一种微污染水源水生物处理装置

摘要

本发明提供一种微污染水源水生物处理装置，属于污水处理领域，包括反应器本体，反应器本体包括前处理单元和后处理单元，前处理单元内部设置有悬挂填料层、改性沸石层、鹅卵石层和透水承托板；后处理单元内部设置有鹅卵石层、改性沸石层、石英砂层和透水承托板；前、后处理单元的底部均设有底部出水室，后处理单元的右侧设置有溢流堰与出水管，反应器内部还设置有反冲洗管。装置能够有效提高微生物生存环境的多样性，强化微生物附着，增加系统生物种类的多样性，从而强化微污染水源水中氮素和有机物的去除；能够有效减少系统堵塞、降低系统曝气和反冲洗能耗、管理方便等优点，能够大大降低系统运行成本。

说明书

技术领域

本发明涉及污水处理装置领域，具体涉及一种微污染水源水生物处理装置。

背景技术

近年来，工业、农业和生活污废水的排放使得自然水体有机物和氮素等污染物的水平逐年升高，严重威胁着水资源的开发利用。水源水的污染严重威胁着人群的身体健康，饮用水安全保障形势日趋严峻，受到国内外的广泛关注。现阶段，污染水源水的处理方法主要包括物理、化学和生物的处理方法。其中，物理方法如过滤沉淀工艺主要用于处理水源水中的浊度和重金属污染，不能有效去除水体中的氮素和有机物，尤其是溶解性有机物；化学方法需要额外引入化学试剂，管理较为复杂且容易引入二次污染物，不利于水源水质的净化。由于多数物理和化学的水源水处理方法均需要添加药剂并进行过程控制，运行成本均较高。水源水生物处理方法具有低成本、高效益、弱风险和易维护的优点，能有效去除水源水中的氮素和有机物，现已广泛用于水源水的处理。

目前，水源水的生物处理工艺主要包括好氧曝气池和生物滤池。然而，好氧生物曝气池结构单一，需要在高曝气条件下运行以维持填料悬浮，加大了曝气成本且高曝气条件使得水体中溶解氧浓度往往接近饱和不利于反硝化脱氮，也不能有效去除水源水中的浊度和CODMn。生物滤池载体生物膜形成时间可长达数月，启动较为缓慢且水流阻力较大并容易造成堵塞，增加了动力和反冲洗成本。此外，在水源水生物处理过程中，工艺应用较为单一，受限于微污染水源水的寡营养水质，生物处理工艺的微生物生长极其缓慢，需要经过较长的启动时间以获得理想的处理性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微污染水源水生物处理装置，该装置能够有效提高微生物生存环境的多样性，增加系统生物种类的多样性，强化微污染水源水中氮素和有机物的去除，装置反冲洗能耗低。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：一种微污染水源水生物处理装置，包括反应器本体，反应器本体包括前处理单元和后处理单元，后处理单元位于前处理单元右侧，前处理单元与后处理单元被由下折流墙与上折流墙围成的过流通道分隔开；前处理单元外部左上侧设置有进水管，前处理单元内部左上方设置有第一进水管，后处理单元内部左上方设置有第二进水管，第一进水管、第二进水管与进水管相连，第一进水管、第二进水管上分别设置有第一阀门、第二阀门；前处理单元、后处理单元内部设置有滤料层与反冲洗管、透水承托板，滤料层包括悬挂填料层、鹅卵石层、改性沸石层、石英砂层；前处理单元的底部设有第一底部出水室，第一底部出水室内部设有第一排泥管、第一曝气管、第一承重多孔砖和第一隔板，第一隔板将第一底部出水室与过流通道分割开来；后处理单元的底部设有第二底部出水室，第二底部出水室内部设有第二排泥管、第二曝气管、第二承重多孔砖和第二隔板，第二隔板将第二底部出水室与出水室分割开来；后处理单元的右侧设置有出水室、溢流堰和出水管；微污染水源水经第一进水管进入装置后，可以经过悬挂填料层、鹅卵石层、改性沸石层、石英砂层的过滤，不同滤层为微生物提供了多样化的生存环境，有利于微生物的附着，增加系统生物种类的多样性，从而可以强化微污染水源水中氮素和有机物的去除。

作为优选，反冲洗管置于悬挂填料层、改性沸石层、鹅卵石层和石英砂层之间或各层内部，每0.5m-1.0m高度设置一条反冲洗管，反冲洗管直径为3cm-15cm，反冲洗管表面设有气孔，反冲洗管被橡胶层包覆，橡胶层在气孔的对应位置开设有半封闭孔；橡胶层表面裹覆有管网，管网带有网孔，网孔的孔径为0.3mm-0.7mm；开启反冲洗管可以对反应器进行反冲洗操作，冲洗掉填料中的颗粒物，而且还可以补充反应器液体中的溶解氧，促进反应器微生物的生长繁殖；管网可以有效的防止填料颗粒对反冲洗管的反渗透，将填料颗粒阻拦在管网外部，起到保护反冲洗管与气孔的作用；橡胶层上的半封闭孔在气孔排气的时候受到内部气体的挤压会张开以让气体排出，当关闭反冲洗管后，橡胶层上的半封闭孔受到水压的作用会自动闭合，微污染水不会渗入反冲洗管，延长反冲洗管的使用期限，降低成本。

作为优选，反应器本体呈长方体设计，前处理单元和后处理单元的体积比为0.8-1.5:1；前处理单元的悬挂填料层、改性沸石层和鹅卵石层的体积比为1.5-3:0.8-1.5:1；后处理单元的鹅卵石层、改性沸石层和石英砂层的体积比为0.8-1.2: 0.8-1.2:1；根据不同的微污染水水源水的水质，灵活选用适合的滤料体积比，可以在高效处理水质的同时控制装置的成本。

作为优选，第一承重多孔砖、第二承重多孔砖分别不连续均匀地平铺于反应器底部下折流墙与后处理单元右侧装置外壁下方，承重多孔砖垂直于反应器底长，其所占反应器底面宽长与反应器宽长之比为0.6-1:1；承重多孔砖既具有承重支撑作用，又有吸附作用，还可以让前处理单元处理后的微污染水经过承重多孔砖、过流通道，进入后处理单元进行二次处理，二次处理完成后可以经过设置于后处理单元中的承重多孔砖进入出水室，完成净化处理。

作为优选，过流通道的下折流墙和上折流墙之间的距离为0.1-0.8m，下折流墙与上折流墙的横截面积占反应器侧面横截面积的0.8-0.9，过流通道的上折流墙顶端高于出水管20-50cm，出水管不低于鹅卵石层顶部并且低于第二进水管；前处理单元、过流通道、后处理单元与出水室具有连通器原理，各个组件高度的设计既保证了水处理的正常持续进行，又不影响进水与出水，提高装置的稳定性与持续性。

作为优选，第一隔板与第二隔板分别位于下折流墙与装置外壁内部且均可上下活动，第一隔板朝向第一承重多孔砖的表面与第二隔板朝向第二承重多孔砖的表面设置有折流凹槽，折流凹槽呈圆弧形；水流经过第一承重多孔砖、第二承重多孔砖到达第一隔板、第二隔板，水流冲刷至圆弧形的折流凹槽后会沿着圆弧面折流，一方面降低了对第一隔板、第二隔板的冲击力，降低其所受应力，提高了使用期限，另一方面水流折流回多孔砖后可以进行第二次的冲刷过滤，有利于提高反冲洗的效果。

作为优选，第一隔板、第二隔板具有不规则的微孔结构，微孔的孔径为0.1mm-0.4mm，微孔有部分闭合，第一隔板朝向第一承重多孔砖的表面微孔与第二隔板朝向第二承重多孔砖的表面微孔为开放状态，第一隔板朝向过流通道的表面微孔与第二隔板朝向出水室的表面微孔均为闭合状态；第一隔板、第二隔板的不规则的微孔结构可以将反冲洗时经过隔板的杂质吸附，实现对微污染水的进一步净化；隔板内的一部分微孔是封闭性的，封闭性的孔洞内部填充了空气，使隔板具有比重小、刚强好、吸振性能好的优点，可以有效地抵消水流对隔板的冲击，增强第一隔板、第二隔板的耐冲击性，同时使隔板具有静音、吸振的功能。

本发明的有益效果为：装置能够有效提高微生物生存环境的多样性，可以使各层物料与污水的接触时间长、接触面积大，提高装置对微污染水的处理效率；同时可以强化微生物的附着，增强微生物与微污染水的接触，强化微污染水源水中氮素和有机物的去除；装置不仅能够补充反应器液体中的溶解氧，促进反应器中微生物的生长繁殖，而且还可以采用加大曝气的方法来反冲洗反应器中的填料，可以冲洗掉填料层中的颗粒物，具有有效减少系统堵塞、降低系统曝气和反冲洗能耗、管理方便等优点，能够大大降低系统运行成本；装置还可以有效的防止填料颗粒对反冲洗管的反渗透，将填料颗粒阻拦在管网外部，起到保护反冲洗管与气孔的作用；装置中隔板的设计不仅实现了装置对微污染水的进一步净化，而且有效地抵消水流对隔板的冲击，使装置具有静音、吸振的功能。

本发明采用了上述技术方案提供一种微污染水源水生物处理装置，弥补了现有技术的不足，设计合理，操作方便。

附图说明

图1为本发明一种微污染水源水生物处理装置的一种示意图；

图2为本发明一种微污染水源水生物处理装置的图1的改进示意图；

图3为本发明一种微污染水源水生物处理装置的反冲洗管截面示意图；

图4为本发明一种微污染水源水生物处理装置的第一隔板或第二隔板的示意图；

图5为本发明一种微污染水源水生物处理装置的图1中A的局部放大图。

附图标记说明：a.前处理单元；b.后处理单元；1.进水管；10.装置外壁；11.第一阀门；12.第一进水管；13.第二阀门；14.第二进水管；2.悬挂填料层；21.改性沸石层；22.透水承托板；23.鹅卵石层；24.石英砂层；3.第一底部出水室；31.第一排泥管；32.第一承重多孔砖；33.第一隔板；34.第一底部出水室底板；35.第一曝气管；36.折流凹槽；4.反冲洗管；41.气孔；42.管网；43.网孔；5.过流通道；51.下折流墙；52.上折流墙；6.第二底部出水室；61.第二排泥管；62.第二承重多孔砖；63.第二隔板；64.第二底部出水室底板；65.第二曝气管；7.出水室；71.溢流堰；72.出水管。

具体实施方式

以下结合实施例和附图作进一步详细描述：

实施例1：

如图1所示，一种微污染水源水生物处理装置，它包括反应器本体，反应器本体包括前处理单元a和后处理单元b，前处理单元a和后处理单元b被由下折流墙51和上折流墙52围成的过流通道5分隔开，前处理单元a底部设置有第一底部出水室3，第一底部出水室包括第一排泥管31、曝气管35、第一承重多孔砖32，后处理单元b底部设置有第二底部出水室6，第二底部出水室6包括第二排泥管61、曝气管65、第二承重多孔砖62，前处理单元a左上部设有进水管1，前处理单元a内部由上到下设有悬挂填料层2、改性沸石层21、反冲洗板4、鹅卵石层23和透水承托板22，后处理单元b内由上到下设置鹅卵石层23、反冲洗板4、改性沸石层21、反冲洗板4、石英砂层24和透水承托板22，后处理单元b右侧设有出水室7、溢流堰71和出水管72。反应器本体呈长方体，前处理单元a和后处理单元b的体积比为1:1；前处理单元a的悬挂填料层2、改性沸石层21和鹅卵石层23的体积比为2: 1:1；后处理单元b的鹅卵石层23、改性沸石层21和石英砂层24的体积比为1.2: 1.2:1。承重多孔砖能够全方位透水，不连续均匀平铺于反应器底部下折流墙51下方，垂直于反应器底长，承重多孔砖所占反应器底面宽长与反应器宽长之比为0.8:1。反冲洗管4置于改性沸石层21、鹅卵石层23和石英砂层24之间或各层内部，每0.8m高度设置一条反冲洗管4，反冲洗管4直径为10cm。过流通道5的下折流墙51和上折流墙52之间的距离为0.8m，下折流墙51与上折流墙52的横截面积占反应器侧面截面积的0.8倍，上折流墙52顶端高于出水管72 50cm，出水管72不低于鹅卵石层23顶部。

使用时，本发明可用有机玻璃、钢材或钢筋混凝土构建，微污染水源水由反应器本体一侧进水管1进入前处理单元a，经由悬挂填料层2、改性沸石层21、鹅卵石层23处理，然后经过透水承托板22进入第一底部出水室3，水流沿承重多孔砖及砖间间隙进入过流通道5流进后处理单元b，经过后处理单元b中的鹅卵石层23、改性沸石层21和石英砂层24处理的水流经透水承托板22进入后处理单元b的第二底部出水室6，最后经过出水室7、溢流堰71，从出水管72排出。每隔2个月采用加大曝气或反冲洗的形式处理前处理单元a和后处理单元b的底部出水室中的底泥，经排泥管31或61排出反应器。

实施例2：

如图1-5所示，一种微污染水源水生物处理装置，包括反应器本体，反应器本体包括前处理单元a和后处理单元b，前处理单元a与后处理单元b由由下折流墙51与上折流墙52围成的过流通道5分隔开；前处理单元a外部左上侧设置有进水管1，前处理单元a内部左上方设置有第一进水管12，后处理单元b内部左上方设置有第二进水管14，第一进水管12、第二进水管14与进水管1相连，第一进水管12、第二进水管14上分别设置有第一阀门11、第二阀门13；前处理单元a内部由上到下依次设置有悬挂填料层2、反冲洗管4、改性沸石层21、反冲洗管4、鹅卵石层23和透水承托板22；后处理单元b内部由上到下依次设置有鹅卵石层23、反冲洗管4、改性沸石层21、反冲洗管4、石英砂层24和透水承托板22；前处理单元a的底部设有第一底部出水室3，第一底部出水室3内部设有第一排泥管31、第一曝气管35、第一承重多孔砖32和第一隔板33，第一隔板33将第一底部出水室3与过流通道5分割开来；后处理单元b的底部设有第二底部出水室6，第二底部出水室6内部设有第二排泥管61、第二曝气管65、第二承重多孔砖62和第二隔板63，第二隔板63将第二底部出水室6与出水室分割开来；后处理单元b的右侧设置有出水室7、溢流堰71和出水管72；改性沸石层21、鹅卵石层23和石英砂层34之间或各层内部每1.0m设置一条反冲洗管4，反冲洗管4直径为15cm，反冲洗管4表面设有气孔41；反冲洗管4表面裹覆有管网42，管网42带有网孔43，网孔43的孔径为0.5 mm；微污染水源水经第一进水管12进入装置后，可以经过悬挂填料层2、改性沸石层21、鹅卵石层23、石英砂层24的过滤，不同滤层为微生物提供了多样化的生存环境，有利于微生物的附着，增加系统生物种类的多样性，从而可以强化微污染水源水中氮素和有机物的去除；开启反冲洗管4可以对反应器进行反冲洗操作，冲洗掉填料中的颗粒物，而且还可以补充反应器液体中的溶解氧，促进反应器微生物的生长繁殖；管网42可以有效的防止填料颗粒对反冲洗管4的反渗透，将填料颗粒阻拦在管网42外部，起到保护反冲洗管4与气孔41的作用。

精确称取10gN-（4-羟基-3-甲氧基苯基甲基）甲基丙烯酰胺-乙烯基三甲氧基硅烷共聚物溶解于30g乙酸丁酯中，另外称取5g邻苯二甲酸丁苄酯、25g胶质碳酸钙、15g壬酸香草酰胺、0.5g2,3,5-三甲基-1,4-苯二酚、0.06gL-（+）-2，3-二羟基丙酸，将各组分混合均匀后置于一个含有40g钢珠的油漆振荡器中常温振荡4小时，然后用100目的过滤器过滤，即得防污涂料，将防污涂料涂覆于反冲洗管4的管网42表面；防污涂层的主要成分N-（4-羟基-3-甲氧基苯基甲基）甲基丙烯酰胺-乙烯基三甲氧基硅烷共聚物为长链结构，无网状交联结构，易于混合分散，经涂装后，防污涂层在管网42表面形成一层致密、均匀的梳理层，具有极强的防污、防粘性能，抑制微生物、絮凝物、填料等物质在管网42表面的附着，降低清理反冲洗管4的频率与能耗，节省了时间成本与人力成本；特殊配比的2,3,5-三甲基-1,4-苯二酚与L-（+）-2，3-二羟基丙酸可以起到调和防污涂料各组分的功能，可以降低各组分的各向异性，提高涂料的均匀性与稳定性，延长涂层的使用期限，使涂层在长期的使用后不会发生起皮、脱附，保护基底不受污染，降低装置的成本。

反应器本体呈长方体设计，前处理单元a和后处理单元b的体积比为1.2:1；前处理单元a的挂悬挂填料层2、改性沸石层21和鹅卵石层23的体积比为2:1:1；后处理单元b的鹅卵石层23、改性沸石层21和石英砂层24的体积比为1:1:1；根据不同的微污染水水源水的水质，灵活选用适合的滤料体积比，可以在高效处理水质的同时控制装置的成本。

第一承重多孔砖32与第二承重多孔砖62不连续均匀地平铺于反应器底部下折流墙51下方，垂直于反应器底长，第一承重多孔砖32与第二承重多孔砖62所占反应器底面宽长与反应器宽长之比均为0.8:1；承重多孔砖既具有承重支撑作用，又有吸附作用，还可以让前处理单元a处理完的微污染水经过第一承重多孔砖32、过流通道5，进入后处理单元b进行二次处理，二次处理完成后可以经过设置于后处理单元b中的第二承重多孔砖63进入出水室7，完成净化处理。

过流通道5的下折流墙51和上折流墙52之间的距离为0.5m，下折流墙51与上折流墙52的横截面积占反应器侧面横截面积的0.9倍，过流通道5的上折流墙52顶端高于出水管72 30cm，出水管72不低于鹅卵石层23顶部并且低于第二进水管14；前处理单元a、过流通道5、后处理单元b与出水室7具有连通器原理，各个组件高度的设计既保证了水处理的正常持续进行，又不影响进水与出水，提高装置的稳定性与持续性。

第一隔板33与第二隔板63分别位于下折流墙51与后处理单元b装置外壁10内部且均可上下活动，第一隔板33朝向第一承重多孔砖32的表面与第二隔板63朝向第二承重多孔砖62的表面设置有折流凹槽36，折流凹槽36呈圆弧形；第一隔板33、第二隔板63具有不规则的微孔36，微孔36的结构类似于海绵中的中空无规则微孔结构，微孔36的孔径为0.2mm，微孔36有部分闭合，第一隔板33朝向第一承重多孔砖32的表面微孔36与第二隔板63朝向第二承重多孔砖62的表面微孔36为开放状态，第一隔板33朝向过流通道5的表面微孔36与第二隔板63朝向出水室7的表面微孔36均为闭合状态；水流经过第一承重多孔砖32、第二承重多孔砖62到达第一隔板33、第二隔板63，水流冲刷至圆弧形的折流凹槽36后会沿着圆弧面折流，一方面降低了对第一隔板33、第二隔板63的冲击力，降低其所受应力，提高了使用期限，另一方面水流折流回多孔砖后可以进行第二次的冲刷过滤，有利于提高反冲洗的效果；第一隔板33、第二隔板63的不规则的微孔结构可以将反冲洗时经过隔板的杂质吸附，实现对微污染水的进一步净化；隔板内的一部分微孔36是封闭性的，封闭性的孔洞内部填充了空气，使隔板具有比重小、刚强好、吸振性能好的优点，可以有效地抵消水流对隔板的冲击，增强第一隔板33、第二隔板63的耐冲击性，同时使隔板具有静音、吸振的功能。

上述实施例中的常规技术连接或常规技术为本领域技术人员所知晓的现有技术，例如弹性弹簧的安装，故在此不再详细赘述。

实施例3：

如图1-5所示，一种微污染水源水生物处理装置，当装置在正常处理微污染水时，将反应器以有机玻璃、钢材或钢筋混凝土构建。打开第一阀门11，关闭第二阀门13，微污染水源水由反应器本体一侧经由进水管1、第一进水管12进入前处理单元a，经由悬挂填料层2、改性沸石层21、鹅卵石层23和透水承托板22进入第一底部出水室3，水流沿第一承重多孔砖32及砖间间隙进入过流通道5，然后经由上折流墙52流进后处理单元b，经过后处理单元b中的鹅卵石层23、改性沸石层21、石英砂层24的处理，水流经透水承托板22进入后处理单元b的第二底部出水室6，最后沿第二承重多孔砖62及砖间间隙进入出水室7，经过溢流堰71，从出水管72排出，完成对微污染水的净化处理。装置能够有效提高微生物生存环境的多样性，强化微生物的附着，增加装置中生物种类的多样性，从而强化微污染水源水中氮素和有机物的去除。

如图1-5所示，一种微污染水源水生物处理装置，当装置在进行反冲洗清理时，打开第一阀门11，关闭第二阀门13，将第一隔板33降低至隔断第一底部出水室3与过流通道5，同时开启第一曝气管34与反冲洗管4为反应器充入空气。清洁水由反应器本体一侧经由进水管1、第一进水管12进入前处理单元a，经由悬挂填料层2、改性沸石层21、鹅卵石层23和透水承托板22进入第一底部出水室3，然后在前处理单元a内部进行回流循环，水流会冲洗掉填充料粘附的絮凝物、有机物、颗粒物、淤泥等杂质，并且经过第一排泥管31排出，完成前处理单元a的清洗。

如图1-5所示，一种微污染水源水生物处理装置，当装置在进行反冲洗清理时，关闭第一阀门11，打开第二阀门13，将第二隔板63降低至隔断第二底部出水室6与出水室7，同时开启第二曝气管64与反冲洗管4为反应器充入空气。清洁水由反应器本体一侧经由进水管1、第二进水管14进入后处理单元b，经由鹅卵石层23、改性沸石21、石英砂层24和透水承托板22进入第二底部出水室6，在后处理单元b内部进行回流循环，经由第二排泥管61排出，完成后处理单元b的清洗。

防污涂层不仅限于反冲洗管4管网42的表面，还可以设置于透水承托板22的表面、上折流墙52的外壁、下折流墙51的外壁、反应器的内壁、第一底部出水室3的底面、第二底部出6水室的底面。

第一隔板33、第二隔板63微孔36的孔径不仅限于0.1mm-0.4mm，还可以是0.1mm、0.11mm、……、0.39mm、0.40mm。

上述实施例中的常规技术为本领域技术人员所知晓的现有技术，故在此不再详细赘述。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。