以生物竹炭接触氧化法为主的微污染原水处理法及其设备

摘要

本发明是一种以生物竹炭接触氧化方法为主的微污染水处理方法及其处理设备系统，处理方法的工艺流程为：沉淀-生物竹炭接触反应器-臭氧接触塔-快速砂滤塔-消毒器-蓄水池。设备装置其结构包括泵、水箱、电控仪表、液体流量计、气体流量计、填料和消毒器等。优点：对饮用水源水中的二甲基异冰片和土嗅素两种嗅味物质进行生物去除，生物竹炭接触反应器去除率可达98％，微污染水经本装置处理后实现无嗅化，达到国家饮用水标准；本装置能耗低，水泵、气泵功率小，水气输送手段为重力自流；操作简单，自动化运行，不需人力；可控调节每天处理水量；可广泛应用于偏远农村和工厂以及其他需独立供水单元，便于推广和使用。

说明书

技术领域

本发明是以生物竹炭接触方法为主的微污染原水处理方法及其处理设备系统。属于净水处理技术领域。

背景技术

微污染原水的处理方法有：强化混凝处理，加混凝剂降低水的浊度；臭氧活性炭联用深度处理技术，臭氧对水中的病毒有很好的灭活性，可氧化部分溶解性有机物；活性炭粉吸附深度处理技术；光催化氧化技术；膜法深度处理技术，包括反渗透(RO)、超滤(UF)、微滤(MF)、纳滤(F)等；吸附预处理技术；氧化预处理技术，包括化学氧化预处理和生物氧化预处理技术。以上技术对有效去除原水中的固体颗粒成分、化学溶存物质，降低处理水中的杂质等方面各有特色，但不能经济高效地去除原水中的二甲基异冰片和土嗅素两种痕量嗅味物质。

生物竹炭接触法的微污染原水处理方法可以在短时间内经济有效地去除原水中98％的痕量嗅味物质二甲基异冰片和土嗅素，使处理水质满足现行国家饮用水标准。

发明内容

本发明提出的是一种以生物竹炭接触方法为主的微污染原水处理方法及其处理设备，针对微污染水加以处理，通过间隔性、定量地向生物竹炭反应器中输入原水，并同时加以充氧、控制接触面截面流速，使原水中的关键嗅味物质在与工程菌的接触过程中被充分吸附、反应。降低处理水的嗅味指标，经过消毒后水质可达到国家饮用水标准。

本发明的技术解决方案：以生物竹炭接触方法为主的微污染原水处理方法，其特征是包括如下工艺步骤：

一、原水经进水泵抽取通过水箱入口进入水箱后，在水箱中储存、沉淀；液位开关感知原水储存到设定高度后，进水泵停止进水，液位开关打开，原水从水箱出口自重流出；

二、从水箱流出的原水通过水箱出口接入生物竹炭接触反应器的水流进口进入生物氧化反应器，经配水板配水后均匀进入一级生物氧化区，在此进行二甲基异冰片和土嗅素两种嗅味物质的去除；生物竹炭接触反应器上端高于水流进口处设有溢流口；生物竹炭接触反应器内分为两段生物氧化反应区，即一级生物氧化区和二级生物氧化区，每区上段设有配水板，先后对原水进行处理；与此同时，充氧设备通过输气管道接入生物氧化两区间的充氧入口进入两级生物氧化区间进行充氧，一方面增大填料与水流的接触面积，另一方面在维持同一二甲基异冰片和土嗅素去除率的条件下，提高处理效率；

三、连接水箱与生物竹炭接触反应器的管道上装有液体流量计，水箱每放流、充盈一部分原水后液位开关自行关闭；

四、经生物竹炭接触反应器处理后的水流，经生物竹炭反应器出水口由管道接入臭氧接触塔流入进口，进入臭氧接触塔，透过气水逆流接触方法，在此对溶存悬浮的有机质、无机质再次进行强氧化处理，提高水质质量；

五、经臭氧接触塔处理后的水流，经臭氧接触塔出水口由管道接入快速砂滤反应器水流进口进入快速吸附砂滤反应器，在此对有机残留菌胶团、菌颗粒、固体悬浮物成分进行物理吸附过滤处理，保证清洁水质，以有利于后续消毒工艺的进行；

六、水流从快速砂滤吸附过滤区出口流出后，经消毒器消毒，然后接入蓄水池进口进入蓄水池，蓄水池中的水质能达到饮用水标准。

七、上述的处理步骤一至五，在连续运行一段时间后，水中的悬浮絮状颗粒物质将阻塞竹炭填料间的流路通经，生物竹炭接触反应器的填料水阻增加到设定限度的1.5M水头时，需要对反应器进行反冲洗。反冲洗进行时，进水泵和充氧设备应暂停工作，液位开关处于闭合状态，生物竹炭接触反应器处于暂时停滞处理状态；

八、同工艺步骤六，在连续运行一段时间后，水中的悬浮絮状颗粒物质将阻塞滤砂填料间的流路通经，快速砂滤塔的填料水阻增加到设定限度的2.0M水头时，需要对快速砂滤塔进行反冲洗。输气管和输水管分别接入接触过滤反应器底部的反冲洗进气口和进水口，将气水同时从进水口和进气口输入接触过滤反应器，其中输气管、输水管和排水管均为前述；反冲洗气、反冲洗水和接触过滤反应器内的填料充分接触、摩擦，将吸附在填料上的吸附质如固体悬浮物、菌颗粒、菌胶团等冲洗下来，然后随反冲洗水从接触过滤反应器底部和上部的反冲洗水排水口排出，排出污水进入排水管道，并最终与生物氧化反应器的污水排管相接。

本发明的优点：处理水无特殊藻类土腥味，经检测指标物二甲基异冰片和土嗅素去除率可达到98％；减少流入原水中的污染组成成分，新工艺有助于提高既存净水处理设施的净水处理质量和效率；能耗低，一次提升液位后，水气输送均为重力自流；

附图说明：

附图1是微污染水处理设备系统结构示意图。

图中的1是生物竹炭接触反应器、2是臭氧接触塔、3是快速砂滤塔

具体实施方式

对照附图1，其结构是包括生物竹炭接触反应器1、臭氧接触塔2和快速砂滤塔3三大部分，其中生物竹炭接触反应器、臭氧接触塔和快速砂滤塔串接，设备工作过程中，处理水首先进入生物竹炭接触反应器，进行生物预处理去除处理水中的二甲基异冰片和土嗅素两种嗅味物质，去除水中一部分的有机污染物，其后处理水进入臭氧接触塔，对水中的大分子物质进行进一步的分解，最后处理水经过快速砂滤塔过滤后出水。三者之间采用国标饮用水管相连，以反应器上部进水下部出水的形式进行串联连接。

生物竹炭接触反应器，其结构是有两个柱状的生物氧化区，即反应器上部的一级生物氧化区和下部的二级生物氧化区，两者高度、填料相同；反应器上部设溢流口，在保持与大气相通的同时，还可在反冲洗时放出飞溅过高的污水；连接水箱的原水进口设在溢流口下端、一级生物氧化区上端，并与溢流口位置相对，采用打孔配水板；生物氧化反应器的一端设有充氧口(两氧化区之间)、反冲洗进气口(两氧化区间和二级氧化区底部各一)、反冲洗进水口(两氧化区间和二级氧化区底部各一)，另一相对端设有反冲洗水出水口(一级氧化区上部、两氧化区之间、二级氧化区底部各一)和与接触过滤池入口相接的处理水出口(二级氧化区底部)。反冲气水采用圆盘或棒管式扩散装置，保证气水均匀扩散。

臭氧接触塔，其结构采用塔式气水逆流形式，底部设有臭氧曝气头，水气逆流充分接触，上部进水，下部出水；下部进气，上部出气。水在塔体中停留时间为1h，臭氧供气量为2.5g/H。主要作用是对处理水进行深度处理，分解水中的大分子物质，降低有机质的含量，净化出水水质。

快速砂滤塔，其结构是一个柱状的石英海砂填料吸附区，填料区上端设打孔圆板配水板；反应器处理水进水端设有高位置的水流进水口，在填料区下部还设有反冲洗进水口、进气口各一个；反应器出水端与进水端相对，该端有反冲洗水出口在配水板上端与处理水进水口之间和反应器底部各一处；处理水出口位置在反应器底部，但高于反冲洗水出口位置。工艺处理步骤：

一、原水经进水泵抽取通过水箱入口进入水箱后，在水箱中储存、沉淀；液位开关感知原水储存到设定高度后，进水泵停止进水，液位开关打开，原水从水箱出口自重流出；

二、从水箱流出的原水通过水箱出口接入生物竹炭接触反应器的水流进口进入生物氧化反应器，经配水板配水后均匀进入一级生物氧化区，在此进行二甲基异冰片和土嗅素两种嗅味物质的去除；生物竹炭接触反应器上端高于水流进口处设有溢流口；生物竹炭接触反应器内分为两段生物氧化反应区，即一级生物氧化区和二级生物氧化区，每区上段设有配水板，先后对原水进行处理；与此同时，充氧设备通过输气管道接入生物氧化两区间的充氧入口进入两级生物氧化区间进行充氧，一方面增大填料与水流的接触面积，另一方面在维持同一二甲基异冰片和土嗅素去除率的条件下，提高处理效率；

三、连接水箱与生物竹炭接触反应器的管道上装有液体流量计，水箱每放流、充盈一部分原水后液位开关自行关闭；

四、经生物竹炭接触反应器处理后的水流，经生物氧化反应器出水口由管道接入臭氧接触塔流入进口，进入臭氧接触塔，透过气水逆流接触方法，在此对溶存悬浮的有机质、无机质进行强氧化处理，防止含有的这些物质流入后续工艺；

五、经臭氧接触塔处理后的水流，经臭氧接触塔出水口由管道接入快速砂滤反应器水流进口进入快速吸附砂滤反应器，在此对有机残留菌胶团、菌颗粒、固体悬浮物成分进行物理吸附过滤处理，保证清洁水质，以有利于后续消毒工艺的进行；

六、水流从快速砂滤吸附过滤区出口流出后，经消毒器消毒，然后接入蓄水池进口进入蓄水池，蓄水池中的水质能达到饮用水标准。

七、上述的处理步骤一至五，在工作一段时间后，生物竹炭接触反应器中的填料水阻将增加到设定限度，需要反冲洗，反冲洗进行时，进水泵和充氧设备应暂停工作，液位开关处于闭合状态，生物竹炭接触反应器处于暂时停滞处理状态；反冲洗具步骤如下：

1)开启反冲洗气泵和反冲洗水泵，将气水分别通过输气管和输水管接入生物竹炭接触反应器的反冲洗进气口和进水口，进入生物竹炭接触反应器，其中反冲洗进气口和进水口在两段生物氧化区之间和二级接触氧化区底部同时各设一处；

2)反冲洗气、反冲洗水和生物竹炭接触反应器内的填料充分接触、摩擦，将吸附在填料上的吸附物质如固体悬浮物、菌颗粒、菌胶团等冲洗下来，然后随反冲洗水排出，其中一级接触氧化区的反冲洗污水从一级接触氧化区上部的排污口排出，二级接触氧化区的反冲洗污水从一、二级接触氧化区之间的排污口排出，两排污口通过管道连接汇合，将总排污水通过排污管道排出系统；

反冲洗时，进入生物接触氧化反应器前的输水管和输气管分别接有液体流量计和气体流量计，可对输入量进行量化控制。

八、同工艺步骤六，快速砂滤塔中的填料水阻将增加到设定限度，需要进行反冲洗处理，输气管和输水管分别接入快速砂滤塔底部的反冲洗进气口和进水口，将气水同时从进水口和进气口输入快速砂滤塔，其中输气管、输水管和排水管均为前述；反冲洗气、反冲洗水和快速砂滤塔内的填料充分接触、摩擦，将吸附在填料上的吸附质如固体悬浮物、菌颗粒、菌胶团等冲洗下来，然后随反冲洗水从快速砂滤塔底部和上部的反冲洗水排水口排出，排出污水进入排水管道，并最终与生物竹炭接触反应器的排污管相接。

实施例

处理设备的进水采用高位水塔，其内设有液位开关，自动控制水塔的进水，同时自动向水塔中投加混凝剂和助凝剂，水体在水塔中沉淀1小时后向生物竹炭接触反应器进水，水体在水塔中的有效沉淀高度为1米。

生物竹炭接触反应器中分布有生物竹炭层，竹炭中接种对该水源水中污染物质有较好分解能力的微生物，综合和竹炭的吸附功能和生物处理功能，能够降解水体中的大部分污染物，水力停留时间(HRT)为30min，经生物竹炭接触氧化处理后的水进入臭氧接触塔，在该塔内用臭氧对水中的有机质和污染物质进行进一步的吹脱和分解，臭氧的使用量为2.5g/H，之后出水进入快速砂滤塔，塔中填充水厂用滤料，对水体进行进一步的过滤，之后出水经紫外线消毒后进水蓄水池备用。

设备的清洁通过水泵、气泵、电磁阀、微机自动控制进行，设备运行1周后对塔桶体进行气、水反冲洗，一方面去除竹炭层和沙层的截留污染物，另一方面竹炭层进行充氧，保持微生物的活性。

经处理的水指标完全符合饮用水卫生标准，具体出水指标为总氮：0.4mg/l，氨氮0.09mg/l(GB为0.5mg/l)，总磷0.02mg/l，高锰酸盐指数1.05mg/l(GB为3mg/l)，浊度为0.5，2-MIB、土臭素、色度(GB为20)和水中悬浮物均低于仪器检出下限。主体生物竹炭接触塔直径为46cm的成套设备每天可处理符合国标的饮用水17.3吨。