CN103253760B - 一种与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池 - Google Patents

Abstract

一种与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池，它涉及一种生物滤池。本发明为了解决现有的生物滤池对水体中悬浮颗粒物、浮游生物、底栖动物及微生物残体的过滤效果差，出水浊度高的技术问题。所述生物滤池包括进水口、布水层、承托层、填料层、防扰斜板、气浮释放器和负压膜组件。水处理工艺如下：将进水通过上向流生物滤池，经上部清水区的负压膜过滤，然后采用虹吸管自然虹吸出水，即完成水处理。本发明方法有效地去除了水中的有机污染物、天然有机物和氨氮等污染物，既减少了生物滤池内生物的流失，又避免了填料等颗粒物对膜的磨损破坏作用，也避免了生物代谢产物和生物细胞对膜的堵塞作用。

Description

一种与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池

技术领域

本发明涉及一种生物滤池。

背景技术

近年来，随着化肥、农药、除草剂等的大量使用，地表水受污染程度日益严重，氨氮、有机微污染物质如农药、臭味物质等已经成为水源中重要的污染物，因此，去除水中的氨氮、有机微污染物等，已经成为供水厂急需解决的难题。传统的混凝、沉淀、过滤工艺对氨氮、微量有机物等的去除率低，处理后出水难以满足国家对饮用水水质的相关标准的规定。与此同时，城市人地矛盾日益加剧，旧厂改造升级和新型水厂建设面临着土地成本升高的问题。因此，必须改变传统水处理工艺及理念以适应恶化的水源和日益严格的水质标准。

生物滤池技术是近年来常用的饮用水处理技术，主要用于去除水中有机污染物和氮氨，是目前已知的去除氮氨和有机物的有效且最经济可行的方法。但由于地表水水源相对贫营养，原水中有机基质、氮氨等污染物的浓度相对于污水来说是很低的，流经生物相的污染物浓度低、总量小，导致对氨氮、耗氧量等代表的污染物去除效率低。因此在微污染地表水处理中一般采用生物膜法，以各种不同的惰性介质作为载体，微生物在适宜的外部环境条件下逐渐附着在载体上，在不中溶解氧充分的条件下，发生好氧氧化作用，生物膜上的氨氧化细菌将氨氮最终氧化成硝酸盐，同时，好氧反硝化菌的存在会在一定程度上发生脱氮作用。生物膜上的一些异养微生物氧化分解水中的有机物，使水中的有机污染物及微污染得以去除，如耗氧量、莠去津、2，4-D等。

传统快滤池作为进入清水库前的最后一道重要处理工序，一般采用下向流过滤模式，滤料多采用无烟煤、活性炭、石英砂滤料或几种填料复合使用，但所选滤料的粒径较大，滤料对水中的悬浮颗粒物过滤效果较差，对水中微型生物、生物残体及浮游生物如剑水蚤等过滤效果差，生物穿透问题比较突出，虽然经过加氯消毒后可以灭杀，但最终出水可能出现肉眼可见物，对水质及供水安全造成不利影响。

膜法水处理技术以其独特的优势在水处理工业中得到越来越广泛的应用。其所涉及的原理是在外在压力的作用下，以一定的流速沿膜表面流动，利用膜上的微孔结构将水中小分子物质与水一起透过膜体到膜的另一侧，而大分子物质则被截留，从而实现水的净化处理。但是，在传统的膜过滤应用中，由于不能有效地预防膜污染，缺乏有效地膜清洗方法，造成了膜通量持续下降，工作用压力升高，使得产水量难以维持恒定，系统电耗增加，膜系统的维护工作量增大且使用寿命降低。本申请人经过长期的探索和实战，提出了一种有效且简便的浸没式负压膜与上向流流态化生物滤池耦合结构形式，以便更加有效地预防膜污染、膜磨损，形成科学的膜清洗、运行管理模式。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的生物滤池对水体中悬浮颗粒物、浮游生物、底栖动物及微生物残体的过滤效果差，出水浊度高的技术问题，提供了一种与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池及其水处理方法。

一种与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池包括进水口、布水层、承托层、填料层、防扰斜板、气浮释放器和负压膜组件，

所述的负压膜组件全部浸没在与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池内填料层上部的清水区；

所述的与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池顶部池壁设有平口溢流排渣槽，其溢流堰水平高度位于负压膜组件顶部之上100～500毫米处；

所述的防扰斜板位于生物滤池填料层4与负压膜组件7之间；

所述的防扰斜板为一系列旋转90度的“V”型或“W”型组件构成；

所述的防扰斜板的单个组件由两个或若干个长条型板材以长边依次相联接组成，夹角介于30度～90度；

所述的防扰斜板的每个组件朝同一个水平方向平行放置，各个组件间略有一定的重叠；

所述的气浮释放器位于负压膜组件7的底部，采用间歇或连续运行模式，微气泡由溶气罐或溶气泵产生；

所述的负压膜产水方式采用虹吸管8自然虹吸(抽吸泵为备用或启动时使用)出水。

本发明所涉及的原理是：在外在压力的作用下，以一定的流速沿膜表面流动，利用膜上的微孔结构将水中小分子物质与水一起透过膜体到膜的另一侧，而大分子物质则被截留，从而实现水的净化处理；在膜组件与滤料层之间设置有防扰层，防止上向流流态化生物滤池进水负荷变化及气冲、水冲带来的飘逸滤料对上层负压膜造成磨损及污染；在紧贴膜组件下部即防扰层上部设置有气浮释放器，定期或连续利用溶气罐或溶气泵产生的微气泡对膜材料进行冲刷清洗；自然虹吸原理产水，降低电耗等成本。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明生物滤池采用负压膜过滤方式出水，克服传统膜生物反应器应用过程中普遍存在的运行管理难、易磨损、易污染、电耗成本高的问题，降低了出水中的悬浮颗粒物和大分子污染物质，同时减少了生物滤池内生物的流失，利于生物滤池的生物稳定，减少了进入清水池中的生物量，可以有效地减少消毒剂的用量和消毒副产物的产生，降低市政供水管网内壁二次生物繁殖的风险，提高了水厂供水的安全性。

本发明生物滤池内的负压膜组件位于生物滤池内上部的清水区，解决了传统膜生物反应器中填料(生物载体或吸附剂)对膜材料的磨损作用和细颗粒物堵塞作用，延长了膜材料的使用寿命，降低了运行成本和反冲频率。

本发明生物滤池在滤料层与膜组件之间引入防扰斜板，有效地防止上向流流态化生物滤池进水负荷变化及气冲、水冲等可能带来的飘逸滤料对上层负压膜组件造成的磨损及污染，进一步延长了膜材料的使用寿命，降低了运行成本和反冲频率。

本发明生物滤池中，在紧贴负压膜底部设置有气浮释放器，定期或连续采用气浮的方法将滤池上部水中的浓缩的有机物等通过微气泡浓缩、分离，使滤池内未被截留的浮游生物、老化生物膜、生物膜运行产生的分泌物等在上向流水体的协同作用下通过顶部池壁的溢流堰流出生物滤池，同时通过密集小气泡对负压膜进行反冲刷作用，有效地消除了破碎滤料、生物代谢产物、胞外大分子和老化生物膜对膜的堵塞作用和膜污染作用，从而保证了长时间的稳定出水，减少了反冲洗频率，降低了运行成本和管理难题。

本发明生物滤池中的负压膜利用自然虹吸的原理产水，有效降低了运行成本。

本发明生物滤池降低了对运行环境的要求，亦可用于制作小型或移动应急供水设备，提高了生物滤池的应用领域。

附图说明

图1是本发明采用上向流流态化生物滤池的水处理过程的示意图，图2是本发明中防扰斜板侧面示意图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式。

具体实施方式一：本实施方式中一种与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池包括进水口1、布水层2、承托层3、填料层4、防扰斜板5、气浮释放器6和负压膜组件7，其特征在于：

所述的负压膜组件7全部浸没在与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池内填料层4上部的清水区；

所述的防扰斜板5位于生物滤池填料层4与负压膜组件7之间；

所述的气浮释放器6位于负压膜组件7的底部；

所述的与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池顶部池壁设有平口溢流排渣槽，其溢流堰水平高度位于负压膜组件7顶部之上100～500毫米处。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述的防扰斜板5为一系列旋转90度的“V”型或“W”型组件构成。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是所述的防扰斜板5的单个组件由两个或若干个长条型板材以长边依次相联接组成，夹角介于30度～90度。其它与具体实施方式一或二之一不相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是所述的防扰斜板5的每个组件朝同一个水平方向平行放置，各个组件间略有一定的重叠。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是负压膜组件7底部设置有气浮释放器，采用间歇或连续运行模式，微气泡由溶气罐或溶气泵产生。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是所述的负压膜产水方式采用虹吸管8自然虹吸或抽吸产水泵出水。其它与具体实施方式一至五之一相同。

采用下述实验验证本发明效果：

实验一：

一种与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池包括进水口1、布水层2、承托层3、填料层4、防扰斜板5、气浮释放器6和负压膜组件7，其特征在于：

所述填料层4为由粒径为0.25～0.85毫米无烟煤组成，填料层4厚度2.0米；

所述的负压膜组件7全部浸没在与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池内填料层4上部的清水区；

所述的与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池顶部池壁设有平口溢流排渣槽，其溢流堰水平高度位于负压膜组件7顶部之上500毫米处；

所述负压膜为微滤膜，主要成份为聚偏氟乙烯材料；

所述的防扰斜板5位于生物滤池填料层4与负压膜组件7之间；

所述的防扰斜板为旋转90度的“V”字组件构成；

所述的气浮释放器6位于负压膜组件7的底部；

所述气浮冲刷运行方式为间歇运行，微气泡由高压溶气罐供应，间歇时间为15分钟，运行时间5分钟；

所述负压膜组件7反冲洗时采用负压膜过滤出水进行定期、自动、依次反冲洗；

将进水以12米/小时通过上向流生物滤池，然后采用虹吸管8自吸(抽吸泵为备用)产水，即完成水处理。

实验结果：

所用原水为北方某季节性重染污河流水经过常规混凝沉淀预处理。

实验二：

一种与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池包括进水口1、布水层2、承托层3、填料层4、防扰斜板5、气浮释放器6和负压膜组件7，其特征在于：

所述填料层4为由直径为1.5毫米柱状活性炭组成，填料层4厚度2.6米；

所述的负压膜组件7全部浸没在与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池内填料层4上部的清水区；

所述的与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池顶部池壁设有平口溢流排渣槽，其溢流堰水平高度位于负压膜组件7顶部之上500毫米处；

所述负压膜为超滤膜；

所述的防扰斜板5位于生物滤池填料层4与负压膜组件7之间；

所述的防扰斜板为旋转90度的“V”字组件构成；

所述的气浮释放器6位于负压膜组件7的底部；

所述气浮冲刷运行方式为间歇运行，微气泡由高压溶气罐供应，间歇时间为15分钟，运行时间5分钟；

所述负压膜组件7反冲洗时采用负压膜过滤出水进行定期、自动、依次反冲洗；

将进水以13.5米/小时通过上向流生物滤池，然后采用虹吸管8自吸(抽吸泵为备用)产水，即完成水处理。

实验结果：

所用原水为北方某季节性重染污河流水经过常规混凝沉淀-催化臭氧氧化预处理。

Claims (6)

1.一种与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池，其特征在于所述一种与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池包括进水口(1)、布水层(2)、承托层(3)、填料层(4)、防扰斜板(5)、气浮释放器(6)和负压膜组件(7)，其特征在于：

所述的负压膜组件(7)全部浸没在与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池内填料层(4)上部的清水区；

所述的防扰斜板(5)位于生物滤池填料层(4)与负压膜组件(7)之间；

所述的气浮释放器(6)位于负压膜组件(7)的底部；

所述的与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池顶部池壁设有平口溢流排渣槽，其溢流堰水平高度位于负压膜组件(7)顶部之上100～500毫米处。

2.根据权利要求1所述一种与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池，其特征在于所述的防扰斜板(5)为一系列旋转90度的“V”型或“W”型组件构成。

3.根据权利要求1所述一种与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池，其特征在于所述的防扰斜板(5)的单个组件由两个或若干个长条型板材以长边依次相联接组成，夹角介于30度～90度。

4.根据权利要求1所述一种与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池，其特征在于所述的防扰斜板(5)的每个组件朝同一个水平方向平行放置，各个组件间略有一定的重叠。

5.根据权利要求4所述一种与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池，其特征在于负压膜组件(7)底部设置有气浮释放器，采用间歇或连续运行模式，微气泡由溶气罐或溶气泵产生。

6.根据权利要求1所述一种与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池，其特征在于所述的负压膜产水方式采用虹吸管(8)自然虹吸或抽吸产水泵出水。