CN110078262A - 一种去除复合污染地表水中痕量抗生素的一体化反应器及其去除方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种去除复合污染地表水中痕量抗生素的一体化反应器及其去除方法，反应器包括依次连接的进料泵、第一常规絮凝池、第二常规絮凝池、载体絮凝混合池、载体絮凝反应池、斜板沉降池、超滤池；第一常规絮凝池、第二常规絮凝池、载体絮凝混合池、载体絮凝反应池、斜板沉降池、超滤池底部均设置有排泥管；各个排泥管通过污泥循环泵与水力旋流器连接；水力旋流器位于载体絮凝混合池上方。本发明反应器将常规絮凝、载体絮凝、斜板沉降和超滤膜过滤等结合，通过不同装置艺间的协同作用实现了复合污染地表水中痕量抗生素的去除，同时保证了常规污染物的去除；整个反应器占地面积小，运行成本低廉且自动化程度高，运行管理方便。
Description
技术领域
本发明属于环境污染治理，具体涉及一种去除复合污染地表水中痕量抗生素的一体化反应器及其去除方法。
背景技术
近年来，由于人类医疗和畜禽养殖行业对抗生素的滥用，经使用后的抗生素以母体或者代谢产物的形式直接或者间接进入环境，对人体健康和生态环境造成潜在威胁。抗生素的环境残留加速了细菌耐药性的发展与传播，已成为全球性环境健康问题。
从本质上讲，微滤和超滤技术并不属于复合污染地表水的深度处理技术；虽然纳滤或反渗透可以大幅度提高有机物的去除能力，但其具有运营成本太高、运行管理复杂以及产水率低等问题，因而很少使用；并且由于抗生素在天然地表水中一般以痕量浓度存在(ng/L-μg/L)，常规水处理工艺对其脱除非常困难。因而，迫切需要开发一种投资和运行成本低、运行管理简单的复合污染地表水处理技术；许多研究人员提出了以超滤为核心的短流程处理工艺，即将混凝与超滤结合，利用混凝的吸附、卷扫等作用将溶解性有机物转化为颗粒态有机物，这可以有效提高超滤工艺对溶解性大分子有机物的去除能力。采用该方法进行处理，出水浊度往往在0.1NTU以下。但是，这种方法对于小分子量的痕量有机物的去除能力有限。
发明内容
发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种去除复合污染地表水中痕量抗生素的一体化反应器。本发明的反应器是一种耦合常规絮凝-载体絮凝-斜板沉降-超滤过程的以实现去除复合污染的地表水中痕量抗生素为目标的一体化反应器。本发明首先利用常规絮凝将复合污染地表水中的大部分常规污染物(悬浮颗粒和腐殖酸等)去除；接着选取膨润土或蒙脱土为载体，选取一种氨基酸改性的壳聚糖基絮凝剂或pH、温度双重敏感性壳聚糖絮凝剂为助凝剂，利用载体絮凝去除大部分的痕量抗生素与剩余的常规污染物；利用斜板沉降和超滤膜过滤作用进一步去除水体中的常规污染物和抗生素等物质，从而提升水质。
本发明还提供一种去除复合污染的地表水中痕量抗生素的方法，该方法性能高效、经济可行、运行维护简单且在工程改造中易于实现。
技术方案：为了实现上述目的，如本发明所述的一种去除复合污染地表水中痕量抗生素的一体化反应器，包括依次连接的进料泵、第一常规絮凝池、第二常规絮凝池、载体絮凝混合池、载体絮凝反应池、斜板沉降池、超滤池；所述第一常规絮凝池上方设置有无机絮凝剂储槽，第二常规絮凝池上方设置有有机絮凝剂储槽，载体絮凝反应池上方设置有助凝剂储槽；所述第一常规絮凝池、第二常规絮凝池、载体絮凝混合池、载体絮凝反应池中均安装有机械搅拌器；所述第一常规絮凝池、第二常规絮凝池、载体絮凝混合池、载体絮凝反应池、斜板沉降池、超滤池底部均设置有排泥管；各个排泥管通过污泥循环泵与水力旋流器连接；水力旋流器位于载体絮凝混合池上方。
本发明中通常情况下第一常规絮凝池上方设置有无机絮凝剂储槽，第二常规絮凝池上方设置有有机絮凝剂储槽，载体絮凝反应池上方设置有助凝剂储槽；其中，无机絮凝剂储槽、有机絮凝剂储槽、有助凝剂储槽也可以不设置在正上方，最终都是通过投加泵将絮凝剂和助凝剂注入，储槽的位置不唯一；而水力旋流器主要将载体和杂质分离开来，然后回收一部分载体，回收之后直接投入载体絮凝混合池。刚开始运行的时候，在初始化阶段，是通过人工投加载体初始化，后续就是回收部分絮体作为载体。
作为优选，所述第一常规絮凝池与第二常规絮凝池下端相通，所述第二常规絮凝池与载体絮凝混合池上端相通载体絮凝混合池的液位面低于第二常规絮凝池，水以溢流的方式进入载体絮凝混合池，所述载体絮凝混合池与载体絮凝反应池下端相通，所述载体絮凝反应池、斜板沉降池、超滤池的上端相通，水以溢流的方式从载体絮凝反应池进入斜板沉降池，再溢流进入超滤池。上述各部件之间通过隔板相隔，水从前一个部件的下端流入下一个部件或者从上端以溢流的方式进入下一个部件。
进一步地，所述超滤池内设置有超滤膜组件，超滤膜组件下方设有鼓泡器。
作为优选，所述超滤膜组件为浸没式膜组件，组件形式为中空纤维膜，其超滤膜的材质是聚偏氟乙烯；超滤膜的孔径范围为0.1～0.2μm之间，超滤膜的膜通量为20～50L/m2·h。
其中，所述超滤池上方安装有出水管，所述出水管分别与真空表和抽吸泵相连接。
进一步地，所述鼓泡器通过曝气管路与空气压缩机连接。
本发明所述去除复合污染地表水中痕量抗生素的方法，包括如下步骤：
(1)由进料泵向第一常规絮凝池中注入受抗生素污染的地表水，与此同时通过投加泵将无机絮凝剂储槽中的无机絮凝剂投入其中，并启动机械搅拌器，在机械搅拌的作用下使水体与无机絮凝剂均匀混合并发生絮凝作用；
(2)复合污染地表水进入第二常规絮凝池，当复合污染地表水进入第二常规絮凝池时，通过投加泵将有机絮凝剂储槽中的有机絮凝剂投入第二常规絮凝池，并启动机械搅拌器，在机械搅拌的作用下使有机絮凝剂与复合污染地表水充分作用；
(3)复合污染地表水进入载体絮凝混合池，此时向载体絮凝混合池中投加载体，并启动机械搅拌器，使载体与复合污染地表水充分作用；
(4)复合污染地表水进入载体絮凝反应池，通过助凝剂储槽向载体絮凝反应池中投加助凝剂，并启动机械搅拌器，使助凝剂与复合污染地表水充分发挥载体絮凝作用；
(5)经载体絮凝作用后复合污染地表水溢流至斜板沉降池，最终经斜板沉降池作用后的水溢流至超滤池，超滤池超滤后的水在抽吸泵的抽吸作用下排出整个反应器；
(6)第一常规絮凝池、第二常规絮凝池、载体絮凝混合池、载体絮凝反应池、斜板沉降池、超滤池中的污泥通过排泥管经污泥循环泵泵入水力旋流器进行分离，并回收载体。
其中，所述无机絮凝剂为明矾或聚合氯化铝；所述有机絮凝剂为聚丙烯酰胺；所述载体可以是膨润土或蒙脱土；所述助凝剂为氨基酸改性的壳聚糖基絮凝剂或pH、温度双重敏感性壳聚糖絮凝剂。
进一步地，步骤(5)所述超滤池超滤后的水排出整个反应器为超滤池中的水通过抽吸泵的抽吸作用排出反应器；在水进入超滤池时，通过空气压缩机向水中泵入空气由鼓泡器曝气，并利用空气剪切作用擦洗超滤膜丝表面附着物。
作为优选，步骤(5)所述斜板沉降池的水力停留时间为20～40min；复合污染地表水流经超滤池的水力停留时间为20～60min；所述由鼓泡器曝气的气水比5：1～150：1，即超滤膜过滤单元区域中的气水比5：1～150：1。
本发明的一体化反应器中，所述第一常规絮凝混合池与所述的第二常规絮凝反应池的主要作用是去除复合污染地表水中的常规污染物(悬浮颗粒、腐殖质等)，其中投加的无机絮凝剂为明矾或聚合氯化铝，第一常规絮凝池中的明矾或聚合氯化铝的投加量为10～20ppm(投加后终浓度，下同)，第二常规絮凝池中的有机絮凝剂(聚丙烯酰胺)的投加量为40～60ppm；且第一常规絮凝池中搅拌器的搅拌速率为150～250r/min，第二常规絮凝池中搅拌器的搅拌速率为20～80r/min。
本发明的一体化反应器中，所述载体絮凝混合池与载体絮凝反应池的主要作用是去除大部分痕量抗生素和剩余的常规污染物，所述的载体可以是膨润土也可以是蒙脱土，载体絮凝混合池中的载体投加量为0.05～0.3ppm，通过机械搅拌促使初始絮体包裹载体，并使地表水中的悬浮颗粒形成带有载体的粗大化絮体，对应的机械搅拌速率为20～80r/min；所述的助凝剂为一种氨基酸改性的壳聚糖基絮凝剂(ZL201610097336.3)或pH、温度双重敏感性壳聚糖絮凝剂(ZL201510140315.0)，且载体絮凝反应池中助凝剂的投加量为10～20ppm，对应的机械搅拌器的搅拌速率为20～80r/min。
本发明的一体化反应器中，所述斜板沉降池和超滤池的主要作用是去除剩余的痕量抗生素和其他污染物。所述斜板沉降池的水力停留时间为20～40min，斜板沉降池用于分离来自于所述的载体絮凝反应池处理后的地表水中的水与矾花颗粒；水在超滤池的膜过滤区的水力停留时间为20～60min超滤池进一步去除未沉降的常规污染物和复合污染地表水中的痕量抗生素，主要去除的是痕量抗生素；斜板沉降池的出水流经超滤膜组件是通过抽吸泵的抽吸作用得以完成的。超滤膜组件的上方安装有出水管，在所述的出水管上安装有抽吸泵，在抽吸泵的作用下，超滤池中的水从膜外侧进入内侧，并最终经出水管流出；抽吸泵在超滤膜组件上形成的负压，通过真空表控制在10kPa～60kPa之间。
为保证膜通量，在装置运行过程中需定时的对超滤膜进行反冲洗，反冲洗水为经超滤膜组件处理后的出水。在反冲洗泵的作用下，反冲洗水由膜的内侧向外侧流出，附着在膜表面的污染物得以从膜表面脱离。
本发明的一体化反应器中超滤膜组件下方设有鼓泡器，通过空气压缩机向水中泵入空气，并利用空气剪切作用擦洗超滤膜丝表面附着物。曝气装置可以是穿孔曝气管或曝气头等。
本发明的各反应池底部以及超滤膜组件的下方皆设有排泥管。水中密度较大的颗粒物、絮体等杂质在重力作用下进入排泥管，并通过污泥循环泵泵入水力旋流器中，水力旋流器通过离心力的作用将载体沉降分离下来，并将回收的载体重新投入载体絮凝混合池中使用，经水力旋流器作用后除载体以外的部分排出；排泥周期可以是12～48小时。
本发明通过耦合常规絮凝单元、载体絮凝单元、斜板沉降单元和超滤膜过滤单元，构建一种一体化反应器，并选用氨基酸改性的壳聚糖基絮凝剂、或pH、温度双重敏感性壳聚糖絮凝剂作为助凝剂，以膨润土或蒙脱土作为载体，大大提高了复合污染地表水中痕量抗生素的去除效率。
本发明首先利用常规絮凝将复合污染地表水中的大部分常规污染物(悬浮颗粒和腐殖质等)去除；接着选取膨润土或蒙脱土为载体，选取一种氨基酸改性的壳聚糖基絮凝剂或pH、温度双重敏感性壳聚糖絮凝剂为助凝剂，利用载体絮凝去除大部分的痕量抗生素与剩余的常规污染物；利用斜板沉降和超滤膜过滤作用进一步去除水体中的剩余常规污染物和抗生素等物质，从而提升水质。利用水力旋流器将由反应器排出的污泥中的载体回收并循环使用，从而在一定程度上减少载体的使用量。利用曝气装置向水中提供空气，并利用空气剪切作用擦洗超滤膜丝表面附着物。脱落的污泥在重力的作用下进入排泥管，并通过污泥循环泵泵入水力旋流器进行分离。
本发明实现复合污染地表水中痕量抗生素去除的方法：由进料泵向所述的第一常规絮凝池中注入受抗生素污染的地表水，与此同时，向其中投加无机絮凝剂，在搅拌器的作用下，水体与无机絮凝剂均匀混合并发生絮凝作用，之后经第一常规絮凝池下端进入第二常规絮凝池，当复合污染地表水进入第二常规絮凝池时，向第二常规絮凝池中投加有机絮凝剂，并启动搅拌器，使有机絮凝剂与复合污染地表水充分作用，之后复合污染地表水进入载体絮凝单元，经载体絮凝作用后溢流至斜板沉降池，最终经斜板沉降池作用后的水溢流至安装有超滤膜组件的超滤池，此时，由曝气装置向水中提供压缩空气进行曝气，经处理后的水通过与安装在超滤膜组件上方的出水管相连接的抽吸泵的抽吸流出反应器。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明的去除复合污染地表水中痕量抗生素的一体化反应器将常规絮凝、载体絮凝、斜板沉降和超滤膜过滤等结合，通过不同反应器工艺间的协同作用，在保证常规污染物如悬浮颗粒和腐殖质的去除的同时，还实现了现有常规技术较难实现的去除复合污染地表水中痕量抗生素的目的，充分保证了出水水质安全。
2、本发明的整个反应器轻质、占地面积小，运行成本低廉且自动化程度高，运行管理方便。
3、本发明的反应器具有载体循环装置，一定程度上减少了载体的使用量，实现了以废治废，削减了产泥量，并提高了效率。
4、利用本发明的反应器去除复合污染地表水中痕量抗生素的方法具有性能高效、经济可行、运行维护简单且在工程改造中易于实现的优势，充分保证了出水的微生物安全性。
5、本发明的反应器可有效控制膜污染，延长了超滤膜的使用寿命，进一步降低运行成本。
6、本发明的反应器的处理量易于扩大，可根据实际处理需求灵活选用。
7、本发明的反应器易于实现车载，便于移动灵活使用及水质应急处理使用。
附图说明
图1为本发明的去除复合污染地表水中痕量抗生素的一体化反应器结构示意图。
图1中标号对应的元件为：1-进料泵；2-机械搅拌器；3-无机絮凝剂储槽；4-有机絮凝剂储槽；5-助凝剂储槽；6-第一常规絮凝池；7-第二常规絮凝池；8-载体絮凝混合池；9-载体絮凝反应池；10-排泥管；11-斜板沉降池；12-超滤池；13-絮凝池排泥阀；14-斜板沉降池排泥阀；15-超滤池排泥阀；16-空气阀；17-出水/反冲洗阀；18-絮凝剂进料阀；19-进水阀；20-絮凝剂投加泵；21-抽吸/反冲洗泵；22-污泥循环泵；23-鼓泡器；24-超滤膜组件；25-空气压缩机；26-曝气管路；27-真空表；28-水力旋流器；、29-出水管，图中各个池上方的横线为液位线。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，一种去除复合污染地表水中痕量抗生素的一体化反应器，包括依次连接的进料泵1、第一常规絮凝池6、第二常规絮凝池7、载体絮凝混合池8、载体絮凝反应池9、斜板沉降池11、超滤池12；第一常规絮凝池6与第二常规絮凝池7下端相通，第二常规絮凝池7与载体絮凝混合池8上端相通，水以溢流的方式进入载体絮凝混合池8，载体絮凝混合池8与载体絮凝反应池9下端相通，载体絮凝反应池9与斜板沉降池11上端相通，斜板沉降池11与超滤池12上端相通；载体絮凝反应池9的水以溢流的方式进入斜板沉降池11，斜板沉降池11中的水同样以溢流的方式进入超滤池12。
第一常规絮凝池6上方设置有无机絮凝剂储槽3，第二常规絮凝池7上方设置有有机絮凝剂储槽4，载体絮凝反应池9上方设置有助凝剂储槽5；第一常规絮凝池6、第二常规絮凝池7、载体絮凝混合池8、载体絮凝反应池9中均安装有机械搅拌器2；第一常规絮凝池6、第二常规絮凝池7、载体絮凝混合池8、载体絮凝反应池9、斜板沉降池11、超滤池12底部均设置有排泥管10；各个排泥管10通过污泥循环泵22与水力旋流器28连接，在污泥循环泵22的作用下将污泥泵入水力旋流器28中进行分离；水力旋流器28位于载体絮凝混合池8上方。
超滤池12内设置有超滤膜组件24，超滤膜组件24下方设有鼓泡器23；超滤膜组件24为浸没式膜组件，组件形式为中空纤维膜，其超滤膜的材质是聚偏氟乙烯；超滤膜的孔径范围为0.01～0.2μm之间，超滤膜的膜通量为20～50L/m2·h。超滤池12上方安装有出水管29，出水管29分别与真空表27和抽吸泵21相连接，水通过抽吸泵21的抽吸作用排出反应器；鼓泡器23通过曝气管路26与空气压缩机25连接，曝气管路26可以是穿孔曝气管或曝气头等。
整个反应器中的进料泵1连接进水阀19控制进料；第一常规絮凝池6、第二常规絮凝池7、载体絮凝混合池8、载体絮凝反应池9的排污管10与污泥循环泵22之间均设置有絮凝池排泥阀13，斜板沉降池11与污泥循环泵22之间设置有斜板沉降池排泥阀14，超滤池12与污泥循环泵22之间设置有超滤池排泥阀15用于控制污泥排放；曝气管路26与空气压缩机25之间设置有空气阀16用于控制空气进入；出水管29分别与抽吸泵21之间设置有出水/反冲洗阀17；第一常规絮凝池6与无机絮凝剂储槽3之间，第二常规絮凝池7与有机絮凝剂储槽4之间，载体絮凝反应池9与有助凝剂储槽5之间均设置有絮凝剂进料阀18和絮凝剂投加泵20用于控制絮凝剂的加入。
实施例2
建立实施例1的一体化反应器进行复合污染地表水中痕量抗生素的去除方法为：通过进料泵1向第一常规絮凝池6注入复合污染地表水，进水流量为11.1ml/min，与此同时，打开絮凝剂进料阀18使用絮凝剂投加泵20将无机絮凝剂储槽3中的明矾注入第一絮凝池6，明矾的投加量为10ppm，并启动机械搅拌器2，搅拌器的转速为200r/min，使复合污染地表水与明矾充分混合并发生絮凝作用，经第一常规絮凝池6处理后的地表水从两池下端的连通处流入第二常规絮凝池7，在地表水流入的同时打开絮凝剂进料阀18使用絮凝剂投加泵20通过有机絮凝剂储槽4向第二常规絮凝池7中投加聚丙烯酰胺，投加量为50ppm，并在机械搅拌器2的作用下使聚丙烯酰胺与地表水充分作用，此时搅拌器的搅拌速度为50r/min，之后地表水由第二常规絮凝池7溢流至载体絮凝混合池8，向絮凝混合池8中投加载体，并启动机械搅拌器2，对应搅拌器的搅拌速率为60rpm，使载体与复合污染地表水充分作用；载体絮凝混合池8中的载体主要来源于两个方面，一部分来源于经水力旋流器28回收而产生的载体，另一部分则是新补充的载体，且投加的载体为蒙脱土，投加量为0.2ppm；之后地表水由进入载体絮凝反应池9，打开絮凝剂进料阀18使用絮凝剂投加泵20通过助凝剂储槽5向载体絮凝反应池9中投加助凝剂pH、温度双重敏感性壳聚糖絮凝剂，对应的投加量为10ppm，并启动机械搅拌器2，对应搅拌器的搅拌速率为60rpm,使助凝剂与复合污染地表水充分载体絮凝作用；随后经载体絮凝反应池9作用后的废水溢流至斜板沉降池11，复合污染地表水在斜板沉降池11中的停留时间为20分钟，最终经斜板沉降池11作用后的水溢流至安装有超滤膜组件的超滤池12，超滤池12中的水通过抽吸泵的抽吸作用排出反应器；在水进入超滤池12时，在水进入超滤池12时，通过空气压缩机25向水中泵入空气由鼓泡器23曝气，并利用空气剪切作用擦洗超滤膜丝表面附着物，水在装有中空纤维膜的超滤膜过滤区域中的水力停留时间为30分钟；采用的中空纤维膜为浸没式膜组件，且超滤膜材质为聚偏氟乙烯；超滤膜的孔径为0.1μm，超滤膜的膜通量为30L/m2·h。
去除复合污染地表水中痕量抗生素的方法，复合污染地表水首先流经第一常规絮凝池6和第二常规絮凝池7，通过絮凝过程去除复合污染地表水中的大部分悬浮颗粒和腐殖质等常规污染物和少量的抗生素，接着经载体絮凝单元载体絮凝混合池8和载体絮凝反应池9除去复合污染地表水中大部分的痕量抗生素和剩余的常规污染物，打开出水/反冲洗阀17通过抽吸泵21的抽吸作用使得超滤池12中的复合污染地表水从膜外侧进入内侧，并最终流经所述的超滤膜过滤单元，超滤池中的水从膜外侧进入内侧，并最终经出水管流出；抽吸泵在超滤膜组件上形成的负压，通过真空表27控制在10kPa。
超滤膜组24反冲洗周期30分钟，保证膜可以一直，延长膜的寿命，打开空气阀16通过空气压缩机25往水中泵入压缩空气，超滤膜过滤单元区域中的气水比是5：1。打开絮凝池排泥阀13、斜板沉降池排泥阀14、超滤池排泥15以及反应器各个槽中排泥管10，并通过排泥管将泥排出，并经污泥循环泵22泵入水力旋流器28中进行分离，排泥周期为36小时。
本实施例待处理水中磺胺吡啶的浓度为10μg/L，浊度为25NTU，UV254为0.35，采用上述方法进行处理，出水中抗生素浓度为0.4μg/L，去除率高达95.5％，出水浊度为0.25NTU,去除率高达99％，UV254为0.003，去除率高达99.1％，具体各阶段的出水情况见表一。
实施例3
建立实施例1的一体化反应器进行复合污染地表水中痕量抗生素的去除方法为：通过进料泵1向所述的第一常规絮凝池6注入复合污染地表水，进水流量为8.33ml/min，与此同时，打开絮凝剂进料阀18使用絮凝剂投加泵20将无机絮凝剂储槽3中的明矾注入第一絮凝池，明矾的投加量为15ppm，并启动机械搅拌器2，搅拌器的搅拌速度为180r/min，使复合污染地表水与明矾充分混合并发生絮凝作用，经第一常规絮凝池6处理后的地表水从两池下端的连通处流入第二常规絮凝池7，在地表水流入的同时打开絮凝剂进料阀18使用絮凝剂投加泵20通过有机絮凝剂储槽4向第二常规絮凝池7中投加聚丙烯酰胺，投加量为40ppm，并在搅拌器的作用下使聚丙烯酰胺与地表水充分作用，搅拌器的搅拌速度为40r/min，之后地表水由第二常规絮凝池7溢流至载体絮凝混合池8，向载体絮凝混合池8中投加载体，并启动机械搅拌器2，对应的机械搅拌器的搅拌速率为50rpm，使载体与复合污染地表水充分作用；载体絮凝混合池8中的载体主要来源于两个方面，一部分来源于经水力旋流器28回收而产生的载体，另一部分则是新补充的载体，且投加的载体为膨润土，投加量为0.1ppm；之后地表水进入载体絮凝反应池9，打开絮凝剂进料阀18并使用絮凝剂投加泵20通过助凝剂储槽5向载体絮凝反应池中投加助凝剂氨基酸改性的壳聚糖基絮凝剂ZL201610097336.3，对应的投加量为15ppm；并启动机械搅拌器，对应的搅拌速率为50rpm，使助凝剂与复合污染地表水充分发挥载体絮凝作用；随后经载体絮凝单元作用后的废水溢流至斜板沉降池11，复合污染地表水在斜板沉降池中的停留时间为30分钟，最终经斜板沉降池11作用后的水溢流至安装有超滤膜组件的超滤池12，超滤膜池12中的水通过抽吸泵的抽吸作用排出反应器；在水进入超滤膜池12时，通过空气压缩机25向水中泵入空气，并利用空气剪切作用擦洗超滤膜丝表面附着物，水在装有所述的中空纤维膜的超滤膜过滤区域中的水力停留时间为40分钟；采用的中空纤维膜为浸没式膜组件，且超滤膜材质为聚偏氟乙烯；超滤膜的孔径为0.2μm，超滤膜的膜通量为50L/m2·h。
上述去除复合污染废水中抗生素的方法，首先经过第一常规絮凝池6和第二常规絮凝池7，通过絮凝过程去除复合污染地表水中的大部分悬浮颗粒和腐殖酸等常规污染物和少量的抗生素，接着经载体絮凝单元载体絮凝混合池8和载体絮凝反应池9除去复合污染地表水中大部分的痕量抗生素和剩余的常规污染物，打开出水/反冲洗阀17通过抽吸泵21的抽吸作用使得超滤槽中的废水从膜外侧进入内侧，并最终流经所述的超滤膜过滤单元，超滤池中的水从膜外侧进入内侧，并最终经出水管流出；抽吸泵在超滤膜组件上形成的负压，通过真空表27控制在30kPa
超滤膜组件反冲洗周期30分钟。打开空气阀16通过空气压缩机25往水中泵入压缩空气，所述的超滤膜过滤单元区域中的气水比范围是15：1。打开絮凝池排泥阀13、斜板沉降池排泥阀14、超滤池排泥阀15，反应器各个槽中的污泥通过排泥管排出，并经污泥循环泵泵入水力旋流器中进行分离，排泥周期为48小时。
待处理水中诺氟沙星的浓度为12μg/L，浊度为23NTU，UV254为0.31，采用上述方法进行处理，出水中抗生素浓度为0.3μg/L，去除率高达92％，出水浊度为0.2NTU,去除率高达99.1％，UV254为0.003，去除率高达99.％，具体各阶段的出水情况见表二。
实施例4
建立实施例1的一体化反应器进行复合污染地表水中痕量抗生素的去除方法为：通过进料泵1向所述的第一常规絮凝池6注入废水，进水流量为16.6ml/min，与此同时，打开絮凝剂进料阀18使用絮凝剂投加泵20将无机絮凝剂储槽3中的聚合氯化铝注入第一常规絮凝池，聚合氯化铝的投加量为20ppm，并启动机械搅拌器2，搅拌器的转速为160r/min，使复合污染地表水与聚合氯化铝充分混合并发生絮凝作用，经第一常规絮凝池6处理后的地表水从两池下端的连通处流入第二常规絮凝池7，在地表水流入的同时打开絮凝剂进料阀18使用絮凝剂投加泵20通过有机絮凝剂储槽向第二常规絮凝池7中投加聚丙烯酰胺，投加量为60ppm，并在搅拌器的作用下使聚丙烯酰胺与地表水充分作用，此时对应的搅拌器的转速为30r/min，之后地表水由第二常规絮凝池7溢流至载体絮凝混合池8，向载体絮凝混合池8中投加载体，并启动机械搅拌器2，对应搅拌器的搅拌速率为40rpm，使助凝剂与复合污染地表水充分发生载体絮凝作用，载体絮凝混合池8中的载体主要来源于两个方面，一部分来源于经水力旋流器28回收而产生的载体，另一部分则是新补充的载体，且投加的载体为膨润土，投加量为0.25ppm，之后地表水载体絮凝反应池9，打开絮凝剂进料泵18使用絮凝剂投加泵20通过助凝剂储槽5向载体絮凝反应池9中投加助凝剂pH、温度双重敏感性壳聚糖絮凝剂ZL201510140315.0，对应的投加量为18ppm，并启动机械搅拌器2，对应搅拌器的搅拌速率为40rpm，使助凝剂与复合污染地表水充分发挥载体絮凝作用，随后经载体絮凝反应池9作用后的废水溢流至斜板沉降池11，复合污染地表水在斜板沉降池中的停留时间为40分钟，最终经斜板沉降池11作用后的水溢流至安装有超滤膜组件的超滤池12，超滤膜池12中的水通过抽吸泵的抽吸作用排出反应器；在水进入超滤膜池12时，通过空气压缩机25向水中泵入空气，并利用空气剪切作用擦洗超滤膜丝表面附着物，水在装有所述的中空纤维膜的超滤膜过滤区域中的水力停留时间为60分钟；采用的中空纤维膜为浸没式膜组件，且超滤膜材质为聚偏氟乙烯；超滤膜的孔径为0.15μm，超滤膜的膜通量为20L/m2·h。
上述去除复合污染废水中抗生素的方法，复合污染地表水首先经过第一常规絮凝池6和第二常规絮凝池7，通过絮凝过程去除复合污染地表水中的大部分悬浮颗粒和腐殖质等常规污染物和少量的抗生素，接着经载体絮凝单元载体絮凝混合池8和载体絮凝反应池9除去复合污染地表水中大部分的痕量抗生素和剩余的常规污染物，打开出水/反冲洗阀17，通过抽吸泵的抽吸作用使得超滤槽中的复合污染地表水从膜外侧进入内侧，并最终流经所述的超滤膜过滤单元，超滤池中的水从膜外侧进入内侧，并最终经出水管流出；抽吸泵在超滤膜组件上形成的负压，通过真空表27控制在50kPa。
超滤膜组件反冲洗周期30分钟，打开空气阀16通过空气压缩机往水中泵入压缩空气，所述的超滤膜过滤单元区域中的气水比范围是60：1。打开絮凝池排泥阀13、斜板沉降池排泥阀14、超滤池排泥阀15以及各个槽中的排泥管10，将污泥通过排泥管排出，并经污泥循环泵泵入水力旋流器中进行分离，排泥周期为24小时。
待处理水中泰乐菌素的浓度为9μg/L，浊度为22NTU，UV254为0.40，采用上述方法进行处理，出水中抗生素浓度为0.2μg/L，去除率高达97％，出水浊度为0.2NTU,去除率高达99.1％，UV254为0.001，去除率高达99.8％，具体各阶段的出水情况见表三。
实施例5
建立如实施例1的用于去除复合污染地表水中抗生素的一体化反应器。利用上述一体化反应器进行复合污染地表水中抗生素的去除方法为：
通过进料泵1向所述的第一常规絮凝池6注入复合污染地表水，进水流量为12.5ml/min，与此同时，打开絮凝剂进料泵18使用絮凝剂投加泵20将无机絮凝剂储槽3中的聚合氯化铝注入第一絮凝池6，聚合氯化铝的投加量为16ppm，并启动机械搅拌器2，搅拌速度为170r/min，使复合污染地表水与聚合氯化铝充分混合并发生絮凝作用，经第一常规絮凝池6处理后的地表水从两池下端的连通处流入第二常规絮凝池7，在地表水流入的同时打开絮凝剂进料泵18使用絮凝剂投加泵20通过有机絮凝剂储槽4向第二常规絮凝池7中投加聚丙烯酰胺，投加量为45ppm，并在搅拌器2的作用下使聚丙烯酰胺与地表水充分作用，此时对应的搅拌速度为30r/min，之后地表水由第二常规絮凝池7溢流至载体絮凝混合池8，通过载体储槽向载体絮凝混合池8中投加载体，并启动机械搅拌器2，对应搅拌器的搅拌速率为50rpm，使载体与复合污染地表水充分作用；载体絮凝混合池8中的载体主要来源于两个方面，一部分来源于经水力旋流器28回收而产生的载体，另一部分则是新补充的载体，且投加的载体为膨润土，投加量为0.25ppm，之后地表水进入载体絮凝反应池9，打开絮凝剂进料阀18并使用絮凝剂投加泵20通过助凝剂储槽5向载体絮凝反应池9中投加助凝剂pH、温度双重敏感性壳聚糖絮凝剂ZL201510140315.0，投加量为18ppm，并启动机械搅拌器2，对应搅拌器的搅拌速率为50rpm，使助凝剂与复合污染地表水充分发挥载体絮凝作用；随后经载体絮凝反应池9作用后的废水溢流至斜板沉降池11，复合污染地表水在斜板沉降池中的停留时间为35分钟，最终经斜板沉降池11作用后的水溢流至安装有超滤膜组件的超滤池12，超滤膜池12中的水通过抽吸泵的抽吸作用排出反应器；在水进入超滤膜池12时，通过空气压缩机向水中泵入空气，并利用空气剪切作用擦洗超滤膜丝表面的附着物，水在装有所述的中空纤维膜的超滤膜过滤区域中的水力停留时间为45分钟；采用的中空纤维膜为浸没式膜组件，且超滤膜材质为聚偏氟乙烯；超滤膜的孔径为0.15μm，超滤膜的膜通量为30L/m2·h。
上述去除复合污染地表水中抗生素的方法，复合污染地表水首先经过第一常规絮凝池6和第二常规絮凝池7，通过絮凝过程去除复合污染地表水中的大部分悬浮颗粒和腐殖质等常规污染物和少量的抗生素，接着经载体絮凝单元载体絮凝混合池8和载体絮凝反应池9除去废水中大部分的痕量抗生素和剩余的常规污染物，打开出水/反冲洗阀17，通过抽吸泵的抽吸作用使得超滤槽中的复合污染地表水从膜外侧进入内侧，并最终经出水管流出；抽吸泵在超滤膜组件上形成的负压，通过真空表27控制在60kPa。
超滤膜组件反冲洗周期30分钟，打开空气阀16通过空气压缩机往水中泵入压缩空气，超滤膜过滤单元区域中的气水比范围是120：1。打开絮凝池排泥阀13、斜板沉降池排泥阀14、超滤池排泥阀15以及反应器各个槽中的排泥管10，通过排泥管将泥排出，并经污泥循环泵泵入水力旋流器中进行分离，排泥周期为32小时。
待处理水中磺胺嘧啶的浓度为16μg/L，浊度为30NTU，UV254为0.60，采用上述方法进行处理，出水中抗生素浓度为0.3μg/L，去除率高达98.1％，出水浊度为0.1NTU,去除率高达99.7％，UV254为0.005，去除率高达99.2％，具体各阶段的出水情况见表四。
实施例6
建立如实施例1的用于去除复合污染地表水中抗生素的一体化反应器。利用上述一体化反应器进行复合污染地表水中抗生素的去除方法为：
通过进料泵1向所述的第一常规絮凝池6注入复合污染地表水，进水流量为15ml/min，与此同时，打开絮凝剂进料泵18使用絮凝剂投加泵20将无机絮凝剂储槽3中的聚合氯化铝注入第一常规絮凝池6，聚合氯化铝的投加量为18ppm，并启动机械搅拌器2，搅拌速度为250r/min，使复合污染地表水与聚合氯化铝充分混合并发生絮凝作用，经第一常规絮凝池6处理后的地表水从两池下端的连通处流入第二常规絮凝池7，在地表水流入的同时打开絮凝剂进料泵18使用絮凝剂投加泵20通过有机絮凝剂储槽4向第二常规絮凝池7中投加聚丙烯酰胺，投加量为35ppm，并在搅拌器的作用下使聚丙烯酰胺与地表水充分作用，此时对应的搅拌速度为45r/min，之后地表水由第二常规絮凝池7溢流至载体絮凝混合池8，通过载体储槽向载体絮凝混合池8中投加载体，并启动机械搅拌器2，对应搅拌器的搅拌速率为40rpm，使载体与复合污染地表水充分作用；载体絮凝混合池8中的载体主要来源于两个方面，一部分来源于经水力旋流器28回收而产生的载体，另一部分则是新补充的载体，且投加的载体为蒙脱土，投加量为0.3ppm，之后地表水进入载体絮凝反应池9，打开絮凝剂进料阀18使用絮凝剂投加泵20并通过助凝剂储槽5向载体絮凝反应池9中投加助凝剂氨基酸改性的壳聚糖基絮凝剂ZL201610097336.3，投加量为20ppm，并启动机械搅拌器2，对应搅拌器的搅拌速率为40rpm，使助凝剂与复合污染地表水充分发挥载体絮凝作用；随后经载体絮凝絮凝反应池9作用后的复合污染地表水溢流至斜板沉降池11，复合污染地表水在斜板沉降池中的停留时间为35分钟，最终经斜板沉降池11作用后的水溢流至安装有超滤膜组件的超滤池12，超滤膜池12中的水通过抽吸泵的抽吸作用排出反应器；在水进入超滤膜池12时，通过空气压缩机25向水中泵入压缩空气，并利用空气剪切作用擦洗超滤膜丝表面的附着物，水在装有所述的中空纤维膜的超滤膜过滤区域中的水力停留时间为30分钟；所采用的中空纤维膜为浸没式膜组件，且超滤膜材质为聚偏氟乙烯；超滤膜的孔径为0.15μm，超滤膜的膜通量为30L/m2·h。
上述去除复合污染废水中抗生素的方法，复合污染废水首先经过第一絮凝常规池6和第二常规絮凝池7，通过絮凝过程去除废水中的大部分悬浮颗粒和腐殖质等常规污染物和少量的抗生素，接着经载体絮凝单元载体絮凝混合池8和载体絮凝反应池9除去复合污染地表水中大部分的痕量抗生素和剩余的常规污染物，打开出水/反冲洗阀17通过抽吸泵的抽吸作用使得超滤槽中的复合污染地表水从膜外侧进入内侧，并最终经出水管流出；抽吸泵在超滤膜组件上形成的负压，通过真空表27控制在20kPa。
超滤膜组件反冲洗周期30分钟，打开空气阀16，通过空气压缩机往水中泵入压缩空气，所述的超滤膜过滤单元区域中的气水比范围是150：1。打开絮凝池排泥阀13、斜板沉降池排泥阀14、超滤池排泥阀15以及反应器各槽中的排泥管10，通过排泥管10将泥排出，并经污泥循环泵泵入水力旋流器中进行分离，排泥周期为36小时。
待处理水中四环素的浓度为8μg/L，浊度为28NTU，UV254为0.70采用上述方法进行处理，出水中抗生素浓度为0.2μg/L，去除率高达97.5％，出水浊度为0.2NTU,去除率高达99.3％，UV254为0.005，去除率高达99.3％，具体各阶段的出水情况见表五。
表一
注：进水浊度：25NTU，UV254为0.35，抗生素为0.01ppm，
1为第一常规絮凝池出水 2为第二常规絮凝池出水 3为载体絮凝反应池出水4为斜板沉降池出水 5为超滤池出水
表二
注：进水浊度：23NTU，UV254为0.31，抗生素为0.012ppm，
1为第一常规絮凝池出水 2为第二常规絮凝池出水 3为载体絮凝反应池出水4为斜板沉降池出水 5为超滤池出水
表三
注：进水浊度：22NTU，UV254为0.40，抗生素为0.009ppm，
1为第一常规絮凝池出水 2为第二常规絮凝池出水 3为载体絮凝反应池出水4为斜板沉降池出水 5为超滤池出水
表四
注：进水浊度：30NTU，UV254为0.6，抗生素为0.016ppm，
1为第一常规絮凝池出水 2为第二常规絮凝池出水 3为载体絮凝反应池出水4为斜板沉降池出水 5为超滤池出水
表五
注：进水浊度：28NTU，UV254为0.70，抗生素为0.008ppm，
1为第一常规絮凝池出水 2为第二常规絮凝池出水 3为载体絮凝反应池出水4为斜板沉降池出水 5为超滤池出水
从上述表中可以发现，当复合污染地表水流经絮凝单元后，其中约有90％的常规污染物和80％的抗生素得以去除；当复合污染地表水进一步流经斜板沉降池和超滤膜池后，从表中可以发现，常规污染物的含量进一步降低了，去除率高达99％以上，并且此时大部分的抗生素也得以除去，去除率高达95％以上，表明该装置不仅对于复合污染地表水中的常规污染物有较高的去除能力，对复合污染地表水中的痕量抗生素同样具有很高的去除能力。
Claims (10)
1.一种去除复合污染地表水中痕量抗生素的一体化反应器，其特征在于，包括依次连接的进料泵(1)、第一常规絮凝池(6)、第二常规絮凝池(7)、载体絮凝混合池(8)、载体絮凝反应池(9)、斜板沉降池(11)、超滤池(12)；所述第一常规絮凝池(6)上方设置有无机絮凝剂储槽(3)，第二常规絮凝池(7)上方设置有机絮凝剂储槽(4)，载体絮凝反应池(9)上方设置有助凝剂储槽(5)；所述第一常规絮凝池(6)、第二常规絮凝池(7)、载体絮凝混合池(8)、载体絮凝反应池(9)中均安装有机械搅拌器(2)；所述第一常规絮凝池(6)、第二常规絮凝池(7)、载体絮凝混合池(8)、载体絮凝反应池(9)、斜板沉降池(11)、超滤池(12)底部均设置有排泥管(10)；各个排泥管(10)通过污泥循环泵(22)与水力旋流器(28)连接；水力旋流器(28)位于载体絮凝混合池(8)上方。
2.根据权利要求1所述的去除复合污染地表水中痕量抗生素的一体化反应器，其特征在于，所述第一常规絮凝池(6)与第二常规絮凝池(7)下端相通，所述第二常规絮凝池(7)与载体絮凝混合池(8)上端相通，水以溢流的方式进入载体絮凝混合池(8)，所述载体絮凝混合池(8)与载体絮凝反应池(9)下端相通，所述载体絮凝反应池(9)、斜板沉降池(11)、超滤池(12)的上端相通，载体絮凝反应池(9)、斜板沉降池(11)、超滤池(12)液位面依次降低，水以溢流的方式进入斜板沉降池(11)和超滤池(12)。
3.根据权利要求1所述的去除复合污染地表水中痕量抗生素的一体化反应器，其特征在于，所述超滤池(12)内设置有超滤膜组件(24)，超滤膜组件(24)下方设有鼓泡器(23)。
4.根据权利要求3所述的去除复合污染地表水中痕量抗生素的一体化反应器，其特征在于，所述超滤膜组件(24)优选为浸没式膜组件，其超滤膜的材质优选是聚偏氟乙烯；超滤膜的孔径范围为0.1～0.2μm之间，超滤膜的膜通量为20～50L/m2·h。
5.根据权利要求3所述的去除复合污染地表水中痕量抗生素的一体化反应器，其特征在于，所述超滤池(12)上方安装有出水管(29)，所述出水管(29)分别与真空表(27)和抽吸泵(21)相连接。
6.根据权利要求3所述的去除复合污染地表水中痕量抗生素的一体化反应器，其特征在于，所述鼓泡器(23)通过曝气管路(26)与空气压缩机(25)连接。
7.一种去除复合污染地表水中痕量抗生素的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)由进料泵(1)向第一常规絮凝池(6)中注入受抗生素污染的地表水，与此同时将无机絮凝剂储槽(3)中的无机絮凝剂投入其中，并启动机械搅拌器(2)，在机械搅拌的作用下使水体与无机絮凝剂均匀混合并发生絮凝作用；
(2)复合污染地表水进入第二常规絮凝池(7)，当复合污染地表水进入第二常规絮凝池(7)时，将有机絮凝剂储槽(4)中的有机絮凝剂投入第二常规絮凝池(7)，并启动机械搅拌器(2)，在机械搅拌的作用下使有机絮凝剂与复合污染地表水充分作用；
(3)复合污染地表水进入载体絮凝混合池(8)，此时向载体絮凝混合池(8)中投加载体，并启动机械搅拌器(2)，使载体与复合污染地表水充分作用；
(4)复合污染地表水进入载体絮凝反应池(9)，通过助凝剂储槽(5)向载体絮凝反应池(9)中投加助凝剂，并启动机械搅拌器(2)，使助凝剂与复合污染地表水充分发挥载体絮凝作用；
(5)经载体絮凝作用后复合污染地表水溢流至斜板沉降池(11)，最终经斜板沉降池(11)作用后的水溢流至超滤池(12)，超滤池(12)超滤后的水排出整个反应器；
(6)第一常规絮凝池(6)、第二常规絮凝池(7)、载体絮凝混合池(8)、载体絮凝反应池(9)、斜板沉降池(11)、超滤池(12)中的污泥通过排泥管(10)经污泥循环泵(22)泵入水力旋流器(28)进行分离，并回收载体。
8.根据权利要求7所述的去除复合污染地表水中痕量抗生素的方法，其特征在于，所述无机絮凝剂为明矾或聚合氯化铝；所述有机絮凝剂为聚丙烯酰胺；所述载体可以是膨润土或蒙脱土；所述助凝剂为氨基酸改性的壳聚糖基絮凝剂或pH、温度双重敏感性壳聚糖絮凝剂。
9.根据权利要求7所述的去除复合污染地表水中痕量抗生素的方法，其特征在于，步骤(5)所述超滤池(12)超滤后的水排出整个反应器为超滤池(12)中的水通过抽吸泵(21)的抽吸作用排出反应器；在水进入超滤池(12)时，通过空气压缩机(25)向水中泵入空气由鼓泡器(23)曝气，并利用空气剪切作用擦洗超滤膜丝表面附着物。
10.根据权利要求9所述的去除复合污染地表水中痕量抗生素的方法，其特征在于，步骤(5)所述斜板沉降池(11)的水力停留时间为20～40min；超滤池(12)的水力停留时间为20～60min；所述由鼓泡器(23)曝气的气水比5：1～150：1。
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