专利名称：前、中、后臭氧与中置曝气生物活性炭给水处理方法
技术领域：
本发明涉及给水处理技术领域，特别是涉及微污染饮用水水源净化的技术领域， 具体涉及前、中、后臭氧与中置曝气生物活性炭给水处理方法。
背景技术：
目前我国普遍采用图1所示“原水一混凝一沉淀一砂滤一消毒”常规净水工艺生产自来水。近年来城市饮用水水源受污染程度日益严重，而随着我国城市供水水质标准的提高，以去浊与灭菌为主要功能的常规净水工艺已难以适应现有的水源和水质标准。因此， 必须开发新的给水处理技术以适应恶化的供水水源、改善供水水质。针对遭受氨氮和有机物微污染水源，生物处理是去除氨氮和有机物的有效且最为经济的方法。因此，目前国内外常在常规净水工艺中增加给水生物处理工艺，代表性的工艺为图2所示传统的前、后臭氧与后置生物活性炭给水深度净水工艺，其净水流程为“原水 —前臭氧接触池一混凝沉淀池一砂滤池一后臭氧接触池一生物活性炭滤池一加氯一清水池”。前加臭氧起灭杀贝类等水生生物、去除溶解性铁和锰、色度和藻类、减少三氯甲烷前驱物、除嗅、助凝以及对原水初步消毒的预氧化作用。砂滤出水已经基本去除了水中的浊度物质，在后臭氧接触池内溶入臭氧，彻底灭杀原水中各种致病微生物，进一步将大分子有机物氧化成小分子物质，同时提高水中溶解氧。生物活性炭滤池位于净化单元末端，用于进一步吸附、降解有机物以及硝化氨氮。如果冬季地表水温度低于5°C时，生物活性炭滤池的生化作用严重削弱，需要凭借颗粒炭的吸附能力去除；不可降解有机物则完全依靠颗粒炭吸附去除；颗粒炭对氨氮基本没有吸附作用，硝化氨氮主要依靠颗粒炭的生化作用。当地表水温度在5°C以上时，颗粒炭通过生化降解被吸附的可生化有机物得到必要的再生，恢复对可降解有机物的吸附能力。该工艺在国内大规模应用以来，在水质改善方面得到了广泛认同。 该工艺无论是后臭氧氧化，还是活性炭吸附与生化，都直接针对常规工艺出水残留的微污染物质，净化效率高，而且维持水中余臭氧设定值所需的臭氧投加量较少，经生物活性炭滤池截滤的浊度极少从而大大延长了冲洗周期，故运行成本降低。但是生物活性炭滤池为微型水生动物提供了远比常规水处理工艺适宜的生长条件，形成了微生物一原生动物一大型无脊椎动物生物链，生物活性炭滤池出水存在微型生物穿透现象，而在我国南方亚热带地区尤其突出。虽然微型生物经末端消毒可以灭杀，其出水可能出现肉眼可见物，对水质构成了安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于克服现有臭氧-生物活性炭工艺针对遭受氨氮和有机物微污染饮用水水源存在的不足，提供一种臭氧投加方式得到优化的臭氧-生物活性炭工艺方法，以提升自来水厂的供水水质。本发明的目的通过如下技术方案实现前、中、后臭氧与中置曝气生物活性炭给水处理方法，其净水流程为“原水一前臭
3氧接触池一混凝沉淀池一中臭氧接触池一曝气生物活性炭滤池一后臭氧(联合加氯)接触池一-砂滤池一清水池”，如图3所示，包括以下步骤(1)原水进入预臭氧接触池，向池内投加臭氧进行预氧化；(2)步骤(1)的出水进入混凝沉淀池之前投加混凝剂和助凝剂，充分混合后，在混凝沉淀池中进行混凝反应和沉淀。(3)步骤(2)的出水进入中臭氧接触池，向池内投加臭氧进行氧化；(4)步骤(3)的出水进入曝气生物活性炭滤池，并对该池进行鼓风曝气，一方面供氧，另一方面促进水中微污染物与滤池中生物活性炭接触，在生物膜生化与活性炭吸附作用下，去除水中的氨氮、有机物和部分重金属；(5)步骤的出水加氯，然后进入后臭氧接触池，向池内投加臭氧进行消毒；(6)步骤(5)的出水流入砂滤池，砂滤池后置，截滤水中残余浊度和已被灭杀的微型生物，得到处理后的清水。所述步骤(1)原水进入预臭氧接触池，向池内投加臭氧进行预氧化，臭氧投加率通常在0. 0 1. 5mg/L范围，具体应根据原水的水质状况并结合预氧化去除溶解性铁和锰、 色度和藻类、减少三氯甲烷前驱物以及改善臭味和混凝条件的试验结果确定，也可参照相似水质条件下的经验选用，接触时间为2 5min。当水源水质良好，藻类、三氯甲烷前驱物、 臭味和色度不会导致出厂水对应指标达不到生活饮用水卫生标准时，前臭氧投加率可以取为Omg/L。如果长期不需要前臭氧，则不设前臭氧接触池。所述步骤( 沉淀池出水进入中臭氧接触池，向池内投加臭氧进行氧化，臭氧投加率通常在0. 0 1. 5mg/L范围(优选范围为0. 1 1. 5mg/L)，具体应根据待处理水的水质状况并结合氧化难分解有机物试验结果确定，也可参照相似水质条件下的经验选用，接触时间为3 6min。当此步骤进水水质中难分解有机物、臭味和色度不会导致出厂水对应指标达不到生活饮用水卫生标准时，中臭氧投加率可以取为Omg/L。如果长期不需要中臭氧，则不设中臭氧接触池。所述步骤(3)的出水进入曝气生物活性炭滤池，在生物膜生化与活性炭吸附作用下，去除水中的氨氮、有机物和部分重金属。如图4所示，曝气生物活性炭滤池(即为申请号200910193564.0，名称为曝气生物活性炭滤池及应用其净化给水的方法中记载的炭滤池)的过流方式采用升流式，进水从总进水渠1进入配水渠2，通过进水管3进入曝气生物活性炭滤池配水配气槽4，配入滤池体5向上流动，均勻分配到各单孔膜曝气滤头6，穿过滤板7、卵石垫层8和滤料层，然后进入出水渠11 ；滤料宜采用双层床复合滤料，下层为厚度 0. 5 2. Om轻质陶粒层9，上层为厚度2. O 3. 5m颗粒活性炭层10，处理水与滤料的总空床接触时间宜采用6 20min，空床滤速为12 20m/h。来自曝气鼓风机12的压缩空气经过曝气管道13进入滤池的配气配水槽4，然后配入滤池体5，在滤板7下方形成气垫层，通过单孔膜曝气滤头6的膜孔进入滤柄，再与待滤水同向上流曝气，为陶床9和炭床10上生长的生物膜提供溶解氧以及扰动传质。曝气气水比通常在0.0 0.5 1范围(优选范围为0.1 0.5 1)，当氨氮大于3.5mg/L时，气水比范围扩大为0 0.8 1(优选范围为 0.2 0.8 1)，具体应根据原水的水质状况并结合去除氨氮和有机物试验结果确定，也可参照相似水质条件下的经验选用。所述步骤(4)中曝气生物活性炭滤池上冲水洗方法根据图4所示，开启冲洗水泵19，冲洗水经水冲洗管20进入配水配气槽4，配入滤池体5向上流动，均勻分配到各单孔膜曝气滤头6 ；曝气生物活性炭滤池的上冲气洗方法开启冲洗鼓风机14，冲洗气流经气冲洗管15进入配水配气槽4，配入滤池体5，在滤板7下方形成气垫层，通过单孔膜曝气滤头6 的膜孔进入滤柄向上流动；曝气生物活性炭滤池的下冲洗方法关闭进水管3的阀门，开启冲洗鼓风机14，冲洗空气经气冲洗干管16以及穿孔配气管17进入配水配气槽4，配入滤池体5，在滤板7下方形成气垫层，通过单孔膜曝气滤头6的膜孔进入滤柄向上流动，而池底配水配气区的惰性积泥也在穿孔配气管17鼓风曝气下被扰起；数分钟后，开启放空阀18，滤层和池底配水配气区中的惰性积泥随冲洗水经放空管18排至池外。所述步骤的出水加氯，然后进入后臭氧接触池，向池内投加臭氧进行氯与臭氧联合消毒。加氯量应根据砂滤池出水余氯(游离氯)满足出厂水标准>0.3mg/L但 (4mg/L的控制要求确定。臭氧投加率通常在0. 0 1. Omg/L范围(优选范围为0. 1 1. Omg/L)，具体应根据出厂水中微生物的种类、结合灭活病毒、微型生物和消毒试验结果确定，也可参照相似水质条件下的经验选用，接触时间为6 15min。当曝气生物活性炭出水没有耐氯性很强的微型生物，依靠加氯可以解决微型生物穿透砂滤池问题时，后臭氧投加率可以取为Omg/L。如果长期不需要后臭氧，则不设后臭氧接触池。所述步骤(5)的出水进入砂滤池，将砂滤池后置，不仅去除水中的残余浊度，同时也截滤水中已被臭氧和氯灭杀的微型生物，克服了现有臭氧-生物活性炭工艺存在生物泄漏的缺陷。本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果1、与传统的前、后臭氧与后置生物活性炭给水深度净水工艺相比，本发明有两个优点(1)将砂滤池从位于“后臭氧接触池一生物活性炭滤池一加氯”之前改为殿后，截滤水中残余浊度和已被灭杀的微型生物，防止微型生物泄漏。需要指出的是活体微型生物可以穿透砂滤池，故在砂滤池之前加氯将其灭杀，再通过砂滤去除。(2)将“后臭氧接触池一生物活性炭滤池一加氯”改为“中臭氧接触池一曝气生物活性炭滤池一加氯一后臭氧接触池”，优化臭氧投加方式中臭氧用于氧化分解难降解有机物，应对水源高强度突发有机污染；以鼓风曝气替代后臭氧向炭滤池供氧，既提高了生物活性炭滤池对氨氮和有机物的去除率，又减少了臭氧投加率；后臭氧联合加氯消毒，不仅能够灭菌消毒，还能进一步灭杀耐氯性强的微型生物如摇蚊幼虫、线虫、剑水蚤和轮虫等，更加有效地防止微型生物泄漏。2、与生物预处理与常规处理组合工艺相比，本发明有两个优点(1)生物预处理位于常规处理工艺之前，直接处理原水。本发明中置曝气生物活性炭滤池位于常规处理工艺的沉淀池和砂滤池之间，既可以避免原水浊度加重生物滤池的过滤负担，妨碍生物膜的生化作用，又能够通过砂滤池阻止微型生物穿透。因此，对于新建水厂，在混凝沉淀单元与砂滤池之间布置生物滤池是合理的工艺流程。待滤澄清水浊度比原水大幅度降低，有利于曝气生物滤池的运行管理，对反冲洗的要求也降低了标准。(2)生物预处理直接处理原水，由于原水浊度较高，无法采用颗粒活性炭作为微生物挂膜填料。而混凝沉淀出水浊度通常在1. O 2. ONTU范围，对于升流式双层床曝气生物滤池，可以保证上层滤床的入水浊度< 1. 0NTU，具备了采用颗粒活性炭滤料的条件，颗粒活性炭滤料对微污染水的生物处理效果更好，应对水源突发污染的能力大大加强。
图1是给水常规处理工艺流程示意图。图2是传统的前、后臭氧与后置生物活性炭给水深度净水工艺流程示意图。图3是本发明前、中、后臭氧与中置曝气生物活性炭工艺流程示意图。图4是本发明中的中置曝气生物活性炭滤池示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。如图3所示，前、中、后臭氧与中置曝气生物活性炭工艺，包括依次通过管道连接的前臭氧接触池、混凝沉淀池、中臭氧接触池、曝气生物活性炭滤池、后臭氧接触池、砂滤池和清水池；前臭氧接触池、中臭氧接触池和后臭氧接触池均与臭氧发起装置管道连接，通过开关各自相应的阀门调节臭氧投加量；混凝沉淀池投加混凝剂聚合氯化铝，使绝大部分浊度物质絮凝成较大絮体，然后再沉淀去除；对于中置的曝气生物活性炭，用鼓风机对其进行适量曝气，为生物降解提供充足氧源，大大节约臭氧投加量，同时，将曝气生物活性炭放置于砂滤池之前，即中置曝气生物活性炭，则可以不用苛求控制活性炭滤池保持低出水浊度， 为生物活性炭滤池曝气提供多种气水比选择；对流入后臭氧接触池之前的水投加氯，臭氧和氯联合消毒，后置的砂滤池则作为殿后既保证最终出水的浊度，又保证截滤之前被杀死的微型生物。实施例1试验原水氨氮浓度为0. 6 3. 8mg/L, C0Dfc2. 7 6. 5mg/L。如图3所示，一种前、中、后臭氧与中置曝气生物活性炭工艺，包括以下步骤(1)原水进入前臭氧接触池，在池内投加臭氧对原水进行预氧化，按原水体积计算，臭氧投加率为0. 5mg/L，接触时间为5min ；(2)步骤(1)出水进入混凝反应池前投加混凝剂聚合氯化铝，按原水体积计算，投加量为80mg/L，充分混合后，进行10 15min混凝反应和沉淀。进水浊度为20 40NTU， 出水浊度为1. 0 1. 7NTU ；(3)步骤O)出水进入中臭氧接触池，向池内投加臭氧，氧化分解水中难降解有机物，接触时间为6min。然后进入曝气生物活性炭滤池，在有鼓风系统曝气供氧的情况下与池内的生物活性炭滤料充分接触，对水质污染物进行吸附和生化降解；具体是，水从总进水渠进入配水渠，通过进水管进入曝气生物活性炭滤池配水配气槽，配入滤池体向上流动，均勻分配到各单孔膜曝气滤头，穿过滤板、卵石垫层、轻质陶粒层和颗粒活性炭层，陶粒层和炭层的厚度分别为Im和:3m。陶粒层中水的浊度为1. 7 0. 8NTU,炭层中水的浊度为0. 8 0. 3NTU。处理水与滤料的总空床接触时间15min，空床滤速为16m/h。来自曝气鼓风机的压缩空气从曝气管道进入滤池的配气配水槽，在滤板下方形成气垫层，通过单孔膜曝气滤头的膜孔与待滤水同向上流曝气，为滤料上生物膜提供溶解氧以及扰动传质。出水汇入后臭氧接触池，向池内投加氯和臭氧灭杀耐氯性强的微型生物，接触时间为lOmin。然后进入砂滤池。
在中臭氧投加率为2. 5mg/L,曝气生物活性炭滤池不曝气情况下，砂滤池出水氨氮和CODsfa分别为0. 1 2. 5mg/L和0. 8 2. 3mg/L ；在中臭氧投加率为0，曝气生物活性炭滤池曝气气水体积比为0.5 1情况下，砂滤池出水氨氮和CODsfa分别为0.1 O.aiig/ L和0. 9 1. 9mg/L ；在中臭氧投加率为1. Omg/L,曝气生物活性炭滤池曝气气水体积比为
0.5 1情况下，砂滤池出水氨氮和CODsfa分别为0. 1 0. 2mg/L和0. 7 1. 4mg/L。表明生物活性炭滤池与曝气组合比与中臭氧组合去除氨氮和有机物效率更高，尤其在去除氨氮方面差距显著。将曝气生物活性炭滤池与中臭氧组合可以进一步提高有机物去除率。在曝气生物活性炭滤池出水不加氯和后臭氧、不加后臭氧但加氯2. lmg/L至砂滤池出水余氯约1. 5 1. 6mg/L以及加后臭氧1. Omg/L和加氯2. lmg/L至砂滤池出水余氯约
1.5 1. 6mg/L三种情况下，砂滤池出水的微型生物数量，与当地常规工艺自来水厂砂滤池出水对比结果见表1。表1砂滤滤池出水微型生物密度对比单位个/m权利要求
1.前、中、后臭氧与中置曝气生物活性炭给水处理方法，其特征在于，包括以下步骤(1)原水进入前臭氧接触池，向池内投加臭氧进行预氧化；(2)步骤(1)的出水投加混凝剂和助凝剂，充分混合后，在混凝沉淀池中进行混凝反应和沉淀；(3)步骤O)的出水进入中臭氧接触池，向池内投加臭氧进行氧化；(4)步骤(3)的出水进入曝气生物活性炭滤池，并对该池进行鼓风曝气，一方面供氧， 另一方面促进水中微污染物与滤池中生物活性炭接触，在生物膜生化与活性炭吸附作用下，去除水中的氨氮、有机物和部分重金属；(5)步骤的出水加氯，然后进入后臭氧接触池，向池内投加臭氧进行消毒；(6)步骤(5)的出水流入砂滤池，截滤水中残余浊度和已被灭杀的微型生物，得到处理后的清水。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)臭氧投加率通常在0.0 1.5mg/L范围，具体应根据原水的水质状况并结合预氧化去除溶解性铁和锰、色度和藻类、 减少三氯甲烷前驱物以及改善臭味和混凝条件的试验结果确定，也可参照相似水质条件下的经验选用，接触时间为2 5min ；当水源水质良好，藻类、三氯甲烷前驱物、臭味和色度不会导致出厂水对应指标达不到生活饮用水卫生标准时，前臭氧投加率可以取为Omg/L ；如果长期不需要前臭氧，则不设前臭氧接触池。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤C3)臭氧投加率通常在0.0 1. 5mg/L范围，具体应根据待处理水的水质状况并结合氧化难分解有机物试验结果确定，也可参照相似水质条件下的经验选用，接触时间为3 6min ；当此步骤进水水质中难分解有机物、臭味和色度不会导致出厂水对应指标达不到生活饮用水卫生标准时，中臭氧投加率可以取为Omg/L ；如果长期不需要中臭氧，则不设中臭氧接触池。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)曝气气水比通常在0.0 0.5 1范围，当氨氮大于3. 5mg/L时，气水比范围扩大为0 0.8 1，具体应根据原水的水质状况并结合去除氨氮和有机物试验结果确定，也可参照相似水质条件下的经验选用。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤( 加氯量应根据砂滤池出水余氯(游离氯)满足出厂水标准> 0. 3mg/L但彡4mg/L的控制要求确定；臭氧投加率通常在 0. 0 1. Omg/L范围，具体应根据出厂水中微生物的种类、结合灭活病毒、微型生物和消毒试验结果确定，也可参照相似水质条件下的经验选用，接触时间为6 15min ；当曝气生物活性炭出水没有耐氯性很强的微型生物，依靠加氯可以解决微型生物穿透砂滤池问题时， 后臭氧投加率可以取为Omg/L ；如果长期不需要后臭氧，则不设后臭氧接触池。
全文摘要
本发明公开了前、中、后臭氧与中置曝气生物活性炭给水处理方法，步骤如下(1)原水进入前臭氧接触池，向池内投加臭氧进行预氧化；(2)步骤(1)的出水投加混凝剂和助凝剂，充分混合后，在混凝沉淀池中进行混凝反应和沉淀；(3)步骤(2)的出水进入中臭氧接触池，向池内投加臭氧进行氧化；(4)步骤(3)的出水进入曝气生物活性炭滤池，并对该池进行鼓风曝气；(5)步骤(4)的出水加氯，然后进入后臭氧接触池，向池内投加臭氧进行消毒；(6)步骤(5)的出水流入砂滤池，截滤水中残余浊度和已被灭杀的微型生物，得到处理后的清水。本发明臭氧投加方式的优化与砂滤池的殿后既提高了去除氨氮和有机物与灭杀微型生物的效果，又减少了臭氧总投加率。
文档编号C02F9/14GK102303939SQ20111023111
公开日2012年1月4日 申请日期2011年8月12日 优先权日2011年8月12日
发明者王建平, 陆少鸣 申请人:华南理工大学