CN104030530B - 一种微污染饮用水水源原水强化预处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微污染饮用水水源原水强化预处理装置，所述装置为一体式装置，所述装置包括进水***、斜板式沉淀处理池、微纳米气浮增氧处理池、生物接触氧化处理池和人工介质吸附处理池。本发明中公开的微污染饮用水水源原水强化预处理装置无需添加混凝药剂，可加速不易去除的悬浮颗粒的沉淀，微纳米级气泡在起到气浮作用的同时，显著提高受处理水中的溶解氧含量，使好氧生物膜活性提高。整体装置可以模块化运行，具有成型时间短、净化效果好、应用范围广的特点，可用于微污染水体的强化预处理、饮用水源原水生态净化工程的预处理等方面。

Description

一种微污染饮用水水源原水强化预处理装置

技术领域

本发明涉及污水处理装置领域，具体涉及一种一体式微污染饮用水水源原水强化预处理装置。

背景技术

随着我国社会经济的发展，各地水污染事件呈现多发态势，许多河道型或湖库型水源地均出现了原水微污染问题，部分水质指标已不能达到《地面水环境质量标准》(GB3838-2002)中作为生活饮用水源水的水质要求。对微污染饮用水源原水进行预处理，初步去除水中的污染物质，可减轻常规处理或后续生态净化处理的负担，减少水厂的药剂投加量，从而起到改善和提高饮用水质的作用。

在污水的预处理技术领域，目前应用较为广泛的技术主要可分为物理处理、化学处理、生物处理。物理处理主要是通过曝气、拦截或改变水体水文条件等措施去除悬浮性颗粒物质；化学处理主要是通过投加絮凝或反应药剂，从而分离去除溶解性或胶体性的污染物质；生物处理主要是通过微生物的同化作用，吸收分解水体中的营养盐类或有机物。然而，微污染水体通常具有泥沙粒径较小且不易沉降、有机污染指标及营养类指标轻微超标、藻类含量较多等特点。传统的物理与化学方法操作与管理的要求较高，尤其是运行成本十分高昂，应用于微污染水体的预处理具有很大的局限性。

生物接触氧化法是近年来应用较为广泛的污水好氧生物处理方法，它是以附着在载体或填料上的大量好氧微生物为主，兼有活性污泥法和生物膜法的优点。然而微污染水体中不易沉降的细小泥沙颗粒与藻类极易附着在载体表面，从而严重影响载体挂膜的效果。另外，传统的生物接触氧化法中所需氧由鼓风曝气供给，较大的鼓风曝气气泡一方面易冲击生物膜而造成生物膜脱落，另一方面其溶氧效率低下，无法激发出好氧微生物的最佳净水效果。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种针对微污染饮用水水源原水的一体式强化预处理装置，以克服现有技术中净水效果不佳、装置操作和管理复杂以及处理污水成本较高的缺陷。

为了实现上述目的或者其他目的，本发明是通过以下技术方案实现的。

一种微污染饮用水水源原水强化预处理装置，其特征在于，所述装置为一体式装置，所述装置包括进水***、斜板式沉淀处理池、微纳米气浮增氧处理池、生物接触氧化处理池和人工介质吸附处理池；所述进水***与所述斜板式沉淀处理池侧底部相连，所述斜板式沉淀处理池的第一出水口与所述微纳米气浮增氧处理池的第一进水口连通，所述微纳米气浮增氧处理池的第二出水口与所述生物接触氧化处理池的第二进水口连通，所述生物接触氧化处理池的第三出水口与所述人工介质吸附处理池的第三进水口连通；所述第一出水口设在所述斜板式沉淀处理池的侧底部；所述第一进水口设在所述微纳米气浮增氧处理池的侧底部；所述第二出水口设在所述微纳米气浮增氧处理池的侧顶部；所述第二进水口设在所述生物接触氧化处理池的侧顶部。

优选地，所述进水***包括水泵装置和流量调节装置。

优选地，所述斜板式沉淀处理池设有与水平来水方向呈35°～45°夹角的多道斜板；所述斜板式沉淀处理池的底部设有与所述多道斜板投影面积等大的的沉淀室。

更优选地，所述多道斜板为平行的多道斜板。

优选地，所述斜板式沉淀处理池在所述多道斜板和所述第一出水口处之间设有固定于斜板式沉淀处理池底部且与水平来水方向垂直的第一挡板，所述第一挡板的顶部高于所述第一出水口顶部且低于所述多道斜板的顶部。

优选地，所述微纳米气浮增氧处理池包括微纳米气泡发生装置、气水混合槽、气浮分离槽和出水回流槽；所述气水混合槽、气浮分离槽和出水回流槽依次串联，且所述气水混合槽与所述气浮分离槽在侧顶部连通；所述气浮分离槽与所述出水回流槽在侧底部连通；所述微纳米气泡发生装置包括压力溶气装置、回流装置和微纳米气泡释放装置，且所述微纳米气泡释放装置位于所述气水混合槽的底部；所述回流装置设在所述出水回流槽的中部。

本发明中所述的微纳米气泡释放装置为现有技术。其中，所述的回流装置的出水口与压力溶气装置的进水口管道相连；所述压力溶气装置的出水口与所述微纳米气泡释放装置的进水口管道相连。所述压力溶气装置上还设有气泵，用于吸入空气。

更优选地，所述气水混合槽与所述气浮分离槽之间设有第三挡板；所述气浮分离槽和所述出水回流槽之间设有第四挡板。

本发明中所述的第一挡板，第二档板，第三挡板和第四挡板均垂直于水平来水方向。这些挡板用于将各处理装置分隔成连多个单元，并用于改变水流流向。

优选地，所述气水混合槽、气浮分离槽和出水回流槽的长度分别占所述微纳米气浮增氧处理池的总长度的10～15％、75～85％和5～10％。

优选地，所述气浮分离槽的上部设有滗水装置。

优选地，所述生物接触氧化处理池沿水平来水方向依次设有生物绳和碳素纤维。

优选地，所述生物绳与所述碳素纤维的总体积占所述生物接触氧化处理池体积80％以上，且所述生物绳与所述碳素纤维之间的体积比为2～4：1。

优选地，所述生物接触氧化处理池中设有挂架，所述的生物绳和所述碳素纤维的一端挂于所述挂架上，所述的生物绳和所述碳素纤维的另一端设有配重。

优选地，所述人工介质吸附处理池设有与水平方向垂直的多道透水性土工织物。

优选地，所述多道透水性土工织物为80～150目的聚乙烯纱网或100～200g/m²的聚丙烯无纺土工布。

优选地，所述微污染饮用水水源原水在斜板式沉淀处理池、微纳米气浮增氧处理池、生物接触氧化处理池和人工介质吸附处理池中停留时间分别为20～30min、10～20min，90～120min和5～10min。

本发明中公开的微污染饮用水水源原水强化预处理装置无需添加混凝药剂，可加速不易去除的悬浮颗粒的沉淀，微纳米级气泡在起到气浮作用的同时，显著提高受处理水中的溶解氧含量，使好氧生物膜活性提高。整体装置可以模块化运行，具有成型时间短、净化效果好、应用范围广的特点，可用于微污染水体的强化预处理、饮用水源原水生态净化工程的预处理等方面。各处理步骤具有以下功能和优点：

(1)斜板式沉淀处理池：

①通过减小沉淀距离，加速微污染饮用水源原水中较大悬浮颗粒的自然沉淀过程，从而缩短自然沉淀的水力停留时间，初步降低水体中悬浮物SS含量，提高气浮效率，降低气浮能耗；

②集中沉积于沉淀室的底泥便于统一收集清除。

(2)微纳米气浮增氧处理池：

①可产生直径在微纳米级别的气泡，气泡在水中停留时间变长，从而与悬浮物接触时间增加，气泡与悬浮物粘附效率大幅提高，可上升气浮带走微污染饮用水源原水中的密度与水接近的微小颗粒、藻类以及表面活性较大的可溶性有机物；

②与传统鼓风曝气相比，可增大空气与水体的接触面积与接触时间，在同等能耗的情况下具有更佳的氧转移效率，显著增加水体溶解氧含量；

③在不添加混凝药剂的情况下，剧烈的气水混合过程可使微污染饮用水源原水中的呈胶体状态的污染物质脱稳；

(3)生物接触氧化处理池：

不同物理形态的生物填料可为多种好氧微生物提供大面积附着表面，并可捕获水体中的微纳米级的气泡，增大氧向生物膜内转移的推动力和向生物膜内渗透深度，使生物膜活性提高，活性微生物量增多，提高COD、BOD的降解速率，同时去除氮磷等营养盐类。

(4)人工介质吸附处理单元池：垂直水流方向设置有多道透水性土工织物，可过滤填料上脱落的生物膜、藻类以及水中的其它悬浮颗粒，防止生物膜脱落造成水质异常，保障出水透明度。

附图说明

图1为本发明装置的工艺流程示意图；

图2为本发明装置的剖面结构示意图。

图1和图2中附图标记如下：

1为进水***；

11为水泵装置；

12为流量调节装置；

2为斜板式沉淀处理池；

21为多道斜板；

22为沉淀池；

23为第一挡板；

24为流态调节槽；

25为第二挡板；

3为微纳米气浮增氧处理池；

31为微纳米气泡发生装置；

32为气水混合槽；

33为气浮分离槽；

34为出水回流槽；

35为压力溶气装置；

36为回流装置；

37为微纳米气泡释放装置；

38为第三挡板；

39为第四挡板；

301为溶气水；

302为滗水装置；

303为第五挡板；

4为生物接触氧化处理池；

41为生物绳；

42为碳素纤维；

5为人工介质吸附处理池；

51透水性土工织物；

6为微污染饮用水水源原水。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

图1中方向为水流方向，如图1所示，本发明提供了一种一体式微污染饮用水源原水的强化预处理装置，使微污染饮用水水源原水6依次经过：进水***1、斜板式沉淀处理池2、微纳米气浮增氧池3、生物接触氧化处理池4、人工介质吸附处理池5。

所述微污染饮用水水源原水6在斜板式沉淀处理池2的停留时间为20～30分钟；所述微污染饮用水源原水6在微纳米气浮增氧处理池3的停留时间为10～20分钟；所述微污染饮用水水源原水6在生物接触氧化处理池4的停留时间为90～120分钟；所述微污染饮用水源原水6在人工介质吸附处理池5的停留时间为5～10分钟。微污染饮用水源原水6在各处理池的停留时间对净化效果有重要的影响。若水力停留时间过长，则在微纳米气浮增氧处理池3中产生的气泡量会降低，在生物接触氧化处理池4中营养物质的耗尽容易导致处理效果的恶化，进而影响装置整体的处理效果；若水力停留时间过短，则在斜板式沉淀处理池2中水体悬浮物质得不到充分沉淀，在微纳米气浮增氧处理池3中的气浮的效果不佳，在生物接触氧化处理池4中污染物质还不能接到充分的吸收分解，同样会导致处理效果变差。本发明将微污染饮用水源原水6在各处理池中水力停留时间控制在适中范围，整体处理效果较好。

如图2所示，发明提供一种微污染饮用水水源原水强化预处理装置，所述装置为一体式装置，所述装置包括进水***1、斜板式沉淀处理池2、微纳米气浮增氧处理池3、生物接触氧化处理池4和人工介质吸附处理池5；所述进水***1与所述斜板式沉淀处理池2侧底部相连，所述斜板式沉淀处理池2的第一出水口与所述微纳米气浮增氧处理池3的第一进水口连通，所述微纳米气浮增氧处理池3的第二出水口与所述生物接触氧化处理池4的第二进水口连通，所述生物接触氧化处理池4的第三出水口与所述人工介质吸附处理池5的第三进水口连通；所述第一出水口设在所述斜板式沉淀处理池2的侧底部；所述第一进水口设在所述微纳米气浮增氧处理池3的侧底部；所述第二出水口设在所述微纳米气浮增氧处理池3的侧顶部；所述第二进水口设在所述生物接触氧化处理池4的侧顶部。

具体地，所述进水***1包括水泵装置11和流量调节装置12。可以根据水质情况通过调节流量调节装置12调节进水量。

具体地，所述斜板式沉淀处理池2设有与水平来水方向呈35°夹角的多道斜板21；所述斜板式沉淀处理池2的底部设有与所述多道斜板21投影面积等大的沉淀室22。

更具体地，所述多道斜板21为平行的多道斜板。具体地，所述斜板式沉淀处理池在所述多道斜板21和所述第一出水口处之间设有固定于斜板式沉淀处理池底部且与水平来水方向垂直的第一挡板23，所述第一挡板23的顶部高于所述第一出水口顶部且低于所述多道斜板21的顶部。

具体地，所述第一挡板23将所述斜板式沉淀处理池隔出一个空腔，即为流态调节槽24。

来水通过多道斜板21之间的间隙流动过程中，不易被气浮分离的微小颗粒或经过脱稳的团聚体沉积在斜板21表面，并由重力作用滑落至底部沉淀室22内；出水自斜板式沉淀处理池2主槽末端的第一挡板23顶部溢流入流态调节槽24，并由流态调节槽24末端的第二挡板25下部进入微纳米气浮增氧处理池3。

具体地，所述微纳米气浮增氧处理池3包括微纳米气泡发生装置31、气水混合槽32、气浮分离槽33和出水回流槽34；所述气水混合槽32、气浮分离槽33和出水回流槽34依次串联，且所述气水混合槽32与所述气浮分离槽33在侧顶部连通；所述气浮分离槽33与所述出水回流槽34在侧底部连通；所述微纳米气泡发生装置31包括压力溶气装置35、回流装置36和微纳米气泡释放装置37，且所述微纳米气泡释放装置37位于所述气水混合槽32的底部；所述回流装置36设在所述出水回流槽34的中部。所述微纳米气泡释放装置37可产生直径在10～50μm的空气气泡的溶气水301。

更具体地，所述气水混合槽32与所述气浮分离槽33之间设有第三挡板38；所述气浮分离槽33和所述出水回流槽34之间设有第四挡板39。

具体地，所述气水混合槽32、气浮分离槽33和出水回流槽34的长度分别占所述微纳米气浮增氧处理池3的总长度的10％、80％和10％。

具体地，所述气浮分离槽33的上部设有滗水装置302。所述滗水装置302可使气浮处理中所产生的漂浮杂质通过溢流排出，从而去除微污染饮用水源原水6中的密度与水接近的微小颗粒、藻类以及表面活性较大的可溶性有机物。

所述回流装置36，可使部分水体重新回流至压力溶气装置35，与空气混合后产生溶气水301后，通过微纳米气泡释放装置37进入气水混合槽32。剩余水体经第五挡板303上部溢流至生物接触氧化处理池4。

具体地，所述生物接触氧化处理池4沿水平来水方向依次设有生物绳41和碳素纤维42。

具体地，所述生物接触氧化处理池4中还设有挂架，所述的生物绳41和所述碳素纤维42的一端挂于所述挂架上，所述的生物绳41和所述碳素纤维42的另一端设有配重。

具体地，所述生物绳41与所述碳素纤维42的总体积占所述生物接触氧化处理池4体积的80％，且所述生物绳41与所述碳素纤维42之间的体积比为3：1。生物绳41具有粗糙的外界面和巨大的表面积，可以轻易捕获水体中的微纳米级气泡27，为附着的好氧性微生物提供充分的氧气，使水中的有机物充分氧化；碳素纤维42能吸收、吸附、截留水中溶解态和悬浮污染物，经太阳光照射后发出的声波能够激发微生物的活性，进一步促进污染物的降解及转化。

好氧微生物在生物绳41、碳素纤维42表面大量生长繁殖而形成生物膜，在此步骤中溶气水301中的微纳米气泡被生物膜捕获，促进了以BOD、COD为主的有机污染物的去除，同时去除氮磷等营养盐类。

具体地，所述人工介质吸附处理池5设有与水平方向垂直的多道透水性土工织物51。

更具体地，多道透水性土工织物51为80～150目的聚乙烯纱网。出水透过多道透水性土工织物51后直接排放，在此步骤中可过滤填料上脱落的生物膜、藻类以及水中的其它悬浮颗粒。

使用本发明装置处理微污染原水水量为192吨/天，原水的水质见表1，将上述水体由进水***1的水泵装置11打入装置中，进水负荷通过流量调节装置调整为8m³/h；装置的水深约为1m，斜板式沉淀处理池、微纳米气浮增氧处理池、生物接触氧化处理池、人工介质吸附处理池的容积分别约为3m³、2m³、12m³以及1m³；原水在斜板式沉淀处理池、微纳米气浮增氧处理池、生物接触氧化处理池、人工介质吸附处理池的水力停留时间分别约为22分钟、15分钟、90分钟以及8分钟。经处理后的水质见表1。

表1

从表1可以看出，经过本发明装置的强化预处理，微污染原水水质的主要污染指标逐步改善。SS指标有显著的去除，根据国家标准GB3838-2002《地表水环境质量标准》有关限值，原水的TN、COD_Mn指标由IV类提升为III类、TP指标由河道IV类提升为河道II类、NH₃-N指标由III类水提升为I类，DO由IV类提升为II类。整体水质的提升可减轻后续常规处理或生态净化处理的负担，减少水厂的药剂投加量，从而起到了改善和提高饮用水质的作用。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种微污染饮用水水源原水强化预处理装置，其特征在于，所述装置为一体式装置，所述装置包括进水***(1)、斜板式沉淀处理池(2)、微纳米气浮增氧处理池(3)、生物接触氧化处理池(4)和人工介质吸附处理池(5)；所述进水***(1)与所述斜板式沉淀处理池(2)侧底部相连，所述斜板式沉淀处理池(2)的第一出水口与所述微纳米气浮增氧处理池(3)的第一进水口连通，所述微纳米气浮增氧处理池(3)的第二出水口与所述生物接触氧化处理池(4)的第二进水口连通，所述生物接触氧化处理池(4)的第三出水口与所述人工介质吸附处理池(5)的第三进水口连通；所述第一出水口设在所述斜板式沉淀处理池(2)的侧底部；所述第一进水口设在所述微纳米气浮增氧处理池(3)的侧底部；所述第二出水口设在所述微纳米气浮增氧处理池(3)的侧顶部；所述第二进水口设在所述生物接触氧化处理池(4)的侧顶部；所述斜板式沉淀处理池(2)设有与水平来水方向呈35°～45°夹角的多道斜板(21)，所述斜板式沉淀处理池(2)的底部设有与所述多道斜板(21)投影面积等大的沉淀室(22)；所述斜板式沉淀处理池在所述多道斜板(21)和所述第一出水口处之间设有固定于斜板式沉淀处理池底部且与水平来水方向垂直的第一挡板(23)，所述第一挡板(23)的顶部高于所述第一出水口顶部且低于所述多道斜板(21)的顶部；所述微纳米气浮增氧处理池(3)包括微纳米气泡发生装置(31)、气水混合槽(32)、气浮分离槽(33)和出水回流槽(34)；所述气水混合槽(32)、气浮分离槽(33)和出水回流槽(34)依次串联，且所述气水混合槽(32)与所述气浮分离槽(33)在侧顶部连通；所述气浮分离槽(33)与所述出水回流槽(34)在侧底部连通；所述微纳米气泡发生装置(31)包括压力溶气装置(35)、回流装置(36)和微纳米气泡释放装置(37)，且所述微纳米气泡释放装置(37)位于所述气水混合槽(32)的底部；所述回流装置(36)设在所述出水回流槽(34)的中部；所述人工介质吸附处理池(5)设有与水平来水方向垂直的多道透水性土工织物(51)。

2.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述进水***(1)包括水泵装置(11)和流量调节装置(12)。

3.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述气水混合槽(32)、气浮分离槽(33)和出水回流槽(34)的长度分别占所述微纳米气浮增氧处理池(3)的总长度的10～15％、75～85％和5～10％。

4.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述气浮分离槽(33)的上部设有滗水装置(302)。

5.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述生物接触氧化处理池(4)沿水平来水方向依次设有生物绳(41)和碳素纤维(42)。

6.如权利要求5所述装置，其特征在于，所述生物绳(41)与所述碳素纤维(42)的总体积占所述生物接触氧化处理池(4)体积的80％以上，且所述生物绳(41)与所述碳素纤维(42)之间的体积比为2～4：1。