一种适用于污染原水净化的生物膜预处理装置的制作方法

本发明涉及一种适用于污染原水净化的生物膜预处理装置，属于原水生物预处理技术领域。

背景技术：

近年来，随着水资源污染的加剧，用于自来水处理的原水受到了严重的污染，形势日趋严峻。氨氮、有机物和浊度是污染原水的主要污染物，传统生物预处理技术包括混凝、沉淀、过滤和消毒等工艺。然而，传统生物预处理工艺在处理过程中不能有效做到经济、高效的去除原水中的污染物。其中，对于氨氮和溶解性有机物，传统预处理工艺很难进行处理，且在后续消毒处理过程中容易产生消毒副产物。而采用混凝-沉淀-过滤联合工艺处理浊度较高的原水时，需要消耗大量的混凝剂，提高了污泥处理量并增加了运行成本，且高浊度容易堵塞过滤系统，反冲洗成本加剧。

原水生物膜预处理工艺是一种基于微生物生物膜的生物预处理方法，具有运行成本低、二次污染少、运行风险小等优点，已经受到广泛的关注和应用。迄今为止，对于原水生物处理应用最为广泛的生物膜预处理工艺为好氧生物曝气池及生物滤池。好氧生物曝气池通常在高曝气条件下（几乎接近饱和DO水平）采用单一悬浮填料覆膜进行原水生物处理，但由于曝气搅动幅度较大不但不能有效去除原水中的浊度和COD_Mn，更造成生物膜运行生境单一且加大了曝气成本；此外，生物曝气池悬浮填料密度要求与水密度较为接近，由于生物膜的生长容易沉到池底，无法发挥作用。一旦受到负荷冲击或长期在低温下运行，运行性能难以保持长久稳定。而生物滤池载体覆膜时间长达数月之久，启动较为困难且受载体孔隙率低的限制，过水阻力较大限制了水流通量且易造成系统堵塞，增加了反冲洗成本，且反冲洗频次较高容易耽误水厂正常运行，且增加了日常管理维护难度。

鉴于此，亟待开发一种适合于污染原水处理的生物膜装置，能够经济、高效和稳定的去除污染原水中的氨氮、有机物和浊度，减少后续预处理工艺的运行成本和潜在的消毒副产物风险，保障饮用水安全。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适用于污染原水净化的生物膜预处理装置。本发明采用填料组合模式，通过反应格室半封闭分区和生物膜微生物生境多样化的方式，实现微生物种群多样化和污染物去除功能分化的目的，能够提高系统运行性能且保障运行工艺稳定性和多污染物去除。该装置具有同时去除氨氮、有机物和浊度的能力，抗负荷冲击能力强、不易堵塞、管理十分方便。

一种适用于污染原水净化的生物膜预处理装置，具有反应器本体，反应器本体的左侧设有进水管，反应器本体的内部设有多个处理单元，包括前处理单元，中间处理单元和后处理单元，各处理单元两两之间设有间隔作为下行引流区；

各处理单元的内部均设有分隔网，将相应的处理单元分为载体填充区域和底泥沉淀区，分隔网下方均设置排泥管用于排出底泥沉淀区的底泥；

其中，前处理单元和中间处理单元的载体填充区域分为上下两部分，上部分为悬浮填料区，布设悬浮填料，并在悬浮填料的顶端设置阻浮筛网，下部分为悬挂填料区，交叉布置弹性填料和组合填料；进一步，中间处理单元的载体填充区域内，分隔网上方设有曝气管；

后处理单元的载体填充区域为弹性填料区，顶部右侧设有出水管。

所述的反应器本体为长方体形状，具有四个处理单元，中间处理单元具有两个处理单元，前处理单元和后处理单元各一个，依次为第一处理单元、第二处理单元、第三处理单元、第四处理单元；

分隔板分隔各反应区域，并由上部筛网联通；引流板具有引流作用，底部无隔；

分隔板顶部设有筛网，筛网高度h1为0.1~0.5 m，筛网与过流网的网眼孔径大小为2~5cm。

所述的阻浮筛网位于水下至少10cm位置，阻浮筛网网眼孔径小于

5cm。

所述悬挂填料区体积V1与上部悬浮填料区的体积V2之比为

1~2:1，第四处理单元的填料为单一弹性填料。

所述的装置第一处理单元、第二处理单元和第三处理单元下部悬挂填料区布设的弹性填料组合填料体积比为0.5~3:1，弹性填料和组合填料之间的间距为-10~10cm，上部悬浮填料区填充悬浮填料，其密度小于0.92 kg/m³，悬浮填料最小直径大于阻浮筛网和分隔板顶部筛网孔径30%以上，第四处理单元弹性填料区的弹性填料之间距为-10~10cm。

本发明的有益效果：

组合不同填料种类及分布方式，有利于提高微生物生物膜的附着环境及微生物种类多样性；克服了好氧曝气池好氧生境单一以及生物滤池容易堵塞、反冲洗能耗高的缺点，有利于系统经济有效的去除原水中的氮素、有机物和浊度；克服了生物曝气池载体密度接近水的限制，悬浮生物膜载体不易沉积于反应器底部而无法充分发挥去污效果；提高了污染物的去除效率，能够有效降低曝气成本及后续常规原水处理工艺的运行成本、减少潜在的消毒副产物生成风险，从而有效保障饮用水安全。

附图说明

图1是一种适用于污染原水净化的生物膜预处理装置主体结构示意图；

图2是分隔网的结构示意图；

图3是阻浮筛网的结构示意图；

图4是分隔板的结构示意图；

图中：进水管1、进水引流区2、底泥沉淀区3、排泥管4、分隔网5、悬挂填料区6、悬浮填料区7、弹性填料8、组合填料9、悬浮填料10、阻浮筛网11、分隔板12、引流板13、第一处理单元14-1、第二处理单元14-2、第三处理单元14-3、第四处理单元14-4、下行导流区15、曝气管16、弹性填料区17、过流网18、出水管19和分隔板顶部筛网20。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

如附图1-4所示，一种适用于污染原水净化的生物膜预处理装置，它具有反应器本体，反应器本体的左侧设有进水管1，反应器本体的内部设有多个处理单元，包括前处理单元，中间处理单元和后处理单元，各处理单元两两之间设有间隔，为下行引流区15；各处理单元的内部均设有分隔网5，将相应的处理单元分为载体填充区域和底泥沉淀区，分隔网5下方均设置排泥管4用于排出底泥沉淀区的底泥；其中，前处理单元和中间处理单元的载体填充区域分为上下两部分，上部分为悬浮填料区7，布设悬浮填料10，并在悬浮填料的顶端设置阻浮筛网11，下部分为悬挂填料区6，交叉布置弹性填料8和组合填料9；进一步，中间处理单元的载体填充区域内，分隔网5上方设有曝气管16；后处理单元的载体填充区域为弹性填料区17，顶部右侧设有过流网18和出水管19。

所述的反应器本体为长方体形状，具有四个处理单元，中间处理单元具有两个处理单元，前处理单元和后处理单元各一个，依次为第一处理单元14-1、第二处理单元14-2、第三处理单元14-3、第四处理单元14-4；

分隔板12分隔各反应区域，并由上部筛网19联通；引流板具有引流作用，底部无隔；

分隔板12顶部设有筛网20，筛网20高度h1为0.1~0.5 m，筛网20与过流网18的网眼孔径大小为2~5cm。

所述的阻浮筛网11位于水下至少10cm位置，阻浮筛网11网眼孔径小于5cm。

所述的装置填料为不同填料的组合，其中下部悬挂填料区6体积V1与上部悬浮填料区7的体积V2之比为1~2:1，第四个处理单元14-4的填料为单一弹性填料。

所述的装置第一处理单元14-1、第二处理单元14-2和第三处理单元14-3下部悬挂填料区6布设的弹性填料8组合填料9体积比为0.5~3:1，弹性填料8和组合填料9之间的间距为-10~10cm，上部悬浮填料区7填充悬浮填料10，其密度小于0.92 kg/m3，悬浮填料最小直径大于阻浮筛网11和分隔板12顶部筛网20孔径30%以上，第四处理单元14-4弹性填料区16的弹性填料之间距为-10~10cm。

实施例一

反应装置有效体积2.4m³，由进水引流区2分隔成四个处理单元14，分隔板12顶部设有筛网20高度h1为0.1m，筛网20与过流网18的网眼孔径为2cm。阻浮筛网11位于水下10cm位置，筛网11网眼孔径为3cm。第一处理单元14-1、第二处理单元14-2和第三处理单元14-3下部悬挂填料区6体积V1与上部悬浮填料区7的体积V2之比为1:1，下部悬挂填料区6布设的弹性填料8组合填料9体积比为0.5:1，弹性填料8和组合填料9之间的间距为-10 cm，上部悬浮填料区7填充悬浮填料10，其密度为0.92 kg/m³，采用悬浮球填料，其直径为8cm（大于阻浮筛网11和分隔板12顶部筛网19孔径30%以上），第四处理单元14-4的填料为单一弹性填料，间距为-10 cm。第二处理单元14-2和第三处理单元14-3启动曝气装置，DO浓度为5-6 mg/L。对照反应器为原水处理应用最为广泛的生物曝气池工艺，填料均为悬浮球填料，各处理单元均曝气，DO浓度为7-9mg/L。两反应器运行温度相同，均大于20℃。

试验结果表明，在原水氨氮1.87mg/L、COD_Mn5.88mg/L、浊度78.0NTU条件下，示例一所示反应装置对氨氮、COD_Mn和浊度的去除率分别达83.9%、39.9%和54.9%，出水氨氮、COD_Mn和浊度分别为0.30mg/L、3.53mg/L和35.2 NTU mg/L，相同规模的对照反应器生物曝气池的氨氮、COD_Mn和浊度的去除率分别达57.1%、9.9%和8.46%，出水氨氮、COD_Mn和浊度分别为0.80mg/L、5.30mg/L和71.4 NTU。所示反应装置对氨氮、有机物和浊度的去除性能明显高于对照反应器，且由于第一、第四处理单元不曝气，可节约一半的曝气装置花费以及50%以上的曝气成本。

实施例二

反应装置有效体积2.4m³，由进水引流区2分隔成四个处理单元14，分隔板12顶部设有筛网20高度h1为0.5 m，筛网20与过流网18的网眼孔径为5cm。阻浮筛网11位于水下10cm位置，筛网11网眼孔径为5cm。下部悬挂填料区6体积V1与上部悬浮填料区7的体积V2之比为2:1，下部悬挂填料区6布设的弹性填料8组合填料9体积比为3:1，弹性填料8和组合填料9之间的间距为10cm，上部悬浮填料区7填充悬浮填料10，其密度小于0.89 kg/m³，采用悬浮球填料，其直径为10cm（大于阻浮筛网11和分隔板12顶部筛网20孔径30%以上）。第四处理单元14-4的填料为单一弹性填料。间距为10cm。第二处理单元14-2和第三处理单元14-3启动曝气装置，DO浓度为7-9 mg/L。对照反应器为原水处理应用最为广泛的生物曝气池工艺，填料均为悬浮球填料，各处理单元均曝气，DO浓度为7-9mg/L。两反应器运行温度相同，均大于20℃。

试验结果表明，在原水氨氮1.87mg/L、COD_Mn5.88mg/L、浊度78.0NTU条件下，示例二所示反应装置对氨氮、COD_Mn和浊度的去除率分别达74.8%、19.4%和14.2%，出水氨氮、COD_Mn和浊度分别为0.47mg/L、4.74mg/L和66.9NTU，明显高于相同处理规模的对照生物曝气池反应器运行性能（同示例一对照反应器），并能够有效降低曝气建设及运行成本50%以上。