一种处理微污染水的方法

本发明属于水处理技术领域，涉及微污染水处理的组合方法、系统及应用。

背景技术：

目前，微污染地表水带来的嗅味、有机物与藻类含量高的问题普遍存在，导致净水厂常规工艺运行质量下降，出厂水水质变差甚至超标。目前解决的途径主要有：常规工艺强化、预处理和深度处理。

常规工艺强化以强化混凝和强化过滤为主，对老旧水厂而言，强化常规工艺是提高工艺运行质量和水质的有效手段。强化混凝主要通过提高混凝剂投加量、投加助凝剂和调整原水的ph值来提高有机污染物去除率，以减少消毒副产物。国内常用混凝剂以pac为主，大量投加不仅导致药剂成本升高，而且容易导致出厂水铝超标，而调整ph值则容易导致构筑物、管道及附属设施设备的腐蚀；强化过滤的措施主要有投加助滤剂、采用生物活性滤料。投加助滤剂的目的是提高浊度的去除效果，生物活性滤料主要通过生物降解减少滤后水中有机物浓度。

预处理工艺主要包括吸附预处理、预氧化和生物预处理。吸附预处理目前以粉末活性炭吸附使用最多，粉末活性炭对溶解性有机物(doc)、异臭异味去除效果明显，但受分子量分布的影响，只能有效去除分子量为500～3000da左右的doc，对分子量低于500da的doc几乎没有去除作用。同时受胶体和悬浮物的干扰，利用效率不高从而导致成本增加；预氧化措施主要有预氯化、臭氧(o3)预氧化和高锰酸钾(kmno4)预氧化，其中预氯化容易导致三卤甲烷(thms)等消毒副产物升高和嗅味问题的加剧，高锰酸钾预氧化因为色度问题而使其投加量受到严格的控制，也导致其氧化、助凝作用不能得到充分发挥；生物预处理主要有生物接触氧化和曝气生物滤池(baf)工艺，净水厂采用生物预处理存在的主要问题是在北方受冬季低温的影响生物氧化作用有所减弱。

深度处理工艺主要包括生物活性炭过滤(bac)、臭氧-生物活性炭(o3-bac)和膜处理工艺。bac主要依靠活性炭的吸附性能和生物作用对溶解性有机碳和消毒副产物进行去除，但活性炭吸附性能下降很快；o3-bac工艺可以依靠o3的强氧化作用，将大分子有机物分解为小分子有机物或直接去除，提高有机物的可生化性和水中的溶解氧(do)含量，降低了活性炭的处理负担并有利于提高其生物降解作用，但同样受投资、占地等因素的限制；膜处理工艺则因为投资运行成本较高、清洗产生酸碱废水等问题导致应用很少。

目前国内常规工艺水厂应对微污染水的措施来看，以高锰酸钾预氧化结合粉末活性炭吸附进行预处理，同时通过投加助凝剂等措施来进行强化混凝采用较多。生活饮用水卫生标准(gb5749-2006)自2012年全面实施以后，为满足水质要求，微污染水源常规水厂均面临工艺优化和升级改造的任务。山东东部某水厂自2007年开始实施工艺强化和优化，先后增加了聚丙烯酰胺(pam)助凝、粉末活性炭吸附、气浮除藻工艺，并将普通砂滤池的水洗系统改造为气水反冲洗系统，提高了工艺运行质量，出水水质基本满足了国标要求，但由于水源水质波动较大，原水达不到地表水ⅲ类标准，耗氧量经常超过6mg/l，依靠现有工艺仍然难以满足出厂水限值(3mg/l)要求，季节性嗅味问题也时有发生。由于原水水质问题无法彻底解决，必须对现有工艺进行升级改造以满足国标对出厂水水质的要求。臭氧-活性炭工艺作为深度处理的主流工艺在水厂升级改造中得到广泛应用，但大多数水厂的布局较为紧凑，用地十分紧张，成为限制水厂升级改造的难题，运行成本增加和活性炭的更换、处置问题也应充分考虑。同时，将活性炭工艺置于砂滤之后，增加了微生物超标风险，而在臭氧活性炭工艺之后设置膜滤的建设投资和运行成本是许多水厂无法承担的。如果将臭氧-活性炭工艺前置(絮凝沉淀之前)或中置(砂滤之前)，生物安全性的问题可以得到解决，但是受浊度、悬浮物的影响，臭氧氧化和活性炭吸附作用受到影响，导致臭氧投加量增加，活性炭吸附效率下降，更换周期变短，成本增加。因此，最大限度的发挥常规工艺的潜力，在强化常规工艺的基础上增加预处理和生物处理措施，是目前常规工艺水厂应对水质问题的首选。同时，为保证生物安全性，应尽量将生物处理前置。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)依靠现有工艺仍然难以满足出厂水限值(3mg/l)要求,容易发生季节性嗅味问题。

(2)应用臭氧-活性炭工艺存在大多数水厂的布局较为紧凑，用地十分紧张，成为限制水厂升级改造的难题；同时，增加了微生物超标风险，而在臭氧活性炭工艺之后设置膜滤的建设投资和运行成本较高。

解决以上问题及缺陷的难度为：

(1)由于厂区布局较为紧凑，剩余可以利用的空地面积较小，而增加臭氧-活性炭深度处理工艺占地面积较大，因此实施存在一定困难。

(2)增加深度处理工艺给水厂带来的投资和运行成本增加使许多水厂难以承受，而除了臭氧-活性炭工艺之外在北方缺少其他成熟并广泛应用的深度处理工艺。

解决以上问题及缺陷的意义为：1、探索一种经济合理的工艺选择，在解决现有水质问题的前提上，降低水厂的运行成本；2、为北方地区微污染水源水厂的水质达标提供思路和借鉴。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种处理微污染水的方法。

所述处理微污染水的方法包括：

原水首先进入曝气生物滤池，经过生物预处理后再投加粉末活性炭进行吸附处理；

进入絮凝沉淀池进行絮凝、沉淀，沉后水进入炭砂生物滤池过滤；

滤后水进入清水池并加氯消毒。

进一步，所述方法的曝气生物滤池去除可生物降解有机物，同时去除部分浊度、色度、藻类。

进一步，所述方法的曝气生物滤池采用上向流，滤料粒径为5～8mm，厚度1500mm；水力负荷3～6m³/(m²·h)；冲洗周期7～10d，采用先气洗后水洗的冲洗方式，气洗、水洗强度均为15l/(s·m²)。

上向流生物滤池有利于原水与微生物充分接触，反冲洗周期长，对水力负荷的冲击耐受能力也较强；滤料粒径选择5～8mm，既考虑了足够的污染物截留能力，又延长了滤池的反洗周期；在3～6m³/(m²·h)的水力负荷下，对应的ebct为15～30min时，baf对浊度、色度、codmn与uv254去除率无明显变化，保证了污染物特别是有机物的去除效果；先气洗再水洗有助于提高冲洗效果，节省反冲洗水量。

进一步，所述方法的粉末活性炭投加点设置在曝气生物滤池出水点后，去除生物降解不能去除的中小分子有机物，同时去除色度和部分嗅味物质。经过曝气生物滤池预过滤，原水的浊度、色度和藻类均明显降低，很大程度上减少了对活性炭的吸附干扰，提高了吸附效率。

进一步，所述方法的絮凝沉淀去除浊度和大分子有机物，通过投加絮凝剂、助凝剂使水中的胶体物质和悬浮物形成絮体，在絮凝沉淀池中沉降去除。

进一步，所述方法的炭砂生物滤池去除浊度、色度，通过活性炭吸附和生物降解作用，同时去除部分有机物、嗅味物质和藻毒素等。

进一步，所述微方法的炭砂生物滤池滤速6～8m/h，强制滤速10m/h，炭床空床接触时间6～20min；滤料为双层滤料，上层滤料采用8×30目颗粒活性炭，有效粒径d10＝0.9mm，炭层厚度0.8～1.5m；下层滤料采用石英砂，有效粒径d10＝0.55mm，砂层厚度0.4～0.7m；采用长柄滤头配水配气，反冲洗采用先气洗后水洗的方式，气冲强度10l/(s·m²)，水冲强度12l/(s·m²)，反冲洗周期48～72h。

炭砂生物滤池滤速控制在6～8m/h，既提高了滤后水水质，又充分利用了原有滤池的过滤面积，保证了制水能力；双层滤料的纳污能力强，颗粒活性炭利用颗粒自身及表面形成的生物膜，对悬浮物、胶体和有机物吸附、截留和氧化，在提高有机污染物去除能力的同时，延长了滤池的运行周期；先气洗后水洗的方式可以有效提高滤池的冲洗效果，节省反冲洗水量。水冲强度的选择根据试验得出，既保证了滤料的膨胀率，又减少了炭砂乱层现象的发生。下层石英砂滤料可以截留泄漏微生物，提高了生物安全性。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述方法的微污染水处理组合系统，所述处理微污染水的组合系统包括：曝气生物滤池、絮凝沉淀池、炭砂生物滤池、清水池；

曝气生物滤池通过管道连接絮凝沉淀池，曝气生物滤池、絮凝沉淀池通过管道连接炭砂生物滤池，炭砂生物滤池通过管道连接清水池。

进一步，所述炭砂生物滤池的滤料为双层滤料，上层滤料采用8×30目颗粒活性炭，下层滤料采用石英砂。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明将生物预处理与粉末活性炭相结合，弥补粉炭吸附对极小分子有机物去除能力不足的缺点，同时通过预过滤降低浊度、色度和藻类，提高了粉末活性炭的吸附效率；利用生物氧化和降解作用去除可生物降解溶解性有机物(bdoc)，降低原水的藻类和zeta电位，改善微污染水源水混凝效果；炭砂滤池通过颗粒活性炭吸附与微生物降解协同作用有效去除普通砂滤无法去除的溶解性小分子有机物，降低水中codmn和嗅味物质。同时石英砂滤料层截留微小絮体、老化脱落生物膜等悬浮物。有机物与浊度在炭砂滤池一个工艺单元中得以同步、有效去除，提高出厂水水质质量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的微污染水处理组合方法流程图。

图2是本发明实施例提供的处理微污染水组合系统的结构示意图；

图2中：1、曝气生物滤池；2、絮凝沉淀池；3、炭砂生物滤池；4、清水池。

图3是本发明实施例提供的baf预处理后pac不同投加量对浊度的去除示意图。

图4是本发明实施例提供的baf预处理后pac不同投加量对codmn的去除示意图。

图5是本发明实施例提供的两种组合工艺效果比较示意图。

图6是本发明实施例提供的砂滤/炭砂过滤对浊度的去除示意图。

图7是本发明实施例提供的砂滤/炭砂过滤对codmn的去除示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种处理微污染水的方法、系统及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明提供的处理微污染水的方法包括以下步骤：

s101：原水首先进入曝气生物滤池(baf)，经过生物预处理后再投加粉末活性炭进行吸附处理；

s102：进入絮凝沉淀池进行絮凝、沉淀，沉后水进入炭砂生物滤池过滤；

s103：滤后水进入清水池并加氯消毒。

本发明的曝气生物滤池内置火山岩滤料；炭砂生物滤池采用双层滤料，上层滤料为颗粒活性炭，下层滤料为石英砂。

本发明提供的处理微污染水的方法业内的普通技术人员还可以采用其他的步骤实施，图1的本发明提供的处理微污染水的方法仅仅是一个具体实施例而已。

如图2所示，本发明提供的处理微污染水组合系统包括：曝气生物滤池1、絮凝沉淀池2、炭砂生物滤池3、清水池4。

曝气生物滤池1通过管道连接絮凝沉淀池2，曝气生物滤池1、絮凝沉淀池2通过管道连接炭砂生物滤池3，炭砂生物滤池3通过管道连接清水池4。

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。

如图2所示，本发明提供的处理微污染水组合系统包括曝气生物滤池1、絮凝沉淀池2、炭砂生物滤池3、清水池4。

1)设置曝气生物滤池1主要是为了去除可生物降解有机物(bdoc)，同时去除部分浊度、色度、藻类，提高后续粉末活性炭的吸附效率和絮凝沉淀效果，降低沉后水浊度、耗氧量(codmn)，减小炭砂生物滤池3的进水浊度与有机负荷。曝气可以提高水中的溶解氧(do)浓度，为后续炭砂生物滤池3充分发挥生物氧化作用进一步去除有机物提供有利条件。

曝气生物滤池1采用上向流，滤料粒径为5～8mm，厚度1500mm；水力负荷3～6m³/(m²·h)；冲洗周期7～10d，采用先气洗后水洗的冲洗方式，气洗、水洗强度均为15l/(s·m²)。

2)粉末活性炭投加点设置在曝气生物滤池1出水点后，主要作用是去除生物降解不能去除的中小分子有机物，同时可以去除色度和部分嗅味物质，具有助凝的作用。

3)絮凝沉淀的主要作用是去除浊度和大分子有机物，通过投加絮凝剂、助凝剂使水中的胶体物质和悬浮物形成絮体，在絮凝沉淀池2中沉降去除。

4)炭砂生物滤池3取代普通砂滤池，主要作用是在有效去除浊度、色度的同时，通过活性炭吸附和生物降解作用，提高对有机物、嗅味物质的去除效率，使耗氧量(codmn)指标满足3mg/l的国标要求。同时去除藻毒素等物质，降低水中可生物降解有机碳(bdoc)含量，提高出厂水及管网水的生物稳定性。

炭砂生物滤池3设计滤速6～8m/h，强制滤速10m/h，炭床空床接触时间(ebct)6～20min；滤料为双层滤料，上层滤料采用8×30目颗粒活性炭，有效粒径d10＝0.9mm，炭层厚度0.8～1.5m。下层滤料采用石英砂，有效粒径d10＝0.55mm，砂层厚度0.4～0.7m；采用长柄滤头配水配气，反冲洗采用先气洗后水洗的方式，气冲强度10l/(s·m²)，水冲强度12l/(s·m²)，反冲洗周期48～72h。

5)具体工艺流程为，先采用曝气生物滤池1进行预处理，再投加粉末活性炭吸附后进入絮凝沉淀池2进行絮凝沉淀，沉后水进入炭砂生物滤池3进行过滤，滤后水投加二氧化氯消毒并进入清水池4。

6)絮凝阶段可以同时投加pam等助凝剂进行助凝。

7)原水水质好时，可不采用粉末活性炭吸附处理。

1)利用曝气生物滤池1的截留、吸附、生物絮凝和生物氧化降解作用，可以同时去除浊度、色度、有机物、氨氮、藻类等物质，有效降低了后续处理工艺的负担，较传统的预氧化更为安全。此外，能够降低原水的藻类和zeta电位，提高混凝效果和对有机物的去除效率，降低滤后水的浊度与耗氧量，节省絮凝剂投加量。

2)曝气生物滤池1预处理与粉末活性炭相结合，既弥补了粉炭吸附对极小分子有机物去除能力不足的缺点，有效去除可生物降解溶解性有机物(bdoc)，又通过降低浊度、色度和藻类改善了活性炭的吸附效能，使粉末活性炭对有机物的吸附效率得到提高，进一步降低了沉后水有机物含量，减小炭砂生物滤池进水耗氧量浓度，促进出厂水水质达标。

3)传统的深度处理工艺一般将炭滤池置于砂滤池之后，炭滤池出水直接进入清水池，使得微生物超标的风险增加，水质安全得不到保障，而增加超滤膜过滤又会导致投资、运行成本和占地的增加。采用炭砂生物滤池取代传统的砂滤池和炭滤池，将二者合二为一，既保证了浊度和有机污染物的去除，又提高了生物安全性，节省了占地。

本发明将生物预处理与粉末活性炭吸附预处理相结合，有别于一般的“生物预处理+常规工艺”和“吸附预处理+常规工艺”。本工艺将预处理工艺、常规工艺和生物强化过滤工艺进行组合，首次提出“曝气生物滤池+粉末活性炭吸附+强化絮凝沉淀+炭砂生物滤池”处理工艺。

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。

本发明主要针对常规工艺水厂应对微污染水的能力不足导致混凝效果变差、出厂水耗氧量(codmn)超标的问题，通过曝气生物滤池预处理、粉末活性炭吸附、絮凝沉淀、炭砂生物过滤相结合的处理流程，提高混凝沉淀效率，降低水体中溶解性有机物(doc)含量，有效去除嗅味物质(geosmin和mib-2),使之满足生活饮用水卫生标准(gb5749-2006)的要求。

(1)baf对pac投加量的影响

在原水浊度为8.52ntu、codmn为5.54mg/l，水温为26.0℃时，在同样的药剂投加量条件下，原水经过baf预处理之后再进行混凝比直接混凝的沉后水浊度降低了1.48～2.42ntu，浊度去除率提高了17.37％～28.40％；沉后水codmn降低了0.59～1.57mg/l，去除率提高了10.65％～28.40％。在达到同样的出水浊度和codmn的前提要求下，经过baf预处理之后的原水所需要投加的混凝剂投加量明显低于原水直接混凝时的投加量。如图3和图4所示。

(2)baf-粉末活性炭联用与kmno4-粉末活性炭联用对比

在冬季相同水质下进行kmno4-粉末活性炭联用(组合一)与baf-粉末活性炭联用(组合二)试验，现将二者的试验结果进行对比，在变量粉末活性炭条件下，比较二者对污染物的去除率，结果如表1所示。

表1两种组合工艺试验结果对比

两种组合工艺的最优效果如图5所示，从图中可以看出，组合二对浊度、色度、codmn和uv254的去除率全面优于组合一工艺。在粉末活性炭投加量为15mg/l时，组合二工艺对上述四种污染物指标的去除率分别比组合一工艺高出9.62％、41.89％、2.33％和17.33％。baf-粉末活性炭联用工艺不仅可以提高滤前水水质，降低滤池污染物负荷和粉末活性炭投加量，对延长滤池运行周期、降低运行成本也具有促进作用。

(3)炭砂过滤(以下简称炭滤)出水与普通砂滤出水水质对比

从图6中可以看出，炭滤出水浊度在0.20～1.21ntu之间，平均值为0.56ntu；砂滤出水浊度在0.28～1.63ntu之间，平均值为0.70ntu；炭滤的浊度去除率更高，平均去除率比砂滤高出5.50％。

图7为滤前水、砂滤出水及炭滤出水的codmn值，从图中可以看出，炭滤出水的codmn值明显低于砂滤出水。滤前水codmn为2.13～4.51mg/l，砂滤出水的codmn平均值为3mg/l，炭滤出水的codmn平均值为2.43mg/l。炭滤对codmn的去除率更高，平均去除率比砂滤高出14.63％。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。