给水处理厂深度处理系统及采用深度处理系统的水处理方法
【专利摘要】给水处理厂深度处理系统及采用深度处理系统的水处理方法，它涉及一种深度处理系统及方法。本发明为了解决现有的水处理方法与工艺对氨氮、微量有机物、溶解性有机质、嗅味去除效果差的技术问题。给水处理厂深度处理系统包括混凝池、平流沉淀池、斜板沉淀池、臭氧氧化塔/池、高级氧化单元、清水库，还包括气浮池、与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池和超声波强化混凝装置。本发明方法比在传统工艺基础上增加深度处理工艺的方法节省运行费30-50%，占地面积降低约一倍。超声强化混凝装置可以有效地应对季节性低温低浊水和高藻水，强化沉淀-气浮工艺对类蛋白等溶解性有机质也有较好的去除效果。本发明属于水处理领域。
【专利说明】给水处理厂深度处理系统及采用深度处理系统的水处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种深度处理系统及方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着工业和农业的发展，化工废水、生活污水等的大量排放和化肥、农药、除草剂等的大量使用，使地表水受污染程度及富营养化程度等日益严重，水质水量的季节性变化显著，传统的混凝、沉淀、过滤、消毒工艺对氨氮、微量有机物、溶解性有机质、嗅味等的控制效果差，处理后出水难以满足国家对饮用水水质的相关标准的规定，因此，去除水中的氨氮、有机微污染物、溶解性有机质、嗅味等已经成为供水厂急需解决的难题。
[0003]高纬度地区冬季持续时间比较长，原水浊度低，具有明显的低温低浊特征，同时受到微量有机污染物的污染，因而又属微污染水的范畴。由于低温原水具有更高的粘度，从而絮凝过程中脱稳胶体的碰撞速率及沉淀速率都会明显降低，此外，低浊原水中杂质颗粒数目很少且主要是尺寸微小的胶体粒子为主，其表面较高的Zeta电位而导致粒子存在较强的静电排斥作用，进一步降低了颗粒间碰撞速率。因而传统沉淀工艺很难应对冬季低温低浊重污染原水。生物污水和工业废水的污染导致地表水富营养化普遍存在，引发藻类大量繁殖。由于藻类比重小而难以下沉，因此传统工艺很难将其去除，多数水厂采用混凝除藻、过滤除藻、预氧化除藻、泥沙吸附沉淀除藻、微滤机除藻和气浮除藻。采用压力溶气气浮工艺处理低温低浊水取得了良好的效果，由于低温低浊水形成的沉淀性能交差的絮体恰恰具有良好的上浮性能，藻类比重小，其表面又具有良好的憎水性能，因此很容易与气泡粘附形成比重小于I的泡絮结合体，因此气浮工艺在给水处理中，尤其是低温、低浊、重污染、富营养化、高藻水源水有着很好的应用潜力。
[0004]臭氧生物活性炭技术是在饮用水处理的应用实践中发展起来的，它采取先臭氧氧化，后经活性炭吸附，并利用活性炭表面生物的微生物对活性炭吸附的污染物进行生物降解作用，完成活性炭的吸附功能原位修复。生物滤池技术主要用于去除水中有机污染物和氮氨，是目前已知的去除氮氨和有机物的有效且最经济可行的方法，微生物在适宜的外部环境条件下逐渐附着在载体上，在水中溶解氧充分的条件下，发生好氧氧化作用，生物膜上的氨氧化细菌将氨氮最终氧化成硝酸盐，同时，好氧反硝化菌的存在会在一定程度上发生脱氮作用。生物膜上的一些异养微生物氧化分解水中的有机物，使水中的有机污染物及微污染得以去除，如耗氧量、臭味物质、溶解性有机质、莠去津、2，4-D等。臭氧氧化或臭氧催化氧化的主要用于改善水质感官指标、控制藻类、助凝、氧化天然有机物、控制氯化消毒副产物、去除微污染物等，把水中部分大分子有机污染物氧化成小分子污染物，提高水中污染物的可生化性，提高后续生物滤池内部营养物质的浓度，同时还可以为后续生物滤池提供充足的溶解氧，有利于异养型微生物的大量繁殖，提高生物量及生物活性，缓解氨氧化细菌与异养菌之间对溶解氧的竞争关系。“臭氧氧化/臭氧催化氧化-生物滤池”工艺在较多水厂实践应用中得到了认可。[0005]传统快滤池作为进入清水库前的最后一道重要处理工序，一般采用下向流过滤模式，滤料多采用无烟煤、活性炭、石英砂滤料或几种填料复合使用，但所选滤料的粒径较大，滤料对水中的悬浮颗粒物过滤效果较差，对水中微型生物、生物残体及浮游生物如剑水蚤等过滤效果差，生物穿透问题比较突出，虽然经过加氯消毒后可以灭杀，但最终出水可能出现肉眼可见物，对水质及供水安全造成不利影响。膜法水处理技术以其独特的优势在水处理工业中得到越来越广泛的应用。但是，在传统的膜过滤应用中，由于不能有效地预防膜污染，缺乏有效地膜清洗方法，造成了膜通量持续下降，工作用压力升高，使得产水量难以维持恒定，系统电耗增加，膜系统的维护工作量增大且使用寿命降低。本 申请人:经过长期的探索和实战，提出了一种有效且简便的浸没式负压膜与上向流流态化生物滤池耦合结构形式，以便更加有效地预防膜污染、膜磨损，形成科学的膜清洗、运行管理模式。
[0006]与此同时，城市人地矛盾日益加剧，旧厂改造、升级和新型水厂建设面临着土地成本升高的问题。因此，必须改变传统水处理工艺及理念以适应恶化的水源和日益严格的水质标准。
[0007]现有大部分水厂常规处理工艺升级改造为深度处理工艺时多采用“混凝-沉淀-前砂滤-臭氧接触氧化-活性炭滤池-后砂滤-消毒-供水”工艺流程，该改造方法为在原有砂滤工艺后增设深度处理单元，存在以下几个问题:第一，工艺复杂，新增基建面积大，投入高，不适合某些备用土地少或无、经济欠发达地区的水厂；第二，对高藻、低温、低浊、高污染、污染源复杂原水处理成效较低；第三，千篇一律，地区适应性差，对水源突发性污染的应急能力弱。
【发明内容】
[0008]本发明的目的 是为了解决现有的水处理方法与工艺对氨氮、微量有机物、溶解性有机质、嗅味、消毒副产物前驱物质、微生物残体去除效果差的技术问题，提供了一种给水处理厂深度处理系统及采用深度处理系统的水处理方法。
[0009]给水处理厂深度处理系统，包括混凝池、平流沉淀池、斜板沉淀池、臭氧氧化塔/池、高级氧化单元、清水库，所述给水处理厂深度处理系统还包括气浮池、与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池和超声波强化混凝装置。
[0010]采用深度处理系统的水处理方法如下:原水通过超声波强化混凝装置、混凝池、平流沉淀池、气浮池、与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池及清水库，所述的超声波强化混凝装置位于水厂原水管道上，原水通过超声波强化混凝装置水力停留时间为5秒~500秒，原水通过超声波强化混凝装置前投加混凝剂，气浮池内水力停留时间为20分钟~120分钟，与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池滤速为6米/小时~16米/小时。
[0011]采用深度处理系统的水处理方法如下:原水通过混凝池、平流沉淀池、气浮池、臭氧氧化塔/池、与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池及清水库，气浮池内水力停留时间为20分钟~120分钟，与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池滤速为6米/小时~16米/小时。
[0012]采用深度处理系统的水处理方法如下:原水通过超声波强化混凝装置、混凝池、斜板沉淀池、气浮池、臭氧氧化塔/池、与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池及清水库，所述的超声波强化混凝装置位于水厂原水管道上，原水通过超声波强化混凝装置水力停留时间为5秒~500秒，原水通过超声波强化混凝装置前投加混凝剂，气浮池内水力停留时间为20分钟~120分钟，与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池滤速为6米/小时~16米/小时。
[0013]采用深度处理系统的水处理方法如下:原水通过混凝池、斜板沉淀池、气浮池、与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池及清水库，气浮池内水力停留时间为20分钟~120分钟，与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池滤速为6米/小时~16米/小时。
[0014]所述的混凝剂投加点位于超声波强化混凝装置之前的水厂原水管道上或超声波强化混凝装置上。
[0015]所述的气浮池由水厂原有部分沉淀池改造而成钟。
[0016]所述的与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池由水厂原有快滤池改造而成，滤速为6米/小时~16米/小时。
[0017]采用深度处理工艺的水处理方法有以下几种:
[0018](一)低温、低浊时期原水:原水依次通过如下处理单元:超声强化/混合-混凝沉淀-气浮-与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池-清水库；
[0019](二)重污染原水:原水依次通过如下处理单元:混凝沉淀-气浮-氧化/催化臭氧氧化-与 负压膜耦合的上向流流态化生物滤池-清水库；
[0020](三)高藻污染原水:原水依次通过如下处理单元:超声强化/混合-混凝沉淀-气浮-氧化/催化臭氧氧化-与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池-清水库；
[0021](四)微污染原水:原水依次通过如下处理单元:混凝沉淀-气浮-与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池-清水库。
[0022]本发明提供一种工艺简单、高效、节能省地、出水浊度低、启动速度快、抗冲击负荷能力强、能适应贫营养和低温环境的深度处理方法，亦可用于应对污染物浓度高、原水溶解氧浓度相对不足的情况，具体涉及一种给水处理厂常规处理工艺升级改造为深度处理工艺的方法；
[0023]( 1)当原水处于低温低浊时，在原混凝单元前增设超声池(超声强化混凝装置);
[0024](2)将现有水厂的平流沉淀池改造成斜板沉淀池3与气浮池4串联的分离系统；
[0025](3)把水厂现有的快滤池改造成与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池7 ；
[0026](4)根据原水水质污染特征，在气浮池4之后有选择性地增设臭氧氧化塔/池5和高级氧化单元6。
[0027]本发明将现有水厂平流沉淀池升级改造成强化沉淀和气浮池，其中，强化沉淀部分为平流沉淀与斜板沉淀池串联工艺、采用单独的平流沉淀或单独的斜板沉淀池工艺。
[0028]在气浮池后设置氧化或催化氧化系统，其中可采用催化氧化塔方式或接触氧化池。
[0029]与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池中的膜过滤组件工作方式采用自然虹吸、真空式、泵吸式(应急产水或启动)。
[0030]本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果:
[0031]将原有沉淀池改建成强化沉淀(平流沉淀池、斜板沉淀池)与气浮串联使用，既充分利用现有的工艺流程，不增加占地面积，又大幅度地降低出水浊度、胶体物质、大部分非溶解性小粒径颗粒悬浮物、藻类、残余铝量等。同时，气浮工艺可以取代臭氧接触氧化系统前置式砂滤预处理单元，减少基建对占地的需求，降低水力损失。总之，强化沉淀工艺可根据原沉淀池池型或新建水厂厂地要求选择不同的强化沉淀方式，可以因地制宜，既节省了占地，又提闻了沉淀效率。
[0032]前置超声强化混凝装置可以有效地应对季节性低温低浊水和高藻水，强化沉淀-气浮工艺对类蛋白等溶解性有机质也有较好的去除效果，提高了应对水源季节性变化的能力。 [0033]将原有快滤池改造为与膜过滤系统耦合的上向流流态化生物滤池，在不增加基建项目的基础上实现了给水厂常规工艺升级改造为深度处理工艺，同时该技术也适于新厂建设，尤其是城市市区人地矛盾激烈的地区，占地面积大大降低，降低了水厂升级改造或新厂建设成本。比在传统工艺基础上增加深度处理工艺的方法节省运行费30-50%，占地面积降低约一倍。
[0034]本发明一种给水处理厂常规处理工艺升级改造为深度处理工艺的方法可根据原水水质特征、厂区用地等情况因地制宜，在有限的可用土地资源下实现不同特点水厂的升级改造和深度处理，提高出厂水水质。同时，对原水水质波动较大的情况，具有明显的针对性的解决措施，提高水厂对水源突发性污染的应急能力和降低运行成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1是给水处理厂深度处理系统工艺图，图中I表示混凝池，2表示平流沉淀池，3表示斜板沉淀池，4表示气浮池，5表示臭氧氧化塔/池，6表示高级氧化单元，7表示与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池，8表示清水库，9表示超声波强化混凝装置；
[0036]图2是实验一中原水的三维荧光扫描图谱；
[0037]图3是实验一中沉淀池出水的三维荧光扫描图谱；
[0038]图4是实验一中气浮池出水的三维荧光扫描图谱；
[0039]图5是实验一中单独臭氧氧化系统出水的三维荧光扫描图谱；
[0040]图6是实验一中与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池出水的三维荧光扫描图谱；
[0041]图7是实验一中出厂水的三维荧光扫描图谱。
【具体实施方式】
[0042]本发明技术方案不局限于以下所列举【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】间的任意组合。
[0043]【具体实施方式】一:本实施方式给水处理厂深度处理系统，包括混凝池1、平流沉淀池2、斜板沉淀池3、臭氧氧化塔/池5、高级氧化单元6、清水库8，其特征在于所述给水处理厂深度处理系统还包括气浮池4、与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池7和超声波强化混凝装置9。
[0044]【具体实施方式】二:本实施方式采用采用【具体实施方式】一给水处理厂深度处理系统深度处理系统的水处理方法如下:原水通过超声波强化混凝装置9、混凝池1、平流沉淀池
2、气浮池4、与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池7及清水库8，所述的超声波强化混凝装置9位于水厂原水管道上，原水通过超声波强化混凝装置9水力停留时间为5秒~500秒，原水通过超声波强化混凝装置9前投加混凝剂，气浮池4内水力停留时间为20分钟~120分钟，与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池7滤速为6米/小时~16米/小时。
[0045]【具体实施方式】三:本实施方式采用采用【具体实施方式】一给水处理厂深度处理系统深度处理系统的水处理方法如下:原水通过混凝池1、平流沉淀池2、气浮池4、臭氧氧化塔/池5、与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池7及清水库8，气浮池4内水力停留时间为20分钟~120分钟，与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池7滤速为6米/小时~16米/小时。
[0046]【具体实施方式】四:本实施方式采用采用【具体实施方式】一给水处理厂深度处理系统深度处理系统的水处理方法如下:原水通过超声波强化混凝装置9、混凝池1、斜板沉淀池
3、气浮池4、臭氧氧化塔/池5、与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池7及清水库8，所述的超声波强化混凝装置9位于水厂原水管道上，原水通过超声波强化混凝装置9水力停留时间为5秒~500秒，原水通过超声波强化混凝装置9前投加混凝剂，气浮池4内水力停留时间为20分钟~120分钟，与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池7滤速为6米/小时~16米/小时。
[0047]【具体实施方式】五:本实施方式采用采用【具体实施方式】一给水处理厂深度处理系统深度处理系统的水处理方法如下原水通过混凝池1、斜板沉淀池3、气浮池4、与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池7及清水库8，气浮池4内水力停留时间为20分钟~120分钟，与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池7滤速为6米/小时~16米/小时。
[0048]采用下述实验验证 本发明效果:
[0049]实验一:
[0050]采用深度处理系统的水处理方法如下:原水通过超声波强化混凝装置9、混凝池
1、斜板沉淀池3、气浮池4、臭氧氧化塔/池5、与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池7及清水库8，所述的超声波强化混凝装置9位于水厂原水管道上，原水通过超声波强化混凝装置9水力停留时间为5秒~500秒，原水通过超声波强化混凝装置9前投加混凝剂，气浮池4内水力停留时间为20分钟~120分钟，与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池7滤速为6米/小时~16米/小时。
[0051]强化沉淀采用平流沉淀与新型双向流斜板沉淀相结合；
[0052]臭氧总投加量2公斤/千吨水，投加方式为三级投加，催化臭氧氧化方式为负载性非均相催化氧化与紫外催化氧化串联；
[0053]其中与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池7由水厂原快滤池改造而成；
[0054]上向流流态化生物滤池的是主体填料为无烟煤，厚度为2.2米，填料粒径0.25~
0.85毫米，运行负荷11.6米/小时，主体填料膨胀率约为25%，上部清水区域处布置负压膜过滤系统；
[0055]负压膜耦合的上向流流态化生物滤池7产水方式采用虹吸式产水(由产水泵启动)；
[0056]负压膜耦合的上向流流态化生物滤池7中气浮池间歇运行。
[0057]实验结果:
[0058]水厂水源为北方某季节性污染特征明显的河水，取水口处城市下游，冬季枯水季节河水流动差，人们环保意识弱，河水受工业和滩涂农业活动污染严重。实验期间各主要工艺单元出水水质见下表。
[0059]表1
[0060]
【权利要求】
1.给水处理厂深度处理系统，包括混凝池(I)、平流沉淀池(2)、斜板沉淀池(3)、臭氧氧化塔/池(5)、高级氧化单元(6)、清水库(8)，其特征在于所述给水处理厂深度处理系统还包括气浮池(4)、与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池(7)和超声波强化混凝装置(9)。
2.采用深度处理系统的水处理方法，其特征在于采用深度处理系统的水处理方法如下:原水通过超声波强化混凝装置(9)、混凝池(I)、平流沉淀池(2)、气浮池(4)、与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池(7)及清水库(8)，所述的超声波强化混凝装置(9)位于水厂原水管道上，原水通过超声波强化混凝装置(9)水力停留时间为5秒~500秒，原水通过超声波强化混凝装置(9)后投加混凝剂，气浮池(4)内水力停留时间为20分钟~120分钟，与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池(7)滤速为6米/小时~16米/小时。
3.采用深度处理系统的水处理方法，其特征在于采用深度处理系统的水处理方法如下:原水通过混凝池(I)、平流沉淀池(2)、气浮池(4)、臭氧氧化塔/池(5)、与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池(7 )及清水库(8 )，气浮池(4)内水力停留时间为20分钟~120分钟，与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池(7)滤速为6米/小时~16米/小时。
4.采用深度处理系统的水处理方法，其特征在于采用深度处理系统的水处理方法如下:原水通过超声波强化混凝装置(9)、混凝池(I)、斜板沉淀池(3)、气浮池(4)、臭氧氧化塔/池(5)、与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池(7)及清水库(8)，所述的超声波强化混凝装置(9)位于水厂原水管道上，原水通过超声波强化混凝装置(9)水力停留时间为5秒~500秒，原水通过超声波强化混凝装置(9)后投加混凝剂，气浮池(4)内水力停留时间为20分钟~120分钟，与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池(7)滤速为6米/小时~16米/小时。
5.采用深度处理系统的水处理方法，其特征在于采用深度处理系统的水处理方法如下:原水通过混凝池(I)、斜板沉淀池(3)、气浮池(4)、与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池(7)及清水库(8)，气浮池(4)内水力停留时间为20分钟~120分钟，与负压膜耦合的上向流流态化生物滤池(7)滤速为6米/小时~16米/小时。
【文档编号】C02F9/14GK103641273SQ201310652398
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月5日 优先权日:2013年12月5日
【发明者】马军, 杨家轩, 翟学东, 孔秀娟, 时玉龙, 刘娟昉, 罗从伟 申请人:哈尔滨工业大学