CN101704609B - 预臭氧与曝气生物活性炭给水处理方法 - Google Patents

预臭氧与曝气生物活性炭给水处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了预臭氧与曝气生物活性炭工艺应用于给水处理的方法。利用臭氧预氧化、曝气生物活性炭滤池与混凝-沉淀-砂滤-消毒常规给水处理工艺相结合生产饮用水，是一种针对微污染饮用水水源而开发的提升供水水质的给水处理工艺，综合了曝气生物滤池生物预处理工艺和臭氧生物活性炭深度净水工艺的特点。原水依次进入预臭氧接触池、混凝反应沉淀池和曝气生物活性炭滤池，消毒后进入砂滤池，最后流入清水池。由于在常规给水处理工艺中增加了预臭氧接触池和曝气生物活性炭滤池，对有机物、氨氮、病原微生物、嗅味、色度等污染指标的去除效果有较大幅度提高，消毒副产物显著降低，其水质安全性明显优于生物预处理工艺和臭氧生物活性炭深度净水工艺。

Description

预臭氧与曝气生物活性炭给水处理方法
技术领域
本发明涉及给水处理技术领域，特别是涉及微污染饮用水水源净化的技术领域，具体涉及预臭氧与曝气生物活性炭工艺应用于给水处理的方法。
背景技术
近年来，城市饮用水水源受污染程度日益严重，而随着我国城市供水水质标准的提高，目前常规的“混凝-沉淀-砂滤-消毒”城市给水处理工艺已难以适应现有的水源和水质标准，因此，必须开发新的给水处理技术以适应恶化的供水水源、改善供水水质。
针对遭受氨氮和有机物微污染水源，目前国内外常采用的是给水生物处理技术。生物处理是去除氨氮和有机物的有效且最经济的方法。微污染原水中的有机基质、氨氮和亚硝酸盐氮等污染物的浓度，相对于污水中来说都是很低的。微污染水生物处理一般均用生物膜法，各种生物处理工艺常选用不同的惰性介质(如石英砂、陶粒、粒状活性炭、塑料蜂窝管填料和弹性立体填料等)作为生物载体，在水中溶解氧充分的条件下，生物膜上的亚硝酸化细菌和硝酸化细菌将水中氨氮转化成亚硝酸盐和硝酸盐。与此同时，生物膜上的一些异养型微生物氧化分解水中的有机基质，使水的有机物综合指标CODMn、TOC和UV254降低。
生物处理在常规工艺之后称之为深度处理工艺，代表性的工艺为“臭氧-生物活性炭”深度净水工艺。“臭氧-生物活性炭”深度净水工艺在国内大规模应用以来，在水质改善方面得到了广泛认同。该工艺在常规工艺之后接臭氧生物活性炭工艺，无论是臭氧氧化，还是活性炭吸附，都直接针对常规工艺出水中的微量有机物，具有净化效率高，运行成本较低的优点。但是在南方湿热地区，生物活性炭滤池容易生长微型生物，主要包括浮游生物(如剑水蚤、尾毛虫、须足轮虫等)和底栖动物(如水丝蚓、颤蚓、甲壳动物(枝角类)、冠砂壳虫等)。炭滤池的颗粒活性炭粒径通常为1.5mm，对以上微型生物没有截滤作用，故生物活性炭滤池的微型生物穿透问题比较突出，虽然经末端加氯消毒后可以灭杀，其最终出水可能出现肉眼可见物，对出水水质造成了不利影响。此外，炭滤池进水的余臭氧释放会污染工作环境以及应用该工艺的沿海地区水厂出水中臭氧氧化副产物溴酸盐含量高等问题也是该工艺不容忽视的。
生物处理在常规工艺之前称之为生物预处理工艺。对于现有水厂的升级改造，通常不具备在现有处理系统中布置生物处理单元的工程条件，而在常规工艺之前增加生物处理工艺往往具有实施可操性，不仅可以解决工程用地，而且工程建设期间不会影响水厂的正常供水，能够实现与水厂现有工艺的顺利衔接。但是由于生物预处理工艺中生物载体直接接触原水，缺点是受原水浊度的影响很大，需要采取防止悬浮物堵塞的工程措施，而生物预处理单元去除浊度对后续混凝沉淀单元的稳定运行又会产生不利的影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有给水处理技术存在的不足，提供一种环保的预臭氧与曝气生物活性炭工艺应用于给水处理的方法，以提升水厂供水水质。该工艺吸收了曝气生物滤池给水生物预处理工艺和臭氧生物活性炭给水深度处理工艺的优点，而克服了两者的缺点，避免了生物预处理过滤负荷大和生物活性炭滤池的微型生物穿透问题，出水无肉眼可见物。
本发明中原水为受轻微污染的饮用水水源。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
预臭氧与曝气生物活性炭给水处理方法，包括以下步骤：
(1)原水先进入预臭氧接触池，在池内投加臭氧，对原水进行预氧化，按原水体积计算，臭氧加入量为0.5～1.0mg/L，预氧化时间不少于4min；
(2)步骤(1)的出水进入混凝反应池前投加混凝剂聚合氯化铝，按原水体积计算，投加量为5～100mg/L，充分混合后，进行混凝反应和沉淀，去除浊度物质；
(3)步骤(2)的出水进入曝气生物活性炭滤池，在有鼓风曝气系统供氧的情况下与曝气生物活性炭滤池内的生物活性炭滤料接触，对水质污染物进行吸附和生化降解；
(4)步骤(3)的出水加氯消毒，然后进入砂滤池，进一步去除浊度物质以及来自曝气生物活性炭滤池的微生物；
(5)步骤(4)的出水流入清水池，由水泵供给用户。
所述步骤(3)沉淀池出水在有鼓风曝气系统供氧的情况下与曝气生物活性炭滤池内的生物活性炭滤料接触是指待滤水从总进水渠的进水闸门进入滤池配水渠，通过进水管进入曝气生物活性炭滤池配水配气槽，然后配入滤池体内向上流动，滤速8～16m/h；来自曝气鼓风机的压缩空气经过曝气管道进入滤池的配气配水槽，然后配入滤池体内，在滤板下方形成气垫层，通过单孔膜曝气滤头的膜孔进入滤柄，再与待滤水同向上流曝气，气水比0～0.8∶1，为粗砂垫层和活性炭滤料上生长的生物膜提供充足的溶解氧以及扰动传质；在生物膜生化与活性炭吸附作用下，去除水中的氨氮、有机物和部分重金属，净化后的水进入出水槽，然后汇入砂滤池。
所述步骤(4)加氯消毒，氯投加量按照水厂出厂水余氯量为1.30mg/L～2.30mg/L进行投加。
本发明曝气生物活性炭滤池出水加氯消毒后进入砂滤池，不仅去除了待滤水的浊度，同时也截滤去除了来自曝气生物活性炭滤池的微生物，克服了臭氧生物活性炭深度净水工艺存在的生物泄漏的缺陷。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、给水混凝沉淀工艺之前通常需要预氧化处理。目前各常规工艺水厂普遍采用前加氯预氧化，其优点是能够兼顾抑制藻类在净水构筑物中大量滋生。但是前加氯会产生大量的有机氯化物，显著降低了自来水的品质。在给水生物处理工艺之前不宜加氯，否则严重削弱生化效果。以预臭氧取代前加氯，既可以取代预氧化的效果，不会破坏后续生化环境，又能避免与有机物形成消毒副产物，即使生成部分溴酸盐，也会在混凝沉淀过程中得到有效去除。
2、在混凝沉淀之后采用生物滤池，最后采用砂滤池把关过滤，既可以避免原水浊度加重生物滤池的过滤负担，妨碍生物膜的生化作用，又能够通过砂滤池阻止微型生物穿透。因此，对于新建水厂，在混凝沉淀单元与砂滤池之间布置生物滤池是合理的工艺流程。待滤澄清水浊度比原水大幅度降低，有利于曝气生物滤池的运行，其生物处理效果将优于前置生物预处理的情况，对反冲洗的要求也降低了标准。
3、对于澄清水，生物滤池选择颗粒活性炭净水效果优越已是公认的结论。如果选择臭氧生物活性炭滤池，由于待滤水浊度通常达到1.0NTU左右，比砂滤出水的0.2～0.3NTU高出数倍，势必造成主臭氧投加量显著升高，运行费用也会随之增加。考虑到生物活性炭滤池侧重去除水中的可降解有机物，颗粒活性炭往往不需再生，曝气生物活性炭滤池可以达到臭氧生物活性炭滤池的生化效果，而且在氨氮较高的场合可以按照需要供氧，其生化效果还会大大超出臭氧生物活性炭滤池，并且不会产生溴酸盐等有害副产物。由于待滤水的浊度大大低于原水，鼓风曝气的能耗又比投加臭氧低得多，故曝气生物活性炭滤池的曝气与反冲洗运行费用均低于生物预处理曝气生物滤池，更比臭氧生物活性炭滤池大幅度降低运行费用，节省投资和占地。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，预臭氧与曝气生物活性炭给水处理工艺，包括依次通过管道连接的预臭氧接触池、混凝反应池、曝气生物活性炭滤池、砂滤池和清水池；
预臭氧接触池与臭氧产生装置连接，对原水通过臭氧进行预氧化，将原水中大分子有机物分解为小分子有机物，抑制、灭杀原水中的微生物；以原水体积计，臭氧投加量为0.5～1.0mg/L，接触时间不少于4min。在曝气生物活性炭滤池处理前加臭氧不仅具有良好的预氧化作用，不会形成有机消毒副产物，而且臭氧迅速衰减为溶解氧，有利于保证后续曝气生物活性炭滤池发挥作用。
混凝反应池通过加入混凝剂聚合氯化铝进行混凝反应和沉淀，去除绝大部分浊度物质；砂滤池用于进一步去除浊度物质以及来自曝气生物活性炭滤池的微生物；清水池汇集处理原水由水泵供给用户。
曝气生物活性炭滤池出水加氯消毒后进入砂滤池，不仅去除了待滤水的浊度，同时也截滤去除了来自曝气生物活性炭滤池的微生物，克服了臭氧生物活性炭深度净水工艺存在的生物泄漏的缺陷。
由于在常规给水处理工艺中增加了预臭氧和曝气生物活性炭滤池，对有机物、氨氮、病原微生物、嗅味、色度等污染指标的去除效果有较大幅度提高，消毒副产物显著降低，其水质安全性明显优于生物预处理工艺和臭氧生物活性炭深度净水工艺。
实施例1
试验原水枯水期原水氨氮月平均值基本在1.5～2.5mg/L。
如图1所示，一种预臭氧与曝气生物活性炭给水处理方法，包括以下步骤：
(1)原水先进入预臭氧接触池，在池内投加臭氧对原水进行预氧化；按原水体积计算，臭氧投加量为1.0mg/L，接触时间为10min；
(2)步骤(1)的出水进入混凝反应池前投加混凝剂聚合氯化铝，按原水体积计算，投加量为100mg/L，充分混合后，进行混凝反应和沉淀，去除浊度物质；在处理系统的沉淀池之后设置了曝气生物活性炭滤池，能够将氨氮和有机物加以生物降解，不可生化的污染物还可以通过活性炭吸附进一步去除。曝气生物活性炭滤池采用鼓风曝气提供生物降解所需的溶解氧，不同于臭氧生物活性炭滤池通过臭氧氧化保证供氧。鼓风曝气系统供氧的优点是供氧成本很低，可以根据原水氨氮水平提供足够的供氧量，不会因处理待滤水而使耗氧量升高从而明显增加运行费用。
(3)步骤(2)的出水进入曝气生物活性炭滤池，在有鼓风曝气系统保证供氧的情况下与池内的生物活性炭滤料充分接触，对水质污染物进行吸附和生化降解；具体是，滤水从总进水渠的进水闸门进入配水渠，通过进水管进入曝气生物活性炭滤池配水配气槽，然后配入滤池体内向上流动，滤速12m/h；来自曝气鼓风机的压缩空气经过曝气管道进入滤池的配气配水槽，然后配入滤池体内，在滤板下方形成气垫层，通过单孔膜曝气滤头的膜孔进入滤柄，再与待滤水同向上流曝气，气水比0.8∶1，为粗砂垫层和活性炭滤料上生长的生物膜提供充足的溶解氧以及扰动传质；在生物膜生化与活性炭吸附作用下，去除水中的氨氮、有机物和部分重金属，净化后的出水进入出水槽，然后汇入砂滤池。
(4)步骤(3)的出水加氯消毒，氯投加量按照水厂出厂水余氯要求1.30mg/L～2.30mg/L进行投加，然后进入砂滤池，进一步去除浊度物质以及来自曝气生物活性炭滤池的微生物；曝气生物活性炭滤池出水加氯消毒后进入砂滤池不仅去除了待滤水的浊度，同时也截滤去除了来自曝气生物活性炭滤池的微生物，克服了臭氧生物活性炭深度净水工艺存在的生物泄漏的缺陷。
(5)步骤(4)的出水流入清水池，由水泵供给用户。
供给用户的水质经检测，氨氮达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定的氨氮＜0.5mg/L标准，CODMn达到《饮用净水水质标准》(CJ94-2005)规定CODMn＜2mg/L标准，与生物预处理工艺和臭氧活性炭工艺出水水质相同；但由于待滤水的浊度大大低于原水，故曝气生物活性炭滤池的曝气与反冲洗运行费用均低于生物预处理曝气生物滤池，而鼓风曝气的能耗又比投加臭氧低得多，故更比臭氧生物活性炭滤池大幅度降低运行费用；根据现有工艺技术，在原水条件相同的情况下，臭氧生物活性炭工艺运行成本约0.25元/吨水(含折旧费)，生物预处理工艺约0.04～0.06元/吨水(含折旧费)，生物预处理工艺运行成本比臭氧活性炭工艺减少85％以上，而本发明预臭氧与曝气生物活性炭工艺运行成本约0.03～0.04元/吨水(含折旧费)，所以预臭氧与曝气生物活性炭给水处理工艺运行成本比前两种工艺要低。
实施例2
试验原水平水期原水氨氮月平均值基本在1.0～1.5mg/L。
如图1所示，一种预臭氧与曝气生物活性炭给水处理方法，包括以下步骤：
(1)原水先进入预臭氧接触池，在池内投加臭氧对原水进行预氧化；按原水体积计算，臭氧投加量为0.8mg/L，接触时间为10min；
(2)步骤(1)的出水进入混凝反应池前投加混凝剂聚合氯化铝，按原水体积计算，投加量为100mg/L，充分混合后，进行混凝反应和沉淀，去除浊度物质；在处理系统的沉淀池之后设置了曝气生物活性炭滤池，能够将氨氮和有机物加以生物降解，不可生化的污染物还可以通过活性炭吸附进一步去除。曝气生物活性炭滤池采用鼓风曝气提供生物降解所需的溶解氧，不同于臭氧生物活性炭滤池通过臭氧氧化保证供氧。鼓风曝气系统供氧的优点是供氧成本很低，可以根据原水氨氮水平提供足够的供氧量，不会因处理待滤水而使耗氧量升高从而明显增加运行费用。
(3)步骤(2)的出水进入曝气生物活性炭滤池，在有鼓风曝气系统保证供氧的情况下与池内的生物活性炭滤料充分接触，对水质污染物进行吸附和生化降解；具体是，滤水从总进水渠的进水闸门进入配水渠，通过进水管进入曝气生物活性炭滤池配水配气槽，然后配入滤池体内向上流动，滤速14m/h；来自曝气鼓风机的压缩空气经过曝气管道进入滤池的配气配水槽，然后配入滤池体内，在滤板下方形成气垫层，通过单孔膜曝气滤头的膜孔进入滤柄，再与待滤水同向上流曝气，气水比0.4∶1，为粗砂垫层和活性炭滤料上生长的生物膜提供充足的溶解氧以及扰动传质；在生物膜生化与活性炭吸附作用下，去除水中的氨氮、有机物和部分重金属，净化后的出水进入出水槽，然后汇入砂滤池。
(4)步骤(3)的出水加氯消毒，氯投加量按照水厂出厂水余氯要求1.30mg/L～2.30mg/L进行投加，然后进入砂滤池，进一步去除浊度物质以及来自曝气生物活性炭滤池的微生物；曝气生物活性炭滤池出水加氯消毒后进入砂滤池不仅去除了待滤水的浊度，同时也截滤去除了来自曝气生物活性炭滤池的微生物，克服了臭氧生物活性炭深度净水工艺存在的生物泄漏的缺陷。
(5)步骤(4)的出水流入清水池，由水泵供给用户。
供给用户的水质经检测，氨氮达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定的氨氮＜0.5mg/L标准，CODMn达到《饮用净水水质标准》(CJ94-2005)规定CODMn＜2mg/L标准，与生物预处理工艺和臭氧活性炭工艺出水水质相同；但由于待滤水的浊度大大低于原水，故曝气生物活性炭滤池的曝气与反冲洗运行费用均低于生物预处理曝气生物滤池，而鼓风曝气的能耗又比投加臭氧低得多，故更比臭氧生物活性炭滤池大幅度降低运行费用；根据现有工艺技术，在原水条件相同的情况下，臭氧生物活性炭工艺运行成本约0.25元/吨水(含折旧费)，生物预处理工艺约0.04～0.06元/吨水(含折旧费)，生物预处理工艺运行成本比臭氧活性炭工艺减少85％以上，而本发明预臭氧与曝气生物活性炭工艺运行成本约0.03～0.04元/吨水(含折旧费)，所以预臭氧与曝气生物活性炭给水处理工艺运行成本比前两种工艺要低。
实施例3
试验原水丰水期原水氨氮月平均值普遍低于1.0mg/L。
如图1所示，一种预臭氧与曝气生物活性炭给水处理方法，包括以下步骤：
(1)原水先进入预臭氧接触池，在池内投加臭氧对原水进行预氧化；按原水体积计算，臭氧投加量为0.5mg/L，接触时间为10min；
(2)步骤(1)的出水进入混凝反应池前投加混凝剂聚合氯化铝，按原水体积计算，投加量为50mg/L，充分混合后，进行混凝反应和沉淀，去除浊度物质；在处理系统的沉淀池之后设置了曝气生物活性炭滤池，能够将氨氮和有机物加以生物降解，不可生化的污染物还可以通过活性炭吸附进一步去除。曝气生物活性炭滤池采用鼓风曝气提供生物降解所需的溶解氧，不同于臭氧生物活性炭滤池通过臭氧氧化保证供氧。鼓风曝气系统供氧的优点是供氧成本很低，可以根据原水氨氮水平提供足够的供氧量，不会因处理待滤水而使耗氧量升高从而明显增加运行费用。
(3)步骤(2)的出水进入曝气生物活性炭滤池，在有鼓风曝气系统保证供氧的情况下与池内的生物活性炭滤料充分接触，对水质污染物进行吸附和生化降解；具体是，滤水从总进水渠的进水闸门进入配水渠，通过进水管进入曝气生物活性炭滤池配水配气槽，然后配入滤池体内向上流动，滤速16m/h；来自曝气鼓风机的压缩空气经过曝气管道进入滤池的配气配水槽，然后配入滤池体内，在滤板下方形成气垫层，通过单孔膜曝气滤头的膜孔进入滤柄，再与待滤水同向上流曝气，气水比0，为粗砂垫层和活性炭滤料上生长的生物膜提供充足的溶解氧以及扰动传质；在生物膜生化与活性炭吸附作用下，去除水中的氨氮、有机物和部分重金属，净化后的出水进入出水槽，然后汇入砂滤池。
(4)步骤(3)的出水加氯消毒，氯投加量按照水厂出厂水余氯要求1.30mg/L～2.30mg/L进行投加，然后进入砂滤池，进一步去除浊度物质以及来自曝气生物活性炭滤池的微生物；曝气生物活性炭滤池出水加氯消毒后进入砂滤池不仅去除了待滤水的浊度，同时也截滤去除了来自曝气生物活性炭滤池的微生物，克服了臭氧生物活性炭深度净水工艺存在的生物泄漏的缺陷。
(5)步骤(4)的出水流入清水池，由水泵供给用户。
供给用户的水质经检测，氨氮达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定的氨氮＜0.5mg/L标准，CODMn达到《饮用净水水质标准》(CJ94-2005)规定CODMn＜2mg/L标准，与生物预处理工艺和臭氧活性炭工艺出水水质相同；但由于待滤水的浊度大大低于原水，故曝气生物活性炭滤池的曝气与反冲洗运行费用均低于生物预处理曝气生物滤池，而鼓风曝气的能耗又比投加臭氧低得多，故更比臭氧生物活性炭滤池大幅度降低运行费用；根据现有工艺技术，在原水条件相同的情况下，臭氧生物活性炭工艺运行成本约0.25元/吨水(含折旧费)，生物预处理工艺约0.04～0.06元/吨水(含折旧费)，生物预处理工艺运行成本比臭氧活性炭工艺减少85％以上，而本发明预臭氧与曝气生物活性炭工艺运行成本约0.03～0.04元/吨水(含折旧费)，所以预臭氧与曝气生物活性炭给水处理工艺运行成本比前两种工艺要低。

Claims (3)

1.一种预臭氧与曝气生物活性炭给水处理方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)原水先进入预臭氧接触池，在池内投加臭氧，对原水进行预氧化，按原水体积计算，臭氧加入量为0.5～1.0mg/L，预氧化时间不少于4min；
(2)步骤(1)的出水进入混凝反应池前投加混凝剂聚合氯化铝，按原水体积计算，聚合氯化铝投加量为5～100mg/L，充分混合后，进行混凝反应和沉淀，去除浊度物质；
(3)步骤(2)的出水进入曝气生物活性炭滤池，在有鼓风曝气系统供氧的情况下与曝气生物活性炭滤池内的生物活性炭滤料接触，对水质污染物进行吸附和生化降解；
(4)步骤(3)的出水加氯消毒，然后进入砂滤池，进一步去除浊度物质以及来自曝气生物活性炭滤池的微生物；
(5)步骤(4)的出水流入清水池，由水泵供给用户。
2.根据权利要求1所述的预臭氧与曝气生物活性炭给水处理方法，其特征在于，所述步骤(3)沉淀池出水在有鼓风曝气系统供氧的情况下与曝气生物活性炭滤池内的生物活性炭滤料接触是指待滤水从总进水渠的进水闸门进入滤池配水渠，通过进水管进入曝气生物活性炭滤池配水配气槽，然后配入滤池体内向上流动，滤速8～16m/h；来自曝气鼓风机的压缩空气经过曝气管道进入滤池的配气配水槽，然后配入滤池体内，在滤板下方形成气垫层，通过单孔膜曝气滤头的膜孔进入滤柄，再与待滤水同向上流曝气，气水比0～0.8∶1，为粗砂垫层和活性炭滤料上生长的生物膜提供充足的溶解氧以及扰动传质；在生物膜生化与活性炭吸附作用下，去除水中的氨氮、有机物和部分重金属，净化后的水进入出水槽，然后汇入砂滤池。
3.根据权利要求1所述的预臭氧与曝气生物活性炭给水处理方法，其特征在于，所述步骤(4)加氯消毒，氯投加量按照水厂出厂水余氯量为1.30mg/L～2.30mg/L进行投加。
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