CN106915874A - 生物接触氧化超滤一体化净水处理装置及方法 - Google Patents

生物接触氧化超滤一体化净水处理装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物接触氧化超滤一体化净水处理装置及方法，所述装置包括池体、炭泥活化培养池，活性炭投加系统、曝气系统及气提系统，炭泥活化培养池设置在池体顶部，活性炭投加系统连接在炭泥活化培养池顶部进水侧，炭泥活化培养池底部经空气管道与曝气系统连接；所述池体包括曝气絮凝反应池、浸没式超滤膜组件、斜管沉淀池和储泥池。本发明集强化混凝、生物接触氧化、膜分离于一体，利用粉末活性炭大的比表面积，使粉末活性炭吸附预处理，结合超滤膜技术对颗粒、胶体以及病原性微生物高效截留效能实现一体化净水处理，出水满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749‑2006)的水质要求，具有绿色、经济、高效的优点。

Description

生物接触氧化超滤一体化净水处理装置及方法
技术领域
本发明涉及一种一体化净水处理装置及其应用方法，属于饮用水处理技术领域。
背景技术
近年来，随着社会经济的不断发展，各类污染物大量进入水体，造成我国水源水质呈不断恶化的趋势，传统的以去除浊度和微生物的常规工艺(混凝-沉淀-过滤-消毒)已难以有效应对。超滤膜(UF)技术由于其对与颗粒、胶体以及病原性微生物高效截留效能，已经被认为是替代传统的澄清和过滤技术的最佳方法。目前已广泛应用与水处理当中。但超滤技术作为纯粹的物理过滤方式，受其膜孔径的限值，造成其对水中溶解性有机物的去除效果不佳。此外，水中的天然有机物(NOM)和藻类代谢产物等还会造成膜的污染，影响着超滤技术在给水领域的推广应用。由于超滤技术的局限性，在实际处理过程中往往同其他技术联用组成膜组合工艺，其中粉末活性炭(PAC)由于具有非常大的比表面积，使粉末活性炭吸附预处理成为目前应用最广泛的膜前预处理技术之一。然而水处理工艺中，粉末活性炭的有效停留时间仅为10～20min，吸附能力并未得到完全发挥就随沉淀污泥排出，在PAC预吸附工艺存在着吸附容量得不到充分发挥以及投量较难控制的问题，影响出水水质及运行的经济性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，提供一种绿色、经济、高效的生物接触氧化超滤一体化净水处理装置及其应用方法。
为解决这一技术问题，本发明提供了一种生物接触氧化超滤一体化净水处理装置，包括池体、炭泥活化培养池，活性炭投加系统、曝气系统及气提系统，炭泥活化培养池设置在池体顶部，活性炭投加系统连接在炭泥活化培养池顶部进水侧，炭泥活化培养池底部经空气管道与曝气系统连接；所述池体包括曝气絮凝反应池、浸没式超滤膜组件、斜管沉淀池和储泥池，所述曝气絮凝反应池设置在浸没式超滤膜组件一侧，浸没式超滤膜组件设置在斜管沉淀池顶部，通过穿孔隔离罩与斜管沉淀池隔离，曝气絮凝反应池一侧通过空气管道与曝气系统连接，另一侧同斜管沉淀池连接，斜管沉淀池的排泥通过沉淀池底部斜管收集系统进入储泥池；所述储泥池通过DN32管路同气提系统连接，浸没式超滤膜组件同虹吸泵连接。
所述炭泥活化培养池内通过挡板平均分为6格，每格底部设DN15曝气管1根，曝气管长度0.8m，每个曝气管上平均分布曝气头4个，曝气管通过管道与曝气系统连接。
所述曝气絮凝反应池分3格布置，每格反应区底部通过管道与曝气系统相连接。
所述浸没式超滤膜组件的超滤膜采用中空纤维超滤膜，PVDF材质，膜通量30L/m2·h，反冲洗周期为1h，反冲洗时间为60s，反冲洗通量为60L/m2·h。所述浸没式超滤膜装置采用浸没式中空纤维超滤膜，过滤方式为死端过滤。
所述活性炭投加系统包括活性炭混合系统及药剂加注计量泵。
所述气提系统设有PCL控制程序，可根据需要控制污泥回流控制阀的开启、开度及时间，空压机为气提装置提供气源。
本发明净水处理装置还包括空压机、管道混合器、转子流量计、加注计量泵和控制系统。
本发明还提供了一种净水处理净水处理的方法，包括以下步骤：
步骤一：形成活性生物体炭泥：向进水中投加混凝剂：通过斜管沉淀池的沉淀作用积累污泥，并定期通过气提系统将污泥提升至炭泥活化培养池曝气运行，维持污泥的浓度和活性；然后将活性污泥回流至曝气絮凝反应池循环运行，最终形成活性污泥浓度在8-10％，活性污泥的形成周期约15-30d；
步骤二：粉末活性炭的投加：活性污泥浓度达到要求之后，向炭泥活化培养池投加粉末活性炭，粉末活性炭可采用逐步或一次性投加的方式，通过活性炭投加系统投入炭泥活化培养池内，使炭泥活化培养池内的生物炭泥浓度在4000-10000ppm，絮凝曝气反应池中污泥浓度在500-1000ppm；
步骤三：生物炭泥的培养：粉末活性炭浓度达到要求后，通过空气泵和气体流量计对炭泥活化培养池内污泥进行不间断曝气，保持生物炭泥浓度及活性，其中炭泥活化培养池内溶解氧浓度为10～15mg/L，生物炭泥浓度需控制在3000～5000ppm；
步骤四：生物炭泥接触氧化及膜滤产水：生物炭泥培养成熟后，净水处理装置实现绿色无药剂连续产水，净水过程中，原水在曝气絮凝反应池同生物炭泥混合，通过生物炭泥的生物接触氧化的降解及活性炭的吸附作用，充分降解水中溶解性有机物及藻类代谢产物等污染物，其中絮凝区曝气量为4～6L/S·m2，生物炭泥回流比为5％～10％。絮凝区反应时间为15～20min；絮凝反应池出水进入斜管沉淀池进行沉淀，斜管沉淀池污泥进入储泥池收集，并通过气提系统定期回流至炭泥活化培养池，其中气提周期为2～3h，每次气提时间约3～5min；浸没式超滤膜组件对斜管沉淀池出水进行进一步过滤处理，利用产水泵的负压或虹吸作用完成膜系统的产水。
步骤五：底泥的外放及活性炭补充：在净水处理装置运行过程中，炭泥混合物在循环运行过程中会逐渐累积，当炭泥浓度太高时，通过储泥池底部排泥阀将一部分炭泥混合液排出系统，同时，炭泥混合物的外排会造成一部分粉末活性炭的流失，具有吸附效能同时兼具载体功能的活性炭的流失需要通过外加活性炭来进行补充，根据排泥量的多少来确定粉末活性炭的投加量，污泥外排及活性炭补充周期为3-5个月。
有益效果：本发明集强化混凝、生物接触氧化、膜分离于一体，利用粉末活性炭大的比表面积，使粉末活性炭吸附预处理，结合超滤膜技术对颗粒、胶体以及病原性微生物高效截留效能实现一体化净水处理，出水满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)的水质要求，具有绿色、经济、高效的优点。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图。
图中：1炭泥活化培养池、2曝气絮凝反应池、3浸没式超滤膜组件、4斜管沉淀池、5储泥池、6活性炭投加系统、7曝气系统、8气提系统、9池体。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做具体描述。
图1所示为本发明的工艺流程示意图。
本发明包括池体9、炭泥活化培养池1，活性炭投加系统6、曝气系统7及气提系统8，原水通过进水管道进入池体9；炭泥活化培养池1设置在池体9顶部，活性炭投加系统6连接在炭泥活化培养池1顶部进水侧，可根据需要进行粉末活性炭一次性或连续投加，炭泥活化培养池1底部经空气管道与曝气系统7连接，为培养箱池生物炭泥的培养提供氧气。
所述池体9包括曝气絮凝反应池2、浸没式超滤膜组件3、斜管沉淀池4和储泥池5，所述曝气絮凝反应池2设置在浸没式超滤膜组件3一侧，浸没式超滤膜组件3设置在斜管沉淀池4顶部，通过穿孔隔离罩与斜管沉淀池4隔离，曝气絮凝反应池2一侧通过空气管道与曝气系统7连接，另一侧同斜管沉淀池4连接，斜管沉淀池4的排泥通过沉淀池底部斜管收集系统进入储泥池5；所述储泥池5通过DN32管路同气提系统8连接，气提系统每3小时开启1次，每次开启时间为2min；浸没式超滤膜组件3同虹吸泵连接，通过泵的抽吸作用形成负压产水。原水进入池体9后，分别投加混凝剂及培养池内活性生物炭泥，经曝气絮凝反应后进入斜管沉淀池4，斜管沉淀池4中污泥进入储泥池5，并通过气提系统8定时回流至炭泥活化培养箱1内进行生物培养；斜管沉淀池4顶部设置浸没式超滤膜组件3，通过抽吸泵或虹吸作用，沉淀出水经浸没式超滤膜过滤后最终出水。
所述炭泥活化培养池1内通过挡板平均分为6格，每格底部设DN15曝气管1根，曝气管长度0.8m，每个曝气管上平均分布曝气头4个，曝气管通过管道与曝气系统7连接，对培养箱内污泥进行连续曝气，为培养箱内生物炭泥的培养提供氧气，炭泥混合液中溶解氧浓度为12mg/L。
所述曝气絮凝反应池2分3格布置，每格反应区底部通过管道与曝气系统7相连接。
所述浸没式超滤膜组件3的超滤膜采用中空纤维超滤膜，PVDF材质，膜通量30L/m2·h，反冲洗周期为1h，反冲洗时间为60s，反冲洗通量为60L/m2·h。所述浸没式超滤膜装置3采用浸没式中空纤维超滤膜，过滤方式为死端过滤。
所述活性炭投加系统6包括活性炭混合系统及药剂加注计量泵，根据计算将活性炭加入污泥培养箱内，培养箱内污泥浓度为3300～6500mg/L；使用所用活性炭满足符合净化水用煤质活性炭(GB/T 7701.2-2008)的要求。
所述气提系统8设有PCL控制程序，可根据需要控制污泥回流控制阀的开启、开度及时间，空压机为气提装置提供气源。
本发明净水处理装置还包括空压机、管道混合器、转子流量计、加注计量泵和控制系统。
本发明生物接触氧化-超滤一体化净水处理装置的应用方法包括以下步骤：
步骤一：形成活性生物体炭泥：向进水中投加混凝剂：通过斜管沉淀池4的沉淀作用积累污泥，并定期通过气提系统8将污泥提升至炭泥活化培养池1曝气运行，维持污泥的浓度和活性；然后将活性污泥回流至曝气絮凝反应池2循环运行，最终形成活性污泥浓度在8-10％，活性污泥的形成周期约15-30d；
步骤二：粉末活性炭的投加：活性污泥浓度达到要求之后，向炭泥活化培养池1投加粉末活性炭，粉末活性炭可采用逐步或一次性投加的方式，通过活性炭投加系统6投入炭泥活化培养池1内，使炭泥活化培养池1内的生物炭泥浓度在4000-10000ppm，絮凝曝气反应池2中污泥浓度在500-1000ppm；
步骤三：生物炭泥的培养：粉末活性炭浓度达到要求后，通过空气泵和气体流量计对炭泥活化培养池1内污泥进行不间断曝气，保持生物炭泥浓度及活性，其中炭泥活化培养池1内溶解氧浓度为10～15mg/L，生物炭泥浓度需控制在3000～5000ppm；
步骤四：生物炭泥接触氧化及膜滤产水：生物炭泥培养成熟后，打开原水泵，原水通过管道流量计进入池体，净水处理装置实现绿色无药剂连续产水，净水过程中，原水在曝气絮凝反应池2同生物炭泥混合，通过生物炭泥的生物接触氧化的降解及活性炭的吸附作用，充分降解水中溶解性有机物及藻类代谢产物等污染物，其中絮凝区曝气量为4～6L/S·m2，生物炭泥回流比为5％～10％。絮凝区反应时间为15～20min；絮凝反应池2出水进入斜管沉淀池4进行沉淀，斜管沉淀池4污泥进入储泥池5收集，并通过气提系统8定期回流至炭泥活化培养池1，其中气提周期为2～3h，每次气提时间约3～5min；浸没式超滤膜组件3对斜管沉淀池4出水通过穿孔隔离罩后进行进一步过滤处理，利用产水泵的负压或虹吸作用完成膜系统的产水。
步骤五：底泥的外放及活性炭补充：在净水处理装置运行过程中，炭泥混合物在循环运行过程中会逐渐累积，当炭泥浓度太高时，通过储泥池5底部排泥阀将一部分炭泥混合液排出系统，同时，炭泥混合物的外排会造成一部分粉末活性炭的流失，具有吸附效能同时兼具载体功能的活性炭的流失需要通过外加活性炭来进行补充，根据排泥量的多少来确定粉末活性炭的投加量，污泥外排及活性炭补充周期为3-5个月。
本发明的实施例：
试验用原水水质为：浊度为1.1-3.8NTU，CODMn为2.86-3.53mg/L，DOC为3.21-4.23mg/L，UV254为0.038-0.051cm-1，温度为3.5-7.5℃；
经处理后，出水水质为：浊度为0.03-0.06NTU，CODMn为1.87-2.11mg/L，DOC为0.98-1.56mg/L，UV254为0.021-0.032cm-1，出水满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)的水质要求。
本发明利用粉末活性炭大的比表面积，使粉末活性炭吸附预处理，结合超滤膜技术对颗粒、胶体以及病原性微生物高效截留效能实现一体化净水处理，具有绿色、经济、高效的优点。
本发明上述实施方案，只是举例说明，不是仅有的，所有在本发明范围内或等同本发明的范围内的改变均被本发明包围。

Claims (8)

1.一种生物接触氧化超滤一体化净水处理装置，其特征在于：包括池体(9)、炭泥活化培养池(1)，活性炭投加系统(6)、曝气系统(7)及气提系统(8)，炭泥活化培养池(1)设置在池体(9)顶部，活性炭投加系统(6)连接在炭泥活化培养池(1)顶部进水侧，炭泥活化培养池(1)底部经空气管道与曝气系统(7)连接；所述池体(9)包括曝气絮凝反应池(2)、浸没式超滤膜组件(3)、斜管沉淀池(4)和储泥池(5)，所述曝气絮凝反应池(2)设置在浸没式超滤膜组件(3)一侧，浸没式超滤膜组件(3)设置在斜管沉淀池(4)顶部，通过穿孔隔离罩与斜管沉淀池(4)隔离，曝气絮凝反应池(2)一侧通过空气管道与曝气系统(7)连接，另一侧同斜管沉淀池(4)连接，斜管沉淀池(4)的排泥通过沉淀池底部斜管收集系统进入储泥池(5)；所述储泥池(5)通过DN32管路同气提系统(8)连接，浸没式超滤膜组件(3)同虹吸泵连接。
2.根据权利要求1所述的生物接触氧化超滤一体化净水处理装置，其特征在于：所述炭泥活化培养池(1)内通过挡板平均分为6格，每格底部设DN15曝气管1根，曝气管长度0.8m，每个曝气管上平均分布曝气头4个，曝气管通过管道与曝气系统(7)连接。
3.根据权利要求1所述的生物接触氧化超滤一体化净水处理装置，其特征在于：所述曝气絮凝反应池(2)分3格布置，每格反应区底部通过管道与曝气系统(7)相连接。
4.根据权利要求1所述的生物接触氧化超滤一体化净水处理装置，其特征在于：所述浸没式超滤膜组件(3)的超滤膜采用中空纤维超滤膜，PVDF材质，膜通量30L/m2·h，反冲洗周期为1h，反冲洗时间为60s，反冲洗通量为60L/m2·h，所述浸没式超滤膜装置(3)采用浸没式中空纤维超滤膜，过滤方式为死端过滤。
5.根据权利要求1所述的生物接触氧化超滤一体化净水处理装置，其特征在于：所述活性炭投加系统(6)包括活性炭混合系统及药剂加注计量泵。
6.根据权利要求1所述的生物接触氧化超滤一体化净水处理装置，其特征在于：所述气提系统(8)设有PCL控制程序，可根据需要控制污泥回流控制阀的开启、开度及时间，空压机为气提装置提供气源。
7.根据权利要求1-6任一项所述的生物接触氧化超滤一体化净水处理装置，其特征在于：还包括空压机、管道混合器、转子流量计、加注计量泵和控制系统。
8.一种利用权利要求1-7任一项所述的净水处理装置净水处理的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：形成活性生物体炭泥：向进水中投加混凝剂：通过斜管沉淀池(4)的沉淀作用积累污泥，并定期通过气提系统(8)将污泥提升至炭泥活化培养池(1)曝气运行，维持污泥的浓度和活性；然后将活性污泥回流至曝气絮凝反应池(2)循环运行，最终形成活性污泥浓度在8-10％，活性污泥的形成周期约15-30d；
步骤二：粉末活性炭的投加：活性污泥浓度达到要求之后，向炭泥活化培养池(1)投加粉末活性炭，粉末活性炭可采用逐步或一次性投加的方式，通过活性炭投加系统(6)投入炭泥活化培养池(1)内，使炭泥活化培养池(1)内的生物炭泥浓度在4000-10000ppm，絮凝曝气反应池(2)中污泥浓度在500-1000ppm；
步骤三：生物炭泥的培养：粉末活性炭浓度达到要求后，通过空气泵和气体流量计对炭泥活化培养池(1)内污泥进行不间断曝气，保持生物炭泥浓度及活性，其中炭泥活化培养池(1)内溶解氧浓度为10～15mg/L，生物炭泥浓度需控制在3000～5000ppm；
步骤四：生物炭泥接触氧化及膜滤产水：生物炭泥培养成熟后，净水处理装置实现绿色无药剂连续产水，净水过程中，原水在曝气絮凝反应池(2)同生物炭泥混合，通过生物炭泥的生物接触氧化的降解及活性炭的吸附作用，充分降解水中溶解性有机物及藻类代谢产物等污染物，其中絮凝区曝气量为4～6L/S·m2，生物炭泥回流比为5％～10％，絮凝区反应时间为15～20min；絮凝反应池(2)出水进入斜管沉淀池(4)进行沉淀，斜管沉淀池(4)污泥进入储泥池(5)收集，并通过气提系统(8)定期回流至炭泥活化培养池(1)，其中气提周期为2～3h，每次气提时间约3～5min；浸没式超滤膜组件(3)对斜管沉淀池(4)出水进行进一步过滤处理，利用产水泵的负压或虹吸作用完成膜系统的产水；
步骤五：底泥的外放及活性炭补充：在净水处理装置运行过程中，炭泥混合物在循环运行过程中会逐渐累积，当炭泥浓度太高时，通过储泥池(5)底部排泥阀将一部分炭泥混合液排出系统，同时，炭泥混合物的外排会造成一部分粉末活性炭的流失，具有吸附效能同时兼具载体功能的活性炭的流失需要通过外加活性炭来进行补充，根据排泥量的多少来确定粉末活性炭的投加量，污泥外排及活性炭补充周期为3-5个月。
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