利用二级生物膜滤池的深度净水处理装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种利用由第一生物膜过滤槽和第二生物膜过滤槽组成的二级生物膜滤池的高度净水处理装置，该高度净水处理装置组成简单，不进行凝集、沉淀、臭氧处理、活性炭处理等工艺，也能高效除去供给源水中的氨氮和有机污染物质，特别是由于不进行臭氧处理，就不会产生致癌物质——三卤甲烷（THM）。另外，本发明中，仅用本发明的生物膜过滤工艺来代替以往的净水处理系统，省略或缩小凝集、沉淀、沙过滤、臭氧及粒状活性炭工艺，减少净水厂建设所需面积，降低建设费用和设施维持费用。而且，本发明由于使用二级生物膜过滤槽，生物膜过滤槽的回洗周期延长，降低动力费用，省略凝集、沉淀工艺，减少灰浆发生量，降低灰浆处理费用，节省运行费用。
【专利说明】利用二级生物膜滤池的深度净水处理装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及利用二级生物膜滤池的深度净水处理装置，具体地说，利用二级生物膜滤池将原水进行净水处理，与普通的深度净水处理装置相比，设施简单，净水处理设备的占地面积小，且净水效率和净水能力优异。
【背景技术】
[0002]大部分的供水源对河川、湖水等地表水的依赖性很高，因此对供水源的水质污染问题的重视越来越大。对韩国来说，供水源的依赖性情况是河川、湖水等地表水为92.8%、河川伏流水为4.5%、地下水为1.4%，因此大部分的取水源为地表水。但是，占有供水源相当大的部分的河川由于长期无雨、干旱、水温上升等而污染很严重，不适合用作供水源的情况很多。河川流域已经城市化，不仅住有大都市的人口，而且建设有各种工业，污染负荷很高，不利于水质管理。
[0003]为了将河川地表水作为供水源水进行供给，采取直接取水方式，直接取水方式可大量取水，在城市化的人口密集区可随时大量供给所需供水量。但是，直接取水存在如下问题:投入的水质管理费用很高，实施供水源污染源降低所需的净水工艺的深度处理等净水处理费用也相应增加，强降雨时水浑浊问题、环境激素等难分解性微量污染物质流入引起的原水水质恶化、水质污染事故等。
[0004]为了改善这些供水源水，如图1所示，以往的典型的净水处理装置是进行如下步骤的处理:作为前处理进行沉沙处理后，将沉沙处理后的原水Q加入到凝集、沉淀槽中，投入作为凝集剂的硫酸铝，在沙过滤槽除去已凝集的污染物质，之后将移送的处理水经过超滤膜(Ultra Filtration Membrane, UFM)处理,或将从过滤槽移送的处理水在臭氧杀菌槽进行臭氧处理，最后进行在粒状活性 炭(Granular Activated Carbon, GAC)处理槽投入粒状活性炭等工艺。
[0005]但是，上述以往的净水处理装置中，为了除去原水中含有的氨氮和有机污染物质，进行前氯处理(Pre-chlorination)或前臭氧处理(pre-ozonation)等，但是在前氯处理中，自然水中的有机着色成分一腐殖质中的腐植酸或富里酸与氯反应，生成致癌物质三卤甲烧(THM),而且不能除去氨氮(NH4+-N)。
[0006]另外，上述以往的净水处理装置是，在凝集、沉淀过程中，为了除去原水中含有的污染物质而加入作为凝集剂的硫酸铝，因此急速沙过滤池很快堵塞而产生过滤障碍；而且大量使用作为氧化及杀菌剂的氯和凝集剂，而增加凝集试剂费用，沉淀池的沉浆以及沙过滤池的回洗排水中的灰浆产生量增加,沙过滤池的过滤运行时间缩短而回洗处理频繁，引起经济性差的问题；另外，急速沙过滤方法是将浑浊物质附着在沙滤材表面而除去的物理方法，对已溶解的污染物质的除去有限，目前净水设施主要是由臭氧和活性炭组成，与原水的水质污染程度无关，需要大量原水处理费用和维持费用。
[0007]另外，从设施的占地面积来看，以往的净水处理厂由于由多个工序组成、净水处理工艺复杂而需要很大的沉淀池安装 面积，净水厂的用地组成带来困扰。此外，从设施的建设方面来看，试剂投入设备、混合池搅拌装置、过滤池回洗设施、臭氧发生器等动力设备很多，因此电力费用很高。
[0008]因此，为了改善上述问题，需要深度净水处理方法。为此，在有些原水水质很差的地区已采用由臭氧和活性炭组成的生物活性炭(Biologicalactivated carbon, BAC)的深度净水处理系统包括，如图2所示，在韩国注册专利公报第10-0386168号所示，该深度净水设施包括:过滤土沙和浮游物等异物的自动过滤器3、过滤动植物性浮游生物的微过滤器
4、产生臭氧氧化的加压臭氧溶解器6、产生微生物氧化的生物活性炭槽7，使取水源I的原水依次经过上述组成部分进行净水，其中上述微过滤器4和加压臭氧溶解器6之间设置臭氧吸入混合器20。上述深度净水处理设施由于生物活性炭的频繁交替作业，使净水处理变得复杂，而且由于生物活性碳的交替而需要支出大量维持费用。
[0009]另外，使用生物膜的技术有，本发明人开发并得到授权的韩国注册专利公报第10-0325830号，如图3所示，利用生物膜过滤的供水源水前处理及深度净水处理装置，其特征是，该净水处理装置包括:沉沙池1、试剂混合池2、floe形成池3、生物膜过滤设备4、臭氧处理设备5、生物活性炭BAC处理设备6。另外，还有韩国注册专利公报第10-0946898号，如图4所示，该深度净水处理装置，包括:设置有生物膜过滤管9的生物膜过滤槽6 ;填充有沙或无烟煤的滤材的过滤槽；以及臭氧处理槽和储水槽。上述深度净水处理装置中，在生物膜过滤处理后进行臭氧处理，因此，处理水中微量含有的有机物质与臭氧结合，可能生成致癌物质_ 二齒甲烧(THM)。
[0010]因此，不进行供水源水的水质改善，很难实现净水工艺的有效运行，因此提出不经过臭氧处理工艺的供水源水的水质处理方案。
[0011]专利文献:
[0012]专利文献1:韩国注册专利公报第10-0386168号“深度净水处理设施”
[0013]专利文献2:韩国注册专利公报第10-0325830号“利用生物膜过滤的供水源水前处理及深度净水处理装置”
[0014]专利文献3:韩国注册专利公报第10-0946898号“深度净水处理装置”
【发明内容】
[0015]本发明是解决上述问题的方案，提供一种利用二级生物膜滤池的深度净水处理装置，该装置将流入原水在沉沙池进行浮游物质的沉沙处理，将该处理水经过二级生物膜滤池进行净水处理，因此，不进行凝集、沉淀、臭氧处理、活性炭处理等工艺，也能高效除去供水源水中的氨氮和有机污染物质，特别是由于不进行臭氧处理，就不会产生致癌物质一三卤甲烷(THM)。
[0016]另外，本发明的目的还在于，提供一种利用二级生物膜滤池的深度净水处理装置，该装置为只以生物膜过滤工艺组成的简洁的深度净水处理装置，所以仅用本发明的生物膜过滤工艺来代替以往的净水处理系统，省略或缩小凝集、沉淀、沙过滤、臭氧及粒状活性炭工艺，减少净水厂建设所需面积，降低建设费用和设施维持费用。
[0017]此外，本发明的又一目的在于，提供一种利用二级生物膜滤池的深度净水处理装置，该装置利用二级生物膜滤池，生物膜过滤槽的回洗周期延长，降低动力费用，省略了凝集、沉淀工艺，减少灰浆发生量，降低灰浆处理费用，节省运行费用。[0018]本发明的利用二级生物膜滤池的深度净水处理装置，该装置包括:沉沙池，用于除去原水中含有的土沙和浮游物质；第一生物膜过滤槽，用于前处理从上述沉沙池移送的流出水，以除去其中含有的污染物质；第二生物膜过滤槽，用于主处理从第一生物膜过滤槽移送的流出水，以除去其中未被除去的污染物质。
[0019]另外，根据本发明，上述第一生物膜过滤槽和第二生物膜过滤槽中填充在过滤槽内的滤材为沸石-碳(zeocarbon)。
[0020]根据本发明，上述各生物膜过滤槽采用下向式流动方式，即，流入水经过上部的流入管，通过内部的过滤器，向下流动，经过下部的流出管，使流出水流出；向上述各生物膜过滤槽内部供给的空气是采用上向式流动方式，即，供给的空气经过下部的注入管向上供给的；上述各生物膜过滤槽在滤材层堵塞时，回洗水从下部的回洗管d采用向上流动方式供给。
[0021]本发明是利用二级生物膜滤池的简洁的深度净水处理装置，不进行凝集、沉淀、臭氧处理、活性炭处理等工艺，也能高效除去供水源水中的氨氮和有机污染物质，特别是由于不进行臭氧处理，就不会产生致癌物质一三卤甲烷(THM)。另外，本发明中，仅用本发明的生物膜过滤工艺来代替以往的净水处理系统，省略或缩小凝集、沉淀、沙过滤、臭氧及粒状活性炭工艺，减少净水厂建设所需面积，降低建设费用和设施维持费用。而且，本发明由于使用二级生物膜滤池，生物膜过滤槽的回洗周期延长，降低动力费用，省略凝集、沉淀工艺，减少灰浆发生量，降低灰浆处理费用，节省运行费用。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是表示以往的深度净水处理装置的构成的简略示意图。
[0023]图2是表示以往的使用生物活性炭槽的深度净水处理系统的构成的简略示意图。
[0024]图3是表示以往的使用生物膜的深度净水处理装置的构成的简略示意图。
[0025]图4是表示以往的另一个使用生物膜的深度净水处理装置的构成的简略示意图。
[0026]图5是表示本发明的利用二级生物膜滤池的深度净水处理装置的构成的简略示意图。
[0027]图6是本发明中使用的生物膜过滤器的详细图。
[0028]图7是本发明实施例中使用的第一生物膜过滤器，按滤层深度取出滤材，观察各滤材表面附着的微生物的SEM照片。
[0029]图8是本发明实施例中使用的第二生物膜过滤器，按滤层深度取出滤材，观察各滤材表面附着的微生物的SEM照片。
[0030]附图中符号说明
[0031]10:沉沙池
[0032]20:第一生物膜过滤槽
[0033]30:第二生物膜过滤槽
[0034]a:流入管
[0035]b:流出管
[0036]c:空气注入管
[0037]d:回洗管[0038]f:过滤器
[0039]g:过滤器下部空间
【具体实施方式】
[0040]下面将本发明典型实施例的利用二级生物膜滤池的深度净水处理装置的附图作为重点进行详细说明。在详细说明中，对通常净水处理领域的相关人员容易理解的组成以及作用简要说明或省略。
[0041]本发明的装置采用，在二级生物膜滤池内填充粒状填充材料，与原水接触，将水中的生物学不稳定性物质一污染物质利用微生物的繁殖及新陈代谢而除去的方法。该装置中，微生物附着在滤材表面形成生物膜，所以繁殖速度慢的微生物也不容易漏出，可捕获大量微生物，对pH、水温、毒性物质的冲击也有很强耐性，也高效除去难分解性物质。
[0042]另外，在以往的急速沙过滤工艺中难以有效除去的三卤甲烷(THMs)的前体物质 _ 腐殖质(humic substances)、氨氮、藻类、三氯乙烯(trichloroethylene, TCE)、苯等有机溶剂，铁，锰，怪味，臭气，颜色等也能有效除去。特别是，生物膜过滤工艺的特性方面，参与水质净化的微生物种类多样，微生物的食物链长，氮化细菌和脱氮细菌的繁殖良好，因此，氮氧化物的去除率高，且灰浆的产生量少于以往的净水处理工艺。
[0043]下面利用图5和图6详细说明本发明如下。
[0044]根据本发明的利用二级生物膜滤池的深度净水处理装置，该装置包括:沉沙池10，用于除去原水中含有的土沙和浮游物质；第一生物膜过滤槽20，用于前处理从上述沉沙池10移送的流出水，以除去其中含有的污染物质；第二生物膜过滤槽30，用于主处理从第一生物膜过滤槽20移送的流出水，以除去其中未被除去的污染物质。
[0045]另外，本发明中使用的第一生`物膜过滤槽20和第二生物膜过滤槽30具有与本发明的发明人已在韩国授权的韩国注册专利第10-0325830号的深度净水处理装置中所使用的生物膜过滤槽具有相同结构，上述第一生物膜过滤槽20和第二生物膜过滤槽30具有相同结构，各生物膜过滤槽的过滤器内填充的滤材是沸石-碳(zeocarbon)。
[0046]作为滤材的沸石-碳(zeocarbon)是在沸石(zeolite)上涂覆粉末活性炭进行成型的粒状的材料，滤材粒子的大小优选为8-20目(mesh)。滤材粒子大小不足8目时，滤材粒子之间形成的空隙微小，滤材容易堵塞；而滤材粒子大小超过20目时，滤材粒子之间形成的空隙过大，不能有效除去流入水内的污染物质。
[0047]另外，上述各生物膜过滤槽20，30采用下向式流动方式，即，流入水经过上部的流入管a，通过内部的过滤器e，向下流动，经过下部的流出管b，使流出水流出；向上述各生物膜过滤槽20，30内部供给的空气是，采用上向式流动方式，即，供给的空气经过下部的空气注入管c向上供给的。
[0048]此外，上述各生物膜过滤槽20，30在过滤器e内的滤材层堵塞时，回洗水从下部的回洗管d采用向上式流动方式供给，将滤材空隙中堵塞的微生物膜从滤材洗出且分离除去；而在上述过滤器e的下方具有过滤器下部空间f，使从过滤器流出的处理水顺利排出到外部。
[0049]在上述生物膜过滤器形成的微生物包括:黄单胞菌属(Xanthomonas)、气杆菌属(Aerobacter)、牛链球菌(Streptococcus bovis)、草绿色链球菌(Streptococcusviridans)、绿胺单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、掠色固氮菌(Azotobactervinelandii),真菌多糖菌(Sclerotium glucanicum)、产喊菌属(Alcaligenes)、出芽短梗霉菌(Aureobasidium pulluans),湿润黄杆菌(Flavobacterium ulignosum)、欧文氏菌属(Erwinia tahitica)等。
[0050]下面说明通过本发明的利用二级生物膜滤池的深度净水处理装置进行原水的净水处理过程。
[0051]首先，作为前处理步骤，在沉沙池10中除去原水中含有的土沙和浮游物质的处理水，为了去除在其中含有的总氮、氨氮和有机污染物质等进行处理，从第一生物膜过滤槽20的上部流入，经过第一生物膜过滤器e向下流出，除去85-90%的污染物质；接着，作为主处理步骤，为了除去在第一生物膜过滤槽20中未被除去的残存的微量污染物质，从上述第一生物膜过滤槽20的下部流出的流出水流入到第二生物膜过滤槽30的上部，经过第二生物膜过滤器e向下流出，除去处理水中的大部分污染物质。
[0052]上述第一生物膜过滤槽20和第二生物膜过滤槽30具有相同结构，各生物膜过滤槽的过滤器e内填充的滤材的填充量是从过滤槽的下部填充40-60体积％，但是上述滤材的填充量并不限定在这些数值，根据流入原水的污染程度、原水的处理量以及处理速度等而变化。
[0053]下面将本发明的利用二级生物膜滤池的深度净水处理装置通过实施例具体说明，但是本发明并不限定在下面的实施例。
[0054]1、原水的净水处理
[0055]实施例1``[0056]本实施例中，原水的前处理采用下向流动方式，即，将在沉沙池处理的流出水供给到第一生物膜过滤槽的上部，将从下部流出的流出水再次供给到第二生物膜过滤槽的上部，从下部流出处理水。如图5和图6所示，具有第一生物膜过滤槽和第二生物膜过滤槽的二级生物膜滤池制作成试验厂(Pilot-plant)，将洛东江水作为原水使用，在釜山地区的K净水厂沉沙池中流出的流出水进行实验。沉沙池流出水，即流入该试验厂的流入水的水质的平均测定值如下表1所示。
[0057]表1
[0058]
【权利要求】
1.利用二级生物膜滤池的深度净水处理装置，其特征在于，该装置包括: 沉沙池，用于除去原水中含有的土沙和浮游物质；第一生物膜过滤槽，用于前处理从上述沉沙池移送的流出水，以除去其中含有的污染物质；第二生物膜过滤槽，用于主处理从第一生物膜过滤槽移送的流出水，以除去其中未被除去的污染物质。
2.根据权利要求1所述的利用二级生物膜滤池的深度净水处理装置，其特征在于，上述第一生物膜过滤槽和第二生物膜过滤槽中填充在过滤槽内的滤材为沸石-碳。
3.根据权利要求2所述的利用二级生物膜滤池的深度净水处理装置，其特征在于，上述各生物膜过滤槽采用下向式流动方式，即，流入水经过上部的流入管，通过内部的过滤器，向下流动，经过下部的流出管，使流出水流出。
4.根据权利要求3所述的利用二级生物膜滤池的深度净水处理装置，其特征在于，向上述各生物膜过滤槽内部供给的空气是采用上向式流动方式，经过下部的注入管向上供给的。
5.根据权利要求4所述的利用二级生物膜滤池的深度净水处理装置，其特征在于，上述各生物膜过滤槽在滤材层堵塞 时，回洗水从下部的回洗管(d)采用上向式流动方式供给。
【文档编号】C02F9/14GK103508624SQ201210383118
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年10月10日 优先权日:2012年6月29日
【发明者】姜龙太, 宋根管, 金祉具, 黄淳柱 申请人:东亚大学校产学协力团