一种臭氧-生物活性炭联用的水处理模拟实验装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种臭氧-生物活性炭联用的水处理模拟实验装置，包括臭氧接触柱与活性炭滤柱，臭氧接触柱中设有臭氧曝气管与臭氧曝气头，臭氧接触柱底端连接进水管，顶端通过中间连接管与活性炭滤柱顶端连接，活性炭滤柱的底端连接出水管，活性炭滤柱中充填生物活性炭；活性炭滤柱每隔一定高度设有取水口和活性炭取样口。与现有技术相比，本发明在活性炭滤柱每隔一定高度设有取水口和活性炭取样口，能够方便取出各部位的水样与活性炭样品，便于分析检测。本发明的装置可用于研究臭氧-活性炭不同高度活性炭层的微生物群落结构，可用于研究臭氧-活性炭对不同物质的去除效果。
【专利说明】一种臭氧-生物活性炭联用的水处理模拟实验装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种水处理模拟试验装置，尤其是涉及一种臭氧-生物活性炭联用的 水处理模拟实验装置。
【背景技术】
[0002] 饮用水安全问题是当前我国引起人们重视的民生问题之一，与居民生活和健康息 息相关。由于我国经济增长过度地依赖能源资源的消耗导致环境恶化、水污染加剧，影响居 民生活生存质量和身体健康的饮用水安全问题日益凸现，如饮用水质恶化、水源地环境污 染严重、饮用水短缺、地下水源受地质条件污染、饮用水管理水平滞后等。随着经济社会的 快速发展，居民对饮水安全的要求越来越高，同时又由于经济发展和资源过度开发，导致了 饮用水源污染和水资源枯竭等重大问题，严重威胁着人们的饮水安全和身心健康。
[0003] 2007年7月1日，由国家标准委和卫生部联合发布的《生活饮用水卫生标准》 (GB5749-2006)提出了 106项水质指标。这些新水质指标的实施对饮用水的安全性提出了 更高、更严的要求。近几年，供水水源普遍受到污染，特别是水源地多次出现突发性污染事 件，致使全国各大水厂多采用臭氧/生物活性炭作为深度处理工艺以改善出厂水水质。目 前臭氧活性炭深度处理工艺已经在我国嘉兴、济南、北京、上海等城市得到推广应用。
[0004] 臭氧能够将大分子有机物分解为小分子有机物，再通过活性炭吸附水中的小分 子有机物，在活性炭上吸附的微生物作用下将水中的有机物降解。除此以外，活性炭对 微生物也有一定的富集作用。研究结果表明，臭氧-活性炭处理出水的生物可同化有机 碳 AOC(Assimilable Organic Carbon)、可生物降解溶解性有机碳 BDOC(Biodegradable Dissolved Organic Carbon)浓度明显降低，细菌生长繁殖所需的营养物质也相应减少，从 而出水的生物稳定性得到了明显的提高。
[0005] 然而随着臭氧-活性炭技术的广泛使用，研究人员发现，在臭氧-活性炭工艺运行 过程中，出现水pH值降低、细菌和异养菌等微生物在活性炭表面生长较快、炭砂过滤工艺 出水的细菌总数较高等问题，水质存在一定的微生物安全性风险。然而，到目前为止对生物 活性炭上吸附的微生物缺乏系统性的研究，并且缺少对不同层活性炭上吸附的微生物群落 结构及其污染物去除机理的研究。而现有的臭氧-活性炭装置存在布水不均匀、臭氧接触 不充分、活性炭取样困难等缺点，导致对微生物生长模拟情况与实际情况不符和对活性炭 上微生物群落结构研究困难。
[0006] 中国专利CN 102351350 A公开了一种生物活性炭和臭氧联用的水处理实验装置， 包括水处理装置固定架、活性炭水处理装置和后续与之联用的臭氧处理装置。活性炭水处 理装置包括柱状容器和固定置于柱状容器中的生物活性炭柱，生物活性炭柱包括活性炭和 固定于活性炭上的微生物。臭氧处理装置包括气密封柱状容器，将臭氧通过导气管引入气 密封柱状容器中，导气管的出气口连接曝气装置。生物活性炭柱和臭氧柱形成一套二级水 处理系统。水处理实验装置还包括与二级水处理系统对照的第二套二级水处理系统，由普 通活性炭柱和臭氧柱形成，普通活性炭柱由普通纯活性炭构成。该装置对于实际的水处理 过程具有很好的模拟性，但是该试验装置没有专门设计不同位置的生物活性炭或水样的取 样口，缺少取样口则不能全面的对水处理工艺进行模拟与分析。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、能够 真实模拟微生物生长情况、取样方便的臭氧-生物活性炭联用的水处理模拟实验装置。
[0008] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009] -种臭氧-生物活性炭联用的水处理模拟实验装置，包括臭氧接触柱与活性炭滤 柱，所述的臭氧接触柱中设有臭氧曝气管与臭氧曝气头，用于向臭氧接触柱中冲入臭氧，使 得臭氧与水充分接触，所述的臭氧接触柱底端的一侧连接进水管，顶端另一侧通过中间连 接管与活性炭滤柱顶端连接，这种上下交错设置方式保证臭氧与进水充分接触和出水中余 臭氧尽量降低，并确保进入活性炭滤柱的水的臭氧浓度对活性炭上微生物无影响，所述的 活性炭滤柱的底端连接出水管，活性炭滤柱中充填生物活性炭；活性炭滤柱每隔一定高度 设有取水口和活性炭取样口，用于出水物质的研究和生物群落分布特征的研究。模拟实验 装置可用于模拟实际臭氧-生物活性炭滤池工艺和取得不同高度、不同位置的活性炭样 品，并用于研究臭氧-生物活性炭工艺中生物群落分布特征。
[0010] 所述的活性炭取样口开设在装有生物活性炭的高度层。
[0011] 所述的活性炭取样口包括均采用玻璃材质的取样管、螺丝堵头及管塞，所述的取 样管垂直连接在活性炭滤柱外侧，且取样管与活性炭滤柱内部连通，所述的螺丝堵头垂着 插接在取样管上，所述的管塞塞住取样管的开口端。
[0012] 所述的活性炭滤柱的顶端设有布水隔板，布水隔板通过支撑设在活性炭滤柱内 部，该布水隔板上开设均布的布水孔，使生物活性炭布水均匀，从而能够真实模拟实际臭 氧-活性炭工艺微生物的生长情况。
[0013] 所述的活性炭滤柱上还设有反冲洗组件，该反冲洗组件包括设在活性炭滤柱底端 的反冲洗进水管与设在活性炭滤柱顶端的反冲洗排水管。
[0014] 所述的活性炭滤柱顶端还设有第二溢流管。
[0015] 所述的臭氧接触柱的顶端设有第一溢流管。
[0016] 所述的活性炭滤柱底端装填卵石，所述的生物活性炭充填在卵石的上方，设置卵 石以防止活性炭从出水中泄露。
[0017] 所述的臭氧接触柱与活性炭滤柱均为玻璃管,其他管件也均采用玻璃材质，能够 防止臭氧对器具的氧化作用。
[0018] 所述的生物活性炭与活性炭滤柱顶端之间留有间隔。
[0019] 进水管、中间连接管、出水管、反冲洗排水管及反冲洗进水管上均设有调节流量大 小的阀门，中间连接管上还设有增压用输送泵，出水管上设有测量流量的流量计。
[0020] 进水管、中间连接管、出水管、反冲洗排水管及反冲洗进水管管径相同，第一溢流 管与第二溢流管的管径比上述管径大。
[0021] 本发明的臭氧-生物活性炭联用的水处理模拟实验装置进行模拟实验，其过程如 下：
[0022] 将臭氧发生器与臭氧曝气管连接，打开臭氧发生器进行曝气，原水经进水管进入 臭氧接触柱，与臭氧充分接触反应后的水经中间连接管流入活性炭滤柱。之后水流经布水 隔板使布水均匀，水通过生物活性炭层后，水中的有机物在活性炭上吸附的微生物的作用 下得到降解。最后，水通过活性炭滤柱下端的出水管流出，通过流量计可以监测流量，通过 阀门调节流量。
[0023] 取活性炭样品时，首先打开管塞，再缓缓拧开螺丝堵头，插入取样器，取出活性炭 样品后先拧紧螺丝堵头后插入管塞。
[0024] 反冲洗时，打开反冲洗进水管上的阀门，水流经活性炭层后，从反冲洗排水管流 出，当活性炭滤柱中水过多时，水从第二溢流管排出。
[0025] 与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
[0026] (1)活性炭滤柱每隔一定高度设有取水口和活性炭取样口，能够方便取出各部位 的水样与活性炭样品，便于分析检测。
[0027] (2)臭氧接触柱采用向上流进水与臭氧充分接触形式，可保证臭氧与进水充分接 触和出水中余臭氧尽量降低。
[0028] (3)活性炭滤柱顶端设有可拆卸布水隔板，使活性炭进水布水均匀，可真实模拟实 际臭氧-活性炭工艺微生物的生长情况。
[0029] (4)活性炭取样口设有螺丝堵头和管塞，可完全防止在取样过程中的活性炭溢出。
[0030] (5)本发明的装置可用于研究臭氧-活性炭不同高度活性炭层的微生物群落结 构，可用于研究臭氧-活性炭对不同物质的去除效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0031] 图1为本发明的结构示意图；
[0032] 图2为布水隔板的结构示意图；
[0033] 图3为活性炭取样口的主视结构示意图；
[0034] 图4为图3的A-A面剖视结构示意图。
[0035] 图中标号：1为臭氧接触柱，2为臭氧曝气管，3为第一溢流管，4为中间连接管，5 为阀门，6为臭氧曝气头，7为进水管，8为输送泵，9为反冲洗排水管，10为第二溢流管，11 为布水隔板，12为活性炭滤柱,13为活性炭取样口，14为取水口，15为生物活性炭，16为卵 石，17为反冲洗进水管，18为出水管，19为流量计,20为布水孔,21为取样管,22为螺丝堵 头，23为管塞。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0037] 实施例
[0038] -种臭氧-生物活性炭联用的水处理模拟实验装置，如图1所示，包括臭氧接触柱 1与活性炭滤柱12,臭氧接触柱1中设有臭氧曝气管2与臭氧曝气头6,用于向臭氧接触柱 1中冲入臭氧，使得臭氧与水充分接触，臭氧接触柱1底端的一侧连接进水管7,顶端另一侧 通过中间连接管4与活性炭滤柱12顶端连接，这种上下交错设置方式保证臭氧与进水充分 接触和出水中余臭氧尽量降低，并确保进入活性炭滤柱12的水的臭氧浓度对活性炭上微 生物无影响，活性炭滤柱12的底端连接出水管18,活性炭滤柱12中充填生物活性炭15 ;活 性炭滤柱12每隔一定高度设有取水口 14和活性炭取样口 13,活性炭取样口 13开设在装有 生物活性炭15的高度层，用于出水物质的研究和生物群落分布特征的研究。模拟实验装置 可用于模拟实际臭氧-生物活性炭15滤池工艺和取得不同高度、不同位置的活性炭样品， 并用于研究臭氧-生物活性炭15工艺中生物群落分布特征。
[0039] 活性炭滤柱12的顶端设有布水隔板11，布水隔板11通过支撑设在活性炭滤柱12 内部，如图2所示，该布水隔板11上开设均布的布水孔20,使生物活性炭15布水均匀，从而 能够真实模拟实际臭氧-活性炭工艺微生物的生长情况。
[0040] 如图3、图4所示，活性炭取样口 13包括均采用玻璃材质的取样管21、螺丝堵头22 及管塞23,取样管21垂直连接在活性炭滤柱12外侧，且取样管21与活性炭滤柱12内部连 通，螺丝堵头22垂着插接在取样管21上，管塞23塞住取样管21的开口端。
[0041] 活性炭滤柱12上还设有反冲洗组件，该反冲洗组件包括设在活性炭滤柱12底端 的反冲洗进水管17与设在活性炭滤柱12顶端的反冲洗排水管9。活性炭滤柱12顶端还设 有第二溢流管10。臭氧接触柱1的顶端设有第一溢流管3。活性炭滤柱12底端装填卵石 16,生物活性炭15充填在卵石16的上方，设置卵石16以防止活性炭从出水中泄露。生物 活性炭15与活性炭滤柱12顶端之间留有间隔。
[0042] 进水管7、中间连接管4、出水管18、反冲洗排水管9及反冲洗进水管17上均设有 调节流量大小的阀门5,中间连接管4上还设有增压用输送泵8,出水管18上设有测量流量 的流量计19。
[0043] 臭氧接触柱1与活性炭滤柱12均为玻璃管，其他管件也均采用玻璃材质，能够防 止臭氧对器具的氧化作用。
[0044] 臭氧-生物活性炭联用的水处理模拟实验装置进行模拟实验，其过程如下：
[0045] 将臭氧发生器与臭氧曝气管2连接，打开臭氧发生器进行曝气，原水经进水管7进 入臭氧接触柱1，与臭氧充分接触反应后的水经中间连接管4流入活性炭滤柱12。之后水 流经布水隔板11使布水均匀，水通过生物活性炭15层后，水中的有机物在活性炭上吸附的 微生物的作用下得到降解。最后，水通过活性炭滤柱12下端的出水管18流出，通过流量计 19可以监测流量，通过阀门5调节流量。
[0046] 取活性炭样品时，首先打开管塞23,再缓缓拧开螺丝堵头22,插入取样器，取出活 性炭样品后先拧紧螺丝堵头22后插入管塞23。
[0047] 反冲洗时，打开反冲洗进水管17上的阀门5,水流经活性炭层后，从反冲洗排水管 9流出，当活性炭滤柱12中水过多时，水从第二溢流管10排出。
[0048] 上述的对实施例的描述是为便于该【技术领域】的普通技术人员能理解和使用发明。 熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般 原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领 域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的 保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种臭氧-生物活性炭联用的水处理模拟实验装置，其特征在于，包括臭氧接触柱 与活性炭滤柱，所述的臭氧接触柱中设有臭氧曝气管与臭氧曝气头，所述的臭氧接触柱底 端连接进水管，顶端通过中间连接管与活性炭滤柱顶端连接，所述的活性炭滤柱的底端连 接出水管，活性炭滤柱中充填生物活性炭；活性炭滤柱每隔一定高度设有取水口和活性炭 取样口。
2. 根据权利要求1所述的一种臭氧-生物活性炭联用的水处理模拟实验装置，其特征 在于，所述的活性炭取样口开设在装有生物活性炭的高度层。
3. 根据权利要求1所述的一种臭氧-生物活性炭联用的水处理模拟实验装置，其特征 在于，所述的活性炭取样口包括取样管、螺丝堵头及管塞，所述的取样管垂直连接在活性炭 滤柱外侧，且取样管与活性炭滤柱内部连通，所述的螺丝堵头垂着插接在取样管上，所述的 管塞塞住取样管的开口端。
4. 根据权利要求1所述的一种臭氧-生物活性炭联用的水处理模拟实验装置，其特征 在于，所述的活性炭滤柱的顶端设有布水隔板，该布水隔板上开设均布的布水孔。
5. 根据权利要求1所述的一种臭氧-生物活性炭联用的水处理模拟实验装置，其特征 在于，所述的活性炭滤柱上还设有反冲洗组件，该反冲洗组件包括设在活性炭滤柱底端的 反冲洗进水管与设在活性炭滤柱顶端的反冲洗排水管。
6. 根据权利要求5所述的一种臭氧-生物活性炭联用的水处理模拟实验装置，其特征 在于，所述的活性炭滤柱顶端还设有第二溢流管。
7. 根据权利要求1所述的一种臭氧-生物活性炭联用的水处理模拟实验装置，其特征 在于，所述的臭氧接触柱的顶端设有第一溢流管。
8. 根据权利要求1所述的一种臭氧-生物活性炭联用的水处理模拟实验装置，其特征 在于，所述的活性炭滤柱底端装填卵石，所述的生物活性炭充填在卵石的上方。
9. 根据权利要求1所述的一种臭氧-生物活性炭联用的水处理模拟实验装置，其特征 在于，所述的臭氧接触柱与活性炭滤柱均为玻璃管。
10. 根据权利要求1所述的一种臭氧-生物活性炭联用的水处理模拟实验装置，其特征 在于，所述的生物活性炭与活性炭滤柱顶端之间留有间隔。
【文档编号】C02F9/14GK104150717SQ201410417858
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】李伟英, 许晨, 王峰, 向媛, 周艳彦, 汤帅冰 申请人:同济大学