申请日2014.10.10
公开(公告)日2014.12.24
IPC分类号C02F3/00
摘要
一种可低温调控的生物强化过滤水处理装置，它涉及一种水处理装置。本发明的目的是要解决现有水处理装置在模拟实际水体水温时本身无法实现低温调控问题。装置包括固定架、低温恒温水浴槽、保温隔热层、预冷却进水水箱、原水水箱、低温恒温循环装置、低温循环管线、电磁阀、第一蠕动泵、流量计、溢流管、第一密封套管、第一级传输水管、生物强化滤柱、第二级传输水管、第二蠕动泵、出水管、通气管、监测显示器、数据传输线、监测探头、填料床、承托层、布水孔板、取样口、第二密封套管、泄空管、进水管、第三密封套管、第四密封套管和万向轮。本发明可获得一种可低温调控的生物强化过滤水处理装置。
权利要求书
1.一种可低温调控的生物强化过滤水处理装置，其特征在于一种可低温调控的生物强 化过滤水处理装置包括固定架(1)、低温恒温水浴槽(4)、保温隔热层(5)、预冷却进水 水箱(6)、原水水箱(7)、低温恒温循环装置(8)、低温循环管线(9)、电磁阀(10)、第 一蠕动泵(11)、流量计(12)、溢流管(13)、第一密封套管(14)、第一级传输水管(15)、 生物强化滤柱(16)、第二级传输水管(17)、第二蠕动泵(18)、出水管(19)、通气 管(20)、监测显示器(21)、数据传输线(22)、监测探头(23)、填料床(24)、承 托层(25)、布水孔板(26)、取样口(27)、第二密封套管(28)、泄空管(29)、进水 管(30)、第三密封套管(31)、第四密封套管(32)和万向轮(34);
所述的固定架(1)的底端设有万向轮(34)，低温恒温水浴槽(4)置于固定架(1) 上一侧，固定架(1)上的另一侧设有三层试验架，监测显示器(21)置于上层试验架上， 第一蠕动泵(11)置于中间一层的试验架上，原水水箱(7)置于下层试验架上;
所述的低温恒温水浴槽(4)的表面包裹保温隔热层(5)，低温恒温循环装置(8)的 入口通过低温循环管线(9)和流量计(12)与低温恒温水浴槽(4)的上端相连通;低温 恒温循环装置(8)的出口通过低温循环管线(9)、流量计(12)和电磁阀(10)与低温恒 温水浴槽(4)的底端相连通;
所述的原水水箱(7)上端的进水管通过第一密封套管(14)与预冷却进水水箱(6) 上端的溢流管(13)相连通，原水水箱(7)的内部通过第一级传输水管(15)和第一蠕动 泵(11)与预冷却进水水箱(6)相连通;
所述的生物强化滤柱(16)包括第一生物强化滤柱(16-1)、第二生物强化滤柱(16-2)、 第三生物强化滤柱(16-3)和第四生物强化滤柱(16-4);
所述的预冷却进水水箱(6)竖直设置在低温恒温水浴槽(4)内，第一生物强化滤柱 (16-1)、第二生物强化滤柱(16-2)、第三生物强化滤柱(16-3)和第四生物强化滤柱(16-4) 均设置在低温恒温水浴槽(4)内部，围绕设置在预冷却进水水箱(6)的外部，且并联设 置;预冷却进水水箱(6)的内部底端通过第二级传输水管(17)、第二蠕动泵(18)、进 水管(30)和第四密封套管(32)与生物强化滤柱(16)的底端相连通;预冷却进水水箱 (6)和生物强化滤柱(16)内部上方分别设有监测探头(23)，监测探头(23)通过数据 传输线(22)与监测显示器(21)相连接;
所述的生物强化滤柱(16)的底部设有第三密封套管(31)和第四密封套管(32);泄 空管(29)和进水管(30)设置在低温恒温水浴槽(4)外部，第三密封套管(31)的一端 与生物强化滤柱(16)相连接，另一端与泄空管(29)相连接;第四密封套管(32)的一 端与生物强化滤柱(16)相连接，另一端与进水管(30)相连接;
所述的生物强化滤柱(16)为敞开式柱状容器，布水孔板(26)、承托层(25)和填 料床(24)由下至上依次设置在生物强化滤柱(16)内，取样口(27)设置在低温恒温水 浴槽(4)外部，填料床(24)的上、中、下处分别设置第二密封套管(28)，第二密封套 管(28)的另一端与取样口(27)相连接;生物强化滤柱(16)的上端设有出水管(19) 和通气管(20)。
2.根据权利要求1所述的一种可低温调控的生物强化过滤水处理装置，其特征在于所 述的生物强化滤柱(16)和预冷却进水水箱(6)的材质均为不锈钢，低温恒温水浴槽(4) 的材质为有机玻璃材料或不锈钢材料。
3.根据权利要求1所述的一种可低温调控的生物强化过滤水处理装置，其特征在于所 述的溢流管(13)、低温循环管线(9)、第一级传输水管(15)、第二级传输水管(17)、 出水管(19)和通气管(20)的材质为PE管或硅胶管，且溢流管(13)、低温循环管线(9)、 第一级传输水管(15)、第二级传输水管(17)、出水管(19)和通气管(20)的外部均 缠绕橡塑海绵或聚乙烯保温材料。
4.根据权利要求1所述的一种可低温调控的生物强化过滤水处理装置，其特征在于所 述的填料床(24)的填料材料为净水用活性炭或石英砂;承托层(25)的材料为具有一定 级配的石英砂。
5.根据权利要求1所述的一种可低温调控的生物强化过滤水处理装置，其特征在于所 述的保温隔热层(5)的材料为挤塑型聚苯乙烯泡沫塑料或模压型聚苯乙烯泡沫塑料。
6.根据权利要求1所述的一种可低温调控的生物强化过滤水处理装置，其特征在于所 述的电磁阀(10)采用通电常开式电磁阀，电磁阀(10)的材料为铜。
7.根据权利要求1所述的一种可低温调控的生物强化过滤水处理装置，其特征在于所 述的低温恒温循环装置(8)的温度范围设置在1℃～5℃时采用乙醇或纯净水作为循环介质， 低温恒温循环装置(8)的温度范围设置在5℃～50℃时采用纯净水作为循环介质。
8.根据权利要求1所述的一种可低温调控的生物强化过滤水处理装置，其特征在于所 述的布水孔板(26)与生物强化滤柱(16)底部的距离为40mm～50mm。
9.根据权利要求1所述的一种可低温调控的生物强化过滤水处理装置，其特征在于所 述的布水孔板(26)上均匀设置孔径为1mm的小孔。
10.根据权利要求1所述的一种可低温调控的生物强化过滤水处理装置，其特征在于 所述的取样口(27)的直径为15mm～20mm。
说明书
一种可低温调控的生物强化过滤水处理装置
技术领域
本发明涉及一种水处理装置。
背景技术
随着我国城市化进程的不断推进，饮用水水源氨氮和有机物污染已经成为主要环境问 题之一。鉴于微污染物质对供水安全的影响，国家颁布的《生活饮用水卫生标准》 (GB5749-2006)中，对有机污染物、氨氮、铁、锰含量的控制也更加严格。目前，城市 给水处理厂采用的常规净水工艺(混凝——沉淀——过滤)难以有效地去除水源水中的微 污染物。在众多饮用水深度处理技术中，生物强化滤池是处理微污染水源水中微污染物的 有效方法。按照填料种类，生物强化滤池分为生物增强活性炭技术、生物锰砂滤池技术等。 生物增强活性炭技术是从自然水体中筛选驯化优势有机物/氨氮降解菌群，并将其固定在活 性炭载体上，从而增强对水中有机物和氨氮等污染物的降解效能的一种深度处理技术。生 物锰砂滤池技术从自然水体中筛选驯化铁、锰降解菌群，并将其固定在锰砂填料上，从而 增强对水中铁、锰的降解效能的一种深度处理技术。由于人工筛选构建的优势菌群具有较 强的抗氧化能力，在贫营养环境中可以很好的生长和繁殖，适用于治理微污染水体。生物 强化滤池技术能够迅速有效地降解目标污染物，加快系统启动，具有较强得系统稳定性和 较强耐负荷冲击能力，并可有效延长滤料的使用寿命。
实际工程中，地表水水源的水温随季节性变化，夏季水温范围在20～28℃，此时容易 发生有机污染物超标现象;冬季地表水水源温度长期处于较低状态(0.5～8℃)，尤其在我 国东北地区，低温(0.5～5℃)持续时间长达4～6个月，此时容易发生氨氮超标现象。地 下水水温比较稳定，常年维持在较低水平(6～8℃)，地下水水源容易发生铁、锰超标现 象。
生物强化滤池的实际净水效能及生物稳定性在很大程度上受到实际水源水温的影响。 在应用到实际工程之前，需要根据实际工程中水源的水温和水体中关键污染物确定适合该 条件下生物强化滤池的活性炭种类、功能菌种类及最优运行工艺参数，以指导水厂实现生 物强化滤池工艺的高效、稳定运行。而这些参数的确定需在城市水厂设计施工之前完成， 因此水厂无法在建设完成的实际水厂工艺的处理构筑物中完成相关试验研究。这就需要借 助小规模试验根据实际水源水温对生物强化滤池工艺进行模拟，尤其是对低温的模拟，以 此来选择对特征污染物有高效降解作用的功能菌群和适宜生物强化的滤料，并确定最佳的 工艺运行条件。因此，开发可进行低温调控的生物强化水处理装置具有重要的科学研究与 实际意义。
现有的水处理装置要进行低温调控，只能将整套装置设置在低温恒温实验室内，通过 调节实验室的大型制冷设备进行低温调控。低温恒温实验室具有耗电量大、维护困难及温 度调控范围有限等缺点，因此没有在水厂、高等学校和科研单位推广。综上所述，现有的 水处理装置本身无法实现低温调控功能。
发明内容
本发明的目的是要解决现有水处理装置在模拟实际水体水温时本身无法实现低温调 控问题，而提供一种可低温调控的生物强化过滤水处理装置。
一种可低温调控的生物强化过滤水处理装置包括固定架、低温恒温水浴槽、保温隔热 层、预冷却进水水箱、原水水箱、低温恒温循环装置、低温循环管线、电磁阀、第一蠕动 泵、流量计、溢流管、第一密封套管、第一级传输水管、生物强化滤柱、第二级传输水管、 第二蠕动泵、出水管、通气管、监测显示器、数据传输线、监测探头、填料床、承托层、 布水孔板、取样口、第二密封套管、泄空管、进水管、第三密封套管、第四密封套管和万 向轮;
所述的固定架的底端设有万向轮，低温恒温水浴槽置于固定架上一侧，固定架上的另 一侧设有三层试验架，监测显示器置于上层试验架上，第一蠕动泵置于中间一层的试验架 上，原水水箱置于下层试验架上;
所述的低温恒温水浴槽的表面包裹保温隔热层，低温恒温循环装置的入口通过低温循 环管线和流量计与低温恒温水浴槽的上端相连通;低温恒温循环装置的出口通过低温循环 管线、流量计和电磁阀与低温恒温水浴槽的底端相连通;
所述的原水水箱上端的进水管通过第一密封套管与预冷却进水水箱上端的溢流管相 连通，原水水箱的内部通过第一级传输水管和第一蠕动泵与预冷却进水水箱相连通;
所述的生物强化滤柱包括第一生物强化滤柱、第二生物强化滤柱、第三生物强化滤柱 和第四生物强化滤柱;
所述的预冷却进水水箱竖直设置在低温恒温水浴槽内，第一生物强化滤柱、第二生物 强化滤柱、第三生物强化滤柱和第四生物强化滤柱均设置在低温恒温水浴槽内部，围绕设 置在预冷却进水水箱的外部，且并联设置;预冷却进水水箱的内部底端通过第二级传输水 管、第二蠕动泵、进水管和第四密封套管与生物强化滤柱的底端相连通;预冷却进水水箱 和生物强化滤柱内部上方分别设有监测探头，监测探头通过数据传输线与监测显示器相连 接;
所述的生物强化滤柱的底部设有第三密封套管和第四密封套管;泄空管和进水管设置 在低温恒温水浴槽外部，第三密封套管的一端与生物强化滤柱相连接，另一端与泄空管相 连接;第四密封套管的一端与生物强化滤柱相连接，另一端与进水管相连接;
所述的生物强化滤柱为敞开式柱状容器，布水孔板、承托层和填料床由下至上依次设 置在生物强化滤柱内，取样口设置在低温恒温水浴槽外部，填料床的上、中、下处分别设 置第二密封套管，第二密封套管的另一端与取样口相连接;生物强化滤柱的上端设有出水 管和通气管。
本发明的工作原理：
一、当本发明的生物强化滤柱处于水处理过程中，预冷却进水水箱与原水水箱之间通 过第一级传输水管及溢流管连通，原水水箱中原水通过第一蠕动泵和第一级传输水管注入 到预冷却进水水箱，当预冷却进水水箱的水位上升至溢流口高度，多余的原水从溢流管流 回至原水水箱;预冷却进水水箱与生物强化滤柱之间通过第二级传输水管连接，预冷却进 水水箱中预冷却的原水通过第二蠕动泵和第二级传输水管注入到生物强化滤柱中，原水经 过生物强化滤柱处理后从出水管流出，完成水处理过程;预冷却进水水箱和生物强化滤柱 内分别设有一个监测探头，实时监测的溶解氧、pH和温度数据分别经数据传输线传输至 监测显示器上。生物强化滤柱沿填料床竖向方向的上、中、下部分别设置直径为15mm～20 mm螺旋口密封式取样口，试验过程中，可根据需要在不同的取样口取得填料炭样品。处 于水处理工作状态时，生物强化滤柱进出水口上的阀门处于开启状态，取样口均处于关闭 状态;
二、当本发明处于低温调控过程中，预冷却进水水箱和生物强化滤柱均设置在低温恒 温水浴槽内部，低温恒温循环装置通过低温循环管线与低温恒温水浴槽连接，经过低温恒 温循环装置制冷后的循环介质持续通过低温恒温循环装置内部的循环泵和低温循环管线 的进水管低温恒温水浴槽底部，逐渐上升至低温恒温水浴槽顶端，然后通过低温循环管线 的出水管回流至低温恒温循环装置中进行制冷。低温循环管线的进出水管上均设置流量 计，通过观察流量计，调节低温循环管线的进出水管上的阀门，对低温恒温循环装置和低 温恒温水浴槽的水量平衡进行控制;低温循环管线的进水管处设置通电常开式电磁阀，在 突然停电的情况下，电磁阀自动关闭，低温恒温水浴槽内的循环介质不会由于重力关系回 流至低温恒温循环装置，从而避免低温恒温循环装置烧坏，当系统恢复有电时，电磁阀自 动开启，循环恢复正常。
本发明的优点：
一、本发明首次提出可低温调控的生物强化水处理装置，将生物强化过滤工艺与低温 调控装置集为一体，能够满足不同水温条件下对生物强化过滤净水效能的研究;
二、本发明通过在第一生物强化滤柱、第二生物强化滤柱、第三生物强化滤柱和第四 生物强化滤柱中填装不同类型的填料、负载不同类型的功能菌种，针对不同水源水质，能 够实现对适宜生物强化的填料种类的确定及最优功能菌种的确定;
三、本发明中生物强化滤柱及预冷却进水水箱的所有管线及取样口均通过密封套管穿 出低温恒温循环槽，而且均可拆卸，因此适用于不同组合工艺研究的模拟，并且有利于更 换填料种类和清理;
四、本发明一种可低温调控的生物强化过滤水处理装置结构合理、组装方便，能够实 现实时数据在线监测与反馈，能适应多种科学研究需要，实现工艺的多参数调控，对实际 水处理工艺具有很好的模拟性，可适合高等学校和科研单位进行科学研究。
