一种直接处理微污染河水的供水装置及供水方法与流程

1.本发明涉及给水处理技术领域，尤其涉及一种微污染河水处理技术。


背景技术：

2.随着经济的发展，工业化程度的提高，环境污染逐渐扩张、加剧，造成生活饮用水水源水中普遍存在有机物cod、氨氮含量较高的情况，同时导致藻类含量较高，产生贾第鞭毛虫、隐孢子虫，现有工艺难以进行处理，净水厂不能达标供水，严重影响居民的正常安全用水，对人身健康构成严重威胁。
3.现有的给水处理方法主要为混凝、沉淀、过滤以及消毒，其主要作用是去除水中的胶体、悬浮物杂质和细菌，以达到饮用水标准要求。然而常规处理工艺对微污染水中的有机污染物和氨氮没有明显的去除效果，污染较重的原水经常规工艺只能去除部分。另外，有机物和氨氮的大量存在也使氯的投加量大幅度增加，形成了较多的有机氯化物，引起致突变活性升高，而且预氯化产生的卤代物在混凝、沉淀及过滤处理中不能得到有效去除。
4.超滤膜是一种利用压力的活性膜，在外界推动力(压力)作用下其能截留水中胶体、颗粒和分子量相对较大的物质，而水和小的溶质颗粒能透过该膜。通过膜表面的微孔筛选可截留分子量大于1
×
10-4
微米的物质，从而使水得到净化。超滤膜分离技术用于给水处理，主要去除致病菌、胶体和大分子有机物，以及悬浮物。其具有以下优点：(1)出水水质稳定，受进水水质波动影响小；(2)无需向水中投加絮凝剂等化学药剂，避免了药剂影响水质的问题；(3)膜分离技术只用压力做推动力，因此分离装置简单，操作容易，易于自控和维修。
5.中国发明专利cn100562500c公开一种饮用水深度净化方法和装置。该方法是一种针对普遍存在的微污染水源开发的饮用水深度处理工艺，将生物活性炭滤池和超滤膜生物反应器联用进行深度净化饮用水处理。待处理的原水首先进入生物活性炭滤池，滤池出水再进入到超滤膜生物反应器当中，经两级生物降解处理后的水由抽吸泵从超滤膜组件中抽出。所述的饮用水深度净化方法和装置，对待处理的原水水质具有要求，需要为预先经过澄清处理的江河水或浊度较低的湖泊水库水；然而，净水效果并非十分理想，有机物(cod
mn
)的去除绝对值低于3mg/l，氨氮去除绝对值低于3mg/l；且该方法为生物活性炭滤池与超滤生物反应器联用，造价较高，不利于实际生产。
6.cn103466818a公开了一种去除饮用水中微量有机物的超滤-粉末活性炭组合净化方法，该方法包括活性炭吸附反应器的吸附、超滤膜池内活性炭吸附、超滤过滤过程、活性炭回流等4个步骤。该方法通过膜池内活性炭浓度增加来改善出水中微量有机物的去除效果，通过活性炭回流至活性炭吸附反应器充分利用初始浓度对活性炭吸附速度的驱动作用。然而，该组合净化方法主要用于去除饮用水的微量有机物，对微污染生活饮用水原水的净化作用并无说明。且该方法仅利用活性炭吸附、超滤过滤等物理方法，对水中氨氮的去除难以保证。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种直接处理微污染河水的供水装置及供水方法，以解决现有水处理技术不能有效去除水中氨氮、有机物、藻类、有害微生物，以及不能有效消毒等问题。
8.为了达到上述目的本发明采用如下技术方案：
9.一种直接处理微污染河水的供水装置，包括载体生物膜过滤系统、为所述载体生物膜过滤系统供气的曝气系统、加药消毒系统；所述载体生物膜过滤系统的底部设置有原水进水口，所述载体生物膜过滤系统的膜过滤出水端通过出水管连接有滤后水箱，所述滤后水箱连接有总水管，所述加药消毒系统连接在总水管上，消毒后的水源由总水管进行供水。
10.进一步地，所述载体生物膜过滤系统包括载体生物模块和超滤膜组件，载体生物模块的出水口通过中间水管和潜水泵连接所述超滤膜组件的进水口；
11.所述曝气系统包括鼓风机和连接在所述鼓风机出气端的曝气支路，所述曝气支路设有第一空气流量计和第一曝气盘，所述第一曝气盘位于载体生物模块底部。
12.进一步地，所述载体生物模块包括组合填料，组合填料直径为150-250mm，以单个组合填料中心间的距离计算，组合填料布置纵向间距为50-100mm，组合填料布置横向间距为250-300mm。
13.进一步地，所述组合填料包括双圈塑料环，其外圈上布置有醛化纤维，纤维束均匀分布，其内圈是雪花状塑料枝条，所述内圈挂有生物膜。
14.进一步地，所述超滤膜组件为浸没式超滤膜组件，其膜材质采用聚偏氟乙烯，膜孔径为0.01μm-0.05μm，组件形式采用中空纤维式。
15.进一步地，所述曝气系统还包括膜反冲气洗系统，膜反冲气洗系统包括连接在所述鼓风机出气端的反冲气洗支路，所述反冲气洗支路上设有第二空气流量计和第二曝气盘，所述第二曝气盘位于所述超滤膜组件底部。
16.进一步地，所述出水管上从膜过滤出水端到滤后水箱依次设有真空表、压力传感器、第一出水阀门、抽吸泵、第二液体流量计、第二出水阀门。
17.进一步地，所述膜过滤出水端与所述滤后水箱之间设有膜反冲水洗系统，所述膜反冲水洗系统包括第一段反冲洗管路、第一反冲洗阀门、第二段反冲洗管路、第二反冲洗阀门，所述第一反冲洗阀门安装在第一段反冲洗管路上，第二反冲洗阀门安装在第二段反冲洗管路上，
18.第一段反冲洗管路的进水端连接在滤后水箱上，其出水端连接在所述出水管上第一出水阀门和抽吸泵之间的部位；第二段反冲洗管路的进水端连接在所述出水管上第二液体流量计和第二出水阀门之间的部位，其出水端连接在出水管的真空表进水端之前的部位上，反冲洗时把第一出水阀门和第二出水阀门关闭，打开第一反冲洗阀门和第二反冲洗阀门，滤后水箱的水经抽吸泵作用进入第一段反冲洗管路，经过第一反冲洗阀门、抽吸泵、第二液体流量计，进入第二段反冲洗管路，经第二反冲洗阀门、膜过滤出水端进入超滤膜组件实现膜反冲水洗。
19.进一步地，所述载体生物膜过滤系统、曝气系统、滤后水箱、加药消毒系统集成在承载平台上；
20.载体生物膜过滤系统安装在一箱体内，所述箱体内设有隔板，所述超滤膜组件设在隔板上，所述载体生物模块位于隔板下方；
21.中间水管上还设有第一液体流量计；
22.所述承载平台采用浮具支撑，超滤膜组件位于液面上方，载体生物模块位于液面下方，所述原水进水口位于载体生物模块底部，载体生物模块底部还设有排泥阀。
23.进一步地，所述总水管位于所述加药消毒系统的上游部分设有总水泵，所述加药消毒系统包括储药罐、加药管、以及安装在加药管上的隔膜计量泵、加药阀门，所述储药罐通过加药管连接在所述总水管上。
24.本发明还提供一种应用上述直接处理微污染河水的供水装置的供水方法，步骤如下：
25.(1)原水(待处理的微污染河水)进入载体生物膜过滤系统，先经过载体生物模块的微生物处理去除氨氮及有机物；经载体生物模块处理后的出水，经过超滤膜组件处理去除水中的颗粒物和大分子有机污染物，同时截留微生物；经过超滤膜组件处理的出水进入滤后水箱；
26.(2)滤后水箱的出水，进入总水管；加药消毒系统将消毒药剂添加到总水管中；经消毒后的水输出供水。
27.更优地，所述步骤(1)中载体生物模块处理阶段，鼓风机与第一曝气盘提供空气，在气水体积比为1:1-2.5:1的情况下，原水在载体生物模块内水力停留时间为1-2h。
28.更优地，所述超滤膜组件的超滤膜设置过滤通量为50-60l/m2·
h，抽吸压力为0-60kpa。
29.更优地，还包括将超滤膜组件设置定期的在线物理反冲洗、离线化学清洗，
30.在线物理反冲洗的过程是：鼓风机提供空气，空气从第二曝气盘进入超滤膜组件中，同时第一出水阀门和第二出水阀门关闭，打开第一反冲洗阀门和第二反冲洗阀门，滤后水箱3的水经抽吸泵作用进入第一段反冲洗管路，经过第一反冲洗阀门、抽吸泵、第二液体流量计，进入第二段反冲洗管路，经第二反冲洗阀门、膜过滤出水端进入超滤膜组件，进入超滤膜组件的气水体积比在2:1-8:1，搅拌混合对超滤膜膜丝冲刷清洗。
31.在线物理反冲洗的设置有两种方式，一种是正常过滤：在线物理反冲洗时间比为9:1；另一种是膜压达到-0.6mp即停止正常过滤，进行在线物理反冲洗，反冲洗时间为5min；
32.离线化学清洗每隔30天进行一次，其过程是：加药消毒系统往总水管中加药，经过抽吸泵的作用，消毒药和滤后水箱的水进入膜反冲水洗系统，进入超滤膜组件中浸泡120～240min。
33.更优地，载体生物膜过滤系统内污泥停留时间为3d-7d，定期通过排泥阀向外排泥，超滤膜组件定期清洗后的药洗液、冲洗液也通过排泥阀排出。
34.本发明的优点包括：将载体生物处理技术与浸没式超滤膜技术有机地结合起来，并设置加药消毒系统，充分发挥载体生物工艺对氨氮及有机物的降解处理作用，发挥超滤膜和微生物的截留作用，同时加药消毒能够保障饮用水水质卫生安全，弥补了单一超滤处理工艺对微污染原水无法处理的缺陷，其出水水质达到生活饮用水标准的要求；装置设在一个承载平台上，可放置于河道中，对江河水直接进行处理，省却了絮凝、沉淀工艺，不占陆地面积，便于移动，使用灵活；可承受较大范围的原水水质波动；节约能耗、减少污染物的排
放、操作简便。
附图说明
35.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
36.图1是供水装置整体结构示意图；
37.图2是a部结构示意图；
38.图3是b部结构示意图；
39.图4是c部结构示意图。
40.原水进水口1，出水管2，真空表21，压力传感器22，第一出水阀门23，抽吸泵24，第二液体流量计25，第二出水阀门26，滤后水箱3，第一段反冲洗管路31，第一反冲洗阀门32，第二段反冲洗管路33，第二反冲洗阀门34，总水管4，总水泵41，载体生物模块5，超滤膜组件6，隔板61，中间水管62，第一液体流量计63，潜水泵64，鼓风机71，曝气支路72，第一空气流量计73，第一曝气盘74，反冲气洗支路75，第二空气流量计76，第二曝气盘77，加药消毒系统8，储药罐81，加药管82，隔膜计量泵83，加药阀门84，排泥阀9。
具体实施方式
41.下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此以本发明的示意性实施例及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
42.如图1-4所示，一种直接处理微污染河水的供水装置，包括载体生物膜过滤系统、为所述载体生物膜过滤系统供气的曝气系统、加药消毒系统8；所述载体生物膜过滤系统的底部设置有原水进水口1，所述载体生物膜过滤系统的膜过滤出水端通过出水管2连接有滤后水箱3，所述滤后水箱3连接有总水管4，所述加药消毒系统8连接在总水管4上，消毒后的水源由总水管4进行供水。
43.所述载体生物膜过滤系统包括载体生物模块5和超滤膜组件6，载体生物模块5的出水口通过中间水管62和潜水泵64连接所述超滤膜组件6的进水口。
44.所述曝气系统包括鼓风机71和连接在所述鼓风机71出气端的曝气支路72，所述曝气支路72设有第一空气流量计73和第一曝气盘74，第一曝气盘73位于载体生物模块5底部，为载体生物模块5提供溶解氧。
45.所述载体生物模块5包括组合填料，组合填料直径为150-250mm，以单个组合填料中心间的距离计算，组合填料布置纵向间距为50-100mm，组合填料布置横向间距为250-300mm。
46.所述组合填料包括双圈塑料环，其外圈上布置有醛化纤维，纤维束均匀分布，其内圈是雪花状塑料枝条，所述内圈挂有生物膜。
47.所述超滤膜组件6为浸没式超滤膜组件，其膜材质采用聚偏氟乙烯，膜孔径为0.01μm-0.05μm，组件形式采用中空纤维式。本领域技术人员根据现有技术结合本说明书内容能够理解载体生物模块5和超滤膜组件6的具体结构，附图略。
48.所述曝气系统还包括膜反冲气洗系统，膜反冲气洗系统包括连接在所述鼓风机71出气端的反冲气洗支路75，所述反冲气洗支路75上设有第二空气流量计76和第二曝气盘
77，所述第二曝气盘77位于所述超滤膜组件6底部。
49.所述出水管2上从膜过滤出水端到滤后水箱3依次设有真空表21、压力传感器22、第一出水阀门23、抽吸泵24、第二液体流量计25、第二出水阀门26。
50.所述膜过滤出水端与所述滤后水箱3之间设有膜反冲水洗系统，所述膜反冲水洗系统包括第一段反冲洗管路31、第一反冲洗阀门32、第二段反冲洗管路33、第二反冲洗阀门34，所述第一反冲洗阀门32安装在第一段反冲洗管路31上，第二反冲洗阀门34安装在第二段反冲洗管路33上，
51.第一段反冲洗管路31的进水端连接在滤后水箱3上，其出水端连接在所述出水管2上第一出水阀门23和抽吸泵24之间的部位；第二段反冲洗管路33的进水端连接在所述出水管2上第二液体流量计25和第二出水阀门26之间的部位，其出水端连接在出水管2的真空表21进水端之前的部位上，反冲洗时把第一出水阀门23和第二出水阀门26关闭，打开第一反冲洗阀门32和第二反冲洗阀门34，滤后水箱3的水经抽吸泵24作用进入第一段反冲洗管路31，经过第一反冲洗阀门32、抽吸泵24、第二液体流量计25，进入第二段反冲洗管路33，经第二反冲洗阀门34、膜过滤出水端进入超滤膜组件6实现膜反冲水洗。
52.所述载体生物膜过滤系统、曝气系统、滤后水箱3、加药消毒系统8呈集装箱结构放置于承载平台上，
53.载体生物膜过滤系统安装在一箱体内，所述箱体内设有隔板61，所述超滤膜组件6设在隔板61上，所述载体生物模块5位于隔板61下方，吸取曝气生物滤池技术和超滤膜过滤技术的优点，将两个工艺的反应器合并成一个试验装置安装在一箱体内，无需单独设置生物池与超滤膜设备，具有占地面积小，节约能耗，减少污染物的排放，以及操作简便等优点。
54.中间水管62上还设有第一液体流量计63；
55.所述承载平台采用浮具(充气浮排)支撑，占地面积小；超滤膜组件6位于液面上方；载体生物模块5位于液面下方，所述原水进水口1位于载体生物模块5底部，载体生物模块5底部还设有排泥阀9。
56.所述总水管4位于所述加药消毒系统8的上游部分设有总水泵41，所述加药消毒系统8包括储药罐81、加药管82、以及安装在加药管82上的隔膜计量泵83、加药阀门84，所述储药罐81通过加药管82连接在所述总水管4上。
57.上述供水装置工作过程是：供水装置直接安装在河道中，原水通过原水进水口1进入载体生物模块5后，在鼓风机71与第一曝气盘74提供充足的空气情况下，例如气水体积比为1:1-2.5:1，原水在载体生物模块5内水力停留时间为1-2h，利用好氧微生物的自身生命代谢活动(氧化、还原、合成、分解)，使其发挥生物絮凝、吸附、硝化和生物降解等综合作用，将原水中的氨氮、有机物、藻类和thms前体物去除，减少消毒副产物(dbps)的生成。这是应用了生物接触氧化法工艺，既净化了水质，又明显减少了其后续净化和加氯消毒过程中可能产生thms等潜在致癌物的可能性，经济有效、无毒副作用地提高生活饮用水水质的安全和卫生质量。生物接触氧化法工艺兼有活性污泥法和生物膜法的优点，同时还具有维护管理方便、占地面积小、不需要污泥回流、不产生污泥膨胀、处理效果稳等特点。
58.经载体生物模块5处理后的出水在潜水泵64的作用下经中间水管62、第一液体流量计63提升到超滤膜组件6，超滤膜的过滤通量为50-60(l/m2·
h)，抽吸压力为0-60kpa，能有效控制膜污染，减少膜物理清洗和化学清洗的次数，延长膜的寿命，经过超滤膜去除水中
的颗粒物、悬浮物、大分子有机污染物，截留两虫(贾第鞭毛虫、隐孢子虫)、藻类、细菌、病毒等，使出水浊度降至0.1ntu以下，对颗粒物的去除率可达99.9％以上，经过膜过滤段处理的出水，在抽吸泵24的作用下，通过出水管2、第一出水阀门23、第二液体流量计25、第二出水阀门26进入滤后水箱3，抽吸泵24的抽吸压力通过真空表21以及压力传感器22计量；滤后水箱3的水经过总水泵41进入总水管4，储药罐81中的消毒药(次氯酸/次氯酸钠)通过隔膜计量泵83、加药阀门84往总水管4中控制加药，总水管4的水经过消毒进入供水管中，提供饮用水源。
59.超滤膜组件6设置定期的在线物理反冲洗及离线化学清洗，在线物理反冲洗的设置有两种方式，一种是设置正常过滤：在线物理反冲洗时间比为9:1；另一种是设置膜压达到-0.6mp即停止正常过滤，进行在线物理反冲洗，反冲洗时间为5min；物理反冲洗的实现方式：鼓风机71提供空气，空气从第二曝气盘77进入超滤膜组件6中，同时第一出水阀门23和第二出水阀门26关闭，打开第一反冲洗阀门32和第二反冲洗阀门34，滤后水箱3的水经抽吸泵24作用进入第一段反冲洗管路31，经过第一反冲洗阀门32、抽吸泵24、第二液体流量计25，进入第二段反冲洗管路33，经第二反冲洗阀门34、膜过滤出水端进入超滤膜组件6，进入超滤膜组件6的气水体积比在2:1-8:1，搅拌混合对超滤膜膜丝冲刷清洗。
60.设置每隔30天进行离线化学清洗，化学清洗浸泡时间为120～240min。离线化学清洗的实现方式：当运行设定时间后，进行离线化学清洗程序，以使膜组件恢复使用性能。化学清洗时，停止正常过滤程序，进入到化学清洗程序，加药消毒系统8往总水管4中加药，经过抽吸泵24的作用，消毒药和滤后水箱3的水进入膜反冲水洗系统，进入超滤膜组件6中浸泡120～240min。
61.为避免污泥在载体生物膜过滤系统内过分积累，污泥停留时间为3d-7d，定期通过排泥阀9向外排泥，药洗液、冲洗液也通过排泥阀9排出。
62.本发明最大程度的优化了系统的配置，在保证处理效果的同时大大的节约了总投资和运行费用，占地面积小，可直接安装在河流中，不占用陆地面积，操作简单、运行管理方便。
63.实施例一
64.本实施例将载体生物模块和超滤膜组件安装在一个尺寸为1.0
×
1.0
×
4.1(长
×
宽
×
高，单位m)不锈钢体内，构成载体生物膜过滤系统，下部设穿孔排泥管，载体生物模块和超滤膜组件中间建造一块隔板，隔板的高度为2.10m。当水位达到2.10m时，水从隔板顶部溢流至超滤膜区。载体生物模块尺寸：1.0
×
1.0
×
1.5(长
×
宽
×
高，单位m)，有效氧化区距离底部0.3m，载体生物模块顶部与隔板之间预留0.3m；超滤膜组件尺寸0.721
×
0.70
×
1.622(长
×
宽
×
高，单位m)，超滤膜区尺寸：1.0
×
1.0
×
1.7(长
×
宽
×
高，单位m)，超滤膜区顶部与不锈钢体顶部之间预留0.3m。生物接触氧化的气水比为1:1，曝气量1.5m3/h，采用穿孔管曝气。组合填料单位直径150mm，纵向间距为80mm，横向间距为250mm，超滤膜件采用海南立昇pvdf浸没式超滤膜，型号lj1e1-1500-f160，有效膜面积18m3，膜纤维内径1.00mm，外径1.80mm，孔径0.02μm。运行最大出水量1.0m3/h，反冲洗最大水量1.2m3/h，气冲洗量6m3/h。其余结构参考上文所述布置，此处不赘述。
65.本实施例选用广州珠江西航道的微污染水源水，经过取水泵采集，水温20℃，处理规模为1m3/h。
66.具体处理过程：
67.(1)待处理的微污染河水通过取水泵采集，从箱体底部的穿孔板进入载体生物膜过滤系统，微污染河水在载体生物膜模块内水力停留时间为1.5h，去除氨氮及有机物；
68.(2)经过载体生物膜模块处理后的出水，通过隔板中央的潜水泵抽取至超滤膜组件，设计过滤通量为50-60(l/m2·
h)，抽吸压力为0-60kpa，正常过滤-反冲比为9:1。经过超滤膜组件处理，去除水中的颗粒物和大分子有机污染物，同时，可截留两虫(贾第鞭毛虫、隐孢子虫)、藻类、细菌等微生物；
69.(3)经过超滤膜组件处理的出水，通过抽吸泵进入滤后水箱；
70.(4)滤后水箱的出水，通过总水泵进入总水管；
71.(5)加药消毒系统通过加药管经隔膜计量泵、加药阀门控制添加次氯酸钠消毒药剂到总水管中；
72.(6)经消毒后的水直接输出进行供水。
73.净水效果：出水水质中的浊低于0.5ntu，nh
3-n浓度低于0.5mg/l，cod
mn
低于0.5mg/l，藻类去除率80％以上，出水贾第鞭毛虫、隐孢子虫均低于1个/10l，上述指标满足《生活饮用水卫生标准》(gb5749－2006)。
74.综上可知：本发明最大程度的优化了系统的配置，可不设进水设备，可直接安装在河流中，不占用陆地面积，操作简单、运行管理方便，无需投加混凝剂，不影响水质无二次污染，可承受较大范围的原水水质波动，无浓缩液排放，减少水损失和水输送过程的能耗，出水水质满足《生活饮用水卫生标准》(gb5749－2006)，在保证处理效果的同时大大的节约了总投资和运行费用。
75.以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。