专利名称：受污染地表水组合式循环过滤脱氮除磷杀藻装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种受污染地表水循环过滤净化处理技术，特别是涉及采用混凝 沉淀-火山岩滤料滤池-复合无机滤料滤池-臭氧氧化-活性炭滤料滤池反应器组合工艺 循环过滤技术。
背景技术：
随着社会经济的飞速发展，全球性的需水量增大导致世界水资源短缺和水污染不 断加剧，人类对再生水资源化利用和城市水环境整治需求已显得日益紧迫，亟需受污染地 表水净化技术的研发用以恢复河湖水体功能要求，提高流域水资源利用率和构建良好的生 态系统。其中，循环过滤技术是在普通生物滤池的基础上，充分借鉴了给水快滤池工艺技 术开发而来，在高效去除颗粒态污染物的同时，也可去除部分溶解态污染物，不仅可大大缩 短处理流程，而且能降低运行费用，对于地表水的深度净化具有十分重要的意义。然而，循 环过滤技术用于城市污水和地表水处理的研究在国内外都比较少，在实际设计过程中，单 一品种及规格的滤料不适应于这种工艺，而且对过滤出水效果和过滤特性的认识不足，从 而限制了该技术在我国的发展。以往的研究表明，预臭氧化可明显对原水脱色除臭，改善水的感官指标。臭氧通过 与不饱和官能团反应、破坏碳碳双键而去除真色，去除程度取决于臭氧投加量和接触条件； 同时臭氧可氧化无机呈色的铁、锰等离子为难溶物；臭氧的微絮凝效应还有助于有机胶体 和颗粒物的混凝，并通过颗粒过滤去除致色物。此外，预臭氧化可作为除藻的一种预处理方 法，和常规及其它处理技术配合使用是处理富营养化水源水藻类问题的有效途径之一。其 作用表现为溶裂藻细胞和杀藻，使死亡的藻类易于被后续工艺去除。在一定条件下臭氧化 可有效去除某些藻毒素，去除率主要取决于臭氧投加量，其次取决于原水水质(藻毒素类 型、有机物性质及浓度、碱度等)。但是，大剂量地投加臭氧还有可能增加臭氧副产物的生成 量。臭氧与活性炭吸附联用技术是将活性炭物理化学吸附、臭氧化学氧化、生物氧化 降解等多种技术合为一体的技术。活性炭的吸附作用可进一步提高了污染去除效果。预臭 氧作用可使得大分子有机物氧化成小分子有机物，进而提高后续活性炭的吸附效率。活性 炭滤池对有机物的去除主要包括两项作用活性炭过滤和活性炭吸附。而活性炭滤池在污 水长时间循环过滤的情况下，活性炭外表面及其孔隙内表面上会产生微生物的吸附附着现 象。进而，微生物对吸附的有机物进行生物降解，而循环过滤提高水中的溶解氧，使水中溶 解氧呈饱和状态或接近饱和状态，又为活性炭处理中的生物降解提供必要条件。然而，该技 术多用于封闭式污水净化处理工艺中，在大范围地表污染水域的原位循环净化装置中的应 用尚未见报道。混凝沉淀法是一种化学净化法，通常是在沉淀池中投放混凝剂，使污水中的磷和 悬浮型有机物形成沉淀以净化水质。[0007]此外，河湖等受污染地表水相对于工业废水和生活污水，具有有机污染物和C/N 比均较低的特点，不利于微生物的生长及生物降解，因此使用常规生化法难以有效地实现 净化处理。上述各项工艺在受污染地表水的应用中，对有机污染物、总磷和总氮处理效果不 理想，亟需研发针对地表水的水质特点的净化装置及工艺。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有混凝沉淀技术、单一滤料滤池技术、臭氧氧化技 术等单项工艺在处理微污染河水净化过程中技术性和针对性上的不足，提供一种包括混凝 沉淀-火山岩滤料滤池反应器-复合无机滤料滤池反应器-臭氧氧化-活性炭滤池反应器 的受污染地表水组合式循环过滤净化工艺方法及装置。与同类单项及常规组合工艺相比， 该工艺具有物理截留、物理吸附、生物降解、化学混凝、氧化等多种功能，同时保证有机物、 氮、磷和藻类物质的高效去除率。为实现上述目的，本实用新型提供一种受污染地表水组合式循环过滤脱氮除磷杀 藻装置，其包括依次连接的混凝沉淀池2、火山岩滤料滤池反应器3、复合无机滤料滤池反 应器4、臭氧接触池5和活性炭滤池反应器6。如上所述的装置，其中，该装置还可包括进水泵8和臭氧发生器9 ；其中，该进水泵8的入水口 101连接受污染地表水水源，其出水口 102与设置于高 位的混凝沉淀池2的入水口 103连接，该入水口 103位于混凝沉淀池2中部；该混凝沉淀池 上部的出水口 104与火山岩滤料滤池反应器3上部的入水口 105连接；位于火山岩滤料滤 池反应器3下部的出水口 106与复合无机滤料滤池反应器4上部的入水口 107连接；该复 合无机滤料滤池反应器4下部的出水口 108与臭氧接触池5下部的入水口 109连接；位于 臭氧接触池5上部的出水口 110与活性炭滤池反应器6上部的入水口 111连接；活性炭滤 池反应器下部的出水口 112分别连接自然水体1和/或清水池7 ；该混凝沉淀池2内的污水中添加混凝剂201，混凝剂为颗粒状或粉末状聚合氯化 招；该火山岩滤料滤池反应器3内部充填两种粒径规格的颗粒状火山岩滤料202和 203，滤料粒径分别为15mm 25mm和3mm 8mm ；反应器内上层填充粒径范围在15mm 25mm的火山岩滤料202，充填高度为0. 3m 0. 7m ；下层填充粒径范围在3mm 8mm的火山 岩滤料203，充填高度为0. 3m 0. 7m ；该复合无机滤料滤池反应器4内部填充复合无机滤料204，滤料平均粒径为3mm 6mm,充填高度为0. 8m 1. 4m ；该臭氧接触池5底部具有微孔曝气头16，微孔曝气头与具有流量调节功能的臭氧 发生器9连接；臭氧接触池池壁内侧具有间隔交错设置的导流板17，各导流板平面平行于 水平方向，导流板高差间隔0. 05m 0. Im ；臭氧接触池顶部具有排气口 18 ；该臭氧接触池 的有效高度为0. 8m 1.細；该活性炭滤池反应器6内部填充柱状活性炭填料205，填料层厚度为0. 8 1. 5m。如上所述的装置，其中，该复合无机滤料优选为江西裕金达科技有限公司生产的 商品名称为快离子的复合无机滤料。[0019]如上所述的装置，其中，该活性炭填料碘值优选为850 1000mg/g，亚甲基蓝值优 选> 120mg/g，强度优选> 92%，比表面积优选> 850m2/g，总孔容积优选> 0. 8cm7g，粒径 优选为3. Omm 4. 0mm。如上所述的装置，其中，该装置还可包括鼓风机10和反洗泵11 ；位于所述清水池7下部的出水口 114与该反洗泵11的入水口 115连接；反洗泵出 水口 116与活性炭滤池反应器6下部的反冲洗入水口 117连接；鼓风机10出口 118与活性 炭滤池反应器6下部的曝气头19连接。本实用新型针对以再生水和污水为主要水源的受污染地表水的成分特点，提供一 种高效净化受污染地表水的循环过滤装置，其有益效果在于(1)由于受污染地表水与生活污水相比，具有污染物浓度低和低碳氮比的特点，不 易培养微生物，仅通过生化法净化效果不理想，本实用新型系统主体采用循环过滤技术，充 分借鉴了给水快滤池工艺技术优点，在高效去除颗粒态污染物的同时，也可去除部分溶解 态污染物，不仅可大大缩短处理流程，而且能降低运行费用，避免了以普通生化工艺处理地 表污染水时系统内微生物浓度低的问题，对于地表水的深度净化具有十分重要的意义。(2)该工艺在混凝沉淀后进行组合滤料滤池的净化，优选滤料级配的设置使得组 合滤料滤池对污染物具有逐级净化的功能，且使得组合滤池系统具有不易堵塞的特点。各 级滤料组成可依次为粒径为15mm 25mm火山岩滤料、粒径为5mm 8mm火山岩滤料、粒径 为3mm 6mm复合无机滤料和粒径为3mm 4mm活性炭滤料。(3)各处理单元具有不同功能，混凝沉淀池重点进行磷、悬浮性有机物及藻类物 质的去除；火山岩滤料滤池主要通过截留和吸附作用去除部分较大颗粒有机物和氮类化合 物；复合无机滤料滤池重点对藻类物质进行去除；臭氧氧化可使部分大分子有机物被氧化 为小分子，由此促进了后续活性炭滤池单元中活性炭的吸附；此外，臭氧氧化具有溶裂藻细 胞和杀藻的作用，使死亡的藻类易于被后续工艺去除；活性炭滤池通过截留和吸附作用去 除悬浮物、部分溶解性有机污染物和氮类化合物。(4)由于臭氧氧化对某些藻毒素的去除效率取决于臭氧投加量和原水水质(藻毒 素类型、有机物性质及浓度、碱度等)，此外，若臭氧投加剂量过大还有可能增加臭氧副产物 的生成量。因此为节省臭氧投加量，将臭氧接触池设置在混凝沉淀池、火山岩滤池和复合无 机滤料滤池之后，前面各单元对有机物和藻类物质均有一定程度的去除(作用机理和去除 的有机物形态各不相同)，臭氧接触单元中有机物对臭氧的消耗量会大大降低，使得臭氧对 大分子有机物质和藻类物质的作用更具针对性。(5)本实用新型装置的自动化程度高、操作管理方便、处理流量大、系统适用于开 放或封闭水域污水原位循环净化处理。(6)使用本实用新型提出的组合式循环过滤脱氮除磷杀藻深度净化方法，其适 宜滤速为8m/h 20m/h ；出水污染物浓度为C0D& 25mg/L 30mg/L、B0D53mg/L 6mg/ L、NH3-N 0. Olmg/L 1. 5mg/L、TN 3mg/L 6mg/L、TPO. 1 0. 3mg/L、叶绿素 a 10 μ g/ L 30yg/L;对水体中主要污染物的去除效果为C0D&去除率超过50%，BOD5去除 率超过30%，叶绿素a的去除率超过80% ；出水水质达到国家地表水环境质量标准GB 3838-2002IV 类限值。
图1为本实用新型一种优选实施方式的受污染地表水组合式循环过滤脱氮除磷 杀藻装置及流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行进一步详细说明。如图1所示，在本实用新型的一种优选实施方式中，污染地表水组合式循环过滤 净化装置主要包括受污染水源1、进水泵8、混凝沉淀池2、火山岩滤料滤池反应器3、复合 无机滤料滤池反应器4、臭氧接触池5、活性炭滤池反应器6、清水池7、臭氧发生器9、鼓风机 10、反洗泵11、液体流量计15、气体流量计12和14、填料和管道等。进水泵8的入水口 101连接受污染水源1，该受污染水源可以是河湖水域也可以 是用来储存河湖水域污水的循环水池，进水泵8的出水口 102连接位于高位的混凝沉淀池 2中部的入水口 103;由液体流量计12进行流量控制；该混凝沉淀池上部的出水口 104与 火山岩滤料滤池反应器3上部的入水口 105连接；位于火山岩滤料滤池反应器下部的出水 口 106与复合无机滤料滤池反应器4上部的入水口 107连接；该复合无机滤料滤池下部的 出水口 108与臭氧接触池5下部的入水口 109连接；位于臭氧接触柱池上部的出水口 110 与位于活性炭滤池反应器6上部的入水口 111连接；位于活性炭滤池反应器下部的出水口 112通过三通阀门13分别与受污染水源1和清水池7连接；位于清水池下部的出水口 114 与反洗泵11的入水口 115连接；反洗泵出水口 116与活性炭滤池反应器6下部的反洗入水 口 117连接；鼓风机10的出口 118与活性炭滤池反应器下部的曝气头19连接；反洗的水量 与气量分别由液体流量计14和气体流量计15进行控制。混凝沉淀池2内的污水中添加混凝剂201，其为颗粒状或粉末状聚合氯化铝；火山岩滤料滤池反应器3内部充填两种粒径规格的颗粒状火山岩滤料202和203， 滤料粒径分别为15mm 25mm和3mm 8mm，滤池上层填充粒径范围在15mm 25mm的火 山岩，充填高度为0. 3m 0. 7m ；下层填充粒径范围在3mm 8mm的火山岩，充填高度为 0. 3m 0. 7m ；火山岩粒状滤料表观为不规则颗粒，颜色为红黑褐色，多孔质轻，平均孔隙率 在40%左右，其主要成份为硅、铝、钙、钠、镁、钛、锰、铁、镍、钴和钼等几十种矿物质和微量 元素。复合无机滤料滤池反应器4内部填充复合无机滤料204，在本实用新型的优选实 施方式中优选江西裕金达科技有限公司生产的商品名称为快离子的复合无机滤料，滤料平 均粒径为3mm 6mm，充填高度为0. 8m 1. 4m,主要实现对藻类物质的去除；臭氧接触池5底部具有微孔曝气头16，微孔曝气头与具有流量调节功能的臭氧发 生器9连接；臭氧接触池池壁内侧具有间隔交错设置的导流板17，各导流板平面平行于水 平方向，导流板高差间隔0.05m 0. Im;臭氧接触池顶部具有排气口 18 ；该臭氧接触池的 有效高度为0. 8m 1.細；活性炭滤池反应器6内部填充柱状活性炭填料205，填料层厚度为0. 8 1. 5m ；活 性炭碘值为850 1000mg/g，亚甲基蓝值> 120mg/g，强度> 92%，比表面积> 850m2/g，总 孔容积> 0. 8cm3/g，粒径为3. Omm 4. 0_。如图1所示，其是本实用新型的污染地表水深度净化工艺一种优选实施方式的流程图，该工艺方法应用了上述受污染地表水组合式循环过滤净化装置，具体操作步骤如 下(1)由进水泵8提升受污染地表水送至高位混凝沉淀池2中进行磷、悬浮性有机 物及藻类物质的去除，添加的混凝剂为颗粒状或粉末状聚合氯化铝，投加浓度为30mg/L 70mg/L，水力停留时间为0. 4 0. 7h ；(2)沉淀池上清液进入火山岩滤料滤池反应器3，通过截留和吸附作用进行部分 有机物和氮类化合物的去除，滤速为8m/h 20m/h ；(3)火山岩滤料滤池反应器3出水进入复合无机滤料滤池反应器4，进行部分藻类 物质的去除，滤速为8m/h 20m/h ；(4)复合无机滤料滤池出水进入臭氧接触池5，通过对藻细胞的溶裂和杀藻进行 藻类的去除，同时，臭氧氧化可使部分大分子有机物被氧化为小分子，由此促进了后续活性 炭滤池单元中活性炭的吸附；臭氧发生器9产生的臭氧经微孔曝气头16进入臭氧接触池， 污水与臭氧在池内沿导流板17由下至上流动，充分混合反应后由上部出水口 110流出， 尾气由排气口 18排出，臭氧投加浓度为10mg03/L污水 60mg03/L污水，臭氧接触时间为 30min 60min ；(5)被氧化后的处理液进入活性炭滤池反应器6，经截留和吸附作用进行悬浮物、 部分溶解性有机污染物和氮类化合物的去除；滤速为8m/h 15m/h ；(6)无需反洗时，打开三通阀门13，使活性炭滤池反应器6出水直接流回受污染 水源1或循环水池；由此，通过往复循环过滤，实现对受污染水源的净化处理，循环周期为7 天 20天。(7)按周期对活性炭滤池反应器6进行反洗，打开三通阀门13，使活性炭滤池反应 器6出水进入清水池7，清水池出水经反洗泵11从底部的的反洗入水口 117进入活性炭滤 料滤池反应器，同时鼓风机10通过活性炭滤料滤池反应器底部的曝气头19向反应器充气， 进行反冲洗步骤，反冲洗周期为3天 15天。实施例1 受污染水源为北京地区某实验河湖的湖水，应用本实用新型的上述装置处理污 水，滤速为8m/h 10m/h。原水由进水泵从湖区水域送至高位混凝沉淀池中进行磷、悬浮性 有机物及藻类物质的去除，添加的混凝剂为颗粒状或粉末状聚合氯化铝，投加浓度为60mg/ L，水力停留时间为0. 6h。随后，沉淀池上清液进入火山岩滤料滤池反应器，通过截留和吸附作用进行部分 有机物和氮类化合物的去除，滤速为10m/h ；火山岩滤料滤池反应器内部充填两种粒径规 格的颗粒状火山岩滤料和，滤料粒径分别为15mm 25mm和5mm 8mm，滤池上层填充粒径 范围在15mm 25mm的火山岩，充填高度为0. 4m ；下层填充粒径范围在5mm 8mm的火山 岩，充填高度为0. 4m ；火山岩粒状滤料表观为不规则颗粒，颜色为红黑褐色，多孔质轻，平 均孔隙率在40%左右，其主要成份为硅、铝、钙、钠、镁、钛、锰、铁、镍、钴和钼等几十种矿物 质和微量元素。污水由火山岩滤料滤池反应器下部进入复合无机滤料滤池反应器，进行部分藻类 物质的去除，复合无机滤料为江西裕金达科技有限公司生产的商品名称为快离子的复合无 机滤料，滤速为10m/h ；[0050]复合无机滤料滤池出水进入臭氧接触池，通过对藻细胞的溶裂和杀藻进行藻类的 去除，同时，臭氧氧化可使部分大分子有机物被氧化为小分子，由此促进了后续活性炭滤池 单元中活性炭的吸附；臭氧发生器产生的臭氧经微孔曝气头进入臭氧接触池，污水与臭氧 在池内沿导流板由下至上流动，充分混合反应后由上部出水口流出，尾气由排气口排出，臭 氧投加浓度为10mg03/L污水 60mg03/L污水，臭氧接触时间为40min ；被氧化后的处理液进入活性炭滤池反应器，经截留和吸附作用进行悬浮物、部分 溶解性有机污染物和氮类化合物的去除；滤速为8 10m/h ；活性炭滤池反应器内部填充柱 状活性炭填料，填料层厚度为0. 8m ；活性炭碘值为850 1000mg/g，亚甲基蓝值> 120mg/ g，强度> 92%,比表面积> 850m2/g，总孔容积> 0. 8cm3/g，粒径为3. Omm 4. Omm ；打开三通阀门，使活性炭滤池反应器出水直接流回原水；由此，通过往复循环过 滤，实现对受污染水源的净化处理，循环周期为14天。按照反洗周期进行活性炭滤池反应器的反洗，打开三通阀门，使活性炭滤池反应 器出水进入清水池，清水池出水经反洗泵从底部进入活性炭滤料滤池反应器，同时鼓风机 10通过活性炭滤料滤池反应器底部的曝气头向反应器充气，完成反冲洗步骤，反冲洗周期 为3天 15天。进水污染物浓度C0D&50mg/L 130mg/L、BOD5 4. 6mg/L 10mg/L、 NH3-NO. 01mg/L 1. 44mg/L、TN 3. 3mg/L 7mg/L、TP 0. 13 1. 47mg/L、叶绿素 a 80 μ g/ L 293μ g/L的情况下，原水经系统循环处理10天后，出水污染物浓度为C0D&28mg/ L 30mg/L、BOD5 3mg/L 5mg/L、NH3-N 0. 01mg/L 1. 2mg/L、TN 3mg/L 5mg/L、ΤΡ0. 1 0. :3mg/L、叶绿素a 10 μ g/L 30 μ g/L ；对水体中主要污染物的去除效果为C0D&去除率 超过50%，BOD5去除率超过30%，叶绿素a的去除率超过80% ；出水水质达到国家地表水 环境质量标准GB 3838-2002IV类限值。
权利要求1.一种受污染地表水组合式循环过滤脱氮除磷杀藻装置，其特征在于，其包括依次连 接的混凝沉淀池O)、火山岩滤料滤池反应器(3)、复合无机滤料滤池反应器G)、臭氧接触 池( 和活性炭滤池反应器(6)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括进水泵(8)和臭氧发生器(9)；其中，该进水泵(8)的入水口(101)连接受污染地表水水源，其出水口(10 与设置 于高位的混凝沉淀池O)的入水口(10 连接，该入水口(10 位于混凝沉淀池O)中部； 该混凝沉淀池上部的出水口(104)与所述火山岩滤料滤池反应器C3)上部的入水口(105) 连接；位于火山岩滤料滤池反应器C3)下部的出水口(106)与所述复合无机滤料滤池反应 器(4)上部的入水口(107)连接；该复合无机滤料滤池反应器(4)下部的出水口(108)与 所述臭氧接触池( 下部的入水口(109)连接；位于臭氧接触池( 上部的出水口(110) 与所述活性炭滤池反应器(6)上部的入水口(111)连接；活性炭滤池反应器下部的出水口 (112)连接自然水体(1)和/或清水池(7)；该混凝沉淀池O)内的污水中添加混凝剂001)，混凝剂为颗粒状或粉末状聚合氯化招；该火山岩滤料滤池反应器(3)内部充填两种粒径规格的颗粒状火山岩滤料(202)和 (203)，滤料粒径分别为15mm 25mm和3mm 8mm ；反应器内上层填充粒径范围在15mm 25mm的火山岩滤料(202)，充填高度为0. 3m 0. 7m ；下层填充粒径范围在3mm 8mm的火 山岩滤料(203)，充填高度为0. 3m 0. 7m ；该复合无机滤料滤池反应器(4)内部填充复合无机滤料(204)，滤料平均粒径为3mm 6mm,充填高度为0. 8m 1. 4m ；该臭氧接触池( 底部具有微孔曝气头(16)，微孔曝气头与具有流量调节功能的臭氧 发生器(9)连接；臭氧接触池池壁内侧具有间隔交错设置的导流板(17)，各导流板平面平 行于水平方向，导流板高差间隔0.05m 0. Im;臭氧接触池顶部具有排气口(18)；该臭氧 接触池的有效高度为0. 8m 1.細；该活性炭滤池反应器(6)内部填充柱状活性炭填料O05)，填料层厚度为0. 8 1. 5m。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述复合无机滤料为江西裕金达科技有限 公司生产的商品名称为快离子的复合无机滤料。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述活性炭填料碘值为850 1000mg/g， 亚甲基蓝值> 120mg/g，强度> 92%，比表面积> 850m2/g，总孔容积> 0. 8cm7g，粒径为 3. Omm 4. 0mm。
5.如权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括鼓风机(10)和 反洗泵(11)；位于所述清水池(7)下部的出水口(114)与该反洗泵(11)的入水口(115)连接；反洗 泵出水口(116)与所述活性炭滤池反应器(6)下部的反冲洗入水口(117)连接；所述鼓风 机(10)出口(118)与活性炭滤池反应器(6)下部的曝气头(19)连接。
专利摘要本实用新型涉及一种受污染地表水组合式循环过滤脱氮除磷杀藻装置，其包括依次连接的混凝沉淀池、火山岩滤料滤池反应器、复合无机滤料滤池反应器、臭氧接触池、活性炭滤池反应器。该装置借鉴了给水快滤池工艺技术优点，具有物理截留、物理吸附、生物降解、化学混凝、氧化等多种功能，在高效去除颗粒态污染物的同时，也可去除部分溶解态污染物，保证了有机物、氮、磷和藻类物质的高效去除率。可大大缩短处理流程，而且能降低运行费用，避免了以普通生化工艺处理地表污染水时系统内微生物浓度低的问题，对于地表水的深度净化具有十分重要的意义。
文档编号C02F9/04GK201890821SQ20102064396
公开日2011年7月6日 申请日期2010年12月6日 优先权日2010年12月6日
发明者刘操, 孟庆义, 廖日红, 战楠, 李其军, 申颖洁, 高振宇 申请人:北京市水利科学研究所