CN101898857B - 一种生物活性炭滤池水生生物的截留灭活方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物活性炭滤池水生生物的截留灭活方法，该方法在生物活性炭滤池基础上增设石英砂垫层和消毒剂混合投加系统，石英砂垫层位于活性炭层下方，用于截留水生生物，消毒剂混合投加系统中的穿孔集水支管和穿孔配水支管均位于活性炭和石英砂界面处，用于收集部分活性炭滤水配制和投加消毒液，利用生物活性炭滤池下向过滤水流，灭活石英砂垫层内截留的水生生物，灭活过程在石英砂垫层内完成，消毒液的投加不影响生物活性炭滤池的吸附和生物降解功能，保证了灭活操作不改变生物活性炭滤池的过滤操作条件。此外，利用过滤水流的毛细管流水力特性，加速了消毒剂从液相向水生生物体壁的传质过程，强化了接触灭活效果，可节省消毒剂投加量。

Description

一种生物活性炭滤池水生生物的截留灭活方法

技术领域

本发明属于水生生物处理技术，涉及一种生物活性炭滤池水生生物截留灭活方法，用于灭活净水工艺中出现的水生生物，特别适用于灭活生物活性炭滤池内大量孳生的轮虫、剑水蚤、摇蚊幼虫、仙女虫及线虫等水生生物。

背景技术

供水企业面临着水源水质污染加剧和供水水质标准提高的双重压力，为有效应对上述压力，以臭氧-生物活性炭滤池工艺（O₃-BAC）为核心的深度处理技术得到了广泛应用。O₃-BAC工艺水处理技术作为一种深度净化工艺，是由原联邦德国不来梅给水公司于1989 年首先开发的，它是将臭氧氧化、砂滤、活性炭吸附生物降解等结合在一起的水处理工艺。

O₃-BAC工艺中的生物活性炭滤池的首要任务是去除水中的有机物，通常置于砂滤池之后，砂滤水经臭氧氧化后，其中一小部分有机物被彻底氧化成水和二氧化碳，大部分有机物转化为臭氧化中间产物，从而使原来不能被生物降解的有机物变成可生物降解的有机物，提高了处理水的可生化性，并且有利于活性炭吸附。

O₃-BAC工艺虽然能够显著改善供水水质，但同时引发了新的水生生物安全性问题。生物活性炭滤池中的微生物和有机质为原生动物和后生动物等水生生物的孳生繁殖提供了充足的食物来源，O₃氧化使生物活性炭滤池长期处于富溶解氧状态而利于促进水生生物的生长繁殖，因此，O₃-BAC工艺为水生生物提供了比常规水处理工艺更适宜的生长条件。生物活性炭滤池中大量孳生繁殖水生生物并产生穿透，将对饮用水水质构成严重的安全隐患。目前国内投入运行的生物活性炭滤池都不同程度存在水生生物安全风险问题，如在深圳的生物活性炭滤池中发现的水生生物多达40多种，主要包括摇蚊幼虫、线虫、底栖型的轮虫和甲壳类动物等。德国莱茵河沿岸3座水厂生物活性炭滤池内均发现有大量的轮虫、线虫和寡毛虫等水生生物。加拿大Ste.-Rose水厂生物活性炭滤池出水中仙女虫的密度甚至高达20个/m³以上。为有效控制生物活性炭滤池内的水生生物污染风险，避免其穿透生物活性炭滤池进入到供水管网，国外水厂一般在污染高发期加强生物活性炭滤池的操作管理，如缩短过滤周期、降低滤速和加强反冲洗等，但控制效果不明显；国内尝试过加氯反冲洗、干池、加氨加盐浸泡等方法，但存在着严重影响生物活性炭滤池正常运行、处理成本高等问题。液氯、二氧化氯等净水消毒剂虽然对水生生物灭活效果显著，但直接用于灭活生物活性炭滤池水生生物，在杀灭水生生物的同时，也会杀灭生物活性炭滤池内的功能微生物，降低滤料表面生物膜的生物量和生物活性，严重影响生物活性炭滤池的正常生物吸附和降解功能。同时消毒剂也会破坏活性炭的孔隙结构，降低其吸附性能，缩短其使用寿命。根据申请人的资料检索，迄今为止，还没有发现既能有效灭活生物活性炭滤池内孳生的水生生物，又不影响生物活性炭滤池正常运行的处理方法。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种生物活性炭滤池水生生物的灭活方法，在保证生物活性炭滤池正常运行的同时，能有效截留灭活生物活性炭滤池内孳生的水生生物，保障生物活性炭滤池出水水生生物安全性。其方法简单、投资和运行成本低廉。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种生物活性炭滤池水生生物的截留灭活方法，其特征在于，该方法在生物活性炭滤池内增设石英砂垫层和消毒剂混合投加系统，所述的石英砂垫层位于活性炭层下方，用于对水生生物进行截留，由消毒剂混合投加系统接触灭活石英砂垫层截留的水生生物。所述的石英砂垫层厚度为300~400mm，石英砂垫层中的石英砂粒径级配与给水厂石英砂滤料级配相同。

所述的消毒剂混合投加系统主要由穿孔集水支管/或穿孔集水渠、穿孔配水支管/或穿孔配水渠、集水干管/干渠、配水干管/干渠、增压泵、水射器、阀门和流量计组成。

具体方法是：在生物活性炭滤池的活性炭层下方增设石英砂垫层，同时在活性炭层和石英砂垫层界面设置若干穿孔集水支管/或穿孔集水渠，以及若干穿孔配水支管/或穿孔配水渠，若干穿孔集水支管和集水干管/干渠相连，若干穿孔配水支管/或穿孔配水渠和配水干管/干渠相连；穿孔集水支管/或穿孔集水渠和穿孔配水支管/或穿孔配水渠单独分开设置或者合并设置，合并设置时由挡板将其分为上下对称且互不相通的两部分，上半部分为穿孔集水支管/或穿孔集水渠，下半部分为穿孔配水支管/或穿孔配水渠；穿孔集水支管/或穿孔集水渠为小阻力配水形式，穿孔配水支管或穿孔配水渠为大阻力配水形式；所述的集水干管/干渠、配水干管/干渠分别单独设置或合并设置，合并设置时由挡板将其分为上下对称且互不相通的两部分，上半部分为集水干管/干渠，下半部分为配水干管/干渠。

集水干管/干渠用于收集部分活性炭滤水，配水干管/干渠用于在石英砂垫层投加消毒液。

所述的消毒液经穿孔配水支管/穿孔配水渠的大阻力分配后，在生物活性炭滤池下向过滤水流作用下，自活性炭和石英砂界面处开始向下流经石英砂垫层，整个接触灭活过程在石英砂垫层内完成。

本发明的工作原理是：生物活性炭滤池在正常过滤阶段，部分活性炭滤水由小阻力穿孔集水支管/穿孔集水渠收集，经过集水干管或集水干渠后由置于生物活性炭滤池外的增压泵加压，压力管上依次设水射器、阀门和流量计。消毒剂采用水射器投加与收集的活性炭滤水充分混合后，称消毒液。消毒液依次经过阀门、流量计后流入配水干管或配水干渠，再流入大阻力穿孔配水支管或穿孔配水渠。经大阻力分配后，消毒液在活性炭层和石英砂垫层界面处均匀分布，并在生物活性炭滤池下向流过滤水流作用下，自活性炭层和石英砂垫层界面处开始向下流经整个石英砂垫层。水生生物在石英砂垫层内的停留时间即其接触灭活时间。由于石英砂垫层对水生生物的拦截作用，接触灭活时间得到显著提高，绝大部分水生生物被灭活，或者即便未被灭活，但迁移运动能力已大为削弱，无法穿透石英砂垫层。生物活性炭滤池反冲洗前，关闭增压泵和阀门并停止投加消毒剂，待剩余消毒液全部排出石英砂垫层后，进行反冲洗。反冲洗阶段，石英砂垫层内截留的已被灭活或未被灭活但活性已大为降低的水生生物，由反冲洗水排除出生物活性炭滤池。反冲洗结束后，重新启动增压泵，继续投加消毒剂，生物活性炭滤池开始下一周期过滤。

本发明具有下述优点：

1、通过在活性炭层下方增设石英砂垫层，并利用生物活性炭滤池的下向过滤水流，消毒液只通过石英砂垫层，灭活过程在石英砂垫层中完成，从而避免了消毒剂对生物活性炭滤池中功能微生物的杀灭和活性炭孔隙结构的破坏，保证了生物活性滤池的正常生物降解和吸附功能。

2、水生生物在石英砂垫层内的停留时间即接触灭活时间，充分利用石英砂垫层的拦截作用，延长了消毒剂对水生生物的接触灭活时间，提高了灭活效果。

3、通过收集部分活性炭滤水用于配制消毒液，消毒液再回流至石英砂垫层，保证了整个生物活性炭滤池沿程断面流速基本稳定，生物活性炭滤池水力负荷不变，灭活操作不改变生物活性炭滤池过滤操作条件。

4、消毒液采用大阻力穿孔管分配，可以实现消毒液在整个石英砂垫层内的均匀分布，同时充分利用石英砂垫层中过滤水流的毛细管流水力特性，加速了消毒液从液相向水生生物体壁的传质过程，强化了接触灭活效果，可以节省消毒剂投加量。

5、石英砂垫层截留灭活水生生物，控制生物活性炭滤池水生生物泄露风险的同时，可以截留活性炭层中脱落的微生物膜和细碎活性炭颗粒等，提高出水生物安全稳定性。

附图说明

图1为本发明的生物活性炭滤池截留灭活原理图；

图2为本发明的消毒剂混合投加系统示意图；

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。

具体实施方式

参阅图1和图2，本实施例在生物活性炭滤池增设石英砂垫层和消毒剂混合投加系统。其中石英砂垫层14位于活性炭层2下方，石英砂垫层14的厚度根据生物活性炭滤池内孳生的水生生物优势种属的迁移能力确定，推荐采用300~400mm的厚度，石英砂垫层14的石英砂粒径级配与给水厂石英砂滤料级配相同。消毒剂混合投加系统中的穿孔集水支管/或穿孔集水渠3的底部与穿孔配水支管12的顶部相接，且均位于活性炭层2和石英砂垫层14的界面处，穿孔集水支管3和穿孔配水支管12的管径相同，具体取值由消毒剂的投加量确定，但不宜超过50mm。相邻支管中心距推荐采用20~25cm。穿孔集水支管3为小阻力配水形式，开孔比1.5%。穿孔配水支管12采用大阻力配水形式，开孔比0.15%。穿孔集水支管3和穿孔配水支管12均用80目尼龙筛网包缠以防细小滤料进入。穿孔集水支管3与集水干管或集水干渠4相连，用于收集部分活性炭滤水，穿孔配水支管12与配水干管或配水干渠11相通，用于投加消毒液。

继续参阅图1和图2，对水生生物截留灭活工艺过程和原理进行说明。生物活性炭滤池正常过滤时，待滤水1经活性炭层2过滤后，部分活性炭滤水由穿孔集水支管3收集。该部分活性炭滤水经过集水干管4后由增压泵5增压。消毒剂经阀门6和流量计7后采用水射投加方式在水射器8与增压后的活性炭滤水混合成消毒液。消毒液流经阀门9和流量计10后进入到配水干管或配水干渠11，再进入到穿孔配水支管12，由大阻力配水形式在活性炭层2和石英砂垫层14的界面处出流，出流方向如图1中箭头所示。出流消毒液在活性炭滤层2内的下向过滤水流13作用下，与下向过滤水流13充分混合并在活性炭滤层2和石英砂垫层14界面处均匀分布。消毒液随下向过滤水流13进入石英砂垫层14后，在石英砂垫层14内实现均匀分布，最终进入承托层15由长柄滤头16收集进入活性炭滤池的底部配水空间17。

生物活性炭滤池中孳生的水生生物，穿透炭滤层2后，被石英砂垫层14截留，并被石英砂垫层14中投加的消毒液接触灭活。经石英砂垫层14截留灭活后，绝大部分的水生生物被灭活，小部分即便未被灭活，但迁移运动能力已大为削弱，无法穿透石英砂垫层14。当生物活性炭滤池即将进入反冲洗阶段时，首先关闭增压泵5，停止投加消毒剂，待石英砂垫层14中剩余的消毒液全部由长柄滤头16排出后，开始反冲洗。反冲洗水自底部配水空间17由长柄滤头16依次进入承托层15和石英砂垫层14，将石英砂垫层14中截留的死亡水生生物排除出生物活性炭滤池，少量耐受性较强的水生生物虽未死亡，但活性已大为降低，无法在滤料表面有效附着，也会被排除出生物活性炭滤池。

本发明实现了对生物活性炭滤池内孳生的水生生物的有效去除，并且截留灭活操作在石英砂垫层内完成，不会灭活生物活性炭滤池内的功能微生物和破坏活性炭孔隙结构。截留灭活操作通过收集部分活性炭滤水配制消毒液，消毒液再回流至生物活性炭滤池，整个生物活性炭滤池沿程断面流速基本稳定，生物活性炭滤池水力负荷不变。同时消毒剂混合投加系统中的穿孔集水支管和穿孔配水支管的管径较小，不超过50mm，因此其设置不会影响生物活性炭滤池滤速、反冲洗等过滤操作条件。此外，石英砂垫层的设置还可以截留活性炭层中脱落的生物膜和细碎活性炭颗粒等，提高出水生物安全稳定性。

尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种生物活性炭滤池水生生物的截留灭活方法，其特征在于，该方法在生物活性炭滤池内增设石英砂垫层和消毒剂混合投加系统，所述的石英砂垫层位于活性炭层下方，用于对水生生物进行截留，由消毒剂混合投加系统接触灭活石英砂垫层截留的水生生物；

所述的消毒剂混合投加系统主要由穿孔集水支管/或穿孔集水渠、穿孔配水支管/或穿孔配水渠、集水干管/干渠、配水干管/干渠、增压泵、水射器、阀门和流量计组成；

所述的穿孔集水支管/或穿孔集水渠和穿孔配水支管/或穿孔配水渠单独分开设置或者合并设置，合并设置时由挡板将其分为上下对称且互不相通的两部分，上半部分为穿孔集水支管/或穿孔集水渠，下半部分为穿孔配水支管/或穿孔配水渠；穿孔集水支管/或穿孔集水渠为小阻力配水形式，穿孔配水支管/或穿孔配水渠为大阻力配水形式；所述的集水干管/干渠、配水干管/干渠分别单独设置或合并设置，合并设置时由挡板将其分为上下对称且互不相通的两部分，上半部分为集水干管/干渠，下半部分为配水干管/干渠；

集水干管/或集水渠用于收集部分活性炭滤水，配水干管/或配水渠用于在石英砂垫层投加消毒液。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的石英砂垫层厚度为300~400mm，石英砂垫层中的石英砂粒径级配与给水厂石英砂滤料级配相同。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的穿孔集水支管/或穿孔集水渠有多个，多个穿孔集水支管/或穿孔集水渠和集水干管/干渠相连，所述的穿孔配水支管/或穿孔配水渠有多个，多个穿孔配水支管/或穿孔配水渠和配水干管/或配水渠相连。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的消毒液经穿孔配水支管/或穿孔配水渠的大阻力分配后，在生物活性炭滤池下向过滤水流作用下，自活性炭和石英砂界面处开始向下流经石英砂垫层，整个接触灭活过程在石英砂垫层内完成。

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