CN103553216A - 双点进水生物滤池及用其抑制溶解性有机氮生成的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种双点进水生物滤池，包括滤池本体，所述的滤池本体的顶部设有第一进水口、底部设有出水口、内部设有滤料层；滤料层下方设有承托层，所述的滤料层的高度为100-120cm；距离滤料层顶部10-20cm处设有布水器，布水器同一水平面连通有第二进水口；第一进水口与第二进水口分设于滤池本体的左右两侧；第一进水口与第二进水口的进水量比为2～2.5:1。本发明滤池采用两点进水，对于控制过滤池出水的DON效果远优于单点进水方式的普通砂滤池及单点进水方式的活性炭-石英砂双层滤池。其原因在于第二点注入原水后的微环境的改变更适合微生物的活性；而微生物活性的提高有利于降低和抑制溶解性有机氮的生成。
Description
技术领域
本发明属于一种饮用水的处理技术领域，特别涉及一种双点进水生物滤池及用其抑制溶解性有机氮生成的方法。
背景技术
饮用水中溶解性有机氮（DON）是由包含各种含氮官能团的一系列化合物组成。饮用水在采用氯消毒过程中，氯可与有机物发生加成和取代反应而生成多种对人体有毒有害的常规卤代有机物等以外，还可与溶解性有机氮发生反应生成含氮消毒副产物如卤代硝基甲烷、卤代乙腈、卤代乙酰胺和非卤代的亚硝胺类化合物等。这些含氮消毒副产物对人体的致癌性比常规消毒副产物更强。特别是其中一种重要的含氮消毒副产物N-亚硝基二甲胺（N-nitrosodimethylamine，NDMA）是一类亚硝胺类化合物，其毒性更强。
而目前饮用水水源地污染日益严重，而我国水源水污染的特点就是氨氮、有机污染物含量较高等。在常规水处理工艺中，石英砂滤池由于运行过程中，附着一层微生物膜，从而形成饮用水生物滤池。而污染的水源水在由上述普通石英砂生物滤池过滤后，溶解性有机氮会出现浓度增加的现象。然而高浓度溶解性有机氮在氯消毒过程中存在着更易生成消毒副产物、尤其是含氮消毒副产物（N-亚硝基二甲胺）的可能，给民众带来健康风险。因此，如何改进生物滤池的填料方式，抑制过滤过程中溶解性有机氮的生成，对于降低饮用水的毒害风险、保证饮用水安全有重要意义。
发明内容
本发明针对现有技术的上述不足，提供一种能有效抑制过滤过程中溶解性有机氮的生成的双点进水方式生物滤池。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种双点进水方式生物滤池，该生物滤池包括滤池本体，所述的滤池本体的顶部设有第一进水口，滤池本体的底部设有出水口，滤池本体的内部设有滤料层，所述的滤料层下方设有过滤并承托滤料层的承托层，所述的滤料层的高度为100-120cm；距离滤料层顶部10-20cm处设有布水器，所述的布水器同一水平面连通有第二进水口；所述的第一进水口与第二进水口分别设于滤池本体的左、右两侧。
作为优选，所述的滤料层为双层，包括上部的活性炭层和下部的石英砂层；所述的的活性炭层的高度为10-60cm，所述的石英砂层的高度为40-110cm。
作为优选，所述的距离滤料层顶部20cm处设有布水器，所述的布水器同一水平面连通有第二进水口。
本发明还提供一种利用上述双点进水方式的生物滤池来抑制溶解性有机氮生成的方法，该方法步骤为：（1）首先从第一进水口和第二进水口同时向滤池本体内进水，第一进水口和第二进水口的进水量之比为2～2.5:1；（2）步骤（1）的进水在重力作用下沿着滤料层、承托层向滤池本体的底部流去，然后经出水口流出。
作为优选，本发明上述的第一进水口的进水量为30-50L/h，第二进水口的进水量为10-25L/h；进一步优选为第一进水口的进水量为40L/h，第二进水口的进水量为20L/h。本发明的优点和有益效果：
（1）本发明滤池采用两点进水的结构，对于控制过滤池出水的DON效果远优于单点进水方式的普通砂滤池及单点进水方式的活性炭-石英砂双层滤池。其原因在于第二点注入原水后的微环境的改变更适合微生物的活性；而微生物活性的提高有利于降低和抑制溶解性有机氮的生成。
（2）本发明滤池的第一进水口和第二进水口分设于滤池本体的两侧，更利于两种原水（即第一进水口进入的待过滤的水和第二进水口进入的待过滤的水）交融、混合均匀，使得最终出水口的水抑制溶解性有机氮的生成的效果平均、一致。
（3）本发明滤池的滤料层为双层，包括上部的活性炭层和下部的石英砂层；所述的活性炭层的高度为10-60cm，所述的石英砂层的高度为40-110cm。采用上述结构，能更加充分过滤和分解原水中的有机氮，有效降低原水中有机氮的生成，并对其他杂质进行有效净化。
（4）本发明的方法能有效降低有机氮的生成，这是因为：使用脂磷法测定了生物滤池滤料附着的生物量，而随着滤层的加深生物量呈逐渐下降的趋势。而滤池中的DON变化呈先降低后上升的趋势。生物滤池除去滤料对DON的物理吸附和化学吸附外，其微生物起到更主要的作用。滤池进水中含有微生物难利用的DON相对量少，在进入滤池上层时，除被滤料层的物理吸附和化学吸附作用吸附外，DON同时也被微生物所分解；在滤池表层进水中的NH4+-N、有机物、溶解氧和微量元素等营养物质丰富，异养细菌繁殖速率高，新陈代谢作用旺盛，微生物活性高，因此可迅速吸收利用水中的DON。然而经过滤池表层的微生物处理后的DON更难于被微生物所利用，随着滤层的加深、水中可生物降解有机物浓度和DO逐渐减少，pH也逐渐降低，底物浓度和DO成为反应速率的限制因素。此时微生物逐渐处于生长率下降阶段或内源呼吸阶段，释放出SMPs等溶解性有机物，从而使得水中的DON又逐渐升高了，最后滤池出水DON浓度高于进水。而本发明双点进水的方法与单点进水方式相比较，双点进水方式在滤层深为20cm处再注入一定原水后可控制滤池出水DON的浓度。特别在第二种进水方式，即40、20L/h时后半程 DON控制效果更显著。双点进水可以使一部分含有较高的溶解氧和较高的pH值新鲜的原水进入滤柱较低层，而使得生物滤池柱中沿程中水的溶解氧和pH具有有别于单点进水方式的规律。
在滤池中溶解氧沿程呈逐渐降低趋势。但由于在20cm滤层处有高溶解氧的原水流入，使得在30cm滤层处溶解氧下降迟缓。相对于单点进水来说，双点进水的生物滤池出水中溶解氧减少幅度小。
另外，双点进水方式的生物滤池也满足浊度的去除效果。在滤柱的0-10cm滤柱层，浊度急剧降低，浊度去除率高达80%以上。第二点进水后30cm滤层浊度有轻微的上升，最大上升量为0.003NTU，在50cm滤层浊度已降下，出水中浊度低于0.2NTU。整个生物滤池柱可以保证去除颗粒物、浊度等的要求。
附图说明
图1不同进水方式生物滤池中DON的对比图。
图2不同进水方式生物滤池滤层沿程DON的变化图。
图3本发明双点进水方式生物滤池结构示意图（单层滤料层）。
图4本发明双点进水方式生物滤池结构示意图（双层滤料层）。
如图所示：1.滤池本体，2.出水口，3.承托层，4.滤料层，4.1.活性炭层，4.2.石英砂层，5.布水器，6.第一进水口，7.第二进水口。
具体实施方式：
以下结合具体的实施例对本发明的技术方案进一步详细描述。
实施例
本发明的本发明双点进水方式生物滤池，如图3所示，该生物滤池包括滤池本体1，所述的滤池本体1的顶部设有第一进水口6，滤池本体1的底部设有出水口2，滤池本体1的内部设有滤料层4，所述的滤料层4下方设有过滤并承托滤料层的承托层3（承托层一般由鹅卵石或大颗粒的粗砂等构成，以防止滤料的流失），所述的滤料层4的高度为100-120cm；距离滤料层4顶部10-20cm处设有布水器5，所述的布水器5同一水平面连通有第二进水口7；所述的第一进水口6与第二进水口7分别设于滤池本体1的左、右两侧。
如图4所示，本发明所述的滤料层4为双层，包括上部的活性炭层4.1和下部的石英砂层4.2；所述的的活性炭层的高度为10-60cm，所述的石英砂层的高度为40-110cm。
本发明实施例以地表水与自来水按1:1体积比例配水为水样，分别用已经挂膜成熟的活性炭单一滤池、石英砂单一滤池及活性炭石英砂双层滤料滤池（层高为20cm、80cm） 对水样进行过滤，过滤流速为8米/小时，每24小时反冲洗一次。取滤池各个滤池出水水样，测定溶解性有机氮，结果如图1，纵坐标表示滤池出水DON浓度与进水DON的浓度之比。可见双点进水特别是顶端和20cm滤池处两点进水量为40、20L/h时控制DON的生成效果最为显著，双点进水明显优于单点进水方式，可有效地达到抑制溶解性有机氮的目的。
实施例2
下面以双层滤料滤池以活性炭-石英砂为例，对不同进水方式的生物滤池柱控制DON的效果进行了比较。生物滤池沿程DON变化图（图2）中可见单点进水方式时，DON在0-20cm滤层的下降幅度最大，而之后，随着溶解氧、pH的降低，可生物利用有机物浓度降低，微生物逐渐进入生长率下降阶段及内源呼吸阶段，微生物释放的DON急剧上升。而相对于单点进水方式，双点进水可以给较低层提供微生物所需的溶解氧，延长弱碱性环境及较丰富的可生物利用有机物。这些有利条件延缓了微生物进入生长率下降阶段及内源呼吸阶段时间，使得微生物释放DON的量较单点进水方式更少。在滤池出水口出，单点进水方式的DON浓度最高，双点进水量为50、10L/h次之，双点进水量为40、20L/h最低。
由前面实验结果可知，单点进水的滤池在20cm处DON达到沿程的最低值。而通过在20cm处再注入一定量的原水，可以增加提供给下层微生物溶解氧和易被微生物所利用的有机质，改善水质微环境，从而使得具有较强活性的微生物向下层移动。在第二点注入新的原水后，滤池中原水注入点稍下层（30cm）处的微生物量有小幅的增加，同时溶解氧和pH下降迟缓，这些条件的改进都利于微生物的保持较强的活性。从而使得DON在单点进水时的DON最低值处后面进一步降低，从而达到了降低整个生物滤池出水DON浓度的目的。
Claims (6)
1.一种双点进水生物滤池，该生物滤池包括滤池本体（1），所述的滤池本体（1）的顶部设有第一进水口（6），滤池本体（1）的底部设有出水口（2），滤池本体（1）的内部设有滤料层（4），所述的滤料层（4）下方设有过滤并承托滤料层的承托层（3），其特征在于：所述的滤料层（4）的高度为100-120cm；距离滤料层（4）顶部10-20cm处设有布水器（5），所述的布水器（5）同一水平面连通有第二进水口（7）；所述的第一进水口（6）与第二进水口（7）分别设于滤池本体（1）的左、右两侧。
2.根据权利要求1所述的双点进水生物滤池，其特征在于：所述的滤料层（4）为双层，包括上部的活性炭层（4.1）和下部的石英砂层（4.2）；所述的的活性炭层（4.1）的高度为10-60cm，所述的石英砂层（4.2）的高度为40-110cm。
3.根据权利要求1所述的双点进水生物滤池，其特征在于：所述的布水器（5）设有于距离滤料层顶部20cm处。
4.一种利用双点进水生物滤池来抑制溶解性有机氮生成的方法，其特征在于：制备步骤为：（1）首先从第一进水口（6）和第二进水口（7）同时向滤池本体内进需要净化过滤的原水，第一进水口（6）和第二进水口（7）的进水量之比为2～2.5:1；（2）步骤（1）的原水在重力作用下沿着滤料层（4）、承托层（3）向滤池本体（1）的底部流去，然后经出水口（2）流出。
5.根据权利要求4所述的利用双点进水生物滤池来抑制溶解性有机氮生成的方法，其特征在于：所述的第一进水口的进水量为30-50L/h，第二进水口的进水量为10-25L/h。
6.根据权利要求5所述的利用双点进水生物滤池来抑制溶解性有机氮生成的方法，其特征在于：所述的第一进水口的进水量为40L/h，第二进水口的进水量为20L/h。
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