申请日2011.08.12
公开(公告)日2012.01.04
IPC分类号C02F9/14
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。
权利要求书
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(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(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。
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0mg/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(3)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0mg/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(5)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0.0～1.0mg/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0mg/L;如果长期不需要后臭氧，则不设后臭氧接触池。
说明书
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→混凝→沉淀→砂滤→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→混凝沉淀池→砂滤池→ 后臭氧接触池→生物活性炭滤池→加氯→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℃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℃ 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→原生动物→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→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(联合加氯)接触池→-砂滤池→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(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，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0mg/L。如果 长期不需要前臭氧，则不设前臭氧接触池。
所述步骤(2)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0mg/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，均匀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0.5～2.0m轻质陶粒层9，上层为厚度2.0～3.5m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，均匀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(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0.0～1.0mg/L范 围(优选范围为0.1～1.0mg/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 0mg/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→生物活性炭滤池→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→生物活性炭滤池→加氯”改为“中臭氧接触池→ 曝气生物活性炭滤池→加氯→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1.0～2.0NTU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。