专利名称：用于饮用水深度净化的反应器及饮用水深度净化的方法
技术领域：
本发明属于饮用水净化领域，特别涉及一种能够实现臭氧氧化、微生物降解与超滤分离的用于饮用水深度净化的反应器，以及利用臭氧氧化、微生物降解和超滤膜过滤的饮用水深度净化的方法。
背景技术：
我国将于2012年执行《生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)》。与《生活饮用水卫生标准(GB5749-19^)》相比，新的饮用水标准大幅增加了农药化学品等人工合成有机物以及消毒副产物的指标，并将水中氨氮浓度限值设置为0. 5mg/L以下。此外，有的城市饮用水源遭受天然有机物污染，耗氧量难以达标；有的城市饮用水源存在藻类及其代谢物等污染问题，造成出厂水的嗅味强度较高，影响饮用水的口感。臭氧/活性炭、臭氧/生物活性炭作为典型的饮用水深度处理工艺中所使用的产品，在水厂升级改造中得到普遍应用。臭氧/活性炭、臭氧/生物活性炭在饮用水深度处理工艺中的基本原理是，利用臭氧氧化破坏农药等小分子有机物，并将分子量较大的、微生物难以利用的有机物转化为分子量较小、易被微生物利用的小分子有机物。在活性炭(或生物活性炭)单元中，则利用活性炭(或生物活性炭)的吸附作用和活性炭(或生物活性炭) 表面生长的微生物的降解作用去除有机物，并改善饮用水的口感。臭氧与活性炭(或生物活性炭)的协同作用使得臭氧/活性炭、臭氧/生物活性炭能长期保持良好的净化效果。但是，利用臭氧/活性炭、臭氧/生物活性炭进行饮用水深度处理的投资和运行成本均较高， 许多欠发达地区的中小型水厂难以承受。此外，许多水厂在进行饮用水深度处理升级改造时，往往可用的空间非常有限，没有足够的土地用于新建一套臭氧/活性炭深度处理工艺构筑物。微滤和超滤技术从本质上说不属于饮用水深度处理技术；纳滤或反渗透可以大幅提高有机物去除能力，但是存在成本较高、运行管理复杂、产水率低等问题，在我国市政饮用水厂中应用非常少。因此，开发投资和运行成本较低、运行管理简单的饮用水深度净化方法，对于解决我国某些经济较为落后地区的水质达标问题具有重要意义。超滤技术在近年来逐渐得到发展并推向工程应用，且随着超滤的大规模应用，投资和运行成本均得到有效降低。但是，超滤对水中细菌、病毒、藻类、胶体等颗粒污染物的截留去除能力较高，而对溶解性天然有机物、人工合成有机物、氨氮等几乎没有去除能力。不少研究者以超滤为核心，发展了以此为基础的组合工艺与技术。例如，将混凝与超滤结合， 利用混凝的吸附、卷扫等作用将溶解性有机物转化为颗粒态有机物，这可以有效提高超滤工艺对溶解性大分子有机物的去除能力。但是，此方法对提高中等或小分子量的有机物的去除能力有限，对氨氮更是无能为力。又如，将粉末活性炭与超滤结合，并保证粉末活性炭在反应器中的停留时间，利用粉末活性炭对污染物的吸附作用以及在长期运行条件下在粉末活性炭表面形成的微生物膜的生物降解作用，有效提高水中有机物、氨氮等污染物去除能力。但是，粉末活性炭颗粒容易在膜表面聚集，并在膜负压抽吸条件下可能造成膜表面的物理损伤，影响膜丝寿命；膜组件中的膜丝一旦断裂，表面具有微生物的粉末活性炭很容易穿透超滤屏障并可能造成供水事故；此外，如何在排泥过程中确保粉末活性炭污泥龄，这在运行管理中也难以有效控制。还有人提出将超滤后置于臭氧/生物活性炭单元之后，从而避免活性炭碎片和微生物流失或穿透进入管网。但该方案进一步增加了工艺复杂性和水头损失，水厂运行管理更为复杂。因此，如何开发高效、经济、稳定且运行简单的深度处理工艺，这对于我国实现水厂达标，这是工程中亟需解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种能够实现臭氧氧化、微生物降解与超滤分离的用于饮用水深度净化的反应器。本发明的目的之二是提供一种性能高效、经济可行、运行稳定、维护简单且易于实施的饮用水深度净化的方法。本发明针对上述现有技术存在的问题，提出在主臭氧氧化单元之后，设置利用生物填料挂膜的生物氧化单元和超滤膜过滤单元。其基本原理是，在主臭氧氧化单元中，利用臭氧接触氧化作用将水中难降解的微量有机污染物和臭味物质氧化破坏，并将水中大分子量(一般数均分子量范围为> 30KDa)有机物降解转化为易于被微生物利用的小分子有机物；在生物氧化单元中，利用生物填料将微生物挂膜固定在生物填料表面形成微生物膜， 提高反应器中微生物的量，利用微生物降解作用将中等分子量(一般数均分子量范围为 3KDa 30KDa)、小分子量(一般数均分子量范围为< 3KDa)的有机物同化去除，并通过微生物硝化作用将氨氮去除；在超滤膜过滤单元中，利用超滤膜的截留过滤作用将水中微生物、脱落的微生物膜、胶体颗粒等污染物截留。此外，对于污染较为严重的原水，还可以在生物氧化单元前端投加粉末活性炭，并保证粉末活性炭充分的停留时间，从而进一步提高生物量以及微生物降解能力，提高对水中污染物的去除效果。此外，绝大多数粉末活性炭在生物填料区拦截截留，大幅减少聚集在超滤膜表面的粉末活性炭的量，避免对超滤膜表面造成物理损伤。本发明可用于受污染水源的饮用水深度净化，也可应用于城市污水厂深度处理和再生水深度净化。本发明的用于饮用水深度净化的反应器包括主臭氧氧化单元，生物氧化单元和超滤膜过滤单元；其中，所述的生物氧化单元位于所述的主臭氧氧化单元和所述的超滤膜过滤单元之间；所述的生物氧化单元和所述的超滤膜过滤单元设置在同一个反应池中。如图 1所示。所述的主臭氧氧化单元包括臭氧接触池和臭氧反应池两部分。一隔板将一容器分隔成所述的臭氧接触池和所述的臭氧反应池，且所述的隔板与所述的容器的底部之间留有空隙；在所述的臭氧接触池的顶部设置有进水口，下部安装有臭氧曝气头，所述的臭氧曝气头与臭氧发生器通过管路相连接；所述的臭氧反应池的上部通过管路与所述的生物氧化单元相连通。所述的生物氧化单元包括生物填料、曝气装置和污泥槽。一穿孔板安装于所述的设置生物氧化单元和超滤膜过滤单元的反应池中，所述的穿孔板的一侧与该反应池的池壁之间形成的空间的顶部设置为开口(可用于粉末活性炭投加)，且在该开口处安装有与所述的臭氧反应池的上部相连通的管路；在所述的穿孔板的另一侧安装装填有所述的生物填料的支架，在所述的生物填料的下方安装有曝气装置和设置有污泥槽；所述的曝气装置通过管路与空气压缩机相连接。所述的超滤膜过滤单元包括曝气装置、污泥槽和超滤膜组件。在所述的反应池中安装有所述的超滤膜组件，在所述的超滤膜组件的下方安装有曝气装置和设置有污泥槽；所述的曝气装置通过管路与空气压缩机相连接；在所述的超滤膜组件的上方安装有出水管，所述的出水管与抽吸泵相连接。所述的出水管上安装有真空表及出水管阀门。所述的出水管与一反冲洗管相连通，且优选出水管与反冲洗管相连通处位于所述的出水管阀门上方的出水管上。所述的反冲洗管的管路上安装有反冲洗管阀门。所述的污泥槽中安装有排泥管。所述的穿孔板的一侧与设置生物氧化单元和超滤膜过滤单元的反应池的池壁之间形成的空间构成了一稳流区。所述的反应池中安装生物填料和超滤膜组件的区域为反应区。所述的臭氧接触池和所述的臭氧反应池的池型设计与常见的臭氧接触池和臭氧反应池相同。臭氧接触池的目的在于将臭氧气体充分溶解在水中，臭氧反应池的目的在于发挥臭氧氧化作用将污染物降解或将大分子量有机物氧化为容易被微生物利用的小分子量有机物。待处理水首先进入臭氧接触池，之后进入臭氧反应池。臭氧接触池的水力停留时间为2 4分钟，臭氧反应池的水力停留时间为10 20分钟。所述的生物氧化单元中的生物填料是固定在反应池中，通过挂膜固定在生物填料表面的微生物的生物氧化作用得以实现污染物的降解和去除。所述的生物填料可以是醛化纤纶材质的软性纤维填料、醛化纤纶材质的半软性填料、聚丙烯或聚乙烯材质的半软性填料、醛化纤纶或活性炭纤维材质的组合填料(其兼具软性和半软性填料的优点)、纤维材质的纤维束填料等。所述的主臭氧氧化单元的出水在所述的装填有生物填料的生物反应区域中的水力停留时间优选为20 120分钟。所述的生物氧化单元中还可以投加粉末活性炭，通过粉末活性炭的吸附作用、粉末活性炭表面生长的微生物降解作用等以进一步提高污染物去除效果。粉末活性炭的投量范围为2 20mg/L。粉末活性炭投加至生物氧化单元进水前，并通过生物氧化单元的曝气作用实现混合及其与污染物充分接触。之后，主臭氧氧化单元出水均勻地进入装填有生物填料的生物氧化单元。主臭氧氧化单元出水中的中等分子量有机物、小分子量挥发性有机物等在粉末活性炭的吸附作用下得以去除；主臭氧氧化单元出水中的氨氮在生物填料表面和粉末活性炭表面的微生物的硝化作用下转化为硝酸盐。所述的超滤膜组件为浸没式膜组件，所述的超滤膜可以是中空纤维膜或平板膜等，所述的超滤膜的材质可以是聚氯乙烯或聚偏氟乙烯等。所述的超滤膜的孔径范围为 0.01 0.20μπι之间，超滤膜的膜通量为10 60L/m2*h。水在装有所述的超滤膜组件的超滤膜过滤单元区域的水力停留时间为4 10分钟。生物氧化单元出水经过所述的超滤膜过滤单元，在膜分离作用下去除水中胶体、细菌、病毒、脱落的微生物膜等杂质颗粒。所述的生物氧化单元的出水流经所述的超滤膜过滤单元是通过抽吸泵的抽吸作用得以完成的。在所述的超滤膜组件的上方安装有出水管，所述的出水管与抽吸泵相连接。所述的反应器中的水在抽吸泵形成的负压作用下从膜外侧进入内侧，并最终由出水管流出。所述的抽吸泵在所述的超滤膜组件上形成的抽吸负压控制在lOltfa SOltfa之间。为了保证膜通量，在进行饮用水深度净化的运行过程中，需要定期对所述的超滤膜过滤单元中的超滤膜组件进行反冲洗。反冲洗水采用超滤膜组件过滤后的出水。在反冲洗泵的作用下，反冲洗水由超滤膜内侧向外侧流出，附着在膜表面的污染物得以从膜表面脱离。所述的超滤膜组件反冲洗周期为2 20分钟。反冲洗泵开启时，反冲洗进水管阀门开启，而抽吸泵停止运行且出水管阀门关闭；反冲洗停止后，反冲洗进水管阀门关闭，而抽吸泵开始运行且出水管阀门开启。在装填有所述的生物填料的支架和所述的超滤膜组件的下方设置有曝气装置，并分别通过空气压缩机往水中泵入压缩空气，从而为水中提供溶解氧，并提供水力作用进行混合搅拌和剪切擦洗膜丝表面的附着物。压缩空气可以是持续地泵入反应器中，也可以是间歇地泵入反应器中。所述的生物氧化单元区域中的气水比范围是10 1 150 1，所述的超滤膜过滤单元区域中的气水比范围是5 1 50 1。所述的生物氧化单元区域中和所述的超滤膜过滤单元区域中的压缩空气可以由同一台空气压缩机提供，也可以由不同的空气压缩机提供。所述的曝气装置可以是穿孔曝气管或曝气头等。在装填有所述的生物填料的支架和所述的超滤膜组件的下方设置有污泥槽。水中密度较大的颗粒物、脱落的微生物膜、粉末活性炭等杂质在重力作用下进入污泥槽中，并通过排泥管将污泥槽中的污泥排出。排泥周期可以是12 72小时；当投加粉末活性炭时，应保证粉末活性炭在所述反应器中的停留时间为4 20天。本发明的饮用水的深度净化方法待处理水由进水口进入臭氧接触池，臭氧发生器产生的臭氧经臭氧曝气头分散后与待处理水充分接触并溶解形成溶解态臭氧，之后一道进入臭氧反应池发生臭氧氧化反应；臭氧反应池的出水进入设置生物氧化单元和超滤膜过滤单元的反应池中的稳流区，并经穿孔板均勻布水后流经生物氧化单元区域中的装填有生物填料的生物反应区和安装了超滤膜组件的超滤膜过滤单元区域，在水流经装填有生物填料的生物反应区和安装了超滤膜组件的超滤膜过滤单元区域时，同时由曝气装置向水中提供压缩空气进行曝气，经处理后的水通过与安装在超滤膜组件上方的出水管相连接的抽吸泵的抽吸流出反应器。所述的穿孔板的一侧与设置生物氧化单元和超滤膜过滤单元的反应池的池壁之间形成的空间构成了一稳流区。所述的待处理水在臭氧接触池的水力停留时间为2 4分钟，在臭氧反应池的水力停留时间为10 20分钟。所述的主臭氧氧化单元的出水在所述的装填有生物填料的生物反应区域中的水力停留时间优选为20 120分钟(设计所述的生物填料所占的容积，即可实现所述的水力停留时间)。所述的水在装有所述的超滤膜组件的超滤膜过滤单元区域中的水力停留时间为 4 10分钟(设计所述的超滤膜组件所占的容积，即可实现所述的水力停留时间)。所述的抽吸泵在所述的超滤膜组件上形成的抽吸负压控制在IOkPa SOkPa之间。所述的生物氧化单元区域中的气水比范围是10 1 150 1，所述的超滤膜过
7滤单元区域中的气水比范围是5 1 50 1。所述的超滤膜组件在进行反冲洗时，反冲洗的时间为2 20分钟。所述的稳流区的功能是消除进水带来的剩余压力，确保水流能够均勻地进入反应区8，避免短路流和死角区。反应区8的功能是实现微生物氧化和超滤分离等作用。如需要，可在开口 6 (粉末活性炭投加点)处投加粉末活性炭。所述的粉末活性炭的投量范围为 2 20mg/L。本发明具有如下优点1.将主臭氧氧化和微生物降解、超滤膜过滤等结合，通过不同工艺间的协同作用实现饮用水中氨氮、有机物等污染物去除，并利用超滤膜充分保证了微生物安全性。2.对于水源污染较严重的情况，可利用粉末活性炭的吸附作用和表面微生物的降解作用进一步提高有机物和氨氮去除能力，且可根据水源污染状况调整粉末活性炭投量， 应用非常方便。3.占地面积小，水头损失小，易于应用于老水厂改造和新水厂建设。4、运行成本低廉，且运行管理方便。
图1.本发明的用于饮用水净化的反应器示意图。附图标记1.进水口2.臭氧曝气头3.臭氧发生器
4.臭氧接触池5.臭氧反应池6.开口
7.稳流区8.反应区9.穿孔板
10.生物填料11.曝气装置12._污泥槽
13.超滤膜组件14.抽吸泵15.,空气压缩机
16.出水管17.反冲洗管18.,真空表
19.反冲洗管阀门20.出水管阀门21.排泥管
具体实施例方式实施例1设计建立如图1所示的用于饮用水深度净化的反应器；其中，一生物氧化单元位于一主臭氧氧化单元和一超滤膜过滤单元之间；所述的生物氧化单元和所述的超滤膜过滤单元设置在同一个反应池中。所述的主臭氧氧化单元包括臭氧接触池4和臭氧反应池5两部分。一隔板将一容器分隔成所述的臭氧接触池4和所述的臭氧反应池5，且所述的隔板与所述的容器的底部之间留有空隙；在所述的臭氧接触池4的顶部设置有进水口 1，下部安装有臭氧曝气头2，所述的臭氧曝气头与臭氧发生器3通过管路相连接；所述的臭氧反应池5的上部通过管路与所述的生物氧化单元相连通。所述的生物氧化单元包括生物填料10、曝气装置11 (穿孔曝气管或曝气头等)和污泥槽12。一穿孔板9安装于所述的设置生物氧化单元和超滤膜过滤单元的反应池中，所述的穿孔板9的一侧与该反应池的池壁之间形成的空间的顶部设置为可用于粉末活性炭投加的开口 6，该开口下方的空间构成了一稳流区7，且在该开口处安装有与所述的臭氧反应池5的上部相连通的管路；在所述的穿孔板9的另一侧安装装填有所述的生物填料10的支架，在所述的生物填料10的下方安装有曝气装置11和设置有污泥槽12，并且污泥槽11中安装有排泥管21 ；所述的曝气装置11通过管路与一空气压缩机15相连接。所述的超滤膜过滤单元包括曝气装置11、污泥槽12和超滤膜组件13。在所述的反应池中安装有所述的超滤膜组件13，在所述的超滤膜组件13的下方安装有曝气装置11和设置有污泥槽12，并且污泥槽12中安装有排泥管21 ；所述的曝气装置11通过管路与一空气压缩机15相连接；在所述的超滤膜组件13的上方安装带有真空表 18及出水管阀门20的出水管16，所述的出水管16与抽吸泵14相连接；并且该出水管还与一带有反冲洗管阀门19的反冲洗管17相连通，且出水管与反冲洗管17相连通处位于所述的出水管阀门20上方的出水管上。所述的反应池中安装生物填料10和超滤膜组件13的区域为反应区8。利用上述反应器进行饮用水的深度净化方法为待处理水由进水口 1进入臭氧接触池4，臭氧发生器3产生的臭氧经臭氧曝气头2分散后与待处理水充分接触并溶解形成溶解态臭氧，水在臭氧接触池的水力停留时间为2分钟，之后一道进入臭氧反应池5发生臭氧氧化反应，并使水在臭氧反应池的水力停留时间为10分钟；将醛化纤纶材质的软性填料固定在生物氧化单元中，臭氧反应池5的出水进入反应池的稳流区7，并经穿孔板9均勻布水后流经生物氧化单元区域中的装填有醛化纤纶材质的软性填料的生物反应区和安装了中空纤维膜的超滤膜过滤区域，同时由空气压缩机15并通过曝气头向水中提供压缩空气进行曝气；在水流经装填有醛化纤纶材质的软性填料的生物反应区时，使水在所述的生物氧化单元区域中的水力停留时间为20分钟，水在装有所述的中空纤维膜的超滤膜过滤区域中的水力停留时间为4分钟；经处理后的水通过与安装在超滤膜组件上方的出水管相连接的抽吸泵的抽吸流出反应器。所采用的中空纤维膜为浸没式膜组件，且超滤膜材质为聚氯乙烯；超滤膜的孔径范围为0. 20 μ m，超滤膜的膜通量为60L/m2 · h。上述饮用水的深度净化方法，是利用主臭氧氧化单元将水中大分子量(一般数均分子量范围为>30KDa)有机物转化为容易被微生物利用的中等分子量(一般数均分子量范围为3KDa 30KDa)和小分子量(一般数均分子量范围为< 3KDa)有机物。通过抽吸泵的抽吸作用使得生物氧化单元的出水从膜外侧进入内侧，并最终流经所述的超滤膜过滤单元，所述的抽吸泵在所述的超滤膜组件上形成的抽吸负压控制在80KPa。超滤膜组件反冲洗周期为2分钟。通过空气压缩机往水中泵入压缩空气，生物氧化单元区域中的气水比是 10 1，所述的超滤膜过滤单元区域中的气水比范围是5 1。污泥槽中沉降的污泥通过排泥管排出，排泥周期为72小时。待处理水中耗氧量浓度为5mg/L，氨氮浓度为0.8mg/L。采用上述方法进行处理，出水耗氧量浓度为1. 5mg/L,氨氮浓度为0. lmg/L,达到《国家生活饮用水卫生标准 (GB5749-2006)》要求。实施例2设计建立如实施例1的用于饮用水深度净化的反应器。利用上述反应器进行饮用水的深度净化方法为待处理水由进水口 1进入臭氧接触池4，臭氧发生器3产生的臭氧经臭氧曝气头2分散后与待处理水充分接触并溶解形成溶解态臭氧，水在臭氧接触池的水力停留时间为4分钟，之后一道进入臭氧反应池5发生臭氧氧化反应，并使水在臭氧反应池的水力停留时间为20分钟；将醛化纤纶材质的半软性填料固定在生物氧化单元中，臭氧反应池5的出水进入反应池的稳流区7，并经穿孔板9均勻布水后流经生物氧化单元区域中的装填有醛化纤纶材质的半软性填料的生物反应区和安装了平板膜的超滤膜过滤区域，同时由空气压缩机15并通过曝气头向水中提供压缩空气进行曝气；在水流经装填有醛化纤纶材质的半软性填料的生物反应区时，使水在所述的生物氧化单元区域中的水力停留时间为 120分钟，水在装有所述的平板膜的超滤膜过滤区域中的水力停留时间为10分钟；经处理后的水通过与安装在超滤膜组件上方的出水管相连接的抽吸泵的抽吸流出反应器。所采用的平板膜为浸没式膜组件，且超滤膜材质为聚偏氟乙烯；超滤膜的孔径范围为0. 01 μ m，超滤膜的膜通量为10L/m2 · h。上述饮用水的深度净化方法，是利用主臭氧氧化单元将水中大分子量(一般数均分子量范围为>30KDa)有机物转化为容易被微生物利用的中等分子量(一般数均分子量范围为3KDa 30KDa)和小分子量(一般数均分子量范围为< 3KDa)有机物。通过抽吸泵的抽吸作用使得生物氧化单元的出水从膜外侧进入内侧，并最终流经所述的超滤膜过滤单元，所述的抽吸泵在所述的超滤膜组件上形成的抽吸负压控制在lOkPa。超滤膜组件反冲洗周期为20分钟。通过空气压缩机往水中泵入压缩空气，生物氧化单元区域中的气水比是 150 1，所述的超滤膜过滤单元区域中的气水比范围是50 1。污泥槽中沉降的污泥通过排泥管排出，排泥周期为48小时。待处理水中耗氧量浓度为6mg/L，氨氮浓度为1. 5mg/L。采用上述方法进行处理，出水耗氧量浓度为2. 5mg/L,氨氮浓度为0. 2mg/L,达到《国家生活饮用水卫生标准 (GB5749-2006)》要求。实施例3设计建立如实施例1的用于饮用水深度净化的反应器。设计建立如实施例1的用于饮用水深度净化的反应器。利用上述反应器进行饮用水的深度净化方法为待处理水由进水口 1进入臭氧接触池4，臭氧发生器3产生的臭氧经臭氧曝气头2分散后与待处理水充分接触并溶解形成溶解态臭氧，水在臭氧接触池的水力停留时间为3分钟，之后一道进入臭氧反应池5发生臭氧氧化反应，并使水在臭氧反应池的水力停留时间为15分钟；将活性炭纤维材质的组合填料固定在生物氧化单元中，臭氧反应池5的出水进入反应池的稳流区7，并经穿孔板9均勻布水后流经生物氧化单元区域中的装填有活性炭纤维材质的组合填料的生物反应区和安装了平板膜的超滤膜过滤区域，同时由空气压缩机15并通过穿孔曝气管向水中提供压缩空气进行曝气；在水流经装填有活性炭纤维材质的组合填料的生物反应区时，使水在所述的生物氧化单元区域中的水力停留时间为60分钟，水在装有所述的平板膜的超滤膜过滤区域中的水力停留时间为6分钟；经处理后的水通过与安装在超滤膜组件上方的出水管相连接的抽吸泵的抽吸流出反应器。所采用的平板膜为浸没式膜组件，且超滤膜材质为聚偏氟乙烯；超滤膜的孔径范围为0. 10 μ m，超滤膜的膜通量为30L/m2 · h。上述饮用水的深度净化方法，是利用主臭氧氧化单元将水中大分子量(一般数均分子量范围为> 30KDa)有机物转化为容易被微生物利用的中等分子量(一般数均分子量范围为3KDa 30KDa)和小分子量(一般数均分子量范围为< 3KDa)有机物。通过抽吸泵的抽吸作用使得生物氧化单元的出水从膜外侧进入内侧，并最终流经所述的超滤膜过滤单元，所述的抽吸泵在所述的超滤膜组件上形成的抽吸负压控制在40kPa。超滤膜组件反冲洗周期为10分钟。通过空气压缩机往水中泵入压缩空气，生物氧化单元区域中的气水比是 80 1，所述的超滤膜过滤单元区域中的气水比范围是30 1。污泥槽中沉降的污泥通过排泥管排出，排泥周期为36小时。待处理水中耗氧量浓度为:3mg/L，氨氮浓度为ang/L。采用上述方法进行处理，出水耗氧量浓度为1. 5mg/L,氨氮浓度为0. 4mg/L,达到《国家生活饮用水卫生标准 (GB5749-2006)))要求。实施例4设计建立如实施例1的用于饮用水深度净化的反应器。利用上述反应器进行饮用水的深度净化方法为待处理水由进水口 1进入臭氧接触池4，臭氧发生器3产生的臭氧经臭氧曝气头2分散后与待处理水充分接触并溶解形成溶解态臭氧，水在臭氧接触池的水力停留时间为4分钟，之后一道进入臭氧反应池5发生臭氧氧化反应，并使水在臭氧反应池的水力停留时间为20分钟；将纤维材质的纤维束填料固定在生物氧化单元中，臭氧反应池 5的出水进入反应池的稳流区7，并经穿孔板9均勻布水后流经生物氧化单元区域中的装填有纤维材质的纤维束填料的生物反应区和安装了平板膜的超滤膜过滤区域，同时由空气压缩机15并通过穿孔曝气管向水中提供压缩空气进行曝气；在水流经装填有纤维材质的纤维束填料的生物反应区时，使水在所述的生物氧化单元区域中的水力停留时间为100分钟，水在装有所述的平板膜的超滤膜过滤区域中的水力停留时间为8分钟；经处理后的水通过与安装在超滤膜组件上方的出水管相连接的抽吸泵的抽吸流出反应器。所采用的平板膜为浸没式膜组件，且超滤膜材质为聚偏氟乙烯；超滤膜的孔径范围为0. 15 μ m，超滤膜的膜通量为20L/m2 · h。上述饮用水的深度净化方法，是利用主臭氧氧化单元将水中大分子量(一般数均分子量范围为>30KDa)有机物转化为容易被微生物利用的中等分子量(一般数均分子量范围为3KDa 30KDa)和小分子量(一般数均分子量范围为< 3KDa)有机物。通过抽吸泵的抽吸作用使得生物氧化单元的出水从膜外侧进入内侧，并最终流经所述的超滤膜过滤单元，所述的抽吸泵在所述的超滤膜组件上形成的抽吸负压控制在60kPa。超滤膜组件反冲洗周期为10分钟。通过空气压缩机往水中泵入压缩空气，生物氧化单元区域中的气水比是 20 1，所述的超滤膜过滤单元区域中的气水比范围是15 1。污泥槽中沉降的污泥通过排泥管排出，排泥周期为M小时。待处理水中耗氧量浓度为:3mg/L，氨氮浓度为0. 5mg/L,且水中检测发现存在DDT、 甲草胺等农药污染。采用上述方法进行处理，出水耗氧量浓度为ang/L，氨氮浓度为0. 2mg/ L，DDT和甲草胺浓度均在检出限以下，达到《国家生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)》要求。实施例5设计建立如实施例1的用于饮用水深度净化的反应器。利用上述反应器进行饮用水的深度净化方法为待处理水由进水口 1进入臭氧接触池4，臭氧发生器3产生的臭氧经
11臭氧曝气头2分散后与待处理水充分接触并溶解形成溶解态臭氧，水在臭氧接触池的水力停留时间为4分钟，之后一道进入臭氧反应池5发生臭氧氧化反应，并使水在臭氧反应池的水力停留时间为20分钟；将聚丙烯材质的半软性填料固定在生物氧化单元中，臭氧反应池 5的出水进入反应池的稳流区7，并经穿孔板9均勻布水后流经生物氧化单元区域中的装填有聚丙烯材质的半软性填料的生物反应区和安装了平板膜的超滤膜过滤区域，同时由空气压缩机15并通过穿孔曝气管向水中提供压缩空气进行曝气；在水流经装填有聚丙烯材质的半软性填料的生物反应区时，使水在所述的生物氧化单元区域中的水力停留时间为100 分钟，水在装有所述的平板膜的超滤膜过滤区域中的水力停留时间为10分钟；经处理后的水通过与安装在超滤膜组件上方的出水管相连接的抽吸泵的抽吸流出反应器。所采用的平板膜为浸没式膜组件，且超滤膜材质为聚偏氟乙烯；超滤膜的孔径范围为0. 15 μ m，超滤膜的膜通量为30L/m2 · h。上述饮用水的深度净化方法，是利用主臭氧氧化单元将水中大分子量(一般数均分子量范围为>30KDa)有机物转化为容易被微生物利用的中等分子量(一般数均分子量范围为3KDa 30KDa)和小分子量(一般数均分子量范围为< 3KDa)有机物。此外，在生物氧化单元进水前投加粉末活性炭，粉末活性炭的投量范围为ang/L，并通过生物氧化单元的曝气作用实现混合及其与污染物充分接触。通过抽吸泵的抽吸作用使得生物氧化单元的出水从膜外侧进入内侧，并最终流经所述的超滤膜过滤单元，所述的抽吸泵在所述的超滤膜组件上形成的抽吸负压控制在20kPa。超滤膜组件反冲洗周期为5分钟。通过空气压缩机往水中泵入压缩空气，生物氧化单元区域中的气水比是100 1，所述的超滤膜过滤单元区域中的气水比范围是40 1。污泥槽中沉降的污泥通过排泥管排出，排泥周期为72小时，控制排泥时间使得粉末活性炭在反应器中的停留时间为4天。待处理水中耗氧量浓度为8mg/L，氨氮浓度为;3mg/L。采用上述方法进行处理，出水耗氧量浓度为ang/L，氨氮浓度为ο. ang/L，达到《国家生活饮用水卫生标准 (GB5749-2006)》要求。实施例6设计建立如实施例1的用于饮用水深度净化的反应器。利用上述反应器进行饮用水的深度净化方法为待处理水由进水口 1进入臭氧接触池4，臭氧发生器3产生的臭氧经臭氧曝气头2分散后与待处理水充分接触并溶解形成溶解态臭氧，水在臭氧接触池的水力停留时间为4分钟，之后一道进入臭氧反应池5发生臭氧氧化反应，并使水在臭氧反应池的水力停留时间为20分钟；将醛化纤纶材质的组合填料固定在生物氧化单元中，臭氧反应池 5的出水进入反应池的稳流区7，并经穿孔板9均勻布水后流经生物氧化单元区域中的装填有醛化纤纶材质的组合填料的生物反应区和安装了平板膜的超滤膜过滤区域，同时由空气压缩机15并通过穿孔曝气管曝气装置向水中提供压缩空气进行曝气；在水流经装填有醛化纤纶材质的组合填料的生物反应区时，使水在所述的生物氧化单元区域中的水力停留时间为100分钟，水在装有所述的平板膜的超滤膜过滤区域中的水力停留时间为10分钟；经处理后的水通过与安装在超滤膜组件上方的出水管相连接的抽吸泵的抽吸流出反应器。所采用的平板膜为浸没式膜组件，且超滤膜材质为聚偏氟乙烯；超滤膜的孔径范围为0. 15 μ m，超滤膜的膜通量为30L/m2 · h。上述饮用水的深度净化方法，是利用主臭氧氧化单元将水中大分子量(一般数均分子量范围为> 30KDa)有机物转化为容易被微生物利用的中等分子量(一般数均分子量范围为3KDa 30KDa)和小分子量(一般数均分子量范围为< 3KDa)有机物，并将水中农药类污染物部分降解破坏。此外，在生物氧化单元进水前投加粉末活性炭，粉末活性炭的投量范围为5mg/L，并通过生物氧化单元的曝气作用实现混合及其与污染物充分接触。通过抽吸泵的抽吸作用使得生物氧化单元的出水从膜外侧进入内侧，并最终流经所述的超滤膜过滤单元，所述的抽吸泵在所述的超滤膜组件上形成的抽吸负压控制在60kPa。超滤膜组件反冲洗周期为5分钟。通过空气压缩机往水中泵入压缩空气，生物氧化单元区域中的气水比是100 1，所述的超滤膜过滤单元区域中的气水比范围是50 1。污泥槽中沉降的污泥通过排泥管排出，排泥周期为36小时，控制排泥时间使得粉末活性炭在反应器中的停留时间为20天。 待处理水中耗氧量浓度为％ig/L，氨氮浓度为1. 5mg/L，且水中检测发现存在DDT、 甲草胺等农药污染。采用上述方法进行处理，出水耗氧量浓度为ang/L，氨氮浓度为0. 2mg/ L，DDT和甲草胺浓度均在检出限以下，达到《国家生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)》要求。
权利要求
1.一种用于饮用水深度净化的反应器，其包括主臭氧氧化单元，生物氧化单元和超滤膜过滤单元；其特征是所述的生物氧化单元位于所述的主臭氧氧化单元和所述的超滤膜过滤单元之间；所述的生物氧化单元和所述的超滤膜过滤单元设置在同一个反应池中。
2.根据权利要求1所述的用于饮用水深度净化的反应器，其特征是所述的主臭氧氧化单元包括臭氧接触池和臭氧反应池两部分；一隔板将一容器分隔成所述的臭氧接触池和所述的臭氧反应池，且所述的隔板与所述的容器的底部之间留有空隙；在所述的臭氧接触池的顶部设置有进水口，下部安装有臭氧曝气头，所述的臭氧曝气头与臭氧发生器通过管路相连接；所述的臭氧反应池的上部通过管路与所述的生物氧化单元相连通；所述的生物氧化单元包括生物填料、曝气装置和污泥槽；一穿孔板安装于所述的设置生物氧化单元和超滤膜过滤单元的反应池中，所述的穿孔板的一侧与该反应池的池壁之间形成的空间的顶部设置为开口，且在该开口处安装有与所述的臭氧反应池的上部相连通的管路；在所述的穿孔板的另一侧安装装填有所述的生物填料的支架，在所述的生物填料的下方安装有曝气装置和设置有污泥槽；所述的曝气装置通过管路与空气压缩机相连接；所述的超滤膜过滤单元包括曝气装置、污泥槽和超滤膜组件；在所述的反应池中安装有所述的超滤膜组件，在所述的超滤膜组件的下方安装有曝气装置和设置有污泥槽；所述的曝气装置通过管路与空气压缩机相连接；在所述的超滤膜组件的上方安装有出水管，所述的出水管与抽吸泵相连接。
3.根据权利要求2所述的用于饮用水深度净化的反应器，其特征是所述的出水管上安装有真空表及出水管阀门；所述的出水管与一反冲洗管相连通，且出水管与反冲洗管相连通处位于所述的出水管阀门上方的出水管上；所述的反冲洗管的管路上安装有反冲洗管阀门。
4.一种利用权利要求1 3任意一项所述的用于饮用水深度净化的反应器进行饮用水深度净化的方法，其特征是待处理水由进水口进入臭氧接触池，臭氧发生器产生的臭氧经臭氧曝气头分散后与待处理水充分接触并溶解形成溶解态臭氧，之后一道进入臭氧反应池发生臭氧氧化反应；臭氧反应池的出水进入设置生物氧化单元和超滤膜过滤单元的反应池中的稳流区，并经穿孔板均勻布水后流经生物氧化单元区域中的装填有生物填料的生物反应区和安装了超滤膜组件的超滤膜过滤单元区域，在水流经装填有生物填料的生物反应区和安装了超滤膜组件的超滤膜过滤单元区域时，同时由曝气装置向水中提供压缩空气进行曝气，经处理后的水通过与安装在超滤膜组件上方的出水管相连接的抽吸泵的抽吸流出反应器；所述的穿孔板的一侧与放置生物氧化单元和超滤膜过滤单元的反应池的池壁之间形成的空间构成了一稳流区。
5.根权利要求4所述的方法，其特征是所述的待处理水在臭氧接触池的水力停留时间为2 4分钟，在臭氧反应池的水力停留时间为10 20分钟。
6.根权利要求4所述的方法，其特征是所述的主臭氧氧化单元的出水在所述的装填有生物填料的生物反应区域中的水力停留时间为20 120分钟；所述的水在装有所述的超滤膜组件的超滤膜过滤单元区域中的水力停留时间为4 10分钟。
7.根权利要求4所述的方法，其特征是所述的抽吸泵在所述的超滤膜组件上形成的抽吸负压控制在IOkPa 80kPa之间。
8.根权利要求4所述的方法，其特征是所述的生物氧化单元区域中的气水比范围是 10 1 150 1，所述的超滤膜过滤单元区域中的气水比范围是5 1 50 1。
9.根权利要求4所述的方法，其特征是所述的稳流区中投加有粉末活性炭，所述的粉末活性炭的投量范围为2 20mg/L。
10.根权利要求4或6所述的方法，其特征是所述的生物填料选自醛化纤纶材质的软性纤维填料、醛化纤纶材质的半软性填料、聚丙烯或聚乙烯材质的半软性填料、醛化纤纶或活性炭纤维材质的组合填料、纤维材质的纤维束填料中的一种；所述的超滤膜组件为浸没式膜组件，所述的超滤膜的材质是聚氯乙烯或聚偏氟乙烯； 所述的超滤膜的孔径范围为0. 01 0. 20 μ m之间，超滤膜的膜通量为10 60L/m2 · h。
全文摘要
本发明涉及用于饮用水深度净化的反应器及饮用水深度净化的方法，所述反应器包括主臭氧氧化单元，生物氧化单元和超滤膜过滤单元；所述生物氧化单元位于主臭氧氧化单元和超滤膜过滤单元之间，生物氧化单元和超滤膜过滤单元放置在同一个反应池中。臭氧氧化破坏难降解污染物并将大分子量有机物转化为中小分子量有机物。臭氧反应后出水依次进入固定有生物填料和超滤膜组件的反应池。当水源污染较严重时，还可以投加粉末活性炭。利用活性炭吸附中等分子量或挥发性有机物；利用生物填料表面和粉末活性炭表面的微生物去除氨氮和小分子量有机物；利用超滤确保微生物安全性。本发明可用于受污染水源的深度净化，也可应用于城市污水厂和再生水的深度处理。
文档编号C02F9/14GK102351371SQ201110185360
公开日2012年2月15日 申请日期2011年7月1日 优先权日2011年7月1日
发明者俞文正, 兰华春, 刘会娟, 刘锐平, 曲久辉 申请人:中国科学院生态环境研究中心