強化脫氮除藻的原水生物膜預處理工藝裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種強化脫氮除藻的原水生物膜預處理工藝裝置及方法。該工藝裝置在反應器本體底部側面設有進水管、進水單元、進水布水板、曝氣裝置、曝氣管、分格篩網、載體填充區(qū)域、出水布水板、出水單元、溢流堰和出水管；在此基礎上，提供一種強化脫氮除藻的原水生物膜預處理工藝啟動與運行方法。本發(fā)明的優(yōu)點在于富集生物膜有效去除原水中的氮素等污染物，并通過吸附、機械截留等作用同步去除藻類；進水布水板能大幅減少反應器死區(qū)體積，并協(xié)同分格篩網、出水布水板和填充載體有效截留藻類；預掛膜填料有助于縮短生物膜預處理工藝啟動周期，縮短實現(xiàn)反應器同步脫氮除藻的時間；曝氣條件及位置的優(yōu)化，既強化了氨氧化性能又減少了曝氣能耗。
【專利說明】強化脫氮除藻的原水生物膜預處理工藝裝置及方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種強化脫氮除藻的原水生物膜預處理工藝裝置及方法，屬于飲用水 預處理【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 氮素等營養(yǎng)元素進入水體會導致水體富營養(yǎng)化，引起藻類大量爆發(fā)，嚴重惡化環(huán) 境水體及水源地水質，不但增加飲用水處理成本，更可能引起嚴重的飲用水安全問題。在普 遍應用的消毒工藝中，銨鹽或有機物能與氯發(fā)生反應產生消毒副產物（DBP)，破壞人類神經 系統(tǒng)；而藻類的破碎會釋放出大量的有機物和藻毒素。有機污染物是普遍認為的DBP前體， 在消毒過程中易形成具有"三致"作用的消毒副產物，而藻毒素既可形成消毒副產物，且本 身具有直接的毒害作用。一般認為藻類只有在死后裂解或破損時，才將毒素釋放出來使水 體中藻毒素含量超過健康標準，因此研究認為需在藻類生長階段將其去除。鑒于此，在進入 消毒工藝之前去除水體中的氮素、有機物和藻類，是規(guī)避飲用水風險的最好方式。
[0003] 生物膜技術以其持留微生物能力強、抗負荷波動能力高、運行成本低等優(yōu)勢，能有 效的提高出水生物穩(wěn)定性，在國內外已廣泛應用于原水預處理、富營養(yǎng)化水體修復、低濃度 污水處理等領域。然而，目前的原水生物膜預處理工藝多集中于氨氮和COD^去除，去除效 率亟需進一步強化；而且原水預處理生物膜工藝中多采用完全曝氣的模式，為了既能夠滿 足脫氮需求又能減少曝氣能耗，需進一步優(yōu)化曝氣，此外，原水生物膜預處理工藝也很少涉 及到氮素與藻類的同步去除。如何優(yōu)化曝氣并強化原水生物膜預處理工藝的脫氮性能，利 用生物膜工藝實現(xiàn)藻類的去除減少后續(xù)處理工藝風險具有應用價值。


【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明以原水生物膜預處理工藝為依托，優(yōu)化反應器的曝氣，在強化原水氮素去 除的基礎上，利用填料的機械截留作用及載體生物膜的吸附、吸著和捕食消解作用去除藻 類，實現(xiàn)原水生物膜預處理工藝同步脫氮除藻，增加水質生物穩(wěn)定性，減少后續(xù)工藝的處理 風險。
[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種強化脫氮除藻的原水生物膜預處理工藝裝置及方法。
[0006] ，它具有反應器本體，在反應器本體底部一側到另一側依次設有進水管、進水單 元、進水布水板、曝氣裝置、曝氣管、載體填充區(qū)域、出水布水板、出水單元，和出水管；所述 的出水單元設有溢流堰，所述的載體填充區(qū)域設有多個分格篩網。
[0007] 所述的反應器本體呈長方體狀，裝置長、寬、高的比分別為5~10:0. 3、. 7:1 ;進水 布水板和出水布水板為有孔篩板，孔洞均勻分布于篩板之上，孔徑大小為〇. 4~5cm,總的孔 洞面積S1占篩板總面積S2比為0. 2?0. 8:1。
[0008] 所述的曝氣管設置在反應器前端區(qū)域，距反應器底部距離為5~50cm，曝氣區(qū)域面 積S3占反應器底部總面積S4的59Γ50%。
[0009] 所述的分格篩網（6)的孔徑大小為0. 2~5cm，分布位置在反應器長度的0. 2~0. 5倍 處，設置2-4處。
[0010] 所述的載體填充區(qū)域裝填的填料為彈性填料、組合填料或懸浮球填料，堆積或懸 掛填充。
[0011] 一種所述的裝置強化脫氮除藻的原水生物膜預處理方法，包括以下步驟： (1) 以原水為基質，連續(xù)流運行，HRT為4~48h ;載體為全新的或預掛膜成功的彈性填 料、組合填料或懸浮球填料，實體積填充率為1. 5~10%，堆積填充率大于80% ; (2) 供氧方式為機械曝氣，氣液比]Λ?ο: 1，反應器內D0濃度大于1. 0 mg/L ; (3) 每15~30天對反應裝置中載體、分格篩網及進出水布水板進行人工或機械清藻。
[0012] 所述預掛膜的填料其生物量大于等于0. 50 mg TOC g4載體，最佳D0濃度范圍 1 ?2. 6 mg/L〇
[0013] 本發(fā)明的優(yōu)點： 生物膜能夠有效去除原水中的氮素等污染物，并通過吸附、機械截留等作用去除藻類， 實現(xiàn)同步脫氮除藻；進水布水板能有效分布進水減少反應器死區(qū)體積，并協(xié)同分格篩網、出 水布水板和填充載體有效截留藻類；預掛膜填料有助于縮短生物膜預處理工藝啟動周期， 縮短實現(xiàn)反應器同步脫氮除藻的時間；曝氣條件及位置的優(yōu)化，既強化了氨氧化性能又減 少了曝氣能耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 附圖是一種強化脫氮除藻的原水生物膜預處理工藝裝置主體結構示意圖；圖中： 1為進水管、2為進水單元、3為進水布水板、4為曝氣裝置、5為曝氣管、6為分格篩網、7為載 體填充區(qū)域、8為出水布水板、9為出水單元、10為溢流堰、11為出水管。

【具體實施方式】
[0015] 下面結合具體實施例對本發(fā)明進行進一步描述，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于 此： 如附圖所示，一種強化脫氮除藻的原水生物膜預處理工藝裝置，反應器本體底端側面 設有進水管1、進水單元2、進水布水板3、曝氣裝置4、曝氣管5、分格篩網6、載體填充區(qū)域 7、出水布水板8、出水單元9、溢流堰10和出水管11。
[0016] 反應器本體呈長方體狀，裝置長、寬、高的比分別為5:0. 3~0. 7:1 ;進水布水板3和 出水布水板8為有孔篩板，孔洞均勻分布于篩板之上，孔徑大小為0. 4~5cm，總的孔洞面積 S1占篩板總面積S2比為0.2~0.8:1 ;曝氣管5設置在反應器前端區(qū)域，距反應器底部距離 為l(T5〇Cm，曝氣區(qū)域水平面積S3占反應器底部總面積S4的59Γ50% ;分格篩網6的孔徑大 小為0. 2~5cm，分布位置在反應器長度的0. 2~0. 5倍處，設置2-4處。
[0017] 使用時，本發(fā)明可用鋼材或鋼筋混凝土構建，污染原水由反應器本體一側進水管1 進入進水單元2,經由進水布水板3流過反應器載體和分格篩網6,再經過出水布水板8和 出水單元9匯集出水經反應器另一側的溢流堰10由出水口 11排出。所述的載體填充區(qū)域 7裝填的填料為彈性填料、組合填料或懸浮球填料，堆積或懸掛填充。
[0018] 使用本發(fā)明裝置時，以原水為基質，連續(xù)流運行，HRT為4~48h ;載體為全新的或預 掛膜成功的彈性填料、組合填料或懸浮球填料，實體積填充率為1. 5~10%，堆積填充率大于 80% ;其中所述的預掛膜的填料其生物量大于等于0. 50 mg TOC g4載體；供氧方式為機械 曝氣，氣液比廣10:1，反應器內DO濃度大于1.0 mg/L;最佳DO濃度范圍f 2.6 mg/L。每 15~30天對反應裝置中載體、分格篩網及進出水布水板進行人工或機械清藻。
[0019] 實施例1 : 反應器本體呈長方體狀，反應器有效體積64 L，裝置長、寬、高的比分別為5:0. 5:1 ;進 水布水板3和出水布水板8為有孔篩板，孔洞均勻分布于篩板之上，孔徑大小為1 cm，總的 孔洞面積S1占篩板總面積S2比為0. 2:1 ;曝氣管5設置在反應器前端區(qū)域，距反應器底部 距離為5cm，曝氣區(qū)域水平面積S3占反應器底部總面積S4的10% ;分格篩網6的孔徑大小 為0. 5cm，分布位置在反應器長度的0. 3倍處，設置2處。
[0020] 裝置裝填的填料為預掛膜的彈性填料，其載體附著生物量0. 95 mg TOC p載體； 致密堆積填充，實體積填充率為1. 52%，堆積填充率大于80%。以原水為基質，連續(xù)流條件運 行，HRT為16 h。供氧方式為機械曝氣，氣液比1:1 ;反應器內D0濃度為最佳D0濃度范圍 2.2 mg/L，25天人工清理反應裝置中附著的藻類。運行第31天，反應裝置進出水葉綠素 a 濃度分別為8. 7和5. 5 mg πΓ3,藻類去除率為36. 5%，而運行到101天，進水葉綠素 a濃度 為6.7 mg πΓ3,而出水未檢測到葉綠素含量。在反應器啟動階段，最高氨氮去除率便能達到 90%，出水氨氮濃度低至 0.28 ± 0.08 mg/L，低于 0.5 mg/L (GB5749-2006)。
[0021] 實施例2: 采用全新的彈性填料，氣液比1:1，反應器內D0濃度為1. 8 mg/L，其余條件均同實施 例1。由于采用新填料，運行第31天，反應裝置進出水葉綠素含量沒有顯著變化，當生物膜 形成之后，對葉綠素有了顯著的去除，而運行到101天時，反應器出水未檢測到葉綠素含量 (進水葉綠素水平同實施例2)。在反應器啟動階段運行性能較實施例2有較大波動，但經 過一段時間的運行，出水氨氮濃度仍低至〇. 37± 0. 19 mg/L，滿足GB5749-2006限定的0. 5 mg/L要求。
【權利要求】
1. 一種強化脫氮除藻的原水生物膜預處理工藝裝置，其特征在于，它具有反應器本體， 在反應器本體底部一側到另一側依次設有進水管（1)、進水單元（2)、進水布水板（3)、曝氣 裝置（4)、曝氣管（5)、載體填充區(qū)域（7)、出水布水板（8)、出水單元（9)，和出水管（11);所 述的出水單元（9)設有溢流堰（10)，所述的載體填充區(qū)域（7)設有多個分格篩網（6)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的反應器本體呈長方體狀，裝置 長、寬、高的比分別為5~10:0. 3~0. 7:1 ;進水布水板（3)和出水布水板（8)為有孔篩板， 孔洞均勻分布于篩板之上，孔徑大小為0. 4~5cm，總的孔洞面積S1占篩板總面積S2比為 0· 2?0· 8:1。
3. 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的曝氣管（5)設置在反應器前端區(qū) 域，距反應器底部距離為5飛0cm，曝氣區(qū)域面積S3占反應器底部總面積S4的59Γ50%。
4. 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的分格篩網（6)的孔徑大小為 0. 2~5cm，分布位置在反應器長度的0. 2~0. 5倍處，設置2-4處。
5. 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的載體填充區(qū)域（7)裝填的填料為彈 性填料、組合填料或懸浮球填料，堆積或懸掛填充。
6. -種采用權利要求1所述的裝置強化脫氮除藻的原水生物膜預處理方法，其特征在 于，包括以下步驟： (1) 以原水為基質，連續(xù)流運行，HRT為4~48h ;載體為全新的或預掛膜成功的彈性填 料、組合填料或懸浮球填料，實體積填充率為1. 5~10%，堆積填充率大于80% ; (2) 供氧方式為機械曝氣，氣液比]Λ?ο: 1，反應器內DO濃度大于1. 0 mg/L ; (3) 每15~30天對反應裝置中載體、分格篩網及進出水布水板進行人工或機械清藻。
7. 如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述預掛膜的填料其生物量大于等于0. 50 mg TOC g-1載體，最佳DO濃度范圍1?2.6 mg/L。
【文檔編號】C02F3/02GK104150585SQ201410360264
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月28日 優(yōu)先權日:2014年7月28日
【發(fā)明者】徐向陽, 陽廣鳳, 馮麗娟, 朱亮, 楊玘, 王莎飛 申請人:浙江大學