专利名称：一种去除饮用水中高浓度氨氮的方法及其装置的制作方法
CN 102923918 A书明说1/4页一种去除饮用水中高浓度氨氮的方法及其装置
技术领域
本发明属于饮用水处理技术，特别涉及一种去除水中高浓度氨氮的方法及其装置。
背景技术：
随着部分地区原水水质恶化，原水氨氮有时高达4 8mg/L。由于水源保护力度不足，部分养殖场设置于取水口上游，或偶尔遇到养殖等污水、污泥偷排，导致原水氨氮突然升高至r8mg/L，直接导致出厂水氨氮严重超标。随着2012年7月I日，新国标的全面实施，要求出厂水氨氮浓度低于O. 5mg/L,这对使用上述水源的水厂及水厂现用的工艺提出了严峻的挑战。现在常用的解决方法主要有生物氧化法、曝气法、折点加氯法、沸石过滤法等，其中生物氧化法是利用微生物的吸附降解作用将氨氮转化为亚硝酸盐及硝酸盐的过程。因为其能耗低，对污染物去除效率高等优点，在实际生产中使用较多。
生物氧化法主要包括物预处理、强化过滤、生物深度处理等。
生物预处理是指在常规的物化处理工艺之前增加生物预处理工艺，利用微生物群体的新陈代谢作用对水源水中的氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、COD等有机、无机污染物进行初步去除。
强化过滤，通过更换滤料、更改反冲洗方式等，保证滤池对浊度去除效果的同时， 使滤池具有去除水中氨氮、亚硝酸盐氮和有机物的能力。研究表明，通过生物强化的过滤工艺能有效去除T0C、氨氮、浊度等。
生物深度处理，现阶段使用较多的主要是生物活性炭工艺，通过活性炭的吸附、降解作用去除水中有机物、氨氮等污染物。
生物氧化工艺对氨氮去除效果好，生物量丰富，较常规工艺及被替代的砂滤工艺， 能有效去除氨氮、水溶性有机物等部分溶解性污染物。但对于现阶段常遇到的高氨氮原水及突发高氨氮污染，生物氧化去除效果不理想，当氨氮浓度高于3mg/L时，出水亚硝酸盐氮浓度大幅度上升，严重影响饮用水的安全性。
另外，当遇到突发高浓度氨氮污染，如氨氮浓度为4mg/L以上时，生物氧化工艺响应时间较长，无法快速响应致使出水长时间超出国标限值。生物氧化工艺主要依靠微生物的氧化作用，当微生物含量不足时，硝化作用会被抑制。需要提高微生物的含量才能使出水逐渐达标。而生物的生长需要一定的周期及环境条件。面对突发污染需要较长一段时间调节生物量。当去除高浓度氨氮(例如4 8mg/L)时，因为硝化作用过程(NH 4++02 N03_ +H+)产生H+，导致出水不断酸化，滤柱PH—直下降。当去除高浓度氨氮(例如7mg/L)时，出水PH甚至下降到4. 5。滤柱中硝化菌作用受到抑制，严重影响硝化效果，延长响应时间。生物量的不足以及生物PH环境的不适宜导致突发高氨氮污染时，生物过滤来不及响应，出水氨氮长时间超标。而且，在长期运行过程中，由于PH的下降，会导致滤柱利用效率不高，`3从去除高浓度氨氮角度考虑，需要提高滤柱的利用效率。发明内容
为了克服现有技术中的上述步骤，本发明所要解决的首要问题在于提供一种能快速响应，并有效去除水中高浓度氨氮的方法，有效解决水源水受到突发性的高浓度氨氮污染，实现快速响应，使出水迅速达标。
本发明所要解决的另一技术问题在于去除饮用水中高浓度氨氮的装置。
本发明所要解决的上述问题通过以下技术方案予以实现一种去除水中高浓度氨氮的方法，包括如下步骤(I)提供生物滤池装置，所述生物滤池包括进水口、出水口和填料层；(2)向待经过生物滤池装置的水中投加硝化细菌；(3)将碱液投加到生物滤池装置中。
作为一种优选方案所述的投加硝化细菌，其投加点为水面投加、水中投加和滤料层和水界面投加的一个或多个；其投加方式为直接投加、管道投加和生物载体投加的一种或几种。
作为一种优选方案步骤(3)所述的碱液，其投加量为投加碱液后使生物滤池中水的PH值为5 9。所述的碱液的PH值为7 14。可选用的碱液包括氢氧化钠、氢氧化钾、 氢氧化钙、碳酸钠、碳酸钾和碳酸钙溶液中的一种或多种，所用的碱液应与酸性物质快速反应，使投加后水中PH迅速升高至适合所述硝化细菌生存及代谢的水平。
作为一种最优选方案步骤(3)所述的碱液，其投加量为投加碱液后使生物滤池中水的PH值为6. 5 8. 5。
作为一种优选方案所述的投加碱液，其投加点为生物滤池的上部、中部和底部的一个或多个，其投加方式为管道投加和/或直接投加。
本发明所述的高浓度氨氮，是指水中的氨氮浓度高于3mg/L，例如4mg/L、7mg/L、8 mg/L0
当硝化细菌的含量不足时，面对高浓度的氨氮污染，生物滤池不足以去除水中高浓度NH4+-N及由NH4+-N生成的Ν02_-Ν。需要滤池中的微生物增长到一定数量，才能实现氨氮的完全转化。而硝化细菌的代时长达10小时。硝化菌很难短时间内通过自然挂膜的方式满足去除高浓度NH4+-N和Ν02_-Ν的菌种要求，需要通过投放自培养的硝化菌等方式实现。
同时，硝化菌对生存环境要求严格，尤其PH影响显著。硝化菌的适宜PH范围6.5^8. 5，PH下降会抑制硝化菌的生长繁殖，从而导致去除高浓度氨氮时的响应时间过长。 当去除高浓度氨氮(例如6-8mg/L)时，因为硝化作用过程(NH:+ O2 N03_ + H.)产生 H+，导致出水不断酸化，滤池PH —直下降。当去除高浓度氨氮(例如7mg/L)时，出水PH甚至下降到4. 5。
因为PH的不断下降，使滤池(柱)存在高低效段(PH介于6. 5^8. 5之间为高效段， 其余为低效段)，从而降低滤池(柱)中硝化作用效率。本发明采用的中段投碱工艺，适时地调节滤池(柱)中的PH，使其维持在6. 5-8. 5之间，提高了滤柱利用率，使滤池(柱)保持运行在高效段。
一种去除水中高浓度氨氮的装置，包括生物滤池装置(具有填料层、进水口、出水口)、反冲洗进气管及所连接的空气反冲洗泵和反冲洗进水管及所连接的水反冲洗泵，还包括活菌投加器和碱液投加器。
作为一种优选方案所述的填料层的填料为石英砂、活性炭、无烟煤、活性无烟煤和轻质弹性填料中的一种或几种。
作为一种优选方案在所述的填料内投加高效活菌。
所述的活菌投加器包括活菌储存瓶、活菌投加泵、活菌投加管和在活菌投加管上设置的活菌投加口 ；其中活菌投加口为一个或多个，位于进水口和填料层之间。
所述的碱液投加器包括碱液储存罐、碱液投加泵、碱液投加管和设置在碱液投加管上的碱液投加口；其中碱液投加口为一个或多个，位于填料层的上部、中部和底部。
所述的填料层，填充石英砂、无烟煤、活性无烟煤、活性炭和轻质弹性填料中的一种或多种。
所述填料层中的厚度为f I. 5米，过滤速度8 12m/h。
所述的反冲洗进气管在过滤过程中，同时可以作为滤池曝气管使用。
据进水中要去除的目标氨氮含量，将高效活菌储存瓶中浓度为loner个/ml的高效活菌，投加到生物滤池装置。
根据出水氨氮的去除效果及PH的变化情况，向生物滤池装置的填料层中投加PH 为7 14的碱液，调节滤料层中PH值。
本发明方法，既可以在现有水厂工艺的基础上进行改造，也可以通过增加本发明整套的装置实现。
本发明的有益效果本发明采用的投放自培养菌等方式和中段投碱的联合工艺， 对突发性的高浓度氨氮污染能实现快速响应，并使滤池(柱)保持在高效段运行，缩短响应时间，提高滤柱利用率。本发明能对突发性高浓度的氨氮污染有很好的去除效果。当突发污染的原水氨氮浓度为4mg/ L时，正常过滤情况下，滤后水30分钟内氨氮就能达到国标要求，亚硝酸盐也能满足国标要求，保证出水的安全性。因为生物滤池的快速响应，保证了出水的安全性以及水厂的正常运行，避免了水厂停产造成的经济损失以及不良的社会效应。
图I : 一种去除水中高浓度氨氮装置示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步解释本发明，但实施例对本发明不做任何形式的限定。
实施例I对含一定浓度溶解氧的原水或者待滤水泵入进水管35，进水经进水口 33，进入生物填料装置32。根据进水氨氮浓度，活菌投加泵8，将活菌储存瓶7中的高效活菌，通过活菌投加管9和活菌投加口 14，将活菌投加到生物滤池装置32中，与进水混合。经过混合和自由扩散后，含高效活菌的进水进入到填料层13中，填料层13对水中的高效活菌进行吸附，吸附在填料层上的高效活菌通过分解氨氮进行生长繁殖，实现氨氮的去除。
同时，通过碱液投加器31，将碱液投加到填料层13中，中和氨氮去除过程中生成的酸，调节填料层的PH值，为硝化细菌提供适宜的生存和繁殖环境。去除氨氮的滤后水从生物滤池装置32的出水口 34，通过出水管36流出。当出水浊度超标或者水头损失大于设定值时，停止装置的过滤运行，进行反冲洗。通过空气反冲洗泵2和水反冲洗泵4先进行气水联合反冲洗，然后进行水反冲洗，将填料层中累计的浊度颗粒和老化的生物膜冲洗出来， 恢复滤池的过滤功能。
实施例2在滤速8m/h的工况下进行测试，突发性进水氨氮浓度分别为4. 16mg/L，经过生物滤池装置过滤30min后，出水氨氮浓度为O. 30mg/L。
实施例3在滤速8m/h的工况下进行测试，突发性进水氨氮浓度分别为5. Omg/L，经过生物滤池装置过滤2h后，出水氨氮浓度为O. 46mg/L。
实施例4在滤速8m/h的工况下进行测试，突发性进水氨氮浓度分别为6.01mg/L，经过生物滤池装置过滤6h后，出水氨氮浓度为O. 48mg/L。
权利要求
1.一种去除饮用水中高浓度氨氮的方法，包括如下步骤(1)提供生物滤池装置，所述生物滤池包括进水口、出水口和填料层；(2)向待经过生物滤池装置的水中投加硝化细菌；(3)将碱液投加到生物滤池装置中。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述的投加硝化细菌包括水面投加、水中投加和填料层和水界面投加中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述投加为直接投加、管道投加和生物载体投加中的一种或几种。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤(3)中的碱液投加使得投加碱液后生物滤池装置中水的PH值为5 9。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的碱液投加是指在生物滤池装置的上部、中部和底部中的一个或多个地点，通过管道投加和/或直接投加的方式进行。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述碱液的pH为7至14。
7.—种去除饮用水中高浓度氨氮的装置，其特征在于，包括生物滤池装置(32 )，其包括填料层(13)、进水口( 33 )、出水口( 34 );反冲洗进气管(3)及与其连接的空气反冲洗泵(2)；反冲洗进水管(5)及与其连接的水反冲洗泵(4);以及用于向水中投加硝化细菌的活菌投加器(30)和用于向水中投加碱液的碱液投加器(31)。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述的填料层(13)中的填料为石英砂、活性炭、无烟煤、活性无烟煤和轻质弹性填料中的一种或几种。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述的活菌投加器(30)包括活菌储存瓶(7)、活菌投加泵(8)、活菌投加管(9)和在活菌投加管(9)上设置的活菌投加口(14);其中活菌投加口( 14)为一个或多个，位于进水口(33)和填料层(13)之间。
10.根据权利要求，7所述的装置，其特征在于，所述的碱液投加器(31)包括碱液储存罐(6)、碱液投加泵(10)、碱液投加管(11)和设置在碱液投加管(11)上的碱液投加口( 12); 其中碱液投加口(12)为一个或多个，位于填料层(13)的上部、中部和底部。
全文摘要
本发明公开了一种去除水中高浓度氨氮的方法及其装置。该方法包括如下步骤(1)提供生物滤池装置，所述生物滤池包括进水口、出水口和填料层；(2)向待经过生物滤池装置的水中投加硝化细菌；(3)将碱液投加到生物滤池装置中。该装置包括生物滤池装置(32)、填料层(13)、进水口(33)、出水口(34)、与反冲洗进气管(3)连接的空气反冲洗泵(2)和与反冲洗进水管(5)连接的水反冲洗泵(4)，其特征在于还包括活菌投加器(30)和碱液投加器(31)。该方法能快速响应，并有效去除水中高浓度氨氮的方法，有效解决水源水受到突发性的高浓度氨氮污染，实现快速响应，使出水迅速达标。本发明方法，既可以在现有水厂工艺的基础上进行改造，也可以通过增加本发明整套的装置实现。
文档编号C02F101/16GK102923918SQ20121048138
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月23日 优先权日2012年11月23日
发明者吴启龙, 张锡辉, 叶挺进, 苏锡波, 汪文华, 黄明珠, 付宛宜, 罗旺兴, 黄禹坤, 李彦君 申请人:佛山市水业集团有限公司, 清华大学深圳研究生院