污染河网源水的多载体生物膜及膜饮用水处理设备的制作方法

本实用新型涉及一种污染河网源水的多载体生物膜及膜饮用水处理设备，该设备与传统水处理技术不同，不需要投加药剂，也不需要臭氧等深度处理工艺；属于水处理技术领域。

背景技术：

杭嘉湖平原河网水质污染情况较严重，因内河河网相互贯通，其水质既受上游水污染的影响，又受到本地污染源的危害。该区域河水作为地表水饮用水水源以高氨氮、高有机物(高锰酸盐指数)污染为主，间有季节性锰超标，色度、浊度较高，是饮用水处理的难题。

目前在杭嘉湖地区针对高氨氮高有机物污染的河网水的城市供水净水厂普遍除采用传统的投加混凝剂的常规处理工艺外，还需采用生物处理工艺，并辅以臭氧活性炭等处理技术，但是在冬季低温期氨氮等指标处理效果仍很难满足处理要求，夏季由于微生物过度繁殖又导致悬浮填料堵塞，影响了处理效果。

近年来，也有研究采用生物处理技术、常规处理技术、深度处理技术结合超滤技术处理污染河网源水的研究，但其超滤技术的作用只相当于改善了砂滤池的过滤作用,未能有效充分发挥超滤膜的作用，也没有将超滤技术与其它水处理技术进行有机协同。另外也有研究者将污水处理的生物技术和超滤技术应用于高氨氮高有机物的饮用水水源处理中，但是由于饮用水水源与污水水质特点的不同，因此难以达到处理目的。

技术实现要素：

本实用新型要克服现有水处理技术存在的上述缺点，本实用新型提供一种对高氨氮高有机物污染河网源水的多载体生物膜及膜饮用水处理设备，该设备与传统水处理技术不同，不需要投加药剂，也不需要进行深度处理。

本实用新型采用的技术方案是：

污染河网源水的免投加药剂的饮用水处理设备,其特征在于：包括初级生物反应器、二级生物反应器、三级生物反应器以及产水箱，待处理原水通过原水泵与所述的初级生物反应器连通，所述的初级生物反应器、二级生物反应器、三级生物反应器依次通过管道连接；所述的初级生物反应器、二级生物反应器、三级生物反应器内部的水流均为自下而上的上向流方式，并且所述的初级生物反应器、二级生物反应器、三级生物反应器的下部和上部分别开设有进水口和出水口；所述的三级生物反应器的出水口通过回流泵与所述的初级生物反应器的进水口连接；

所述的初级生物反应器、二级生物反应器、三级生物反应器的内部分别设置有网状承托板，所述的网状承托板将所述的初级生物反应器、二级生物反应器、三级生物反应器的内部均分隔成上部的填料空间空间和下部的污泥斗；

所述的初级生物反应器的填料空间填充有混合填料；所述的二级生物反应器和三级生物反应器的填料空间分别填充有填料球，所述的填料球内填充有混合填料。混合填料在初级生物反应器中为一整体状态，并会在原水向上流动中保持微流化状态；二级和三级生物反应器里充填球状的填料球，在球内充填活性炭和火山岩的混合填料，填料球可随水流移动；所述的混合填料为火山岩和活性炭的混合物；所述的三级生物反应器内部的填料空间内设置有一超滤膜，所述的超滤膜的上端依次通过管道、产水泵与所述的产水箱连接，所述的产水箱的底部通过反冲洗水泵与所述的超滤膜连接；位于网状承托板下方的三级生物反应器通过管道与一空压机相连接；

所述的原水泵与初级生物反应器之间、所述的初级生物反应器与二级生物反应器之间、所述的二级生物反应器与三级生物反应器之间、所述的三级生物反应器与产水箱之间、所述的产水箱与反冲洗水泵之间、所述的反冲洗水泵与超滤膜之间、所述的三级生物反应器与空压机之间、所述的三级生物反应器与回流泵之间、所述的回流泵与初级生物反应器之间均设置有控制阀门。

所述的初级生物反应器、二级生物反应器、三级生物反应器的进水口分别通过管道与一环状布水器相连接，所述的环状布水器位于所述的网状承托板的下方。

所述的三级生物反应器内部的网状承托板与环状布水器之间设置有环状布气器，所述的环状布气器通过管道与空压机相连接。

所述的初级生物反应器、二级生物反应器、三级生物反应器的底部均开设有排污口，所述的排污口与排污管连接。

所述的原水泵靠近初级生物反应器一侧、所述的产水泵靠近三级生物反应器一侧、所述的反冲洗水泵靠近三级生物反应器一侧、所述的回流泵靠近初级生物反应器一侧以及所述的空压机靠近三级生物反应器一侧的管道上分别安装有用于控制流量的第一流量计、第二流量计、第三流量计、第四流量计以及第五流量计。

所述的产水泵靠近三级生物反应器一侧的管道上安装有真空表。

所有的阀门均采用电磁阀，所述的电磁阀均受控于一控制器。

本实用新型取消了传统的常规处理工艺以及臭氧工艺，更为重要的是本工艺不需要像传统的饮用水处理技术那样投加混凝剂，而是利用反应器内部自身繁殖的微生物作为絮凝剂，微生物还同时处理水中的氨氮和有机物；多载体介质的存在为不同种类的微生物的生长提供了良好的微观生长环境，这是去除水中的有机物和氨氮关键因素之一。超滤膜的有效截留作用可以将微生物滞留在反应器内，同时采用不同的填料组合方式，一方面有序培养微生物，使得微生物生长所需SRT(固体停留时间)和污染物质的HRT(水力停留时间)分离；另一方面通过填料的不同形式有效限制微生物的过量繁殖。因此，本实用新型中多载体生物技术去除了水中的有机污染物以及氨氮，更为重要的是有效地减轻了后续超滤膜的处理负荷；同时超滤膜的截留作用为生物技术保证了生物总量，而且得以在系统内完成了生物絮凝作用，免除了常规饮用水处理技术中混凝剂的投加，发挥生物技术和滤技术的协同耦合作用，使设备出水最终达到生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)标准和浙江省城市供水现代化水厂评价标准(2013版)。

待处理原水首先经过初级生物反应器，水中的污染物质在此反应器中与三级生物反应器回流的微生物以及初级生物反应器填料内生长的微生物在填料表面发生生物絮凝，进而生物降解；通过流量控制，该反应器内填料空间可以处于微流化的状态，从而避免填料空间阻塞。在二级生物反应器中进一步降解和絮凝，并且在缺氧条件下，使难降解物质可以降解为易降解的或小分子物质。在三级生物反应器中，由于曝气充氧，填料球内填料表面的微生物在好氧状态下可以高效地降解有机物污染物质和氨氮，并有效减轻超滤膜的工作负荷；曝气的过程还有效地减缓了反应器中的超滤膜污染问题。三级生物反应器中的超滤膜更起到了最后的保证作用，并将未完全降解的污染物质以及悬浮的微生物又循环回初级生物反应器中，充分利用超滤膜的截滤作用及生物反应器的耦合作用使得难降解的有机物在有限的水力停留时间内得以去除，尤其是保证了低温期的处理效果并解决了夏季微生物过度生长的问题。

本实用新型的有益效果体现在：

1、本实用新型取消了传统的混凝沉淀过滤工艺，将生物膜处理技术与超滤膜技术有机协同，与现有饮用水处理技术相比，不需要投加混凝剂，也不需要像现行的污染饮用水源水厂进行深度处理，是一种污染饮用水水源的短流程节能新技术。

2、多载体介质的填料及其在不同供氧条件的三级反应器中应用，为完成不同作用的微生物的生长提供了适宜的生存环境，

3、由于多载体介质的选取以及生物技术与超滤技术的有机耦合，将HRT和SRT进行分离，有效保持了设备内部微生物数量，达到了处理高氨氮高有机物污染饮用水水源的处理目标。

4、3个生物反应器协同完成生物混凝及处理功能，并与超滤膜形成耦合系统，高效完成处理目标。

5、具有运行可靠、使用方便、维护较方便、可实现自动化控制等特点。

附图说明

图1是本实用新型设备整体结构示意图。

图2是本实用新型使用时对高锰酸钾指数的去除效果示意图。

图3是本实用新型使用时对氨氮的去除效果示意图。

图4是本实用新型使用时对亚硝酸盐氮的去除效果示意图。

图5是本实用新型使用时对铁的去除效果示意图。

图6是本实用新型使用时对锰的去除效果示意图。

图7是本实用新型使用时对UV₂₅₄的去除效果示意图。

图8是本实用新型使用时对浊度的去除效果示意图。

具体实施方式

参照图1，污染河网源水的多载体生物膜及膜饮用水处理设备,包括初级生物反应器1、二级生物反应器2、三级生物反应器3以及产水箱4，待处理原水通过原水泵5与所述的初级生物反应器1、二级生物反应器2、三级生物反应器3依次通过管道连接；所述的初级生物反应器1、二级生物反应器2、三级生物反应器3内部的水流均为自下而上的上向流方式，并且所述的初级生物反应器1、二级生物反应器2、三级生物反应器3的下部和上部分别开设有进水口和出水口；所述的三级生物反应器3的出水口通过回流泵6与所述的初级生物反应器1的进水口连接；

所述的初级生物反应器1的填料空间填充有火山岩和活性炭的混合填料；所述的二级生物反应器2和三级生物反应器3的填料空间分别填充有填料球，所述的填料球内填充有混合填料。混合填料在初级生物反应器中为一整体状态，并会在原水向上流动中保持微流化状态；二级和三级生物反应器里充填球状的填料球，在填料球内充填活性炭和火山岩的混合填料，填料球可随水流移动；

所述的初级生物反应器1、二级生物反应器2、三级生物反应器3的内部分别设置有网状承托板7，所述的网状承托板7将所述的初级生物反应器1、二级生物反应器2、三级生物反应器3的内部均分隔成上部的填料空间和下部的污泥斗；

所述的三级生物反应器3内部的填料空间内设置有一超滤膜8，所述的超滤膜8的上端依次通过管道、产水泵9与所述的产水箱4连接，所述的产水箱4的底部通过反冲洗水泵10与所述的超滤膜8连接；位于网状承托板7下方的三级生物反应器3通过管道与一空压机11相连接；

所述的原水泵5与初级生物反应器1之间、所述的初级生物反应器1与二级生物反应器2之间、所述的二级生物反应器2与三级生物反应器3之间、所述的三级生物反应器3与产水箱4之间、所述的产水箱4与反冲洗水泵10之间、所述的反冲洗水泵10与超滤膜8之间、所述的三级生物反应器3与空压机11之间、所述的三级生物反应器3与回流泵6之间、所述的回流泵6与初级生物反应器1之间均设置有控制阀门12、13、14、15、16、17、18、19、20。

所述的初级生物反应器1、二级生物反应器2、三级生物反应器3的进水口分别通过管道与一环状布水器21、22、23相连接，所述的环状布水器21、22、23位于所述的网状承托板7的下方。

所述的三级生物反应器3内部的网状承托板7与环状布水器23之间设置有环状布气器24，所述的环状布气器24通过管道与空压机11相连接。

所述的初级生物反应器1、二级生物反应器2、三级生物反应器3的底部均开设有排污口，所述的排污口与排污管连接，三根所述的排污管上分别设置有控制阀门25、26、27。

所述的原水泵5靠近初级生物反应器1一侧、所述的产水泵9靠近三级生物反应器3一侧、所述的反冲洗水泵10靠近三级生物反应器3一侧、所述的回流泵6靠近初级生物反应器1一侧以及所述的空压机靠近三级生物反应器一侧的管道上分别安装有用于控制流量的第一流量计28、第二流量计29、第三流量计30、第四流量计31以及第五流量计32。

所述的产水泵9靠近三级生物反应器3一侧的管道上安装有真空表33。

所有的阀门12、13、14、15、16、17、18、19、20、25、26、27均采用电磁阀，所述的电磁阀均受控于一控制器。

本实施例的工作方式分为两种状态，产水状态和超滤膜清洗停止产水状态。

1、产水时：阀门16、17、25、26、27关闭，阀门12、13、14、15、18、19、20开启。原水由原水泵5送至初级生物反应器的下部，和三级生物反应器回流的水混合后经由初级生物反应器的下部流入，再依次流过二级生物反应器、三级生物反应器。在三级生物反应器中，一部分水在产水泵9的作用下透过超滤膜进入产水箱，另外一部分水在回流泵6的作用下流至初级生物反应器的下部；同时，空气经由空压机11加压，通过流量计32、控制阀门18、环形布气器24进入三级生物反应器中。

2、超滤膜清洗停止产水时：

这一状态分为两种情况：第一种情况为超滤膜正常的物理清洗；第二种情况超滤膜的化学清洗，一般是由于超滤膜污染较为严重时进行，一般每年进行1～2次。

(21)第一种情况：控制阀门12、14、15关闭，控制阀门16、17开启，原水泵1和产水泵9关闭，此时系统停止出水。产水箱中的反冲洗水在反冲洗水泵10的作用下，通过控制阀门16、17、流量计30进入超滤膜进行反洗，此时空气仍经由空压机11加压，通过流量计32、控制阀门18、环形布气器24进入三级生物反应器3中辅助清洗超滤膜。多余的反冲洗水可以回流至初级生物反应器1。清洗历时不超过1min。

(22)第二种情况：阀门12、14、15关闭，控制阀门16、17开启，原水泵1和产水泵9关闭，此时系统停止进水。在三级生物反应器3中倒入NaClO等药剂进行反洗。反洗结束后，开启控制阀门27排水。另外超滤膜反洗也可以从三级生物反应器3中取出，进行外置清洗。

本实施例中，当低压过滤时，可以通过真空表33的数值观察过膜压差的变化，确定超滤膜的工况，同时作为自动控制的控制参数。真空表的数值以及流量计的数值可以传至中央控制单元，从而控制各阀门的启闭或开启度以及水泵的启闭。

同时本实施例还可通过设置集中控制箱来对整个水处理装置进行集中控制，集中控制箱中设置了手动控制和自动控制两种操作方式，更加方便了操作者对装置的操作，使装置操作起来更加灵活。

在本实施例中，活性炭和火山岩填料吸附水中的污染物质,其表面生长的微生物能够有效降解水中的污染物,尤其在厌氧、兼氧和好氧的交替状态下可以更有效降解污染物质；更为重要的是超滤膜将水中的污染物质再次截留回厌氧柱中再次处理。这种有效的滞留污染物质并有效协同处理技术将保证最后出水效果。

本实施例的定期和根据过膜压差变化控制的反冲装置可更为有效地减缓膜污染，进而降低了膜的使用成本。

下面结合具体试验原水对本实用新型做进一步的分析。具体分析如下：

试验原水取自嘉兴市某水厂水源。水质见表1。

表1试验期间原水水质参数

试验采用本实用新型设备处理如表1中所见的原水。对高锰酸盐指数的去除效果见图2，出水高锰酸盐指数一直在2.1mg/L以下。对氨氮的去除效果见图3，出水氨氮一直在0.5mg/L以下。对亚硝酸盐氮的去除效果见图4，出水亚硝酸盐氮一直在0.05mg/L以下。对铁和锰的去除效果分别见图5、图6，由图可知，对铁和锰的去除率均在90％以上。图7为对UV₂₅₄的去除效果示意图。对浊度的去除效果见图8，出水浊度一直在0.08NTU以下。试验结果还表明出水中大于2um以上的颗粒数一直小于5个。

由实施例可以看出,本实用新型是处理污染河网源水的有效设备。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。