专利名称：一种控制饮用水消毒副产物和病原微生物风险的工艺方法
技术领域：
本发明涉及饮用水处理技术领域，具体涉及一种控制饮用水消毒副产物和病原微生物风险的工艺方法。
背景技术：
随着工农业和社会经济的发展，以及人类物质文化生活不断提高，大量工业废水、农业灌溉、化肥农药和生活污水排入天然水体环境中，使得城市饮用水水源受污染程度日益严重，成为微污染水源。尤其是水源中各种有机污染物、病毒和细菌类微生物的存在导致饮用水中可产生的消毒副产物和病原微生物危害的风险显 著增大。而目前大多城市水厂依旧采用传统的原水-混凝-沉淀-过滤-消毒的工艺，此工艺主要适用于水源满足地表水三类标准的饮用水处理，处理主要去除对象是水中的悬浮物、胶体杂质和细菌。但是随着微污染水源中各种有机污染物的成分愈加复杂、浓度水平逐渐升高，除常规的细菌类微生物夕卜，病毒类微生物污染的加剧，传统的饮用水处理工艺已显力不从心，一方面是不能有效去除其中的有机物特别是溶解性有机物，导致消毒过程中大量有毒有害消毒副产物的产生，出水的化学健康风险增大；另一方面是对较原生动物和细菌类微生物体积更小的病毒类微生物去除效果的不理想，使出水的微生物安全性也得不到保障。同时我国城市供水水质标准也在逐渐提高，为了适应现有的微污染水源水质和水质标准，针对同时控制微污染水处理过程中消毒副产物和病原微生物风险的水处理工艺技术的开发显得尤为迫切。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种一种控制饮用水消毒副产物和病原微生物风险的工艺方法。该工艺方法将生物预处理、预臭氧、主臭氧、活性碳滤池与传统净水工艺相结合，构成一种复合的深度饮用水处理工艺系统。本发明中原水为受到化学和微生物双重污染的微污染饮用水水源。本发明的目的通过如下技术方案实现
一种控制饮用水消毒副产物和病原微生物风险的工艺方法，具体步骤如下
(1)微污染原水首先进入生物预处理池，在空气泵进行曝气供氧的情况下与生物预处理池内的轻质生物滤料充分接触，对水中污染物质主要是有机物和氨氮进行有效降解；生物预处理池空床接触时间3(T60 min，气水比设定范围为O. 5:Γ . 5:1 ；
(2)步骤(I)的出水进入预臭氧反应池，在预臭氧反应池内投加臭氧进行预氧化，对水体中无机化合物、色度、浊度等进行去除，部分氧化水体中有机物，以强化后续混凝工艺，并同时部分灭活病原微生物；臭氧投加量按进水流量计算，预臭氧投加量为O. 5^1. 5 mg/L，氧化时间10 15min ；
(3 )步骤(2 )的出水进入折板絮凝池前投加混凝剂聚硫氯化铝，充分快速混匀后进行混凝反应和沉淀，去除水体中的浊度物质及大分子有机物等；
(4)步骤(3)的出水进入砂滤池，进一步去除浊度物质和病原微生物；(5)步骤(4)的出水进入主臭氧接触池，在池内投加臭氧进行氧化和消毒，强效氧化各种消毒副产物前体物，以强化后续活性炭滤池对其的吸附性能，同时有效灭活病原微生物。臭氧投加量按进水流量计算，主臭氧投加I. (Γ3. O mg/L,氧化时间15 20 min ；
(6)步骤(5)的出水进入活性炭滤池，主要依靠活性炭的物理吸附性能吸附上一步骤中产生的臭氧氧化产物，去除水体中各类消毒产物前体物；
(7)步骤(6)的出水进入消毒池，杀灭水体中仍然存在的微生物以及维持管网余氯；
(8)步骤(7)的出水流入清水池，由水泵供给用户。本发明中，步骤(I)中填充的轻质生物颗粒滤料是进口聚苯乙烯树脂颗粒经高温两次泡制而成的白色沫状球形颗粒滤料，粒径5-7 mm,堆密度O. 08-0. I g/mL,孔隙率50%，发泡程度为原材料40倍以上。本发明中，所述步骤(2)和(5)中采用臭氧发生器现场生产臭氧，臭氧发生器采用空气为气源，空气干燥后进入发生器，通过调节电流强度控制臭氧发生浓度。本发明中，步骤(3)中投加的聚硫氯化铝是多种成分的混合物，具有很高的聚合度，属于分子量较大、电荷较高的无机物高分子混凝剂，按进水流量计算，投加量为5 15mg/L(以Al2O3计)。折板絮凝池有效絮凝时间1(T15 min，斜管沉淀池水力停留时间9(Tl20min。本发明中，步骤(4)中砂滤池填充均质滤料石英砂，粒径1-2mm。本发明中，步骤(6)中所述活性炭为煤质柱状活性炭，规格(粒径X长度)1. 5X5. Omm，碘值≥1050 mg/g,四氯化碳≥70%,亚甲蓝值≥150 mg/g,填装密度< O. 4 O. 5 g/mL。本发明中，步骤(7)中投加次氯酸钠溶液进行消毒，氯投加量按照水厂出水余氯量为I. 5^2. 5 mg/L进行投加。本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果
(I)本发明中采用了两级臭氧和氯联用消毒，确保了对水体中病原微生物的灭活效果，较传统净水工艺而言更能保障饮用水的卫生学安全性能。既克服了单一臭氧消毒不具有持续杀毒性的缺点，又克服了单一氯化消毒过程中会产生大量消毒副产物的缺点。(2)本发明采用了预臭氧与混凝沉淀工艺串联、主臭氧与活性炭滤池工艺串联，显著提高了后接的混凝沉淀工艺和活性炭滤池对水体中有机物等消毒副产物前体物的去除性能。(3)本发明工艺方法中生物预处理采用了轻质生物颗粒滤料，在鼓风曝气过程中可呈流化状态，增大了其表面生物膜与水体的接触，显著提高了生物预处理工艺对水体中有机物和氨氮的降解性能。(4)本发明工艺方法中混凝反应采用的混凝剂聚硫氯化铝具有很高的聚合度，属于分子量较大、电荷较高的无机物高分子混凝剂，与传统的无机净水剂相比，其具有絮凝效果好、作用快、用量少、无毒性、成本低廉等优点。(6)本发明以空气为气源现场生产臭氧用于预臭氧和主臭氧工艺，产生的臭氧浓度完全可达到工艺要求，运行成本较低。
图I是本发明的工艺流程图。
图2是本发明的工艺布置图。图中标号1为贮水池，2为生物预处理池，3为预臭氧接触池，4为混合搅拌池，5为折板絮凝池，6为斜管沉淀池,7为砂滤池,8为主臭氧接触池,9为活性碳滤池，10为氯化消毒池，11为清水池，12为搅拌器，13为恒流泵，14为生物滤料，15为排气口，16为搅拌器，17为提升泵，18为蜂窝六角形斜管，19为排泥口，20为石英砂滤料,21为排气口，22为上层活性炭，23为下层石英砂，24为臭氧发生器，25为溢流口，26为反冲泵，27为空气泵。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。如图2所示，一种控制饮用水消毒副产物和病原微生物风险的工艺方法采用的装 置由贮水池I、生物预处理池2、预臭氧接触池3、混合搅拌池4、折板絮凝池5、斜管沉淀池
6、砂滤池7、主臭氧接触池8、活性碳滤池9、氯化消毒池10和清水池11依次通过管道和阀门连接组成，其中贮水池I和生物预处理池2连接的管路上设有恒流泵13，生物预处理池2内充满生物滤料14，生物预处理池2底部连接空气泵27，对生物预处理池2进行曝气；预臭氧接触池3和主臭氧接触池8分别连接自氧发生器24，预臭氧接触池3顶部设有排气口15 ;混合搅拌池4内设有搅拌器16，混合搅拌池4与折板絮凝池5连接的管路上设有提升泵17 ;斜管沉淀池6底部设有排泥口 19 ;砂滤池7内充满石英砂滤料20，其顶部设有溢流口 28 ;活性炭滤池9内自上而下分布有上层活性炭22和下层石英砂23，消毒池10内设有搅拌器12 ;生物预处理池2、砂滤池7和活性炭滤池9分别通过管道连接反冲泵26。微污染原水经过恒流泵13进入生物预处理池2，生物预处理池2与空气泵27相连接进行曝气，气水比设定范围为O. 5:Γ . 5:1，使轻质生物滤料14流态化，增大其表面生物膜与水体的接触，同时补充水体中溶解氧，显著提高滤料表面生物膜中微生物对水体中有机物和氨氮的降解性能。预臭氧接触池3与臭氧发生器24连接，以空气为气源生产臭氧，对水体进行预氧化，对水体中无机化合物、色度、浊度、悬浮颗粒物、嗅和味等进行有效去除，同时部分氧化水中有机物，以强化后续混凝工艺，并部分杀灭水体中病原微生物；以进水流量计算，臭氧投加量为O. 5^1. 5 mg/L，接触时间1(T15 min。混凝反应通过加入新型混凝剂聚硫氯化铝进行，以进水流量计算，聚硫氯化铝投加量为5 15 mg/L (以Al2O3计)，充分快速混匀后进入折板絮凝池，絮凝反应l(Tl5 min后进入斜管沉淀池，有效沉淀时间9(T120 min,以去除水体中的浊度物质及大分子有机物等；砂滤池7进一步去除浊度物质和病原微生物。主臭氧接触池8与臭氧发生器24连接，在主臭氧接触池8内投加臭氧进行氧化和消毒，高效氧化水体中仍然存在的消毒副产物前体物，以强化后续活性炭滤池对其的吸附性能，同时有效灭活病原微生物。以进水流量计算，臭氧投加量为I. (Γ3. O mg/L，接触时间15^20 min ;活性炭滤池9对臭氧氧化产物进行吸附，有效降低消毒副产物生成势。氯化消毒池10内投加次氯酸钠用以杀灭水体中仍然存在的微生物以及维持管网余氯，氯投加量按照水厂出水余氯量为I. 5^2. 5 mg/L进行投加；清水池汇集处理原水由水泵供给用户。由于较常规混凝沉淀工艺而言增加了生物预处理、预臭氧、主臭氧和活性碳滤池工艺，对浊度、有机物、消毒副产物前体物、病毒微生物、细菌微生物等的去除效果有较大幅度提高，消毒副产物生成势显著降低，病原微生物可被完全灭活及去除，水质安全性明显优于传统的混凝沉淀工艺。实施例I :
对本发明的工艺方法进行试验研究，微污染原水进入生物预处理池，通过恒流泵控制进水流量0.4 m3/d，池体内曝气气水比1:1 ;出水进入预臭氧接触池，预臭氧投加量O. 5 mg/L,接触时间10 min ;出水进入折板絮凝池前投加聚硫氯化招,投加量8. 9 mg/L (以Al2O3计)，有效絮凝15 min后出水进入斜管沉淀池,有效沉淀时间106 min ;然后进入砂滤池经过滤后进入主臭氧接触池,主臭氧投加量为2. 5 mg/L，接触时间20 min ;然后经活性炭滤池过滤后进入消毒池，氯投加量按照水厂出水余氯量为I. 5 2. 5 mg/L进行投加，接触反应时间120 min，出水进入清水池。试验中进出水水质如表I所示。
权利要求
1.ー种控制饮用水消毒副产物和病原微生物风险的エ艺方法，其特征在于具体步骤如下 (1)微污染原水首先进入生物预处理池，在空气泵进行曝气供氧的情况下与生物预处理池内的轻质生物滤料充分接触，对水中污染物质主要是有机物和氨氮进行有效降解；生物预处理池空床接触时间3(T60 min，气水比设定范围为O. 5:Γ . 5:1 ； (2)步骤(I)的出水进入预臭氧反应池，在预臭氧反应池内投加臭氧进行预氧化，对水体中无机化合物、色度、浊度等进行去除，部分氧化水体中有机物，以强化后续混凝エ艺，并同时部分灭活病原微生物；臭氧投加量按进水流量计算，预臭氧投加量为O. 5^1. 5 mg/L，氧化时间10 15min ； (3 )步骤(2 )的出水进入折板絮凝池前投加混凝剂聚硫氯化铝，充分快速混匀后进行混 凝反应和沉淀，去除水体中的浊度物质及大分子有机物； (4)步骤(3)的出水进入砂滤池，进ー步去除浊度物质和病原微生物； (5)步骤(4)的出水进入主臭氧接触池,在主臭氧接触池内投加臭氧进行氧化和消毒，强效氧化各种消毒副产物前体物，以强化后续活性炭滤池对其的吸附性能，同时有效灭活病原微生物；臭氧投加量按进水流量计算，主臭氧投加I. (Γ3. O mg/L，氧化时间15 20min ； (6)步骤(5)的出水进入活性炭滤池，主要依靠活性炭的物理吸附性能吸附上ー步骤中产生的臭氧氧化产物，去除水体中各类消毒产物前体物； (7)步骤(6)的出水进入消毒池，杀灭水体中仍然存在的微生物以及维持管网余氯； (8)步骤(7)的出水流入清水池，由水泵供给用户。
2.根据权利要求I所述的控制饮用水消毒副产物和病原微生物风险的エ艺方法，其特征在于步骤(I)中填充的轻质生物颗粒滤料是聚苯こ烯树脂颗粒经高温两次泡制而成的白色沫状球形颗粒滤料，粒径5-7 mm,堆密度O. 08-0. I g/mL,孔隙率50%，发泡程度为原材料40倍以上。
3.根据权利要求I所述的控制饮用水消毒副产物和病原微生物风险的エ艺方法，其特征在于所述步骤(2)和步骤(5)中采用臭氧发生器生产臭氧，臭氧发生器采用空气为气源，空气干燥后进入发生器，通过调节电流强度控制臭氧发生浓度。
4.根据权利要求I所述的控制饮用水消毒副产物和病原微生物风险的エ艺方法，其特征在于按进水流量计算，步骤(3)中投加的聚硫氯化铝投加量为5 15 mg/L (以Al2O3计)。
5.根据权利要求I所述的控制饮用水消毒副产物和病原微生物风险的エ艺方法，其特征在于折板絮凝池有效絮凝时间1(T15 min，斜管沉淀池水力停留时间9(Tl20 min。
6.根据权利要求I所述的控制饮用水消毒副产物和病原微生物风险的エ艺方法，其特征在于步骤(4)中砂滤池填充均质滤料石英砂,粒径1-2 mm。
7.根据权利要求I所述的控制饮用水消毒副产物和病原微生物风险的エ艺方法，其特征在于步骤(6)中所述活性炭为煤质柱状活性炭，粒径X长度为I. 5X5. O mm，碘值> 1050mg/g,四氯化碳彡70%,亚甲蓝值彡150 mg/g,填装密度< O. 4 O. 5 g/mL。
8.根据权利要求I所述的控制饮用水消毒副产物和病原微生物风险的エ艺方法，其特征在于步骤(7)中投加次氯酸钠溶液进行消毒，氯投加量按照水厂出水余氯量为I. 5^2. 5mg/L进行投加。
全文摘要
本发明涉及一种控制饮用水消毒副产物和病原微生物风险的工艺方法，它属于饮用水处理领域。利用生物预处理、预臭氧、主臭氧、活性炭滤池与常规混凝-沉淀-砂滤-消毒水处理工艺相结合生产饮用水，是一种针对微污染原水而开发的一种控制净水过程中消毒副产物和病原类微生物健康风险的给水处理工艺方法。微污染原水依次进入生物预处理池、预臭氧接触池、折板絮凝池、斜管沉淀池、砂滤池、主臭氧接触池、活性炭滤池和消毒池，最后流入清水池。生物预处理、两级臭氧氧化和活性炭工艺的应用显著提高了对浊度、有机物、消毒副产物前体物、病毒微生物和细菌微生物等的去除效果，水质安全性明显优于传统的混凝沉淀工艺。
文档编号C02F1/78GK102633409SQ201210124288
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月26日 优先权日2012年4月26日
发明者严杨蔚, 代瑞华, 刘彬, 刘燕, 刘翔, 吴瑾, 张云, 张强, 查晓松, 蔡璇, 陆灏文, 魏源源 申请人:复旦大学