一种自来水厂净水处理组合系统及其组合工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种自来水厂净水处理组合系统及其组合工艺，其特征在于该装置包括依次连接的高效沉淀池、臭氧生物活性炭单元和浸没式超滤膜池。所述臭氧生物活性炭单元包括后臭氧接触池和上向流臭氧生物活性炭滤池，所述上向流臭氧生物活性炭滤池由于过滤时水流方向向上，活性炭一直处于流化状态，故反冲洗时不需采用专门的水反冲洗，仅采用气反冲洗即可达到较好的冲洗效果。本发明将高效沉淀工艺、上向流臭氧生物活性炭工艺与浸没式超滤膜处理工艺三者相结合，有效保证出水的各项水质指标满足或优于国家《生活饮用水卫生标准》（GB5749）。
【专利说明】一种自来水厂净水处理组合系统及其组合工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新型的自来水厂净水处理组合系统及其组合工艺，具体涉及高效沉淀工艺、上向流臭氧生物活性炭工艺和浸没式超滤膜工艺，特别涉及通过上述三种相对独立工艺之间的有效组合，充分发挥其对原水中目标去除污染物质的去除功能，使各处理工艺环节能各司其职且相辅相成，有效保证出水的各项水质指标满足或优于国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749)。
【背景技术】
[0002]臭氧生物活性炭工艺对于原水中的天然有机物和氨氮有较佳的去除率而成为各类城市自来水厂缓解有机物去除压力的优选深度处理工艺，但目前国内外自来水厂多采用下向流生物活性炭滤池，在运行过程中会形成丰富的微生物群落，出水中细菌增加，并多与细小的活性炭颗粒一起流出，特别是在南方河网水体的高温季节，出水细菌数上升明显，微生物滋生严重，生物安全性低，迫使后续的氯消毒用药量加大，同时影响出厂水的嗅味。此外，由于下向流生物活性炭滤池的水头损失在1.5m左右，一般在水厂内需设置中间提升泵房后方可实施，增大了水厂的运行能耗。
[0003]超滤膜工艺被誉为21世纪的水处理技术，能够有效地保障出水的浊度，能够完全去除水中的细菌、藻类、两虫，还能去除部分病毒。近年来随着我国采用PVC材料优质超滤膜的成功研制，使超滤膜处理工艺的建设和运行成本大幅下降，被誉为第三代给水处理方法。浸没式超滤膜是指将中空纤维膜浸入水槽或水池中，依靠前后的水位差或者抽吸泵进行过滤的一种外压膜形式。浸没式膜单位容积的膜面积比较小，但由于其不需要装填在容器中，可直接将膜置于水槽或水池中，互相之间间距较小，装填密度较高。因而，从单位占地面积的有效膜面积而言，浸没式膜较容器式膜更具优势。
【发明内容】
`[0004]本发明的目的在于提供一种能耗更小、效果更佳的自来水厂净水处理组合系统。
[0005]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:一种自来水厂净水处理组合系统，其特征在于该系统包括依次连接的高效沉淀池、臭氧生物活性炭单元和浸没式超滤膜池，所述臭氧生物活性炭单元包括后臭氧接触池和上向流臭氧生物活性炭滤池，该上向流臭氧生物活性炭滤池包括第一进水渠以及与该第一进水渠连接的多个单格活性炭滤池，单格活性炭滤池均设有与第一进水渠连接的第一配水渠，所述第一配水渠通过进水管与进水井连接，进水井与位于主池体底部的配气配水渠连通，配气配水渠顶部设布水布气管，布水布气管顶由下而上依次设有承托层和活性炭层，活性炭层的上方设有不锈钢指形集水槽。
[0006]浸没式超滤膜池包括第二进水渠及与所述第二进水渠连接的多个单格超滤膜池，所述单格超滤膜池均设有与第二进水渠连接的第二配水渠，第二进水渠和第二配水渠之间设有进水闸门，所述进水闸门设有活性炭颗粒拦截格网，第二配水渠通过进水堰与单格超滤膜池的膜池主体连接，膜池主体内设有膜堆，膜堆顶部设有集水管，该集水管通过膜池母管与清水渠连接。所述进水闸门设置拦截活性炭颗粒的格网，防止活性炭颗粒进入膜池后对膜丝造成损伤。第二配水渠通过进水堰与膜池主体连接，进水堰上设有高度可调的不锈钢堰板以保证每格膜池进水均匀。单格超滤膜池的膜池主体内均设有多组膜堆，每组膜堆顶部均设有集水管和曝气管，所述单格超滤膜池的多根集水管通过滤后水母管与清水渠连接，所述单格超滤膜池的多根曝气管通过曝气主管与气反冲洗系统连接，滤后水母管还与水反冲洗系统和化学洗循环系统连接。第二进水渠通过溢流堰与溢流渠连接，排水渠通过排水闸门与膜池主体连接。在于浸没式超滤膜池内，在滤后水母管和清水渠之间设置有清水阀门和抽吸泵，化学洗循环系统和滤后水母管之间设有化学洗循环切换阀门，水反冲洗系统和滤后水母管之间设有水反冲洗切换阀门，膜池主体的侧面下部设有排水闸门与排水渠连接，膜池主体的侧面底部还设有废液排出口，所述废液排出口通过化学洗循环泵与化学洗循环系统连接。超滤膜运行需要的真空系统、水反冲洗系统、气反冲洗系统、化学洗循环系统均设于中间管廊内，并尽可能地简化管路和阀门系统，部分管路和阀门实现共用，具有高度的集成性。浸没式超滤膜池采用在线化学清洗，只需通过膜池母管、水反冲洗系统、化学洗循环系统和清水管四者之间的合理切换来达到膜堆化学洗的目的，而无需将膜堆吊离膜池，也无需设置独立的化学洗水池。
[0007]本发明的另一目的在于提供一种能耗更小、效果更佳的一种自来水厂净水处理组合工艺。
[0008]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:一种自来水厂净水处理组合工艺，其特征在于该工艺包括以下步骤:A、高效沉淀池对原水进行降浊处理，确保出水浊度稳定在INTU以下，同时去除相对分子质量大于10000的大分子有机物；B、后臭氧接触池将相对分子质量在1000~10000之间的亲水性有机物降解成分子量小于1000的小分子有机物；C、上向流臭氧生物活性炭滤池对分子量小于1000的小分子有机物予以吸附降解，同时生物作用去除氨氮；D、浸没式超滤膜池截留从上向流臭氧生物活性炭滤池脱落的活性炭生物膜、臭氧氧化后生成的悬浮 物，去除原水中的藻类、细菌、病毒、微生物。在步骤C中，经臭氧氧化后的水经每格活性炭滤池的配水堰后，通过进水管和进水井送至主池体底部，经布水布气管配水，水流向上依次透过承托层和活性炭层，由指形集水槽汇集至出水渠。其中配水堰生设有高度可调的不锈钢堰板，以保证每格活性炭滤池的进水均匀。
[0009]为解决臭氧生物活性炭的生物泄漏问题，在臭氧生物活性炭工艺后增设超滤膜处理工艺，超滤膜处理工艺的优点在于能有效去除原水中的细菌、病毒、微生物(如贾第鞭毛虫、隐孢子虫等)和藻类等，并能使出水浊度稳定在0.1NTU以下。在臭氧生物活性炭工艺后增设超滤膜处理工艺，能有效拦截臭氧活性炭工艺出水中的细菌和微生物，提高整体出水的生物安全性，降低后续氯消毒用药量；为解决下向流生物活性炭水头损失过大的问题，将生物活性炭工艺加以改进，采用上向流臭氧生物活性炭工艺，水头损失可以减小到约0.6m,可以取消中间提升泵房，且上向流臭氧生物活性炭仅采用气反冲洗，无需进行水反冲洗，可节省水厂自用水量和水厂运行能耗。
[0010]上向流臭氧生物活性炭工艺中，臭氧接触池的出水通过配水堰经进水管、进水井后均匀流入主池体底部的配气配水渠，水流向上透过承托层和活性炭层，经指形集水槽汇集至出水渠，再经出水管至后续处理工艺单元。在一定的上升流速作用下，活性炭层处于膨胀流化状态，水与炭间、炭与炭间发生持续的轻微碰撞磨擦，使活性炭颗粒生物膜(包括粘附的杂质)的生长和脱落保持动态平衡，生物膜得以有效更新，从而保持较高的生物活性和传质效率。当以平流沉淀池2~3NTU的出水作为上向流臭氧生物活性炭滤池进水时，由于沉淀池出水浊度相对较高，且有细小矾花跑逸，运行2~3周后，在炭滤池底部及活性炭层局部粘结成块，日常运行及反冲洗时易形成柱塞现象；如将进水改为砂滤出水(浊度在0.3NTU以下)后，持续运行半年也未发生上述柱塞现象，故上向流臭氧生物活性炭滤池对于进水浊度的控制十分关键。鉴于此，本发明中选用高效沉淀工艺作为上向流臭氧生物活性炭工艺的前处理，以保证上向流臭氧生物活性炭工艺的进水浊度(一般小于1NTU)。 [0011]本发明将高效沉淀工艺、上向流臭氧生物活性炭工艺与浸没式超滤膜处理工艺三者相结合，有效保证出水的各项水质指标满足或优于国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749)。本发明的优点在于，充分发挥净水处理组合工艺中各个处理环节对原水中目标去除污染物质的去除功能，使各处理工艺环节各司其职且相辅相成。该项净水处理组合工艺的指导思想是:以高效沉淀池去除水中的悬浮物，确保出水浊度稳定在INTU甚或以下，同时使相对分子质量大于10000的胶体有机物和相对分子质量在1000~10000之间的可能胶体形态有机物得以高效去除；上向流臭氧生物活性炭处理工艺又分臭氧氧化和上向流臭氧生物活性炭吸附两个过程，臭氧氧化过程可将相对分子质量在1000~10000之间的亲水性有机物降解成分子量小于1000的小分子有机物。上向流臭氧生物活性炭吸附则对分子量小于1000的小分子有机物予以吸附降解，同时生物作用可以去除一定浓度的氨氮；随后以浸没式超滤膜工艺作最后屏障，进一步降低浊度，截留上向流活性炭工艺中可能脱落的活性炭生物膜、臭氧氧化后生成的悬浮物，最大可能地降低水中微量有机物的含量，并利用超滤膜对浊度、藻类、细菌和病毒等超强的截留功能，去除原水中的藻类、细菌、病毒、微生物(如以贾第鞭毛虫、隐孢子虫为代表的“两虫”等)，确保组合工艺的生物安全性，并使出水浊度稳定在0.1NTU以下。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明的自来水厂净水处理组合系统的连接示意图。
[0013]图2为上向流臭氧生物活性炭滤池剖面图。
[0014]图3为浸没式超滤膜池剖面图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和实例对本发明作进一步描述。
[0016]一种自来水厂净水处理组合系统，其特征在于该系统包括依次连接的高效沉淀池101、臭氧生物活性炭单元和浸没式超滤膜池104。所述臭氧生物活性炭单元包括后臭氧接触池102和上向流臭氧生物活性炭滤池103，所述后臭氧接触池102的输入端与高效沉淀池101的输出端连接，后臭氧接触池102的输出端与上向流臭氧生物活性炭池103的输入端连接，该上向流臭氧生物活性炭池103的输出端与浸没式超滤膜池104的输入端连接。
[0017]如图2所示，所述上向流臭氧生物活性炭滤池包括第一进水渠201以及与所述第一进水渠201连接的多个单格活性炭滤池，所述单格活性炭滤池包括进水部分、主池体、出水部分和中间管廊，其中进水部分由第一配水渠202、进水管204和进水井205构成，主池体由配气配水渠206、布水布气管207、承托层208、活性炭层209和不锈钢指形集水槽210构成，出水部分由出水堰211和出水渠212构成。第一配水渠202通过进水管204与进水井205连接，进水井205与位于主池体底部的配气配水渠206连通。本发明中设有与第一进水渠201连接的多个单格活性炭滤池，第一进水渠201与第一配水渠202之间的配水堰上设有可调节堰板203，可以通过调节其高度，保证每格活性炭滤池进水均匀。配气配水渠206顶部设布水布气管207，布水布气管207顶由下而上依次设有承托层208和活性炭层209，活性炭层209的上方设有不锈钢指形集水槽210。中间管廊内设置活性炭滤池的初滤水排放管213、反冲洗气管214和放空管215等，高度集成。
[0018]如图3所示，浸没式超滤膜池包括第二进水渠I以及与该第二进水渠I连接的多个单格超滤膜池，所述单格超滤膜池包括进水部分、膜池主体、溢流排水部分和中间管廊等，其中进水部分由进水闸门2、活性炭颗粒拦截格网3、第二配水渠4和进水堰5组成，第二进水渠I通过每格超滤膜池的进水闸门2与该超滤膜池的第二配水渠4相连，在进水闸门2和第二配水渠4中间设有拦截活性炭颗粒的格网3，防止活性炭颗粒进入膜池后对膜丝造成损伤。第二配水渠4通过进水堰5与膜池主体连接，进水堰5上设有高度可调的不锈钢堰板以保证每格超滤膜池进水均匀，单格超滤膜池内设有多组膜堆8，每组膜堆8顶部设有集水管10和曝气管21，单格膜池的多根集水管10通过滤后水母管11和清水阀门15与清水渠18连接，单格膜池的多根曝气管21通过曝气主管20与气反冲洗系统连接。进水渠I通过溢流堰22与溢流排水部分的溢流渠26连接，溢流排水部分的排水渠6通过排水闸门7与膜池主体连接。
[0019]此外，在滤后水母管11和清水渠18之间设置有清水阀门15和抽吸泵17，化学洗循环系统13和滤后水母管11之间设有化学洗循环切换阀门14，水反冲洗系统12和滤后水母管11之间设有水反冲洗切换阀门16。超滤膜主池体的侧面下部设有排水闸门7与溢流排水部分的排水渠6连接，单格膜池的侧面底部还设有废液排出口 23，所述废液排出口 23通过废液排出控制阀门24和化学洗循环泵19与化学洗循环系统13连接。浸没式超滤膜池采用在线化学清洗，只需通过膜池母管11、水反冲洗系统12、化学洗循环系统13和清水管25四者之间的合理切换来达到膜堆化学洗的目的，而无需将膜堆吊离膜池，也无需设置独立的化学洗水池。
[0020]在单格膜池的滤后水母管11上，且位于水反冲洗切换阀门16和化学洗循环切换阀门14之间设置有维护性化学清洗加药点，单格膜池的循环泵19和化学洗循环系统13之间设置有恢复性化学清洗加注点。
[0021]所述抽吸泵17采用凸轮泵，可以实现正反转，正转时将单格膜池的滤后水经滤后水母管11抽吸至清水渠18 ;反转时可将清水渠18中的水灌注到单格膜池主体内，作为药洗时药液的稀释用水。所述化学洗循环泵19也采用凸轮泵，可以实现正反转，正转时将膜池主体内的化学清洗药液经膜堆8、集水管10、膜池母管11、化学洗循环系统13和废液排出口 23重新进入该格膜池，达到药洗循环效果；反转时将膜池主体内的化学清洗废液经废液排出口 23和化学洗循环系统13排出膜池。因此，本发明中的浸没式超滤膜池尽可能地简化了管路和阀门系统，将化学清洗及废水排放系统与膜过滤系统、气水反冲洗及废水排放系统等管路布置进行了综合考虑，部分管路和阀门实现共用，将现有技术中的膜池滤后清水抽吸泵与膜池药洗进水泵(17 )共用，将膜池恢复性化学清洗循环泵与膜池化学洗废液放空泵(19 )共用，将膜池废液排出控制阀门与膜池化学洗循环进液阀(24 )共用，将膜池滤后清水母管与膜池反冲洗水母管、膜池化学洗循环出水母管(11)共用，将膜池化学洗循环总管与膜池化学洗废液排放总管(13)共用，具有高度的集成性。
[0022]本发明应用实例中的原水水质情况:原水大多数水质指标均达到地表水环境质量标准(GB3838-2002)中的II~III类标准，但耗氧量、氨氮等指标常超过III类标准。同时，随着国家对净水工艺低浊保障能力提出的更高要求。因此，本实例中将浊度、氨氮和耗氧量作为关键指标，研究本发明对上述关键指标的去除效能。
[0023]针对上述原水水质特征，采用本发明的净水处理组合装置及工艺(见附图1)，其中的高效沉淀工艺是确保供水水质的最基本手段，其主要功效是最大限度地“降浊”，确保出水浊度稳定在INTU以下，同时去除大分子有机物(相对分子质量大于10000)，减轻后续工艺处理负荷，为后续催化氧化工艺的高效经济运行和最终出水浊度小于0.1NTU打好基础。
[0024]组合装置工艺中的臭氧生物活性炭单元是去除原水中各类有机物、氨氮的最有效手段。臭氧生物活性炭单元包括后臭氧接触池和上向流臭氧生物活性炭滤池，且后臭氧接触池和上向流臭氧生物活性炭滤池依次置于高效沉淀池之后，用以去除有机物和氨氮。上向流臭氧生物活性炭滤池(见图2)类似于膨胀床工艺，承托层采用砾石，活性炭采用煤质颗粒活性炭，水流方向向上，炭层随滤速膨胀，上升流速8~12 m/h,类似连续的水反冲洗，故不设单独的水反冲洗设施，但保留了气冲洗。连续的“水反洗”，可避免微生物的过度生长，并防止炭床堆积、老化后形成的微生物膜。为保持炭层的稳定膨胀，冬季时应采用较低的上升流速(8~10 m/h),而夏季时,宜采用较高上升流速(10~12 m/h)。臭氧氧化后出水需穿过2~3m (膨胀后约3~4m)的活性炭层，不断被悬浮对流的活性炭层切割，曲折上行，接触传质更充分；出水尾气中几乎无余臭氧，由于活性炭层的膨胀充分，炭颗粒间较为松散，阻力较小，且气水同向运行，炭床内部不会有气泡滞留形成气阻，因此上向流臭氧生物活性炭滤池水头损失也较小，约0.6mο相比于下向流臭氧生物活性炭，本发明中的上向流臭氧生物活性炭对有机物的去除率平均提高约15%。
[0025]本发明的净水处理组合工艺采用浸没式超滤膜池(见图3)最后把关，截留上向流活性炭工艺中可能脱落的活性炭生物膜、臭氧氧化后生成的悬浮物，以杜绝生物泄漏，并利用超滤膜对浊度、藻类、细菌和病毒等超强的截留功能，去除原水中的藻类、细菌、病毒、微生物(如以贾第鞭毛虫、隐孢子虫`为代表的“两虫”等)，确保组合工艺的生物安全性，并使出水浊度稳定在0.1NTU以下。
[0026]实例运行证明，本发明的净水处理组合工艺的运用，确保了供水水质的生物安全性，使出水中的有机物、浊度、氨氮、病毒等主要控制指标符合或优于国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749)。
【权利要求】
1.一种自来水厂净水处理组合系统，其特征在于该系统包括依次连接的高效沉淀池、臭氧生物活性炭单元和浸没式超滤膜池，所述臭氧生物活性炭单元包括后臭氧接触池和上向流臭氧生物活性炭滤池，该上向流臭氧生物活性炭滤池包括第一进水渠以及与该第一进水渠连接的多个单格活性炭滤池，单格活性炭滤池均设有与第一进水渠连接的第一配水渠，所述第一配水渠通过进水管与进水井连接，进水井与位于主池体底部的配气配水渠连通，配气配水渠顶部设布水布气管，布水布气管顶由下而上依次设有承托层和活性炭层，活性炭层的上方设有不锈钢指形集水槽。
2.按权利要求1所述的自来水厂净水处理组合系统，其特征在于浸没式超滤膜池包括第二进水渠及与所述第二进水渠连接的多个单格超滤膜池，所述单格超滤膜池均设有与第二进水渠连接的第二配水渠，第二进水渠和第二配水渠之间设有进水闸门，所述进水闸门设有活性炭颗粒拦截格网，第二配水渠通过进水堰与单格超滤膜池的膜池主体连接。
3.按权利要求2 所述的自来水厂净水处理组合系统，其特征在于单格超滤膜池的膜池主体内均设有多组膜堆，每组膜堆顶部均设有集水管和曝气管，所述单格超滤膜池的多根集水管通过滤后水母管与清水渠连接，所述单格超滤膜池的多根曝气管通过曝气主管与气反冲洗系统连接，滤后水母管还与水反冲洗系统和化学洗循环系统连接。
4.按权利要求2所述的自来水厂净水处理组合系统，其特征在于第二进水渠通过溢流堰与溢流渠连接，排水渠通过排水闸门与膜池主体连接。
5.按权利要求3所述的自来水厂净水处理组合系统，其特征在于浸没式超滤膜池内，在滤后水母管和清水渠之间设置有清水阀门和抽吸泵，化学洗循环系统和滤后水母管之间设有化学洗循环切换阀门，水反冲洗系统和滤后水母管之间设有水反冲洗切换阀门，膜池主体的侧面下部设有排水闸门与排水渠连接，膜池主体的侧面底部还设有废液排出口，所述废液排出口通过化学洗循环泵与化学洗循环系统连接。
6.一种自来水厂净水处理组合工艺，其特征在于该工艺包括以下步骤:A、高效沉淀池对原水进行降浊处理，确保出水浊度稳定在INTU以下，同时去除相对分子质量大于10000的大分子有机物、后臭氧接触池将相对分子质量在1000~10000之间的亲水性有机物降解成分子量小于1000的小分子有机物；c、上向流臭氧生物活性炭滤池对分子量小于1000的小分子有机物予以吸附降解，同时生物作用去除氨氮；D、浸没式超滤膜池截留从上向流臭氧生物活性炭滤池脱落的活性炭生物膜、臭氧氧化后生成的悬浮物，去除原水中的藻类、细菌、病毒、微生物。
7.按权利要求5所述的自来水厂净水处理组合工艺，其特征在于步骤C中，经臭氧氧化后的水经上向流臭氧生物活性炭滤池的配水堰后，通过进水管和进水井送至主池体底部，经布水布气管配水，水流向上依次透过承托层和活性炭层，由指形集水槽汇集至出水渠，其中配水堰生设有高度可调的不锈钢堰板，以保证每格活性炭滤池的进水均匀。
【文档编号】C02F9/14GK103588348SQ201210293331
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年8月17日 优先权日:2012年8月17日
【发明者】郑国兴, 钟燕敏, 张增荣, 肖敏杰, 姚洁, 方以清, 邬亦俊 申请人:上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司