CN101708890A - 微污染水源水原位净化*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微污染水源水原位净化***，包括一扬水设备和若干沸石填料装置。扬水设备垂直安装于水中，沸石填料装置以扬水设备为中心呈环形布置，两者之间通过绳索联结固定。扬水设备使水体循环流动，将藻类带至水体底部光限制区，抑制藻类生长。水流经过沸石填料装置时，沸石能吸附去除水中的氨氮等污染物，而在填料区固着生长的微生物通过硝化作用进一步去除氨氮，实现了填料的生物再生。本发明用于微污染水源水(湖泊、水库等)原位控藻、生物氧化除氨氮，沸石同步吸附过滤有机物和悬浮颗粒物，提升水源地水质。
Description
技术领域
本发明涉及一种微污染水源水原位净化***，尤其涉及一种利用沸石吸附过滤与生物接触氧化相结合的技术进行微污染水源水原位净化的装置。属于微污染水源原水预处理技术领域。
背景技术
近年来，作为主要水源地的湖泊、水库水质不断恶化，富营养化加剧。由于湖泊、水库水深大、流动性小，容易出现水体分层现象：夏季表层水体温度高、密度小，底层水体温度低而密度大，上下层水体之间保持相对静止，加之水体处于富营养化状态，藻类极易在光照充足的表层水体大量生长；而底层水体缺氧导致底泥中有机质、氮、磷等污染物的释放，造成水源水的微污染。微污染水源水不仅危害人体健康，而且给自来水厂的运行和出水水质造成很大影响。
在实际水源地中，水体中存在的主要污染物是氨氮和藻类，在相关水质标准中尤其对氨氮的含量做了严格限定。现有的微污染水源水治理技术主要包括原位处理和异位处理，由于湖泊、水库水量大，异位治理技术在应用中存在投资大、成本高等不足，因此在处理技术的发展过程中，原位处理技术逐渐得到了实际应用的机会。扬水曝气就是近年来应用较为广泛的一种原位处理技术，该技术通过扬水设备形成间歇气弹带动水体混合，将藻类从水体表层带到底层光限制区，抑制藻类生长，并向水体充氧改善水质。扬水曝气能够有效抑制藻类增殖现象，但是却不能从微污染水体中去除氨氮等污染物，不能很好地解决氨氮和藻类复合污染的问题。因此，急需研究开发一种能够同时防止藻类和氨氮污染的水源水原位预处理技术，从而提升水源原水水质。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种微污染水源水原位净化***，不仅能将水体充分混合，抑制藻类生长，并且能通过沸石填料吸附过滤、生物接触氧化技术去除水中的氨氮、有机物和悬浮颗粒物。
为实现这一目的，本发明在湖泊、水库等水域中组合安装的微污染水源水原位净化***包括一扬水设备和若干沸石填料装置。扬水设备垂直安装于水中，沸石填料装置以扬水设备为中心呈环形布置，两者之间通过绳索联结固定。在扬水设备中，气弹推动下层水体上升并分布到沸石填料装置，该填料装置由沸石填料、U型支撑结构和浮子组成。沸石填料表面是一种凹凸不平的多孔结构，对水中的氨氮有很强的吸附富集功能，使游离在水中的硝化细菌能够在沸石表面固着生长。在好氧条件下，硝化细菌利用硝化作用将氨氮转化为硝态氮从填料区脱离而从水体中去除，此过程同时实现了沸石的生物再生，使该装置能持续性地从水中吸附去除氨氮；同时该净化装置在运行中能同步吸附过滤有机物和悬浮颗粒物，提升水源水水质。
本发明的***具体结构为：
微污染水源水原位净化***由扬水设备和以扬水设备为中心环形设置的若干沸石填料装置构成。所述扬水设备为筒状结构，底部设有气室，气室出口设有隔板，气室进气口连接空气压缩机，扬水设备的顶部连接浮筒，底部连接沉子，从而垂直竖立于水中并保持位置固定。所述沸石填料装置中，沸石由圆心向***的方向分三层铺设于U型支撑中，沸石平均粒径为内层60～100mm，中层50～80mm，外层30～60mm，按照与扬水设备距离的增大依次减小；三层沸石采用尼龙网分隔；U型支撑外壁连接有浮子，使沸石填料装置浮于水面；U型支撑的内壁上设有挂环，通过绳索与扬水设备连接，保持沸石填料装置与扬水设备的位置相对稳定。
本发明中，所述扬水设备顶部距水面2m。扬水设备的个数和规格可以根据水域的水面面积和平均水深确定。扬水设备采用有机塑料材质，通过空气压缩机供气形成间歇性“气弹”，从而带动水体混合流动，使水流经过沸石填料装置；同时破坏水体分层，将藻类带到水体底部的光限制区，抑制藻类生长。
扬水设备运行时，距扬水设备25～50m处(水面流速≤0.5m/s)的水面，以扬水设备为中心设置环形沸石填料装置，在此位置下的填料装置不会对扬水设备混合水体的作用造成影响，并形成一定流速的水流穿过沸石填料装置。填料采用沸石，铺设于断面为U型的支撑结构中，该U型支撑宽2～6m，高0.5～3m，为高分子有机塑料材质。该U型支撑的三面支撑壁上设有穿孔，孔径50～100mm，过水面积不低于壁面的60％，使水流顺利流经沸石填料装置。
本发明中，扬水设备顶部连接的浮筒高30～40cm，直径为10～15cm，内部为塑料泡沫。
本发明中，用于分隔三层沸石的尼龙网的网孔为10～20mm，沸石填料的顶部低于U型支撑顶部10～20cm。
本发明中，U型支撑外壁连接的浮子高60～80cm，直径为20～30cm。
本发明的创新之处在于：根据微污染水源地(湖泊、水库等)的水质特征，结合沸石填料的吸附特性和生物除氨原理，提供一套沸石吸附过滤、生物接触氧化与扬水控藻有机结合的微污染水源水原位净化***。该***一方面通过投加沸石填料吸附水源水氨氮，过滤除去水中的有机物和悬浮颗粒物，使游离的微生物在填料区固着生长，通过生物硝化作用将氨氮转化为硝态氮去除，恢复填料区的吸附容量；另一方面在***运行中，扬水设备为生物除氨提供氧气和所需的水流动量，混合水体抑制藻类生长，综合提升水源水水质。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图。
图1中，1为扬水设备，2为沸石填料装置，3为沸石，4为浮筒，5为绳索，6为沉子，10为浮子。
图2为气流和水流分别在扬水设备中的流态示意图。
图2中，7为进气口，8为气室，9为气弹；实线箭头所示为气流方向，虚线箭头所示为水流方向。
图3为本发明在实际应用中的平面图。
图3中，1为扬水设备，2为沸石填料装置，4为浮筒，5为绳索，10为浮子。箭头所示为水流方向。
图4为本发明在实际水域中实施治理的示意图。
图4中，箭头所示为水流方向。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细描述。以下实施例不构成对本发明的限定。
本发明微污染水源水原位净化***的结构如图1所示，由扬水设备1和以扬水设备1为中心环形设置的若干沸石填料装置2构成；所述扬水设备1为筒状结构，底部设有气室，气室出口设有隔板，气室进气口连接空气压缩机。扬水设备1的顶部连接浮筒4，底部连接沉子6，从而垂直竖立于水中并保持位置固定，扬水设备的内径尺寸为D，高度为H。所述U型沸石填料装置2中，U型支撑的宽度为W’，高度为H’，U型支撑组成的环内径为D’。沸石3由圆心向***的方向分三层铺设于U型支撑中，沸石3平均粒径为内层60～100mm，层宽度为W1；中层粒径50～80mm，层宽度为W2；外层粒径30～60mm，宽度为W3。沸石平均粒径按照与扬水设备1距离的增大依次减小；三层沸石采用尼龙网分隔；U型支撑外壁连接有浮子10，使沸石填料装置2浮于水面；U型支撑的内壁上设有挂环，通过绳索5与扬水设备1连接，保持沸石填料装置2与扬水设备1的位置相对稳定。
在扬水设备中，气流和水流的流态如图2所示。扬水设备为筒状结构，底部设有气室8，气室的宽度为w，高度为h，气室出口设有隔板，气室进气口7连接空气压缩机，图中，9为产生的气弹，实线箭头所示为气流方向，虚线箭头所示为水流方向。
图3为本发明在实际应用中的平面图。如图3所示，扬水设备1的顶部连接浮筒4，沸石填料装置2通过U型支撑内壁挂环上的绳索5与扬水设备1连接，保持沸石填料装置2与扬水设备1的位置相对稳定。图3中箭头所示为水流方向。
图4为本发明在实际水域中实施治理的示意图。如图4所示，根据进行原位净水的水域面积等因素确定所需本发明***的数量。图4给出了两套***，每套***由扬水设备和以扬水设备为中心环形设置的若干沸石填料装置构成。图4中箭头所示为水流方向。
以下为本发明的一个具体应用实施例。。
实验地点为水面面积65000m2，平均水深11m的某小型湖泊水源地，形状为近似长方形。由于水源地四周有农业面源污水排入，导致水质受到了轻微污染，主要污染物是氨氮和藻类，但尚未发生大面积严重水华。测定湖水COD为12mg/L，氨氮为0.9mg/L，藻细胞密度为2.3×105个/L，且以分泌藻毒素的铜绿微囊藻为优势种群，透明度0.5～0.7m，总体水质为IV类。为了在原位净化湖水，改善水质，采用本发明的装置对湖泊水域进行治理，如图4所示。
根据进行原位净化的水域面积、平均水深和真光层停留时间确定采用2个扬水量为50000m3/d的扬水设备，设备直径D为1m，高H为6m；气室体积0.3m3，高h为1m，宽w为0.1m，平均每12s产生一个“气弹”。为扬水设备供气的空气压缩机排气量100m3/h，功率为10.5kW，放置于湖岸的空气压缩机站房中。空气输送管采用聚乙烯塑料管，管径为5cm，用于连接扬水设备和岸上的空气压缩机，长约150m。
根据上述扬水设备的规格，确定填料装置U型支撑结构组成的环内径D’为60m，U型支撑宽度W’为6m，高H’为2m。U型支撑结构为高分子塑料材质，加工成品为断面为U型的半环形支撑槽，壁上设有穿孔，使过水面积不低于壁面的60％。
筛选沸石填料，使平均粒径分别为60～100mm、50～80mm、30～60mm，在半环形的U型支撑中按照由圆心向***的顺序分三层铺设，铺设宽度分别为W1为3m、W2为2m和W3为1m，并均由尼龙材质网包裹分隔，避免沸石从穿孔漏出，保持填料位置稳定。填料顶部低于支撑结构上沿10～20cm作为预留空间。根据沸石用量粗略地估算填料装置的重量，在装置***紧密排列设置浮子，调整浮子个数使填料装置在不借助于外力的作用下能够略微高于水面漂浮或浸没于水体中。
在扬水设备顶部连接浮筒，浮筒为高40cm，直径15cm的圆柱形筒体，内部为塑料泡沫；扬水设备底部连接5个5kg重的水泥沉子，调整浮筒和沉子使扬水设备垂直立于水中，使扬水设备顶部距水面2m。用30m等长度的绳索将填料装置与扬水设备外壁上的挂环连接，保持扬水设备与填料装置相对位置稳定。用船拖载扬水设备和半环形填料装置置于目标水域位置，推动两条半环形的填料装置合拢，在接口处用螺栓铆接固定，使填料装置以扬水设备为中心呈环形布置。开启空气压缩机，启动净化装置。
净化装置在夏季启动运行一周后，监测实验湖泊水体水质，氨氮含量在0.2～0.4mg/L，藻细胞密度下降至1.8×104～4.2×104个/L，水体透明度在1.0m以上。在此后净化装置运行的2个月期间，湖泊水质一直能够维持在此范围内，对藻类和氨氮起到了很好的预处理效果。
Claims (6)
1.一种微污染水源水原位净化***，其特征在于由扬水设备(1)和以扬水设备为中心环形设置的若干沸石填料装置(2)构成；所述扬水设备(1)为筒状结构，底部设有气室(8)，气室(8)出口设有隔板，气室的进气口(7)连接空气压缩机，扬水设备(1)的顶部连接浮筒(4)，底部连接沉子(6)，从而垂直竖立于水中并保持位置固定；所述沸石填料装置(2)中，沸石(3)由圆心向***的方向分三层铺设于U型支撑中，沸石(3)平均粒径为内层60～100mm，中层50～80mm，外层30～60mm，按照与扬水设备(1)距离的增大依次减小；三层沸石采用尼龙网分隔；U型支撑外壁连接有浮子(10)，使沸石填料装置(2)浮于水面；U型支撑的内壁上设有挂环，通过绳索(5)与扬水设备(1)连接，保持沸石填料装置(2)与扬水设备(1)的位置相对稳定。
2.根据权利要求1的微污染水源水原位净化***，其特征在于所述扬水设备(1)顶部距水面2m，所述沸石填料装置(2)距扬水设备(1)25～50m。
3.根据权利要求1的微污染水源水原位净化***，其特征在于所述U型支撑宽2～6m，高0.5～3m，为高分子有机塑料材质，U型支撑的三面支撑壁上设有穿孔，孔径50～100mm，过水面积不低于壁面的60％。
4.根据权利要求1的微污染水源水原位净化***，其特征在于所述浮筒(4)高30～40cm，直径为10～15cm，内部为塑料泡沫。
5.根据权利要求1的微污染水源水原位净化***，其特征在于所述尼龙网的网孔为10～20mm，沸石填料的顶部低于U型支撑顶部10～20cm。
6.根据权利要求1的微污染水源水原位净化***，其特征在于所述浮子(10)高60～80cm，直径为20～30cm。
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2009
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