专利名称：去除饮用水中氨氮和有机物的一体化反应器及其方法
技术领域：
本发明属于饮用水净化领域，特别涉及一种强化微生物硝化作用、吸附和膜分离作用的去除饮用水中氨氮和有机物的一体化反应器，以及利用该一体化反应器进行饮用水净化的方法。
背景技术：
我国许多城市饮用水源都存在持续性或季节性的有机物、氨氮等污染物超标的情况。饮用水常规的处理工艺，即混凝、沉淀、过滤与消毒工艺，对有机物去除能力有限，尤其对中等或小分子量的有机物去除能力很差，并对氨氮几乎没有去除能力。另一方面，国家最新饮用水标准(GB5749-2006)即将于2012年强制执行，如何确保出厂水达标是许多水厂面临的问题。采用臭氧/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。此外，在常规工艺基础上可增设生物滤池，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。超滤在近年来逐渐得到发展与应用，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，而对溶解性有机物、氨氮等几乎没有去除能力。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(一般数均分子量范围为>30KDa)的去除能力。但是，此方法对提高中等分子量(一般数均分子量范围为3KDa 30KDa)或小分子量(一般数均分子量范围为 < 3KDa)的有机物的去除能力有限，对氨氮更是无能为力。为此，有人提出在超滤单元前投加粉末活性炭以去除中等分子量的有机物，此外确保粉末活性炭在反应器中的停留时间，在较长的污泥龄条件下粉末活性炭表面生长出微生物膜，并形成具有微生物活性的粉末活性炭，利用粉末活性炭表面微生物膜的硝化作用实现氨氮的强化去除。但是，该方法仍存在以下几个缺陷当原水中胶体颗粒物或矾花浓度较高时，需要将反应器中污泥排出，而排泥过程中将不可避免地将粉末活性炭排出，如何保证膜池正常排泥条件并在此前提下确保粉末活性炭的污泥龄，这在工艺运行中难以有效控制，且对于具有不同浊度等的原水水质工艺运行适应性较差，管理复杂；粉末活性炭成本较高；粉末活性炭颗粒在膜表面聚集，并在膜负压抽吸条件下可能造成膜表面物理损伤，影响膜丝寿命；膜组件中膜丝一旦断裂，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。在充分发挥微生物硝化作用提高氨氮去除能力的同时，如何避免和控制上述方法存在的不足，这是工程中亟需解决的关键问题。本发明针对上述问题，提出在超滤膜过滤区前端增设生物填料，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；与此同时，往水中投加粉末活性炭，并保持在反应器中的充分的停留时间。绝大多数粉末活性炭在生物填料区被拦截截留，大幅减少了聚集在超滤膜表面的粉末活性炭的量，避免了对超滤膜表面造成的物理损伤。通过共同发挥粉末活性炭的吸附、生物填料表面的生物膜的微生物降解、粉末活性炭表面的微生物降解等作用，实现水中氨氮、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)有机物的去除。最后利用超滤膜的截留过滤作用将水中微生物、粉末活性炭、脱落的生物膜、胶体颗粒等污染物截留。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种能够同时去除饮用水中氨氮和有机物的一体化反应器。本发明的目的之二是以超滤膜分离工艺为基础，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和有机物的方法。本发明的强化微生物硝化作用、吸附和膜分离作用的去除饮用水中氨氮和有机物的一体化反应器包括生物氧化区和超滤膜过滤区，其中在所述的生物氧化区和超滤膜过滤区之前设置有管式静态混合器，且所述的生物氧化区和所述的超滤膜过滤区在同一个反应池中，所述的生物氧化区是在所述的管式静态混合器和所述的超滤膜过滤区之间。所述的生物氧化区包括用于微生物挂膜的生物填料、曝气装置和污泥槽。一穿孔板安装于所述的反应池中，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 ；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所述的曝气装置和设置有所述的污泥槽；所述的曝气装置通过管路与空气压缩机相连接。所述的超滤膜过滤区包括曝气装置、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所述的曝气装置和设置有所述的污泥槽；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。所述的管式静态混合器被安装于一进水管到上(可通过法兰盘联接)，且在该管式静态混合器前的进水管上设置有粉末活性炭的投料口，该进水管的出口与所述的开口相连通。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所述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。所述的装填有所述的生物填料的支架和超滤膜组件分别是一个以上。所述的装填有所述的生物填料的支架与超滤膜组件的安装方式，是采用装填有所述的生物填料的支架与超滤膜组件的分开顺序安装方式；或采用相互交错混合的安装方式；且上述两种安装方式，与所述的穿孔板相邻的都是装填有所述的生物填料的支架。所述的管式静态混合器是饮用水处理中非常常见、普遍应用的专有装置(如图3 所示)。其混合过程是由一系列安装在空心管道中的不同规格的混合单元进行的。由于混合单元的作用，使流体时而左旋，时而右旋，不断改变流动方向，不仅将中心液流推向周边， 而且将周边流体推向中心，从而造成良好的径向混合效果。与此同时，流体自身的旋转作用在相邻组件连接处的接口上亦会发生，这种完善的径向环流混合作用，使物料获得混合均勻的目的。所述的一体化反应器含有稳流区和反应区两个部分。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，避免短路流和死角区。反应区的功能是实现微生物氧化和超滤分离等作用。本发明分别将用于微生物挂膜的生物填料和超滤膜组件固定设置同一个反应池中，其中，生物填料和超滤膜组件可以分开设置，也可以交错混合设置；当生物填料和超滤膜组件分开设置时，生物填料应设置于超滤膜组件前端。所述的生物填料可以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(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中的一种。待处理水在装填生物填料的生物氧化区中的水力停留时间为20 120分钟。所述的超滤膜组件为浸没式膜组件，组件形式可以是中空纤维膜或平板膜等，材质可以是聚氯乙烯或聚偏氟乙烯。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。水在装有所述的超滤膜组件的超滤膜过滤区中的水力停留时间为 10 40分钟。用本发明的一体化反应器处理待处理水时，往待处理水中投加粉末活性炭，粉末活性炭的投量范围为2 20mg/L。之后，待处理水经管式静态混合器后均勻地进入装填有生物填料和超滤膜组件的区域。待处理水中的中等分子量(一般数均分子量范围为3KDa 30KDa)有机物、小分子量(一般数均分子量范围为<3KDa)有机物、挥发性有机物等在粉末活性炭的吸附作用、生物填料表面的微生物的生物氧化作用、粉末活性炭表面的微生物的生物氧化作用下得以去除；待处理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。去除有机物和氨氮的水经过超滤膜组件，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得以进一步净化。经所述的生物填料处理后的去除有机物和氨氮的水流经超滤膜过滤区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，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IOkPa SOkPa之间。为了保证膜通量，在去除饮用水中氨氮和有机物的运行过程中，需要定期对超滤膜过滤区中的超滤膜组件进行反冲洗。反冲洗水采用超滤膜组件处理后的水。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。设置真空表可监测压力。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。所述的生物氧化区中的气水比范围是10 1 150 1，所述的超滤膜过滤区中的气水比范围是5 1 50 1。所述的生物氧化区和超滤膜过滤区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，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，且应保证粉末活性炭在是所述的反应器中的停留时间为4 20天。本发明的能够同时去除饮用水中氨氮和有机物的方法待处理水由进水口进入进水管，将粉末活性炭由粉末活性炭的投料口投加至待处理水中，通过管式静态混合器实现粉末活性炭和待处理水的充分混合，之后进入一体化反应器的稳流区中，稳流区中的水经由穿孔板均勻地进入反应区中，之后流经生物氧化区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区；在水流经装填有生物填料的生物氧化区和安装了超滤膜组件的超滤膜过滤区时，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。所述的生物氧化区和超滤膜过滤区设置在同一个反应池中。所述的穿孔板的一侧与所述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。所述的待处理水在装填生物填料的生物氧化区中的水力停留时间为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区中的水力停留时间为10 40 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)。所述的粉末活性炭的投量范围为2 20mg/L。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。所述的生物氧化区中的气水比范围是10 1 150 1，所述的超滤膜过滤区中的气水比范围是5 1 50 1。本发明具有如下优点1、充分发挥了微生物的生物降解作用，实现了饮用水中氨氮和小分子有机物的去除；将超滤膜后置在生物氧化区之后，利用超滤膜过滤作用避免细菌、生物膜等穿透，确保微生物安全性。2、利用粉末活性炭吸附作用可去除中等分子量有机物和挥发性小分子有机物，且可根据待处理水中污染物浓度调整粉末活性炭投量。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为本发明的采用分开顺序安装方式，安装的装填有生物填料的支架和超滤膜组件的一体化反应器示意图。图2为本发明的采用相互交错混合安装方式，安装的装填有所述的生物填料的支架和超滤膜组件的一体化反应器示意图。图3为本发明中所述的管式静态混合器的实物照片。附图标记
1.进水口2.粉末活性炭投料口3.管式静态混合器
4.稳流区5.穿孔板6.反应区
7.生物填料8.超滤膜组件9.曝气装置
10.污泥槽11,.排泥管12.抽吸泵
13.空气压缩机14,.出水管15.反冲洗管
16.真空表17,.反冲洗管阀门18.出水管阀门
具体实施例方式实施例1请参见图1，强化微生物硝化作用、吸附和膜分离作用的去除饮用水中氨氮和有机物的一体化反应器包括在生物氧化区和超滤膜过滤区之前设置有管式静态混合器3，且所述的生物氧化区和所述的超滤膜过滤区在同一个反应池中，所述的生物氧化区是在所述的管式静态混合器和所述的超滤膜过滤区之间。所述的生物氧化区包括用于微生物挂膜的生物填料7、曝气装置9和污泥槽10。一穿孔板5安装于所述的反应池中，所述的穿孔板5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 ；在所述的穿孔板5的另一侧安装一个装填有所述的生物填料7的支架，在所述的生物填料7的下方安装有曝气装置9和设置有污泥槽10，所述的污泥槽中安装有排泥管11 ；所述的曝气装置9通过管路与一空气压缩机13相连接。所述的超滤膜过滤区包括曝气装置9、污泥槽10和超滤膜组件8 ；在所述的反应池中安装有一个所述的超滤膜组件8，在所述的超滤膜组件8的下方安装有曝气装置9和设置有污泥槽10，所述的污泥槽中安装有排泥管11 ；所述的曝气装置9通过管路与一空气压缩机13相连接；在所述的超滤膜组件8的上方安装带有真空表16 及出水管阀门18的出水管14，所述的出水管14与抽吸泵12相连接。所述的管式静态混合器3通过法兰盘被联接安装于一进水管道上(实现粉末活性炭与水充分混合)，且在该管式静态混合器前的进水管上设置有粉末活性炭的投料口 2，该进水管的出口与所述的开口相连通。所述的出水管14与带有反冲洗管阀门17的一反冲洗管15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。所述的穿孔板的一侧与所述的反应池的池壁之间形成的空间构成了一稳流区4。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6。所述的装填有所述的生物填料的支架与超滤膜组件的安装方式，是采用装填有所述的生物填料的支架与超滤膜组件的分开顺序安装方式，且与所述的穿孔板5相邻的是装填有所述的生物填料的支架。利用上述一体化反应器进行去除饮用水中氨氮和有机物的方法为待处理水由进
8水口 1进入进水管，将粉末活性炭由粉末活性炭的投料口 2投加至待处理水中，且粉末活性炭投量为ang/L ；通过管式静态混合器3实现粉末活性炭和待处理水的充分混合，之后进入一体化反应器的稳流区4中，稳流区4中的水经由穿孔板5均勻地进入反应区6中；之后流经生物氧化区中的装填有醛化纤纶材质的软性填料的生物填料7的生物反应区和安装了组件形式是中空纤维膜的超滤膜组件8的超滤膜过滤区；在水流经装填有生物填料的生物氧化区和安装了超滤膜组件8的超滤膜过滤区时，同时由曝气装置9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。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10分钟。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. 10 μ m，超滤膜的膜通量为60L/m2 · h。上述同时去除饮用水中氨氮和有机物的方法，是利用粉末活性炭的吸附作用、生物填料表面的微生物的生物氧化作用、粉末活性炭表面的微生物的生物氧化作用去除待处理水中的中等分子量(一般数均分子量范围为3KDa 30KDa)有机物、小分子量(一般数均分子量范围为< 3KDa)有机物、挥发性有机物等；利用生物填料表面和粉末活性炭表面的微生物的硝化作用下将待处理水中的氨氮转化为硝酸盐。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％ig/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2. 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请参见图2，设计建立结构基本如实施例1的强化微生物硝化作用、吸附和膜分离作用的去除饮用水中氨氮和有机物的一体化反应器，只是所述的装填有所述的生物填料的支架和超滤膜组件分别为四个。所述的装填有所述的生物填料的支架与超滤膜组件的安装方式，是采用相互交错混合的安装方式，且与所述的穿孔板2相邻的是装填有所述的生物填料的支架。利用上述一体化反应器进行去除饮用水中氨氮和有机物的方法为待处理水由进水口 1进入进水管，将粉末活性炭由粉末活性炭的投料口 2投加至待处理水中，且粉末活性炭投量为20mg/L ；通过管式静态混合器3实现粉末活性炭和待处理水的充分混合，之后进入一体化反应器的稳流区4中，稳流区4中的水经由穿孔板5均勻地进入反应区6中，之后流经生物氧化区中的装填有醛化纤纶材质的半软性填料的生物填料7的生物反应区和安装了组件形式是中空纤维膜的超滤膜组件8的超滤膜过滤区；在水流经装填有生物填料的生物氧化区和安装了超滤膜组件8的超滤膜过滤区时，同时由曝气装置9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。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，水在装有所述的中空纤维膜的超滤膜过滤区域中的水力停留时间为40分钟。所采用的中空纤维膜为浸没式膜组件，且超滤膜材质为聚偏氟乙烯；超滤膜的孔径范围为0. 20 μ m，超滤膜的膜通量为10L/m2 · h。上述同时去除饮用水中氨氮和有机物的方法，是利用粉末活性炭的吸附作用、生物填料表面的微生物的生物氧化作用、粉末活性炭表面的微生物的生物氧化作用去除待处理水中的中等分子量(一般数均分子量范围为3KDa 30KDa)有机物、小分子量(一般数均分子量范围为< 3KDa)有机物、挥发性有机物等；利用生物填料表面和粉末活性炭表面的微生物的硝化作用下将待处理水中的氨氮转化为硝酸盐。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12小时。待处理水中耗氧量浓度为6mg/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:3mg/L，氨氮浓度为0. 5mg/L，达到《国家生活饮用水卫生标准 (GB5749-2006)》要求。实施例3请参见图1，强化微生物硝化作用、吸附和膜分离作用的去除饮用水中氨氮和有机物的一体化反应器包括在生物氧化区和超滤膜过滤区之前设置有管式静态混合器3，且所述的生物氧化区和所述的超滤膜过滤区在同一个反应池中，所述的生物氧化区是在所述的管式静态混合器和所述的超滤膜过滤区之间。所述的生物氧化区包括用于微生物挂膜的生物填料7、曝气装置9和污泥槽10。一穿孔板5安装于所述的反应池中，所述的穿孔板5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 ；在所述的穿孔板5的另一侧安装一个装填有所述的生物填料7的支架，在所述的生物填料7的下方安装有曝气装置9和设置有污泥槽10，所述的污泥槽中安装有排泥管11 ；所述的曝气装置9通过管路与一空气压缩机13相连接。所述的超滤膜过滤区包括曝气装置9、污泥槽10和超滤膜组件8 ；在所述的反应池中安装有一个所述的超滤膜组件8，在所述的超滤膜组件8的下方安装有曝气装置9和设置有污泥槽10，所述的污泥槽中安装有排泥管11 ；所述的曝气装置9通过管路与一空气压缩机13相连接；在所述的超滤膜组件8的上方安装带有真空表16 及出水管阀门18的出水管14，所述的出水管14与抽吸泵12相连接。所述的管式静态混合器3通过法兰盘被联接安装于一进水管道上(实现粉末活性炭与水充分混合)，且在该管式静态混合器前的进水管上设置有粉末活性炭的投料口 2，该进水管的出口与所述的开口相连通。所述的出水管14与带有反冲洗管阀门17的一反冲洗管15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。所述的穿孔板的一侧与所述的反应池的池壁之间形成的空间构成了一稳流区4。
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6。所述的装填有所述的生物填料的支架与超滤膜组件的安装方式，是采用装填有所述的生物填料的支架与超滤膜组件的分开顺序安装方式，且与所述的穿孔板5相邻的是装填有所述的生物填料的支架。利用上述一体化反应器进行去除饮用水中氨氮和有机物的方法为待处理水由进水口 1进入进水管，将粉末活性炭由粉末活性炭的投料口 2投加至待处理水中，且粉末活性炭投量为10mg/L ；通过管式静态混合器3实现粉末活性炭和待处理水的充分混合，之后进入一体化反应器的稳流区4中，稳流区4中的水经由穿孔板5均勻地进入反应区6中；之后流经生物氧化区中的装填有醛化纤纶材质的组合填料的生物填料7的生物反应区和安装了组件形式是中空纤维膜的超滤膜组件8的超滤膜过滤区；在水流经装填有生物填料的生物氧化区和安装了超滤膜组件8的超滤膜过滤区时，同时由曝气装置9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。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60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20分钟。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. 01 μ m，超滤膜的膜通量为20L/m2 · h。上述同时去除饮用水中氨氮和有机物的方法，是利用粉末活性炭的吸附作用、生物填料表面的微生物的生物氧化作用、粉末活性炭表面的微生物的生物氧化作用去除待处理水中的中等分子量(一般数均分子量范围为3KDa 30KDa)有机物、小分子量(一般数均分子量范围为< 3KDa)有机物、挥发性有机物等；利用生物填料表面和粉末活性炭表面的微生物的硝化作用下将待处理水中的氨氮转化为硝酸盐。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M小时。待处理水中耗氧量浓度为5mg/L，氨氮浓度为1. 8mg/L。采用上述方法进行处理，出水耗氧量浓度为2. Omg/L,氨氮浓度为0. 5mg/L,达到《国家生活饮用水卫生标准 (GB5749-2006)》要求。实施例4请参见图2，设计建立结构基本如实施例1的强化微生物硝化作用、吸附和膜分离作用的去除饮用水中氨氮和有机物的一体化反应器，只是所述的装填有所述的生物填料的支架和超滤膜组件分别为四个。所述的装填有所述的生物填料的支架与超滤膜组件的安装方式，是采用相互交错混合的安装方式，且与所述的穿孔板2相邻的是装填有所述的生物填料的支架。利用上述一体化反应器进行去除饮用水中氨氮和有机物的方法为待处理水由进水口 1进入进水管，将粉末活性炭由粉末活性炭的投料口 2投加至待处理水中，且粉末活性炭投量为5mg/L ；通过管式静态混合器3实现粉末活性炭和待处理水的充分混合，之后进入一体化反应器的稳流区4中，稳流区4中的水经由穿孔板5均勻地进入反应区6中，之后流经生物氧化区中的装填有纤维材质的纤维束填料的生物填料7的生物反应区和安装了组件形式是平板膜的超滤膜组件8的超滤膜过滤区；在水流经装填有生物填料的生物氧化区和安装了超滤膜组件8的超滤膜过滤区时，同时由曝气装置9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。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40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。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. 05 μ m，超滤膜的膜通量为30L/m2 · h。上述同时去除饮用水中氨氮和有机物的方法，是利用粉末活性炭的吸附作用、生物填料表面的微生物的生物氧化作用、粉末活性炭表面的微生物的生物氧化作用去除待处理水中的中等分子量(一般数均分子量范围为3KDa 30KDa)有机物、小分子量(一般数均分子量范围为< 3KDa)有机物、挥发性有机物等；利用生物填料表面和粉末活性炭表面的微生物的硝化作用下将待处理水中的氨氮转化为硝酸盐。通过抽吸泵的抽吸作用使得生物氧化单元的出水从膜左侧进入右侧，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M小时。待处理水中耗氧量浓度为％ig/L，氨氮浓度为lmg/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0. 5mg/L，达到《国家生活饮用水卫生标准 (GB5749-2006)》要求。实施例5请参见图2，设计建立结构基本如实施例1的强化微生物硝化作用、吸附和膜分离作用的去除饮用水中氨氮和有机物的一体化反应器，只是所述的装填有所述的生物填料的支架和超滤膜组件分别为四个。所述的装填有所述的生物填料的支架与超滤膜组件的安装方式，是采用相互交错混合的安装方式，且与所述的穿孔板2相邻的是装填有所述的生物填料的支架。利用上述一体化反应器进行去除饮用水中氨氮和有机物的方法为待处理水由进水口 1进入进水管，将粉末活性炭由粉末活性炭的投料口 2投加至待处理水中，且粉末活性炭投量为ang/L ；通过管式静态混合器3实现粉末活性炭和待处理水的充分混合，之后进入一体化反应器的稳流区4中，稳流区4中的水经由穿孔板5均勻地进入反应区6中，之后流经生物氧化区中的装填有活性炭纤维材质的组合填料的生物填料7的生物反应区和安装了组件形式是平板膜的超滤膜组件8的超滤膜过滤区；在水流经装填有生物填料的生物氧化区和安装了超滤膜组件8的超滤膜过滤区时，同时由曝气装置9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。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20分钟。所采用的平板膜为浸没式膜组件，且超滤膜材质为聚氯乙烯；超滤膜的孔径范围为0. 10 μ m，超滤膜的膜通量为40L/m2 · h。上述同时去除饮用水中氨氮和有机物的方法，是利用粉末活性炭的吸附作用、生物填料表面的微生物的生物氧化作用、粉末活性炭表面的微生物的生物氧化作用去除待处理水中的中等分子量(一般数均分子量范围为3KDa 30KDa)有机物、小分子量(一般数均分子量范围为< 3KDa)有机物、挥发性有机物等；利用生物填料表面和粉末活性炭表面的微生物的硝化作用下将待处理水中的氨氮转化为硝酸盐。通过抽吸泵的抽吸作用使得生物氧化单元的出水从膜左侧进入右侧，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50KPa。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M小时。待处理水中耗氧量浓度为4. 5mg/L,氨氮浓度为2. 5mg/L。采用上述方法进行处理，出水耗氧量浓度为:3mg/L，氨氮浓度为0. 5mg/L,达到《国家生活饮用水卫生标准 (GB5749-2006)》要求。
1权利要求
1.一种去除饮用水中氨氮和有机物的一体化反应器，其包括生物氧化区和超滤膜过滤区，其特征是在所述的生物氧化区和超滤膜过滤区之前设置有管式静态混合器，且所述的生物氧化区和所述的超滤膜过滤区在同一个反应池中，所述的生物氧化区是在所述的管式静态混合器和所述的超滤膜过滤区之间。
2.根据权利要求1所述的去除饮用水中氨氮和有机物的一体化反应器，其特征是所述的生物氧化区包括用于微生物挂膜的生物填料、曝气装置和污泥槽；一穿孔板安装于所述的反应池中，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 ；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所述的曝气装置和设置有所述的污泥槽；所述的曝气装置通过管路与空气压缩机相连接；所述的超滤膜过滤区包括曝气装置、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所述的曝气装置和设置有所述污泥槽；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；所述的管式静态混合器被安装于一进水管道上，且在该管式静态混合器前的进水管上设置有粉末活性炭的投料口，该进水管的出口与所述的开口相连通。
3.根据权利要求2所述的去除饮用水中氨氮和有机物的一体化反应器，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.根据权利要求2所述的去除饮用水中氨氮和有机物的一体化反应器，其特征是所述的装填有所述的生物填料的支架和超滤膜组件分别是一个以上。
5.根据权利要求4所述的去除饮用水中氨氮和有机物的一体化反应器，其特征是所述的装填有所述的生物填料的支架与超滤膜组件的安装方式，是采用装填有所述的生物填料的支架与超滤膜组件的分开顺序安装方式；或采用相互交错混合的安装方式；上述两种安装方式，与所述的穿孔板相邻的都是装填有所述的生物填料的支架。
6.一种利用权利要求1 5任意一项所述的去除饮用水中氨氮和有机物的一体化反应器进行去除饮用水中氨氮和有机物的方法待处理水由进水口进入进水管，将粉末活性炭由粉末活性炭的投料口投加至待处理水中，通过管式静态混合器实现粉末活性炭和待处理水的充分混合，之后进入一体化反应器的稳流区中，稳流区中的水经由穿孔板均勻地进入反应区中，之后流经生物氧化区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区；在水流经装填有生物填料的生物氧化区和安装了超滤膜组件的超滤膜过滤区时，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；所述的生物氧化区和超滤膜过滤区设置在同一个反应池中；所述的穿孔板的一侧与所述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。
7.根据权利要求6所述的方法其特征是所述的待处理水在装填生物填料的生物氧化区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区中的水力停留时间为10 40分钟。
8.根据权利要求6所述的方法其特征是所述的粉末活性炭的投量范围为2 20mg/L0
9.根据权利要求6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。
10.根据权利要求6所述的方法其特征是所述的生物氧化区中的气水比范围是 10 1 150 1，所述的超滤膜过滤区中的气水比范围是5 1 50 1。
11.根据权利要求6或7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，超滤膜的材质是聚氯乙烯或聚偏氟乙烯；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
本发明涉及去除饮用水中氨氮和有机物的一体化反应器及其方法，本发明的一体化反应器包括生物氧化区和超滤膜过滤区，其中在生物氧化区和超滤膜过滤区之前设置有管式静态混合器，且生物氧化区和超滤膜过滤区在同一个反应池中，所述生物氧化区是在所述的管式静态混合器和所述的超滤膜过滤区之间。本发明是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；利用超滤膜过滤去除细菌、微生物膜等，确保微生物安全性。水中密度较大的颗粒物、脱落的微生物膜、粉末活性炭等在重力作用下进入污泥槽，并通过排泥管排出。本发明可用于受污染水源的饮用水处理，也可应用于城市污水和再生水处理。
文档编号C02F9/14GK102351370SQ20111018521
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
发明者刘会娟, 刘峰, 刘锐平, 曲久辉, 郭婷婷 申请人:中国科学院生态环境研究中心