CN101486522B - 纯氧生物活性炭成套水处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纯氧生物活性炭成套水处理装置，该装置包括纯氧氧化反应器、活性炭滤罐以及纯氧源，该纯氧氧化反应器包括出水槽、射流曝气器，射流曝气器与纯氧输气管相连接以由纯氧源提供氧气，射流曝气器伸入氧化反应器内筒内；出水槽的一侧设有氧化反应器出水管；该活性炭滤罐上部接纯氧氧化反应器的出水管，下部接总出水管。该水处理成套装置用纯氧作为氧化剂，并通过射流曝气及水流竖向循环的方式来增加纯氧反应器的溶氧浓度，从而提高了氧利用率和传质效率，从纯氧反应器内出来的水进入活性炭滤罐，通过微生物的降解来去除水中的有机物。

Description

纯氧生物活性炭成套水处理装置 

技术领域

本发明涉及一种水处理装置，具体是可用于水处理的纯氧生物活性炭成套水处理装置。 

背景技术

水环境污染必然导致水源水水质的下降，增加饮用水中痕量或微量的化学污染物质，即微污染物质(包括天然有机物、合成有机物、NH₄-N、NO₂ ^-、NO₃ ^-、Fe²⁺、Mn²⁺、硫化物以及水处理过程中产生的消毒副产物、可溶性微生物)，尤其是那些难于降解、易于生物富集和具有三致作用的优先控制有毒有机污染物，对人体健康造成极大危害。而自来水厂常规净水工艺：混凝、沉淀、过滤、消毒不能有效去除这些污染物，造成饮用水水质下降。 

为解决此类问题，目前饮用水过程中一般在常规工艺前增加预处理或在工艺后增加深度处理。即分别在饮用水常规处理工艺之前和以后，采用适当的处理方法，将常规处理工艺不能有效去除的污染物或消毒副产物的前体物加以去除，以提高和保证饮用水质。臭氧活性炭技术是目前饮用水处理中正在广泛推广的深度处理和预处理工艺之一，臭氧是一种强氧化剂，它对水体中病毒的灭活十分有效，将其作为饮用水预处理技术，可氧化部分溶解性有机物和有效改善常规处理混凝效果。臭氧生物活性炭采取先臭氧化后活性炭吸附，在活性炭吸附中又继续氧化，这样可以扬长避短，充分发挥活性炭吸附和臭氧氧化各自所长，克服各自所短。臭氧能使难氧化降解的高分子有机物被氧化成易生物降解的低分子有机物，这不仅为炭柱降解有机物创造了条件，也减轻了活性炭的吸附负荷。同时，臭氧氧化使水中有充足的溶解氧，反过来又为好氧微生物的生命活动提供了良好的条件。其中，生物活性炭是利用微生物去吸收利用被活性炭吸附的污染物，客观上起到了使活性炭再生的作用。 

据近年来国外研究证明，当臭氧投加充分时，氧化能够进行得较为彻底，生成CO₂和H₂O，但当臭氧量不足时，会出现副产物如过氧化物、环氧衍生物、甲醛、丙酮酸、丙酮醛和乙酸等，包括一些对人体有窖的诱变剂和致癌物质，副产物产生量一般与原水有机物浓度成正比，国外有试验表明：臭氧投加量为2.6mg/L时，一般水厂条件生成的酸总量为62pg/mgTOC，生成醛类10～40μg/L。经实验证明甲醛是致癌和遗传毒性、变异原性物质，并被WHO列为臭氧副产物中有机副产物的代表产物，指标规定为900μg/L，臭氧氧化生成的无机物中，溴酸根被国际癌症研究会列入可能致癌物名单，并被WHO规定为无机副产物的代表，指标为25μg/L。不仅臭氧副产物可能会对人类造成危害，臭氧对饮用水生物稳定性和生物活性炭的微生物安全性也造成了一系列影响。这点主要由经臭氧处理后的水AOC上升幅度较高体现出来。实践证明，水经过臭氧氧化化后，可能是因为臭氧化中间产物分子量更小，更容易细菌降解的缘故，导致AOC的增加，造成管网中细菌的再繁殖，致使水中大肠杆菌和其他致病细菌的超标。 

空气曝气法是一种广泛用于水处理工艺中的技术。但由于空气中氧的含量只有20％，加之氧气又是一种难溶于水的气体，水中溶氧浓度越高其氧化反应速率越快，因此当采用空气 曝气法时，必然带来设备体积庞大以及占地面积和投资都比较大的缺点。从而出现了以纯氧代替空气的纯氧曝气法。氧气是一种难溶于水的气体，试验证明当总压为101.3～1013kPa时，其溶解度符合亨利定律。常温常压下，空气中氧在水中的溶解度约为10mg/L，空气曝气操作可使水中溶解氧的饱和度最高达80-90％，即水中溶解氧浓度最高为8-9mg/L。这对于一些氧量要求较高的水处理工艺过程是不够的。纯氧中氧的百分含量几乎是空气中的5倍，故在常温常压下，纯氧可使水中氧气的溶解度高达50mg/L。用纯氧曝气操作时，水中溶解氧的浓度可达40-45mg/L。这与空气曝气相比，提高很多，而且纯氧曝气法还易于通过调节氧气流量与压力控制水中溶解氧的浓度，使之适合各种水质处理的要求。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种可用于水处理的纯氧生物活性炭成套水处理装置。 

一种水处理装置，该装置包括纯氧氧化反应器、活性炭滤罐以及纯氧源， 

该纯氧氧化反应器包括出水槽、射流曝气器，射流曝气器与纯氧输气管相连接以由纯氧源提供氧气，射流曝气器伸入纯氧氧化反应器内筒内； 

出水槽的一侧设有纯氧氧化反应器出水管；该活性炭滤罐上部接纯氧氧化反应器的出水管，下部接总出水管。 

进一步：该纯氧输气管上设有纯氧调节阀。 

该纯氧氧化反应器具有纯氧氧化反应器外筒、纯氧氧化反应器内筒的双层结构。 

该纯氧氧化反应器还设有循环泵来加速水流循环从而使气泡在反应器内停留时间加大。 

该纯氧氧化反应器的高度与直径之比大于7，小于10。 

该活性炭滤罐配有反洗泵以用于活性炭滤层在反洗时供水。 

该纯氧氧化反应器的底部设掖角以保证水流不出现死角。 

该掖角的角度范围为40°～50°。 

该活性炭滤罐内填充颗粒活性炭。 

本发明的有益效果：对于微污染原水的预处理或深度处理而言，本发明不但避免了臭氧生物活性炭工艺中由于有机物不完全或过度被臭氧氧化而带来的有毒有害副产物，另外臭氧发生器一般价格昂贵、电耗很大且受规模限制，而用纯氧代替臭氧则节省了一次投资和运行费用；采用射流曝气的方式，可以使原水与纯氧氧化反应器3内的水快速剧烈混合，起到良好的传质效果；纯氧氧化反应器3的水流为竖向流动，并且高度一般超过6m，类似于深井曝气，不但节省占地，其内部的平均压力也大于常规的曝气池，故溶氧浓度高，反应速率快；纯氧曝气后的水直接进入活性炭滤罐4，由于其溶氧浓度足够高，可以使活性炭滤罐的高度高于一般的臭氧生物活性炭，故吸附去除的效率提高。 

附图说明

图1为本发明的装置及工艺流程图。 

图2为氧化反应器结构图。 

图号说明 

1-进水管              2-循环水泵    3-纯氧氧化反应器 

4-活性炭滤罐          5-纯氧源      6-循环水管 

7-氧化反应器出水管    8-总出水管    9-纯氧输气管 

10-氧化反应器外筒   11-氧化反应器内筒         12-射流曝气器 

13-纯氧调节阀       14-出水槽                 15-放空排水阀 

16-清水池           17-反洗泵                 18-反洗控制阀 

19-总出水控制阀     20-活性炭滤罐进水控制阀 

21-反洗排水阀       22-反洗供气控制阀 

具体实施方式

下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。 

本发明提供的用于水处理的纯氧生物活性炭成套水处理装置，它主要包括： 

纯氧氧化反应器3，活性炭滤罐4以及纯氧源5，纯氧氧化反应器3由氧化反应器外筒10、氧化反应器内筒11、出水槽14、射流曝气器12、循环泵2组成，射流曝气器12与纯氧输气管9相连接，由纯氧源5提供氧气，经纯氧调节阀13控制纯氧流量，射流曝气器12伸入氧化反应器内筒11内。 

出水槽14的一侧设有氧化反应器出水管7；活性炭滤罐4内填充颗粒活性炭，上部接氧化反应器出水管7，下部接总出水管8； 

活性炭滤罐4配有反洗泵17可以用于活性炭滤层的在反洗时供水，反洗时供气可以用纯氧源5。 

射流曝气器12伸入氧化反应器内筒11内。 

纯氧氧化反应器3的外筒高度与外筒直径之比大于7，小于10。 

纯氧氧化反应器3的底部设掖角23以保证水流不出现死角，掖角23与底板之间角度范围可以为40°～50°，例如45°。活性炭滤罐4配有反洗泵17可以用于活性炭滤层的在反洗时供水，反洗时供气可以用纯氧源5。 

所述纯氧氧化反应器3采用射流曝气。 

所述纯氧氧化反应器3采用循环泵2来加速水流循环，从而保证气泡在反应器内停留时间加大，利用效率提高。 

所述中纯氧氧化反应器3的水流为上下循环，且纯氧氧化反应器3的高度与直径之比大于7。 

所述活性炭滤罐4具有气水联合反冲的功能，气水联合反冲洗时，依靠反洗泵17供水，纯氧源5供气。 

实施例1：如图1-图2所示，本成套装置主要包括纯氧氧化反应器3、活性炭滤罐4以及纯氧源5。纯氧氧化反应器3为圆柱形，里面有一氧化反应器内筒11，如两个同心圆，内筒主要起导流作用，可以使射流曝气器12高速喷出的水流至纯氧氧化反应器3底部，然后在内外壁之间回流，从而形成循环。纯氧氧化反应器3的上部为出水槽14，水槽14的作用主要有两个方面：一是溢流出水；二是供循环水泵2吸水。 

进水管1经循环水管6引入。 

纯氧由纯氧源5输出后，经纯氧输气管9与射流曝气器12相接。 

活性炭滤罐4设有反洗控制阀18、总出水控制阀19、活性炭滤罐进水控制阀20、反洗排水阀21以及反洗供气控制阀22。 

纯氧源5不但可以给纯氧氧化反应器3供气，还可以给活性炭滤罐4在气水反洗时供气。 

本发明的工作过程如下： 

产水运行时，纯氧调节阀13、总出水控制阀19、活性炭滤罐进水控制阀20打开，放空排水阀15、反洗控制阀18、反洗排水阀21、反洗供气控制阀22关闭。 

原水经进水管1、循环水管6先进入射流曝气器12，与纯氧输气管9输送的纯氧充分混合后被高速射入纯氧氧化反应器3的内筒，在纯氧氧化反应器3内，水流继续剧烈混合并且上下循环，在水的静压及良好混合的情况下，水中的溶氧快速达到饱和且浓度很高；由于一直处于循环状态，氧气气泡很难脱离循环主流，因此氧的利用率很高，可以达到80％以上。循环水泵2从出水槽14内吸水，为纯氧氧化反应器3内的水循环提供动力。纯氧氧化反应器3的出水进入活性炭滤罐4，水中的有机物经生物活性炭吸附净化后排入清水池。由于出水中溶解氧浓度很高，故活性炭滤罐4在运行过程中无需充氧。 

设备在运行一段时间后，由于活性炭滤罐内的生物膜的生长、脱落会堵塞滤层，因此需要进行反洗。反洗时，总出水控制阀19、活性炭滤罐进水控制阀20关闭，反洗控制阀18、反洗排水阀21、反洗供气控制阀22打开。反洗泵17开始运转，同时进气，进行气水反冲，反冲的时间为2～3min。反冲洗水及气通过反洗排水阀21排走。 

下面给出一试验例，用于说明本发明的效果： 

取某轻度污染的水作为试验原水，原水CODMn＝15mg/L，经中式装置处理后，CODMn＝3～5mg/L。 

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。 

Claims (9)

1.一种水处理装置，其特征在于：该装置包括纯氧氧化反应器、活性炭滤罐以及纯氧源，该纯氧氧化反应器包括出水槽、射流曝气器，射流曝气器与纯氧输气管相连接以由纯氧源提供氧气，射流曝气器伸入纯氧氧化反应器内筒内；出水槽的一侧设有纯氧氧化反应器出水管；该活性炭滤罐上部接纯氧氧化反应器的出水管，下部接总出水管。

2.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于：该纯氧输气管上设有纯氧调节阀。

3.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于：该纯氧氧化反应器具有纯氧氧化反应器外筒、纯氧氧化反应器内筒的双层结构。

4.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于：该纯氧氧化反应器还设有循环泵来加速水流循环从而使气泡在反应器内停留时间加大。

5.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于：该纯氧氧化反应器的高度与直径之比大于7，小于10。

6.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于：该活性炭滤罐配有反洗泵以用于活性炭滤层在反洗时供水。

7.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于：该纯氧氧化反应器的底部设掖角以保证水流不出现死角。

8.根据权利要求7所述的水处理装置，其特征在于：该掖角的角度范围为40°～50°。

9.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于：该活性炭滤罐内填充颗粒活性炭。

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