CN101708934B - 前置反硝化预臭氧曝气生物活性炭滤池河水净化法及装置 - Google Patents
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前置反硝化预臭氧曝气生物活性炭滤池河水净化方法及装置，该装置由蓄水池、加药罐、反硝化滤池、臭氧接触柱、生物活性炭滤池和清水池组成，河水经进水泵由蓄水池送入反硝化滤池，反硝化滤池出水进入臭氧接触柱，经预氧化后自流进入好氧生物活性炭滤池，滤池底部出水由收集管收集后入清水池，并有硝化液回流至前置反硝化滤池。
Description
技术领域
本发明涉及一种河水净化处理技术，具体涉及利用前置反硝化预臭氧曝气生物活性炭滤池净化碳源偏低的微污染河水的方法和装置。
背景技术
随着我国社会经济的发展，人口的增加和企业规模的扩大，污水排放量日益增加，河流水体受到污染，水质日益恶化；因连续干旱，雨洪入河量减少，更加剧了河道水质恶化趋势；不仅水资源短缺形势无法得到根本解决，而且环境用水也不能得到有效改善。为此，寻求利用新型高效的深度净化技术解决受污染的河水水质问题，是水资源可持续利用和社会发展的迫切需要。
臭氧-生物活性炭(O3-BAC)技术是欧洲在利用臭氧和活性炭去除饮用水中的有机物时发现的，是一种用于水深度处理的组合工艺，该工艺是在传统水处理工艺的基础上，以预臭氧氧化代替预氯化，在快滤池后设置生物活性炭滤池，是将活性炭物理化学吸附、臭氧化学氧化、生物氧化降解及臭氧灭菌消毒4种技术合为一体的工艺。臭氧具有强氧化性，原水首先进行臭氧氧化，将臭氧对水中有机物的氧化作用作为预处理；之后进行活性炭吸附，利用活性炭上生物膜的生物降解作用将有机物去除，达到净化水质的目的。
O3-BAC技术对去除存在于水源中的有机微污染具有显著的效果，在我国净水厂正处于在试验性的运行中，并取得了较好成果，而应用于受污染河水深度处理的工程实例仍然较少，因此针对C/N较低的微污染河流水体进行净化时，在传统O3-BAC技术基础上进一步优化工艺系统结构，增强抗冲击负荷、提高系统对各项污染物的去除效果和运行稳定性等，可使该工艺在净化河流水体中发挥其最佳效能，达到最佳处理效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有曝气生物活性炭滤池工艺在处理微污染河水净化过程中技术性和针对性上的不足，提供一种前置反硝化预臭氧曝气生物活性炭滤池系统净化低碳源微污染河水方法及装置。
为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种前置反硝化预臭氧曝气生物活性炭滤池河水净化装置，其包括进水泵2、加药罐9、反硝化滤池4、臭氧接触柱12、臭氧发生器13、生物活性炭滤池19、鼓风机24；
该进水泵2的入水口201连接水源，其出水口202连接位于反硝化滤池4底部的入水口41；该加药罐9的出料口连接位于反硝化滤池4底部的入水口41；位于反硝化滤池4上部的出水口7与位于臭氧接触柱12底部的入水口121连接；位于臭氧接触柱12上部的出水口17与位于生物活性炭滤池19上部的入水口191连接；鼓风机24分别连接反硝化滤池4和生物活性炭滤池19底部的进气口；
该反硝化滤池4内部具有填料6，该填料为亲水性多孔悬浮型介质，填料的厚度为0.5至1m；
臭氧接触柱12底部具有曝气头15，曝气头与臭氧发生器13连接；臭氧接触柱12柱壁内侧具有相对交错设置的折板16，各折板平面平行与水平方向；臭氧接触柱12顶部具有排气口18；该臭氧接触柱12的长度为0.8至1.5m；
生物活性炭滤池19内部填充填料20，该填料20为柱状活性炭，填料厚度为0.8至1.5m；生物活性炭滤池19底部具有出水口30。
如上所述的装置，其中该装置还可包括清水池31，该清水池31的入水口与生物活性炭滤池19的出水口30连接；该清水池31的一个出水口39经回流泵32分别连接生物活性炭滤池19底部的入水口192和反硝化滤池4底部的入水口41。
如上所述的装置，其中该加药罐9中优选放置外碳源，外碳源可选自糖类，优选淀粉、葡萄糖和蔗糖；油脂，优选动和植物油；有机酸，优选琥珀酸、柠檬酸、乳酸和乙酸；和C1-5醇，优选甲醇。
如上所述的装置，其中该外碳源优选为甲醇。
如上所述的装置，其中该反硝化滤池4中的填料6优选为聚氨酯填料，其湿密度为0.6～1.0g/cm3，持水量为2000-2600％，比表面为80-120m2/g。
如上所述的装置，其中该生物活性炭滤池19内填料20优选为柱状活性炭和砾石双层组合填料，厚度分别为80至150cm和10至20cm；底部承托层为厚度为10至20cm的石英砂。
另一方面，本发明提供应用上述装置的河水净化法，该方法包括如下步骤：
(a)由进水泵2提升河水送入反硝化滤池4，同时投放加药罐9中的外碳源；投加碳源后进水中BOD5与TN之比为3∶1至5∶1；
(b)河水由反硝化滤池4底部进水，在经过生物驯化与培养的填料6中完成反硝化作用，然后由反硝化滤池4上部的出水口7进入臭氧接触柱12；反硝化滤池内水力负荷适用范围为5～10L/h，进水在滤池中停留时间30～50min；
(c)臭氧发生器13产生的臭氧经曝气头15进入臭氧接触柱12，河水与臭氧在柱内沿折板16方向由下至上流动，河水由上部出水口17流出，剩余臭氧由排气口18排出，臭氧投加浓度为3mg/L至5mg/L，臭氧接触时间30min至50min；
(d)被氧化后的河水进入下流式生物活性炭滤池19，经柱状活性炭20吸附和生化降解后沿出水口30流出；
(e)在上述步骤中鼓风机24为生物活性炭滤池19充氧，气水比为3∶1至8∶1。
如上所述的河水净化法，该方法可进一步包括如下步骤：
(f)生物活性炭滤池19的出水进入清水池31，清水池31中的部分水经回流泵32返回反硝化滤池4底部，重复净化过程，回流比为0∶1至1∶1；
(g)清水池31出水，分别从底部进入生物活性炭滤池19反硝化滤池4，完成反冲洗步骤，反冲洗周期为7至10天。
如上所述的污水净化法，其中该反硝化滤池4中的填料6和生物活性炭滤池19中的填料20可以在系统投入运行前采用污泥接种的方式进行生物驯化与培养，培养方法采用自然挂膜，按设计流量进水连续培养的方法挂膜。
本发明的有益效果在于：本发明的装置和方法以碳源偏低的微污染河水为处理对象，在臭氧-生物活性炭装置前设置反硝化滤池，污染河水与回流液在反硝化滤池进行厌氧脱氮，再经臭氧氧化，将大分子有机物转化为小分子有机物，有利于活性炭的吸附，本发明的装置具有生物降解和化学吸附等多种功能，能实现生物降解中的硝化和反硝化作用达到对总氮的去除。净化后出水BOD5、TN和SS等主要指标达到《城市污水再生利用景观环境用水水质》标准观赏性河道类水质标准(GB/T18921-2002)。
附图说明
图1为本发明前置反硝化预臭氧曝气生物活性炭滤池系统装置结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，其为本发明的前置反硝化预臭氧曝气生物活性炭滤池净化系统一种优选实施方式的结构示意图，该装置由蓄水池1、进水泵2、33、加药罐9、加药泵10、管道混合器11、反硝化滤池4、臭氧接触柱12、臭氧发生器13、气体流量计14、27、28、生物活性炭滤池19、鼓风机24、清水池31、回流泵32和阀门25、26、36、37等组成。
其中，进水泵2的入水口201连接水源，其出水口202连接位于反硝化滤池4底部的入水口41；加药罐9的出料口连接位于反硝化滤池4底部的入水口41，药箱9中放置甲醇；位于反硝化滤池4上部的出水口7与位于臭氧接触柱12底部的入水口121连接；位于臭氧接触柱12上部的出水口17与位于生物活性炭滤池19上部的入水口191连接；鼓风机24分别连接反硝化滤池4和生物活性炭滤池19底部的进气口；
反硝化滤池4内部具有填料6，该填料为聚氨酯填料，其湿密度为0.8g/cm3，持水量为2400％，比表面为100m2/g；填料的厚度为1m；
臭氧接触柱12底部具有曝气头15，曝气头与臭氧发生器13连接；臭氧接触柱12柱壁内侧具有相对交错设置的折板16，各折板平面平行与水平方向；臭氧接触柱12顶部具有排气口18；该臭氧接触柱12的长度为1.3m；
生物活性炭滤池19内部填充填料20，该填料20为柱状生物活性炭和砾石双层组合填料，厚度分别为80cm和20cm；底部承托层为厚度为15cm的石英砂；生物活性炭滤池19底部具有出水口30。
清水池31的入水口与生物活性炭滤池19的出水口30连接；该清水池31设有出水口39和溢流口34，出水口39经回流泵32分别连接生物活性炭滤池19底部的入水口192和反硝化滤池4底部的入水口41。
应用上述装置对北运河受污染河水进行净化，具体工艺如下：反硝化滤池4中的填料6和生物活性炭滤池19中的填料20在系统投入运行前采用污泥接种的方式进行生物驯化与培养，培养方法采用自然挂膜，按设计流量进水连续培养的方法挂膜。装置的进水负荷为10L/h，待处理河水在蓄水池1内进行收集调蓄，之后由进水泵2提升送入反硝化滤池4，进水量由流量计3进行计量控制，用加药罐9和加药泵10进行外碳源投加，并在管道混合器11中与河水充分混合，投加碳源后进水中BOD5与TN之比为3∶1。反硝化滤池4为上流式反应器，河水由滤池底部进水，经聚氨酯软泡沫海绵新型生物载体6填料后由出水口7沿管道自流进入臭氧接触柱12，进水在反硝化滤池中的停留时间为30min。臭氧发生器13产臭氧经气体流量计14和曝气头15进入反应器，河水与臭氧在柱内沿折板16方向流动，由出水口17流出，剩余臭氧由排气口18排出，臭氧投加浓度为3mg/L，臭氧接触时间为30min。被氧化后河水进入下流式生物活性炭滤池19，经柱状活性炭20、砾石21双层组合填料和石英砂承托层22后沿出水管30进入清水池31，由鼓风机24为生物活性炭滤池19充氧，此时打开阀门25并关闭阀门26，曝气量由气体流量计27控制，气水为4∶1。系统出水由清水池31上部溢流口34流出，同时有硝 化液由清水池31经回流泵和流量计33沿回流管35、38流入反硝化滤池4底部，此时打开阀门37并关闭阀门36，回流比为1∶1。净化系统设有反冲洗系统，反冲洗水为清水池31出水，生物活性炭滤池19反冲洗时打开阀门36、25，关闭阀门37、26，冲洗水由溢流口23排出，反冲洗周期为7天；反硝化滤池4反冲洗时打开阀门37、26，关闭阀门36、25，冲洗水由溢流口8排出，反冲洗周期为10天。
对系统的进出水CODCr、NH3-N和TN指标进行系统监测，监测期共为100天，监测频率为1天1次。监测结果表明：进水CODCr、NH3-N和TN分别在60～120mg/L、5～20mg/L、15～25mg/L时，出水CODCr、NH3-N和TN维持在30～50mg/L、1～2mg/L、8～12mg/L之间，各项污染物平均去除率分别达到43％、92％和42％。
实施例2：
应用实施例1中的装置对北运河受污染河水进行净化，具体工艺如下：反硝化滤池4中的填料6和生物活性炭滤池19中的填料20在系统投入运行前采用污泥接种的方式进行生物驯化与培养，培养方法采用自然挂膜，按设计流量进水连续培养的方法挂膜。装置的进水负荷为10L/h，待处理河水在蓄水池1内进行收集调蓄，之后由进水泵2提升送入反硝化滤池4，进水量由流量计3进行计量控制，用加药罐9和加药泵10进行外碳源投加，并在管道混合器11中与河水充分混合，投加碳源后进水中BOD5与TN之比为3∶1。反硝化滤池4为上流式反应器，河水由滤池底部进水，经聚氨酯软泡沫海绵新型生物载体6填料后由出水口7沿管道自流进入臭氧接触柱12，进水在反硝化滤池中的停留时间为30min。臭氧发生器13产臭氧经气体流量计14和曝气头15进入反应器，河水与臭氧在柱内沿折板16方向流动，由出水口17流出，剩余臭氧由排气口18排出，臭氧投加浓度为3mg/L，臭氧接触时间为30min。被氧化后河水进入下流式生物活性炭滤池19，经柱状活性炭20、砾石21双层组合填料和石英砂承托层22后沿出水管30进入清水池31，由鼓风机24为生物活性炭滤池19充氧，此时打开阀门25并关闭阀门26，曝气量由气体流量计27控制，气水为6∶1。系统出水由清水池31上部溢流口34流出，同时有硝化液由清水池31经回流泵和流量计33沿回流管35、38流入反硝化滤池4底部，此时打开阀门37并关闭阀门36，回流比为0.5∶1。净化系统设有反冲洗系统，反冲洗水为清水池31出水，生物活性炭滤池19反冲洗时打开阀门36、25，关闭阀门37、26，冲洗水由溢流口23排出，反冲洗周期为7天；反硝化滤池4反 冲洗时打开阀门37、26，关闭阀门36、25，冲洗水由溢流口8排出，反冲洗周期为10天。
对系统的进出水CODCr、NH3-N和TN指标进行系统监测，监测期共为100天，监测频率为1天1次。CODCr进水平均浓度为70mg/L，出水平均浓度为45mg/L；NH3-N进水平均浓度为8.5mg/L，出水平均浓度为1.3mg/L；TN进水平均浓度为12mg/L，出水平均浓度为9mg/L。监测结果表明：CODCr去除率超过35％，NH3-N的去除率超过85％，TN去除率超过25％。
Claims (9)
1.一种前置反硝化预臭氧曝气生物活性炭滤池河水净化装置，其特征在于，其包括进水泵(2)、加药罐(9)、反硝化滤池(4)、臭氧接触柱(12)、臭氧发生器(13)、生物活性炭滤池(19)、鼓风机(24)；
该进水泵(2)的入水口(201)连接水源，其出水口(202)连接位于反硝化滤池(4)底部的入水口(41)；该加药罐(9)的出料口连接位于反硝化滤池(4)底部的入水口(41)；位于反硝化滤池(4)上部的出水口(7)与位于臭氧接触柱(12)底部的入水口(121)连接；位于臭氧接触柱(12)上部的出水口(17)与位于生物活性炭滤池(19)上部的入水口(191)连接；鼓风机(24)分别连接反硝化滤池(4)和生物活性炭滤池(19)底部的进气口；
该反硝化滤池(4)内部具有填料(6)，该填料为亲水性多孔悬浮型介质，填料的厚度为0.5至1m；
该臭氧接触柱(12)底部具有曝气头(15)，曝气头与臭氧发生器(13)连接；臭氧接触柱(12)柱壁内侧具有相对交错设置的折板(16)，各折板平面平行与水平方向；臭氧接触柱(12)顶部具有排气口(18)；该臭氧接触柱(12)的长度为0.8至1.5m；
该生物活性炭滤池(19)内部填充填料(20)，该填料(20)为柱状活性炭，填料厚度为0.8至1.5m；生物活性炭滤池(19)底部具有出水口(30)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括清水池(31)，该清水池(31)的入水口与生物活性炭滤池(19)的出水口(30)连接；该清水池(31)的一个出水口(39)经回流泵(32)分别连接生物活性炭滤池(19)底部的入水口(192)和反硝化滤池(4)底部的入水口(41)。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述加药罐(9)中放置外碳源，外碳源选自糖类、油脂、有机酸、和C1-5醇。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述C1-5醇为甲醇。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述反硝化滤池(4)中的填料(6)为聚氨酯填料，其湿密度为0.6～1.0g/cm3，持水量为2000-2600％，比表面为80-120m2/g。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：用柱状活性炭和砾石双层组合填料替代所述生物活性炭滤池(19)内的柱状活性炭填料，其厚度分别为80至150cm和10至20cm；底部承托层为厚度为10至20cm的石英砂。
7.应用权利要求1-6中任一项所述装置的河水净化法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(a)由进水泵(2)提升河水送入反硝化滤池(4)，同时投放加药罐(9)中的外碳源；投加碳源后进水中BOD5与TN之比为3∶1至5∶1；
(b)河水由反硝化滤池(4)底部进水，在经过生物驯化与培养的填料(6)中完成反硝化作用，然后由反硝化滤池(4)上部的出水口(7)进入臭氧接触柱(12)；反硝化滤池内水力负荷适用范围为5～10L/h，进水在滤池中停留时间30～50min；
(c)臭氧发生器(13)产生的臭氧经曝气头(15)进入臭氧接触柱(12)，河水与臭氧在柱内沿折板(16)方向由下至上流动，河水由上部出水口(17)流出，剩余臭氧由排气口(18)排出，臭氧投加浓度为3mg/L至5mg/L，臭氧接触时间30min至50min；
(d)被氧化后的河水进入下流式生物活性炭滤池(19)，经柱状活性炭(20)吸附和生化降解后沿出水口(30)流出；
(e)在上述步骤中鼓风机(24)为生物活性炭滤池(19)充氧，气水比为3∶1至8∶1。
8.根据权利要求7所述的河水净化法，其特征在于，该方法进一步包括如下步骤：
(f)生物活性炭滤池(19)的出水进入清水池(31)，清水池(31)中的部分水经回流泵(32)返回反硝化滤池(4)底部，重复净化过程，回流比为0∶1至1∶1；
(g)清水池(31)出水，分别从底部进入生物活性炭滤池(19)和反硝化滤池(4)，完成反冲洗步骤，反冲洗周期为7至10天。
9.根据权利要求7所述的污水净化法，其特征在于：所述反硝化滤池(4)中的填料(6)和生物活性炭滤池(19)中的填料(20)在系统投入运行前采用污泥接种的方式进行生物驯化与培养，培养方法采用自然挂膜，按设计流量进水连续培养的方法挂膜。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110824 Termination date: 20121218 |