract

用于小区封闭中水景观水系水质净化的BOAF处理方法及其装置，以生物反应池取代所有气浮必须的加药系统，将小区封闭中水景观水系内的原水与来自BOAF池的活性生物絮体混合，经生化反应池停留一定时间后形成的混合液流至BOAF池进行处理，BOAF池出水经紫外消毒器消毒后回用于中水景观水系；流入BOAF池的混合液，以气浮为分离手段，实现出水与活性生物絮体的分离，活性生物絮体回流至生化反应池前端继续与原水混合，进行循环反应；小部分出水通过溶气泵形成溶气水，回流至BOAF池为生物絮体分离提供微小气泡。该系统装置出水水质达到景观水水质标准，可以良好的保持小区封闭中水景观水系的水环境平衡。

Description

小区封闭中水景观水系生物气浮BOAF处理方法及装置

技术领域

本发明涉及一种用于小区封闭中水景观水系水质净化的BOAF处理方法及其系统装置，属于水处理技术和水资源循环利用技术领域。

背景技术

小区景观水系通常具有水域面积相对小、水环境容量小、水体自净能力低等特点。尤其是封闭且流动性差的缓流水体，气候变化、人类活动及周边环境均会对之造成污染，导致水质恶化，具体表现为透明度低、水体浑浊、水华泛滥，甚至发黑发臭，因此必须进行景观水系的净化治理。纵观国内外景观水系处理技术现状，已在使用的或已进入中试阶段的景观水系治理技术可分为物理法、化学法和生物/生态法三大类。

物理方法主要有底泥疏浚、机械除藻、人工增氧、引水冲淤、引水换水等。

底泥疏浚主要是针对底泥营养物质含量高的水体进行改善，但在挖掘深度，防止深层底泥中可溶性磷以及氨氮二次释放等方面的控制较难。机械除藻是对水体中的过盛藻类进行去除，虽短时有效，却往往治标不治本。人工增氧是依靠水的曝气充氧，只能局部提高水体中的溶解氧含量，而很难保证整个水体的好氧环境。引水冲污实质上是对水体污染物和浮游藻类的稀释扩散，实为污染转移，根本没有对污染进行实质性的治理。引水换水则必须有充足的干净水源作保证。

化学方法主要包括加入化学药剂杀藻、加入铁盐促进磷的沉淀、加入石灰脱氮等。化学方法具有投资少，操作和维修方便，效果好等特点，针对水中不同污染物，需要投加相应的药剂实现，但必须顾及化学药物对水生生物的毒性及生态系统的二次污染。因此，化学法的应用有很大的局限性，一般作为临时应急措施使用。

生物/生态法修复技术原理是利用培育的生物或培养、接种的微生物的生命活动，对水中污染物进行转移、转化及降解作用，从而使水体得到恢复，这种技术是对自然界恢复能力和自净能力的一种强化。但该方法对生物膜的培养驯化要求苛刻，程序复杂，处理时间长，尤其是人工湿地处理技术，占地面积大及受气候影响大，尤其在水体较小时无法发挥作用。

近年来一种过去通常被用于给水处理的物理化学方法——气浮法，由于分离效率高，并兼有向水中充氧曝气的作用，开始被广泛应用于处理低温、低浊、高藻、高色和受有机物污染的原水。有关研究与应用均表明，除分离无机及有机悬浮物外，气浮法对于水中溶解性有机物也有一定的去除效果。由于景观水系通常呈现为如含藻量多、色重味臭、水质伴随季节性变化等水质特征，一定程度的增加了混凝-沉淀-过滤工艺的处理难度。因此，将气浮工艺引入景观水处理技术中，可充分发挥气浮法与沉淀法各自的特点，并获得较好的处理效果。但是，目前气浮法存在的主要问题是：无论采用传统气浮还是浅层气浮，由于进入气浮池的原水仍需投加混凝剂，就不可避免的带来二次污染——化学泥渣的处理处置等问题，此外任何一种混凝剂的投加都只能去除污水中的悬浮性污染物和极少部分可溶性有机物，对于造成水体污染的根本原因——氮、磷问题，则无法有效去除。

综上所述，纵观各种景观水处理技术，无论采用何种单一的景观处理技术，均分别在经济、能耗、时效或二次污染控制等方面存在或多或少的问题，特别是在造成水体富营养化问题的祸首——氮和磷以及溶解性污染物的去除方面，至今没有一套经济、可靠的实用方法或系统。

发明内容

为克服上述缺点，本发明提出了一种小区封闭中水景观水系BOAF(基于生物的气浮)处理方法及其系统装置，目的在于为中水景观水系的水质净化提供一种经济高效无污染的新技术。通过构建BOAF这样一种结合了生物与气浮技术优点的处理方法及其系统装置，实现小区封闭中水景观水系的水质净化，解决当前景观水系处理方法所无法根治的氮和磷及溶解性污染物的问题。

小区封闭中水景观水系生物气浮BOAF处理方法，其特点是：景观水体中的原水先由进水泵汲入生物反应池的浮渣混合区，原水经与BOAF池回流的浮渣混合后，进入接触氧化区；接触氧化区的空气由罗茨风机提供，接触氧化区的泥水混合液经进水管流入BOAF池装置中，BOAF池装置通过溶气泵提供的溶气水来实现系统出水与活性生物絮体的分离，经BOAF池处理后其产生的浮渣回流至生物反应池的浮渣混合区，与景观水体中的原水继续进行生物反应；其分离澄清后的大部分出水由出水泵经紫外消毒器消毒后，回注到中水景观水系，小部分出水通过溶气泵用于提供溶气水。

浮渣混合区为兼性厌氧环境，其溶解氧(DO)保持在0.2mg/L以下，水力停留时间为15min左右；接触氧化区为好氧环境，其DO保持在3～4mg/L，水力停留时间为45min左右。

小区封闭中水景观水系BOAF处理系统，可通过电磁流量计、水位继电器、电磁阀、控制器等与计算机联接，依据水质监测仪获得的水质指标值，实现高层次系统运行与水质监测的自动化。

小区封闭中水景观水系生物气浮BOAF处理装置，它包括一个BOAF池，其特点是：BOAF池内分为两个功能区；稳流接触区和分离区，其比例为1∶8，由分区隔板完全隔开。

稳流接触区：在BOAF池上有一旋转操作台，旋转操作台跨越于稳流接触区之上，与分区隔板连接，由设于浮选槽之边缘轨道上的周边驱动装置驱动；其中与旋转方向相反的、水溢流方向的一只分区隔板，与旋转操作台之间有一开口；数个整流栅为同心锥形板，固定在旋转操作台上；进水管与可旋转中心套管通过旋转水力接头连接，可旋转中心套管内有进水配水管和溶气水配水管，进水配水管均匀分布伸入稳流接触区底部；溶气水配水管伸入稳流接触区底部后，分成若干个溶气水配水支管，在稳流接触区底部均匀分布；进水管的另一端与生物反应池连接，溶气水管的另一端与溶气泵连接。

分离区：包括有浮渣收集斗，清水集水器、和泥斗；浮渣收集斗在旋转操作台下方、配水系统的前部，由两块呈一定角度的导流板和螺旋浮渣刮渣机组成，浮渣收集斗底部有浮渣排管，浮渣排管通过管道与浮渣混合区连接；清水集水器由若干个清水集水管组成，由集水管罩覆盖，出水端连接有出水管和回流管；出水管与景观水系连接，回流管与溶气泵连接；泥斗位于池底部，与污泥排放管连接。池底污泥刮板固定在池体旋转结构的底部，由旋转操作台控制。

BOAF池稳流接触区由数个整流栅构成一环行稳流区域，在稳流作用下，原水与活性生物絮体的混合液和溶气水同步均匀进入稳流接触区底部，溶气水释放后产生大量直径为10μm的微小气泡。这些微小气泡在水体相对稳定的稳流接触区中与混合液充分混合接触，同时吸附混合液中的生物絮体上浮，并沿导流板方向迅速溢流至分离区分离。

BOAF池由固定于旋转操作台上的周边驱动装置驱动，经驱动的旋转操作台带动可旋转中心套管、进水配水管、整流栅、溶气水配水管、螺旋浮渣刮渣机、池底污泥刮板、清水集水管等部件旋转。由于旋转操作台的回转速度大小等于混合液流入接触反应区的速度，方向正好相反，且进出水同步进行，因此BOAF池内的进水混合液和出水的相对速度为零。此外，由旋转操作台连动的池底污泥刮板将池底和池壁上的沉泥刮到泥斗中，定期由池底污泥排放管排放。整流栅为固定在旋转操作台上的同心锥形板，与配水部分一起同步旋转，同时每相邻两块锥形板组成一个倾斜的环行气浮，使该环行气浮区域内的水一直处于层流状态，这样加速了颗粒杂质随微小气泡的上升速度。集水管罩设置于清水集水管上方，保证出水的水力条件。

旋转操作台是以槽型钢主梁组成的钢桥，悬载所有运转机件，并敷设花纹板及扶手，方便操作及取样。

在可旋转中心套管内安装的进水管和各种控制信号线等，它们不会旋转。

浮渣混合区主要作用是使原水与BOAF池装置回流的污泥浮渣进行充分混合，兼性厌氧的环境为原水中的含氮污染物提供反硝化的条件，为其在接触氧化区中进一步好氧去除污染物提供保证；

接触氧化区主要作用是使经厌氧接触后的原水与活性污泥浮渣混合物充分接触反应，利用活性污泥微生物的代谢作用，进一步去除污染原水中的有机污染物和氮磷污染物。

本发明BOAF技术及其系统装置，同时基于生物反应和物化反应原理，其进水为原水与活性生物絮体的混合液，无需另外投加混凝剂，运行过程中动态进水、静态出水，在中心旋转操作台的辅助下，使混合液进入BOAF池装置的相对速度为零，从而抑制了槽内的紊流，保证浮选生物絮体上升速度达到或接近理论升速，因而能经济高效稳定无污染的进行气浮分离，极大地提高了传统生物处理在固液分离方面的速效性，大大缩短了泥水分离的时间。

本发明具有以下特点和积极效果：

(1)小区封闭中水景观水系的原水及补充水源，采用小区生活污水经回用处理后达到景观水水质标准的中水，最大限度的减少水污染、节约水资源。

(2)BOAF处理装置的进水为原水与活性生物絮体的混合液，即以生物反应池取代气浮所必须的加药系统，利用生物絮体的降解和吸附作用，更有效的去除污水中可溶性污染物(COD、氮、磷等)，且无需另外投加混凝剂，杜绝二次污染，大大减少了运行费用和维护工作量。

(3)BOAF处理装置，实现了运行过程中动态进水、静态出水，通过布水和收集清水部分的结构设计，在中心旋转操作台辅助下，使混合液进入装置的相对速度为零，从而抑制槽内的紊流，保证了浮选生物絮体上升速度达到或接近理论升速，因而能经济高效稳定无污染的进行气浮分离，极大地提高了在固液分离方面的速效性，大大缩短了泥水分离的时间。

(4)小区封闭中水景观水系BOAF处理方法及其系统装置，结合了生物与气浮技术优点，如表1所示，并通过电磁流量计、水位继电器、电磁阀、控制器等与计算机联接，依据水质监测仪获得的水质指标值，实现高层次系统运行与水质监测的自动化。

表1BOAF处理方法与传统景观水处理系统的比较

以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

附图说明

附图1为BOAF处理装置结构剖面图；

附图2为BOAF处理装置结构俯视图；

附图3为BOAF处理装置局部A-A剖面图；

附图4为小区封闭中水景观水系BOAF处理方法及其系统装置。

1.进水管、2.出水管、3.浮渣排渣管、4.回流管、5.池底污泥排放管、6.池底污泥刮板、7.整流栅、8.进水配水管、9.集水管罩、10.旋转操作台、11.溶气水配水管、12.可旋转中心套管、13.螺旋浮渣刮渣机、14.清水集水管、15.溶气泵、16.周边驱动装置、17.泥斗、18.旋转水力接头、19.分区隔板、20.导流板、21.溶气水配水支管、22.BOAF池稳流接触区、23.BOAF池分离区、24进水泵、25.浮渣混合区、26.接触氧化区、27.BOAF池装置、28.罗茨风机、29.出水泵、30.紫外消毒器、31.中水景观水体。

具体实施方式

本发明的技术方案是一种结合了生物与气浮技术优点的小区封闭中水景观水系处理方法及装置，BOAF池内分为两个功能区：稳流接触区22和分离区23，由分区隔板19分隔，其比例为1∶8，由隔板完全格开。其中稳流接触区中由整流栅7构成的环行稳流区域。原水与活性生物絮体的混合液经可旋转中心套管12内的进水管1、旋转水力接头18、进水配水管8均匀配入稳流接触区底部。同时，由溶气泵15产生的溶气水经溶气水配水总管11、溶气水配水支管21与混合液同步进入稳流接触区底部，释放后产生大量直径为10μm的微小气泡。在整流栅7的稳流作用下，这些微小气泡在水体相对稳定的稳流接触区中与混合液充分混合接触，并吸附混合液中的生物絮体上浮，经15～25s停留时间后沿导流板方向迅速沿导流板20溢流至分离区分离，其中导流板位于水平液位下10cm，呈45°角。在分离区中，具有一定浮力的微小气泡继续上浮，经过2～3min分离时间后，所有生物絮体上浮至分离区表面。分离区表面形成的活性生物絮体层由螺旋浮渣刮渣机13收集，然后经过浮渣排渣管3自流至浮渣混合区25。经气浮分离澄清后的出水大部分由清水集水管14收集后经出水管2并由出水泵29泵经紫外消毒器30消毒后回注于中水景观水体31，其余小部分澄清后的水经回流管4回流至溶气泵15用于提供溶气水。

BOAF装置为周边驱动，由固定于旋转操作台10上的周边驱动装置16驱动，经驱动的旋转操作台10带动可旋转中心套管12、进水配水管8、整流栅7、溶气水配水总管11、溶气水配水支管21、螺旋浮渣刮渣机13、池底污泥刮板6、清水集水管14等部件旋转。由于旋转操作台10的回转速度大小等于混合液流入接触反应区的速度，方向正好相反，且进出水同步进行，因此BOAF池内的进水混合液和出水的相对速度为零。此外，由旋转操作台10连动的池底污泥刮板6将池底和池壁上的沉泥刮到泥斗17中，定期由池底污泥排放管5排放。整流栅7为固定在旋转操作台10上的同心锥形板，与配水部分一起同步旋转，同时每相邻两块锥形板组成一个倾斜的环行气浮，使该环行气浮区域内的水一直处于层流状态，这样加速了颗粒杂质随微小气泡的上升速度。集水管罩9设置于清水集水管14上方，保证出水的水力条件。

其工艺流程如图4所示。中水景观水体31中的原水经进水泵24泵汲入由浮渣混合区25、接触氧化区26组成的生物反应池，其中接触氧化区26的空气由罗茨风机28提供。经接触氧化区26停留一定时间后的泥水混合液经进水管1流入BOAF池装置27中，BOAF池装置27通过溶气泵15提供的溶气水来实现系统出水与活性生物絮体的分离，其产生的浮渣回流至生物反应池的浮渣混合区25，其分离澄清后的大部分出水由出水泵29泵经紫外消毒器30，消毒后回注到中水景观水体31中，小部分出水通过溶气泵15用于提供溶气水。

浮渣混合区25与接触氧化区26共同构成一个生物反应池。浮渣混合区25为兼性厌氧环境，其DO保持在0.2mg/L以下，水力停留时间为15min左右，使原水与BOAF池装置回流的污泥浮渣进行充分混合，兼性厌氧的环境为原水中的含氮污染物提供反硝化的条件，为其在接触氧化区26中进一步好氧去除污染物提供保证。接触氧化区26为好氧环境，其DO保持在3～4mg/L，水力停留时间为45min左右，使经厌氧接触后的原水与活性污泥浮渣混合物充分接触反应，利用活性污泥微生物的代谢作用，进一步去除污染原水中的有机污染物和氮磷污染物。

采用本发明的方法及其系统装置经处理后的出水水质可达到景观水水质标准(GB/T18921-2002)。本发明可广泛用于小区封闭景观水系的水处理及循环利用。

Claims

1.小区封闭中水景观水系生物气浮BOAF处理方法，其特征在于：景观水体中的原水先由进水泵汲入生物反应池的浮渣混合区，原水经与BOAF池回流的浮渣混合后，进入接触氧化区；接触氧化区的空气由罗茨风机提供，接触氧化区的泥水混合液经进水管流入BOAF池装置中，BOAF池装置通过溶气泵提供的溶气水来实现系统出水与活性生物絮体的分离，经BOAF池处理后其产生的浮渣回流至生物反应池的浮渣混合区，与景观水体中的原水继续进行生物反应；其分离澄清后的大部分出水由出水泵经紫外消毒器消毒后，回注到中水景观水系，小部分出水通过溶气泵用于提供溶气水。

2.根据权利要求1所述的小区封闭中水景观水系生物气浮BOAF处理方法，其特征在于：浮渣混合区为兼性厌氧环境，其溶解氧DO保持在0.2mg/L以下，水力停留时间为15min；接触氧化区为好氧环境，其DO保持在3～4mg/L，水力停留时间为45min。

3.小区封闭中水景观水系生物气浮BOAF处理装置，它包括一个BOAF池，其特征在于：BOAF池内分为两个功能区：稳流接触区和分离区，其比例为1∶8，由分区隔板完全隔开；

1)稳流接触区：在BOAF池上有一旋转操作台，旋转操作台跨越于稳流接触区之上，与分区隔板连接，BOAF池由固定于旋转操作台上的周边驱动装置驱动；其中与旋转方向相反的、水溢流方向的一只分区隔板，与旋转操作台之间有一开口，数个整流栅为同心锥形板，固定在旋转操作台上，进水管与可旋转中心套管通过旋转水力接头连接，可旋转中心套管内有进水配水管和溶气水配水管，进水配水管均匀分布伸入稳流接触区底部；溶气水配水管伸入稳流接触区底部后，分成若干个溶气水配水支管，均匀分布于稳流接触区底部；进水管的另一端与生物反应池连接，溶气水配水管的另一端与溶气泵连接；

2)分离区：包括有浮渣收集斗，清水集水器和泥斗；浮渣收集斗在旋转操作台下方、配水系统的前部，由两块呈一定角度的导流板和螺旋浮渣刮渣机组成，浮渣收集斗底部有浮渣排管，浮渣排管通过管道与浮渣混合区连接；清水集水器由若干个清水集水管组成，由集水管罩覆盖，出水端连接有出水管和回流管；出水管与景观水系连接，回流管与溶气泵连接；泥斗位于BOAF池底部，与污泥排放管连接；BOAF池底污泥刮板固定在BOAF池体旋转结构的底部，由旋转操作台控制。