一種雙級(jí)深床上向流復(fù)合濾料生物濾池及利用其處理低溫高氨氮受污染水的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種水處理裝置及水處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)地表水富營(yíng)養(yǎng)化狀況普遍存在，尤其是北方冬季低溫時(shí)期，給水處理的難度 加大，而氨氮污染已經(jīng)成為水源中重要現(xiàn)象，因此，低溫重污染時(shí)期去除水中的氨氮，已經(jīng) 成為供水廠急需解決的難題。傳統(tǒng)的生物濾池過(guò)濾工藝在低溫時(shí)對(duì)氨氮去除率低，凈水效 果差，出水難以滿足國(guó)家對(duì)飲用水水質(zhì)的相關(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。沸石可用于吸附水中的氨 氮，但在工業(yè)生產(chǎn)中多以向水中投加沸石粉的方式使用。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)沸石主要發(fā)揮吸附 作用，但吸附總要飽和，飽和后，沸石或沸石粉失效，就需要更換，因此，通常的用法是向水 中投加沸石粉，通過(guò)化學(xué)、物理吸附去除氨氮。而沸石用于過(guò)濾則較少，主要是因?yàn)榉惺?面生物附著性較差，沸石飽和后就需要更換濾料。
[0003] 生物濾池在使用中，通常分為上向流濾池和下向流濾池。上向流濾池通常采用活 性炭濾料或石英砂濾料，通過(guò)在石英砂或活性炭表面自然生長(zhǎng)生物，或者通過(guò)向活性炭表 面接種生物的方法，通過(guò)生物過(guò)濾去除水中氨氮。但這種濾池也存在問(wèn)題，由于飲用水中 有機(jī)物、氨氮、磷總體濃度相對(duì)較低，生物處于貧營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，生物總量較低，生物活性較弱， 因此，對(duì)沖擊性污染物濃度波動(dòng)抵抗能力有限，氨氮向生物相中進(jìn)行擴(kuò)散速度與能力，將決 定生物濾池除氨氮的效果。當(dāng)停留時(shí)間較短時(shí)，無(wú)法使氨氮充分?jǐn)U散至生物相中，因此，去 除效率較低，當(dāng)停留時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，盡管氨氮可以充分?jǐn)U散至生物相中，但由于單位時(shí)間內(nèi)流 經(jīng)生物相的污染物濃度較小，造成生物營(yíng)養(yǎng)及溶解氧不足，除氨氮效率低。目前常采用臭 氧-活性炭工藝作為飲用水深度處理工藝，該工藝可以通過(guò)前端的臭氧氧化環(huán)節(jié)提升水中 的溶解氧和生物可降解性有機(jī)炭，提高進(jìn)水的可生化性，有利于后續(xù)生物過(guò)濾單元內(nèi)生物 的生長(zhǎng)。同時(shí)活性炭本身對(duì)臭氧有很強(qiáng)的催化作用，進(jìn)水中的殘余臭氧可以在活性炭的作 用下進(jìn)行催化反應(yīng)，提高臭氧的利用率，因此該工藝得到廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)生物濾池，包括 臭氧-活性炭濾池，在進(jìn)入低溫時(shí)期后，特別是水溫低于4攝氏度后，生物活性顯著降低，對(duì) 水中氨氮、有機(jī)物等的降解能力顯著下降，無(wú)法降解去除水中有機(jī)物、氨氮等污染物，更加 無(wú)法應(yīng)對(duì)污染物濃度突然升高的狀況。
[0004] 針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了"一種雙級(jí)深床上向流復(fù)合濾料生物濾池及其處理 低溫高氨氮受污染水的方法"。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有方法處理低溫重污染水時(shí)對(duì)水中的氨氮和有機(jī)物降 解能力顯著下降，無(wú)法降解去除水中有機(jī)物和氨氮污染物和無(wú)法應(yīng)對(duì)污染物濃度突然升高 的問(wèn)題，而提供一種雙級(jí)深床上向流復(fù)合濾料生物濾池及利用其處理低溫高氨氮受污染水 的方法。
[0006] -種雙級(jí)深床上向流復(fù)合濾料生物濾池包括臭氧接觸氧化單元、臭氧催化氧化單 元、第一級(jí)上向流生物濾池、第二級(jí)上向流生物濾池、充氧單元、復(fù)合濾料層、主體濾料層、 第一承托層和第二承托層；
[0007] 在臭氧接觸氧化單元的上端設(shè)有進(jìn)水端，臭氧接觸氧化單元的下端與臭氧催化氧 化單元的下端相連通，臭氧催化氧化單元的上端與第一級(jí)上向流生物濾池的底端相連通， 第一級(jí)上向流生物濾池的上端與充氧單元的頂端相連通，充氧單元的下端與二級(jí)上向流生 物濾池的底端相連通；
[0008] 在第一級(jí)上向流生物濾池的底部設(shè)有第一承托層，第一承托層的上方設(shè)有復(fù)合濾 料層；
[0009] 在第二級(jí)上向流生物濾池的上端設(shè)有出水端；在第二級(jí)上向流生物濾池的底部設(shè) 有第二承托層，第二承托層的上方設(shè)有主體濾料層。
[0010] 利用一種雙級(jí)深床上向流復(fù)合濾料生物濾池處理低溫高氨氮受污染水的方法，是 按以下步驟完成的：
[0011] -、將低溫高氨氮受污染水通過(guò)進(jìn)水端引入到臭氧接觸氧化單元中進(jìn)行臭氧接觸 氧化，與臭氧接觸氧化時(shí)間為IOmin~22min，得到經(jīng)過(guò)臭氧接觸氧化單元處理后的低溫高 氨氮受污染水；
[0012] 步驟一中所述的低溫高氨氮受污染水中氨氮濃度為I.lmg/L~I. 8mg/L，水溫為 1。。~2。。；
[0013] 二、將經(jīng)過(guò)臭氧接觸氧化單元處理后的低溫高氨氮受污染水引入到臭氧催化氧化 單元中，向經(jīng)過(guò)臭氧接觸氧化單元處理后的低溫高氨氮受污染水中投加臭氧，臭氧投加量 為I. 5mg/L~I. 6mg/L，在臭氧催化氧化單元中的停留時(shí)間為Imin~15min，得到溶解氧含 量為25暈克/升~35暈克/升的低溫尚氨氮受污染水；
[0014] 步驟二中所述的臭氧催化氧化單元中采用蜂窩陶瓷非均相催化劑和紫外光催化 串聯(lián)工藝，其中蜂窩陶瓷非均相催化劑的厚度為200mm~800mm，催化接觸時(shí)間為IOs~ 90s;紫外光照射強(qiáng)度為0. 2w/cm2~5w/cm2,紫外光照射時(shí)間為IOs~40s;
[0015] 三、將催化氧化后的低溫高氨氮受污染水引入到第一級(jí)上向流生物濾池中，在第 一級(jí)上向流生物濾池中停留8min~40min，得到第一級(jí)上向流生物濾池處理后的低溫高氨 氮受污染水；
[0016] 步驟三中所述的第一級(jí)上向流生物濾池中底部的第一承托層的材質(zhì)為鵝卵石；厚 度為0. 3m~0. 4m;第一承托層上部的復(fù)合濾料層中填料為沸石和活性炭的混合物；所述的 復(fù)合濾料層中沸石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %~99%;所述的復(fù)合濾料層的厚度為0.Im~4m;所述 的復(fù)合濾料層中的填料粒徑分布為〇. 5mm~4.Omm;所述的復(fù)合濾料層的膨脹率小于5% ;
[0017] 步驟三中所述的第一級(jí)上向流生物濾池采用上向流模式；
[0018] 步驟三中所述的第一級(jí)上向流生物濾池的進(jìn)水速度為10m/h~14m/h;
[0019] 四、將第一級(jí)上向流生物濾池處理后的低溫高氨氮受污染水引入到充氧單元中進(jìn) 行充氧，得到氧氣含量為8. 0毫克/升~16. 0毫克/升的低溫高氨氮受污染水；
[0020] 步驟四中所述的充氧單元的充氧工藝為氣浮工藝充氧、跌水充氧、空氣源曝氣充 氧或純氧氣源曝氣充氧中的一種或其中幾種的組合；
[0021] 五、將氧氣含量為8. 0毫克/升~16. 0毫克/升的低溫高氨氮受污染水引入到第 二級(jí)上向流生物濾池中，在第二級(jí)上向流生物濾池中停留8min~40min，得到去除污染物 的水，去除污染物的水通過(guò)出水端進(jìn)行外供；
[0022] 步驟五中所述的第二級(jí)上向流生物濾池底部的第二承托層的材質(zhì)為鵝卵石；厚度 為0. 4m;第二承托層上部的主體濾料層中填料為無(wú)煙煤、輕質(zhì)陶?；蚧钚蕴浚凰龅闹黧w 濾料層的厚度為0.Im~4m;所述的主體濾料層中的填料粒徑為0.Imm~4. 5mm;所述的主 體濾料層的膨脹率為40 %~75% ;
[0023] 步驟五中所述的第二級(jí)上向流生物濾池采用上向流模式；
[0024] 步驟五中所述的第二級(jí)上向流生物濾池的進(jìn)水速度為10m/h~14m/h。
[0025] 本發(fā)明的原理和優(yōu)點(diǎn)：
[0026] 一、本發(fā)明一種雙級(jí)深床上向流復(fù)合濾料生物濾池解決了低溫高氨氮重污染的問(wèn) 題；以往的國(guó)內(nèi)外諸多研宄認(rèn)為，低溫（4°C以下）高氨氮原水的處理是難以克服的，也是困 擾供水行業(yè)工作者、國(guó)內(nèi)外專家、學(xué)者的重大難題；本發(fā)明所提出的雙級(jí)深床上向流復(fù)合濾 料生物濾池中復(fù)合濾料的選擇和設(shè)計(jì)解決了這一難題，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，是生物濾池深度 處理工藝中的巨大進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了低溫（4°C以下）高氨氮原水的高效去除；其處理低溫高氨 氮受污染水的方法為：催化臭氧氧化工藝與雙級(jí)深床上向流復(fù)合濾料生物濾池有機(jī)結(jié)合， 具體涉及到臭氧投加量的確定、催化劑的選擇、復(fù)合濾料層的選擇和配比、主體濾料層的選 擇、以及雙級(jí)深床的設(shè)計(jì)模式、過(guò)濾速度的選擇等；該工藝培養(yǎng)和富集出了低溫水氨氧化細(xì) 菌，并且在中試研宄中得到確認(rèn)，其處理效果得到東北某水質(zhì)檢測(cè)中心的確認(rèn)和證實(shí)；
[0027] 二、本發(fā)明也可以用于應(yīng)對(duì)突發(fā)性水質(zhì)變化，提高本發(fā)明抗污染物沖擊負(fù)荷的能 力；其原理為第一級(jí)上向流生物濾池和第二級(jí)上向流生物濾池可以用于吸附緩沖進(jìn)水中的 氨氮，形成富氨氮的環(huán)境，促進(jìn)生物生長(zhǎng)；其次吸附的過(guò)飽和的氨氮后，在進(jìn)水氨氮濃度波 動(dòng)性降低時(shí)，可以逐步解吸，然后均勻釋放至后續(xù)生物濾池，實(shí)現(xiàn)了后續(xù)生物單元的高底物 濃度穩(wěn)定性和生物的穩(wěn)定性；在生物處理區(qū)域，氨氮逐步被生物降解，轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和 硝酸鹽，同時(shí)伴有異養(yǎng)硝化菌的氨氧化作用和好氧脫氮菌的脫氮作用，進(jìn)入后續(xù)生物濾池 (第一級(jí)上向流生物濾池內(nèi)、第二級(jí)上向流生物濾池）的氨氮濃度趨于穩(wěn)定，有利于后續(xù)生 物活性炭微生物活性和生物量的穩(wěn)定，有利于保障生物濾池系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除率，確保出 水水質(zhì)；
[0028] 三、本發(fā)明上向流生物濾池與前端臭氧催化氧化工藝相結(jié)合，經(jīng)臭氧催化氧化后， 濾池進(jìn)水中污染物的可生化性得到提高，進(jìn)水中溶解氧濃度也得到提高，改善了生物濾