CN101618910A - 一种新型曝气生物过滤预处理微污染水源水的工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型曝气生物过滤预处理微污染水源水的工艺及装置，方法包括：微污染水源水利用蠕动泵经进水口进入生物氧化过滤柱，其过滤柱填料为高效纤维球滤料，生物氧化过滤柱中的DO维持在2mg/L以上，温度维持在20℃以上，生物氧化过滤柱在过滤周期末进行低强度反冲洗；设备包括：原水箱、集水池和生物氧化过滤柱。其中，作为生物氧化过滤柱填料的高效纤维球滤料与传统的常规粒状滤料和普通纤维球滤料相比具有孔隙率高、比表面积大、滤速快、截污能力强和过滤周期长等特点。高效纤维球滤料用于曝气生物过滤微污染水源水具有去除污染物效果显著、运行水力负荷大、出水稳定及运行周期较长等诸多优点，是一种性能良好、推广应用前景较好的给水预处理技术。

Description

一种新型曝气生物过滤预处理微污染水源水的工艺及装置

技术领域

本发明属水处理技术领域，特别是涉及一种新型曝气生物过滤预处理微污染水源水的工艺及装置。

背景技术

随着经济的发展和人民生活水平的提高，对饮用水水质的要求也在不断提高，而另一方面，由于城镇的日益扩大和工农业的迅猛发展，加上当前城市生活污水和工业废水的处理率很低，导致了地表水体的严重污染和水体富营养化的加剧，造成给水水源的水质的下降。针对上述情况，生物过滤因其对微污染水源水中的有机物、氨氮、铁、锰和悬浮颗粒等污染物质均有较好的去除效果而被引入给水处理领域。此外，生物滤池对水中致突变物有一定的去除作用，对氯化致突变物的前体物有较好的去除效果。因此，生物滤池作为常规处理的预处理单元是很有必要的，它可以有效地减少后续单元的处理负荷，并提高饮用水的生物稳定性。

在生物预处理技术中选择何种填料作为生物膜的载体是决定生物预处理效果的关键因素之一。作为生物膜的载体，填料的选择应遵循以下原则：有一定的机械强度，较大的比表面积，生物、化学及热力学稳定性好，一定的孔隙率及表面粗糙度，对生物膜活性无明显抑制性，可再用性，价格低廉。经过研究者们的努力，填料的发展已取得了一定的成果。但现在广泛应用的填料仍存在着截污容量小、运行周期短、可再生利用难度大、价格较高以及流态和反冲洗等问题，限制了生物氧化滤池在给水处理领域的应用。

本发明应用自主研制的高效纤维球滤料作为填料，采用生物过滤工艺方法处理微污染水源水，其中高效纤维球滤料属自主研发新产品，其滤速、截污容量、比表面积、孔隙率等性能参数远优于传统粒状及纤维球滤料，其性能参数比较见表1，该种滤料的应用于生物氧化滤池可为水源水的预处理提供一种高效的处理技术。

表1涤纶高弹丝纤维球滤料与传统常规滤料技术参数对比

发明内容

本发明的目的在于克服现有滤料应用于生物氧化滤柱的生物预处理存在的上述技术缺陷，提供一种自主研制的具有滤速大、截污能力强、运行周期长、挂膜周期短、反冲洗耗费小、价格低廉以及易于再生利用的高效纤维球滤料生物氧化滤柱预处理微污染水源水的工艺及装置。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

(1)本发明所述的微污染水源水COD_Mn为5.6～8.5mg/L，氨氮为1.25～3.05mg/L，浊度为5.8～14.9NTU；

(2)生物氧化过滤柱(5)内的填料为自主研制的高效纤维球滤料(6)，过滤滤速为0.8～1m/h，过滤周期为9-10d；

(3)生物氧化过滤柱(5)内的DO通过空气压缩机(9)鼓风经曝气头(12)提供；

(4)生物氧化过滤柱(5)内DO维持在2mg/L以上，温度保持在20℃以上；

(5)生物氧化过滤柱(5)在过滤周期末进行低强度反冲洗，反冲洗方式为气水反冲-水冲，气冲强度为18～25L/(s·m²)，水冲强度为6～8L/(s·m²)，气水联合反冲洗时间为6～8min，水冲时间2～4min。

所述自主研制的高效纤维球滤料，纤维长度2～3cm，纤维直径10～15um，单个纤维球约有2750～3200根纤维丝，装填高度为1～1.2m，装填密度为1～1.1g/cm³，其孔隙率约为90～93％，纤维球滤料在使用之前先经烘箱过热蒸汽膨化预处理，烘箱温度控制在105℃左右(±1℃)，膨化时间为3h。

根据权利要求1所述的自主研制的高效纤维球滤料(6)制备方法为：采用聚丙烯腈、聚酯、尼龙为原料，经过纺丝、拉伸和热定型等工艺，使纤维具有锯齿状或螺旋状的立体弹性结构。锯齿的长度为0.15～9mm，螺旋形的直径为0.15～9mm，螺距为0.15～18mm。使用热熔、注塑的方法，将纤维每隔0.5～25cm形成一个结。将打结后的纤维束每隔1～2个结切断，制成纺锤形的纤维滤料，滤料直径0.6～4.5cm，长度0.6～55cm。纤维之间可形成均匀的微小孔隙，过滤中不会被压实。

如图1所示，本发明的一种新型料曝气生物过滤预处理微污染水源水的工艺及装置所需的设备，包括原水箱(1)，集水池(14)，生物氧化过滤柱(5)，其中原水存于原水箱(1)由蠕动泵(2)从进水口(3)泵入生物氧化过滤柱(5)内，空气由空气压缩机(9)经气体流量计(10)和曝气头(12)通入到生物氧化过滤柱(5)内，空气流动方向与水流方向相反，出水由出水口()进入集水池(14)，反冲洗进水由反冲洗进水口(11)进入生物氧化过滤柱(5)，反冲洗废水由反冲洗排水口(4)流出，反冲洗气体由空气压缩机(9)经气体流量计(10)和曝气头(12)通入到生物氧化过滤柱(5)内。

所述的生物氧化过滤柱(5)包括底部的反冲洗进水口(11)，出水口(13)，承托板(8)，承托层(7)，曝气头(12)，中部的滤料层(6)以及上部装有反冲洗排水口(4)和进水口(3)。

有益效果

(1)本发明的新型曝气生物过滤预处理微污染水源水的工艺及装置中使用的高效纤维球滤料挂膜快，且从挂膜后的涤纶高弹丝纤维球的扫描电镜图2可以看到，滤料内外同时附有大量的生物膜，从而使得本发明的新型曝气生物过滤在较大滤速情况下仍对有机物具有较高的降解率。

(2)本发明的新型曝气生物过滤预处理微污染水源水的处理效果非常显著，而且在一定程度上解决了传统滤料生物氧化滤池在给水处理应用中由于运行水力负荷是污水处理应用的1.5～2倍而导致滤池容易堵塞或滤床穿透的问题；

(3)本发明的预处理微污染水源水的工艺及装置在稳定运行期间对微污染水源水中COD_Mn的去除率达到30％以上，氨氮的去除率达到80％以上，浊度的去除率达到90％以上，工作周期为9～10d；

(4)由于滤料层上部分布比较松散，球间空隙较大，越接近滤料层下部，纤维球由于自重及水力作用堆积得越密实，纤维丝之间相互穿插，形成了一个纤维层整体，使滤层上松下紧，孔隙率自上而下由大到小分布，近似于理想过滤器的孔隙分布，从而使得过滤效果更为明显。

(5)由于高效纤维球内部吸附生长的生物膜处在缺氧状态，本发明的新型滤料曝气生物滤池实现了同时硝化反硝化，降低了出水中硝酸盐的浓度，提高了饮用水的安全性。

(6)本发明所用的高效纤维球滤料相比传统的常规粒状滤料和普通纤维球滤料，具有孔隙率高、比表面积大、滤速快、截污能力强和过滤周期长等特点，试验结果表明，高效纤维球滤料用于生物氧化过滤微污染水源水具有去除污染物效果显著、运行水力负荷大、出水稳定及运行周期较长等诸多优点，是一种性能良好、推广应用前景较好的给水预处理技术。

附图说明

图1是本发明所需设备的图，其中，1为原水水箱，2为蠕动泵，3为进水口，4为反冲洗排水口，5为生物氧化过滤柱(池)，6为滤料层，7为承托层，8为承托板头，9为空气压缩机，10为气体流量计，11为反冲洗排水口，12为曝气头，13为出水口，14为集水池。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

一种新型曝气生物过滤预处理微污染水源水的工艺及装置，其特征在于装置为生物氧化过滤柱5，其中，生物氧化过滤柱5采用自主研制的高效纤维球滤料作为填料，生物氧化过滤柱5的下部安装均匀开孔的承托板8作为配水系统，同时支撑上部的承托层7，承托板8的下方设置曝气头12，承托层上部为滤料层6，承托板8的下部同时设有出水口13和反冲洗进水口11，滤料层6的上方的自由水面空间安装反冲洗排水口4。预处理微污染水源水的生物氧化过滤柱5，其特征在于所述的进水口3位于滤料层6上方40cm处，出水口13位于距离生物氧化过滤柱5底部15cm处，曝气头12位于承托板8下方10cm处。预处理微污染水源水的生物氧化过滤柱5，其特征在于反冲洗进水口11位于生物氧化过滤柱5的底部，反冲洗曝气头由曝气头12兼任，反冲洗排水口4安装在距离生物氧化过滤柱5预部30cm处。预处理微污染水源水的生物氧化过滤柱5，其特征在于所述承托板8上均匀开孔的孔径为7mm，孔间距为20mm。预处理微污染水源水的生物氧化过滤柱5，其特征在于所述承托层7高度为10～15cm，承托层7滤料为卵石，粒径为3～6cm。预处理微污染水源水的生物氧化过滤柱5，其特征在于所述的滤料层6所用滤料为自主研制的高效纤维球滤料，纤维长度2～3cm，纤维直径10～15um，单个纤维球约有2750～3200根纤维，装填高度为1～1.2m，装填密度为1～1.1g/cm³，其孔隙率约为90～93％，纤维球滤料在使用之前先经烘箱过热蒸汽膨化预处理，烘箱温度控制在105℃左右(±1℃)，膨化时间为3h。自主研制的高效纤维球滤料6制备方法为：采用聚丙烯腈、聚酯、尼龙为原料，经过纺丝、拉伸和热定型等工艺，使纤维具有锯齿状或螺旋状的立体弹性结构。锯齿的长度为0.15～9mm，螺旋形的直径为0.15～9mm，螺距为0.15～18mm。使用热熔、注塑的方法，将纤维每隔0.5～25cm形成一个结。将打结后的纤维束每隔1～2个结切断，制成纺锤形的纤维滤料，滤料直径0.6～4.5cm，长度0.6～55cm。纤维之间可形成均匀的微小孔隙，过滤中不会被压实。新型曝气生物过滤预处理微污染水源水的工艺，其特征在于生物氧化过滤柱5内的DO维持在2mg/L以上，温度维持在20℃以上。新型曝气生物过滤预处理微污染水源水的工艺，其特征在于生物氧化过滤柱5在过滤周期末进行低强度反冲洗，反冲洗方式为气水反冲-水冲，气冲强度为18～25L/(s·m²)，水冲强度为6～8L/(s·m²)，气水联合反冲洗时间为6～8min，水冲时间2～4min。

试验原水取自松江大学城湖水，COD_Mn为5.6～8.5mg/L，氨氮为1.25～3.05mg/L，浊度为5.8～14.9NTU；原水经原水箱1由蠕动泵2从水箱中抽吸入生物氧化过滤柱5内，过滤滤速为0.8m/h，生物氧化过滤柱5内DO维持在2mg/L以上，温度维持在20℃以上。

经过4个月的实践考察，发现整个系统运行良好，出水COD_Mn可保持在5mg/L以下，氨氮维持在0.2mg/L以下，出水浊度稳定在0.5～0.8NTU之间。

Claims (9)

1.一种新型曝气生物过滤预处理微污染水源水的工艺及装置，其特征在于装置为生物氧化过滤柱(5)，其中，生物氧化过滤柱(5)采用自主研制的高效纤维球滤料作为填料，生物氧化过滤柱(5)的下部安装均匀开孔的承托板(8)作为配水系统，同时支撑上部的承托层(7)，承托板(8)的下方设置曝气头(12)，承托层上部为滤料层(6)，承托板(8)的下部同时设有出水口(13)和反冲洗进水口(11)，滤料层(6)的上方的自由水面空间安装反冲洗排水口(4)。

2.根据权利要求1的预处理微污染水源水的生物氧化过滤柱(5)，其特征在于所述的进水口(3)位于滤料层(6)上方40cm处，出水口(13)位于距离生物氧化过滤柱(5)底部15cm处，曝气头(12)位于承托板(8)下方10cm处。

3.根据权利要求1的预处理微污染水源水的生物氧化过滤柱(5)，其特征在于反冲洗进水口(11)位于生物氧化过滤柱(5)的底部，反冲洗曝气头由曝气头(12)兼任，反冲洗排水口(4)安装在距离生物氧化过滤柱(5)顶部30cm处。

4.根据权利要求1的预处理微污染水源水的生物氧化过滤柱(5)，其特征在于所述承托板(8)上均匀开孔的孔径为7mm，孔间距为20mm。

5.根据权利要求1的预处理微污染水源水的生物氧化过滤柱(5)，其特征在于所述承托层(7)高度为10～15cm，承托层(7)滤料为卵石，粒径为3～6cm。

6.根据权利要求1的预处理微污染水源水的生物氧化过滤柱(5)，其特征在于所述的滤料层(6)所用滤料为自主研制的高效纤维球滤料，纤维长度2～3cm，纤维直径10～15um，单个纤维球约有2750～3200根纤维，装填高度为1～1.2m，装填密度为1～1.1g/cm³，其孔隙率约为90～93％，纤维球滤料在使用之前先经烘箱过热蒸汽膨化预处理，烘箱温度控制在105℃左右(±1℃)，膨化时间为3h。

7.根据权利要求1所述的自主研制的高效纤维球滤料(6)制备方法为：采用聚丙烯腈、聚酯、尼龙为原料，经过纺丝、拉伸和热定型等工艺，使纤维具有锯齿状或螺旋状的立体弹性结构。锯齿的长度为0.15～9mm，螺旋形的直径为0.15～9mm，螺距为0.15～18mm。使用热熔、注塑的方法，将纤维每隔0.5～25cm形成一个结。将打结后的纤维束每隔1～2个结切断，制成纺锤形的纤维滤料，滤料直径0.6～4.5cm，长度0.6～55cm。纤维之间可形成均匀的微小孔隙，过滤中不会被压实。

8.根据权利要求1的新型曝气生物过滤预处理微污染水源水的工艺，其特征在于生物氧化过滤柱(5)内的DO维持在2mg/L以上，温度维持在20℃以上。

9.根据权利要求1的新型曝气生物过滤预处理微污染水源水的工艺，其特征在于生物氧化过滤柱(5)在过滤周期末进行低强度反冲洗，反冲洗方式为气水反冲一水冲，气冲强度为18～25L/(s·m²)，水冲强度为6～8L/(s·m²)，气水联合反冲洗时间为6～8min，水冲时间2～4min。