CN103922542A - 一种受污染原水的长距离输水管道预处理方法及处理*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种受污染原水的长距离输水管道预处理方法及处理***，原水在进入自来水厂处理之前首先进入生物预处理反应池中，生物预处理反应池中的微生物使原水中的部分氨氮及微量有机污染物得到去除，将经生物预处理后的原水送入调节混合池内加净水药剂后送入长距离输水管道反应器、利用输水过程中在管道内停留的较长时间进行去污反应后送入水厂，或将经生物预处理后的原水直接送入长距离输水管道反应器、利用输水过程中在管道内停留的较长时间进行去污反应后送入水厂。本发明利用设在水源厂的预处理设施和水源厂与自来水厂之间的长距离输水管道，使原水在长距离输水管道输送过程中在管道内即可得到处理，降低了运营成本。

Description

一种受污染原水的长距离输水管道预处理方法及处理***

技术领域

本发明属于饮用水处理技术领域，涉及一种受污染原水的长距离输水管道预处理方法及处理***。 

背景技术

我国湖泊、水库等饮用水水源地普遍受到氨氮、有机物、藻类等污染，并且呈复合污染态势。氨氮浓度是衡量水源水污染程度的一个重要指标，较高的氨氮浓度还能促进管网中微生物的滋生，在消毒过程中还能与游离氯反应生成氯胺以增加氯的消耗，并产生嗅味物质；原水中微量有机污染物的种类和含量都在增加，其中持久性有机污染物和环境内分泌干扰类物质大多为有毒有害有机物，不仅对人体健康产生致癌性、生殖毒性等直接的威胁，还可以在氯化消毒过程中形成具有“三致作用”的卤代消毒副产物，进一步危害人体健康；另外由于富营养化导致的水体蓝藻频繁爆发，藻类及其所产生的臭味物质和藻毒素等代谢产物又进一步增加了给水处理的难度。对微污染原水中氨氮的去除一般可以考虑采用生物预处理的方式，通过微生物的吸收、分解及利用来降低氨氮和有机物的浓度；或者通过炭滤池内活性炭的吸附及生物降解的联合作用。原水中微量有机污染物存在种类复杂、浓度较低、具有生物富集作用等特点，工程上常采用预氧化、混凝沉淀和生物活性炭工艺的联用来达到处理有机物的目的。 

生物预处理对污染物的有效去除需要建立在较长的水停留时间的基础上，这无疑会增加基建和运营成本，其去除效果受外界环境变化影响较大，且原水中的持久性有机污染物大都具有难以生物降解的特性，故生物预处理用于去除原水中有机物和藻类存在一定的局限性。充分利用现有条件提高生物预处理的去除效率，并考虑采用经济有效的化学处理方法，不仅可以使原水中的氨氮、有机物和藻类得到更好的去除，还可以减轻后续处理单元的污染物负荷，最终保障供水水质安全。 

发明内容

本发明提供了一种原水的长距离输水管道预处理方法，解决了目前生物预处理原水中污染物的有效去除需要建立在较长的水力停留时间的基础上、增加基建和运营成本的问题。 

本发明还提供了应用此种方法的水处理***。 

本发明所采用的技术方案是原水在进入自来水厂处理之前首先进入生物预处理反应池中，生物预处理反应池中的微生物使原水中的微量有机污染物得到去除，将去除微量有机污染物的原水送入调节混合池内加净水药剂后送入长距离输水管道反应器、利用输水过程中在管道内停留的较长时间进行去污反应后送入水厂，或将去除微量有机污染物的原水直接送入长距离输水管道反应器、利用输水过程中在管道内停留的较长时间进行去污反应后送入水厂。 

本发明方法的技术特点还在于生物预处理反应池中采用生物填料做微生物生长和繁殖的载体，采用微孔曝气器提供微生物所需的溶 解氧。生物预处理反应池采用生物接触氧化池的形式，原水停留时间控制在1～2h之间，气水比设置为0.8～1.2:1。送入调节混合池内的原水为耗氧量浓度大于3mg/L，或藻类浓度大于1000万个/升，或色度、臭味明显，或Ames试验为阳性；所述直接经过长距离输水管道反应器送入水厂的原水为耗氧量浓度持续低于3mg/L、无臭无味、且Ames试验为阴性。净水药剂包括氯、高锰酸盐或粉末活性炭。当进入调节混合池中的原水中藻类浓度1000万个/升以上或氨氮浓度大于0.5mg/L，向调节混合池中投加氯来除藻，同时可以在前期进行氨氮的消耗；当进入调节混合池中的原水浊度和色度明显增加，或铁锰含量明显升高，向调节混合池中投加高锰酸盐，通过高锰酸盐的氧化性在长距离输水管道中氧化去除污染物，并在混凝沉淀阶段发挥助凝除浊的作用，同时去除色度和臭味；当进入调节混合池中的原水中TOC及微量有机污染物等指标浓度较高，向调节混合池中投加粉末活性炭，对水中微量有机污染物进行吸附去除。长距离输水管道反应器的管道中水流速为1m/s，停留时间6～10小时。 

本发明的水处理***技术方案为包括连接水源地原水的原水管，原水管管道连接生物预处理反应池，生物预处理反应池底部设置有曝气***，生物预处理反应池内放置生物填料，生物预处理反应池管道连接调节混合池，调节混合池内设有搅拌装置，生物预处理反应池与调节混合池之间的管道上设有第一电动阀门，生物预处理反应池通过超越管连接集水井，超越管上设有第二电动阀门，集水井内设有潜水泵，潜水泵连接长距离输水管道反应器，潜水泵可将集水井内的水泵 至长距离输水管道反应器内，长距离输水管道反应器连接进入水厂。 

本发明的有益效果是利用设在水源厂的预处理设施和水源厂与自来水厂之间的长距离输水管道，构建微污染原水的强化预处理***，有效降解原水中污染物，使原水在长距离输水管道输送过程中在管道内即可得到处理，降低了运营成本，保证出水的稳定性。 

附图说明

图1是本发明原水处理***的结构示意图。 

图中，1.原水管，2.生物预处理反应池，3.曝气***，4.生物填料，5.超越管，6.第一电动阀门，7.调节混合池，8.搅拌装置，9.集水井，10.潜水泵，11.长距离输水管道反应器，12.第二电动阀门。 

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明进行说明，以下进一步说明并非限制本发明所涉及的范围，本发明方法为： 

A）水源地原水首先经过原水管1进入生物预处理反应池2进行生物预处理阶段，生物预处理反应池2中放置生物填料4，生物填料4可采用悬浮球等填料作为微生物生长和繁殖的载体，并在池底部设置曝气***3，可用微孔曝气器，微孔曝气器由鼓风机提供空气进行曝气，以提供微生物所需的溶解氧。原水中的氨氮、耗氧量、总有机碳（TOC）和消毒副产物前体物等微量有机污染物在生物预处理阶段得到去除，浓度下降。其中生物预处理反应池2可采用生物接触氧化池的形式，原水停留时间控制在1～2h之间，气水比设置为0.8～1.2:1。 

B）含有悬浮微生物的生物预处理反应池2出水通过管道进入调 节混合池7，同时设置超越管5，根据情况可选择直接进入集水井9内。当原水耗氧量浓度持续低于3mg/L、无臭无味、且Ames试验为阴性时，此时可关闭第一电动阀门6，开启第二电动阀门12，使生物预处理反应池2的出水经超越管5直接进入集水井9内，再由潜水泵10提升进入长距离输水管道反应器11送到水厂。当原水耗氧量浓度大于3mg/L，或藻类浓度大于1000万个/升，或色度、臭味明显，或Ames试验为阳性时，此时可打开第一电动阀门6，关闭第二电动阀门12，使生物预处理反应池2出水进入调节混合池7，在该池内投加相应的净水药剂，药剂包括氯、高锰酸盐或粉末活性炭，通过搅拌装置8搅拌实现药剂与水的完全混合，为污染物在后续长距离输水管道反应器11中的降解创造条件。调节混合池7出水通过管道进入集水井9，再由潜水泵10提升进入长距离输水管道反应器11。调节混合池7仅作为一个混合传质反应器，水停留时间为5～8分钟，所投加的药剂在该池内与水进行充分的混合接触，并不提供反应所需要的停留时间，这样可大批量处理水，节省建造成本，药剂与污染物的反应发生于长距离输水管道反应器11中。 

C）当原水中藻类浓度升高至1000万个/升以上或氨氮浓度大于0.5mg/L，可以考虑向调节混合池7中投加氯来除藻，同时可以在前期进行氨氮的消耗；当原水中浊度和色度明显增加，或铁锰含量明显升高，可以向调节混合池7中投加高锰酸盐，通过高锰酸盐的氧化性在长距离输水管道中氧化去除污染物，并在混凝沉淀阶段发挥助凝除浊的作用，同时去除色度和臭味；而当原水中TOC及微量有机污染 物等指标浓度较高，可以向调节混合池7中投加粉末活性炭，对水中微量有机污染物进行吸附去除。药剂的投加采用加药泵持续加药的形式，在与调节混合池7中的水进行完全混合后进入长距离输水管道反应器11，以强化污染物质的去除。 

D）经过生物预处理后的水在调节混合池内7与药剂混合后，或者生物预处理反应池2出水经超越管5直接进入长距离输水管道反应器11中，管道中水流流速设置为不大于2m/s，优选1m/s，保持管道内水流流速达到1m/s，一方面实现水的有效输送，另一方面可避免水中悬浮物沉积在管道内部。根据水源厂与自来水厂之间的距离，水流在管道内的停留时间可达5～10小时，甚至更长。具有较长水力停留时间的长距离输水管道反应器11作为进行微生物降解水中污染物质、或者药剂与水中污染物质发生反应的场所，即长距离输水管道反应器11实现对微污染原水的强化预处理。当生物预处理出水经超越管5进入长距离输水管道反应器时，水中氨氮、可生物降解有机物等在水中悬浮微生物、管道内壁所附着的生物膜作用下，发生生物降解；当生物预处理出水经调节混合池7投加药剂后进入长距离输水管道反应器11时，投加的氯、高锰酸盐或粉末活性炭等药剂与水中污染物质在长距离输水管道反应器11内进行较长时间的反应，实现污染物的进一步去除。长距离输水管道反应器11，可作为生化反应器或物理化学反应器两种形式。当生物预处理出水经超越管5进入长距离输水管道反应器11时，水中悬浮微生物和管道内壁所附着的微生物降解氨氮与可生物降解有机物，长距离输水管道反应器11可作为一 个生化反应器；当调节混合池7内投加氯或高锰酸盐时，与水中有机物、藻类、其他还原性物质发生氧化还原反应，长距离输水管道反应器11可作为一个化学反应器；当投加粉末活性炭时，不仅能对水中溶解性的有机物如苯类、酚类、三卤甲烷及消毒副产物前体物等有较强的吸附能力，而且对其他臭味物质以及汞、铁、镍等也有较强的吸附能力，同时水中或管壁附着的微生物又可以降解氨氮及部分有机物，此时长距离输水管道反应器11同时作为生化反应器和物理化学反应器。 

本发明所应用的***如图1所示，包括连接水源地原水的原水管1，原水管1管道连接生物预处理反应池2，生物预处理反应池2底部设置有曝气***3，生物预处理反应池2内放置生物填料4，生物预处理反应池2管道连接调节混合池7，调节混合池7内设有搅拌装置8，生物预处理反应池2与调节混合池7之间的管道上设有第一电动阀门6，生物预处理反应池2通过超越管5连接集水井9，超越管5上设有第二电动阀门12，集水井9内设有潜水泵10，潜水泵10连接长距离输水管道反应器11，潜水泵10可将集水井9内的水泵至长距离输水管道反应器11内，长距离输水管道反应器11连接进入水厂。 

本发明的实验结果如下： 

水温为18℃时，取自太湖的原水由生物预处理反应池2经生物预处理后直接进入长距离输水管道反应器11。设置生物预处理反应池2水力停留时间为1h，长距离输水管道反应器11的水停留时间为8h，考察氨氮等污染物在“生物预处理反应池2+长距离输水管道反 应器11”组合预处理***中的去除规律，结果如表1。 

表1 

实验结果表明，该组合方式对原水中氨氮等污染物有较好的去除，其中长距离输水管道反应器11作为生化反应器对氨氮、耗氧量和TOC去除量的贡献率分别为18.6%、37.9%和54.4%。 

具体实施例1： 

无锡市饮用水水源地之一为太湖贡湖湾，原水经南泉水源厂进行预处理后通过长距离输水管道反应器11输送至雪浪水厂和中桥水厂，预处理设施包括生物预处理反应池2和调节混合池7，通常调节混合池7内投加0.8mg/L的氯，以强化对藻类及藻类代谢物的去除。在2013年10月28日，现场采样分析，原水去污结果如下表2： 

表2 

由表2可知，长距离输水管道反应器11对氨氮、耗氧量、UV₂₅₄、藻类和TOC去除量的贡献率分别为75.4%、43%、76.1%、87.5%和90.9%。结果表明，耗氧量较高的原水经过生物预处理反应池2后，进入长距离输水管道反应器11前投加氯，可以显著提高各污染物的去除效果。因此，长距离输水管道反应器11有效地强化了污染物的去除，有利于保障安全供水。 

本发明针对饮用水水源水受到污染的现状，利用水源厂与自来水厂之间的长距离输水管道反应器11，提出一种生物预处理反应池2和长距离输水管道反应器11组合的受污染原水预处理技术，强化去除原水中氨氮、藻类及其代谢物和微量有机污染物，以保障供水安全。 

本发明具有如下优点：该预处理***针对饮用水原水输送工程的实际情况，充分利用原水在长距离输水管道内有较长停留时间的特点，根据原水水质情况投加不同的药剂，将长距离输水管道用作生化反应器或物理化学反应器，实现原水中污染物的强化去除。原水氨氮的去除不仅可以减少水厂内消毒单元的加氯量，由此可减少消毒副产物的生成量；原水中嗅味物质的去除，可改善饮用水的感官指标；原水中的微量有机污染物的去除，可有效减少具有“致癌、致畸、致突变”作用物质的生成，以及持久性有机污染物或内分泌干扰物在预处理***中的有效去除，对保障供水水质安全、保障居民饮水健康具有重要意义。 

本发明还具有如下优点： 

1）利用长距离输水管道作为水处理反应器，缩短了原水在生物预处 理反应池内2的水停留时间，工程上可节省基建费用以及运行成本；2）充分利用生物预处理出水在长距离管道中的停留时间，构造生化反应器或物理化学反应器，使得氨氮、耗氧量、藻类及其代谢物、微量有机污染物在反应器内得到有效去除，可减少消毒单元消毒副产物的生成，保障供水水质安全； 

3）本***出水进入自来水厂内水处理***，有效减轻了水厂内水处理单元的污染负荷，可降低水处理成本。 

Claims (8)

1.一种受污染原水的长距离输水管道预处理方法，其特征在于：原水在进入自来水厂处理之前首先进入生物预处理反应池（2）中，生物预处理反应池（2）中的微生物使原水中的部分氨氮及微量有机污染物得到去除，将去除部分氨氮及微量有机污染物的原水送入调节混合池（7）内加净水药剂后送入长距离输水管道反应器（11）、利用输水过程中在管道内停留的较长时间进行去污反应后送入水厂，或将去除部分氨氮及微量有机污染物的原水直接送入长距离输水管道反应器（11）、利用输水过程中在管道内停留的较长时间进行去污反应后送入水厂。

2.按照权利要求1所述一种受污染原水的长距离输水管道预处理方法，其特征在于：所述生物预处理反应池（2）中采用生物填料（4）做微生物生长和繁殖的载体，采用微孔曝气器提供微生物所需的溶解氧。

3.按照权利要求1所述一种受污染原水的长距离输水管道预处理方法，其特征在于：所述生物预处理反应池（2）采用生物接触氧化池的形式，原水停留时间控制在1～2h之间，气水比设置为0.8～1.2:1。

4.按照权利要求1所述一种受污染原水的长距离输水管道预处理方法，其特征在于：所述送入调节混合池（7）内的原水为耗氧量浓度大于3mg/L，或藻类浓度大于1000万个/升，或色度、臭味明显，或Ames试验为阳性；所述直接经过长距离输水管道反应器（11）送入水厂的原水为耗氧量浓度持续低于3mg/L、无臭无味、且Ames试验为阴性。

5.按照权利要求1所述一种受污染原水的长距离输水管道预处理方法，其特征在于：所述净水药剂包括氯、高锰酸盐或粉末活性炭。

6.按照权利要求5所述一种受污染原水的长距离输水管道预处理方法，其特征在于：所述当进入调节混合池（7）中的原水中藻类浓度1000万个/升以上或氨氮浓度大于0.5mg/L，向调节混合池（7）中投加氯来除藻，同时可以在前期进行氨氮的消耗；当进入调节混合池（7）中的原水浊度和色度明显增加，或铁锰含量明显升高，向调节混合池（7）中投加高锰酸盐，通过高锰酸盐的氧化性在长距离输水管道中氧化去除污染物，并在混凝沉淀阶段发挥助凝除浊的作用，同时去除色度和臭味；当进入调节混合池（7）中的原水中TOC及微量有机污染物等指标浓度较高，向调节混合池（7）中投加粉末活性炭，对水中微量有机污染物进行吸附去除。

7.按照权利要求1所述一种受污染原水的长距离输水管道预处理方法，其特征在于：所述长距离输水管道反应器（11）的管道中水流速为1m/s，停留时间6～10小时。

8.应用于权利要求1所述一种受污染原水的长距离输水管道预处理方法中的处理***，其特征在于：包括连接水源地原水的原水管（1），原水管（1）管道连接生物预处理反应池（2），生物预处理反应池（2）底部设置有曝气***（3），生物预处理反应池（2）内放置生物填料（4），生物预处理反应池（2）管道连接调节混合池（7），调节混合池（7）内设有搅拌装置（8），生物预处理反应池（2）与调节混合池（7）之间的管道上设有第一电动阀门（6），生物预处理反应池（2）通过超越管（5）连接集水井（9），超越管（5）上设有第二电动阀门（12），集水井（9）内设有潜水泵（10），潜水泵（10）连接长距离输水管道反应器（11），潜水泵（10）可将集水井（9）内的水泵至长距离输水管道反应器（11）内，长距离输水管道反应器（11）连接进入水厂。