一种强化滤池去除饮用水中氨氮的反应器及其方法
【专利摘要】本发明涉及强化滤池去除饮用水中氨氮的反应器及其方法。本发明的反应器是在砂滤池原有的进水区、配水区、承托层、出水区均不作改动的情况下；增设安装有生物填料的生物硝化作用区和曝气系统；增设的生物硝化作用区和砂滤池原有的过滤区处在同一个反应器中并构成反应区，生物硝化作用区位于砂滤池原有的过滤区的上方，在生物填料的下方安装有通过空气管路与曝气系统的空气压缩机相连通的曝气头。本发明利用生物填料表面生长的微生物膜的强化硝化作用去除水中的氨氮和部分有机物，并通过曝气提供生物所需的氧气；过滤过程将水中悬浮性颗粒物、微生物膜等截留，确保生物安全性，防止二次污染。本发明可用于包括受氨氮污染水源的饮用水的净化处理等。
【专利说明】一种强化滤池去除饮用水中氨氮的反应器及其方法
【技术领域】
[0001]本发明属于饮用水净化领域，特别涉及一种以砂滤池为基础强化滤池去除饮用水中氨氮的反应器，以及利用该反应器进行去除饮用水中氨氮的方法。
【背景技术】
[0002]随着我国社会经济快速发展，污染物排放量逐年增加，水环境污染问题凸显。我国小城镇多以中小型河流、湖库等地表水作为饮用水源，受城镇工业废水、农村生活污水、生活垃圾、畜禽养殖废物随意排放及农药化肥面源污染等影响，城乡饮用水源地多存在持续性或季节性的不同程度的氨氮超标问题，且有加剧之势，严重威胁群众饮用水安全和生命健康，保障饮用水安全已成为我国待解决的重大社会问题。国家最新饮用水标准(GB5749-2006)于2012年强制执行，因此，如何确保出厂水中氨氮达标是许多水厂面临的问题。
[0003]然而，饮用水净化的常规处理工艺，即混凝、沉淀、过滤与消毒工艺，对氨氮几乎没有去除能力。出水中的氨氮一方面消耗氯消毒剂，大大增加了需氯量，使水产生臭味，并增加了消毒副产物生成量及致突性，一旦氨氮转化为亚硝酸氮，对人体有毒害作用；另一方面，由于氨氮会引起管网中自养菌的大量繁殖，将造成水质恶化与管网腐蚀。
[0004]应用于饮用水中除氨氮的方法总的来说还是可以分为物理法、物理化学法和生物处理三大类。其中，生物处理就是利用微生物的代谢作用即硝化反硝化作用将水中氨氮氧化成亚硝酸盐或硝酸盐而除去，生物氧化法除氨效率高，且能同时去除多种污染物，成本低，受到广泛的欢迎，也是给水处理中除氨氮的发展趋势。在常规工艺基础上增设生物滤池，利用微生物硝化作用强化氨氮去除，但是，生物滤池水头损失较大、占地面积较大，在水厂改造中难以实现；生物预处理能够有效去除水中氨氮，但需在常规处理工艺前端增设预处理构筑物，增加了占地面积，增大一次性建设投资，不利于推广应用；臭氧/活性炭、臭氧/生物活性炭的饮用水深度处理工艺能够较好地解决有机物、氨氮等污染问题，但投资与运行成本均较高，许多水厂难以承受。
[0005]针对饮用水中存在的氨氮问题以及实际应用角度，本发明考虑直接在水厂饮用水净化的常规工艺基础上进行改造，在普通砂滤池上方悬挂生物填料，以促进生物的附着生长，形成稳定的生物膜，通过生物的硝化反硝化作用将水中氨氮去除，同时也能有效去除水中有机物。
【发明内容】
[0006]本发明的目的之一是在饮用水净化的常规工艺基础上，经简单对设备改造后，从而提供一种强化滤池有效去除饮用水中氨氮的反应器。
[0007]本发明的目的之二是以微生物降解作用为基础，利用目的一的强化滤池有效去除饮用水中氨氮的反应器，从而提供一种性能高效、经济可行、运行维护简单，且在工程改造中易于实施的去除饮用水中氨氮的方法。[0008]本发明的技术原理是以净化饮用水的砂滤池为基础，在砂滤池的上方悬挂用于生物挂膜的生物填料，并由此形成生物硝化作用区，在生物硝化作用区的下方设置曝气系统。利用生物填料表面生长的微生物膜的强化硝化作用去除水中的氨氮，并去除部分小分子有机物；曝气系统向水中和生物硝化作用区提供生物所需的充分的溶解氧；通过砂滤作用将悬浮颗粒物、微生物膜等截留，确保微生物安全性，避免二次污染。本发明的去除饮用水中氨氮的反应器可用于受氨氮污染水源的饮用水的净化处理，也可应用于城市污水和再生水中氨氮的去除。
[0009]为了实现上述目的，本发明的强化滤池去除饮用水中氨氮的反应器是在砂滤池原有的进水区、配水区、承托层、出水区均不作改动的情况下；增设生物硝化作用区和曝气系统；反冲洗系统可以保持砂滤池原有的反冲洗系统不动，也可以将反冲洗系统中的反冲洗出水管设置在砂滤池中滤料层上方所挂生物填料的中间略偏下处；砂滤池的滤料层可采用砂滤池原有的填料，也可更换为其它滤料；更换滤料时，滤料可选自石英砂、无烟煤、颗粒活性炭中的一种或几种。
[0010]本发明的强化滤池去除饮用水中氨氮的反应器包括砂滤池原有的进水区、砂滤池原有的配水区、砂滤池原有的过滤区、砂滤池原有的承托层、砂滤池原有的出水区，及反冲洗系统、增设的生物硝化作用区和增设的曝气系统。
[0011 ] 一包括砂滤池原有的进水区、砂滤池原有的配水区、砂滤池原有的过滤区、砂滤池原有的承托层、砂滤池原有的出水区的容器构成所述的反应器，在构成所述的反应器的容器的上部的砂滤池原有的进水区处设置有开有多个孔的进水管；位于所述的进水管上部的所述的容器的顶端安装有穿孔支架或穿孔板。
[0012]所述的增设的生物硝化作用区位于砂滤池原有的过滤区的上方，且在所述的砂滤池原有的进水区的下方， 由用于生物挂膜的生物填料构成，在所述的生物填料的下方安装有通过空气管路与所述的增设的曝气系统的空气压缩机7相连通的曝气头。
[0013]所述的生物填料的一端悬挂在所述的穿孔支架或穿孔板上，另一端固定在所述的生物填料下方设置的固定支架上。
[0014]所述的穿孔支架或穿孔板是安装在作为传动装置的轴承上，由此可以将生物填料的方向由垂直于砂滤池的方向向上翻转90度成为平行于砂滤池的方向，同样可以将生物填料的方向由平行于砂滤池的方向向下翻转90度成为垂直于砂滤池的方向。
[0015]所述的增设的曝气系统由曝气头、空气压缩机、气体流量计、蝶阀和电磁阀构成。
[0016]所述的曝气头位于所述的生物填料的下方，所述的曝气头通过空气管路与所述的空气压缩机相连接，且在该空气管路上安装有所述的气体流量计，并在所述的曝气头与所述的气体流量计之间的空气管路上安装有所述的蝶阀，在所述的气体流量计与所述空气压缩机的之间的空气管路上安装有用于控制曝气方式和曝气时间的所述的电磁阀。
[0017]所述的砂滤池原有的过滤区位于所述的生物硝化作用区的下面，包括原有的滤料层和原有的承托层，所述的滤料层可采用砂滤池原有的填料，也可更换为其它滤料；更换滤料时，滤料可选自石英砂、无烟煤、颗粒活性炭中的一种或几种。
[0018]所述的砂滤池原有的配水区依然设置在所述的砂滤池原有的承托层下面的所述的滤帽的下方；在所述的砂滤池原有的配水区的底端设置有排污阀，在需排出配水区的底部污物或者在反应器停用时排空所用。[0019]所述的反冲洗系统包括反冲洗泵、反冲洗出水管和反冲洗进水管。
[0020]在所述的生物硝化作用区装载所述的生物填料的中间略偏下处的容器壁上安装有出水管路；或在所述的砂滤池原有的进水区的进水管的上方的出水区处安装有与溢流堰相通的出水管路；在所述的出水管路上安装有球阀，在所述的球阀之前的出水管路上安装有三通，该三通与所述的反冲洗系统的反冲洗出水管相连接，在反冲洗出水管上设置有球阀；所述的反冲洗进水管位于所述的砂滤池原有的配水区的底部。
[0021]所述的生物填料可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纤维填料、聚丙烯材质的半软性填料、聚乙烯材质的半软性填料、醛化纤纶材质的软性纤维填料和醛化纤纶材质的半软性纤维填料的组合填料、活性炭纤维材质的组合填料、聚烯烃材质的弹性立体填料、聚酰胺材质的弹性立体填料中的一种或几种。
[0022]所述的生物填料根据所选择的生物填料的种类和型号不同，生物填料的悬挂数量不同，生物填料的单位长度为25~44m/m3。
[0023]本发明的利用上述去除饮用水中氨氮的反应器进行去除饮用水中氨氮的方法:采用下向流进水方式，待处理水首先通过反应器上部的进水区处设置的开有多个孔的进水管进入反应器的进水区，经由进水管向各个方向均匀布水，形成布水区，然后进水经过悬挂生物填料的所增设的生物硝化作用区，生物填料上生长的亚硝化细菌和硝化细菌在有氧条件下能够将水中的氨氮转化成亚硝酸盐、硝酸盐，生成的亚硝酸盐能继续转化成硝酸盐；在厌氧条件下生物填料上生长的反硝化细菌或者砂滤池原有的过滤区中的反硝化细菌能够利用硝酸盐进行反硝化作用，将硝酸盐转化成氮气，从而将水中的氨氮彻底去除；与此同时，生物填料上有氧条件下生长的异养菌能够消耗水中的有机物，从而能够去除水中部分的有机物；在去除水中氨氮的运行过程中，所述的反应器中的曝气系统连续或间歇地向水中曝气，为包括亚硝化细菌、硝化细菌和异养菌等的微生物的生长提供足够的溶解氧；水经过生物硝化作用区后进入砂滤池原有的过滤区，分别经过滤料层、承托层，滤料层中也会有少量的微生物进一步将氨氮氧化，同时通过过滤作用可以截留水中悬浮性颗粒物以及脱落的生物膜，保证生物安全性，最后处理后的水经砂滤池原有的配水区进行配水后由排水管排出。经过所述的去除饮用水中氨氮的反应器处理后，出水氨氮浓度低于0.5mg/L，达到《国家生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)》要求。
[0024]在原有常规去除水中氨氮的工艺基础上，适当延长进水经过悬挂生物填料的所增设的生物硝化作用区的水力停留时间(优选进水经过悬挂生物填料的所增设的生物硝化作用区的水力停留时间为0.5~2小时)，以保证水中氨氮等物质与生物填料上生长的亚硝化细菌、硝化细菌和异养菌等微生物充分接触，更好地发挥生物作用。 [0025]本发明的强化滤池去除饮用水中氨氮的反应器在运营一个周期后(一般为12~72小时)，需要进行反冲洗，反冲洗前，先通过所述的作为传动装置的轴承将所述的生物填料的方向由垂直于砂滤池的方向向上翻转90度成为平行于砂滤池的方向，砂滤池进入正常的反冲洗阶段；砂滤池反冲洗完成后，通过所述的作为传动装置的轴承将所述的生物填料由平行于砂滤池的方向向下翻转90度成为垂直于砂滤池的方向，之后反应器恢复进入正常运行阶段。
[0026]本发明的反冲洗有两种方式，一种方式是利用砂滤池原有的反冲洗系统(即:在所述的砂滤池原有的进水区的进水管的上方的出水区处安装有与溢流堰相通的出水管路)，将反冲洗出水管设置在布水区上方，与溢流堰相通(如图1所示);另一种设置方式是将砂滤池原有的反冲洗系统进行简单改造，将反冲洗出水管设在装载生物填料的中间略偏下处的容器壁上(如图2所示)，即在反冲洗时反冲洗水可由此反冲洗出水管排出，反冲洗出水管位置低，利于排泥。
[0027]所述的反应器中的曝气系统连续或间歇地向水中曝气，当采取连续曝气时，曝气量为0.4~10m3/h ;当采取间歇曝气时，曝气量为0.4~IOmVh,曝气间隔周期为0.5~30mino
[0028]所述的待处理水取自水厂沉后水，使用具有足够量程的潜水泵，将待处理水提升至反应器的顶端的进水区后均匀布水，进水区上设置流量计，以便调节进水流量。
[0029]本发明中包括增设的生物硝化作用区和砂滤池原有的过滤区构成反应区，两者处在同一个反应器中，并且增设的生物硝化作用区位于砂滤池原有的过滤区的上方。
[0030]本发明具有以下优点:
[0031]1、在普通砂滤池上方悬挂生物填料，利于生物膜生长，充分发挥微生物的生物硝化及反硝化作用，实现了饮用水中氨氮的去除；待处理水经过生物填料的生物作用后流经砂滤层，通过过滤作用避免细菌、生物膜等穿透，确保微生物安全性。
[0032]2、不增设构筑物，易于应用于老水厂改造和新水厂建设。
[0033]3、成本低廉，且运行管理方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1.本发明实施例1的强化滤池去除饮用水中氨氮的反应器的结构示意图，反冲洗出水管与溢流堰相通。
·[0035]图2.本发明实施例2的强化滤池去除饮用水中氨氮的反应器的结构示意图，反冲洗出水管位于生物填料中间略偏下处。
[0036]附图标记
[0037]1.布水区 2.溢流堰 3.穿孔支架或穿孔板
[0038]4.生物填料 5.曝气头 6.气体流量计
[0039]7.空气压缩机 8.滤料层 9.承托层
[0040]10.固定支架 11.蝶阀12.反冲洗出水管
[0041]13.轴承14电磁阀
【具体实施方式】
[0042]实施例1
[0043]请参见图1。一包括砂滤池原有的进水区、砂滤池原有的配水区、砂滤池原有的过滤区、砂滤池原有的承托层、砂滤池原有的出水区，及反冲洗系统、增设的生物硝化作用区和增设的曝气系统的容器构成强化滤池去除饮用水中氨氮的反应器。在构成所述的反应器的容器的上部的砂滤池原有的进水区处设置有开有多个孔的进水管，以使进水向各个方向均匀布水，形成布水区I ;位于所述的进水管上部的所述的容器的顶端安装有安装在轴承13上的穿孔支架或穿孔板3。
[0044]所述的增设的生物硝化作用区位于砂滤池原有的过滤区的上方，且在所述的砂滤池原有的进水区的下方，由用于生物挂膜的生物填料4构成，在所述的生物填料的下方安装有通过空气管路与所述的增设的曝气系统的空气压缩机7相连通的曝气头5。
[0045]所述的生物填料4的一端悬挂在所述的穿孔支架或穿孔板3上，另一端固定在所述的生物填料4下方设置的固定支架10上，所述的固定支架10是直接与所述的生物填料固定在一起并成为一体。
[0046]所述的增设的曝气系统由曝气头5、空气压缩机7、气体流量计6、蝶阀11和电磁阀14构成。
[0047]所述的曝气头5位于所述的生物填料4的下方，所述的曝气头5通过空气管路与所述的空气压缩机7相连接，且在该空气管路上安装有所述的气体流量计6，并在所述的曝气头5与所述的气体流量计6之间的空气管路上安装有所述的蝶阀11，在所述的气体流量计6与所述空气压缩机7的之间的空气管路上安装有用于控制曝气方式和曝气时间的所述的电磁阀14。
[0048]所述的砂滤池原有的过滤区位于所述的生物硝化作用区的下面，包括原有的滤料层8和原有的承托层9，所述的滤料层可采用砂滤池原有的填料，也可更换为其它滤料；更换滤料时，滤料可选自石英砂、无烟煤、颗粒活性炭中的一种或几种；其次是所述的承托层可由鹅卵石或其它材料等组成，目的在于防止滤料的流失以致堵塞承托层下面的滤帽。
[0049]所述的砂滤池原有的配水区依然设置在所述的砂滤池原有的承托层下面的所述的滤帽的下方，通过滤帽与承托层隔开；在所述的砂滤池原有的配水区的底端设置有排污阀，在需排出配水区的底部污物或者在反应器停用时排空所用。
[0050]所述的反冲洗系统包括反冲洗泵、反冲洗出水管12和反冲洗进水管，反冲洗水可以为反应器的滤后水或水厂清水。
·[0051]在砂滤池原有的进水区的进水管的上方的出水区处安装有与溢流堰2相通的出水管路；在该出水管路上安装有球阀，在所述的球阀之前的出水管路上安装有三通，该三通与所述的反冲洗系统的反冲洗出水管相连接，在反冲洗出水管上设置有球阀；所述的反冲洗进水管位于所述的砂滤池原有的配水区的底部。
[0052]所述的生物填料的单位长度为25~44m/m3，可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纤维填料、聚丙烯材质的半软性填料、聚乙烯材质的半软性填料、醛化纤纶材质的软性纤维填料和醛化纤纶材质的半软性纤维填料的组合填料、活性炭纤维材质的组合填料、聚烯烃材质的弹性立体填料、聚酰胺材质的弹性立体填料中的一种或几种。
[0053]利用上述反应器处理水厂沉后水，水厂沉后水中的氨氮浓度为0.3~0.6mg/L。水厂沉后水由潜水泵提升至反应器上部的进水区处设置的开有多个孔的进水管，经由进水管向各个方向均匀布水，形成布水区，进水首先经过悬挂Φ150_的聚酰胺材质的弹性立体填料的所增设的生物硝化作用区，所选用的O150mm的聚酰胺材质的弹性立体填料作为微生物膜生长的载体，这种生物填料表面积大，利于微生物的生长。所述生物填料的装填密度为44m/m3,高度为1.0~1.2m。
[0054]进水在作为生物填料的所述的Φ 150mm的聚酰胺材质的弹性立体填料表面生长微生物膜期间的流速为0.5m/h,微生物膜形成后，正式运行时的流速为2m/h。上述生物填料上生长的亚硝化细菌和硝化细菌在有氧条件下能够将水中的氨氮转化成亚硝酸盐、硝酸盐，生成的亚硝酸盐能继续转化成硝酸盐；在厌氧条件下生物填料上生长的反硝化细菌或者砂滤池原有的过滤区中的反硝化细菌能够利用硝酸盐进行反硝化作用，将硝酸盐转化成氮气，从而将水中的氨氮彻底去除；与此同时，生物填料上有氧条件下生长的异养菌能够消耗水中的有机物，从而能够去除水中部分的有机物；在去除水中氨氮的运行过程中，所述的反应器中的曝气系统在生长微生物膜期间以及运行过程中采用连续向反应器中通入压缩空气进行曝气，生长微生物膜期间曝气量为0.4m3/h，运行期间曝气量采用5.7m3/h,为包括亚硝化细菌、硝化细菌和异养菌等的微生物的生长提供足够的溶解氧；水经过生物硝化作用区后进入砂滤池原有的过滤区，分别经过砂滤池原有的滤料层及承托层，滤料层的滤料采用新石英砂，粒径分布为0.8~1.2mm,滤料厚度为Im ;承托层依次采用大小鹅卵石铺垫，以防止粒径较小的石英砂流失堵塞滤帽。滤料层中也会有少量的微生物进一步将氨氮氧化，同时通过过滤作用可以截留水中悬浮性颗粒物以及脱落的生物膜，保证生物安全性，最后处理后的水经砂滤池原有的配水区进行配水后由排水管排出。经过上述的去除饮用水中氨氮的反应器进行水厂沉后水的处理，出水氨氮浓度为0.3~0.6mg/L,出水氨氮浓度低于0.5mg/L，达到《国家生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)》要求。
[0055]上述的强化滤池去除饮用水中氨氮的反应器在运营12~72小时后，需要进行反冲洗，反冲洗前，先通过所述的作为传动装置的轴承将所述的生物填料的方向由垂直于砂滤池的方向向上翻转90度成为平行于砂滤池的方向，砂滤池进入正常的反冲洗阶段；砂滤池反冲洗完成后，通过所述的作为传动装置的轴承将所述的生物填料由平行于砂滤池的方向向下翻转90度成为垂直于砂滤池的方向，之后反应器恢复进入正常运行阶段。反冲洗水取自水厂清水，反冲洗水冲洗滤料和生物填料后由溢流堰流入与溢流堰相通的反冲洗出水管。
[0056]实施例2
[0057]请参见图2，强化滤池去除饮用水中氨氮的反应器的结构基本与实施例1相同，只是由在砂滤池原有的进水区的进水管的上方的出水区处安装有与溢流堰2相通的出水管路，改为在所述的生物硝化作用区装载所述的生物填料的中间略偏下处的容器壁上安装有出水管路。
[0058]利用上述的去除饮用水中氨氮的反应器进行水厂沉后水的处理，水厂沉后水中的氨氮浓度为1.0mg/L。处理方法基本与实施例1相同，只是增设的生物硝化作用区选用的是Φ200mm的聚酰胺材质的弹性立体填料作为微生物膜生长的载体，这种生物填料表面积大，利于微生物的生长。所述生物填料的装填密度为25m/m2，高度为1.0~1.2m。砂滤池中的滤料采用新石英砂和无烟煤(体积比为1:1)，滤料厚度Im,粒径分布为0.8~1.2_。承托层依次采用大小鹅卵石铺垫，以防止粒径较小的石英砂和无烟煤流失堵塞滤帽。进水在作为生物填料的所述的Φ 200mm的酰胺材质的弹性立体填料表面生长微生物膜期间的流速为0.5m/h，微生物膜形成后，正式运行时的流速为2m/h。反应器中的曝气系统在生长微生物膜期间以及运行过程中采用连续向反应器中通入压缩空气进行曝气，生长微生物膜期间曝气量为5.7m3/h，运行期间曝气量采用5.7m3/h。
[0059]经过上述的去除饮用水中氨氮的反应器进行水厂沉后水的处理，出水氨氮浓度低于0.5mg/L，达到《国家生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)》要求。
[0060]上述的强化滤池去除饮用水中氨氮的反应器在运营12~72小时后，需要进行反冲洗，反冲洗方法与实施例1基本相同，只是反冲洗水冲洗滤料和生物填料后由与装载所述的生物填料的中间略偏下处的容器壁上安装的出水管路相连通的反冲洗出水管12排出，反冲洗出水管位置低，利于排泥。
[0061]实施例3
[0062]采用实施例2的强化滤池去除饮用水中氨氮的反应器进行水厂沉后水的处理，水厂沉后水中的氨氮浓度为1.5mg/L。处理方法基本与实施例2相同，只是增设的生物硝化作用区选用的是Φ 150 X 60mm的醛化纤纶材质的软性纤维填料和醛化纤纶材质的半软性纤维填料的组合填料作为微生物膜生长的载体，这种生物填料表面积大，利于微生物的生长。所述生物填料的装填密度为44m/m2，高度为1.0~1.2m。砂滤池中的滤料采用水厂用过的旧石英砂和无烟煤(体积比为1:1)，滤料厚度Im,粒径分布为0.8~1.2mm。承托层依次采用大小鹅卵石铺垫，以防止粒径较小的石英砂和无烟煤流失堵塞滤帽。进水在作为生物填料的所述的Φ150Χ60πιπι的醛化纤纶的组合填料表面生长微生物膜期间的流速为0.5m/h，微生物膜形成后，正式运行时的流速为2m/h。反应器中的曝气系统在生长微生物膜期间以及运行过程中采用连续向反应器中通入压缩空气进行曝气，生长微生物膜期间曝气量为10m3/h，运行期间曝气量采用10m3/h。
[0063]经过上述的去除饮用水中氨氮的反应器进行水厂沉后水的处理，出水氨氮浓度低于0.5mg/L，达到《国家生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)》要求。
[0064]上述的强化滤池去除饮用水中氨氮的反应器在运营12~72小时后，需要进行反冲洗，反冲洗方法与实施例2相同。
[0065]实施例4
[0066]采用实施例2的强化滤池去除饮用水中氨氮的反应器进行水厂沉后水的处理，水厂沉后水中的氨氮浓度为2.0mg/L。处理方法基本与实施例2相同，只是增设的生物硝化作用区选用的是Φ150Χ60πιπι的醛化纤纶材质的软性纤维填料和醛化纤纶材质的半软性纤维填料的组合填料作为微生物膜生长的载体，这种生物填料表面积大，利于微生物的生长。所述生物填料的装填密度为30m/m2，高度为1.0~1.2m。砂滤池中的滤料采用石英砂和无烟煤(体积比为1:1)，滤料厚度Im,粒径分布为0.8~1.2mm。承托层依次采用大小鹅卵石铺垫，以防止粒径较小的石英砂和无烟煤流失堵塞滤帽。进水在作为生物填料的所述的Φ 150X60mm的醒化纤纟仑的组合填料表面生长微生物膜期间的滤速流速为0.5m/h,微生物膜形成后，正式运行时的滤速流速为2m/h。反应器中的曝气系统在生长微生物膜期间以及运行过程中采用间歇向反应器中通入压缩空气进行曝气，生长微生物膜期间曝气量为
0.4m3/h，运行期间曝气量采用0.4m3/h,间歇时间为0.5分钟。
[0067]经过上述的去除饮用水中氨氮的反应器进行水厂沉后水的处理，出水氨氮浓度低于0.5mg/L，达到《国家生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)》要求。
[0068]上述的强化滤池去除饮用水中氨氮的反应器在运营12~72小时后，需要进行反冲洗，反冲洗方法与实施例2相同。
[0069]实施例5
[0070]采用实施例4的强化滤池去除饮用水中氨氮的反应器进行水厂沉后水的处理，水厂沉后水中的氨氮浓度为1.0mg/L ο处理方法基本与实施例4相同，只是增设的生物硝化作用区选用的是Φ150Χ60πιπι的醛化纤纶材质的半软性纤维填料作为微生物膜生长的载体，这种生物填料表面积大，利于微生物的生长。所述生物填料的装填密度为33m/m2，高度为1.0~1.2m。反应器中的曝气系统在生长微生物膜期间以及运行过程中采用间歇向反应器中通入压缩空气进行曝气，生长微生物膜期间曝气量为5.7m3/h，运行期间曝气量采用5.7m3/h，间歇时间为2分钟。
[0071]经过上述的去除饮用水中氨氮的反应器进行水厂沉后水的处理，出水氨氮浓度低于0.5mg/L，达到《国家生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)》要求。
[0072]上述的强化滤池去除饮用水中氨氮的反应器在运营12~72小时后，需要进行反冲洗，反冲洗方法与实施例4相同。
[0073]实施例6
[0074]采用实施例5的强化滤池去除饮用水中氨氮的反应器进行水厂沉后水的处理，水厂沉后水中的氨氮浓度为2mg/L。处理方法基本与实施例5相同，只是增设的生物硝化作用区选用的是聚烯烃材质的弹性立体填料作为微生物膜生长的载体，这种生物填料表面积大，利于微生物的生长。所述生物填料的装填密度为33m/m2，高度为1.0~1.2m。反应器中的曝气系统在生长微生物膜期间以及运行过程中采用间歇向反应器中通入压缩空气进行曝气，生长微生物膜期间曝气量为5.7m3/h，运行期间曝气量采用5.7m3/h，间歇时间为30分钟。
[0075]经过上述的去除饮用水中氨氮的反应器进行水厂沉后水的处理，出水氨氮浓度低于0.5mg/L，达到《国家生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)》要求。
[0076]上述的强化滤池去除饮用水中氨氮的反应器在运营12~72小时后，需要进行反冲洗，反冲洗方法与实施 例4相同。
[0077]实施例7
[0078]采用实施例6的强化滤池去除饮用水中氨氮的反应器进行水厂沉后水的处理，水厂沉后水中的氨氮浓度为2mg/L。处理方法基本与实施例6相同，只是增设的生物硝化作用区选用的是活性炭纤维材质的组合填料作为微生物膜生长的载体，这种生物填料表面积大，利于微生物的生长。所述生物填料的装填密度为33m/m2，高度为1.0~1.2m。反应器中的曝气系统在生长微生物膜期间以及运行过程中采用间歇向反应器中通入压缩空气进行曝气，生长微生物膜期间曝气量为10m3/h，运行期间曝气量采用10m3/h，间歇时间为30分钟。
[0079]经过上述的去除饮用水中氨氮的反应器进行水厂沉后水的处理，出水氨氮浓度低于0.5mg/L，达到《国家生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)》要求。
[0080]上述的强化滤池去除饮用水中氨氮的反应器在运营12~72小时后，需要进行反冲洗，反冲洗方法与实施例4相同。
【权利要求】
1.一种强化滤池去除饮用水中氨氮的反应器，包括砂滤池原有的进水区、砂滤池原有的配水区、砂滤池原有的过滤区、砂滤池原有的承托层、砂滤池原有的出水区，及反冲洗系统、增设的生物硝化作用区和增设的曝气系统；其特征是: 一包括砂滤池原有的进水区、砂滤池原有的配水区、砂滤池原有的过滤区、砂滤池原有的承托层、砂滤池原有的出水区的容器构成所述的反应器，在构成所述的反应器的容器的上部的砂滤池原有的进水区处设置有开有多个孔的进水管；位于所述的进水管上部的所述的容器的顶端安装有穿孔支架或穿孔板； 所述的增设的生物硝化作用区位于砂滤池原有的过滤区的上方，且在所述的滤池原有的进水区的下方，由用于生物挂膜的生物填料构成，在所述的生物填料的下方安装有通过空气管路与所述的增设的曝气系统的空气压缩机相连通的曝气头； 所述的生物填料的一端悬挂在所述的穿孔支架或穿孔板上，另一端固定在所述的生物填料下方设置的固定支架上； 所述的反冲洗系统包括反冲洗泵、反冲洗出水管和反冲洗进水管； 在所述的生物硝化作用区装载所述的生物填料的中间偏下处的容器壁上安装有出水管路；或在所述的砂滤池原有的进水区处设置的开有多个孔的进水管的上方的出水区处安装有与溢流堰相通的出水管路；在所述的出水管路上安装有球阀，在所述的球阀之前的出水管路上安装有三通，该三通与所述的反冲洗系统的反冲洗出水管相连接，在反冲洗出水管上设置有球阀；所述的反冲洗进水管位于所述的砂滤池原有的配水区的底部。
2.根据权利要求1所述的强化滤池去除饮用水中氨氮的反应器，其特征是:所述的穿孔支架或穿孔板是安装在作为传动装置的轴承上。
3.根据权利要求1所述的强化滤池去除饮用水中氨氮的反应器，其特征是:所述的增设的曝气系统由 曝气头、空气压缩机、气体流量计、蝶阀和电磁阀构成； 所述的曝气头位于所述的生物填料的下方，所述的曝气头通过空气管路与所述的空气压缩机相连接，且在该空气管路上安装有所述的气体流量计，并在所述的曝气头与所述的气体流量计之间的空气管路上安装有所述的蝶阀，在所述的气体流量计与所述空气压缩机的之间的空气管路上安装有用于控制曝气方式和曝气时间的所述的电磁阀。
4.根据权利要求1所述的强化滤池去除饮用水中氨氮的反应器，其特征是:所述的砂滤池原有的过滤区包括原有的滤料层和原有的承托层；所述的滤料层采用砂滤池原有的填料，或选自石英砂、无烟煤、颗粒活性炭中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的强化滤池去除饮用水中氨氮的反应器，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纤维填料、聚丙烯材质的半软性填料、聚乙烯材质的半软性填料、醛化纤纶材质的软性纤维填料和醛化纤纶材质的半软性纤维填料的组合填料、活性炭纤维材质的组合填料、聚烯烃材质的弹性立体填料、聚酰胺材质的弹性立体填料中的一种或几种。
6.一种利用权利要求1~5任意一项所述的强化滤池去除饮用水中氨氮的反应器进行去除饮用水中氨氮的方法，其特征是:采用下向流进水方式，待处理水首先通过反应器上部的进水区处设置的开有多个孔的进水管进入反应器的进水区，经由进水管向各个方向均匀布水并形成布水区，然后进水经过悬挂生物填料的所增设的生物硝化作用区，生物填料上生长的亚硝化细菌和硝化细菌在有氧条件下将水中的氨氮转化成亚硝酸盐、硝酸盐，生成的亚硝酸盐继续转化成硝酸盐；在厌氧条件下生物填料上生长的反硝化细菌或者砂滤池原有的过滤区中的反硝化细菌利用硝酸盐进行反硝化作用，将硝酸盐转化成氮气，并将水中的氨氮去除；与此同时，生物填料上有氧条件下生长的异养菌消耗水中的有机物，去除水中部分的有机物；在去除水中氨氮的运行过程中，所述的反应器中的曝气系统连续或间歇地向水中曝气，为包括亚硝化细菌、硝化细菌和异养菌的微生物的生长提供足够的溶解氧；水经过生物硝化作用区后进入砂滤池原有的过滤区，分别经过滤料层、承托层，滤料层中的微生物进一步将氨氮氧化，同时通过过滤作用截留水中悬浮性颗粒物以及脱落的生物膜，处理后的水经砂滤池原有的配水区进行配水后由排水管排出。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征是:所述的进水经过悬挂生物填料的所增设的生物硝化作用区的水力停留时间为0.5~2小时。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征是:所述的反应器中的曝气系统连续或间歇地向水中曝气，当采取连续曝气时，曝气量为0.4~10m3/h ;当采取间歇曝气时，曝气量为0.4~10m3/h,曝气间隔周期为0.5~30min。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征是:所述的强化滤池去除饮用水中氨氮的反应器在运营12~72小时后需要进行反冲洗，反冲洗前，先通过所述的作为传动装置的轴承将所述的生物填料的方向由垂直于砂滤池的方向向上翻转90度成为平行于砂滤池的方向，砂滤池进入正常的反冲洗阶段；砂滤池反冲洗完成后，通过所述的作为传动装置的轴承将所述的生物填料由平行于砂滤池的方向向下翻转90度成为垂直于砂滤池的方向，之后反应器恢复进入正常运行阶段。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征是:所述的反冲洗是利用砂滤池原有的反冲洗系统，将反冲洗出水管设置在布水区上方并与溢流堰相通；或将反冲洗出水管设在装载生物填料的中间偏下处的容·器壁上，在反冲洗时反冲洗水由反冲洗出水管排出。
【文档编号】C02F9/14GK103848538SQ201210518477
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年12月5日 优先权日:2012年12月5日
【发明者】刘锐平, 刘峰, 刘会娟, 柏耀辉, 曲久辉 申请人:中国科学院生态环境研究中心