CN107055954B - 一种生物炭循环型共聚气浮池净水系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物炭循环型共聚气浮池净水系统及方法，将机械絮凝、溶气气浮和斜板沉淀池有机的结合在一起，形成共聚溶气气浮，共聚溶气气浮工艺，将机械絮凝与溶气气浮有机结合，强化了泡絮体的稳定性。将臭氧氧化与生物活性炭有机的结合在一起，大大强化了粉末生物活性炭对有机物的降解能力。将气浮与臭氧氧化有机的结合在一起，大大增强了臭氧氧化效果。将机械絮凝、共聚气浮、生物活性炭和斜板沉淀有机的结合在一起，在能够有效控制转速、减小水利损失等的情况下去除水体有机物并形成稳定的泡絮体。本发明的工艺，运行方式灵活，能够有效降低运行费用，具有应对水质变化适应性强、效率高、运行方便等优点具有广泛的应用前景。

Description

一种生物炭循环型共聚气浮池净水系统及方法

技术领域

本发明属于气浮水处理技术领域，涉及一种生物炭循环型共聚气浮池净水系统及方法，具体涉及一种生物炭循环型共聚气浮池净水系统及方法。

背景技术

近年来水库水源污染问题日益严重，藻类污染及水体有机物含量高等问题亟待解决。目前水库水源呈现出夏季高藻高有机物，冬季低温低浊的特性。近年来，随着水体富营养化程度逐年加剧，藻类增殖速率日益加快，尤其是在温度变化较大的春秋两季，藻类爆发现象时有发生，这对于水厂的运行和供水安全造成了很大的威胁。藻类的密度较小，传统的混凝、沉淀、过滤工艺不但很难将其有效去除，反而带来了滤池堵塞、反冲洗周期变短、处理成本增加、出水水质变差等一系列问题，某些藻类在一定的环境下还会产生藻毒素，对供水安全造成威胁。与此同时，由藻类爆发所导致的水体有机物含量增加的现象也在逐年增多，水源水中因此常含有一些难以降解的大分子有机物质以及大量的溶解性有机物质，而传统的混凝、沉淀、过滤工艺对这些有机物的去除能力甚微，反而增加了水厂的处理成本，使得出水水质变差，这对于水厂的运行造成了极大的影响。水源水中的藻类和有机物的去除成为目前水厂运行中亟待解决的两大问题。如何能在控制处理成本的同时，有效的将藻类和有机物质同时去除掉，对现阶段水厂的运行有着极为重要的意义。

传统气浮工艺作为一种高效、快速的固液分离技术在水处理领域得到推广，目前已较广泛地应用于低温、低浊及富藻水体的净化处理。但传统气浮技术采用溶气水一次回流的方式，即原水经过充分混凝后回流溶气水，回流溶气水产生的微气泡并不参与颗粒混凝过程，微气泡与脱稳颗粒碰撞粘附，微气泡与颗粒碰撞接触滞后、接触时间短，相当于微气泡与絮体的二次絮凝，絮凝过程较长，且净水过程中不能充分发挥微气泡与絮体的共聚作用，微气泡与絮体的粘附效率不高，微气泡有效利用率低。

在传统溶气气浮工艺中，微气泡与絮体颗粒在水中主要是按照碰撞粘附机理进行粘附的，气泡与絮体颗粒之间的碰撞粘附过程有三个子过程：（1）碰撞过程（2）粘附过程；（3）脱附过程。传统溶气气浮工艺中加压溶气水的实际消耗量远远高于根据水中固体颗粒浓度确定的加压溶气水的理论消耗量。因此，传统溶气气浮工艺在接触室构造、水流特征、泡絮粘附方式等方面还有很大的优化空间，可以进一步提高泡絮粘附效率。

同时，传统的溶气气浮工艺，只是单一地通入了空气，产生普通的空气微气泡，虽然在处理低温、低浊、高藻水体中取得了一些不错的成绩，但是相对于高有机物水体来说，处理效果不是很明显，特别是在处理一些难以降解的有机物以及溶解性有机物是时，收效甚微。目前，由于人类活动等的影响，水体中的有机物含量也在日益增多，能否改良传统气浮工艺并在控制处理成本的同时，找到一种能有效将藻类和有机物质同时去除掉的技术，对现阶段水厂的运行有着极为重要的意义。

发明内容

本发明针对目前水库水源中呈现夏季高藻高有机物、冬季低温低浊的水体特征，提供一种生物炭循环型共聚气浮池净水系统。自主研发新型气浮沉淀池工艺，同时改良传统的溶气气浮工艺和传统活性炭工艺，在将机械搅拌混凝、斜板沉淀池和气浮工艺相结合的同时于传统气浮装置中加入了臭氧，形成臭氧化溶气气浮，并在系统中加入粉末生物活性炭。能够使得本发明方法在去除水体藻类的同时，利用臭氧的强氧化性以及其助凝效果，有效的去除水体中的嗅味等物质，通过生物活性炭的生物降解作用与臭氧的强氧化性有机结合，大大强化了工艺对水体中各类有机物的去除能力。本发明将强化混凝、共聚气浮、斜板沉淀、臭氧氧化、生物活性炭分解等工序有机结合在一起，并实现一体化，在应对高藻、高有机物、低浊等水库水质方面具有突出优势。

本发明技术方案如下：

一种生物炭循环型共聚气浮池净水系统，为一体化结构，包括依次设置的三级机械搅拌共聚絮凝池、臭氧-生物活性炭接触池、泡絮体分离区、斜板沉淀池、砂滤池和清水池，以及臭氧化溶气气浮装置及释放装置、反冲洗装置、粉末生物活性炭回收装置及循环系统；

所述三级机械搅拌共聚絮凝池、臭氧-生物活性炭接触池、泡絮体分离区、斜板沉淀池、砂滤池、清水池依次水平连接，通过相邻池体间的池壁控制内部水流流向；所述臭氧化溶气气浮装置及释放装置平行安装于清水池外部；所述反冲洗装置平行安装于砂滤池外部；所述粉末生物活性炭回收装置及循环系统平行设置于系统外部，所述清水池，连接有出水管；具体结构如下：

（1）所述三级机械搅拌共聚絮凝池，包括三个混凝室，依次为混凝1室、混凝2室和混凝3室，每个混凝室内设有1～2个机械转轴，所述混凝1室连接有进水管；

（2）所述泡絮体分离区，包括有泡絮体分离池、位于泡絮体分离池底部的污泥斗、刮渣设备和依池壁而设的用于收集浮渣的浮渣去除槽；所述刮渣设备，包括滑道和刮板，滑道铺设于池体周围，刮板沿滑道可在水面上做往复运动；所述浮渣去除槽连接有浮渣运输管；

（3）所述斜板沉淀池，包括斜板沉淀池，设置于沉淀池内的斜板和位于斜板沉淀池底部的污泥斗；

（4）所述砂滤池，其内部设置滤层，池体上端设置有反冲洗水排水管，所述砂滤池的底部连接滤池出水管和放空管；

（5）所述清水池，连接有出水管；

(6) 所述臭氧化溶气气浮装置及释放装置，包括回流水泵，所述回流水泵的入口端与清水池的出水管相连接，出口端连接有压力溶气罐；所述压力溶气罐通过设有阀门的管道分别连接有空压机和臭氧发生器；所述压力溶气罐依靠法兰连接有溶气水回流管，所述溶气水回流管通过三通管件连接溶气释放装置；所述三通管件一端连接溶气释放器，另外两端连接溶气水回流管；所述溶气释放装置分别安装在混凝三室以及臭氧-生物活性炭接触池的底部；

（7）所述反冲洗装置，包括反冲洗回流泵和反冲洗出水输送管，所述反冲洗回流泵的入口端与清水池的出水管相连接，并设有控制阀门，出口端依靠法兰连接反冲洗水回流管，并通过三通管件连接反冲洗水释放装置，所述三通管件一端连接反冲洗水释放装置，另两端连接反冲洗水回流管；所述反冲洗出水输送管的入口端与砂滤池设置的反冲洗水排水管相连接，并设有控制阀门，出口端通过三通管连接在浮渣运输管上，并设有控制阀门；

（8）所述粉末生物活性炭回收装置及循环系统，包括依次设置的炭絮解体池和粉炭分离回收池，依池壁而设的浮渣去除槽，刮渣设备，以及设置在臭氧-生物活性炭接触池下端的粉末生物活性炭释放装置；所述粉炭分离回收池通过粉炭回收管连接WAR废泥炭再生装置；所述WAR废泥炭再生装置连接有粉末活性炭回流管，粉末活性炭回流管管路上设置粉炭回流泵，回流的粉末活性炭于粉末活性炭释放装置释放；所述炭絮解体池内设有机械转轴；所述刮渣设备，包括滑道和刮板，滑道铺设于池体周围，刮板沿滑道可在水面上做往复运动；所述浮渣去除槽连接有流出渠，流出渠连接排污管。

进一步地，所述进水管连接有加药管，并于三级机械搅拌共聚絮凝池的前端上部接入。

优选地，所述混凝1室为保证混凝效果，设有两个机械转轴。

优选地，所述混凝室内的机械转轴，其最上层的叶轮浆板顶端设于池子水面下0.5m处，最下层的叶轮浆板底端设于距池底0.5～1.0m处，浆板外缘与池壁间距不大于0.25m。

优选地，所述斜板与水平面成60°角向系统前端倾斜。

优选地，所述放空管入口处设置栅罩；

优选地，所述滤层，材料为石英砂，按粒径由大到小，自下而上填充，粒径范围为0.95～1.35mm，滤层厚度为1.2～1.5m。

优选地，所述出水管绕清水池池体铺设于地面。

优选地，所述压力溶气罐用于制备溶气水，溶气压力为0.30～0.45Mpa。

优选地，回流水泵与压力溶气罐之间的连接管路上设有阀门，压力溶气罐与空压机、臭氧发生器之间的连接管路上设有阀门，压力溶气罐与溶气水回流管之间设有阀门。

优选地，所述炭絮解体池内的机械转轴，最上层叶轮浆板顶端设于池内水面下0.5m处，最下层叶轮浆板底端，设于距池底0.5～1.0m处，浆板外缘与池壁间距不大于0.25m。

一种生物炭循环型共聚气浮池净水方法，采用上述净水系统，步骤包括：

1）原水由进水管从混凝1室上端进入三级机械搅拌共聚絮凝池，同时经加药管随原水投加混凝剂，水流依次经过共聚机械絮凝池的三个混凝室，在机械转轴的作用下充分混凝，并通过混凝室之间的池壁，防止进水发生短流，保证原水与混凝剂充分混和，同时，由溶气释放装置向混凝3室中释放臭氧溶气水，在形成微纳米气泡的同时对水流进行臭氧化，起到助凝作用；

2）在三级机械搅拌共聚絮凝池中经共聚后形成的泡絮体，随水流经由混凝1室池壁下端进入臭氧-生物活性炭接触池，同时，经由粉末生物活性炭释放装置加入已经预静态挂膜完成的粉末生物活性炭以及由溶气释放装置释放的臭氧溶气水，水流混合后在臭氧-生物活性炭接触池中实现大分子有机物质的分解以及溶解性有机物质的生物降解，与此同时，经步骤1）处理后的原水中的絮体杂质在臭氧-生物活性炭接触池中与回流的臭氧溶气水发生同向流动，大大提高了微气泡-悬浮物的粘附效率；

3）步骤2）中与臭氧、生物活性炭充分接触之后的原水经由臭氧-生物活性炭接触池内池壁的导流进入泡絮体分离池，控制水流流速不超过0.15m/s，使水体中泡絮体逐渐上浮至水面，经由刮渣设备汇集到设置在池体上的浮渣去除槽内；同时，水体中的粉末生物活性炭逐渐沉淀到池底，汇集在污泥斗中，经由粉炭收集管收集后，再通过粉末活性炭回流管回流到臭氧-生物活性炭接触池中；

4）步骤3）泡絮体分离之后的原水，通过泡絮体分离池池壁导流由池体下端进入斜板沉淀池中，在水流通过斜板时，水中夹杂的部分粉末生物活性炭汇集并沉淀到底部的污泥斗中，经由粉炭收集管收集后，通过粉末活性炭回流管回流到臭氧-生物活性炭接触池中；污泥斗中部分剩余污泥通过剩余污泥回流管输送到炭絮解体池中；

5）步骤4）经斜板沉淀池处理后的原水进入后续砂滤池中，通过滤层的过滤作用，去除掉水体中剩余的粉末生物活性炭和部分粉末生物活性炭脱落的生物膜，过滤之后的洁净水经由砂滤池的出水管送至清水池中储存，后经出水管外排；

6）经由出水管外排的洁净水共分为三部分，其中一部分为外排水，排出系统，剩余分为两部分，分别作为溶气回用水以及反冲洗回用水；

所述溶气回用水：通过回流水泵进入压力容器罐，同时在空压机、臭氧发生器的作用下将空气和臭氧压入压力容器罐中，形成高压臭氧化溶气水，经回流管和溶气释放器分别回流至混凝3室以及臭氧-生物活性炭接触池下端，在混凝3室中原水流含有的絮体与回流的高压臭氧化溶气水发生逆向碰撞，发生共聚作用，微气泡参与凝聚过程和絮粒共聚并大；

所述反冲洗回用水通过反冲洗回流水泵以及反冲洗回流管转输到砂滤池中，首先通过放空管将砂滤池中的原水排净，再通过反冲洗水释放装置进行滤池的反冲洗，反冲洗出水经由滤池反冲洗水排水管排至炭絮解体池中；

7）泡絮体分离池中收集的浮渣、沉淀池中收集的剩余沉淀污泥和滤池中产生的反冲洗废水一同输送到炭絮解体池中，通过机械转轴的转动使泡絮体解体，泡絮体解体后物质随水流进入粉炭分离回收池中，水体中小密度藻类物质上浮至水面，通过刮渣设备收集到浮渣去除槽中；水体中粉末生物活性炭逐渐沉淀到池底的污泥斗中，经由粉炭回收管收集，进入WAR废泥炭再生装置中再生，再生之后的粉炭经粉炭回流泵，汇同泡絮体分离池和斜板沉淀池中收集的粉末生物活性炭，通过粉末生物活性炭回流管以及粉末生物活性炭释放装置回流到臭氧-生物活性炭接触池中，粉炭分离回收池中的废水通过排污管排出。

步骤1）中，所述机械转轴，叶轮浆板中心处的线速度，第一排采用0.4～0.5m/s，第二排采用0.2～0.4m/s，最后一排采用0.1～0.2m/s，各排线速度应逐步减少。

优选地，步骤4）中，为保证出水水质，水流在进入斜板沉淀池时流速小于0.05m/s。

优选的，步骤5）中，所述砂滤池，滤层表面以上的水深为1.5～2.0m。

优选的，步骤6）中，所述溶气回用水：反冲洗回用水：外排水三部分比例为1：2：7。

进一步的，步骤6）中，溶气回用水经由回流水泵制备高压溶气水的回流比为10～20%，溶气压力0.30～0.45Mpa；

本发明生物炭循环型共聚气浮池净水技术方案与传统气浮工艺的创新之处在于：

1）本发明的共聚气浮工艺，将机械絮凝、溶气气浮和斜板沉淀池有机的结合在一起，形成共聚溶气气浮，具有操作方便、能够有效控制转速、减小水利损失等优点，同时能够形成稳定的泡絮体。溶气水回流比10～20%，原水与臭氧溶气水进行两次接触，臭氧溶气水分别投加在混凝三室以及臭氧-生物活性炭接触池下端。混凝三室中，原水从上向下流动，释放器产生的微气泡由下向上逆向流动，微气泡直接参与絮凝，依靠水力混合作用完成微气泡与絮体的充分碰撞，与絮体凝聚变大。臭氧-生物活性炭接触池下端，溶气水与原水同向流动，大大提高了微气泡-悬浮物的碰撞及粘附效率。气泡包裹在絮粒中间，充分发挥了气泡的凝聚作用，微气泡夹在絮粒中间而不易脱附，泡絮体在上浮过程中不易被水流冲散，形成的浮渣泡絮体不易脱附，因此共聚作用强化了泡絮体的稳定性。

2）本发明共聚气浮工艺微气泡直接参与絮凝，絮体在成长过程中与微气泡顺次经过了碰撞粘附和粘附接触，有效延长了絮体与微气泡的碰撞粘附时间，显著的提高了微气泡-颗粒的相互作用，大大增强了泡絮体的稳定性，显著增强微气泡-颗粒的碰撞效率。

3）本发明工艺粉末生物活性炭直接参与水体处理，粉炭在水体中采用静态的挂膜方式，较之颗粒炭更为便捷；同时粉末活性炭相对于同类活性炭具有更大的比表面积，这为生物膜的附着提供了更大的空间，提高了对水体中有机物质降解效率，进一步的保证了出水水质。

4）本发明将溶气气浮、机械絮凝与粉末生物活性炭有机结合。首先利用机械絮凝的充分搅拌，使得投加的混凝剂充分发挥作用，与水体中的藻类及胶体等悬浮物质发生絮凝，而后利用逆向碰撞形成稳定的共聚气浮泡絮体。降低了粉末生物活性炭在生物降解水体有机物的同时，活性炭空隙被水中悬浮物质所充满的概率，使得生物活性炭充分发挥其对有机物的讲解作用。这能够在有效提高处理效率的同时大大延长的粉末生物活性炭的使用寿命，进一步的保证出水水质。

5）本发明工艺，运行方式灵活，对原水水质变化的适应能力显著增强。气浮与沉淀进行协同固液分离作用，臭氧与生物炭协同进行水体有机物质的去除。原水藻类浓度高时，开启气浮工艺；原水藻类浓度低或泥沙含量高时可停止气浮，运行斜板沉淀池工艺；原水有机物含量高时，运行生物炭循环工艺。因此能够有效降低运行费用，并且，由于气浮单元启动快、允许间歇运行，所以比较容易实现多种运行方式的切换。通过选择采用不同的运行方式，实现气浮单元、生物炭单元以及平流沉淀单元的灵活切换，强化了工艺应对水质变化风险的能力，具有应对水质变化适应性强、结构简单、效率高、运行方便等优点具有广泛的应用前景。

6）本发明将气浮与臭氧氧化有机的结合在一起，微气泡尺寸大部分在30～100μm，臭氧化空气利用微气泡巨大的比表面积，充分与水中污染物质接触，大大增强了臭氧氧化效果。①臭氧具有较强的助凝效果，在机械絮凝池中通入含有臭氧的微气泡，在高分子吸附架桥的原理下能够强化机械絮凝池的絮凝效果，强化共聚作用。②臭氧具有强氧化性，微气泡在破裂的瞬间可以激发产生大量羟基自由基，能够强化臭氧对于有机物的分解能力，能够氧化水中的臭味等有机物质，特别是能够有效强化水中的溶解性有机物去除，臭氧在原水处理中与共聚气浮作用相辅相成，在强化气浮除藻能力的同时，还以微气泡的形式嵌在絮体内部，增加了接触面积，大大增强了其氧化能力，保证了出水水质。

7）本发明将臭氧氧化与粉末生物活性炭有机的结合在一起，①臭氧拥有强氧化能力，不仅能够氧化水体中的臭味等有机物质，同时还将难降解的大分子有机物质分解为以讲解的小分子物质，强化了生物活性炭的生物降解作用；②臭氧以微气泡的形式出现，能够提高水体的溶解氧含量，在加快活性炭挂膜的同时也大大提高了微生物对水体中有机物质的降解效率，保证了工艺出水水质。

附图说明

图1为本发明生物炭循环型共聚气浮池净水系统装置示意图；

图中：1、进水管，2、加药管，3、混凝一室，4、混凝二室，5、混凝三室，6机械转轴，7、臭氧-生物活性炭接触池，8、泡絮体分离池，9、刮渣设备，10、浮渣去除槽，11、斜板沉淀池，12、斜板，13、砂滤池，14、滤层，15、粉炭回收管，16、清水池，17、滤池出水管，18、滤池反冲洗水排水管，19、出水管，20、回流水泵，21、空压机，22、臭氧发生器，23、压力溶气罐，24、溶气水回流管，25、溶气释放装置，26、反冲洗回流水泵，27、反冲洗水回流管，28、反冲洗水释放装置，29、反冲洗出水输送管，30、浮渣运输管，31、炭絮解体池，32、粉炭分离回收池，33、流出渠，34、剩余污泥回流管，35、粉末生物活性炭回流管，36、粉末生物活性炭释放装置，37、污泥斗，38、放空管，39、粉炭回流泵，40、排污管，41、WAR废泥炭再生装置，42、污泥斗，43、机械转轴，44、刮渣设备，45、浮渣去除槽。

具体实施方式

下面根据附图和实施例进一步说明本发明技术方案。

实施例1

一种生物炭循环型共聚气浮池净水系统，为一体化结构，包括依次设置的三级机械搅拌共聚絮凝池、臭氧-生物活性炭接触池、泡絮体分离区、斜板沉淀池、砂滤池13和清水池16，以及臭氧化溶气气浮装置及释放装置、反冲洗装置、粉末生物活性炭回收装置及循环系统；

三级机械搅拌共聚絮凝池、臭氧-生物活性炭接触池、泡絮体分离区、斜板沉淀池、砂滤池、清水池依次水平连接，通过相邻池体间的池壁控制内部水流流向；臭氧化溶气气浮装置及释放装置平行安装于清水池外部；反冲洗装置平行安装于砂滤池外部；粉末生物活性炭回收装置及循环系统平行设置于系统外部，清水池16，连接有出水管19；具体结构如下：

（1）三级机械搅拌共聚絮凝池，包括三个混凝室，依次为混凝1室3、混凝2室4和混凝3室5，混凝2室4和混凝3室5各1个机械转轴6，混凝1室3为保证混凝效果，设有两个机械转轴6；所述混凝1室3连接有进水管1；所述进水管1连接有加药管2，并于三级机械搅拌共聚絮凝池的前端上部接入；凝室内的机械转轴6，其最上层的叶轮浆板顶端设于池子水面下0.5m处，最下层的叶轮浆板底端设于距池底0.5～1.0m处，浆板外缘与池壁间距不大于0.25m。

（2）泡絮体分离区，包括有泡絮体分离池8、位于泡絮体分离池底部的污泥斗37、刮渣设备9和依池壁而设的用于收集浮渣的浮渣去除槽10；刮渣设备9，包括滑道和刮板，滑道铺设于池体周围，刮板沿滑道可在水面上做往复运动；所述浮渣去除槽10连接有浮渣运输管30；

（3）斜板沉淀池，包括斜板沉淀池11，设置于沉淀池内的斜板12和位于斜板沉淀池底部的污泥斗42；斜板12与水平面成60°角向系统前端倾斜。

（4）砂滤池13，其内部设置滤层14，池体上端设置有反冲洗水排水管18，砂滤池13的底部连接滤池出水管17和放空管38；放空管38入口处设置栅罩；滤层14，材料为石英砂，按粒径由大到小，自下而上填充，粒径范围为0.95～1.35mm，滤层14厚度为1.2～1.5m。

（5）清水池16，连接有出水管19；出水管19绕清水池16的池体铺设于地面。

(6)臭氧化溶气气浮装置及释放装置，包括回流水泵20，回流水泵20的入口端与清水池16的出水管19相连接，回流水泵20的出口端连接有压力溶气罐23；压力溶气罐23通过设有阀门的管道分别连接有空压机21和臭氧发生器22；压力溶气罐23依靠法兰连接有溶气水回流管24，溶气水回流管24通过三通管件连接溶气释放装置25；三通管件一端连接溶气释放器25，另外两端连接溶气水回流管24；溶气释放装置25分别安装在混凝三室5以及臭氧-生物活性炭接触池7的底部；压力溶气罐23用于制备溶气水，溶气压力为0.30～0.45Mpa；回流水泵20与压力溶气罐23之间的连接管路上设有阀门，压力溶气罐23与空压机21、臭氧发生器22之间的连接管路上设有阀门，压力溶气罐23与溶气水回流管24之间设有阀门。

（7）所述反冲洗装置，包括反冲洗回流泵26和反冲洗出水输送管29，所述反冲洗回流泵26的入口端与清水池16的出水管19相连接，并设有控制阀门，出口端依靠法兰连接反冲洗水回流管27，并通过三通管件连接反冲洗水释放装置28，所述三通管件一端连接反冲洗水释放装置28，另两端连接反冲洗水回流管27；所述反冲洗出水输送管29的入口端与砂滤池13设置的反冲洗水排水管18相连接，并设有控制阀门，出口端通过三通管连接在浮渣运输管30上，并设有控制阀门；

反冲洗装置，包括反冲洗回流泵26、反冲洗出水输送管29；反冲洗回流泵26的入口端与清水池16的出水管19相连接，并设有控制阀门，出口端依靠法兰连接反冲洗水回流管27，并通过三通管件连接反冲洗水释放装置28；三通管件一端连接反冲洗水释放装置28，另两端连接反冲洗水回流管27；

（8）粉末生物活性炭回收装置及循环系统，包括依次设置的炭絮解体池31和粉炭分离回收池32，依池壁而设的浮渣去除槽45，刮渣设备44，以及设置在臭氧-生物活性炭接触池7下端的粉末生物活性炭释放装置36；所述粉炭分离回收池32通过粉炭回收管15连接WAR废泥炭再生装置41； WAR废泥炭再生装置41连接有粉末活性炭回流管35，粉末活性炭回流管35管路上设置粉炭回流泵39，回流的粉末活性炭于粉末活性炭释放装置36释放；所述炭絮解体池31内设有机械转轴43；所述刮渣设备44，包括滑道和刮板，滑道铺设于池体周围，刮板沿滑道可在水面上做往复运动；所述浮渣去除槽45连接有流出渠33，流出渠33连接排污管40；炭絮解体池31内的机械转轴43，最上层叶轮浆板顶端设于池内水面下0.5m处，最下层叶轮浆板底端，设于距池底0.5～1.0m处，浆板外缘与池壁间距不大于0.25m。

实施例2

一种采用实施例1生物炭循环型共聚气浮池净水系统处理普通水库水的方法，具体包括以下步骤：

1）原水由进水管1从混凝1室3上端进入三级机械搅拌共聚絮凝池，同时经加药管2随原水投加混凝剂，水流依次经过共聚机械絮凝池的三个混凝室，在机械转轴6的作用下充分混凝，并通过混凝室之间的池壁，防止进水发生短流，保证原水与混凝剂充分混和，同时，由溶气释放装置25向混凝3室5中释放臭氧溶气水，在形成微纳米气泡的同时对水流进行臭氧化，起到助凝作用；机械转轴6，叶轮浆板中心处的线速度，第一排采用0.4～0.5m/s，第二排采用0.2～0.4m/s，最后一排采用0.1～0.2m/s，各排线速度应逐步减少；

2）在三级机械搅拌共聚絮凝池中经共聚后形成的泡絮体，随水流经由混凝1室5池壁下端进入臭氧-生物活性炭接触池7，同时，经由粉末生物活性炭释放装置36加入已经预静态挂膜完成的粉末生物活性炭以及由溶气释放装置25释放的臭氧溶气水，水流混合后在臭氧-生物活性炭接触池7中实现大分子有机物质的分解以及溶解性有机物质的生物降解，与此同时，经步骤1）处理后的原水中的絮体杂质在臭氧-生物活性炭接触池7中与回流的臭氧溶气水发生同向流动，大大提高了微气泡-悬浮物的粘附效率；

3）步骤2）中与臭氧、生物活性炭充分接触之后的原水经由臭氧-生物活性炭接触池7内池壁的导流进入泡絮体分离池8，控制水流流速不超过0.15m/s，使水体中泡絮体逐渐上浮至水面，经由刮渣设备9汇集到设置在池体上的浮渣去除槽10内；同时，水体中的粉末生物活性炭逐渐沉淀到池底，汇集在污泥斗37中，经由粉炭收集管15收集后，再通过粉末活性炭回流管35回流到臭氧-生物活性炭接触池7中；

4）步骤3）泡絮体分离之后的原水，通过泡絮体分离池8池壁导流由池体下端进入斜板沉淀池11中，在水流通过斜板12时，水中夹杂的部分粉末生物活性炭汇集并沉淀到底部的污泥斗42中，经由粉炭收集管15收集后，通过粉末活性炭回流管35回流到臭氧-生物活性炭接触池7中；污泥斗42中部分剩余污泥通过剩余污泥回流管34输送到炭絮解体池31中；为保证出水水质，水流在进入斜板沉淀池11时流速小于0.05m/s。

5）步骤4）经斜板沉淀池处理后的原水进入后续砂滤池13中，通过滤层14的过滤作用，去除掉水体中剩余的粉末生物活性炭和部分粉末生物活性炭脱落的生物膜，过滤之后的洁净水经由砂滤池13的出水管17送至清水池16中储存，后经出水管19外排；砂滤池13，滤层14表面以上的水深为1.5～2.0m。

6）经由出水管19外排的洁净水共分为三部分，其中一部分为外排水，排出系统，剩余分为两部分，分别作为溶气回用水以及反冲洗回用水，溶气回用水：反冲洗回用水：外排水三部分比例为1：2：7；

溶气回用水通过回流水泵20进入压力容器罐23，溶气回用水经由回流水泵制备高压溶气水的回流比为10～20%，溶气压力0.30～0.45Mpa；同时在空压机21、臭氧发生器22的作用下将空气和臭氧压入压力容器罐23中，形成高压臭氧化溶气水，经回流管24和溶气释放器25分别回流至混凝3室5以及臭氧-生物活性炭接触池7下端，在混凝3室5中原水流含有的絮体与回流的高压臭氧化溶气水发生逆向碰撞，发生共聚作用，微气泡参与凝聚过程和絮粒共聚并大；

反冲洗回用水通过反冲洗回流水泵26以及反冲洗回流管27转输到砂滤池13中，首先通过放空管38将砂滤池13中的原水排净，再通过反冲洗水释放装置28进行砂滤池13的反冲洗，反冲洗出水经由砂滤池13反冲洗水排水管18排至炭絮解体池31中；

7）泡絮体分离池8中收集的浮渣、沉淀池11中收集的剩余沉淀污泥和滤池13中产生的反冲洗废水一同输送到炭絮解体池31中，通过机械转轴43的转动使泡絮体解体，泡絮体解体后物质随水流进入粉炭分离回收池32中，水体中小密度藻类物质上浮至水面，通过刮渣设备44收集到浮渣去除槽45中；水体中粉末生物活性炭逐渐沉淀到池底的污泥斗37中，经由粉炭回收管15收集，进入WAR废泥炭再生装置41中再生，再生之后的粉炭经粉炭回流泵39，汇同泡絮体分离池和斜板沉淀池11中收集的粉末生物活性炭，通过粉末生物活性炭回流管35以及粉末生物活性炭释放装置36回流到臭氧-生物活性炭接触池7中，粉炭分离回收池32中的废水通过排污管40排出。

本实施例2方法处理水库水，运行效果如下：

在夏季高藻高有机物水源条件下，其含藻量为3.0×10⁸个/L，浊度为5-80NTU，CODMn值5.65~7.26mg/L，UV254在0.145~0.152cm-1范围，DOC值范围6.95~7.78mg/L，经上述处理后的水，共含藻量为3.0×10⁴个/L，浊度为0.05NTU，工艺出水CODMn在3.37~4.12mg/L，UV254范围在0.0751-0.0806cm-1，DOC在4.21~4.82mg/L范围。对CODMn、UV254、DOC等有机物指标平均去除率分别为37.6%、46.3%和32.4%。

原水中由于藻类数值较高，放线菌、藻类新陈代谢过程中分泌释放的GSM、2-MIB等产生了较大的异嗅。原水中2-MIB为 19.866 ng/L，GSM 为1.08 ng/L，气浮出水分别下降至7.9ng/L、0.12ng/L。

从以上可以看出，组合工艺除藻、除有机物以及除嗅效果明显。

对比例1

经传统溶气气浮与沉淀池、砂滤池联用，处理实施例2水库水，水源条件相同，出水效果如下：

经处理后的水，共含藻量为5.0×10⁵个/L，浊度为0.1NTU，工艺出水CODMn在4.52~5.21mg/L，UV254范围在0.0972-0.136cm-1，DOC在5.61~6.89mg/L范围。对CODMn、UV254、DOC等有机物指标平均去除率分别为24.5%、21.5%和15.6%。

原水中2-MIB为 19.866 ng/L，GSM 为1.08 ng/L，工艺出水2-MIB 、GSM分别下降至14.90ng/L、0.75ng/L。

从以上可以看出，传统工艺对有机物及嗅味物质去除有限。

Claims (10)

1.一种生物炭循环型共聚气浮池净水系统，为一体化结构，其特征在于：包括依次设置的三级机械搅拌共聚絮凝池、臭氧-生物活性炭接触池（7）、泡絮体分离区、斜板沉淀池（11）、砂滤池（13）和清水池（16），以及臭氧化溶气气浮装置及释放装置、反冲洗装置、粉末生物活性炭回收装置及循环系统；

所述三级机械搅拌共聚絮凝池、臭氧-生物活性炭接触池、泡絮体分离区、斜板沉淀池、砂滤池、清水池依次水平连接，通过相邻池体间的池壁控制内部水流流向；所述臭氧化溶气气浮装置及释放装置平行安装于清水池外部；所述反冲洗装置平行安装于砂滤池外部；所述粉末生物活性炭回收装置及循环系统平行设置于系统外部，所述清水池（16），连接有清水池出水管（19）；具体结构如下：

a）所述三级机械搅拌共聚絮凝池，包括三个混凝室，依次为混凝1室（3）、混凝2室（4）和混凝3室（5），每个混凝室内设有1～2个机械转轴，所述混凝1室（3）连接有进水管（1）；

b）所述泡絮体分离区，包括有泡絮体分离池（8）、位于泡絮体分离池底部的污泥斗Ι（37）、刮渣设备Ι（9）和依池壁而设的用于收集浮渣的浮渣去除槽Ι（10）；所述刮渣设备Ι（9），包括滑道和刮板，滑道铺设于池体周围，刮板沿滑道可在水面上做往复运动；所述浮渣去除槽Ι（10）连接有浮渣运输管（30）；

c）所述斜板沉淀池，包括斜板沉淀池（11），设置于沉淀池内的斜板（12）和位于斜板沉淀池（11）底部的污泥斗П（42）；

d）所述砂滤池（13），其内部设置滤层（14），池体上端设置有滤池反冲洗水排流管（18），所述砂滤池（13）的底部连接滤池出水管（17）和放空管（38）；

e）所述清水池（16），连接有清水池出水管（19）；

f) 所述臭氧化溶气气浮装置及释放装置，包括回流水泵（20），所述回流水泵（20）的入口端与清水池（16）的清水池出水管（19）相连接，出口端连接有压力溶气罐（23）；所述压力溶气罐（23）通过设有阀门的管道分别连接有空压机（21）和臭氧发生器（22）；所述压力溶气罐（23）依靠法兰连接有溶气水回流管（24），所述溶气水回流管（24）通过三通管件连接溶气释放装置（25）；所述三通管件一端连接溶气释放装置（25），另外两端连接溶气水回流管（24）；所述溶气释放装置（25）分别安装在混凝3室（5）以及臭氧-生物活性炭接触池（7）的底部；

g）所述反冲洗装置，包括反冲洗回流泵（26）和反冲洗出水输送管（29），所述反冲洗回流泵（26）的入口端与清水池（16）的清水池出水管（19）相连接，并设有控制阀门，出口端依靠法兰连接反冲洗水回流管（27），并通过三通管件连接反冲洗水释放装置（28），所述三通管件一端连接反冲洗水释放装置（28），另两端连接反冲洗水回流管（27）；所述反冲洗出水输送管（29）的入口端与砂滤池（13）设置的滤池反冲洗水排流管（18）相连接，并设有控制阀门，出口端通过三通管连接在浮渣运输管（30）上，并设有控制阀门；

h）所述粉末生物活性炭回收装置及循环系统，包括依次设置的炭絮解体池（31）和粉炭分离回收池（32），依池壁而设的浮渣去除槽П（45），刮渣设备П（44），以及设置在臭氧-生物活性炭接触池（7）下端的粉末生物活性炭释放装置（36）；所述粉炭分离回收池（32）通过粉炭回收管（15）连接WAR废泥炭再生装置（41）；所述WAR废泥炭再生装置（41）连接有粉末生物活性炭回流管（35），粉末生物活性炭回流管（35）管路上设置粉炭回流泵（39），回流的粉末活性炭于粉末生物活性炭释放装置（36）释放；所述炭絮解体池（31）内设有机械转轴П（43）；所述刮渣设备П（44），包括滑道和刮板，滑道铺设于池体周围，刮板沿滑道可在水面上做往复运动；所述浮渣去除槽П（45）连接有流出渠（33），流出渠（33）连接排污管（40）。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述进水管（1）连接有加药管（2），并于三级机械搅拌共聚絮凝池的前端上部接入；所述混凝1室（3）为保证混凝效果，设有两个机械转轴Ι（6）；所述混凝室内的机械转轴Ι（6），其最上层的叶轮浆板顶端设于池子水面下0.5m处，最下层的叶轮浆板底端设于距池底0.5～1.0m处，浆板外缘与池壁间距不大于0.25m。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述斜板（12）与水平面成60°角向系统前端倾斜。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述放空管（38）入口处设置栅罩；所述滤层（14），材料为石英砂，按粒径由大到小，自下而上填充，粒径范围为0.95～1.35mm，滤层厚度为1.2～1.5m。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述清水池出水管（19）绕清水池（16）池体铺设于地面。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述压力溶气罐（23）用于制备溶气水，溶气压力为0.30～0.45Mpa；回流水泵（20）与压力溶气罐（23）之间的连接管路上设有阀门，压力溶气罐（23）与空压机（21）、臭氧发生器（22）之间的连接管路上设有阀门，压力溶气罐（23）与溶气水回流管（24）之间设有阀门。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述炭絮解体池（31）内的机械转轴П（43），最上层叶轮浆板顶端设于池内水面下0.5m处，最下层叶轮浆板底端，设于距池底0.5～1.0m处，浆板外缘与池壁间距不大于0.25m。

8.一种生物炭循环型共聚气浮净水方法，采用权利要求1～7任一项所述的净水系统，其特征在于，步骤包括：

1）原水由进水管（1）从混凝1室（3）上端进入三级机械搅拌共聚絮凝池，同时经加药管（2）随原水投加混凝剂，水流依次经过共聚机械絮凝池的三个混凝室，在机械转轴Ι（6）的作用下充分混凝，并通过混凝室之间的池壁，防止进水发生短流，保证原水与混凝剂充分混和，同时，由溶气释放装置（25）向混凝3室（5）中释放臭氧溶气水，在形成微纳米气泡的同时对水流进行臭氧化，起到助凝作用；

2）在三级机械搅拌共聚絮凝池中经共聚后形成的泡絮体，随水流经由混凝3室（5）池壁下端进入臭氧-生物活性炭接触池（7），同时，经由粉末生物活性炭释放装置（36）加入已经预静态挂膜完成的粉末生物活性炭以及由溶气释放装置（25）释放的臭氧溶气水，水流混合后在臭氧-生物活性炭接触池（7）中实现大分子有机物质的分解以及溶解性有机物质的生物降解，与此同时，经步骤1）处理后的原水中的絮体杂质在臭氧-生物活性炭接触池（7）中与回流的臭氧溶气水发生同向流动，大大提高了微气泡-悬浮物的粘附效率；

3）步骤2）中与臭氧、生物活性炭充分接触之后的原水经由臭氧-生物活性炭接触池（7）内池壁的导流进入泡絮体分离池（8），控制水流流速不超过0.15m/s，使水体中泡絮体逐渐上浮至水面，经由刮渣设备Ι（9）汇集到设置在池体上的浮渣去除槽Ι（10）内；同时，水体中的粉末生物活性炭逐渐沉淀到池底，汇集在污泥斗Ι（37）中，经由粉炭回收管（15）收集后，再通过粉末生物活性炭回流管（35）回流到臭氧-生物活性炭接触池（7）中；

4）步骤3）泡絮体分离之后的原水，通过泡絮体分离池（8）池壁导流由池体下端进入斜板沉淀池（11）中，在水流通过斜板（12）时，水中夹杂的部分粉末生物活性炭汇集并沉淀到底部的污泥斗П（42）中，经由粉炭回收管（15）收集后，通过粉末生物活性炭回流管（35）回流到臭氧-生物活性炭接触池（7）中；污泥斗П（42）中部分剩余污泥通过剩余污泥回流管（34）输送到炭絮解体池（31）中；

5）步骤4）经斜板沉淀池处理后的原水进入后续砂滤池（13）中，通过滤层（14）的过滤作用，去除掉水体中剩余的粉末生物活性炭和部分粉末生物活性炭脱落的生物膜，过滤之后的洁净水经由砂滤池（13）的滤池出水管（17）送至清水池（16）中储存，后经清水池出水管（19）外排；

6）经由清水池出水管（19）外排的洁净水共分为三部分，其中一部分为外排水，排出系统，剩余分为两部分，分别作为溶气回用水以及反冲洗回用水；

所述溶气回用水：通过回流水泵（20）进入压力容器罐（23），同时在空压机（21）、臭氧发生器（22）的作用下将空气和臭氧压入压力容器罐（23）中，形成高压臭氧化溶气水，经溶气水回流管（24）和溶气释放装置（25）分别回流至混凝3室（5）以及臭氧-生物活性炭接触池（7）下端，在混凝3室（5）中原水流含有的絮体与回流的高压臭氧化溶气水发生逆向碰撞，发生共聚作用，微气泡参与凝聚过程和絮粒共聚并大；

所述反冲洗回用水通过反冲洗回流水泵（26）以及反冲洗水回流管（27）转输到砂滤池（13）中，首先通过放空管（38）将砂滤池（13）中的原水排净，再通过反冲洗水释放装置（28）进行砂滤池（13）的反冲洗，反冲洗出水经由砂滤池（13）滤池反冲洗水排流管（18）排至炭絮解体池（31）中；

7）泡絮体分离池（8）中收集的浮渣、斜板沉淀池（11）中收集的剩余沉淀污泥和砂滤池（13）中产生的反冲洗废水一同输送到炭絮解体池（31）中，通过机械转轴П（43）的转动使泡絮体解体，泡絮体解体后物质随水流进入粉炭分离回收池（32）中，水体中小密度藻类物质上浮至水面，通过刮渣设备П（44）收集到浮渣去除槽П（45）中；水体中粉末生物活性炭逐渐沉淀到池底的污泥斗Ι（37）中，经由粉炭回收管（15）收集，进入WAR废泥炭再生装置（41）中再生，再生之后的粉炭经粉炭回流泵（39），汇同泡絮体分离池和斜板沉淀池（11）中收集的粉末生物活性炭，通过粉末生物活性炭回流管（35）以及粉末生物活性炭释放装置（36）回流到臭氧-生物活性炭接触池（7）中，粉炭分离回收池（32）中的废水通过排污管（40）排出。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤1）中，所述机械转轴Ι（6），叶轮浆板中心处的线速度，第一排采用0.4～0.5m/s，第二排采用0.2～0.4m/s，最后一排采用0.1～0.2m/s，各排线速度应逐步减少；步骤4）中，水流在进入斜板沉淀池（11）时流速小于0.05m/s；步骤5）中，所述砂滤池（13），滤层表面以上的水深为1.5～2.0m。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤6）中，所述溶气回用水：反冲洗回用水：外排水三部分比例为1：2：7；溶气回用水经由回流水泵（20）制备高压溶气水的回流比为10～20%，溶气压力0.30～0.45Mpa。

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