CN104150585B - 强化脱氮除藻的原水生物膜预处理工艺装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种强化脱氮除藻的原水生物膜预处理工艺装置及方法。该工艺装置在反应器本体底部侧面设有进水管、进水单元、进水布水板、曝气装置、曝气管、分格筛网、载体填充区域、出水布水板、出水单元、溢流堰和出水管；在此基础上，提供一种强化脱氮除藻的原水生物膜预处理工艺启动与运行方法。本发明的优点在于富集生物膜有效去除原水中的氮素等污染物，并通过吸附、机械截留等作用同步去除藻类；进水布水板能大幅减少反应器死区体积，并协同分格筛网、出水布水板和填充载体有效截留藻类；预挂膜填料有助于缩短生物膜预处理工艺启动周期，缩短实现反应器同步脱氮除藻的时间；曝气条件及位置的优化，既强化了氨氧化性能又减少了曝气能耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种强化脱氮除藻的原水生物膜预处理工艺装置及方法，属于饮用水预处理技术领域。
背景技术
氮素等营养元素进入水体会导致水体富营养化，引起藻类大量爆发，严重恶化环境水体及水源地水质，不但增加饮用水处理成本，更可能引起严重的饮用水安全问题。在普遍应用的消毒工艺中，铵盐或有机物能与氯发生反应产生消毒副产物(DBP)，破坏人类神经系统；而藻类的破碎会释放出大量的有机物和藻毒素。有机污染物是普遍认为的DBP前体，在消毒过程中易形成具有“三致”作用的消毒副产物，而藻毒素既可形成消毒副产物，且本身具有直接的毒害作用。一般认为藻类只有在死后裂解或破损时，才将毒素释放出来使水体中藻毒素含量超过健康标准，因此研究认为需在藻类生长阶段将其去除。鉴于此，在进入消毒工艺之前去除水体中的氮素、有机物和藻类，是规避饮用水风险的最好方式。
生物膜技术以其持留微生物能力强、抗负荷波动能力高、运行成本低等优势，能有效的提高出水生物稳定性，在国内外已广泛应用于原水预处理、富营养化水体修复、低浓度污水处理等领域。然而，目前的原水生物膜预处理工艺多集中于氨氮和CODMn去除，去除效率亟需进一步强化；而且原水预处理生物膜工艺中多采用完全曝气的模式，为了既能够满足脱氮需求又能减少曝气能耗，需进一步优化曝气，此外，原水生物膜预处理工艺也很少涉及到氮素与藻类的同步去除。如何优化曝气并强化原水生物膜预处理工艺的脱氮性能，利用生物膜工艺实现藻类的去除减少后续处理工艺风险具有应用价值。
发明内容
本发明以原水生物膜预处理工艺为依托，优化反应器的曝气，在强化原水氮素去除的基础上，利用填料的机械截留作用及载体生物膜的吸附、吸着和捕食消解作用去除藻类，实现原水生物膜预处理工艺同步脱氮除藻，增加水质生物稳定性，减少后续工艺的处理风险。
本发明的目的在于提供一种强化脱氮除藻的原水生物膜预处理工艺装置及方法。
，它具有反应器本体，在反应器本体底部一侧到另一侧依次设有进水管、进水单元、进水布水板、曝气装置、曝气管、载体填充区域、出水布水板、出水单元，和出水管；所述的出水单元设有溢流堰，所述的载体填充区域设有多个分格筛网。
所述的反应器本体呈长方体状，装置长、宽、高的比分别为5~10:0.3~0.7:1；进水布水板和出水布水板为有孔筛板，孔洞均匀分布于筛板之上，孔径大小为0.4~5cm，总的孔洞面积S1占筛板总面积S2比为0.2~0.8:1。
所述的曝气管设置在反应器前端区域，距反应器底部距离为5~50cm,曝气区域面积S3占反应器底部总面积S4的5%~50%。
所述的分格筛网(6)的孔径大小为0.2~5cm，分布位置在反应器长度的0.2~0.5倍处，设置2-4处。
所述的载体填充区域装填的填料为弹性填料、组合填料或悬浮球填料，堆积或悬挂填充。
一种所述的装置强化脱氮除藻的原水生物膜预处理方法，包括以下步骤：
(1) 以原水为基质，连续流运行，HRT为4~48h；载体为全新的或预挂膜成功的弹性填料、组合填料或悬浮球填料，实体积填充率为1.5~10%，堆积填充率大于80%；
(2) 供氧方式为机械曝气，气液比1~10:1，反应器内DO浓度大于1.0 mg/L；
(3) 每15~30天对反应装置中载体、分格筛网及进出水布水板进行人工或机械清藻。
所述预挂膜的填料其生物量大于等于0.50 mg TOC g-1 载体，最佳DO浓度范围1~2.6 mg/L。
本发明的优点：
生物膜能够有效去除原水中的氮素等污染物，并通过吸附、机械截留等作用去除藻类，实现同步脱氮除藻；进水布水板能有效分布进水减少反应器死区体积，并协同分格筛网、出水布水板和填充载体有效截留藻类；预挂膜填料有助于缩短生物膜预处理工艺启动周期，缩短实现反应器同步脱氮除藻的时间；曝气条件及位置的优化，既强化了氨氧化性能又减少了曝气能耗。
附图说明
附图是一种强化脱氮除藻的原水生物膜预处理工艺装置主体结构示意图；图中：1为进水管、2为进水单元、3为进水布水板、4为曝气装置、5为曝气管、6为分格筛网、7为载体填充区域、8为出水布水板、9为出水单元、10为溢流堰、11为出水管。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
如附图所示，一种强化脱氮除藻的原水生物膜预处理工艺装置，反应器本体底端侧面设有进水管1、进水单元2、进水布水板3、曝气装置4、曝气管5、分格筛网6、载体填充区域7、出水布水板8、出水单元9、溢流堰10和出水管11。
反应器本体呈长方体状，装置长、宽、高的比分别为5:0.3~0.7:1；进水布水板3和出水布水板8为有孔筛板，孔洞均匀分布于筛板之上，孔径大小为0.4~5cm，总的孔洞面积S1占筛板总面积S2比为0.2~0.8:1；曝气管5设置在反应器前端区域，距反应器底部距离为10~50cm，曝气区域水平面积S3占反应器底部总面积S4的5%~50%；分格筛网6的孔径大小为0.2~5cm，分布位置在反应器长度的0.2~0.5倍处，设置2-4处。
使用时，本发明可用钢材或钢筋混凝土构建，污染原水由反应器本体一侧进水管1进入进水单元2，经由进水布水板3流过反应器载体和分格筛网6，再经过出水布水板8和出水单元9汇集出水经反应器另一侧的溢流堰10由出水口11排出。所述的载体填充区域7装填的填料为弹性填料、组合填料或悬浮球填料，堆积或悬挂填充。
使用本发明装置时，以原水为基质，连续流运行，HRT为4~48h；载体为全新的或预挂膜成功的弹性填料、组合填料或悬浮球填料，实体积填充率为1.5~10%，堆积填充率大于80%；其中所述的预挂膜的填料其生物量大于等于0.50 mg TOC g-1 载体；供氧方式为机械曝气，气液比1~10:1，反应器内DO浓度大于1.0 mg/L；最佳DO浓度范围1~2.6 mg/L。每15~30天对反应装置中载体、分格筛网及进出水布水板进行人工或机械清藻。
实施例1：
反应器本体呈长方体状，反应器有效体积64 L，装置长、宽、高的比分别为5:0.5:1；进水布水板3和出水布水板8为有孔筛板，孔洞均匀分布于筛板之上，孔径大小为1 cm，总的孔洞面积S1占筛板总面积S2比为0.2:1；曝气管5设置在反应器前端区域，距反应器底部距离为5cm,曝气区域水平面积S3占反应器底部总面积S4的10%；分格筛网6的孔径大小为0.5cm，分布位置在反应器长度的0.3倍处，设置2处。
装置装填的填料为预挂膜的弹性填料，其载体附着生物量0.95 mg TOC g-1 载体；致密堆积填充，实体积填充率为1.52%，堆积填充率大于80%。以原水为基质，连续流条件运行，HRT为16 h。供氧方式为机械曝气，气液比1:1；反应器内DO浓度为最佳DO浓度范围2.2 mg/L，25天人工清理反应装置中附着的藻类。运行第31天，反应装置进出水叶绿素a浓度分别为8.7 和5.5 mg m-3，藻类去除率为36.5%，而运行到101天，进水叶绿素a浓度为6.7 mg m-3，而出水未检测到叶绿素含量。在反应器启动阶段，最高氨氮去除率便能达到90%，出水氨氮浓度低至0.28 ± 0.08 mg/L，低于0.5 mg/L（GB5749-2006）。
实施例2：
采用全新的弹性填料，气液比1:1，反应器内DO浓度为1.8 mg/L，其余条件均同实施例1。由于采用新填料，运行第31天，反应装置进出水叶绿素含量没有显著变化，当生物膜形成之后，对叶绿素有了显著的去除，而运行到101天时，反应器出水未检测到叶绿素含量（进水叶绿素水平同实施例2）。在反应器启动阶段运行性能较实施例2有较大波动，但经过一段时间的运行，出水氨氮浓度仍低至0.37± 0.19 mg/L，满足GB5749-2006限定的0.5 mg/L要求。
Claims (3)
1.一种强化脱氮除藻的原水生物膜预处理工艺装置，其特征在于，它具有反应器本体，在反应器本体底部一侧到另一侧依次设有进水管(1)、进水单元(2)、进水布水板(3)、曝气装置(4)、曝气管(5)、载体填充区域(7)、出水布水板（8）、出水单元(9)，和出水管（11）；所述的出水单元(9)设有溢流堰(10)，所述的载体填充区域(7)设有多个分格筛网(6)；
所述的反应器本体呈长方体状，装置长、宽、高的比分别为5~10:0.3~0.7:1；进水布水板(3)和出水布水板（8）为有孔筛板，孔洞均匀分布于筛板之上，孔径大小为0.4~5cm，总的孔洞面积S1占筛板总面积S2比为0.2~0.8:1；
所述的曝气管(5)设置在反应器前端区域，距反应器底部距离为5~50cm,曝气区域面积S3占反应器底部总面积S4的5%~50%；
所述的分格筛网(6)的孔径大小为0.2~5cm，分布位置在反应器长度的0.2~0.5倍处，设置2-4处；
所述的载体填充区域(7)装填的填料为弹性填料、组合填料或悬浮球填料，堆积或悬挂填充。
2.一种采用权利要求1所述的装置强化脱氮除藻的原水生物膜预处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以原水为基质，连续流运行，HRT为4~48h；载体为全新的或预挂膜成功的弹性填料、组合填料或悬浮球填料，实体积填充率为1.5~10%，堆积填充率大于80%；
(2)供氧方式为机械曝气，气液比1~10:1，反应器内DO浓度大于1.0 mg/L；
(3)每15~30天对反应装置中载体、分格筛网及进出水布水板进行人工或机械清藻。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预挂膜的填料其生物量大于等于0.50 mg TOC g-1 载体，最佳DO浓度范围1~2.6 mg/L。
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