一種受污染原水的長距離輸水管道預處理方法及處理系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種受污染原水的長距離輸水管道預處理方法及處理系統，原水在進入自來水廠處理之前首先進入生物預處理反應池中，生物預處理反應池中的微生物使原水中的部分氨氮及微量有機污染物得到去除，將經生物預處理后的原水送入調節混合池內加凈水藥劑后送入長距離輸水管道反應器、利用輸水過程中在管道內停留的較長時間進行去污反應后送入水廠，或將經生物預處理后的原水直接送入長距離輸水管道反應器、利用輸水過程中在管道內停留的較長時間進行去污反應后送入水廠。本發明利用設在水源廠的預處理設施和水源廠與自來水廠之間的長距離輸水管道，使原水在長距離輸水管道輸送過程中在管道內即可得到處理，降低了運營成本。
【專利說明】一種受污染原水的長距離輸水管道預處理方法及處理系統
【技術領域】
[0001]本發明屬于飲用水處理【技術領域】，涉及一種受污染原水的長距離輸水管道預處理方法及處理系統。
【背景技術】
[0002]我國湖泊、水庫等飲用水水源地普遍受到氨氮、有機物、藻類等污染，并且呈復合污染態勢。氨氮濃度是衡量水源水污染程度的一個重要指標，較高的氨氮濃度還能促進管網中微生物的滋生，在消毒過程中還能與游離氯反應生成氯胺以增加氯的消耗，并產生嗅味物質；原水中微量有機污染物的種類和含量都在增加，其中持久性有機污染物和環境內分泌干擾類物質大多為有毒有害有機物，不僅對人體健康產生致癌性、生殖毒性等直接的威脅，還可以在氯化消毒過程中形成具有“三致作用”的鹵代消毒副產物，進一步危害人體健康；另外由于富營養化導致的水體藍藻頻繁爆發，藻類及其所產生的臭味物質和藻毒素等代謝產物又進一步增加了給水處理的難度。對微污染原水中氨氮的去除一般可以考慮采用生物預處理的方式，通過微生物的吸收、分解及利用來降低氨氮和有機物的濃度；或者通過炭濾池內活性炭的吸附及生物降解的聯合作用。原水中微量有機污染物存在種類復雜、濃度較低、具有生物富集作用等特點，工程上常采用預氧化、混凝沉淀和生物活性炭工藝的聯用來達到處理有機物的目的。
[0003]生物預處理對污染物的有效去除需要建立在較長的水停留時間的基礎上，這無疑會增加基建和運營成本，其去除效果受外界環境變化影響較大，且原水中的持久性有機污染物大都具有難以生物降解 的特性，故生物預處理用于去除原水中有機物和藻類存在一定的局限性。充分利用現有條件提高生物預處理的去除效率，并考慮采用經濟有效的化學處理方法，不僅可以使原水中的氨氮、有機物和藻類得到更好的去除，還可以減輕后續處理單元的污染物負荷，最終保障供水水質安全。

【發明內容】

[0004]本發明提供了一種原水的長距離輸水管道預處理方法，解決了目前生物預處理原水中污染物的有效去除需要建立在較長的水力停留時間的基礎上、增加基建和運營成本的問題。
[0005]本發明還提供了應用此種方法的水處理系統。
[0006]本發明所采用的技術方案是原水在進入自來水廠處理之前首先進入生物預處理反應池中，生物預處理反應池中的微生物使原水中的微量有機污染物得到去除，將去除微量有機污染物的原水送入調節混合池內加凈水藥劑后送入長距離輸水管道反應器、利用輸水過程中在管道內停留的較長時間進行去污反應后送入水廠，或將去除微量有機污染物的原水直接送入長距離輸水管道反應器、利用輸水過程中在管道內停留的較長時間進行去污反應后送入水廠。
[0007]本發明方法的技術特點還在于生物預處理反應池中采用生物填料做微生物生長和繁殖的載體，采用微孔曝氣器提供微生物所需的溶解氧。生物預處理反應池采用生物接觸氧化池的形式，原水停留時間控制在I~2h之間，氣水比設置為0.8~1.2:1。送入調節混合池內的原水為耗氧量濃度大于3mg/L，或藻類濃度大于1000萬個/升，或色度、臭味明顯，或Ames試驗為陽性；所述直接經過長距離輸水管道反應器送入水廠的原水為耗氧量濃度持續低于3mg/L、無臭無味、且Ames試驗為陰性。凈水藥劑包括氯、高錳酸鹽或粉末活性炭。當進入調節混合池中的原水中藻類濃度1000萬個/升以上或氨氮濃度大于0.5mg/L,向調節混合池中投加氯來除藻，同時可以在前期進行氨氮的消耗；當進入調節混合池中的原水濁度和色度明顯增加，或鐵錳含量明顯升高，向調節混合池中投加高錳酸鹽，通過高錳酸鹽的氧化性在長距離輸水管道中氧化去除污染物，并在混凝沉淀階段發揮助凝除濁的作用，同時去除色度和臭味；當進入調節混合池中的原水中TOC及微量有機污染物等指標濃度較高，向調節混合池中投加粉末活性炭，對水中微量有機污染物進行吸附去除。長距離輸水管道反應器的管道中水流速為lm/s,停留時間6~10小時。
[0008]本發明的水處理系統技術方案為包括連接水源地原水的原水管，原水管管道連接生物預處理反應池，生物預處理反應池底部設置有曝氣系統，生物預處理反應池內放置生物填料，生物預處理反應池管道連接調節混合池，調節混合池內設有攪拌裝置，生物預處理反應池與調節混合池之間的管道上設有第一電動閥門，生物預處理反應池通過超越管連接集水井，超越管上設有第二電動閥門，集水井內設有潛水泵，潛水泵連接長距離輸水管道反應器，潛水泵可將集水井內的水泵至長距離輸水管道反應器內，長距離輸水管道反應器連接進入水廠。[0009]本發明的有益效果是利用設在水源廠的預處理設施和水源廠與自來水廠之間的長距離輸水管道，構建微污染原水的強化預處理系統，有效降解原水中污染物，使原水在長距離輸水管道輸送過程中在管道內即可得到處理，降低了運營成本，保證出水的穩定性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發明原水處理系統的結構示意圖。
[0011]圖中，1.原水管，2.生物預處理反應池，3.曝氣系統，4.生物填料，5.超越管，
6.第一電動閥門，7.調節混合池，8.攪拌裝置，9.集水井，10.潛水泵，11.長距離輸水管道反應器，12.第二電動閥門。
【具體實施方式】
[0012]以下結合附圖和【具體實施方式】對本發明進行說明，以下進一步說明并非限制本發明所涉及的范圍，本發明方法為:
[0013]A)水源地原水首先經過原水管I進入生物預處理反應池2進行生物預處理階段，生物預處理反應池2中放置生物填料4，生物填料4可采用懸浮球等填料作為微生物生長和繁殖的載體，并在池底部設置曝氣系統3，可用微孔曝氣器，微孔曝氣器由鼓風機提供空氣進行曝氣，以提供微生物所需的溶解氧。原水中的氨氮、耗氧量、總有機碳(TOC)和消毒副產物前體物等微量有機污染物在生物預處理階段得到去除，濃度下降。其中生物預處理反應池2可采用生物接觸氧化池的形式，原水停留時間控制在I~2h之間，氣水比設置為
0.8 ~1.2:1。[0014]B)含有懸浮微生物的生物預處理反應池2出水通過管道進入調節混合池7，同時設置超越管5，根據情況可選擇直接進入集水井9內。當原水耗氧量濃度持續低于3mg/L、無臭無味、且Ames試驗為陰性時，此時可關閉第一電動閥門6，開啟第二電動閥門12，使生物預處理反應池2的出水經超越管5直接進入集水井9內，再由潛水泵10提升進入長距離輸水管道反應器11送到水廠。當原水耗氧量濃度大于3mg/L，或藻類濃度大于1000萬個/升，或色度、臭味明顯，或Ames試驗為陽性時，此時可打開第一電動閥門6，關閉第二電動閥門12，使生物預處理反應池2出水進入調節混合池7，在該池內投加相應的凈水藥劑，藥劑包括氯、高錳酸鹽或粉末活性炭，通過攪拌裝置8攪拌實現藥劑與水的完全混合，為污染物在后續長距離輸水管道反應器11中的降解創造條件。調節混合池7出水通過管道進入集水井9，再由潛水泵10提升進入長距離輸水管道反應器11。調節混合池7僅作為一個混合傳質反應器，水停留時間為5~8分鐘，所投加的藥劑在該池內與水進行充分的混合接觸，并不提供反應所需要的停留時間，這樣可大批量處理水，節省建造成本，藥劑與污染物的反應發生于長距離輸水管道反應器11中。
[0015]C)當原水中藻類濃度升高至1000萬個/升以上或氨氮濃度大于0.5mg/L，可以考慮向調節混合池7中投加氯來除藻，同時可以在前期進行氨氮的消耗；當原水中濁度和色度明顯增加，或鐵錳含量明顯升高，可以向調節混合池7中投加高錳酸鹽，通過高錳酸鹽的氧化性在長距離輸水管道中氧化去除污染物，并在混凝沉淀階段發揮助凝除濁的作用，同時去除色度和臭味；而當原水中TOC及微量有機污染物等指標濃度較高，可以向調節混合池7中投加粉末活 性炭，對水中微量有機污染物進行吸附去除。藥劑的投加采用加藥泵持續加藥的形式，在與調節混合池7中的水進行完全混合后進入長距離輸水管道反應器11，以強化污染物質的去除。
[0016]D)經過生物預處理后的水在調節混合池內7與藥劑混合后，或者生物預處理反應池2出水經超越管5直接進入長距離輸水管道反應器11中，管道中水流流速設置為不大于2m/s，優選lm/s，保持管道內水流流速達到lm/s，一方面實現水的有效輸送，另一方面可避免水中懸浮物沉積在管道內部。根據水源廠與自來水廠之間的距離，水流在管道內的停留時間可達5~10小時，甚至更長。具有較長水力停留時間的長距離輸水管道反應器11作為進行微生物降解水中污染物質、或者藥劑與水中污染物質發生反應的場所，即長距離輸水管道反應器11實現對微污染原水的強化預處理。當生物預處理出水經超越管5進入長距離輸水管道反應器時，水中氨氮、可生物降解有機物等在水中懸浮微生物、管道內壁所附著的生物膜作用下，發生生物降解；當生物預處理出水經調節混合池7投加藥劑后進入長距離輸水管道反應器11時，投加的氯、高錳酸鹽或粉末活性炭等藥劑與水中污染物質在長距離輸水管道反應器11內進行較長時間的反應，實現污染物的進一步去除。長距離輸水管道反應器11，可作為生化反應器或物理化學反應器兩種形式。當生物預處理出水經超越管5進入長距離輸水管道反應器11時，水中懸浮微生物和管道內壁所附著的微生物降解氨氮與可生物降解有機物，長距離輸水管道反應器11可作為一個生化反應器；當調節混合池7內投加氯或高錳酸鹽時，與水中有機物、藻類、其他還原性物質發生氧化還原反應，長距離輸水管道反應器11可作為一個化學反應器；當投加粉末活性炭時，不僅能對水中溶解性的有機物如苯類、酚類、三鹵甲烷及消毒副產物前體物等有較強的吸附能力，而且對其他臭味物質以及汞、鐵、鎳等也有較強的吸附能力，同時水中或管壁附著的微生物又可以降解氨氮及部分有機物，此時長距離輸水管道反應器11同時作為生化反應器和物理化學反應器。
[0017]本發明所應用的系統如圖1所示，包括連接水源地原水的原水管1，原水管I管道連接生物預處理反應池2，生物預處理反應池2底部設置有曝氣系統3，生物預處理反應池2內放置生物填料4，生物預處理反應池2管道連接調節混合池7，調節混合池7內設有攪拌裝置8，生物預處理反應池2與調節混合池7之間的管道上設有第一電動閥門6，生物預處理反應池2通過超越管5連接集水井9，超越管5上設有第二電動閥門12，集水井9內設有潛水泵10，潛水泵10連接長距離輸水管道反應器11，潛水泵10可將集水井9內的水泵至長距離輸水管道反應器11內，長距離輸水管道反應器11連接進入水廠。
[0018]本發明的實驗結果如下:
[0019]水溫為18°C時，取自太湖的原水由生物預處理反應池2經生物預處理后直接進入長距離輸水管道反應器11。設置生物預處理反應池2水力停留時間為lh，長距離輸水管道反應器11的水停留時間為8h，考察氨氮等污染物在“生物預處理反應池2+長距離輸水管道反應器11”組合預處理系統中的去除規律，結果如表1。
[0020]表1
[0021]
【權利要求】
1.一種受污染原水的長距離輸水管道預處理方法，其特征在于:原水在進入自來水廠處理之前首先進入生物預處理反應池(2)中，生物預處理反應池(2)中的微生物使原水中的部分氨氮及微量有機污染物得到去除，將去除部分氨氮及微量有機污染物的原水送入調節混合池(7)內加凈水藥劑后送入長距離輸水管道反應器(11)、利用輸水過程中在管道內停留的較長時間進行去污反應后送入水廠，或將去除部分氨氮及微量有機污染物的原水直接送入長距離輸水管道反應器(11)、利用輸水過程中在管道內停留的較長時間進行去污反應后送入水廠。
2.按照權利要求1所述一種受污染原水的長距離輸水管道預處理方法，其特征在于:所述生物預處理反應池(2)中采用生物填料(4)做微生物生長和繁殖的載體，采用微孔曝氣器提供微生物所需的溶解氧。
3.按照權利要求1所述一種受污染原水的長距離輸水管道預處理方法，其特征在于:所述生物預處 理反應池(2)采用生物接觸氧化池的形式，原水停留時間控制在I~2h之間，氣水比設置為0.8~1.2:1。
4.按照權利要求1所述一種受污染原水的長距離輸水管道預處理方法，其特征在于:所述送入調節混合池(7)內的原水為耗氧量濃度大于3mg/L，或藻類濃度大于1000萬個/升，或色度、臭味明顯，或Ames試驗為陽性；所述直接經過長距離輸水管道反應器(11)送入水廠的原水為耗氧量濃度持續低于3mg/L、無臭無味、且Ames試驗為陰性。
5.按照權利要求1所述一種受污染原水的長距離輸水管道預處理方法，其特征在于:所述凈水藥劑包括氯、高猛酸鹽或粉末活性炭。
6.按照權利要求5所述一種受污染原水的長距離輸水管道預處理方法，其特征在于:所述當進入調節混合池(7)中的原水中藻類濃度1000萬個/升以上或氨氮濃度大于0.5mg/L,向調節混合池(7)中投加氯來除藻，同時可以在前期進行氨氮的消耗；當進入調節混合池(7)中的原水濁度和色度明顯增加，或鐵錳含量明顯升高，向調節混合池(7)中投加高錳酸鹽，通過高錳酸鹽的氧化性在長距離輸水管道中氧化去除污染物，并在混凝沉淀階段發揮助凝除濁的作用，同時去除色度和臭味；當進入調節混合池(7)中的原水中TOC及微量有機污染物等指標濃度較高，向調節混合池(7)中投加粉末活性炭，對水中微量有機污染物進行吸附去除。
7.按照權利要求1所述一種受污染原水的長距離輸水管道預處理方法，其特征在于:所述長距離輸水管道反應器(11)的管道中水流速為lm/s，停留時間6~10小時。
8.應用于權利要求1所述一種受污染原水的長距離輸水管道預處理方法中的處理系統，其特征在于:包括連接水源地原水的原水管(I )，原水管(I)管道連接生物預處理反應池(2)，生物預處理反應池(2)底部設置有曝氣系統(3)，生物預處理反應池(2)內放置生物填料(4 )，生物預處理反應池(2 )管道連接調節混合池(7 )，調節混合池(7 )內設有攪拌裝置(8)，生物預處理反應池(2)與調節混合池(7)之間的管道上設有第一電動閥門(6)，生物預處理反應池(2 )通過超越管(5 )連接集水井(9 )，超越管(5 )上設有第二電動閥門(12 )，集水井(9 )內設有潛水泵(10 )，潛水泵(10 )連接長距離輸水管道反應器(11)，潛水泵(10 )可將集水井(9 )內的水泵至長距離輸水管道反應器(11)內，長距離輸水管道反應器(11)連接進入水廠。
【文檔編號】C02F9/14GK103922542SQ201410145364
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月11日 優先權日:2014年4月11日
【發明者】朱光燦, 莊星宇, 石晶晶, 胡侃, 袁君 申請人:東南大學, 無錫市自來水有限公司