專利名稱：去除飲用水中氨氮的一體化反應(yīng)器及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及飲用水的凈化方法，特別涉及一種去除飲用水中氨氮的一體化反應(yīng)器，以及強(qiáng)化微生物的硝化作用去除飲用水中氨氮的方法。
背景技術(shù)：
我國許多城市的飲用水源都存在持續(xù)性或季節(jié)性的氨氮超標(biāo)的情況。飲用水常規(guī)處理工藝，即混凝、沉淀、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(biāo)準(zhǔn)(GB5749-2006)即將于2012年強(qiáng)制執(zhí)行，如何確保出廠水中氨氮達(dá)標(biāo)是許多水廠面臨的問題。采用臭氧/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(yùn)行成本均較高，許多水廠難以承受。此外，在常規(guī)工藝基礎(chǔ)上可增設(shè)生物濾池，利用微生物硝化作用強(qiáng)化氨氮去除。但是，生物濾池水頭損失較大、占地面積較大，在水廠改造中難以實現(xiàn)。超濾在近年來逐步得到應(yīng)用，且隨著超濾的大規(guī)模應(yīng)用，投資和運(yùn)行成本可進(jìn)一步降低。但是，超濾僅僅對水中細(xì)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并確保充分的停留時間，在較長的污泥齡條件下粉末活性炭表面生長出微生物膜，并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(xiàn)氨氮的強(qiáng)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并在此前提下確保粉末活性炭的污泥齡，這在工藝運(yùn)行中難以有效控制，且對于具有不同濁度等的原水水質(zhì)工藝運(yùn)行適應(yīng)性較差，管理復(fù)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，并在膜負(fù)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并可能造成供水事故。在充分發(fā)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(guān)鍵問題。本發(fā)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(fā)揮微生物硝化作用去除氨氮，之后再經(jīng)過超濾膜過濾去除水中細(xì)菌、脫落的生物膜等顆粒物，水中氨氮等污染物得到凈化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種實現(xiàn)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(yīng)器。本發(fā)明的目的之二是提供一種性能高效、經(jīng)濟(jì)可行、運(yùn)行維護(hù)簡單且在工程改造中易于實現(xiàn)的強(qiáng)化微生物硝化作用去除飲用水中氨氮的方法。本發(fā)明利用生物填料表面生長的微生物硝化作用將氨氮去除，并去除部分小分子有機(jī)物；利用超濾膜過濾作用將細(xì)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，并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(jìn)入污泥槽，并通過排泥管排出。本發(fā)明可用于受氨氮污染水源的飲用水處理，也可應(yīng)用于城市污水和再生水中氨氮的去除。本發(fā)明的實現(xiàn)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(yīng)器包括生物硝化作用區(qū)單元和超濾膜過濾區(qū)單元；所述的生物硝化作用區(qū)單元和所述的超濾膜過濾區(qū)單元設(shè)置在同一個反應(yīng)池中。所述的生物硝化作用區(qū)單元包括用于微生物掛膜的生物填料、曝氣裝置和污泥槽。一穿孔板安裝于所述的反應(yīng)池中，所述的穿孔板的一側(cè)與該反應(yīng)池的池壁之間形成的空間的頂部設(shè)置為開口 ；在所述的穿孔板的另一側(cè)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(shè)置有所述的污泥槽；所述的曝氣裝置通過管路與空氣壓縮機(jī)相連接。所述的超濾膜過濾區(qū)單元包括曝氣裝置、污泥槽和超濾膜組件。在所述的反應(yīng)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(shè)置有所述的污泥槽；所述的曝氣裝置通過管路與空氣壓縮機(jī)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沖洗管相連通，且優(yōu)選出水管與反沖洗管相連通處位于所述的出水管閥門上方的出水管上。所述的反沖洗管的管路上安裝有反沖洗管閥門。所述的污泥槽中安裝有排泥管。所述的穿孔板的一側(cè)與所述的反應(yīng)池的池壁之間形成的空間構(gòu)成了一穩(wěn)流區(qū)。所述的反應(yīng)池中安裝生物填料和超濾膜組件的區(qū)域為反應(yīng)區(qū)。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，是采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；或采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(fā)明的一體化反應(yīng)器含有穩(wěn)流區(qū)和反應(yīng)區(qū)兩個部分。穩(wěn)流區(qū)的功能是消除進(jìn)水帶來的剩余壓力，確保水流能夠均勻地進(jìn)入反應(yīng)區(qū)，避免短路流和死角區(qū)。反應(yīng)區(qū)的功能是實現(xiàn)微生物硝化和超濾分離等作用。本發(fā)明的一體化反應(yīng)器的生物硝化作用區(qū)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(xiàn)的；超濾膜過濾區(qū)是通過利用超濾膜組件的過濾作用得以實現(xiàn)的；生物填料和超濾膜組件可以分開設(shè)置，也可以交錯混合設(shè)置；當(dāng)生物填料和超濾膜組件分開設(shè)置時，生物填料應(yīng)設(shè)置于超濾膜組件前端。所述的生物填料可以選自醛化纖綸材質(zhì)的軟性纖維填料、醛化纖綸材質(zhì)的半軟性填料、聚丙烯或聚乙烯材質(zhì)的半軟性填料、醛化纖綸或活性炭纖維材質(zhì)的組合填料(其兼具軟性和半軟性填料的優(yōu)點)、纖維材質(zhì)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(qū)單元區(qū)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(zhì)可以是聚氯乙烯或聚偏氟乙烯。超濾膜的孔徑范圍為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(qū)域中的水力停留時間為10 40分鐘。用本發(fā)明的一體化反應(yīng)器處理待處理水時，待處理水均勻地進(jìn)入裝填有生物填料和超濾膜組件的區(qū)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(zhuǎn)化為硝酸鹽；去除氨氮的水經(jīng)過超濾膜組件，在膜分離作用下去除水中膠體、細(xì)菌、病毒、脫落的微生物膜等雜質(zhì)顆粒得以進(jìn)一步凈化。經(jīng)所述的生物填料處理后的去除氨氮的水流經(jīng)超濾膜過濾區(qū)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(yīng)器中的水在抽吸泵形成的負(fù)壓作用下從膜外側(cè)進(jìn)入內(nèi)側(cè)，并最終由出水管流出。所述的抽吸泵在所述的超濾膜組件上形成的抽吸負(fù)壓控制在lOltfa SOltfa之間。為了保證膜通量，在進(jìn)行去除飲用水中氨氮的運(yùn)行過程中，需要定期對所述的超濾膜過濾區(qū)單元中的超濾膜組件進(jìn)行反沖洗。反沖洗水采用超濾膜組件處理后的出水。在反沖洗泵的作用下，反沖洗水由超濾膜內(nèi)側(cè)向外側(cè)流出，附著在膜表面的污染物得以從膜表面脫離。所述的超濾膜組件反沖洗周期為2 20分鐘。反沖洗泵開啟時，反沖洗進(jìn)水管閥門開啟，而抽吸泵停止運(yùn)行且出水管閥門關(guān)閉；反沖洗停止后，反沖洗進(jìn)水管閥門關(guān)閉， 而抽吸泵開始運(yùn)行且出水管閥門開啟。設(shè)置真空表可監(jiān)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(shè)置有曝氣裝置， 并分別通過空氣壓縮機(jī)往水中泵入壓縮空氣，從而為水中提供溶解氧，并提供水力作用進(jìn)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(xù)地泵入反應(yīng)器中，也可以是間歇地泵入反應(yīng)器中。所述的生物硝化作用區(qū)單元區(qū)域中的氣水比范圍是10 1 150 1 ；所述的超濾膜過濾區(qū)單元區(qū)域中的氣水比范圍是5 1 50 1。所述的生物硝化作用區(qū)單元區(qū)域中和所述的超濾膜過濾區(qū)單元區(qū)域中的壓縮空氣可以由同一臺空氣壓縮機(jī)提供，也可以由不同的空氣壓縮機(jī)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(shè)置有污泥槽。水中密度較大的顆粒物、脫落的微生物膜等雜質(zhì)在重力作用下進(jìn)入污泥槽中，并通過排泥管將污泥槽中的污泥排出。排泥間隔可以是12 48小時。本發(fā)明的實現(xiàn)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(jìn)水口進(jìn)入一體化反應(yīng)器的穩(wěn)流區(qū)中后，水經(jīng)由穿孔板均勻地進(jìn)入反應(yīng)區(qū)中，之后流經(jīng)生物硝化作用區(qū)單元區(qū)域中的裝填有生物填料的生物硝化作用區(qū)和安裝了超濾膜組件的超濾膜過濾區(qū)單元區(qū)域，在水流經(jīng)裝填有生物填料的生物硝化作用區(qū)和安裝了超濾膜組件的超濾膜過濾區(qū)單元區(qū)域時，同時由曝氣裝置向水中提供壓縮空氣進(jìn)行曝氣，經(jīng)處理后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(yīng)器；所述的生物硝化作用區(qū)單元和所述的超濾膜過濾區(qū)單元設(shè)置在同一個反應(yīng)池中；所述的穿孔板的一側(cè)與所述的反應(yīng)池的池壁之間形成的空間構(gòu)成了一穩(wěn)流區(qū)；所述的反應(yīng)池中安裝生物填料和超濾膜組件的區(qū)域為反應(yīng)區(qū)。所述的待處理水在裝填生物填料的生物硝化作用區(qū)單元區(qū)域中的水力停留時間為20 120分鐘(設(shè)計所述的生物填料所占的容積，即可實現(xiàn)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(qū)單元區(qū)域中的水力停留時間為10 40分鐘(設(shè)計所述的超濾膜組件所占的容積，即可實現(xiàn)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(fù)壓控制在IOkPa SOkPa之間。所述的生物硝化作用區(qū)單元區(qū)域中的氣水比范圍是10 1 150 1;所述的超濾膜過濾區(qū)單元區(qū)域中的氣水比范圍是5 1 50 1。本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、充分發(fā)揮微生物的生物硝化與降解作用，實現(xiàn)飲用水中氨氮的去除；將超濾膜后置在微生物反應(yīng)區(qū)之后，避免細(xì)菌、生物膜等穿透，確保微生物安全性；2、占地面積小，水頭損失小，易于應(yīng)用于老水廠改造和新水廠建設(shè)；3、不必投加化學(xué)藥劑或粉末活性炭等，運(yùn)行成本低廉，且運(yùn)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(jī)物。


圖1為本發(fā)明的采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(yīng)器示意圖。圖2為本發(fā)明的采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(yīng)器示意圖。附圖標(biāo)記1.穩(wěn)流區(qū)4.生物填料7.污泥槽10.空氣壓縮機(jī)13.真空表
2.穿孔板 5.超濾膜組件 8.排泥管 11.出水管 14.反沖洗管閥門
3.反應(yīng)區(qū) 6.曝氣裝置 9.抽吸泵 12.反沖洗管 15.出水管閥門
具體實施例方式實施例1請參見圖1，實現(xiàn)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(yīng)器包括生物硝化作用區(qū)單元和超濾膜過濾區(qū)單元；所述的生物硝化作用區(qū)單元和所述的超濾膜過濾區(qū)單元設(shè)置在同一個反應(yīng)池中。所述的生物硝化作用區(qū)單元包括用于微生物掛膜的生物填料4、曝氣裝置6和污泥槽7。一穿孔板2安裝于所述的反應(yīng)池中，所述的穿孔板2的一側(cè)與所述的反應(yīng)池壁之間形成的空間的頂部設(shè)置為開口 ；在所述的穿孔板2的另一側(cè)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(shè)置有污泥槽7，所述的污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(jī)10相連接。所述的超濾膜過濾區(qū)單元包括曝氣裝置6、污泥槽7和超濾膜組件5 ；在所述的反應(yīng)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(shè)置有污泥槽7，所述的污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(jī)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與帶有反沖洗管閥門14的一反沖洗管12相連通，且出水管與反沖洗管相連通處位于所述的出水管閥門上方的出水管上。所述的穿孔板的一側(cè)與所述的反應(yīng)池的池壁之間形成的空間構(gòu)成了一穩(wěn)流區(qū)1。所述的反應(yīng)池中安裝生物填料和超濾膜組件的區(qū)域為反應(yīng)區(qū)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，是采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(yīng)器進(jìn)行去除飲用水中氨氮的方法為待處理水由進(jìn)水口進(jìn)入一體化反應(yīng)器的穩(wěn)流區(qū)1中后，水經(jīng)由穿孔板2均勻地進(jìn)入反應(yīng)區(qū)3中，之后流經(jīng)生物硝化作用區(qū)單元區(qū)域中的裝填有醛化纖綸材質(zhì)的軟性填料的生物填料4的生物硝化作用區(qū)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(qū)單元區(qū)域，在水流經(jīng)裝填有生物填料的生物硝化作用區(qū)和安裝了超濾膜組件的超濾膜過濾區(qū)單元區(qū)域時，同時由曝氣裝置6向水中提供壓縮空氣進(jìn)行曝氣，經(jīng)處理后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(yīng)器。在水流經(jīng)裝填有醛化纖綸材質(zhì)的軟性填料的生物硝化作用區(qū)單元區(qū)域時，使水在所述的生物硝化作用區(qū)單元區(qū)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(qū)單元區(qū)域中的水力停留時間為10分鐘。所采用的中空纖維膜為浸沒式膜組件，且超濾膜材質(zhì)為聚氯乙烯；超濾膜的孔徑范圍為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(zhuǎn)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(cè)進(jìn)入內(nèi)側(cè)，并最終流經(jīng)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(fù)壓控制在lOKPa。超濾膜組件反沖洗周期為2分鐘。通過空氣壓縮機(jī)往水中泵入壓縮空氣，生物氧化單元區(qū)域中的氣水比是10 1，所述的超濾膜過濾單元區(qū)域中的氣水比范圍是5 1。污泥槽中沉降的污泥通過排泥管排出，排泥周期為48小時。待處理水中氨氮濃度為1.0mg/L。采用上述方法進(jìn)行處理，出水氨氮濃度為 0. lmg/L，達(dá)到《國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB5749-2006)》要求。實施例2請參見圖2，設(shè)計建立結(jié)構(gòu)基本如實施例1的實現(xiàn)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(yīng)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，是采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(yīng)器進(jìn)行去除飲用水中氨氮的方法為待處理水由進(jìn)水口進(jìn)入一體化反應(yīng)器的穩(wěn)流區(qū)1中后，水經(jīng)由穿孔板2均勻地進(jìn)入反應(yīng)區(qū)3中，之后流經(jīng)生物硝化作用區(qū)單元區(qū)域中的裝填有醛化纖綸材質(zhì)的半軟性填料的生物填料4的生物硝化作用區(qū)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(qū)單元區(qū)域，在水流經(jīng)裝填有醛化纖綸材質(zhì)的半軟性填料的生物填料的生物硝化作用區(qū)和安裝了超濾膜組件的超濾膜過濾區(qū)單元區(qū)域時，同時由曝氣裝置6向水中提供壓縮空氣進(jìn)行曝氣，經(jīng)處理后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(yīng)器；在水流經(jīng)裝填有醛化纖綸材質(zhì)的半軟性填料的生物硝化作用區(qū)時，使水在所述的生物硝化作用區(qū)單元區(qū)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(qū)單元區(qū)域中的水力停留時間為40分鐘。所采用的中空纖維膜為浸沒式膜組件，且超濾膜材質(zhì)為聚偏氟乙烯；超濾膜的孔徑范圍為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(zhuǎn)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(cè)進(jìn)入內(nèi)側(cè)，并最終流經(jīng)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(fù)壓控制在80KPa。超濾膜組件反沖洗周期為2分鐘。通過空氣壓縮機(jī)往水中泵入壓縮空氣，生物氧化單元區(qū)域中的氣水比是150 1，所述的超濾膜過濾單元區(qū)域中的氣水比范圍是50 1。污泥槽中沉降的污泥通過排泥管排出，排泥周期為12小時。待處理水中氨氮濃度為ang/L。采用上述方法進(jìn)行處理，出水氨氮濃度為0. 5mg/ L，達(dá)到《國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB5749-2006)》要求。實施例3請參見圖1，實現(xiàn)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(yīng)器包括生物硝化作用區(qū)單元和超濾膜過濾區(qū)單元；所述的生物硝化作用區(qū)單元和所述的超濾膜過濾區(qū)單元設(shè)置在同一個反應(yīng)池中。所述的生物硝化作用區(qū)單元包括用于微生物掛膜的生物填料4、曝氣裝置6和污泥槽7?！┛装?安裝于所述的反應(yīng)池中，所述的穿孔板2的一側(cè)與所述的反應(yīng)池壁之間形成的空間的頂部設(shè)置為開口 ；在所述的穿孔板2的另一側(cè)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(shè)置有污泥槽7，所述的污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(jī)10相連接。所述的超濾膜過濾區(qū)單元包括曝氣裝置6、污泥槽7和超濾膜組件5 ；在所述的反應(yīng)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(shè)置有污泥槽7，所述的污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(jī)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與帶有反沖洗管閥門14的一反沖洗管12相連通，且出水管與反沖洗管相連通處位于所述的出水管閥門上方的出水管上。所述的穿孔板的一側(cè)與所述的反應(yīng)池的池壁之間形成的空間構(gòu)成了一穩(wěn)流區(qū)1。所述的反應(yīng)池中安裝生物填料和超濾膜組件的區(qū)域為反應(yīng)區(qū)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，是采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(yīng)器進(jìn)行去除飲用水中氨氮的方法為待處理水由進(jìn)水口進(jìn)入一體化反應(yīng)器的穩(wěn)流區(qū)1中后，水經(jīng)由穿孔板2均勻地進(jìn)入反應(yīng)區(qū)3中，之后流經(jīng)生物硝化作用區(qū)單元區(qū)域中的裝填有醛化纖綸材質(zhì)的組合填料的生物填料4的生物硝化作用區(qū)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(qū)單元區(qū)域，在水流經(jīng)裝填有生物填料的生物硝化作用區(qū)和安裝了超濾膜組件的超濾膜過濾區(qū)單元區(qū)域時，同時由曝氣裝置6向水中提供壓縮空氣進(jìn)行曝氣，經(jīng)處理后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(yīng)器；在水流經(jīng)裝填有醛化纖綸材質(zhì)的組合填料的生物硝化作用區(qū)時，使水在所述的生物硝化作用區(qū)單元區(qū)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(qū)單元區(qū)域中的水力停留時間為20分鐘。所采用的中空纖維膜為浸沒式膜組件，且超濾膜材質(zhì)為聚氯乙烯；超濾膜的孔徑范圍為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(zhuǎn)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(cè)進(jìn)入內(nèi)側(cè)，并最終流經(jīng)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(fù)壓控制在60KPa。超濾膜組件反沖洗周期為20分鐘。通過空氣壓縮機(jī)往水中泵入壓縮空氣，生物氧化單元區(qū)域中的氣水比是150 1，所述的超濾膜過濾單元區(qū)域中的氣水比范圍是50 1。污泥槽中沉降的污泥通過排泥管排出，排泥周期為M小時。待處理水中氨氮濃度為1.8mg/L。采用上述方法進(jìn)行處理，出水氨氮濃度為 0. 5mg/L,達(dá)到《國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB5749-2006)》要求。實施例4請參見圖2，設(shè)計建立結(jié)構(gòu)基本如實施例1的實現(xiàn)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(yīng)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，是采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(yīng)器進(jìn)行去除飲用水中氨氮的方法為待處理水由進(jìn)水口進(jìn)入一體化反應(yīng)器的穩(wěn)流區(qū)1中后，水經(jīng)由穿孔板2均勻地進(jìn)入反應(yīng)區(qū)3中，之后流經(jīng)生物硝化作用區(qū)單元區(qū)域中的裝填有纖維材質(zhì)的纖維束填料的生物填料4的生物硝化作用區(qū)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(qū)單元區(qū)域，在水流經(jīng)裝填有纖維材質(zhì)的纖維束填料的生物填料的生物硝化作用區(qū)和安裝了超濾膜組件的超濾膜過濾區(qū)單元區(qū)域時，同時由曝氣裝置6向水中提供壓縮空氣進(jìn)行曝氣，經(jīng)處理后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(yīng)器；在水流經(jīng)裝填有纖維材質(zhì)的纖維束填料的生物硝化作用區(qū)時，使水在所述的生物硝化作用區(qū)單元區(qū)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(qū)單元區(qū)域中的水力停留時間為10分鐘。所采用的平板膜為浸沒式膜組件，且超濾膜材質(zhì)為聚偏氟乙烯；超濾膜的孔徑范圍為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(zhuǎn)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(cè)進(jìn)入右側(cè)，并最終流經(jīng)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(fù)壓控制在80KPa。超濾膜組件反沖洗周期為10分鐘。通過空氣壓縮機(jī)往水中泵入壓縮空氣，生物氧化單元區(qū)域中的氣水比是150 1，所述的超濾膜過濾單元區(qū)域中的氣水比范圍是50 1。污泥槽中沉降的污泥通過排泥管排出，排泥周期為48小時。待處理水中氨氮濃度為lmg/L。采用上述方法進(jìn)行處理，出水氨氮濃度為0. 5mg/ L，達(dá)到《國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB5749-2006)》要求。實施例5請參見圖2，設(shè)計建立結(jié)構(gòu)基本如實施例1的實現(xiàn)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(yīng)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，是采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(yīng)器進(jìn)行去除飲用水中氨氮的方法為待處理水由進(jìn)水口進(jìn)入一體化反應(yīng)器的穩(wěn)流區(qū)1中后，水經(jīng)由穿孔板2均勻地進(jìn)入反應(yīng)區(qū)3中，之后流經(jīng)生物硝化作用區(qū)單元區(qū)域中的裝填有活性炭纖維材質(zhì)的組合填料的生物填料4的生物硝化作用區(qū)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(qū)單元區(qū)域，在水流經(jīng)裝填有活性炭纖維材質(zhì)的組合填料的生物填料的生物硝化作用區(qū)和安裝了超濾膜組件的超濾膜過濾區(qū)單元區(qū)域時，同時由曝氣裝置6向水中提供壓縮空氣進(jìn)行曝氣，經(jīng)處理后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(yīng)器；在水流經(jīng)裝填有活性炭纖維材質(zhì)的組合填料的生物硝化作用區(qū)時，使水在所述的生物硝化作用區(qū)單元區(qū)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(qū)域中的水力停留時間為 20分鐘。所采用的平板膜為浸沒式膜組件，且超濾膜材質(zhì)為聚氯乙烯；超濾膜的孔徑范圍為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(zhuǎn)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(cè)進(jìn)入右側(cè)，并最終流經(jīng)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(fù)壓控制在50KPa。超濾膜組件反沖洗周期為2分鐘。通過空氣壓縮機(jī)往水中泵入壓縮空氣，生物氧化單元區(qū)域中的氣水比是150 1，所述的超濾膜過濾單元區(qū)域中的氣水比范圍是50 1。污泥槽中沉降的污泥通過排泥管排出，排泥周期為36小時。待處理水中氨氮濃度為2.5mg/L。采用上述方法進(jìn)行處理，出水氨氮濃度為 0. 5mg/L,達(dá)到《國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB5749-2006)》要求。
權(quán)利要求
1.一種去除飲用水中氨氮的一體化反應(yīng)器，包括生物硝化作用區(qū)單元和超濾膜過濾區(qū)單元；其特征是所述的生物硝化作用區(qū)單元和所述的超濾膜過濾區(qū)單元設(shè)置在同一個反應(yīng)池中；所述的生物硝化作用區(qū)單元包括用于微生物掛膜的生物填料、曝氣裝置和污泥槽；一穿孔板安裝于所述的反應(yīng)池中，所述的穿孔板的一側(cè)與該反應(yīng)池的池壁之間形成的空間的頂部設(shè)置為開口 ；在所述的穿孔板的另一側(cè)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(shè)置有所述的污泥槽；所述的曝氣裝置通過管路與空氣壓縮機(jī)相連接；所述的超濾膜過濾區(qū)單元包括曝氣裝置、污泥槽和超濾膜組件；在所述的反應(yīng)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(shè)置有所述的污泥槽；所述的曝氣裝置通過管路與空氣壓縮機(jī)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(jù)權(quán)利要求1所述的去除飲用水中氨氮的一體化反應(yīng)器，其特征是所述的出水管上安裝有真空表及出水管閥門。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的去除飲用水中氨氮的一體化反應(yīng)器，其特征是所述的出水管與一反沖洗管相連通，且出水管與反沖洗管相連通處位于所述的出水管閥門上方的出水管上；所述的反沖洗管的管路上安裝有反沖洗管閥門。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除飲用水中氨氮的一體化反應(yīng)器，其特征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(jù)權(quán)利要求4所述的去除飲用水中氨氮的一體化反應(yīng)器，其特征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，是采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；或采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(quán)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(yīng)器進(jìn)行去除飲用水中氨氮的方法其特征是待處理水由進(jìn)水口進(jìn)入一體化反應(yīng)器的穩(wěn)流區(qū)中后， 水經(jīng)由穿孔板均勻地進(jìn)入反應(yīng)區(qū)中，之后流經(jīng)生物硝化作用區(qū)單元區(qū)域中的裝填有生物填料的生物硝化作用區(qū)和安裝了超濾膜組件的超濾膜過濾區(qū)單元區(qū)域，在水流經(jīng)裝填有生物填料的生物硝化作用區(qū)和安裝了超濾膜組件的超濾膜過濾區(qū)單元區(qū)域時，同時由曝氣裝置向水中提供壓縮空氣進(jìn)行曝氣，經(jīng)處理后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(yīng)器；所述的生物硝化作用區(qū)單元和所述的超濾膜過濾區(qū)單元設(shè)置在同一個反應(yīng)池中；所述的穿孔板的一側(cè)與所述的反應(yīng)池的池壁之間形成的空間構(gòu)成了一穩(wěn)流區(qū)；所述的反應(yīng)池中安裝生物填料和超濾膜組件的區(qū)域為反應(yīng)區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法其特征是所述的待處理水在裝填生物填料的生物硝化作用區(qū)單元區(qū)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(qū)單元區(qū)域中的水力停留時間為 10 40分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法其特征是所述的抽吸泵在所述的超濾膜組件上形成的抽吸負(fù)壓控制在IOkPa 80kPa之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法其特征是所述的生物硝化作用區(qū)單元區(qū)域中的氣水比范圍是10 1 150 1 ；所述的超濾膜過濾區(qū)單元區(qū)域中的氣水比范圍是5 1 50 1。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法其特征是所述的生物填料選自醛化纖綸材質(zhì)的軟性纖維填料、醛化纖綸材質(zhì)的半軟性填料、聚丙烯或聚乙烯材質(zhì)的半軟性填料、醛化纖綸或活性炭纖維材質(zhì)的組合填料、纖維材質(zhì)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(zhì)是聚氯乙烯或聚偏氟乙烯；超濾膜的孔徑范圍為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(fā)明涉及去除飲用水中氨氮的一體化反應(yīng)器及方法。本發(fā)明的實現(xiàn)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(yīng)器包括生物硝化作用區(qū)單元和超濾膜過濾區(qū)單元；所述生物硝化作用區(qū)單元和所述超濾膜過濾區(qū)單元設(shè)置在同一個反應(yīng)池中。本發(fā)明利用生物填料表面生長的微生物作用將氨氮去除，并去除部分小分子有機(jī)物；利用超濾膜過濾作用將細(xì)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，并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(jìn)入污泥槽，并通過排泥管排出。本發(fā)明可用于受氨氮污染水源的飲用水處理，也可應(yīng)用于城市污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(yōu)先權(quán)日2011年7月1日
發(fā)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(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心