CN101066798B - 微污染原水富氧生物预处理除污染工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明针对微污染水源原水常规净化工艺除污染效果差，难以满足安全供水除污染的需要，提供一种以高好氧贫营养菌生物作用为主要特征的微污染原水富氧生物预处理工艺。它是基于贫营养微生物在DO为10～15mg/L富氧曝气条件下的生物反应特征，对特定有机物和氨氮的利用能力和对生存环境较强的适应能力，以贫营养菌，如土壤杆菌、嗜水气单胞菌、黄杆菌、芽菌和纤毛菌等微生物为处理主体，在高好氧反应条件下通过生物氧化作用除去污染物。与其它与处理技术相比，具有处理效率高，运行费用低，可作为Cl2、KMnO4和O3等化学法预处理的替代技术。本发明技术可以充分利用水厂已有的净水工艺和设施，投资运行成本较低，见效快。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种微污染原水富氧生物预处理工艺。该方法与工艺特别适用于微污染水源原水预处理除污染，适合与传统的常规净水工艺联合形成优化组合工艺净化微污染原水。
背景技术
从我国目前的状况来看，水源污染日益严重，受污染的水源范围日益扩大。近年来，虽然我国在水污染防治方面做了许多工作，但不少江河湖泊的水质仍在逐渐变差，并呈发展势头，工业发达地区水域的污染尤为严重。在这种情况下，随着人口的快速增长和工农业生产的迅速发展，要想使受到污染水源的水质在短期内恢复是不可能的。在我国淡水资源本来就十分紧缺的前提下，完全不使用受到污染的淡水水源越来越不可能。也就是说，我国自来水厂不得不面临着使用更多的水质不符合要求的受污染原水作为生活饮用水和其它用途的水源。
目前，微污染水源原水普遍存在着溶解性有机物增多、NH4 +-N浓度高、水体有异味、色度增高、藻类大量繁殖等问题。我国目前六大水系中有80％的水域受到污染，39％的水源已不能满足地面水环境质量III类标准，属微污染水源。由于水厂水源受到污染，许多出厂水水质已不能达到国家生活饮用水水质标准，并出现了一些新情况：投加的化学混凝剂量大量增加，过滤出水浊度不能达标，出水有较明显的嗅味等问题。另外，氯耗增加，出厂水余氯过低，难以保证出厂水余氯达最低限制值，并且随着氯耗的增加，出厂水有机卤化物含量升高，不利于饮水安全。研究证实，各自来水厂处理后的出水厂水质，其致突变阳性率均高于未经处理的原水水质。可见，常规净水工艺不但不能去除原水致突变物，而加氯处理后，其出厂水的致突变阳性经常高于未经处理的原水。
常规净水工艺系统只适用于一般较清洁原水的处理，如果水源水被污染，则处理效果将很不理想。主要集中体现在三个方面：①需要投加过量的混凝剂和氯，增加了水处理成本。而且，常规净水工艺无法去除某些有机污染物；②现有的常规净水系统对有机物的去除率一般为20％～50％，对氨氮的去除率为15％左右，出水中有机物含量仍然很高，并且其中某些有机物具有致癌性；③有机污染物在输水管网中被管壁上附着的微生物所利用，它们在氯化消毒之后，仍然存活，比起一般的微生物来有更大的危害，在出水管网中形成非生物稳定的水，具有“三致”特性。常规净水工艺系统主要由混凝、澄清、过滤和消毒等组成。混凝、澄清工艺主要去除水中悬浮物和胶体物质，该过程对水中难溶物和胶态有机物等去除率很高，但对溶解性有机物去除率却很低，难以有效地降低水中有机物污染。传统的物理化学方法已不能满足净化水质的需要。新出现的一些新型、高效的物理化学方法，虽然处理效果好，可去除部分有机物，但许多技术还不够成熟，不能大规模使用，而且还存在着设备费用大，运行成本高等缺点，并且多数的化学方法都将产生一定的副作用，如高锰酸钾氧化法会带来色度等问题；折点加氯法会使水中致癌物三卤甲烷含量大量增加，导致自来水的口感变差、安全性降低、出水pH值下降等问题。
本发明所述的微污染原水富氧生物预处理，是借助于贫营养微生物的新陈代谢活动，通过充分曝气在富氧条件下将水中的有机污染物、氨氮、亚硝酸氮以及铁、锰等有效除去，并明显改善饮用水中的色、嗅、味。富氧生物预处理，能够有效地改善水的混凝沉淀性能，并显著减少混凝剂和液氯用量；对于富营养化湖泊水，可以完全替代预氯化工艺，并且避免了预氯化引起的卤代有机物的生成，有利于降低水的致突变活性和控制三卤甲烷物质的生成。富氧生物预处理设在沉淀工艺之后，可以降低后续处理的负荷，延长过滤或活性炭吸附等物化处理工艺的使用周期，最大可能地发挥水处理工艺的整体作用，降低水处理费用。研究表明，富氧生物预处理净水方法有着很好的去除原水中有机物、氨氮等污染物的效果。
污染原水富氧生物预处理技术可在传统净水工艺前增设富氧生物预处理装置，借助该装置中富集的贫营养微生物群体(生物膜)的新陈代谢，从而去吸收利用原水中各种污染物质。富氧生物预处理可以应付水质变化带来的不利冲击，增加饮用水的安全可靠性；改善水的混凝沉淀性能，使后续的常规处理更好地发挥作用；降低水处理费用，更好地控制水质的污染。且与物化工艺处理相比具有经济有效、简单易行的优点。
本发明所述的富氧生物预处理微污染原水是采用微孔曝气富氧生物膜法处理。处理的机理就是通过依附在填料上的特种高好氧贫营养微生物的自身生命代谢活动——氧化、还原、合成等过程，贫营养微生物的生物絮凝、吸附、氧化、生物降解和硝化等综合作用将水中NH3-N、有机物等逐渐有效去除。与传统的物理化学方法相比，富氧生物预处理污染原水具有处理效果好、处理费用低等优点。
富氧生物预处理工艺对生物可降解有机物，特别是三卤甲烷前体物有很好的去除作用，这对后续处理工艺除污染有明显的强化作用，降低了氯耗，减少了三卤甲烷等“三致物质”的生成量和细菌在配水管网中重新滋生的可能性。由于富氧生物预处理能降解有机物，改善水质，水源原水经富氧生物预处理后，减少了后续工艺混凝、沉淀、过滤和氯化的投药量。富氧生物预处理生物接触氧化法具有如下特点：
(1)比较安全。不需向水中投加任何化学药剂，与化学法相比，消除了化学药剂可能发生的反应生成某些有害副产物，提高了饮用水的安全性。有效地去除了氨氮、有机物等，减少了氯化消毒用量，降低了氯化消毒过程可能形成的有害副产物；(2)比较经济。除了向水中曝气供氧之外，不需投加任何东西，运行成本低，由于有效地去除了氨氮等物质，降低了氯化消毒用量，节约了药剂费用；(3)简单易行。工艺简单，操作方便，运行稳定，作为预处理工序，易于与常规净水工艺联合形成组合工艺使用，可沿用水厂处理设施，节约投资，见效快，易于推广使用；(4)去除效率高，出水水质好。富氧生物预处理工艺能有效地去除原水中的NH3-N和有机物等，与水厂常规净水工艺联合使用，出厂水达到饮用水标准要求，能满足安全供水的要求。
发明内容
本发明针对微污染水源原水水厂的常规净化工艺除污染效果差，难以满足安全供水除污染的需要，提供一种以高好氧贫营养菌生物作用为主要特征的微污染原水富氧生物预处理工艺。它是基于对微污染原水净化微生物主体和操作参数等因子的设计与调控，本发明能够有效地去除水中的NH3-N和有机污染物等，与其它与处理技术相比，具有处理效率高，运行费用低，可作为Cl2、KMnO4和O3等化学法预处理的替代技术。
本发明的特征在于，所述微污染原水富氧生物预处理工艺基于贫营养微生物在DO为10～15mg/L富氧条件下的生物反应特征，对特定有机物和氨氮的利用能力和对生存环境较强的适应能力，以贫营养菌，如土壤杆菌、嗜水气单胞菌、黄杆菌、芽菌和纤毛菌等微生物为处理主体，在高好氧反应条件下通过生物氧化作用除去污染物。高好氧贫营养菌的培养采用动态的填料自然挂膜的培养方式，常温下一般15d内细菌挂膜培养成功，挂膜在开放的曝气反应池中进行，无须专门的无菌环境。生物填料上的细菌主要是高好氧贫营养菌，对可利用基质有较大的亲和力，且呼吸速率低，有较小的最大增殖速度和Monod半速率常数(KS)。所以在营养比较贫乏的饮用水源原水条件下，能够充分利用水中的有机物。并且，贫营养菌还可以通过二次基质的利用去除浓度极低的微量难降解的有机物。显然与污水处理中生物膜法的微生物生长、代谢特性不同。
本发明所述的富氧生物预处理除有机物、氨氮工艺采用固定生物填料接触氧化池，池底布设微孔曝气器，微孔曝气器通过管道与空压机相连。曝气器上方布设弹性立体填料。生物预处理池有效水深：4～6m；有效停留时间：t＝1～2h；气水比(0.5～1)∶1。池体布置：池中设YDT弹性立体填料，池下部设微孔曝气器及穿孔管曝气系统。填料主要技术性能参数如下：填料丝径0.50mm；填料直径140mm；比表面积318～368m2/m3；每根填料单位长度比表面积0.9273m2/m；单位池容装填的比表面积41.73m2/m3。选用孔径小、氧利用率高、不易堵塞的YMB型膜片式微孔曝气器。该曝气器的主要特性参数如下：曝气器直径180～300mm；曝气器膜片平均孔径30～100μm；充氧利用率18.4％～27.2％(水深3.2m以下)；空气流量1.5～3m3/(个·h)；服务面积0.5～1m2/个。为提高充氧效率，水流与空气逆向流动。穿孔管开两排交错向下，与垂直方向成45°夹角的孔，Φ25mm，孔距460mm，排泥时协助冲除积泥。穿孔管直径为DN 100～200。一般填料可1～2月冲洗1次，每日排泥1～2次；夏季生物膜生长较快，一般宜半月至1月冲洗1次，每日排泥2～3次，以维持生物预处理池的正常运行。
在本专利技术实施的细菌挂膜培养中，首先在曝气池内加水，然后开启鼓风机供氧，开始的1～10d内采用间断进水连续曝气，采用正常一半的曝气量，待11d左右填料上挂膜初步成功后，一边进水一边同时出水，并采用正常的曝气供氧量，控制池中DO为10～15mg/L，15d后曝气池生物填料动态自然挂膜成功，有机物去除率达30％以上，氨氮去除率达90％以上，转入正常运行管理。
本技术作为微污染水源原水的生物预处理工序去除氨氮、有机物，需与水厂常规净水工艺联合应用形成优化组合工艺才能净化水质和满足饮用水水质标准及要求。
本发明的主要目的在于克服现有水厂常规净化工艺处理微污染水源原水时除NH3-N效率低，除有机物效果差，氯耗大，出厂水不能达标，难以满足饮用水标准和要求等不足，提供一种高效、低耗的氨氮、有机物去除效果好，运行成本低，工艺简单，操作管理方便的微污染水源水生物预处理方法。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
(1)填料比表面积大，提供了巨大的生物栖息空间，使大量的生物得以附着生长，生物膜比较稳定，延长生物停留时间，有利于一些生长较慢的微生物如硝化细菌等自养菌的不断积累；(2)填料对气泡起到切割、阻挡和吸附的作用，使气泡的停留时间和气液接触表面积增加，加快氧的转移速率，提高了传质效果和对氧的吸收能力，减少曝气量；(3)曝气强度大，池内空气、水流扰动剧烈，生物膜不断更新保证其活性，代谢物质的流动和更新速度快，浓度梯度大，加快了传质速度；由于以上特点，该法具有处理水量大，处理时间短，容积负荷高，对冲击负荷有较强的适应性，出水水质较稳定，污泥产率低，运行费用低，占地面积小，运行灵活，操作管理方便等优点。
具体实施方式
以下详细说明本发明的实施方法：
采用的富氧生物预处理填料接触氧化池池底布设微孔曝气器，微孔曝气器通过管道与空压机相连。曝气器上方布设MPYDT弹性立体填料。细菌挂膜培养成功后，一边进水一边同时出水，并采用正常的曝气供氧量，控制池中DO为10～15mg/L，转入正常运行管理。生物预处理池有效水深：4.6m；有效停留时间：t＝1.2h；气水比0.7∶1。MPYDT弹性填料主要技术性能参数如下：填料丝径0.50mm；填料直径140mm；比表面积358m2/m3；每根填料单位长度比表面积0.9273m2/m；单位池容装填的比表面积41.73m2/m3。选用孔径小、氧利用率高、不易堵塞的MP-YMB型膜片式微孔曝气器。该曝气器主要特性参数如下：曝气器直径180mm；膜片平均孔径30μm；充氧利用率24％(水深3.2m以下)；空气流量1.5m3/(个·h)；服务面积0.5m2/个。水流与空气逆向流动。穿孔管开两排交错向下，与垂直方向成45°夹角的孔，Φ25mm，孔距460mm，排泥时协助冲除积泥。穿孔管直径为DN 150。填料2月冲洗一次，每日排泥2次；夏季半月至1月冲洗一次，每日排泥3次，以维持生物预处理池的正常运行。
实施例1
某河段微污染水源原水，其水质如表1所示，采用水厂常规的预氯化-混凝沉淀-过滤-氯气消毒净水系统，出厂水不能满足饮用水标准和要求。采用富氧生物预处理与常规净水工艺组合处理后，出厂水优于饮用水标准。生物曝气池在正常运行条件水温20℃～26℃，HRT 1.2h和DO为10mg/L的除有机物、氨氮、Fe2+、Mn2+等效果见表1所示。
表1富氧生物预处理结果比较
从表1可知，经过富氧生物预处理后，出水再经过常规进水工艺处理，出厂水可以满足饮用水要求。
实施例2
某微污水源水，采用富氧生物预处理与常规净水工艺组合处理后，出厂水优于饮用水标准。处理结果见表2中。生物曝气池在正常运行条件水温17℃～26℃，HRT 1.2h和DO为11mg/L的除污染效果见表2所示。
表2富氧生物预处理结果比较
从表2可知，经过富氧生物预处理后，出水再经过常规进水工艺处理，出厂水可以满足饮用水要求。
Claims (1)
1.一种微污染原水富氧生物预处理除污染工艺，其特征在于，它是基于贫营养菌在高好氧溶解氧为11～15mg/L条件下的生化反应特征，对特定有机物和氨氮的利用能力和对特定的生存环境的适应能力，通过对污染原水净化微生物主体和操作参数因子的设计与控制，以各种贫营养菌为处理主体，在富氧条件下，采用固定填料生物接触氧化池预处理微污染原水；贫营养菌的培养与水处理过程均在开放式反应器中进行，无需专门的无菌环境，采用动态的生物填料自然挂膜的培养方法，常温下挂膜培养15d；生物接触氧化池的有效水深为6m；气水比为1∶1；生物接触氧化池的水力停留时间为2h；生物接触氧化池构型采用矩形，贫营养菌的生长形式采用生物填料接触氧化培养；生物接触氧化池采用微孔曝气方式，池底布设微孔曝气器，微孔曝气器通过管道与空压机相连，曝气器上方布设弹性立体填料，填料丝径0.50mm，填料直径140mm，比表面积318～368m2/m3，每根填料单位长度比表面积0.9273m2/m，单位池容装填的比表面积41.73m2/m3，选用孔径小、氧利用率高、不易堵塞的膜片式微孔曝气器，曝气器直径180～300mm，曝气器膜片平均孔径30～100μm，水深3.2m以下充氧利用率18.4％～27.2％；空气流量1.5～3m3/(个·h)；服务面积0.5～1m2/个，水流与空气逆向流动，穿孔管开两排交错向下与垂直方向成45°夹角的孔，Φ25mm，孔距460mm，排泥时协助冲除积泥，穿孔管直径为DN 100～200mm；生物填料不定期冲洗，一般1～2月一次，每日排泥1～2次，夏季一般半月至1月冲洗一次，每日排泥2～3次，以维持生物接触氧化池的正常运行；该工艺作为预处理工序应用后，再与水厂传统的处理工艺联合应用形成组合工艺处理微污染原水，工艺系统出水满足饮用水水质标准及要求。
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