專利名稱：微污染原水富氧生物預處理除污染工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及水處理技術領域，尤其涉及一種微污染原水富氧生物預處理工藝。該方法與工藝特別適用于微污染水源原水預處理除污染，適合與傳統(tǒng)的常規(guī)凈水工藝聯(lián)合形成優(yōu)化組合工藝凈化微污染原水。
背景技術：
從我國目前的狀況來看，水源污染日益嚴重，受污染的水源范圍日益擴大。近年來，雖然我國在水污染防治方面做了許多工作，但不少江河湖泊的水質仍在逐漸變差，并呈發(fā)展勢頭，工業(yè)發(fā)達地區(qū)水域的污染尤為嚴重。在這種情況下，隨著人口的快速增長和工農業(yè)生產的迅速發(fā)展，要想使受到污染水源的水質在短期內恢復是不可能的。在我國淡水資源本來就十分緊缺的前提下，完全不使用受到污染的淡水水源越來越不可能。也就是說，我國自來水廠不得不面臨著使用更多的水質不符合要求的受污染原水作為生活飲用水和其它用途的水源。
目前，微污染水源原水普遍存在著溶解性有機物增多、NH4+-N濃度高、水體有異味、色度增高、藻類大量繁殖等問題。我國目前六大水系中有80％的水域受到污染，39％的水源已不能滿足地面水環(huán)境質量III類標準，屬微污染水源。由于水廠水源受到污染，許多出廠水水質已不能達到國家生活飲用水水質標準，并出現(xiàn)了一些新情況投加的化學混凝劑量大量增加，過濾出水濁度不能達標，出水有較明顯的嗅味等問題。另外，氯耗增加，出廠水余氯過低，難以保證出廠水余氯達最低限制值，并且隨著氯耗的增加，出廠水有機鹵化物含量升高，不利于飲水安全。研究證實，各自來水廠處理后的出水廠水質，其致突變陽性率均高于未經處理的原水水質?？梢姡Ｒ?guī)凈水工藝不但不能去除原水致突變物，而加氯處理后，其出廠水的致突變陽性經常高于未經處理的原水。
常規(guī)凈水工藝系統(tǒng)只適用于一般較清潔原水的處理，如果水源水被污染，則處理效果將很不理想。主要集中體現(xiàn)在三個方面①需要投加過量的混凝劑和氯，增加了水處理成本。而且，常規(guī)凈水工藝無法去除某些有機污染物；②現(xiàn)有的常規(guī)凈水系統(tǒng)對有機物的去除率一般為20％～50％，對氨氮的去除率為15％左右，出水中有機物含量仍然很高，并且其中某些有機物具有致癌性；③有機污染物在輸水管網中被管壁上附著的微生物所利用，它們在氯化消毒之后，仍然存活，比起一般的微生物來有更大的危害，在出水管網中形成非生物穩(wěn)定的水，具有“三致”特性。常規(guī)凈水工藝系統(tǒng)主要由混凝、澄清、過濾和消毒等組成。混凝、澄清工藝主要去除水中懸浮物和膠體物質，該過程對水中難溶物和膠態(tài)有機物等去除率很高，但對溶解性有機物去除率卻很低，難以有效地降低水中有機物污染。傳統(tǒng)的物理化學方法已不能滿足凈化水質的需要。新出現(xiàn)的一些新型、高效的物理化學方法，雖然處理效果好，可去除部分有機物，但許多技術還不夠成熟，不能大規(guī)模使用，而且還存在著設備費用大，運行成本高等缺點，并且多數(shù)的化學方法都將產生一定的副作用，如高錳酸鉀氧化法會帶來色度等問題；折點加氯法會使水中致癌物三鹵甲烷含量大量增加，導致自來水的口感變差、安全性降低、出水pH值下降等問題。
本發(fā)明所述的微污染原水富氧生物預處理，是借助于貧營養(yǎng)微生物的新陳代謝活動，通過充分曝氣在富氧條件下將水中的有機污染物、氨氮、亞硝酸氮以及鐵、錳等有效除去，并明顯改善飲用水中的色、嗅、味。富氧生物預處理，能夠有效地改善水的混凝沉淀性能，并顯著減少混凝劑和液氯用量；對于富營養(yǎng)化湖泊水，可以完全替代預氯化工藝，并且避免了預氯化引起的鹵代有機物的生成，有利于降低水的致突變活性和控制三鹵甲烷物質的生成。富氧生物預處理設在沉淀工藝之后，可以降低后續(xù)處理的負荷，延長過濾或活性炭吸附等物化處理工藝的使用周期，最大可能地發(fā)揮水處理工藝的整體作用，降低水處理費用。研究表明，富氧生物預處理凈水方法有著很好的去除原水中有機物、氨氮等污染物的效果。
污染原水富氧生物預處理技術可在傳統(tǒng)凈水工藝前增設富氧生物預處理裝置，借助該裝置中富集的貧營養(yǎng)微生物群體(生物膜)的新陳代謝，從而去吸收利用原水中各種污染物質。富氧生物預處理可以應付水質變化帶來的不利沖擊，增加飲用水的安全可靠性；改善水的混凝沉淀性能，使后續(xù)的常規(guī)處理更好地發(fā)揮作用；降低水處理費用，更好地控制水質的污染。且與物化工藝處理相比具有經濟有效、簡單易行的優(yōu)點。
本發(fā)明所述的富氧生物預處理微污染原水是采用微孔曝氣富氧生物膜法處理。處理的機理就是通過依附在填料上的特種高好氧貧營養(yǎng)微生物的自身生命代謝活動——氧化、還原、合成等過程，貧營養(yǎng)微生物的生物絮凝、吸附、氧化、生物降解和硝化等綜合作用將水中NH3-N、有機物等逐漸有效去除。與傳統(tǒng)的物理化學方法相比，富氧生物預處理污染原水具有處理效果好、處理費用低等優(yōu)點。
富氧生物預處理工藝對生物可降解有機物，特別是三鹵甲烷前體物有很好的去除作用，這對后續(xù)處理工藝除污染有明顯的強化作用，降低了氯耗，減少了三鹵甲烷等“三致物質”的生成量和細菌在配水管網中重新滋生的可能性。由于富氧生物預處理能降解有機物，改善水質，水源原水經富氧生物預處理后，減少了后續(xù)工藝混凝、沉淀、過濾和氯化的投藥量。富氧生物預處理生物接觸氧化法具有如下特點(1)比較安全。不需向水中投加任何化學藥劑，與化學法相比，消除了化學藥劑可能發(fā)生的反應生成某些有害副產物，提高了飲用水的安全性。有效地去除了氨氮、有機物等，減少了氯化消毒用量，降低了氯化消毒過程可能形成的有害副產物；(2)比較經濟。除了向水中曝氣供氧之外，不需投加任何東西，運行成本低，由于有效地去除了氨氮等物質，降低了氯化消毒用量，節(jié)約了藥劑費用；(3)簡單易行。工藝簡單，操作方便，運行穩(wěn)定，作為預處理工序，易于與常規(guī)凈水工藝聯(lián)合形成組合工藝使用，可沿用水廠處理設施，節(jié)約投資，見效快，易于推廣使用；(4)去除效率高，出水水質好。富氧生物預處理工藝能有效地去除原水中的NH3-N和有機物等，與水廠常規(guī)凈水工藝聯(lián)合使用，出廠水達到飲用水標準要求，能滿足安全供水的要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對微污染水源原水水廠的常規(guī)凈化工藝除污染效果差，難以滿足安全供水除污染的需要，提供一種以高好氧貧營養(yǎng)菌生物作用為主要特征的微污染原水富氧生物預處理工藝。它是基于對微污染原水凈化微生物主體和操作參數(shù)等因子的設計與調控，本發(fā)明能夠有效地去除水中的NH3-N和有機污染物等，與其它與處理技術相比，具有處理效率高，運行費用低，可作為Cl2、KMnO4和O3等化學法預處理的替代技術。
本發(fā)明的特征在于，所述微污染原水富氧生物預處理工藝基于貧營養(yǎng)微生物在DO為10～15mg/L富氧條件下的生物反應特征，對特定有機物和氨氮的利用能力和對生存環(huán)境較強的適應能力，以貧營養(yǎng)菌，如土壤桿菌、嗜水氣單胞菌、黃桿菌、芽菌和纖毛菌等微生物為處理主體，在高好氧反應條件下通過生物氧化作用除去污染物。高好氧貧營養(yǎng)菌的培養(yǎng)采用動態(tài)的填料自然掛膜的培養(yǎng)方式，常溫下一般15d內細菌掛膜培養(yǎng)成功，掛膜在開放的曝氣反應池中進行，無須專門的無菌環(huán)境。生物填料上的細菌主要是高好氧貧營養(yǎng)菌，對可利用基質有較大的親和力，且呼吸速率低，有較小的最大增殖速度和Monod半速率常數(shù)(KS)。所以在營養(yǎng)比較貧乏的飲用水源原水條件下，能夠充分利用水中的有機物。并且，貧營養(yǎng)菌還可以通過二次基質的利用去除濃度極低的微量難降解的有機物。顯然與污水處理中生物膜法的微生物生長、代謝特性不同。
本發(fā)明所述的富氧生物預處理除有機物、氨氮工藝采用固定生物填料接觸氧化池，池底布設微孔曝氣器，微孔曝氣器通過管道與空壓機相連。曝氣器上方布設彈性立體填料。生物預處理池有效水深4～6m；有效停留時間t＝1～2h；氣水比(0.5～1)∶1。池體布置池中設YDT彈性立體填料，池下部設微孔曝氣器及穿孔管曝氣系統(tǒng)。填料主要技術性能參數(shù)如下填料絲徑0.50mm；填料直徑140mm；比表面積318～368m2/m3；每根填料單位長度比表面積0.9273m2/m；單位池容裝填的比表面積41.73m2/m3。選用孔徑小、氧利用率高、不易堵塞的YMB型膜片式微孔曝氣器。該曝氣器的主要特性參數(shù)如下曝氣器直徑180～300mm；曝氣器膜片平均孔徑30～100μm；充氧利用率18.4％～27.2％(水深3.2m以下)；空氣流量1.5～3m3/(個·h)；服務面積0.5～1m2/個。為提高充氧效率，水流與空氣逆向流動。穿孔管開兩排交錯向下，與垂直方向成45°夾角的孔，Φ25mm，孔距460mm，排泥時協(xié)助沖除積泥。穿孔管直徑為DN 100～200。一般填料可1～2月沖洗1次，每日排泥1～2次；夏季生物膜生長較快，一般宜半月至1月沖洗1次，每日排泥2～3次，以維持生物預處理池的正常運行。
在本專利技術實施的細菌掛膜培養(yǎng)中，首先在曝氣池內加水，然后開啟鼓風機供氧，開始的1～10d內采用間斷進水連續(xù)曝氣，采用正常一半的曝氣量，待11d左右填料上掛膜初步成功后，一邊進水一邊同時出水，并采用正常的曝氣供氧量，控制池中DO為10～15mg/L，15d后曝氣池生物填料動態(tài)自然掛膜成功，有機物去除率達30％以上，氨氮去除率達90％以上，轉入正常運行管理。
本技術作為微污染水源原水的生物預處理工序去除氨氮、有機物，需與水廠常規(guī)凈水工藝聯(lián)合應用形成優(yōu)化組合工藝才能凈化水質和滿足飲用水水質標準及要求。
本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有水廠常規(guī)凈化工藝處理微污染水源原水時除NH3-N效率低，除有機物效果差，氯耗大，出廠水不能達標，難以滿足飲用水標準和要求等不足，提供一種高效、低耗的氨氮、有機物去除效果好，運行成本低，工藝簡單，操作管理方便的微污染水源水生物預處理方法。與現(xiàn)有技術相比，本專利技術具有以下優(yōu)點(1)填料比表面積大，提供了巨大的生物棲息空間，使大量的生物得以附著生長，生物膜比較穩(wěn)定，延長生物停留時間，有利于一些生長較慢的微生物如硝化細菌等自養(yǎng)菌的不斷積累；(2)填料對氣泡起到切割、阻擋和吸附的作用，使氣泡的停留時間和氣液接觸表面積增加，加快氧的轉移速率，提高了傳質效果和對氧的吸收能力，減少曝氣量；(3)曝氣強度大，池內空氣、水流擾動劇烈，生物膜不斷更新保證其活性，代謝物質的流動和更新速度快，濃度梯度大，加快了傳質速度；由于以上特點，該法具有處理水量大，處理時間短，容積負荷高，對沖擊負荷有較強的適應性，出水水質較穩(wěn)定，污泥產率低，運行費用低，占地面積小，運行靈活，操作管理方便等優(yōu)點。
具體實施例方式
以下詳細說明本發(fā)明的實施方法采用的富氧生物預處理填料接觸氧化池池底布設微孔曝氣器，微孔曝氣器通過管道與空壓機相連。曝氣器上方布設MPYDT彈性立體填料。細菌掛膜培養(yǎng)成功后，一邊進水一邊同時出水，并采用正常的曝氣供氧量，控制池中DO為10～15mg/L，轉入正常運行管理。生物預處理池有效水深4.6m；有效停留時間t＝1.2h；氣水比0.7∶1。MPYDT彈性填料主要技術性能參數(shù)如下填料絲徑0.50mm；填料直徑140mm；比表面積358m2/m3；每根填料單位長度比表面積0.9273m2/m；單位池容裝填的比表面積41.73m2/m3。選用孔徑小、氧利用率高、不易堵塞的MP-YMB型膜片式微孔曝氣器。該曝氣器主要特性參數(shù)如下曝氣器直徑180mm；膜片平均孔徑30μm；充氧利用率24％(水深3.2m以下)；空氣流量1.5m3/(個·h)；服務面積0.5m2/個。水流與空氣逆向流動。穿孔管開兩排交錯向下，與垂直方向成45°夾角的孔，Φ25mm，孔距460mm，排泥時協(xié)助沖除積泥。穿孔管直徑為DN 150。填料2月沖洗一次，每日排泥2次；夏季半月至1月沖洗一次，每日排泥3次，以維持生物預處理池的正常運行。
實施例1某河段微污染水源原水，其水質如表1所示，采用水廠常規(guī)的預氯化—混凝沉淀—過濾—氯氣消毒凈水系統(tǒng)，出廠水不能滿足飲用水標準和要求。采用富氧生物預處理與常規(guī)凈水工藝組合處理后，出廠水優(yōu)于飲用水標準。生物曝氣池在正常運行條件水溫20℃～26℃，HRT 1.2h和DO為10mg/L的除有機物、氨氮、Fe2+、Mn2+等效果見表1所示。
表1 富氧生物預處理結果比較

從表1可知，經過富氧生物預處理后，出水再經過常規(guī)進水工藝處理，出廠水可以滿足飲用水要求。
實施例2某微污水源水，采用富氧生物預處理與常規(guī)凈水工藝組合處理后，出廠水優(yōu)于飲用水標準。處理結果見表2中。生物曝氣池在正常運行條件水溫17℃～26℃，HRT 1.2h和DO為11mg/L的除污染效果見表2所示。
表2 富氧生物預處理結果比較

從表2可知，經過富氧生物預處理后，出水再經過常規(guī)進水工藝處理，出廠水可以滿足飲用水要求。
權利要求
1.一種微污染原水富氧生物預處理除污染工藝，其特征在于，它是基于貧營養(yǎng)菌在高好氧條件下的生化反應特征，對特定有機物和氨氮等的利用能力和對特定的生存環(huán)境的適應能力，通過對污染原水凈化微生物主體和操作參數(shù)等因子的設計與控制，以各種貧營養(yǎng)菌為處理主體，在富氧條件下采用固定填料生物接觸氧化池預處理微污染原水；
2.如權利要求1所述的微污染原水富氧生物預處理除污染工藝，其特征在于，生物接觸氧化池采用微孔曝氣方式，控制生物接觸氧化池的溶解氧(DO)在10～15mg/L的條件下進行生物氧化過程；
3.如權利要求1所述的工藝，其特征在于，貧營養(yǎng)菌的培養(yǎng)與水處理過程均在開放式反應器中進行，無須專門的無菌環(huán)境，采用動態(tài)的生物填料自然掛膜的培養(yǎng)方法，常溫下10～20d掛膜培養(yǎng)成功；
4.如權利要求1所述的工藝，其特征在于，該技術作為預處理工序，需與水廠傳統(tǒng)的處理工藝聯(lián)合應用形成組合工藝才能滿足飲用水水質標準及要求；
5.如權利要求1所述的工藝，其特征在于，生物接觸氧化池的有效水深為4～6m；氣水比為(0.5～1)∶1；生物接觸氧化池的水力停留時間為1～2h；
6.如權利要求1所述的工藝，其特征在于，生物接觸氧化池構型可采用長方形、方形、矩形等多種形式，貧營養(yǎng)菌的生長形式采用生物填料接觸氧化培養(yǎng)；
7.如權利要求1所述的工藝，其特征在于，生物接觸氧化池池底布設微孔曝氣器，微孔曝氣器通過管道與空壓機相連。曝氣器上方布設彈性立體填料。填料主要技術性能參數(shù)如下填料絲徑0.50mm；填料直徑140mm；比表面積318～368m2/m3；每根填料單位長度比表面積0.9273m2/m；單位池容裝填的比表面積41.73m2/m3。選用孔徑小、氧利用率高、不易堵塞的膜片式微孔曝氣器。該曝氣器主要特性參數(shù)如下曝氣器直徑180～300mm；曝氣器膜片平均孔徑30～100μm；充氧利用率18.4％～27.2％(水深3.2m以下)；空氣流量1.5～3m3/(個·h)；服務面積0.5～1m2/個。水流與空氣逆向流動。穿孔管開兩排交錯向下，與垂直方向成45°夾角的孔，Φ25mm，孔距460mm，排泥時協(xié)助沖除積泥。穿孔管直徑為DN 100～200；
8.如權利要求7所述的工藝，其特征在于，生物填料的沖洗一般可1～2月一次，每日排泥1～2次；夏季一般宜半月至1月沖洗一次，每日排泥2～3次，以維持生物接觸氧化池的正常運行。
全文摘要
本發(fā)明針對微污染水源原水常規(guī)凈化工藝除污染效果差，難以滿足安全供水除污染的需要，提供一種以高好氧貧營養(yǎng)菌生物作用為主要特征的微污染原水富氧生物預處理工藝。它是基于貧營養(yǎng)微生物在DO為10～15mg/l富氧曝氣條件下的生物反應特征，對特定有機物和氨氮的利用能力和對生存環(huán)境較強的適應能力，以貧營養(yǎng)菌，如土壤桿菌、嗜水氣單胞菌、黃桿菌、芽菌和纖毛菌等微生物為處理主體，在高好氧反應條件下通過生物氧化作用除去污染物。與其它與處理技術相比，具有處理效率高，運行費用低，可作為Cl
文檔編號C02F3/02GK101066798SQ20071005762
公開日2007年11月7日 申請日期2007年6月14日 優(yōu)先權日2007年6月14日
發(fā)明者肖羽堂 申請人:南開大學