一種去除飲用水中有機物和氨氮的處理系統及方法與流程

2023-07-09 12:54:06 3

本發明涉及飲用水處理技術領域，尤其涉及一種去除飲用水中有機物和氨氮的處理系統及方法。

背景技術：

飲用水源微汙染已成為我國必須面臨的普遍問題，其中主要的汙染物指標為化學需氧量和氨氮。這些汙染物質含有大量的消毒副產物前體物，在飲用水消毒過程中會生成易致癌致畸致突變的物質，影響人體健康。同時，為提高飲用水水質，我國頒布了新的《生活飲用水衛生標準》GB5749-2006，對飲用水水質提出了更高的要求。

但是，目前我國大部分的自來水廠仍採用傳統的混凝-沉澱-砂濾處理工藝。傳統工藝對溶解性有機物、氨氮的去除效果不佳，出水水質已不能滿足需要，面臨工藝升級改造的需求。

目前，一般是在傳統處理工藝前增加預處理工藝，如預氧化等，或者在傳統處理工藝後再增加深度處理工藝；這些方式工藝的流程非常冗長，長度相當於兩個傳統的自來水處理工藝。用這種工藝對舊水廠進行改造，需要新建多個處理構築物，而且水廠的運行成本會成倍增加。有些水廠改造還存在用地緊張的問題，需要重新徵地，從而使改造的成本進一步上升。

以上背景技術內容的公開僅用於輔助理解本發明的構思及技術方案，其並不必然屬於本專利申請的現有技術，在沒有明確的證據表明上述內容在本專利申請的申請日已經公開的情況下，上述背景技術不應當用於評價本申請的新穎性和創造性。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本發明提供一種去除飲用水中有機物和氨氮的處理系統及方法，能夠在傳統飲用水處理系統基礎上不增加新的處理單元或佔地，就達到提高飲用水水質的目的，並且處理後的飲用水可以達到嚴格的GB5749-2006的標準。

為達到上述目的，本發明採用以下技術方案：

本發明公開了一種去除飲用水中有機物和氨氮的處理系統，包括微絮凝池、膜反應池、抽吸泵、活性炭濾池和清水池，其中：

所述微絮凝池用於使原水與絮凝劑進行混合反應，以形成微絮體顆粒；

所述膜反應池連接所述微絮凝池，安裝有陶瓷膜組件和臭氧曝氣器，所述臭氧曝氣器設置在所述陶瓷膜組件的下方，所述陶瓷膜組件是由陶瓷膜形成的具有開口的組件，所述陶瓷膜是由陶瓷顆粒燒結形成的具有孔隙通道的膜；所述臭氧曝氣器用於對所述陶瓷膜組件表面進行臭氧曝氣以使混合反應後的混合液發生催化臭氧化反應，所述陶瓷膜組件用於對混合液進行截留處理；

所述抽吸泵連接在所述膜反應池和所述活性炭濾池之間，用於將通過所述陶瓷膜組件的處理水抽送至所述活性炭濾池；

所述活性炭濾池的出水口連接所述清水池，處理水經過所述活性炭濾池過濾後去除有機物和氨氮形成飲用水排送至所述清水池。

優選地，所述活性炭濾池內設有的活性炭的粒徑為0.6～2.0mm，碘值≥950mg/g。

優選地，所述所述膜反應池的底面呈斜坡狀，在斜坡狀的底端設有排汙口以將被所述陶瓷膜組件截留的截留物排出。

優選地，所述陶瓷膜上的孔隙通道的平均直徑是10～100nm。

優選地，所述陶瓷顆粒的粒徑範圍是65～650nm。

優選地，所述陶瓷顆粒的材料為金屬氧化物陶瓷。

本發明還公開了一種採用上述的處理系統去除飲用水中有機物和氨氮的處理方法，包括：

S1：將原水和絮凝劑通入到所述微絮凝池內進行混合，以形成微絮體顆粒；

S2：將混合反應後的混合液通入到所述膜反應池內，所述混合液在所述膜反應池內與所述臭氧曝氣器曝出的臭氧混合發生催化臭氧化反應，所述陶瓷膜組件對混合液進行截留處理；

S3：所述抽吸泵將通過所述陶瓷膜組件的處理水抽送至所述活性炭濾池的頂部；

S4：處理水自上而下地經過所述活性炭過濾池過濾後去除有機物和氨氮，形成的飲用水從所述活性炭過濾池的底部排送至所述清水池。

優選地，步驟S1中還包括控制所述微絮凝池內的水力停留時間為12～16min。

優選地，步驟S2中水流通過所述陶瓷膜組件的表面的速率為0.04m/h。

優選地，步驟S2還包括：將純氧通入到臭氧生成器生成臭氧後再通入到所述臭氧曝氣器。

與現有技術相比，本發明的有益效果在於：本發明的去除飲用水中有機物和氨氮的處理系統及方法，採用耐氧化及浸沒式的陶瓷膜組件，可以將沉澱、臭氧氧化、膜過濾都集成在膜反應池內進行，含溶解臭氧的混合液進入到陶瓷膜膜孔內，在膜孔內發生催化臭氧化反應，去除一部分有機物的同時將有機物中的難降解的有機物催化分解為易被微生物降解的有機物，在膜過濾後再經過活性炭過濾去除飲用水中的有機物和氨氮以形成飲用水，從而形成短流程的深度處理工藝，使得傳統飲用水處理工藝在原有構築物基礎上升級為深度處理工藝成為可能，能夠在傳統飲用水處理系統基礎上不增加新的處理單元或佔地，就達到提高飲用水水質的目的，並且處理後的飲用水可以達到嚴格的GB5749-2006的標準，改造成本低。其中，本發明的處理系統和方法中在陶瓷膜孔內的催化臭氧化反應具有比傳統臭氧催化反應更快的反應速率和更高的臭氧利用率，從而使得採用本發明的處理系統和方法需要的臭氧投加量較傳統工藝降低50％以上，成本更進一步降低。

在進一步的方案中，臭氧曝氣器中的臭氧是通過純氧來製備的，臭氧曝氣器曝出的氣體中的氧氣同樣也進入到混合液中，極大地提高水中的溶解氧濃度，為活性炭濾池的氨氮的去除提供足夠的溶解氧，從而使得該處理系統去除有機物和氨氮的效果更好。

附圖說明

圖1是本發明優選實施例的飲用水處理系統的結構示意圖。

具體實施方式

下面對照附圖並結合優選的實施方式對本發明作進一步說明。

如圖1所示，本發明優選實施例公開了一種去除飲用水中有機物和氨氮的處理系統，包括依次連接安裝的微絮凝池5、膜反應池7、抽吸泵10、活性炭濾池12和清水池23。

微汙染的原水1在原水泵3的作用下通過管道2和管道4輸送至微絮凝池5，藥劑13(絮凝劑)在加藥泵15的作用下通過加藥管道14進入管道4與原水混合後進入到微絮凝池5；原水1與藥劑13(絮凝劑)混合後進入微絮凝池5，原水1中的微小顆粒與絮凝劑結合形成粒徑大於10μm的微絮凝顆粒；其中微絮凝池5內的水力停留時間為12～16min。

從微絮凝池5出來的混合液通過管道6進入到膜反應池7，膜反應池7內安裝有陶瓷膜組件8和臭氧曝氣器20，臭氧曝氣器20設置在陶瓷膜組件8的下方，膜反應池7的底面呈斜坡狀，在斜坡狀的底端設有排汙口21。臭氧曝氣器20中的臭氧是通過純氧16從通道17進入到臭氧發生器18製造出臭氧後由通道19進入到臭氧曝氣器20的，臭氧曝氣器20形成微米級的氣泡進入到膜反應池7內的混合液中。其中從微絮凝池5通入到膜反應池7內的混合液通入到臭氧曝氣器20附近的位置，使得混合液與臭氧混合後向上流動；被陶瓷膜組件8截留的截留物(包括微絮體顆粒)在膜反應池7的底部的斜坡上富集，定期從排汙口21處排出。含臭氧的混合液通過陶瓷膜組件8的表面進入到陶瓷膜組件8內，在抽吸泵10的作用下，形成負壓，而將通過陶瓷膜組件8的處理後的出水從陶瓷膜組件8的開口處經過出水通道9抽出，然後通過管道11進入到活性炭濾池12；活性炭濾池12中的活性炭的粒徑為0.6～2.0mm，碘值≥950mg/g，在活性炭中培養有去除有機物和氨氮的微生物，處理水在活性炭濾池12的流動方式為自上向下流，濾速為10m/h，處理水經過活性炭濾池12過濾後去除有機物和氨氮形成飲用水，通過管道22排送至清水池23。

本發明優選實施例的陶瓷膜組件8是由陶瓷膜形成的具有開口的組件，陶瓷膜是由均勻的納米級陶瓷顆粒粘結形成的具有孔隙通道的膜，其中，陶瓷顆粒的材質為金屬氧化物陶瓷，陶瓷顆粒的粒徑範圍是65～650nm，形成的孔隙通道的平均直徑為10～100nm。在膜反應池7內，含溶解臭氧的原水混合液進入到陶瓷膜膜孔內，在膜孔內發生催化臭氧化反應，去除一部分有機物的同時將有機物中的難降解有機物催化分解為易被微生物降解的有機物，進入到後續的活性炭濾池12中被微生物去除。在納米膜孔內的催化臭氧化反應具有比傳統臭氧催化反應更快的反應速率和更高的臭氧利用效率，因此本發明的處理系統中需要的臭氧投加量較傳統工藝降低50％以上；同時，純氧製備的含臭氧氣體通過臭氧曝氣器20在膜反應池7內形成微米級氣泡，氣體中的氧氣也同樣進入到原水混合液中，極大地提高水中的溶解氧濃度，為活性炭濾池12對氨氮的去除提供足夠的溶解氧，從而在系統內實現有機物和氨氮的同時去除。

通過本發明優選實施例的處理系統去除飲用水中有機物和氨氮的處理方法包括：

S1：將原水1和藥劑13(絮凝劑)通入到微絮凝池5內混合，在微絮凝池5內水力停留時間為12～16min，以形成微絮體顆粒；

S2：將混合後的混合液通入到膜反應池7內臭氧曝氣器20的附近，純氧16通入到臭氧生成器18內生成臭氧後通入到臭氧曝氣器20，混合液與臭氧混合向上流動至陶瓷膜組件8的表面及膜孔內發生催化臭氧化反應，陶瓷膜組件8對混合液進行截留處理，截留下來的截留物(包括為微絮體顆粒)從膜反應池7的底部的排汙口21排出，其中在膜反應池7內，沉澱、膜過濾、催化臭氧化反應同步進行，水流通過陶瓷膜組件8的表面的速率為0.04m/h；

S3：抽吸泵10將通過陶瓷膜組件8的處理水抽送至活性炭濾池12的頂部；

S4：處理水從上至下經過活性炭濾池12過濾後去除有機物和氨氮，形成的飲用水從活性炭濾池的底部排送至清水池23。

下述對本發明優選實施例的去除飲用水中有機物和氨氮的處理系統及方法進行試驗測試，進一步說明其效果。

測試1：測試本發明的微汙染水源飲用水處理系統及方法對於高COD原水的處理效果，水源水中的COD濃度為6.99、6.62、5.12、4.86、5.09、6.43、6.08、5.74、4.89、5.63mg/L，進水平均濃度是5.75mg/L；經過本發明的為汙染水源飲用水處理系統及方法處理後，出水COD濃度分別達1.23、1.19、0.88、0.69、0.86、1.02、0.94、0.90、1.07、1.12mg/L，出水平均濃度為0.99mg/L，平均去除率為82.8％。國家飲用水衛生標準GB5749-2006中對COD的限值是3.0mg/L，結果表明，本發明的微汙染水源飲用水處理系統及方法能夠使出水COD濃度達到國家飲用水衛生標準的要求。

測試2：測試本發明的微汙染水源飲用水處理系統及方法對於高氨氮原水的處理效果，水源水中的氨氮濃度為3.42、3.16、3.84、3.42、4.27、3.46、4.14、3.50、4.83、3.68mg/L，進水平均濃度是3.77mg/L；經過本發明的為汙染水源飲用水處理系統及方法處理後，出水氨氮濃度分別達0.07、0.05、0.14、0.09、0.12、0.07、0.15、0.06、0.17、0.08mg/L，出水平均濃度為0.10mg/L，平均去除率為97.3％。國家飲用水衛生標準GB5749-2006中對氨氮的限值是0.5mg/L，結果表明，本發明的微汙染水源飲用水處理系統及方法能夠使出水氨氮濃度達到國家飲用水衛生標準的要求。

從上述測試可以看出，本發明的飲用水處理系統及方法可以提供優質的飲用水，而且本發明的飲用水處理系統是通過將陶瓷膜製成的陶瓷膜組件及臭氧曝氣器加入到傳統的飲用水處理系統的沉澱池內，將活性炭替代傳統飲用水處理系統中的石英砂，使得在傳統飲用水處理系統的基礎上不需要增加新的處理單元或佔地，就可以達到提高飲用水水質的目的，並且處理後的飲用水可以達到嚴格的GB5749-2006的標準；綜上所述，本發明可以將傳統的飲用水處理系統直接根據本發明進行工藝升級，不需要再增加用地，而且改造成本低。

以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應當視為屬於本發明的保護範圍。