一种高藻底泥脱水滤液中藻毒素及嗅味物质的处理系统和去除方法与流程

本发明涉及一种高藻底泥脱水滤液中藻毒素及嗅味物质的处理系统和去除方法，属于水处理技术领域。

背景技术：

大部分地区采用湖泊、水库等地表水源作为饮用水源。由于社会的飞速发展，工业、农业等人类活动带来大量污染物并排入水体，造成水体富营养，导致夏季水库、湖泊等地表水源的蓝藻大量繁殖，水华爆发频率及规模大大增大，严重影响原水水质。目前，混凝-沉淀-过滤仍然是饮用水处理的主要工艺。近年来，对饮用水厂产生的底泥处理处置引起了越来越多的关注，饮用水大规模的生产也导致底泥大量増加。水厂的混凝沉淀过程可将藻细胞从液相转移至固相底泥中，然而，藻细胞被混凝剂转移至底泥中之后，在底泥生产和堆置过程中会发生藻细胞的破损，大量藻类胞内有机物(嗅味物质、藻毒素及消毒副产物前体物等)释放到底泥上清液中，水体散发腥臭味，造成严重的藻类代谢产物污染。

在高藻底泥滤液中，水体中嗅味物质以引起土霉味的土臭素(gsm)和2-甲基异莰醇(2-mib)最为常见。此外，藻细胞破裂后释放出的微囊藻毒素(mc-lr)可导致肝脏损伤，使癌症发生的可能性提高近10倍。微囊藻毒素结构稳定，使之容易通过生态系统食物链富集而对人类造成更大威胁。因此，高藻底泥脱水滤液无害化排放是当前亟需解决的问题。

化学氧化法具有高效率、低成本和运行简单的优点，对高藻底泥脱水滤液中藻毒素及嗅味物质的去除率极高。近几年来高级氧化技术，如紫外/过硫酸盐、紫外/过氧化氢、二价铁/过硫酸盐等组合工艺，用来除藻的研究日益增多，也取得了较好的成果，但是这些工艺对实验条件要求较高，应用到水厂时可能需要改造或新建水厂设施等。低温等离子体氧化技术作为一种高效的除藻源污染物的高级氧化技术，通过产生的各种高能活性粒子对水体中的污染物进行氧化，无需外加化学药剂，具有极好的环境兼容性，在处理高藻底泥脱水滤液中藻毒素及嗅味物质时有良好的应用前景。另一方面，尽管低温等离子体氧化技术可以高效破坏藻毒素和嗅味物质结构，高效去除嗅味且降低藻毒素的生态毒性，然而，其仍不能将以上物质完全矿化。因此，亟需经济有效的手段对高藻底泥脱水滤液中藻毒素及嗅味物质进行去除。

技术实现要素：

发明目的：为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种高藻底泥脱水滤液中藻毒素及嗅味物质的处理系统和去除方法。

技术方案：为了达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种高藻底泥脱水滤液中藻毒素及嗅味物质的处理系统，包括依序相连的低温等离子体氧化处理单元、阴离子交换树脂吸附单元、以及粉末活性炭吸附单元。

作为本发明一种具体的实施方案：

所述低温等离子体氧化处理单元包括分子筛氧气发生器、低温等离子体发生设备和微纳米曝气头，所述分子筛氧气发生器能够分离出纯氧，然后通入低温等离子体发生设备中，低温等离子体发生设备能够将产生的低温等离子体经由微纳米曝气头传送至水样中。该过程无需添加化学药剂。

所述阴离子交换树脂吸附单元采用全混式吸附模式，反应器包括树脂搅拌装置、混合池、斜板沉淀装置及树脂再生系统，树脂再生系统包括传输泵、传输管道、小型混合池、小型搅拌装置及加药装置，传输管道连接混合池底部和树脂再生混合池顶部。

所述阴离子交换树脂吸附单元进行吸附处理时，树脂回流比为树脂总量的1/10～1/3，树脂再生剂为1wt％～20wt％的nacl溶液。

所述阴离子交换树脂吸附单元中采用的阴离子交换树脂，其粒径范围是150～450微米，优选200～300微米；所述阴离子交换树脂的投加量为反应器体积的1％～20％。

所述阴离子交换树脂吸附单元中采用的阴离子交换树脂，其树脂骨架包括聚苯乙烯或聚丙烯酸，优选聚丙烯酸系阴离子交换树脂，特别优选d213大孔丙烯酸系阴离子交换树脂。

使用阴离子交换树脂去除氧化过程产生的大分子量溶解性有机物，可以大大延长活性炭的使用寿命，有利于系统维护。

所述粉末活性炭吸附单元采用固定床反应器，进水自上而下通过粉末活性炭吸附柱；所述粉末活性炭吸附柱的高径比为1:1～20:1，粉末活性炭投加量为吸附柱体积的10％～50％。

利用所述的处理系统去除高藻底泥脱水滤液中藻毒素及嗅味物质的方法，包括以下步骤：

(1)低温等离子体氧化处理：低温等离子体氧化处理单元将产生的低温等离子体传送至高藻底泥脱水滤液水样中，进行氧化和降解；

(2)阴离子交换树脂吸附处理：经过低温等离子体氧化处理后的水样，进入阴离子交换树脂吸附单元，吸附去除大分子量溶解性有机物，上浮的树脂颗粒沉淀，固液分离，分离后的上清液流入粉末活性炭吸附单元；

(3)粉末活性炭吸附处理：步骤(2)处理后的上清液，在粉末活性炭吸附单元中，经粉末活性炭吸附处理后排放。

有益效果：相对于现有技术，本发明充分发挥低温等离子体氧化操作方便、无需外加药剂的优势，充分发挥阴离子交换树脂和活性炭各自的优势，使得不同组分和分子量的氧化产物得以吸附去除，且两种吸附剂的串联使用极大延长了它们的使用寿命。本发明能够高效去除高藻底泥脱水滤液中的微囊藻毒素及嗅味物质，具有极好的环境兼容性和应用前景。

附图说明

图1是本发明高藻底泥脱水滤液中藻毒素及嗅味物质的处理系统的组成示意图。

图2是本发明所述阴离子交换树脂吸附单元组成示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明所述的技术方案给予进一步详细的说明。

实施例

本发明中，嗅味物质降解率以及藻毒素降解率的计算公式如下：

嗅味物质降解率(％)＝(0h含藻底泥嗅味物质含量-所测时间点含藻底泥嗅味物质含量)×100％/0h含藻底泥嗅味物质含量

藻毒素降解率(％)＝(0h含藻底泥藻毒素含量-所测时间点含藻底泥藻毒素含量)×100％/0h含藻底泥藻毒素含量

一种高藻底泥脱水滤液中藻毒素及嗅味物质的处理系统，如图1所示，包括依序相连的低温等离子体氧化处理单元、阴离子交换树脂吸附单元、以及粉末活性炭吸附单元。

所述低温等离子体氧化处理单元包括分子筛氧气发生器、低温等离子体发生设备和微纳米曝气头，所述分子筛氧气发生器能够分离出纯氧，然后通入低温等离子体发生设备中，低温等离子体发生设备能够将产生的低温等离子体经由微纳米曝气头传送至水样中。

低温等离子体氧化处理单元所用气源为纯氧，由空气经分子筛氧气发生器分离出纯氧，通入低温等离子体发生设备，产生的低温等离子体经管道传送至微纳米曝气头，经微纳米曝气头传送至水样中，使气相等离子体与溶液充分反应，该过程无需添加化学药剂。

低温等离子体处理出水通入阴离子交换树脂吸附单元，所用阴离子交换树脂为d213大孔丙烯酸系阴离子交换树脂，粒径范围200～300微米。阴离子交换树脂吸附单元采用全混式吸附模式，反应器容积100l，树脂投加量为反应器体积的10％。如图2所示，反应器包括树脂搅拌装置1、混合池2、斜板沉淀装置3及树脂再生系统，树脂搅拌装置1和斜板沉淀装置3设置在混合池2内部。树脂再生系统包括传输泵4、传输管道5、树脂再生混合池6、小型搅拌装置7及加药装置8，小型搅拌装置7设置在树脂再生混合池6内部，加药装置8设置在树脂再生混合池6顶部，传输管道5连接混合池2底部和树脂再生混合池6顶部，传输泵4设置在传输管道5上。树脂回流比为树脂总量的1/6，树脂再生剂为10wt％的nacl溶液。

粉末活性炭吸附处理单元采用固定床反应器，进水自上而下通过粉末活性炭吸附柱。所用粉末活性炭吸附柱的高径比为10:1，粉末活性炭粒径为200～400目，投加量为吸附柱体积的20％。

一种高藻底泥脱水滤液中藻毒素及嗅味物质的处理系统和去除方法，按以下步骤进行：

(1)低温等离子体氧化处理：高藻底泥脱水滤液经由低温等离子体发生设备产生的高能粒子氧化处理，藻类被强氧化性物质裂解，藻源有机物迅速氧化，嗅味物质和藻毒素被破坏并逐步降解；

(2)阴离子交换树脂吸附处理：被氧化后的较大分子量溶解性有机物和阴离子被阴离子交换树脂迅速吸附去除，树脂床采用搅拌式全混吸附模式，上浮的树脂颗粒经斜板沉淀装置沉淀，固液分离，分离后的上清液流入活性炭吸附柱；

(3)粉末活性炭吸附处理：经步骤(2)处理后的后续出水经粉末活性炭吸附柱吸附处理后排放。

本发明处理系统及处理方法可以高效去除高藻底泥脱水滤液中藻毒素及嗅味物质。其中藻毒素去除率达99％以上，嗅味物质去除率98％以上。此外，脱水滤液cod去除率约40％-65％，色度去除90％以上。