CN101708891B - 曝气生物活性炭滤池及应用其净化给水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了曝气生物活性炭滤池及应用其净化给水的方法，升流式曝气生物活性炭滤池包括进水管、配水配气槽、配水配气区、滤板和单孔膜曝气滤头、粗砂垫层和双层颗粒活性炭滤料。滤池曝气采用单孔膜曝气滤头曝气系统；滤池冲洗采用气水联合下冲洗的冲洗方式，采用布置于滤池底部配水配气区的穿孔配气管，冲洗时，通过穿孔配气管向滤池鼓风曝气，滤池冲洗水自上往下从池底放空管排出。本发明沉淀池出水经过配水渠配水后，自下往上流经滤池的粗砂垫层和双层活性炭滤料，通过活性炭滤料及其附着微生物的截留过滤、吸附、生物降解等作用去除水中的污染物；本发明污染物净化效率高，冲洗效果好，而且造价低，节能，适于微污染水的给水生物处理。
Description
技术领域
本发明涉及给水处理领域，具体是涉及处理微污染水的曝气生物活性炭滤池。
背景技术
针对遭受氨氮和有机物微污染水源，目前国内外常采用的是给水生物处理技术。生物处理是去除氨氮和有机物的有效且最经济的方法。微污染水中的有机基质、氨氮和亚硝酸盐氮等污染物的浓度，相对于污水中来说都是很低的。微污染水生物处理一般均用生物膜法，各种生物处理工艺常选用不同的惰性介质(如石英砂、陶粒、粒状活性炭、塑料蜂窝管填料和弹性立体填料等)作为生物载体，在水中溶解氧充分的条件下，生物膜上的亚硝酸化细菌和硝酸化细菌将水中氨氮转化成亚硝酸盐和硝酸盐。与此同时，生物膜上的一些异养型微生物氧化分解水中的有机基质，使水的有机物综合指标CODMn、TOC和UV254降低。
给水生物处理所需的曝气量远小于污水处理，必须选择曝气量很小的曝气头，才能通过合理的布置，在滤池的整个滤面实现均匀曝气，单孔膜是目前曝气量最小且不会堵塞的曝气头，所以曝气生物滤池曝气系统一般采用置于承托层中的膜孔曝气管曝气系统。采用膜孔曝气管作为滤池的曝气系统能够在小气水比的情况下实现均匀曝气，充氧效率高、不易堵塞，还可以利用滤池的膜管冲洗水管定期冲洗膜孔曝气管，能有效防止曝气头发生堵塞。但考虑到待滤水中含有大量的无机泥砂，主要被截滤在承托层一带，如果曝气管水冲洗系统的清洗效果不佳，极有可能造成单孔膜曝气管堵塞；而且对膜孔曝气管的清洗或更换需要取出滤池内的滤料，检修成本高。长柄滤头配气孔采用单膜孔之后，基本具备了小气水比均匀曝气的功能，而且如果单孔膜发生堵塞需要进行清洗或更换，检修人员只需通过池底配水配气区人孔进入滤池进行检修即可，操作简单。
曝气生物滤池随着过滤的进行，填料层中SS不断积累，过滤水头损失逐步加大。尤其是滤料表面的硝化菌生物膜受到惰性SS的覆盖，逐渐影响对氨氮的硝化。故需要定时进行反冲洗，以去除滤床内截滤的SS，恢复滤池的处理能力。由于曝气生物滤池滤料厚，粒径大，只能实现微膨胀反冲洗，因此，反冲洗方式一般采用气水联合反冲洗，冲洗水流向自下往上。然而，当曝气生物滤池为升流式的时候，滤水中惰性积泥主要被截滤在承托层和下层滤料中，滤池采用冲洗水自下往上的冲洗方式进行冲洗时，由于滤料的截滤作用，往往只能把位于上层滤料中惰性积泥带出滤池，而位于下层滤料的惰性积泥仍然停留在滤层中，随着过滤的进行，位于下层滤料中的惰性积泥越积越多，过滤水头逐步增大，而且难于恢复。而采用冲洗水自上往下走的冲洗方式(实质是边鼓风曝气边排水的冲洗方式)，能有效去除积累在下层滤料中的惰性积泥，而且池底布置穿孔配气管进行鼓风曝气能扰起位于池底配水配气区中的积泥，同时开启池底放空阀门，则能有效去除位于池底的惰性积泥，操作简单。鉴于滤池反冲洗的实质就是冲洗水与过滤水逆向清洗滤池，排除积累在滤层中惰性积泥，升流式的曝气生物滤池采用冲洗水自上往下走得冲洗方式要更合理一些。
发明内容
本发明的目的在于克服现有升流式曝气生物活性炭滤池存在的不足，提供处理含有氨氮和有机污染物等污染物的微污染待滤水的曝气生物活性炭滤池。
一种曝气生物活性炭滤池，包括两座滤池，包括两座升流式曝气生物活性炭滤池，分别对称位于配水渠道两侧，配水渠道位于安置管道的管廊上方，所述配水渠道包括总进水渠、第一配水渠和第二配水渠，总进水渠通过进水闸门分别与其两侧的第一配水渠连通，两第一配水渠分别与其外侧的第二配水渠连通，两配第二水渠分别通过进水管与两座升流式曝气生物活性炭滤池的位于管廊下端的配水配气槽连通；曝气管一端与滤池的配水配气槽连通，另一端与曝气干管连接，曝气干管与曝气鼓风机连接；
所述升流式曝气生物活性炭滤池的池体内从下到上依次设有单孔膜曝气滤头、滤板、粗砂垫层和双层颗粒活性炭滤料；单孔膜曝气滤头安装在滤板中；在池体上端外侧设有出水槽，出水槽通过栅型整流板与池体连接；配水配气槽与池体下端连通；粗砂承托层粒径在2.5～5mm范围内，厚度在0.15～0.2m范围内；上层颗粒活性炭滤料粒径在1.5～2.0mm范围内，厚度在1.0～2.0m范围内；下层颗粒活性炭滤料粒径在2.0～2.5mm范围内，滤料厚度在0.5～1.0m范围内；
所述曝气生物活性炭滤池还设有集中的气水联合下冲洗系统，包括气冲洗干管、气冲洗支管、气冲洗穿孔配气管、水冲洗干管、水冲洗支管、冲洗水泵和冲洗鼓风机；所述冲洗水泵的出水管和水冲洗干管连接；所述冲洗鼓风机与气冲洗干管连接；气冲洗干管分别与两气冲支管连接，气冲支管与穿孔配气管连接，穿孔配气管穿过配水配气槽布置在滤池底部配水配气区；水冲洗干管分别与两水冲洗支管连接，水冲洗支管与两配水配气槽连接。
为进一步实现本发明目的，所述与第二配水渠和配水配气槽连通的进水管上设有进水蝶阀；所述曝气管上设有曝气调节蝶阀；所述池底放空管上设有排水蝶阀。
所述水冲支管上设有冲洗进水蝶阀；所述气冲洗支管上设有冲洗进气蝶阀。
应用曝气生物活性炭滤池净化给水的方法：应用于给水常规工艺混凝沉淀之后砂滤之前，待滤水从总进水渠的进水闸门分别进入两第一配水渠，溢流进入配水渠，通过进水管进入曝气生物活性炭滤池配水配气槽，然后配入滤池体内向上流动，滤速8～16m/h；来自曝气鼓风机的压缩空气经过曝气管道进入滤池的配气配水槽，然后配入第二滤池体内，在滤板下方形成气垫层，通过单孔膜曝气滤头的膜孔进入滤柄，再与待滤水同向上流曝气，气水比0～0.8∶1，为粗砂垫层和活性炭滤料上生长的生物膜提供充足的溶解氧以及扰动传质；在生物膜生化与活性炭吸附作用下，去除水中的氨氮、有机物和部分重金属，净化后的水通过栅型整流板溢流进入出水槽。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明曝气生物活性炭滤池应用于给水常规工艺混凝沉淀之后砂滤之前，由于沉淀池出水浊度较低，从而避免了待滤水浊度过大而加重生物滤池过滤负担的问题，所以采用颗粒活性炭作为本发明滤池的生物载体；而采用颗粒活性炭，可以通过活性炭滤料及其附着微生物的截留过滤、吸附、生物降解等作用去除水中的可降解有机物，从而保障了滤池对氨氮和有机物的去除效果。
2、采用单孔膜曝气滤头作为滤池的曝气系统能在小气水比的情况下实现均匀曝气，而且由于单孔膜曝气滤头位于滤板下，对故障滤头的清洗或更换，检修人员只需通过池底配水配气区人孔进入滤池进行检修即可，操作简单，克服了检修布置于承托层中的膜孔曝气管需要取出滤料，检修成本高的问题。
3、滤池冲洗采用气水联合下冲洗的冲洗方式，采用布置于滤池底部配水配气区的穿孔配气管向滤池鼓风曝气，同时开启池底放空阀门，冲洗水自上往下流出滤池，能有效去除位于下层滤料和池底配水配气区中的惰性积泥，达到降低过滤水头损失，恢复滤池处理能力的作用，克服了升流式曝气生物滤池采用冲洗水自下往上走的冲洗方式未能有效去除积累在滤层中惰性积泥的缺陷。
4、鼓风曝气升流式炭滤池具有曝气吹脱CO2气体的功能，可以避免CO2溶入水中降低pH值。而且升流式炭滤池气水同向流，有利于提高滤速和减少滤面面积，也有利于与后续降流式砂滤池的衔接。
5、曝气生物活性炭滤池的配水渠道位于两座升流式曝气生物活性炭滤池中间且共壁构成“品”字形结构，三者之间的空间作为共同的管廊，用于布置各种管道和阀门以及设备；不仅便于维护管理，也能显著节省占地和降低造价。
附图说明
图1是本发明中的曝气生物活性炭滤池的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述：
如图1所示，曝气生物活性炭滤池为两座，分别对称位于配水渠道两侧，配水渠道位于安置管道的管廊上方，配水渠道包括总进水渠1、第一配水渠3和第二配水渠5，总进水渠1通过进水闸门2分别与其两侧的第一配水渠3连通，两配水渠第一3分别与第二的配水渠5连通，两第二配水渠5分别通过进水管6与两座升流式曝气生物活性炭滤池的位于管廊下端的配水配气槽8连通。
曝气生物活性炭滤池为升流式滤池，滤池的池体内从下到上依次设有单孔膜曝气滤头12、滤板13、粗砂承托层14和双层颗粒活性炭滤料15及16；单孔膜曝气滤头12安装在滤板13中；在池体上端外侧设有出水槽19，出水槽19通过栅型整流板17与池体连接；配水配气槽8与池体下端连通；粗砂承托层14粒径在2.5～5mm范围内，厚度在0.15～0.2m范围内；上层颗粒活性炭滤料粒径在1.5～2.0mm范围内，厚度在1.0～2.0m范围内；下层颗粒活性炭滤料粒径在2.0～2.5mm范围内，滤料厚度在0.5～1.0m范围内。
曝气生物活性炭滤池的曝气采用集中的鼓风曝气系统，曝气管31一端与滤池的配水配气槽8连通，另一端与曝气干管29连接，曝气干管29与曝气鼓风机34连接。滤池通过鼓风曝气系统供氧。
曝气生物活性炭滤池还设有集中的气水联合下冲洗系统，该冲洗系统包括气冲洗干管20、气冲洗支管22、气冲洗穿孔配气管23、水冲洗干管24、水冲洗支管26、冲洗水泵33和冲洗鼓风机32；冲洗水泵33的出水管和水冲洗干管24连接；冲洗鼓风机32与气冲洗干管20连接；气冲洗干管20分别与两气冲支管22连接，气冲支管22与穿孔配气管23连接，穿孔配气管23穿过配水配气槽8布置在滤池底部；水冲洗干管24分别与两水冲洗支管26连接，水冲洗支管26与两配水配气槽8连接。
曝气生物活性炭滤池的配水渠第二5和配水配气槽8连通的进水管6上设有进水蝶阀7；曝气管31上设有曝气调节蝶阀30；水冲洗支管26上设有冲洗进水蝶阀25；气冲洗支管22上设有冲洗进气蝶阀21。
曝气生物活性炭滤池处理待滤水的方法：待滤水从总进水渠1的进水闸门2分别进入两第一配水渠3，翻越溢流堰4进入第二配水渠5，通过进水管6和进水阀7进入曝气生物活性炭滤池配水配气槽8，然后从配水孔9配入滤池体11向上流动，通过单孔膜曝气滤头12穿过滤板13，均匀分配到粗砂垫层14和双层活性炭滤料15及16。空床滤速为8～16m/h；来自曝气鼓风机34的压缩空气经过曝气管道31和曝气调节阀30进入滤池的配气配水槽8，然后从配气孔10配入滤池体11，在滤板13下方形成气垫层，通过单孔膜曝气滤头12的膜孔进入滤柄，再与待滤水同向上流曝气，气水比0～0.8∶1，为粗砂垫层14和双层活性炭滤料15及16上生长的生物膜提供充足的溶解氧以及扰动传质；在生物膜生化与活性炭吸附作用下，去除水中的氨氮、有机物和部分重金属，净化后的水通过栅型整流板17，越过溢流堰18进入出水槽19，然后汇入砂滤池。
曝气生物活性炭滤池由曝气鼓风机34集中曝气，通过开启鼓风机34台数以及变频控制来调节供气量，以适应原水水质的季节性变化对供气量的不同需要。
当曝气生物活性炭滤池需要冲洗时，关闭进水蝶阀7，开启放空蝶阀27；数分钟后，关闭放空蝶阀27，开启冲洗进水蝶阀25和冲洗水泵33，冲洗水经水冲洗干管24和水冲洗支管26进入池内，通过配水配气槽8以及单孔膜曝气滤头12均匀分布；水冲洗数分钟后，关闭冲洗水泵33和曝气蝶阀30，开启冲洗进气蝶阀21和冲洗鼓风机32，冲洗空气经气冲洗干管20、气冲洗支管22以及穿孔配气管23进入池内，通过单孔膜曝气滤头12均匀分布，滤料表面和缝隙中的悬浮物在气流的强烈摩擦下脱落，而池底配水配气区的惰性积泥也在穿孔配气管23鼓风曝气下被扰起；数分钟后，开启放空蝶阀27，滤层和池底配水配气区中的惰性积泥随冲洗水经放空管28排至池外。本滤池结束反冲洗的程序为：放空数分钟后，关闭放空蝶阀27，开启冲洗水泵33；数分钟后关闭冲洗水泵33和冲洗水蝶阀25，开启进水蝶阀7；数分钟后关闭冲洗鼓风机32和冲洗进气蝶阀21，开启曝气蝶阀30，恢复正常过滤状态。
本发明曝气生物活性炭滤池应用于给水常规工艺混凝沉淀之后砂滤之前，由于沉淀池出水浊度较低，从而避免了待滤水浊度过大而加重生物滤池过滤负担的问题，所以采用颗粒活性炭作为本发明滤池的生物载体；而采用颗粒活性炭，可以通过活性炭滤料及其附着微生物的截留过滤、吸附、生物降解等作用去除水中的可降解有机物，从而保障了滤池对氨氮和有机物的去除效果。
本发明曝气生物活性炭滤池采用单孔膜曝气滤头作为滤池的曝气系统，能在小气水比的情况下实现均匀曝气，而且由于单孔膜曝气滤头位于滤板下，对故障滤头的清洗或更换，检修人员只需通过池底配水配气区人孔进入滤池进行检修即可，检修方便。
滤池冲洗采用气水联合下冲洗的冲洗方式，采用穿孔配气管向滤池鼓风曝气，冲洗水自上往下流出滤池，能有效去除位于下层滤料和池底配水配气区中的惰性积泥，达到降低过滤水头损失，恢复滤池处理能力的作用。
Claims (3)
1.一种曝气生物活性炭滤池，其特征在于：包括两座升流式曝气生物活性炭滤池，分别对称位于配水渠道两侧，配水渠道位于安置管道的管廊上方，所述配水渠道包括总进水渠、第一配水渠和第二配水渠，总进水渠通过进水闸门分别与其两侧的第一配水渠连通，两第一配水渠分别与其外侧的第二配水渠连通，两第二配水渠分别通过进水管与两座升流式曝气生物活性炭滤池的位于管廊下端的配水配气槽连通；曝气管一端与滤池的配水配气槽连通，另一端与曝气干管连接，曝气干管与曝气鼓风机连接；
所述升流式曝气生物活性炭滤池的池体内从下到上依次设有单孔膜曝气滤头、滤板、粗砂垫层和双层颗粒活性炭滤料；单孔膜曝气滤头安装在滤板中；在池体上端外侧设有出水槽，出水槽通过栅型整流板与池体连接；配水配气槽与池体下端连通；粗砂承托层粒径在2.5～5mm范围内，厚度在0.15～0.2m范围内；上层颗粒活性炭滤料粒径在1.5～2.0mm范围内，厚度在1.0～2.0m范围内；下层颗粒活性炭滤料粒径在2.0～2.5mm范围内，滤料厚度在0.5～1.0m范围内；
所述曝气生物活性炭滤池还设有集中的气水联合下冲洗系统，包括气冲洗干管、气冲洗支管、气冲洗穿孔配气管、水冲洗干管、水冲洗支管、冲洗水泵和冲洗鼓风机；所述冲洗水泵的出水管和水冲洗干管连接；所述冲洗鼓风机与气冲洗干管连接；气冲洗干管分别与两气冲洗支管连接，气冲洗支管与穿孔配气管连接，穿孔配气管穿过配水配气槽布置在滤池底部配水配气区；水冲洗干管分别与两水冲洗支管连接，水冲洗支管与两配水配气槽连接；
与第二配水渠和配水配气槽连通的进水管上设有进水蝶阀；所述曝气管上设有曝气调节蝶阀；所述池底放空管上设有排水蝶阀。
2.根据权利要求1所述的所述曝气生物活性炭滤池，其特征在于：所述与第二配水渠和配水配气槽连通的进水管上设有进水蝶阀；所述水冲洗支管上设有冲洗进水蝶阀；所述气冲洗支管上设有冲洗进气蝶阀。
3.应用权利要求1所述的曝气生物活性炭滤池净化给水的方法：待滤水从总进水渠的进水闸门分别进入两第一配水渠，溢流进入第二配水渠，通过进水管进入曝气生物活性炭滤池配水配气槽，然后配入滤池体内向上流动，滤速8～16m/h；来自曝气鼓风机的压缩空气经过曝气管道进入滤池的配气配水槽，然后配入滤池体内，在滤板下方形成气垫层，通过单孔膜曝气滤头的膜孔进入滤柄，再与待滤水同向上流曝气，气水比0～0.8∶1，为粗砂垫层和活性炭滤料上生长的生物膜提供充足的溶解氧以及扰动传质；在生物膜生化与活性炭吸附作用下，去除水中的氨氮、有机物和部分重金属，净化后的水通过栅型整流板溢流进入出水槽。
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