本发明涉及饮用水处理技术领域，尤其涉及一种去除饮用水中有机物和氨氮的处理系统及方法。
背景技术：
饮用水源微污染已成为我国必须面临的普遍问题，其中主要的污染物指标为化学需氧量和氨氮。这些污染物质含有大量的消毒副产物前体物，在饮用水消毒过程中会生成易致癌致畸致突变的物质，影响人体健康。同时，为提高饮用水水质，我国颁布了新的《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006，对饮用水水质提出了更高的要求。
但是，目前我国大部分的自来水厂仍采用传统的混凝-沉淀-砂滤处理工艺。传统工艺对溶解性有机物、氨氮的去除效果不佳，出水水质已不能满足需要，面临工艺升级改造的需求。
目前，一般是在传统处理工艺前增加预处理工艺，如预氧化等，或者在传统处理工艺后再增加深度处理工艺；这些方式工艺的流程非常冗长，长度相当于两个传统的自来水处理工艺。用这种工艺对旧水厂进行改造，需要新建多个处理构筑物，而且水厂的运行成本会成倍增加。有些水厂改造还存在用地紧张的问题，需要重新征地，从而使改造的成本进一步上升。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提供一种去除饮用水中有机物和氨氮的处理系统及方法，能够在传统饮用水处理系统基础上不增加新的处理单元或占地，就达到提高饮用水水质的目的，并且处理后的饮用水可以达到严格的GB5749-2006的标准。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明公开了一种去除饮用水中有机物和氨氮的处理系统，包括微絮凝池、膜反应池、抽吸泵、活性炭滤池和清水池，其中：
所述微絮凝池用于使原水与絮凝剂进行混合反应，以形成微絮体颗粒；
所述膜反应池连接所述微絮凝池，安装有陶瓷膜组件和臭氧曝气器，所述臭氧曝气器设置在所述陶瓷膜组件的下方，所述陶瓷膜组件是由陶瓷膜形成的具有开口的组件，所述陶瓷膜是由陶瓷颗粒烧结形成的具有孔隙通道的膜；所述臭氧曝气器用于对所述陶瓷膜组件表面进行臭氧曝气以使混合反应后的混合液发生催化臭氧化反应，所述陶瓷膜组件用于对混合液进行截留处理；
所述抽吸泵连接在所述膜反应池和所述活性炭滤池之间，用于将通过所述陶瓷膜组件的处理水抽送至所述活性炭滤池；
所述活性炭滤池的出水口连接所述清水池，处理水经过所述活性炭滤池过滤后去除有机物和氨氮形成饮用水排送至所述清水池。
优选地，所述活性炭滤池内设有的活性炭的粒径为0.6～2.0mm，碘值≥950mg/g。
优选地，所述所述膜反应池的底面呈斜坡状，在斜坡状的底端设有排污口以将被所述陶瓷膜组件截留的截留物排出。
优选地，所述陶瓷膜上的孔隙通道的平均直径是10～100nm。
优选地，所述陶瓷颗粒的粒径范围是65～650nm。
优选地，所述陶瓷颗粒的材料为金属氧化物陶瓷。
本发明还公开了一种采用上述的处理系统去除饮用水中有机物和氨氮的处理方法，包括：
S1：将原水和絮凝剂通入到所述微絮凝池内进行混合，以形成微絮体颗粒；
S2：将混合反应后的混合液通入到所述膜反应池内，所述混合液在所述膜反应池内与所述臭氧曝气器曝出的臭氧混合发生催化臭氧化反应，所述陶瓷膜组件对混合液进行截留处理；
S3：所述抽吸泵将通过所述陶瓷膜组件的处理水抽送至所述活性炭滤池的顶部；
S4：处理水自上而下地经过所述活性炭过滤池过滤后去除有机物和氨氮，形成的饮用水从所述活性炭过滤池的底部排送至所述清水池。
优选地，步骤S1中还包括控制所述微絮凝池内的水力停留时间为12～16min。
优选地，步骤S2中水流通过所述陶瓷膜组件的表面的速率为0.04m/h。
优选地，步骤S2还包括：将纯氧通入到臭氧生成器生成臭氧后再通入到所述臭氧曝气器。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的去除饮用水中有机物和氨氮的处理系统及方法，采用耐氧化及浸没式的陶瓷膜组件，可以将沉淀、臭氧氧化、膜过滤都集成在膜反应池内进行，含溶解臭氧的混合液进入到陶瓷膜膜孔内，在膜孔内发生催化臭氧化反应，去除一部分有机物的同时将有机物中的难降解的有机物催化分解为易被微生物降解的有机物，在膜过滤后再经过活性炭过滤去除饮用水中的有机物和氨氮以形成饮用水，从而形成短流程的深度处理工艺，使得传统饮用水处理工艺在原有构筑物基础上升级为深度处理工艺成为可能，能够在传统饮用水处理系统基础上不增加新的处理单元或占地，就达到提高饮用水水质的目的，并且处理后的饮用水可以达到严格的GB5749-2006的标准，改造成本低。其中，本发明的处理系统和方法中在陶瓷膜孔内的催化臭氧化反应具有比传统臭氧催化反应更快的反应速率和更高的臭氧利用率，从而使得采用本发明的处理系统和方法需要的臭氧投加量较传统工艺降低50％以上，成本更进一步降低。
在进一步的方案中，臭氧曝气器中的臭氧是通过纯氧来制备的，臭氧曝气器曝出的气体中的氧气同样也进入到混合液中，极大地提高水中的溶解氧浓度，为活性炭滤池的氨氮的去除提供足够的溶解氧，从而使得该处理系统去除有机物和氨氮的效果更好。
附图说明
图1是本发明优选实施例的饮用水处理系统的结构示意图。
具体实施方式
下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明优选实施例公开了一种去除饮用水中有机物和氨氮的处理系统，包括依次连接安装的微絮凝池5、膜反应池7、抽吸泵10、活性炭滤池12和清水池23。
微污染的原水1在原水泵3的作用下通过管道2和管道4输送至微絮凝池5，药剂13(絮凝剂)在加药泵15的作用下通过加药管道14进入管道4与原水混合后进入到微絮凝池5；原水1与药剂13(絮凝剂)混合后进入微絮凝池5，原水1中的微小颗粒与絮凝剂结合形成粒径大于10μm的微絮凝颗粒；其中微絮凝池5内的水力停留时间为12～16min。
从微絮凝池5出来的混合液通过管道6进入到膜反应池7，膜反应池7内安装有陶瓷膜组件8和臭氧曝气器20，臭氧曝气器20设置在陶瓷膜组件8的下方，膜反应池7的底面呈斜坡状，在斜坡状的底端设有排污口21。臭氧曝气器20中的臭氧是通过纯氧16从通道17进入到臭氧发生器18制造出臭氧后由通道19进入到臭氧曝气器20的，臭氧曝气器20形成微米级的气泡进入到膜反应池7内的混合液中。其中从微絮凝池5通入到膜反应池7内的混合液通入到臭氧曝气器20附近的位置，使得混合液与臭氧混合后向上流动；被陶瓷膜组件8截留的截留物(包括微絮体颗粒)在膜反应池7的底部的斜坡上富集，定期从排污口21处排出。含臭氧的混合液通过陶瓷膜组件8的表面进入到陶瓷膜组件8内，在抽吸泵10的作用下，形成负压，而将通过陶瓷膜组件8的处理后的出水从陶瓷膜组件8的开口处经过出水通道9抽出，然后通过管道11进入到活性炭滤池12；活性炭滤池12中的活性炭的粒径为0.6～2.0mm，碘值≥950mg/g，在活性炭中培养有去除有机物和氨氮的微生物，处理水在活性炭滤池12的流动方式为自上向下流，滤速为10m/h，处理水经过活性炭滤池12过滤后去除有机物和氨氮形成饮用水，通过管道22排送至清水池23。
本发明优选实施例的陶瓷膜组件8是由陶瓷膜形成的具有开口的组件，陶瓷膜是由均匀的纳米级陶瓷颗粒粘结形成的具有孔隙通道的膜，其中，陶瓷颗粒的材质为金属氧化物陶瓷，陶瓷颗粒的粒径范围是65～650nm，形成的孔隙通道的平均直径为10～100nm。在膜反应池7内，含溶解臭氧的原水混合液进入到陶瓷膜膜孔内，在膜孔内发生催化臭氧化反应，去除一部分有机物的同时将有机物中的难降解有机物催化分解为易被微生物降解的有机物，进入到后续的活性炭滤池12中被微生物去除。在纳米膜孔内的催化臭氧化反应具有比传统臭氧催化反应更快的反应速率和更高的臭氧利用效率，因此本发明的处理系统中需要的臭氧投加量较传统工艺降低50％以上；同时，纯氧制备的含臭氧气体通过臭氧曝气器20在膜反应池7内形成微米级气泡，气体中的氧气也同样进入到原水混合液中，极大地提高水中的溶解氧浓度，为活性炭滤池12对氨氮的去除提供足够的溶解氧，从而在系统内实现有机物和氨氮的同时去除。
通过本发明优选实施例的处理系统去除饮用水中有机物和氨氮的处理方法包括：
S1：将原水1和药剂13(絮凝剂)通入到微絮凝池5内混合，在微絮凝池5内水力停留时间为12～16min，以形成微絮体颗粒；
S2：将混合后的混合液通入到膜反应池7内臭氧曝气器20的附近，纯氧16通入到臭氧生成器18内生成臭氧后通入到臭氧曝气器20，混合液与臭氧混合向上流动至陶瓷膜组件8的表面及膜孔内发生催化臭氧化反应，陶瓷膜组件8对混合液进行截留处理，截留下来的截留物(包括为微絮体颗粒)从膜反应池7的底部的排污口21排出，其中在膜反应池7内，沉淀、膜过滤、催化臭氧化反应同步进行，水流通过陶瓷膜组件8的表面的速率为0.04m/h；
S3：抽吸泵10将通过陶瓷膜组件8的处理水抽送至活性炭滤池12的顶部；
S4：处理水从上至下经过活性炭滤池12过滤后去除有机物和氨氮，形成的饮用水从活性炭滤池的底部排送至清水池23。
下述对本发明优选实施例的去除饮用水中有机物和氨氮的处理系统及方法进行试验测试，进一步说明其效果。
测试1：测试本发明的微污染水源饮用水处理系统及方法对于高COD原水的处理效果，水源水中的COD浓度为6.99、6.62、5.12、4.86、5.09、6.43、6.08、5.74、4.89、5.63mg/L，进水平均浓度是5.75mg/L；经过本发明的为污染水源饮用水处理系统及方法处理后，出水COD浓度分别达1.23、1.19、0.88、0.69、0.86、1.02、0.94、0.90、1.07、1.12mg/L，出水平均浓度为0.99mg/L，平均去除率为82.8％。国家饮用水卫生标准GB5749-2006中对COD的限值是3.0mg/L，结果表明，本发明的微污染水源饮用水处理系统及方法能够使出水COD浓度达到国家饮用水卫生标准的要求。
测试2：测试本发明的微污染水源饮用水处理系统及方法对于高氨氮原水的处理效果，水源水中的氨氮浓度为3.42、3.16、3.84、3.42、4.27、3.46、4.14、3.50、4.83、3.68mg/L，进水平均浓度是3.77mg/L；经过本发明的为污染水源饮用水处理系统及方法处理后，出水氨氮浓度分别达0.07、0.05、0.14、0.09、0.12、0.07、0.15、0.06、0.17、0.08mg/L，出水平均浓度为0.10mg/L，平均去除率为97.3％。国家饮用水卫生标准GB5749-2006中对氨氮的限值是0.5mg/L，结果表明，本发明的微污染水源饮用水处理系统及方法能够使出水氨氮浓度达到国家饮用水卫生标准的要求。
从上述测试可以看出，本发明的饮用水处理系统及方法可以提供优质的饮用水，而且本发明的饮用水处理系统是通过将陶瓷膜制成的陶瓷膜组件及臭氧曝气器加入到传统的饮用水处理系统的沉淀池内，将活性炭替代传统饮用水处理系统中的石英砂，使得在传统饮用水处理系统的基础上不需要增加新的处理单元或占地，就可以达到提高饮用水水质的目的，并且处理后的饮用水可以达到严格的GB5749-2006的标准；综上所述，本发明可以将传统的饮用水处理系统直接根据本发明进行工艺升级，不需要再增加用地，而且改造成本低。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。