一種雙級深床上向流復合濾料生物濾池及利用其處理低溫高氨氮受污染水的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種水處理裝置及水處理方法。
【背景技術】
[0002] 我國地表水富營養化狀況普遍存在，尤其是北方冬季低溫時期，給水處理的難度 加大，而氨氮污染已經成為水源中重要現象，因此，低溫重污染時期去除水中的氨氮，已經 成為供水廠急需解決的難題。傳統的生物濾池過濾工藝在低溫時對氨氮去除率低，凈水效 果差，出水難以滿足國家對飲用水水質的相關水質標準的規定。沸石可用于吸附水中的氨 氮，但在工業生產中多以向水中投加沸石粉的方式使用。這是因為傳統沸石主要發揮吸附 作用，但吸附總要飽和，飽和后，沸石或沸石粉失效，就需要更換，因此，通常的用法是向水 中投加沸石粉，通過化學、物理吸附去除氨氮。而沸石用于過濾則較少，主要是因為沸石表 面生物附著性較差，沸石飽和后就需要更換濾料。
[0003] 生物濾池在使用中，通常分為上向流濾池和下向流濾池。上向流濾池通常采用活 性炭濾料或石英砂濾料，通過在石英砂或活性炭表面自然生長生物，或者通過向活性炭表 面接種生物的方法，通過生物過濾去除水中氨氮。但這種濾池也存在問題，由于飲用水中 有機物、氨氮、磷總體濃度相對較低，生物處于貧營養狀態，生物總量較低，生物活性較弱， 因此，對沖擊性污染物濃度波動抵抗能力有限，氨氮向生物相中進行擴散速度與能力，將決 定生物濾池除氨氮的效果。當停留時間較短時，無法使氨氮充分擴散至生物相中，因此，去 除效率較低，當停留時間較長時，盡管氨氮可以充分擴散至生物相中，但由于單位時間內流 經生物相的污染物濃度較小，造成生物營養及溶解氧不足，除氨氮效率低。目前常采用臭 氧-活性炭工藝作為飲用水深度處理工藝，該工藝可以通過前端的臭氧氧化環節提升水中 的溶解氧和生物可降解性有機炭，提高進水的可生化性，有利于后續生物過濾單元內生物 的生長。同時活性炭本身對臭氧有很強的催化作用，進水中的殘余臭氧可以在活性炭的作 用下進行催化反應，提高臭氧的利用率，因此該工藝得到廣泛的應用。傳統生物濾池，包括 臭氧-活性炭濾池，在進入低溫時期后，特別是水溫低于4攝氏度后，生物活性顯著降低，對 水中氨氮、有機物等的降解能力顯著下降，無法降解去除水中有機物、氨氮等污染物，更加 無法應對污染物濃度突然升高的狀況。
[0004] 針對上述問題，本發明提出了"一種雙級深床上向流復合濾料生物濾池及其處理 低溫高氨氮受污染水的方法"。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是要解決現有方法處理低溫重污染水時對水中的氨氮和有機物降 解能力顯著下降，無法降解去除水中有機物和氨氮污染物和無法應對污染物濃度突然升高 的問題，而提供一種雙級深床上向流復合濾料生物濾池及利用其處理低溫高氨氮受污染水 的方法。
[0006] -種雙級深床上向流復合濾料生物濾池包括臭氧接觸氧化單元、臭氧催化氧化單 元、第一級上向流生物濾池、第二級上向流生物濾池、充氧單元、復合濾料層、主體濾料層、 第一承托層和第二承托層；
[0007] 在臭氧接觸氧化單元的上端設有進水端，臭氧接觸氧化單元的下端與臭氧催化氧 化單元的下端相連通，臭氧催化氧化單元的上端與第一級上向流生物濾池的底端相連通， 第一級上向流生物濾池的上端與充氧單元的頂端相連通，充氧單元的下端與二級上向流生 物濾池的底端相連通；
[0008] 在第一級上向流生物濾池的底部設有第一承托層，第一承托層的上方設有復合濾 料層；
[0009] 在第二級上向流生物濾池的上端設有出水端；在第二級上向流生物濾池的底部設 有第二承托層，第二承托層的上方設有主體濾料層。
[0010] 利用一種雙級深床上向流復合濾料生物濾池處理低溫高氨氮受污染水的方法，是 按以下步驟完成的：
[0011] -、將低溫高氨氮受污染水通過進水端引入到臭氧接觸氧化單元中進行臭氧接觸 氧化，與臭氧接觸氧化時間為IOmin~22min，得到經過臭氧接觸氧化單元處理后的低溫高 氨氮受污染水；
[0012] 步驟一中所述的低溫高氨氮受污染水中氨氮濃度為I.lmg/L~I. 8mg/L，水溫為 1。。~2。。；
[0013] 二、將經過臭氧接觸氧化單元處理后的低溫高氨氮受污染水引入到臭氧催化氧化 單元中，向經過臭氧接觸氧化單元處理后的低溫高氨氮受污染水中投加臭氧，臭氧投加量 為I. 5mg/L~I. 6mg/L，在臭氧催化氧化單元中的停留時間為Imin~15min，得到溶解氧含 量為25暈克/升~35暈克/升的低溫尚氨氮受污染水；
[0014] 步驟二中所述的臭氧催化氧化單元中采用蜂窩陶瓷非均相催化劑和紫外光催化 串聯工藝，其中蜂窩陶瓷非均相催化劑的厚度為200mm~800mm，催化接觸時間為IOs~ 90s;紫外光照射強度為0. 2w/cm2~5w/cm2,紫外光照射時間為IOs~40s;
[0015] 三、將催化氧化后的低溫高氨氮受污染水引入到第一級上向流生物濾池中，在第 一級上向流生物濾池中停留8min~40min，得到第一級上向流生物濾池處理后的低溫高氨 氮受污染水；
[0016] 步驟三中所述的第一級上向流生物濾池中底部的第一承托層的材質為鵝卵石；厚 度為0. 3m~0. 4m;第一承托層上部的復合濾料層中填料為沸石和活性炭的混合物；所述的 復合濾料層中沸石的質量分數為1 %~99%;所述的復合濾料層的厚度為0.Im~4m;所述 的復合濾料層中的填料粒徑分布為〇. 5mm~4.Omm;所述的復合濾料層的膨脹率小于5% ;
[0017] 步驟三中所述的第一級上向流生物濾池采用上向流模式；
[0018] 步驟三中所述的第一級上向流生物濾池的進水速度為10m/h~14m/h;
[0019] 四、將第一級上向流生物濾池處理后的低溫高氨氮受污染水引入到充氧單元中進 行充氧，得到氧氣含量為8. 0毫克/升~16. 0毫克/升的低溫高氨氮受污染水；
[0020] 步驟四中所述的充氧單元的充氧工藝為氣浮工藝充氧、跌水充氧、空氣源曝氣充 氧或純氧氣源曝氣充氧中的一種或其中幾種的組合；
[0021] 五、將氧氣含量為8. 0毫克/升~16. 0毫克/升的低溫高氨氮受污染水引入到第 二級上向流生物濾池中，在第二級上向流生物濾池中停留8min~40min，得到去除污染物 的水，去除污染物的水通過出水端進行外供；
[0022] 步驟五中所述的第二級上向流生物濾池底部的第二承托層的材質為鵝卵石；厚度 為0. 4m;第二承托層上部的主體濾料層中填料為無煙煤、輕質陶粒或活性炭；所述的主體 濾料層的厚度為0.Im~4m;所述的主體濾料層中的填料粒徑為0.Imm~4. 5mm;所述的主 體濾料層的膨脹率為40 %~75% ;
[0023] 步驟五中所述的第二級上向流生物濾池采用上向流模式；
[0024] 步驟五中所述的第二級上向流生物濾池的進水速度為10m/h~14m/h。
[0025] 本發明的原理和優點：
[0026] 一、本發明一種雙級深床上向流復合濾料生物濾池解決了低溫高氨氮重污染的問 題；以往的國內外諸多研宄認為，低溫（4°C以下）高氨氮原水的處理是難以克服的，也是困 擾供水行業工作者、國內外專家、學者的重大難題；本發明所提出的雙級深床上向流復合濾 料生物濾池中復合濾料的選擇和設計解決了這一難題，實現了質的飛躍，是生物濾池深度 處理工藝中的巨大進步，實現了低溫（4°C以下）高氨氮原水的高效去除；其處理低溫高氨 氮受污染水的方法為：催化臭氧氧化工藝與雙級深床上向流復合濾料生物濾池有機結合， 具體涉及到臭氧投加量的確定、催化劑的選擇、復合濾料層的選擇和配比、主體濾料層的選 擇、以及雙級深床的設計模式、過濾速度的選擇等；該工藝培養和富集出了低溫水氨氧化細 菌，并且在中試研宄中得到確認，其處理效果得到東北某水質檢測中心的確認和證實；
[0027] 二、本發明也可以用于應對突發性水質變化，提高本發明抗污染物沖擊負荷的能 力；其原理為第一級上向流生物濾池和第二級上向流生物濾池可以用于吸附緩沖進水中的 氨氮，形成富氨氮的環境，促進生物生長；其次吸附的過飽和的氨氮后，在進水氨氮濃度波 動性降低時，可以逐步解吸，然后均勻釋放至后續生物濾池，實現了后續生物單元的高底物 濃度穩定性和生物的穩定性；在生物處理區域，氨氮逐步被生物降解，轉化為亞硝酸鹽和 硝酸鹽，同時伴有異養硝化菌的氨氧化作用和好氧脫氮菌的脫氮作用，進入后續生物濾池 (第一級上向流生物濾池內、第二級上向流生物濾池）的氨氮濃度趨于穩定，有利于后續生 物活性炭微生物活性和生物量的穩定，有利于保障生物濾池系統對氨氮的去除率，確保出 水水質；
[0028] 三、本發明上向流生物濾池與前端臭氧催化氧化工藝相結合，經臭氧催化氧化后， 濾池進水中污染物的可生化性得到提高，進水中溶解氧濃度也得到提高，改善了生物濾