專利名稱：一種生物氧化過濾預處理飲用水源中PPCPs的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬飲用水源中PPCPs的預處理方法領域，特別是涉及一種生物氧化過濾預 處理飲用水源中PPCPs的方法及裝置。
背景技術：
隨著環境分析技術的提高和人們環境意識的增強，藥物及個人護理品 (Pharmaceutical and Personal Care Products,簡稱PPCPs)作為一禾中新興污染物日益受 到人們的關注。藥物和個人護理用品即使微量存在仍具有相當程度的生物活性，給環境造 成不可預測的影響，并可能通過飲用水和食物等途徑對人體健康產生潛在危害。美國和英 國的研究人員發現，在污水處理廠和工廠排污口附近水體中出現了野生魚類性別錯亂、大 量青蛙畸形等不正常現象。研究人員認為，環境激素是主要的兇手，而PPCPs則是環境激素 的重要來源之一。 最近幾年，PPCPs在水體中逐漸被檢出，在污水、地表水和地下水中已檢測到50多 種藥品，濃度達到P g/L水平，而現有常規給水處理工藝對相當一部分物質沒有明顯的去 除效果，雖然高級氧化以及膜過濾等技術可以有效去除水源水中的PPCPs，但處理成本過 高，不易應用于實際生產中。研究者對一些PPCPs物質的生物處理效果進行了研究，結果發 現大多數PPCPs都能被部分去除，但PPCPs的生物轉化作用非常有限，主要原因在于PPCPs 中較多屬于難生物降解類有機物以及微生物與PPCPs接觸反應的時間過短。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種生物氧化過濾預處理飲用水源中PPCPs 的方法及裝置，該預處理工藝具有去除PPCPs效果顯著、運行水力負荷大、出水穩定及運行 周期較長等諸多優點，是一種性能良好、推廣應用前景較好的去除飲用水源中微量PPCPs 的技術。 本發明的一種生物氧化過濾預處理飲用水源中PPCPs的方法，包括
(1)原水存于原水箱由蠕動泵從進水口泵入生物氧化過濾柱(池)內，經濾料層 進行過濾，濾速0. 5 0. 8m/h，過濾周期7 8d，水力停留時間6 8h，即降解時間為6 8h ; (2)將D0由空氣壓縮機經氣體流量計和曝氣頭通入到生物氧化過濾柱(池)內；
(3)經過一個馴化掛膜期后進入穩定運行期，維持生物氧化過濾柱(池)內的DO 濃度2. 36 6. 14mg/L，溫度20 27。C，pH6. 8 7. 8之間，水樣在生物氧化過濾柱或過濾 池內停留6 8h后，水樣由出水口流出進入集水池收集； (4)最后，在整個過濾周期末對生物氧化過濾柱(池)進行反沖洗，即可。
所述步驟(1)中的濾料層的填料為陶粒填料，其組分為61 66% Si02， 19 24% Al203，4 9% Fe203，0. 5 1. 0% Ca0， 1. 0 2. 0% Mg0，燒失量為5% ;陶粒的粒徑2 4mm，比表面積3. 99m7g，顆粒容重1175g/L，堆積容重650g/L，比重2. 54g/cm3，開孔孔隙率47. 2%，閉孔孔隙率28. 4% ; 所述步驟(1)中的原水為含有以P g/L濃度單位計算的PPCPs的飲用水源； 所述步驟(1)和(2)中的原水與DO的流動方向一致； 所述步驟(3)中的掛膜為人工接種掛膜，馴化掛膜時間為8 10d ;所述步驟(4)中的反沖洗方式為首先進行氣沖洗5 6min，氣沖強度為10 12L/
(s m2);然后氣水聯合反沖洗，氣沖強度為7 81V (s m2)，水沖強度為3 4L/(s m2)，
氣水聯合反沖洗時間為5 6min ;最后單獨水漂洗，水沖強度為5 6L/(s *m2)，水沖時間
為6 8min ; 所述的反沖洗氣體由空氣壓縮機經氣體流量計和曝氣頭通入到生物氧化過濾柱 (池)內；反沖洗進水由反沖洗進水口進入生物氧化過濾柱(池)，反沖洗廢水由反沖洗排 水口流出。 本發明的一種生物氧化過濾預處理飲用水源中PPCPs的裝置，由原水水箱、蠕動 泵、生物氧化過濾柱(池)、出水口 、反沖洗排水口 、濾料層、承托層、進水口 、曝氣頭、空氣壓 縮機、氣體流量計、反沖洗進水口、承托板及集水池組成，所述的生物氧化過濾柱(池)中 從上至下依次有自由水面空間、濾料層、承托層，所述的承托層(7)下方由作為配水系統的 承托板(13)支撐，所述的自由水面空間處裝有出水口和反沖洗排水口，出水口與集水池連 接，所述的進水口和曝氣頭都位于承托板下方，進水口與位于原水水箱中的蠕動泵連接，所 述的氣體流量計一邊連接曝氣頭， 一邊連接空氣壓縮機，所述的反沖洗進水口位于生物氧 化過濾柱(池)底部中心。 所述的出水口位于濾料層上方40cm處，所述的反沖洗排水口安裝在距離生物氧
化過濾柱(池)頂部30cm處，所述的進水口位于距離生物氧化過濾柱(池)底部15cm處，
所述的曝氣頭位于承托板下方10cm、生物氧化過濾柱(池)的中軸處。 所述的空氣壓縮機和氣體流量計位于生物氧化過濾柱(池)外側。所述的承托板上均勻開孔，孔徑為6mm，孔間距為15mm，水樣流過承托板時由孔口
流入，從而使得水樣得到均勻分布。 所述的承托層高度為10 15cm，濾料為卵石，卵石粒徑為3 6cm。
本發明利用濾料和生物膜的吸附截留作用，使飲用水源中微量的PPCPs停留在生 物氧化過濾柱(池)內，從而保證了飲用水源中PPCPs與生物膜有足夠的接觸反應時間，同 時借以經馴化后的生物膜的生物氧化作用使得飲用水源中微量的PPCPs得到降解，消除及 降低飲用水中PPCPs的潛在危害，提高飲用水安全性。 本發明的預處理方法通過對生物膜進行馴化，提高了對飲用水源中PPCPs難生物 降解成分的降解率；采用空氣流動方向與水流方向相同的曝氣方式，從而解決了在進水端 由于有機物濃度高，生物量大，DO往往不足的問題，提高了氧的利用率；選用了價格低廉的 陶粒濾料，從圖2的陶粒的電鏡掃面圖可以看出在陶粒上存在大量的微孔，從而確保了陶 粒對飲用水源中微量的PPCPs具有較強的吸附截留作用，且其比表面積和表面粗糙度大， 易于微生物吸附生長。
有益效果 本發明的預處理方法具有去除PPCPs效果顯著、運行水力負荷大、出水穩定及運 行周期較長等諸多優點，是一種性能良好、推廣應用前景較好的去除飲用水源中微量PPCPs的技術。
圖1是本發明所需設備的圖；(其中，1為原水水箱，2為蠕動泵，3為生物氧化過濾 柱(池)，4為出水口 ， 5為反沖洗排水口 ， 6為濾料層，7為承托層，8為進水口 ， 9為曝氣頭， 10為空氣壓縮機，11為氣體流量計，12為反沖洗進水口 ， 13為承托板，14為集水池)圖2為 本發明所用的陶粒電鏡掃面圖。
具體實施例方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明 而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人 員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定 的范圍。 實施例1 試驗原水通過向松江大學城湖水中投加相應的PPCPs獲取，本試驗選用的PPCPs 為在飲用水源中被頻繁檢出的難生物降解的抗癲癇藥卡馬西平以及較易生物降解的調血 脂藥苯扎貝特，兩者濃度分別為5. 7 10. 8ii g/L和6. 9 13. 4ii g/L ;原水存于原水箱由 蠕動泵從進水口泵入生物氧化過濾柱(池)內，經濾料層進行過濾，濾速0. 5m/h，過濾周期 7 8d，水力停留時間8h，即降解時間為8h ;D0由空氣壓縮機經氣體流量計和曝氣頭通入 到生物氧化過濾柱(池)內；經過一個馴化掛膜期后進入穩定運行期，維持生物氧化過濾柱 (池)內的D0濃度為2. 36 6. 14mg/L，溫度20 25. 7。C，pH7. 1 7. 6之間，水樣在生物 氧化過濾柱或過濾池內停留8h后，水樣由出水口流出進入集水池收集；濾料層的填料為陶 粒填料，其組分為61 66% Si02， 19 24% Al203，4 9% Fe203，0. 5 1. 0% Ca0， 1. 0 2. 0% Mg0，燒失量為5% ;陶粒的粒徑2 4mm，比表面積3. 99m2/g，顆粒容重1175g/L，堆 積容重650g/L，比重2. 54g/cm3，開孔孔隙率47. 2%，閉孔孔隙率28. 4% ;
經過3個月的實踐考察，發現整個系統運行良好，卡馬西平的去除率維持在30% 以上，苯扎貝特的去除率維持在60%以上。
權利要求
一種生物氧化過濾預處理飲用水源中PPCPs的方法，其特征在于，包括步驟(1)原水存于原水水箱(1)由蠕動泵(2)從進水口泵入生物氧化過濾柱或過濾池(3)內，經濾料層(6)進行過濾，濾速0.5～0.8m/h，過濾周期7～8d，水力停留時間為6～8h，即降解時間為6～8h；(2)將DO由空氣壓縮機(10)經氣體流量計(11)和曝氣頭(9)通入到生物氧化過濾柱或過濾池(3)內；(3)經過一個馴化掛膜期后進入穩定運行期，維持生物氧化過濾柱或過濾池(3)內的DO濃度2.36～6.14mg/L，溫度20～27℃，pH6.8～7.8之間，水樣在生物氧化過濾柱或過濾池(3)內停留6～8h后，水樣由出水口(4)流出進入集水池(14)收集；(4)最后，在整個過濾周期末對生物氧化過濾柱或過濾池(3)進行反沖洗，即可。
2. 根據權利要求1所述的一種生物氧化過濾預處理飲用水源中PPCPs的方法，其特 征在于所述步驟(1)中的濾料層(6)的填料為陶粒填料，其組分為61 66% Si02， 19 24% Al203，4 9% Fe203，0. 5 1. 0% Ca0， 1. 0 2. 0% Mg0，燒失量為5% ;陶粒的粒徑 2 4mm，比表面積3. 99m7g，顆粒容重1175g/L，堆積容重650g/L，比重2. 54g/cm3，開孔孔 隙率47. 2%，閉孔孔隙率28. 4% 。
3. 根據權利要求1所述的一種生物氧化過濾預處理飲用水源中PPCPs的方法，其特征 在于所述步驟(1)中的原水為含有以P g/L濃度單位計算的PPCPs的飲用水源。
4. 根據權利要求1所述的一種生物氧化過濾預處理飲用水源中PPCPs的方法，其特征 在于所述步驟(1)和(2)中的原水與D0的流動方向一致。
5. 根據權利要求1所述的一種生物氧化過濾預處理飲用水源中PPCPs的方法，其特征 在于所述步驟(3)中的掛膜為人工接種掛膜，馴化掛膜時間為8 10d。
6. 根據權利要求1所述的一種生物氧化過濾預處理飲用水源中PPCPs的工藝，其特征 在于所述步驟(4)中的反沖洗方式為首先進行氣沖洗5 6min，氣沖強度為10 12L/ (s m2);然后氣水聯合反沖洗，氣沖強度為7 8L/(s m2)，水沖強度為3 4L/(s m2)， 氣水聯合反沖洗時間為5 6min ;最后單獨水漂洗，水沖強度為5 6L/(s *m2)，水沖時間 為6 8min。
7. 根據權利要求1所述的一種生物氧化過濾預處理飲用水源中PPCPs的方法，其特征 在于所述的反沖洗氣體由空氣壓縮機(10)經氣體流量計(11)和曝氣頭(9)通入到生物 氧化過濾柱(池)(3)內；反沖洗進水由反沖洗進水口 (12)進入生物氧化過濾柱(池)(3)， 反沖洗廢水由反沖洗排水口 (5)流出。
8. —種生物氧化過濾預處理飲用水源中PPCPs的裝置，包括原水水箱(1)、蠕動泵(2)、 生物氧化過濾柱(池)(3)、出水口 (4)、反沖洗排水口 (5)、進水口 (8)、曝氣頭(9)、空氣壓 縮機(10)、氣體流量計(11)、反沖洗進水口 (12)及集水池(14)，其特征在于所述的生物 氧化過濾柱(池)(3)中從上至下依次有自由水面空間、濾料層(6)、承托層(7)，所述的承 托層(7)下方由作為配水系統的承托板(13)支撐，所述的自由水面空間處裝有出水口 (4) 和反沖洗排水口 (5)，出水口 (4)與集水池(14)連接，所述的進水口 (8)和曝氣頭(9)都位 于承托板(13)下方，進水口 (8)與位于原水水箱(1)中的蠕動泵(2)連接，所述的氣體流 量計(11) 一邊連接曝氣頭(9)，一邊連接空氣壓縮機(IO)，所述的反沖洗進水口 (12)位于 生物氧化過濾柱(池)(3)底部中心。
9. 根據權利要求8所述的一種生物氧化過濾預處理飲用水源中PPCPs的裝置，其特征 在于所述的出水口 (4)位于濾料層(6)上方，所述的反沖洗排水口 (5)安裝在生物氧化過 濾柱(池)(3)頂部位置，所述的進水口 (8)位于生物氧化過濾柱(池)(3)底部位置，所述 的曝氣頭(9)位于承托板(13)下方、生物氧化過濾柱(池)(3)的中軸處。
10. 根據權利要求8所述的一種生物氧化過濾預處理飲用水源中PPCPs的裝置，其特征 在于所述的空氣壓縮機(10)和氣體流量計(11)位于生物氧化過濾柱(池)(3)外側。
11. 根據權利要求8所述的一種生物氧化過濾預處理飲用水源中PPCPs的裝置，其特征 在于所述的承托板(13)上均勻開孔。
12. 根據權利要求8所述的一種生物氧化過濾預處理飲用水源中PPCPs的裝置，其特征 在于所述的承托層(7)濾料為卵石。
全文摘要
本發明涉及一種生物氧化過濾預處理飲用水源中PPCPs的方法，包括原水存于原水水箱由蠕動泵從進水口泵入生物氧化過濾柱內，經濾料層進行過濾；將DO通入到生物氧化過濾柱內；經過一個馴化掛膜期后進入穩定運行期，經6～8h降解，水樣由出水口流出進入集水池收集；最后，在整個過濾周期末對生物氧化過濾柱進行反沖洗，即可。該裝置包括原水水箱、蠕動泵、生物氧化過濾柱、反沖洗排水口、曝氣頭、空氣壓縮機、氣體流量計、反沖洗進水口及集水池。該預處理工藝具有去除PPCPs效果顯著、運行水力負荷大、出水穩定及運行周期較長等諸多優點，是一種性能良好、推廣應用前景較好的去除飲用水源中微量PPCPs的技術。
文檔編號C02F3/10GK101696056SQ200910197290
公開日2010年4月21日 申請日期2009年10月16日 優先權日2009年10月16日
發明者劉亞男, 史錦, 周寧娟, 楊林, 江晨舟, 程起躍, 薛罡, 高品, 龔清杰 申請人:東華大學;