去除飲用水中氨氮的一體化反應器及方法
2023-07-09 11:56:46 1
專利名稱：去除飲用水中氨氮的一體化反應器及方法
技術領域：
本發明涉及飲用水的淨化方法，特別涉及一種去除飲用水中氨氮的一體化反應器，以及強化微生物的硝化作用去除飲用水中氨氮的方法。
背景技術：
我國許多城市的飲用水源都存在持續性或季節性的氨氮超標的情況。飲用水常規處理工藝，即混凝、沉澱、過濾與消毒工藝，對氨氮幾乎沒有去除能力。另一方面，國家最新飲用水標準(GB5749-2006)即將於2012年強制執行，如何確保出廠水中氨氮達標是許多水廠面臨的問題。採用臭氧/活性炭、臭氧/生物活性炭的飲用水深度處理工藝能夠較好地解決氨氮等問題，但投資與運行成本均較高，許多水廠難以承受。此外，在常規工藝基礎上可增設生物濾池，利用微生物硝化作用強化氨氮去除。但是，生物濾池水頭損失較大、佔地面積較大，在水廠改造中難以實現。超濾在近年來逐步得到應用，且隨著超濾的大規模應用，投資和運行成本可進一步降低。但是，超濾僅僅對水中細菌、病毒、藻類、膠體等具有一定尺寸的顆粒物截留去除能力較高，而對溶解性的氨氮則幾乎沒有去除能力。為此，有人提出在超濾單元前投加粉末活性炭並確保充分的停留時間，在較長的汙泥齡條件下粉末活性炭表面生長出微生物膜，並形成具有微生物活性的粉末活性炭，利用粉末活性炭表面微生物膜的硝化作用實現氨氮的強化去除。但是，該方法仍存在以下幾個缺陷1、膜池排泥過程中將不可避免地將粉末活性炭排出，如何保證膜池正常排泥條件並在此前提下確保粉末活性炭的汙泥齡，這在工藝運行中難以有效控制，且對於具有不同濁度等的原水水質工藝運行適應性較差，管理複雜；2、粉末活性炭成本較高；3、粉末活性炭顆粒在膜表面聚集，並在膜負壓抽吸條件下可能造成膜表面的物理損傷，影響膜絲壽命；4、膜組件中膜絲一旦斷裂，表面具有微生物的粉末活性炭很容易穿透超濾屏障並可能造成供水事故。在充分發揮微生物硝化作用提高氨氮去除能力的同時，如何避免和控制上述方法存在的不足，這是工程中亟需解決的關鍵問題。本發明針對上述問題，提出將微生物掛膜固定在載體表面形成微生物膜以發揮微生物硝化作用去除氨氮，之後再經過超濾膜過濾去除水中細菌、脫落的生物膜等顆粒物，水中氨氮等汙染物得到淨化。
發明內容
本發明的目的之一是提供一種實現微生物硝化和超濾分離過程的去除飲用水中
氨氮的一體化反應器。本發明的目的之二是提供一種性能高效、經濟可行、運行維護簡單且在工程改造中易於實現的強化微生物硝化作用去除飲用水中氨氮的方法。本發明利用生物填料表面生長的微生物硝化作用將氨氮去除，並去除部分小分子有機物；利用超濾膜過濾作用將細菌、微生物膜等截留，確保微生物安全性。利用曝氣裝置提供微生物所需的氧氣，並利用空氣剪切作用擦洗超濾膜絲表面附著物。密度較大的顆粒物、脫落的微生物膜等在重力作用下進入汙泥槽，並通過排泥管排出。本發明可用於受氨氮汙染水源的飲用水處理，也可應用於城市汙水和再生水中氨氮的去除。本發明的實現微生物硝化和超濾分離過程的去除飲用水中氨氮的一體化反應器包括生物硝化作用區單元和超濾膜過濾區單元；所述的生物硝化作用區單元和所述的超濾膜過濾區單元設置在同一個反應池中。所述的生物硝化作用區單元包括用於微生物掛膜的生物填料、曝氣裝置和汙泥槽。一穿孔板安裝於所述的反應池中，所述的穿孔板的一側與該反應池的池壁之間形成的空間的頂部設置為開口 ；在所述的穿孔板的另一側安裝裝填有所述的生物填料的支架，在所述的生物填料的下方安裝有所述的曝氣裝置和設置有所述的汙泥槽；所述的曝氣裝置通過管路與空氣壓縮機相連接。所述的超濾膜過濾區單元包括曝氣裝置、汙泥槽和超濾膜組件。在所述的反應池中安裝有所述的超濾膜組件，在所述的超濾膜組件的下方安裝有所述曝氣裝置和設置有所述的汙泥槽；所述的曝氣裝置通過管路與空氣壓縮機相連接；在所述的超濾膜組件的上方安裝有出水管，所述的出水管與抽吸泵相相連接。所述的出水管上安裝有真空表及出水管閥門。所述的出水管與一反衝洗管相連通，且優選出水管與反衝洗管相連通處位於所述的出水管閥門上方的出水管上。所述的反衝洗管的管路上安裝有反衝洗管閥門。所述的汙泥槽中安裝有排泥管。所述的穿孔板的一側與所述的反應池的池壁之間形成的空間構成了一穩流區。所述的反應池中安裝生物填料和超濾膜組件的區域為反應區。所述的裝填有所述的生物填料的支架和超濾膜組件分別是一個以上。所述的裝填有所述的生物填料的支架與超濾膜組件的安裝方式，是採用裝填有所述的生物填料的支架與超濾膜組件的分開順序安裝方式；或採用相互交錯混合的安裝方式；且上述兩種安裝方式，與所述的穿孔板相鄰的都是裝填有所述的生物填料的支架。本發明的一體化反應器含有穩流區和反應區兩個部分。穩流區的功能是消除進水帶來的剩餘壓力，確保水流能夠均勻地進入反應區，避免短路流和死角區。反應區的功能是實現微生物硝化和超濾分離等作用。本發明的一體化反應器的生物硝化作用區的生物硝化作用是利用掛膜固定在生物填料表面的微生物得以實現的；超濾膜過濾區是通過利用超濾膜組件的過濾作用得以實現的；生物填料和超濾膜組件可以分開設置，也可以交錯混合設置；當生物填料和超濾膜組件分開設置時，生物填料應設置於超濾膜組件前端。所述的生物填料可以選自醛化纖綸材質的軟性纖維填料、醛化纖綸材質的半軟性填料、聚丙烯或聚乙烯材質的半軟性填料、醛化纖綸或活性炭纖維材質的組合填料(其兼具軟性和半軟性填料的優點)、纖維材質的纖維束填料等中的一種。待處理水在裝填生物填料的生物硝化作用區單元區域中的水力停留時間為20 120分鐘。所述的超濾膜組件為浸沒式膜組件，組件形式可以是中空纖維膜或平板膜等，材質可以是聚氯乙烯或聚偏氟乙烯。超濾膜的孔徑範圍為0. 01 0. 20 μ m之間，超濾膜的膜通量為10 60L/m2 *h。水在裝有所述的超濾膜組件的超濾膜過濾區域中的水力停留時間為10 40分鐘。用本發明的一體化反應器處理待處理水時，待處理水均勻地進入裝填有生物填料和超濾膜組件的區域；待處理水中的氨氮在生物填料表面微生物的硝化作用下轉化為硝酸鹽；去除氨氮的水經過超濾膜組件，在膜分離作用下去除水中膠體、細菌、病毒、脫落的微生物膜等雜質顆粒得以進一步淨化。經所述的生物填料處理後的去除氨氮的水流經超濾膜過濾區單元是通過抽吸泵的抽吸作用得以完成的。在所述的超濾膜組件的上方安裝有出水管，所述的出水管與抽吸泵相連接，反應器中的水在抽吸泵形成的負壓作用下從膜外側進入內側，並最終由出水管流出。所述的抽吸泵在所述的超濾膜組件上形成的抽吸負壓控制在lOltfa SOltfa之間。為了保證膜通量，在進行去除飲用水中氨氮的運行過程中，需要定期對所述的超濾膜過濾區單元中的超濾膜組件進行反衝洗。反衝洗水採用超濾膜組件處理後的出水。在反衝洗泵的作用下，反衝洗水由超濾膜內側向外側流出，附著在膜表面的汙染物得以從膜表面脫離。所述的超濾膜組件反衝洗周期為2 20分鐘。反衝洗泵開啟時，反衝洗進水管閥門開啟，而抽吸泵停止運行且出水管閥門關閉；反衝洗停止後，反衝洗進水管閥門關閉， 而抽吸泵開始運行且出水管閥門開啟。設置真空表可監測壓力。在裝填有所述的生物填料的支架和所述的超濾膜組件的下方設置有曝氣裝置， 並分別通過空氣壓縮機往水中泵入壓縮空氣，從而為水中提供溶解氧，並提供水力作用進行混合攪拌和剪切擦洗膜絲表面的附著物。壓縮空氣可以是持續地泵入反應器中，也可以是間歇地泵入反應器中。所述的生物硝化作用區單元區域中的氣水比範圍是10 1 150 1 ；所述的超濾膜過濾區單元區域中的氣水比範圍是5 1 50 1。所述的生物硝化作用區單元區域中和所述的超濾膜過濾區單元區域中的壓縮空氣可以由同一臺空氣壓縮機提供，也可以由不同的空氣壓縮機提供。所述的曝氣裝置可以是穿孔曝氣管或曝氣頭等。在裝填有所述的生物填料的支架和所述的超濾膜組件的下方設置有汙泥槽。水中密度較大的顆粒物、脫落的微生物膜等雜質在重力作用下進入汙泥槽中，並通過排泥管將汙泥槽中的汙泥排出。排泥間隔可以是12 48小時。本發明的實現微生物硝化和超濾分離過程的去除飲用水中氨氮的方法待處理水由進水口進入一體化反應器的穩流區中後，水經由穿孔板均勻地進入反應區中，之後流經生物硝化作用區單元區域中的裝填有生物填料的生物硝化作用區和安裝了超濾膜組件的超濾膜過濾區單元區域，在水流經裝填有生物填料的生物硝化作用區和安裝了超濾膜組件的超濾膜過濾區單元區域時，同時由曝氣裝置向水中提供壓縮空氣進行曝氣，經處理後的水通過與安裝在超濾膜組件上方的出水管相連接的抽吸泵的抽吸流出反應器；所述的生物硝化作用區單元和所述的超濾膜過濾區單元設置在同一個反應池中；所述的穿孔板的一側與所述的反應池的池壁之間形成的空間構成了一穩流區；所述的反應池中安裝生物填料和超濾膜組件的區域為反應區。所述的待處理水在裝填生物填料的生物硝化作用區單元區域中的水力停留時間為20 120分鐘(設計所述的生物填料所佔的容積，即可實現所述的水力停留時間)。所述的水在裝有所述的超濾膜組件的超濾膜過濾區單元區域中的水力停留時間為10 40分鐘(設計所述的超濾膜組件所佔的容積，即可實現所述的水力停留時間)。所述的抽吸泵在所述的超濾膜組件上形成的抽吸負壓控制在IOkPa SOkPa之間。所述的生物硝化作用區單元區域中的氣水比範圍是10 1 150 1;所述的超濾膜過濾區單元區域中的氣水比範圍是5 1 50 1。本發明具有如下優點1、充分發揮微生物的生物硝化與降解作用，實現飲用水中氨氮的去除；將超濾膜後置在微生物反應區之後，避免細菌、生物膜等穿透，確保微生物安全性；2、佔地面積小，水頭損失小，易於應用於老水廠改造和新水廠建設；3、不必投加化學藥劑或粉末活性炭等，運行成本低廉，且運行管理方便；4、不僅可以去除飲用水中氨氮，而且可以去除一部分小分子有機物。
圖1為本發明的採用分開順序安裝方式，安裝的裝填有生物填料的支架和超濾膜組件的一體化反應器示意圖。圖2為本發明的採用相互交錯混合安裝方式，安裝的裝填有所述的生物填料的支架和超濾膜組件的一體化反應器示意圖。附圖標記1.穩流區4.生物填料7.汙泥槽10.空氣壓縮機13.真空表
2.穿孔板 5.超濾膜組件 8.排泥管 11.出水管 14.反衝洗管閥門
3.反應區 6.曝氣裝置 9.抽吸泵 12.反衝洗管 15.出水管閥門
具體實施例方式實施例1請參見圖1，實現微生物硝化和超濾分離過程的去除飲用水中氨氮的一體化反應器包括生物硝化作用區單元和超濾膜過濾區單元；所述的生物硝化作用區單元和所述的超濾膜過濾區單元設置在同一個反應池中。所述的生物硝化作用區單元包括用於微生物掛膜的生物填料4、曝氣裝置6和汙泥槽7。一穿孔板2安裝於所述的反應池中，所述的穿孔板2的一側與所述的反應池壁之間形成的空間的頂部設置為開口 ；在所述的穿孔板2的另一側安裝一個裝填有所述的生物填料4的支架，在所述的生物填料4的下方安裝有曝氣裝置6和設置有汙泥槽7，所述的汙泥槽中安裝有排泥管8 ；所述的曝氣裝置6通過管路與一空氣壓縮機10相連接。所述的超濾膜過濾區單元包括曝氣裝置6、汙泥槽7和超濾膜組件5 ；在所述的反應池中安裝有一個所述的超濾膜組件5，在所述的超濾膜組件5的下方安裝有曝氣裝置6和設置有汙泥槽7，所述的汙泥槽中安裝有排泥管8 ；所述的曝氣裝置 6通過管路與一空氣壓縮機10相連接；在所述的超濾膜組件5的上方安裝帶有真空表13及出水管閥門15的出水管11，所述的出水管11與抽吸泵相9相連接。所述的出水管11與帶有反衝洗管閥門14的一反衝洗管12相連通，且出水管與反衝洗管相連通處位於所述的出水管閥門上方的出水管上。所述的穿孔板的一側與所述的反應池的池壁之間形成的空間構成了一穩流區1。所述的反應池中安裝生物填料和超濾膜組件的區域為反應區3。所述的裝填有所述的生物填料的支架與超濾膜組件的安裝方式，是採用裝填有所述的生物填料的支架與超濾膜組件的分開順序安裝方式，且與所述的穿孔板2相鄰的是裝填有所述的生物填料的支架。利用上述一體化反應器進行去除飲用水中氨氮的方法為待處理水由進水口進入一體化反應器的穩流區1中後，水經由穿孔板2均勻地進入反應區3中，之後流經生物硝化作用區單元區域中的裝填有醛化纖綸材質的軟性填料的生物填料4的生物硝化作用區和安裝了組件形式是中空纖維膜的超濾膜組件5的超濾膜過濾區單元區域，在水流經裝填有生物填料的生物硝化作用區和安裝了超濾膜組件的超濾膜過濾區單元區域時，同時由曝氣裝置6向水中提供壓縮空氣進行曝氣，經處理後的水通過與安裝在超濾膜組件上方的出水管相連接的抽吸泵的抽吸流出反應器。在水流經裝填有醛化纖綸材質的軟性填料的生物硝化作用區單元區域時，使水在所述的生物硝化作用區單元區域中的水力停留時間為20分鐘，水在裝有所述的中空纖維膜的超濾膜過濾區單元區域中的水力停留時間為10分鐘。所採用的中空纖維膜為浸沒式膜組件，且超濾膜材質為聚氯乙烯；超濾膜的孔徑範圍為0. 10 μ m，超濾膜的膜通量為60L/m2 · h。上述同時去除飲用水中氨氮的方法，是利用生物填料表面的微生物的生物硝化作用下將待處理水中的氨氮轉化為硝酸鹽。通過抽吸泵的抽吸作用使得生物氧化單元的出水從膜外側進入內側，並最終流經所述的超濾膜過濾單元，所述的抽吸泵在所述的超濾膜組件上形成的抽吸負壓控制在lOKPa。超濾膜組件反衝洗周期為2分鐘。通過空氣壓縮機往水中泵入壓縮空氣，生物氧化單元區域中的氣水比是10 1，所述的超濾膜過濾單元區域中的氣水比範圍是5 1。汙泥槽中沉降的汙泥通過排泥管排出，排泥周期為48小時。待處理水中氨氮濃度為1.0mg/L。採用上述方法進行處理，出水氨氮濃度為 0. lmg/L，達到《國家生活飲用水衛生標準(GB5749-2006)》要求。實施例2請參見圖2，設計建立結構基本如實施例1的實現微生物硝化和超濾分離過程的去除飲用水中氨氮的一體化反應器，只是所述的裝填有所述的生物填料的支架和超濾膜組件分別為四個。所述的裝填有所述的生物填料的支架與超濾膜組件的安裝方式，是採用相互交錯混合的安裝方式，且與所述的穿孔板2相鄰的是裝填有所述的生物填料的支架。利用上述一體化反應器進行去除飲用水中氨氮的方法為待處理水由進水口進入一體化反應器的穩流區1中後，水經由穿孔板2均勻地進入反應區3中，之後流經生物硝化作用區單元區域中的裝填有醛化纖綸材質的半軟性填料的生物填料4的生物硝化作用區和安裝了組件形式是中空纖維膜的超濾膜組件5的超濾膜過濾區單元區域，在水流經裝填有醛化纖綸材質的半軟性填料的生物填料的生物硝化作用區和安裝了超濾膜組件的超濾膜過濾區單元區域時，同時由曝氣裝置6向水中提供壓縮空氣進行曝氣，經處理後的水通過與安裝在超濾膜組件上方的出水管相連接的抽吸泵的抽吸流出反應器；在水流經裝填有醛化纖綸材質的半軟性填料的生物硝化作用區時，使水在所述的生物硝化作用區單元區域中的水力停留時間為120分鐘，水在裝有所述的中空纖維膜的超濾膜過濾區單元區域中的水力停留時間為40分鐘。所採用的中空纖維膜為浸沒式膜組件，且超濾膜材質為聚偏氟乙烯；超濾膜的孔徑範圍為0. 20 μ m，超濾膜的膜通量為10L/m2 · h。上述同時去除飲用水中氨氮的方法，是利用生物填料表面的微生物的生物硝化作用下將待處理水中的氨氮轉化為硝酸鹽。通過抽吸泵的抽吸作用使得生物氧化單元的出水從膜外側進入內側，並最終流經所述的超濾膜過濾單元，所述的抽吸泵在所述的超濾膜組件上形成的抽吸負壓控制在80KPa。超濾膜組件反衝洗周期為2分鐘。通過空氣壓縮機往水中泵入壓縮空氣，生物氧化單元區域中的氣水比是150 1，所述的超濾膜過濾單元區域中的氣水比範圍是50 1。汙泥槽中沉降的汙泥通過排泥管排出，排泥周期為12小時。待處理水中氨氮濃度為ang/L。採用上述方法進行處理，出水氨氮濃度為0. 5mg/ L，達到《國家生活飲用水衛生標準(GB5749-2006)》要求。實施例3請參見圖1，實現微生物硝化和超濾分離過程的去除飲用水中氨氮的一體化反應器包括生物硝化作用區單元和超濾膜過濾區單元；所述的生物硝化作用區單元和所述的超濾膜過濾區單元設置在同一個反應池中。所述的生物硝化作用區單元包括用於微生物掛膜的生物填料4、曝氣裝置6和汙泥槽7。—穿孔板2安裝於所述的反應池中，所述的穿孔板2的一側與所述的反應池壁之間形成的空間的頂部設置為開口 ；在所述的穿孔板2的另一側安裝一個裝填有所述的生物填料4的支架，在所述的生物填料4的下方安裝有曝氣裝置6和設置有汙泥槽7，所述的汙泥槽中安裝有排泥管8 ；所述的曝氣裝置6通過管路與一空氣壓縮機10相連接。所述的超濾膜過濾區單元包括曝氣裝置6、汙泥槽7和超濾膜組件5 ；在所述的反應池中安裝有一個所述的超濾膜組件5，在所述的超濾膜組件5的下方安裝有曝氣裝置6和設置有汙泥槽7，所述的汙泥槽中安裝有排泥管8 ；所述的曝氣裝置 6通過管路與一空氣壓縮機10相連接；在所述的超濾膜組件5的上方安裝帶有真空表13及出水管閥門15的出水管11，所述的出水管11與抽吸泵相9相連接。所述的出水管11與帶有反衝洗管閥門14的一反衝洗管12相連通，且出水管與反衝洗管相連通處位於所述的出水管閥門上方的出水管上。所述的穿孔板的一側與所述的反應池的池壁之間形成的空間構成了一穩流區1。所述的反應池中安裝生物填料和超濾膜組件的區域為反應區3。所述的裝填有所述的生物填料的支架與超濾膜組件的安裝方式，是採用裝填有所述的生物填料的支架與超濾膜組件的分開順序安裝方式，且與所述的穿孔板2相鄰的是裝填有所述的生物填料的支架。利用上述一體化反應器進行去除飲用水中氨氮的方法為待處理水由進水口進入一體化反應器的穩流區1中後，水經由穿孔板2均勻地進入反應區3中，之後流經生物硝化作用區單元區域中的裝填有醛化纖綸材質的組合填料的生物填料4的生物硝化作用區和安裝了組件形式是中空纖維膜的超濾膜組件5的超濾膜過濾區單元區域，在水流經裝填有生物填料的生物硝化作用區和安裝了超濾膜組件的超濾膜過濾區單元區域時，同時由曝氣裝置6向水中提供壓縮空氣進行曝氣，經處理後的水通過與安裝在超濾膜組件上方的出水管相連接的抽吸泵的抽吸流出反應器；在水流經裝填有醛化纖綸材質的組合填料的生物硝化作用區時，使水在所述的生物硝化作用區單元區域中的水力停留時間為60分鐘，水在裝有所述的中空纖維膜的超濾膜過濾區單元區域中的水力停留時間為20分鐘。所採用的中空纖維膜為浸沒式膜組件，且超濾膜材質為聚氯乙烯；超濾膜的孔徑範圍為0. 01 μ m，超濾膜的膜通量為20L/m2 · h。上述同時去除飲用水中氨氮的方法，是利用生物填料表面的微生物的生物硝化作用下將待處理水中的氨氮轉化為硝酸鹽。通過抽吸泵的抽吸作用使得生物氧化單元的出水從膜外側進入內側，並最終流經所述的超濾膜過濾單元，所述的抽吸泵在所述的超濾膜組件上形成的抽吸負壓控制在60KPa。超濾膜組件反衝洗周期為20分鐘。通過空氣壓縮機往水中泵入壓縮空氣，生物氧化單元區域中的氣水比是150 1，所述的超濾膜過濾單元區域中的氣水比範圍是50 1。汙泥槽中沉降的汙泥通過排泥管排出，排泥周期為M小時。待處理水中氨氮濃度為1.8mg/L。採用上述方法進行處理，出水氨氮濃度為 0. 5mg/L,達到《國家生活飲用水衛生標準(GB5749-2006)》要求。實施例4請參見圖2，設計建立結構基本如實施例1的實現微生物硝化和超濾分離過程的去除飲用水中氨氮的一體化反應器，只是所述的裝填有所述的生物填料的支架和超濾膜組件分別為四個。所述的裝填有所述的生物填料的支架與超濾膜組件的安裝方式，是採用相互交錯混合的安裝方式，且與所述的穿孔板2相鄰的是裝填有所述的生物填料的支架。利用上述一體化反應器進行去除飲用水中氨氮的方法為待處理水由進水口進入一體化反應器的穩流區1中後，水經由穿孔板2均勻地進入反應區3中，之後流經生物硝化作用區單元區域中的裝填有纖維材質的纖維束填料的生物填料4的生物硝化作用區和安裝了組件形式是平板膜的超濾膜組件5的超濾膜過濾區單元區域，在水流經裝填有纖維材質的纖維束填料的生物填料的生物硝化作用區和安裝了超濾膜組件的超濾膜過濾區單元區域時，同時由曝氣裝置6向水中提供壓縮空氣進行曝氣，經處理後的水通過與安裝在超濾膜組件上方的出水管相連接的抽吸泵的抽吸流出反應器；在水流經裝填有纖維材質的纖維束填料的生物硝化作用區時，使水在所述的生物硝化作用區單元區域中的水力停留時間為40分鐘，水在裝有所述的平板膜的超濾膜過濾區單元區域中的水力停留時間為10分鐘。所採用的平板膜為浸沒式膜組件，且超濾膜材質為聚偏氟乙烯；超濾膜的孔徑範圍為0. 05 μ m，超濾膜的膜通量為30L/m2 · h。上述同時去除飲用水中氨氮的方法，是利用生物填料表面的微生物的生物硝化作用下將待處理水中的氨氮轉化為硝酸鹽。通過抽吸泵的抽吸作用使得生物氧化單元的出水從膜左側進入右側，並最終流經所述的超濾膜過濾單元，所述的抽吸泵在所述的超濾膜組件上形成的抽吸負壓控制在80KPa。超濾膜組件反衝洗周期為10分鐘。通過空氣壓縮機往水中泵入壓縮空氣，生物氧化單元區域中的氣水比是150 1，所述的超濾膜過濾單元區域中的氣水比範圍是50 1。汙泥槽中沉降的汙泥通過排泥管排出，排泥周期為48小時。待處理水中氨氮濃度為lmg/L。採用上述方法進行處理，出水氨氮濃度為0. 5mg/ L，達到《國家生活飲用水衛生標準(GB5749-2006)》要求。實施例5請參見圖2，設計建立結構基本如實施例1的實現微生物硝化和超濾分離過程的去除飲用水中氨氮的一體化反應器，只是所述的裝填有所述的生物填料的支架和超濾膜組件分別為四個。所述的裝填有所述的生物填料的支架與超濾膜組件的安裝方式，是採用相互交錯混合的安裝方式，且與所述的穿孔板2相鄰的是裝填有所述的生物填料的支架。利用上述一體化反應器進行去除飲用水中氨氮的方法為待處理水由進水口進入一體化反應器的穩流區1中後，水經由穿孔板2均勻地進入反應區3中，之後流經生物硝化作用區單元區域中的裝填有活性炭纖維材質的組合填料的生物填料4的生物硝化作用區和安裝了組件形式是平板膜的超濾膜組件5的超濾膜過濾區單元區域，在水流經裝填有活性炭纖維材質的組合填料的生物填料的生物硝化作用區和安裝了超濾膜組件的超濾膜過濾區單元區域時，同時由曝氣裝置6向水中提供壓縮空氣進行曝氣，經處理後的水通過與安裝在超濾膜組件上方的出水管相連接的抽吸泵的抽吸流出反應器；在水流經裝填有活性炭纖維材質的組合填料的生物硝化作用區時，使水在所述的生物硝化作用區單元區域中的水力停留時間為120分鐘，水在裝有所述的平板膜的超濾膜過濾區域中的水力停留時間為 20分鐘。所採用的平板膜為浸沒式膜組件，且超濾膜材質為聚氯乙烯；超濾膜的孔徑範圍為0. 10 μ m，超濾膜的膜通量為40L/m2 · h。上述同時去除飲用水中氨氮的方法，是利用生物填料表面的微生物的生物硝化作用下將待處理水中的氨氮轉化為硝酸鹽。通過抽吸泵的抽吸作用使得生物氧化單元的出水從膜左側進入右側，並最終流經所述的超濾膜過濾單元，所述的抽吸泵在所述的超濾膜組件上形成的抽吸負壓控制在50KPa。超濾膜組件反衝洗周期為2分鐘。通過空氣壓縮機往水中泵入壓縮空氣，生物氧化單元區域中的氣水比是150 1，所述的超濾膜過濾單元區域中的氣水比範圍是50 1。汙泥槽中沉降的汙泥通過排泥管排出，排泥周期為36小時。待處理水中氨氮濃度為2.5mg/L。採用上述方法進行處理，出水氨氮濃度為 0. 5mg/L,達到《國家生活飲用水衛生標準(GB5749-2006)》要求。
權利要求
1.一種去除飲用水中氨氮的一體化反應器，包括生物硝化作用區單元和超濾膜過濾區單元；其特徵是所述的生物硝化作用區單元和所述的超濾膜過濾區單元設置在同一個反應池中；所述的生物硝化作用區單元包括用於微生物掛膜的生物填料、曝氣裝置和汙泥槽；一穿孔板安裝於所述的反應池中，所述的穿孔板的一側與該反應池的池壁之間形成的空間的頂部設置為開口 ；在所述的穿孔板的另一側安裝裝填有所述的生物填料的支架，在所述的生物填料的下方安裝有所述的曝氣裝置和設置有所述的汙泥槽；所述的曝氣裝置通過管路與空氣壓縮機相連接；所述的超濾膜過濾區單元包括曝氣裝置、汙泥槽和超濾膜組件；在所述的反應池中安裝有所述的超濾膜組件，在所述的超濾膜組件的下方安裝有所述的曝氣裝置和設置有所述的汙泥槽；所述的曝氣裝置通過管路與空氣壓縮機相連接；在所述的超濾膜組件的上方安裝有出水管，所述的出水管與抽吸泵相相連接。
2.根據權利要求1所述的去除飲用水中氨氮的一體化反應器，其特徵是所述的出水管上安裝有真空表及出水管閥門。
3.根據權利要求2所述的去除飲用水中氨氮的一體化反應器，其特徵是所述的出水管與一反衝洗管相連通，且出水管與反衝洗管相連通處位於所述的出水管閥門上方的出水管上；所述的反衝洗管的管路上安裝有反衝洗管閥門。
4.根據權利要求1所述的去除飲用水中氨氮的一體化反應器，其特徵是所述的裝填有所述的生物填料的支架和超濾膜組件分別是一個以上。
5.根據權利要求4所述的去除飲用水中氨氮的一體化反應器，其特徵是所述的裝填有所述的生物填料的支架與超濾膜組件的安裝方式，是採用裝填有所述的生物填料的支架與超濾膜組件的分開順序安裝方式；或採用相互交錯混合的安裝方式；上述兩種安裝方式，與所述的穿孔板相鄰的都是裝填有所述的生物填料的支架。
6.一種利用權利要求1 5任意一項所述的去除飲用水中氨氮的一體化反應器進行去除飲用水中氨氮的方法其特徵是待處理水由進水口進入一體化反應器的穩流區中後， 水經由穿孔板均勻地進入反應區中，之後流經生物硝化作用區單元區域中的裝填有生物填料的生物硝化作用區和安裝了超濾膜組件的超濾膜過濾區單元區域，在水流經裝填有生物填料的生物硝化作用區和安裝了超濾膜組件的超濾膜過濾區單元區域時，同時由曝氣裝置向水中提供壓縮空氣進行曝氣，經處理後的水通過與安裝在超濾膜組件上方的出水管相連接的抽吸泵的抽吸流出反應器；所述的生物硝化作用區單元和所述的超濾膜過濾區單元設置在同一個反應池中；所述的穿孔板的一側與所述的反應池的池壁之間形成的空間構成了一穩流區；所述的反應池中安裝生物填料和超濾膜組件的區域為反應區。
7.根據權利要求6所述的方法其特徵是所述的待處理水在裝填生物填料的生物硝化作用區單元區域中的水力停留時間為20 120分鐘；所述的水在裝有所述的超濾膜組件的超濾膜過濾區單元區域中的水力停留時間為 10 40分鐘。
8.根據權利要求6所述的方法其特徵是所述的抽吸泵在所述的超濾膜組件上形成的抽吸負壓控制在IOkPa 80kPa之間。
9.根據權利要求6所述的方法其特徵是所述的生物硝化作用區單元區域中的氣水比範圍是10 1 150 1 ；所述的超濾膜過濾區單元區域中的氣水比範圍是5 1 50 1。
10.根據權利要求6或7所述的方法其特徵是所述的生物填料選自醛化纖綸材質的軟性纖維填料、醛化纖綸材質的半軟性填料、聚丙烯或聚乙烯材質的半軟性填料、醛化纖綸或活性炭纖維材質的組合填料、纖維材質的纖維束填料中的一種；所述的超濾膜組件為浸沒式膜組件，超濾膜的材質是聚氯乙烯或聚偏氟乙烯；超濾膜的孔徑範圍為0. 01 0. 20 μ m之間，超濾膜的膜通量為10 60L/m全文摘要
本發明涉及去除飲用水中氨氮的一體化反應器及方法。本發明的實現微生物硝化和超濾分離過程的去除飲用水中氨氮的一體化反應器包括生物硝化作用區單元和超濾膜過濾區單元；所述生物硝化作用區單元和所述超濾膜過濾區單元設置在同一個反應池中。本發明利用生物填料表面生長的微生物作用將氨氮去除，並去除部分小分子有機物；利用超濾膜過濾作用將細菌、微生物膜等截留，確保微生物安全性。利用曝氣裝置提供微生物所需的氧氣，並利用空氣剪切作用擦洗超濾膜絲表面附著物。密度較大的顆粒物、脫落的微生物膜等在重力作用下進入汙泥槽，並通過排泥管排出。本發明可用於受氨氮汙染水源的飲用水處理，也可應用於城市汙水和再生水中氨氮的去除。
文檔編號C02F9/14GK102267782SQ201110185359
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月1日 優先權日2011年7月1日
發明者俞文正, 劉會娟, 劉峰, 劉銳平, 曲久輝, 田川 申請人:中國科學院生態環境研究中心