超聲波協同生物吸附水處理方法
2023-12-02 22:48:01 1
專利名稱：超聲波協同生物吸附水處理方法
技術領域：
本發明涉及一種水處理方法，尤其是指一種超聲波協同生物吸附水處理方法，適用於遭受有機汙染和富營養化汙染的地面水或地下水的淨化。
背景技術：
目前，我國的水源水普遍存在有機汙染和氨氮汙染，傳統的飲用水淨化工藝對此基本無能為力，其出水水質無法滿足飲用水的標準。針對我國受汙染或微汙染水源水，已經研究、開發並推廣應用了生物預處理淨化方法，即生物接觸氧化法或生物濾池法，在水源溫度高於15℃的條件下，採用這種方法對氨氮的去除率可達80-90％，對高錳酸鉀指數去除可達20-30％，而當溫度低於15℃時，對氨氮的去除率僅為50％以下，高錳酸鉀指數去除為15％以下，採用這種方法，對水源水中難降解的汙染物則基本無作用。近年來，國內開始採用了一種稱作臭氧生物活性炭濾池法的水處理方法，這種方法的缺點是能耗大，活性炭需要周期性地更換，生產成本也相對較高。
發明內容
本發明的目的是針對上述生物處理方法的不足，提供一種利用超聲波協同生物吸附原理對汙染水源的水處理方法，它具有對難降解有機汙染物和氨氮成分去除效率高、一次性設備投資少和運行費用相對較低等特點。
為達到此目的所採取的技術方案是在反應器中填入顆粒狀或粉末狀活性炭，在活性炭的表面和孔隙中附著有微生物，將受汙染的水通入反應器，在反應器中通過水流和曝氣的作用，使活性炭呈流化狀態，用頻率為20-40kHz、功率為5-40W的超聲波輻射附著有微生物的活性炭，活性炭對水中的汙染物進行吸附，附著於活性炭的微生物對活性炭吸附的汙染物進行轉化和分解，使活性炭的吸附性能不斷恢復，受汙染的水形成淨化水後流出反應器，在反應器的出水口經過濾裝置對活性炭和微生物過濾後形成飲用水。
與現有技術相比本發明的優點是1、對有機物的去除效果好由於在曝氣和水的壓力作用下，反應器中的活性炭呈懸浮運動狀態，保證活性炭的吸附作用和微生物的氧化作用協同進行、發揮充分，從而使得反應器啟動後可永遠保持對有機物高效穩定的去除效果，活性炭無需更換或物化再生，可永久使用，不存在堵塞問題。
2、在低溫下對難降解有機物的分解能力更強由於利用超聲波強化微生物和活性炭的活性，從而使微生物對難降解有機物的分解能力更強，且在低溫下也能保持較高的去除率。
3、經濟實用本方法既可以使用顆粒狀活性炭，也可以使用粉末狀活性炭，粉末狀活性炭的價格相對較低。由於曝氣的作用，活性炭在反應器中處於懸浮運動狀態，傳質效率高，由於微生物的代謝活動使活性炭可以不斷地獲得再生，因此無需更換活性炭或進行物化再生，可永久使用。為了不使粉末活性炭和微生物流失，需要對從反應器流出的水進行微濾膜過濾，當使用顆粒狀活性炭時，其過濾方法既可以採用微濾膜過濾，也可以採用普通過濾池過濾，普通過濾池的過濾方法價格較低，微濾膜過濾方法出水水質更好，可根據工程需要進行選擇。
圖1為本發明實施例1流程圖。
圖2為本發明實施例2流程圖。
具體實施例方式
實施例1如圖1所示，在水溫為常溫條件下，將高錳酸鉀指數濃度＜12mg/l的受汙染地表水由水泵提升至沉澱池中進行混凝沉澱，並以FeCl3作為混凝劑，混凝沉澱後的出水在壓力作用下流入超聲波協同生物吸附反應器，該反應器的有效容積為11立方米，控制水量使汙染水處理量為500立方米/小時，汙染水在反應器中的停留時間為30分鐘。在反應器中填入1噸粉末狀活性炭，其粒度為200目，在活性炭的表面和孔隙中附著有微生物，用鼓風機向安裝在反應器中的多孔曝氣管鼓風，對活性炭和水進行曝氣，其曝氣量與進水流量的比為8∶1。用液哨式超聲波發生器以25KHz的頻率和10W的功率輻射附著有微生物的活性炭，活性炭對水中的汙染物進行吸附，附著於活性炭的微生物對活性炭吸附的汙染物進行轉化和分解，使活性炭的吸附性能不斷恢復，受汙染的水形成淨化水後流出反應器。在反應器的出口處用孔徑為5微米的微濾膜對淨化水進行過濾，以保證反應器中的微生物和活性炭不流失。過濾後的淨化水流入消毒池，在消毒池中進行加氯消毒處理，然後形成飲用水，飲用水中高錳酸鉀指數濃度＜2mg/l，對受汙染水中高錳酸鉀指數的去除效率達60％以上，氨氮指數的去除效率達90％以上，即達到飲用水標準。水處理的現價成本為1.5元/立方米，其處理成本低，處理效果好。
實施例2如圖2所示，在水溫低於15℃的條件下，將高錳酸鉀指數濃度＜12mg/l的受汙染地表水由水泵提升至沉澱池中進行混凝沉澱，並以FeCl3作為混凝劑，混凝沉澱後的出水在壓力作用下流入超聲波協同生物吸附反應器，該反應器的有效容積為11立方米，控制水壓使汙染水處理量為500立方米/小時，汙染水在反應器中的停留時間為30分鐘。在反應器中填入1噸顆粒狀活性炭，其粒徑為3mm，在活性炭的表面和孔隙中附著有微生物，用空氣壓縮機向安裝在反應器中的微孔曝氣頭鼓風，對活性炭和水進行曝氣，其曝氣量與進水流量的比為10∶1。對應於顆粒狀的活性炭，用插入反應器的探針式超聲波發生器或置於反應器底部的平板式超聲波發生器以35KHz的頻率和35W的功率直接輻射反應器中的混合液，促進附著於活性炭的微生物對活性炭吸附的汙染物進行轉化和分解，使活性炭的吸附性能不斷恢復，使受汙染的水形成淨化水流出反應器，流出反應器的淨化水流入過濾池進行過濾，過濾池中填充有石英砂濾料和石子等過濾材料，過濾後的清水再流入消毒池，在消毒池中進行加氯消毒處理，然後形成飲用水，飲用水中高錳酸鉀指數濃度＜2mg/l，對受汙染水源中高錳酸鉀指數的去除效率達40％以上，氨氮指數的去除效率達85％以上，同樣達到飲用水標準。採用過濾池過濾時，水處理的現價成本為1.1元/立方米，其處理成本更低，處理效果好。
本方法的工作原理是反應器中的活性炭在曝氣和水流的作用下，呈流化狀態，使得被處理的水與微生物和活性炭之間有較好的傳質條件。在活性炭和微生物的協同作用下，不僅易生物降解的有機物可高效降解，一般生物方法難於生物降解的有機物也可以有效去除，微生物的代謝活動使活性炭可以不斷地獲得再生，因此無需更換活性炭或進行物化再生，可永久使用。用頻率為20-40kHz、功率為5-40w的超聲波輻射附著有微生物的活性炭，提高了微生物細胞壁的傳質能力，增強了酶的活性，從而使微生物對難降解有機物的分解能力更強，且在低溫條件下也能保持較高的去除率，即使水溫低於15℃，對受汙染水中的高錳酸鉀指數的去除率仍可達40％以上。本發明適用於水源受到汙染的給水處理系統。
權利要求
1.一種超聲波協同生物吸附水處理方法，在反應器中填充有活性炭，在活性炭的表面及孔隙中附著有微生物，將具有壓力的受汙染水通入反應器，其特徵在於在曝氣條件下，活性炭呈流化狀態，用頻率為20-40kHz、功率為5-40W的超聲波輻射附著有微生物的活性炭，活性炭和微生物對水中的汙染物進行吸附和分解，受汙染的水形成淨化水後流出反應器，在反應器的出水口經過濾裝置對活性炭和微生物過濾後形成飲用水。
2.根據權利要求1所述的超聲波協同生物吸附水處理方法，其特徵在於所述的曝氣條件是指曝氣量與進水流量的比為8-10∶1。
3.根據權利要求1所述的超聲波協同生物吸附水處理方法，其特徵在於所述的活性炭為顆粒狀，其粒徑為1.5-4.0mm。
4.根據權利要求1所述的超聲波協同生物吸附水處理方法，其特徵在於所述的活性炭為粉末狀，其粒度為100-325目。
5.根據權利要求1所述的超聲波協同生物吸附水處理方法，其特徵在於所述的過濾裝置為微濾膜，微濾膜的孔徑為4-8微米。
6.根據權利要求1所述的超聲波協同生物吸附水處理方法，其特徵在於所述的過濾裝置為過濾池。過濾池中填充有石英砂濾料。
7.根據權利要求1所述的超聲波協同生物吸附水處理方法，其特徵在於所述的超聲波可以由液哨式、探針式或平板式超聲波發生器所產生。
全文摘要
本發明涉及一種超聲波協同生物吸附水處理方法，在反應器中填入顆粒狀或粉末狀活性炭，活性炭表面和孔隙中附著有微生物，通過水流和曝氣作用，使活性炭在反應器中呈流化狀態，在對受汙染的水進行生物吸附作用的較好傳質條件下，達到對可生物降解和難於生物降解有機物的高效去除效果。活性炭經微生物的代謝活動會不斷再生，不需更換。用頻率為20－40kHz、功率為5－40w的超聲波輻射附著有微生物的活性炭，提高微生物細胞壁的傳質能力，增強酶的活性，使微生物對難降解有機物的分解能力更強，即使在水溫低於15℃時，對受汙染水源水中高錳酸鉀指數的去除率仍達40％以上。將本發明方法應用於出水水質要求較高的給水處理系統時，其投資少，效率高，淨化效果好。
文檔編號C02F9/02GK1491909SQ02125710
公開日2004年4月28日 申請日期2002年8月13日 優先權日2002年8月13日
發明者劉紅, 劉 紅 申請人:北京師範大學