CN107487942A - 一种同时去除有机物和氨氮的饮用水水质净化装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种同时去除有机物和氨氮的饮用水水质净化装置，包括依次首尾相连的混合池、絮凝池、沉淀池、浓缩池和降解池。本发明还公开了一种同时去除有机物和氨氮的饮用水水质净化方法，该方法集混凝、沉淀、吸附、炭泥回流和生物降解等功能于一体，可有效地提高对水中有机物和氨氮的去除效果，同时能大大降低排泥量并减小降解池及炭泥回流系统规模，在降解池中污泥可充分降解，从而达到强化该方法对于水中有机物和氨氮等污染物的去除效果。

Description

一种同时去除有机物和氨氮的饮用水水质净化装置及方法
技术领域
本发明涉及一种同时去除有机物和氨氮的饮用水水质净化装置及方法，属于饮用水处理技术领域。
背景技术
有机物和氨氮的处理是我国大部分城市水处理中所必须面对的两大难题，水源水中有机物在消毒处理中会生成消毒副产物，长期饮用严重威胁人体健康；饮用水中的氨氮长期超标，也会对人体健康造成不利影响。目前给水厂实际生产中多通过加设生物预处理或生物活性炭的方式同时改善有机物和氨氮的去除效果，但这两种工艺均需要新建大型处理构筑物，因而存在基建成本高，占地大的问题，在老旧水厂改造时受到较大限制。另外，这两种工艺尚存在有机物和氨氮去除效率不高的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种同时去除有机物和氨氮的饮用水水质净化装置，该装置综合利用了炭泥回流、生物活性炭和混凝技术，可高效去除饮用水中的有机物和氨氮；
本发明还提供了一种同时去除有机物和氨氮的饮用水水质净化方法，该方法在生物活性炭吸附技术的基础上，突破水中溶解氧的限制，利用污泥回流，解决沉淀池底的炭泥回流时，炭泥并未完全降解其中的有机物和氨氮，与原水混合时吸附效果不佳的问题，提升水处理效果，同时减小回流系统规模的要求，便于水厂改造。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种同时去除有机物和氨氮的饮用水水质净化装置，包括依次首尾相连的混合池、絮凝池、沉淀池、浓缩池和降解池，所述混合池上设置有粉末活性炭投加管道和混凝剂投加管道，所述浓缩池上设置有排泥管道，所述降解池上设置有曝气管道，所述降解池与混合池之间由炭泥回流管道连通，所述絮凝池内设置有搅拌机，所述混合池包括静态混合器或者机械搅拌混合池。
一种同时去除有机物和氨氮的饮用水水质净化方法，包括以下步骤：
a）原水进入混合池，与炭泥、混凝剂及新投加的粉末活性炭完成快速混合；原水即为饮用水；
b）混合后的水进入絮凝池，在搅拌机的作用下，混凝剂、生物活性炭和炭泥充分分散于水中；混凝剂与水中的胶体、颗粒物发生混凝作用，炭泥加速原水絮凝，同时炭泥中生物活性炭吸附着水中的溶解性的有机物和氨氮；
c）絮凝后的水进入沉淀池，炭泥和新形成的絮体快速沉降形成沉淀，沉淀池中的上清液即为净化后的出水；炭泥和新形成的絮体具有良好的沉淀性能，可快速形成沉淀，在该过程中炭泥中的微生物消耗部分有机物和氨氮；
d）沉淀池沉淀后形成排泥水并排入浓缩池，浓缩后形成的新的炭泥，浓缩后的炭泥一部分排放，一部分进入降解池；新的炭泥主要成分为水、泥砂、有机物以及混凝剂和生物活性炭；
e）对降解池曝气以促进微生物生长代谢，充分降解炭泥中的有机物和氨氮，同时微生物逐渐在新投加的粉末活性炭上富集生长，形成生物活性炭，炭泥再次回到混合池，与原水混合，循环运行上述步骤。降解后的炭泥，主要成分为水、泥砂、有机物以及混凝剂和生物活性炭，相比降解前炭泥的组成，有机物的含量有所下降。
所述粉末活性炭包括煤质粉末活性炭，所述煤质粉末活性炭为100~200目。
a）步骤中的粉末活性炭投加量等于由浓缩池排出炭泥中所含的粉末活性炭含量，即粉末活性炭投加量（g）=总投炭量（g）×浓缩池排出的炭泥体积（L）/浓缩池总的炭泥体积（L）。
a）步骤中的混凝剂投量10~40mg/L，是以聚合氯化铝的量计算的。
所述絮凝池中的水力停留时间为15~35min。
所述沉淀池净化后的出水与过滤装置相连，所述过滤装置包括超滤膜组件。
所述浓缩池中的水力停留时间为6~10h。
所述浓缩池排出的炭泥体积，由相同处理规模下，单独投加混凝剂，无炭泥回流时浓缩池每天排出的泥量决定，即每天从浓缩池排出炭泥量等于净化装置仅发生混凝时每天产生的泥量。
所述降解池中的悬浮固体浓度为3000~4000mg/L，曝气时间为5~7h，曝气量为1:（40~80），该比例为体积比。
本发明中的粉末活性炭具有较大的比表面积，可吸附有机物并作为微生物群落的载体，形成生物活性炭，具有降解有机物和氨氮的功能。此外，将水厂沉淀污泥回流至进水处，可改善絮凝效果，减少混凝剂的投量。将粉末活性炭吸附和污泥回流方法联用可极大提高有机物和氨氮去除效果。该方法建设成本低、可以利用水厂现有构筑物。另外，本发明实现了生物活性炭对原水中有机污染物和氨氮的去除，为了提高出水效果，并减小污泥回流系统规模，本发明引入降解池，降解池的引入，突破了水中溶解氧的限制，能够持续满足生物降解污染物（即有机物和氨氮）的需氧要求，有效提高有机物和氨氮的去除效率。同时，为了保证降解池降解效果和炭泥的浓度并减少污泥量，本发明引入浓缩池，即本发明增加了由浓缩池和降解池组成的炭泥处理区，创造适宜微生物生长的条件，使得炭泥中的有机物和氨氮在炭泥处理区能够有效降解，从而增加有机物和氨氮去除率，提升出水水质。还有，本发明的絮凝-沉淀过程历时合理，回流炭泥对其上的有机物和氨氮降解完全，再次接触时（即炭泥再次回流时）吸附效果亦良好，有机物和氨氮去除效果好。最后，本发明回流炭泥量小，回流系统规模小，回流成本低，是一种能够提供强化利用粉末活性炭的吸附和生物载体作用的净化方法，以达到经济安全有效去除水中有机物和氨氮的目的。
本发明和现有方法相比，具有以下优点和有益效果：
1. 本发明可设计为一体式，节约占地面积，减少基建成本，减少了系统回流规模，便于现有老旧水厂的升级改造。
2.本发明中的降解池利用了生物活性炭的吸附以及生物降解功能，创造了一个良好的利于生物降解的生物环境，提高了出水水质，充分发挥了生物活性炭的优点，处理效果好。
3.本发明的排放的污泥均经过浓缩，后续可直接脱水，减少了污泥处理难度。
4.本发明增加了由浓缩池和降解池组成的炭泥处理区，使水处理区和炭泥处理区独立运行，相互联系。在水处理区炭泥充分吸附有机物和氨氮，在炭泥处理区充分降解炭泥中的有机物和氨氮，装置运行合理，有机物和氨氮去除效率高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
实施例1
如图1所示，一种同时去除有机物和氨氮的饮用水水质净化装置，包括依次首尾相连的混合池、絮凝池、沉淀池、浓缩池和降解池，所述混合池上设置有粉末活性炭投加管道和混凝剂投加管道，所述浓缩池上设置有排泥管道，所述降解池上设置有曝气管道，所述降解池与混合池之间由炭泥回流管道连通，所述絮凝池内设置有搅拌机，所述混合池包括静态混合器或者机械搅拌混合池。
一种同时去除有机物和氨氮的饮用水水质净化方法，包括以下步骤：
a）原水进入混合池，与炭泥、混凝剂及新投加的粉末活性炭完成快速混合；
b）混合后的水进入絮凝池，在搅拌机的作用下，混凝剂、生物活性炭和炭泥充分分散于水中；
c）絮凝后的水进入沉淀池，炭泥和新形成的絮体快速沉降形成沉淀，沉淀池中的上清液即为净化后的出水；
d）沉淀池沉淀后形成排泥水并排入浓缩池，浓缩后形成的新的炭泥，浓缩后的炭泥一部分排放，一部分进入降解池；
e）对降解池曝气以促进微生物生长代谢，充分降解炭泥中的有机物和氨氮，同时微生物逐渐在新投加的粉末活性炭上富集生长，形成生物活性炭，炭泥再次回到混合池，与原水混合，循环运行上述步骤。
所述粉末活性炭包括煤质粉末活性炭，所述煤质粉末活性炭为100~200目。
a）步骤中的粉末活性炭投加量等于由浓缩池排出炭泥中所含的粉末活性炭含量，即粉末活性炭投加量（g）=总投炭量（g）×浓缩池排出的炭泥体积（L）/浓缩池总的炭泥体积（L）。
a）步骤中的混凝剂投量10mg/L，是以聚合氯化铝的量计算的。
所述絮凝池中的水力停留时间为15min。
所述沉淀池净化后的出水与过滤装置相连，所述过滤装置包括超滤膜组件。
所述浓缩池中的水力停留时间为6h。
所述浓缩池排出的炭泥体积，由相同处理规模下，单独投加混凝剂，无炭泥回流时浓缩池每天排出的泥量决定，即每天从浓缩池排出炭泥量等于净化装置仅发生混凝时每天产生的泥量。
所述降解池中的悬浮固体浓度为3000~4000mg/L，曝气时间为5h，曝气量为1:40，该比例为体积比。
本实施例中，采用上述净化方法，炭泥经浓缩曝气降解后，重新回流到混合池内。原水处理前色度约为23.1、浊度约为4.25NTU、UV254约为0.144 cm-1、CODMn约为6.52mg/L、氨氮约为0.5mg/L、初期的一次投炭量为2500mg/L。经过三周运行稳定后，降解池污泥浓度达到3600mg/L；出水色度约为9.52，浊度约为1.54NTU，UV254约为0.084 cm-1，CODMn约为3.92mg/L，氨氮约为0.23mg/L。
本实施例集混凝、沉淀、吸附、炭泥回流和生物降解等功能于一体，可有效地提高对水中有机物和氨氮的去除效果，同时能大大降低排泥量并减小降解池及炭泥回流系统规模，在降解池中污泥可充分降解，从而达到强化该方法对于水中有机物和氨氮等污染物的去除效果。
实施例2
本实施例与实施例1的区别仅在于：
a）步骤中的混凝剂投量40mg/L。
所述絮凝池中的水力停留时间为35min。
所述浓缩池中的水力停留时间为10h。
所述降解池的曝气时间为7h，曝气量为1:80。
在本实施例中，采用该净化方法，炭泥经浓缩曝气降解后，重新回流到混合池内。原水处理前浊度约为6.21NTU、UV254约为0.054 cm-1、CODMn约为3.04mg/L，氨氮约为1.12mg/L、初期的一次投炭量为2000mg/L。经过三周运行稳定后，降解池污泥浓度约为3400mg/L；出水浊度约为1.23NTU，UV254约为0.034 cm-1，CODMn约为1.67mg/L，氨氮约为0.61mg/L。
本实施例集混凝、沉淀、吸附、炭泥回流和生物降解等功能于一体，可有效地提高对水中有机物和氨氮的去除效果，同时能大大降低排泥量并减小降解池及炭泥回流系统规模，在降解池中污泥可充分降解，从而达到强化该方法对于水中有机物和氨氮等污染物的去除效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种同时去除有机物和氨氮的饮用水水质净化装置，其特征在于：包括依次首尾相连的混合池、絮凝池、沉淀池、浓缩池和降解池，所述混合池上设置有粉末活性炭投加管道和混凝剂投加管道，所述浓缩池上设置有排泥管道，所述降解池上设置有曝气管道，所述降解池与混合池之间由炭泥回流管道连通，所述絮凝池内设置有搅拌机，所述混合池包括静态混合器或者机械搅拌混合池。
2.根据权利要求1所述的一种同时去除有机物和氨氮的饮用水水质净化装置的净化方法，其特征在于：包括以下步骤：
a）原水进入混合池，与炭泥、混凝剂及新投加的粉末活性炭完成快速混合；
b）混合后的水进入絮凝池，在搅拌机的作用下，混凝剂、生物活性炭和炭泥充分分散于水中；
c）絮凝后的水进入沉淀池，炭泥和新形成的絮体快速沉降形成沉淀，沉淀池中的上清液即为净化后的出水；
d）沉淀池沉淀后形成排泥水并排入浓缩池，浓缩后形成的新的炭泥，浓缩后的炭泥一部分排放，一部分进入降解池；
e）对降解池曝气以促进微生物生长代谢，充分降解炭泥中的有机物和氨氮，同时微生物逐渐在新投加的粉末活性炭上富集生长，形成生物活性炭，炭泥再次回到混合池，与原水混合，循环运行上述步骤。
3.根据权利要求2所述的一种同时去除有机物和氨氮的饮用水水质净化方法，其特征在于：所述粉末活性炭包括煤质粉末活性炭，所述煤质粉末活性炭为100~200目。
4.根据权利要求2所述的一种同时去除有机物和氨氮的饮用水水质净化方法，其特征在于：a）步骤中的粉末活性炭投加量等于由浓缩池排出炭泥中所含的粉末活性炭含量，即粉末活性炭投加量（g）=总投炭量（g）×浓缩池排出的炭泥体积（L）/浓缩池总的炭泥体积（L）。
5.根据权利要求2所述的一种同时去除有机物和氨氮的饮用水水质净化方法，其特征在于：a）步骤中的混凝剂投量10~40mg/L，是以聚合氯化铝的量计算的。
6.根据权利要求2所述的一种同时去除有机物和氨氮的饮用水水质净化方法，其特征在于：所述絮凝池中的水力停留时间为15~35min。
7.根据权利要求2所述的一种同时去除有机物和氨氮的饮用水水质净化方法，其特征在于：所述沉淀池净化后的出水与过滤装置相连，所述过滤装置包括超滤膜组件。
8.根据权利要求2所述的一种同时去除有机物和氨氮的饮用水水质净化方法，其特征在于：所述浓缩池中的水力停留时间为6~10h。
9.根据权利要求2所述的一种同时去除有机物和氨氮的饮用水水质净化方法，其特征在于：所述浓缩池排出的炭泥体积，由相同处理规模下，单独投加混凝剂，无炭泥回流时浓缩池每天排出的泥量决定，即每天从浓缩池排出炭泥量等于净化装置仅发生混凝时每天产生的泥量。
10.根据权利要求2所述的一种同时去除有机物和氨氮的饮用水水质净化方法，其特征在于：所述降解池中的悬浮固体浓度为3000~4000mg/L，曝气时间为5~7h，曝气量为1:（40~80），该比例为体积比。
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