一種用于催化氧化去除水中氨氮的活性濾料制備系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于飲用水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可用于催化氧化去除水中氨氮的活性濾料制備系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展和人口劇增，生活污水和工業(yè)廢水排放增多，使飲用水源水受到不同程度的污染。調(diào)查結(jié)果表明，2013年十大流域的國控斷面中，IV?V類和劣V類水質(zhì)斷面比例分別為19.3%和9.0%，與上年相比，水質(zhì)無明顯變化，主要污染指標有氨氮、化學(xué)需氧量、高錳酸鹽指數(shù)和五日生化需氧量；同時，全國309個地級及以上城市的835個集中式飲用水源地取水達標率僅為97.3%，其中地表水水源地主要超標指標為總磷、錳和氨氮，地下水水源地主要超標指標為鐵、錳和氨氮。由此可見，飲用水源水的氨氮污染已成為現(xiàn)階段影響我國飲用水源水質(zhì)主要污染因子。
[0003]若受污染的水源水不加處理或處理不當(dāng)，將導(dǎo)致自來水廠出水中的氨氮含量偏高，會造成管網(wǎng)中亞硝化菌和硝化菌的繁殖生長，從而使管網(wǎng)中硝酸鹽和亞硝酸鹽的含量超標。硝酸鹽過量會使嬰兒患上高鐵血紅蛋白癥，當(dāng)飲用水中硝態(tài)氮(NO3-N)含量高于10mg/L時就會使紅血球不能帶氧而導(dǎo)致嬰兒窒息死亡；另外，硝酸鹽和亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為亞硝胺后會產(chǎn)生“致癌、致突變、致畸”的物質(zhì)。可見，水源水中較高濃度的氨氮對人體危害較大。
[0004]如何高效且低成本去除飲用水中氨氮一直是困擾眾多水廠的難題，目前常見的氨氮處理方法主要有吸附去除法、折點加氯法和生物脫氮法等，但普遍存在建設(shè)投資大、運行成本高、處理效率偏低等問題，尤其是對現(xiàn)行絕大部分水廠的常規(guī)處理工藝的升級改造，由于條件限制而使得實施難度很大。
[0005]根據(jù)申請人的長期研究表明，濾料表面形成的Fe/Mn氧化物活性氧化膜具有催化氧化去除水中氨氮的能力，其原理認為是降低了反應(yīng)活化能或反應(yīng)所需的能量，其反應(yīng)具有催化氧化速率高、轉(zhuǎn)化率高、去除率穩(wěn)定、環(huán)境影響小等優(yōu)勢。申請人已授權(quán)的專利“復(fù)合微污染水源水中Fe、Mn和氨氮協(xié)同去除工藝系統(tǒng)”(專利號:ZL201320699810.1)是一種合理有效地集成了傳質(zhì)充氧、自然氧化、化學(xué)氧化、截留過濾、物理化學(xué)吸附、接觸催化/生物氧化等多種技術(shù)，可有效地協(xié)同去除復(fù)合微污染水源中的濁度、色度、Fe、Mn和氨氮的工藝系統(tǒng)。但是，該工藝系統(tǒng)僅適用于同時含有Fe、Mn和氨氮三種污染物的水原水，但針對單一氨氮污染的飲用水源并不能適用，主要是因為濾料不具備催化活性。有研究表明，天然的錳砂雖也具有去除Fe/Mn的功能，但難以去除氨氮，同時其機械強度低、去除效率低和使用成本高，不利于大規(guī)模應(yīng)用。因此，需要研發(fā)出一種新的用于催化氧化去除水中氨氮的活性濾料制備系統(tǒng)，其制備的濾料直接具備高效去除水中氨氮的功能，以便用于受氨氮污染的飲用水凈化處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種用于催化氧化去除水中氨氮的活性濾料制備系統(tǒng)，以實現(xiàn)活性濾料具備催化氧化高效去除水中氨氮、并同步去除鐵錳的功能，可直接應(yīng)用于高負荷氨氮及鐵錳原水的凈化處理，活化效率高、投資和運行成本低廉。
[0007]為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案:
[0008]—種用于催化氧化去除水中氨氮的活性濾料制備系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括:
[0009]循環(huán)過濾系統(tǒng)，用于實現(xiàn)原水在制備主體中循環(huán)流動，促進主體內(nèi)的濾料快速活化，提尚活化效率；
[0010]Fe鹽定量投加系統(tǒng)，用于向原水中定量投加Fe鹽；
[0011]Mn鹽定量投加系統(tǒng)，用于向原水中定量投加Mn鹽；
[0012]可溶性無機鹽定量投加系統(tǒng)，用于向原水中定量投加可溶性無機鹽，使濾料表面生成具有催化活性的Fe/Mn氧化膜；
[0013]化學(xué)輔助氧化系統(tǒng)，用于在運行初期向原水中投加化學(xué)輔助氧化劑，快速氧化Fe和Mn離子，彌補自然氧化不足，提高氧化效率，使得濾料表面活性的Fe/Mn氧化膜快速形成；
[0014]氣水反沖洗系統(tǒng)，用于定期對循環(huán)過濾系統(tǒng)的濾層進行氣水反洗，剝落濾層中的濾料表面老化松散的活性Fe/Mn氧化膜，保證濾料表面活性Fe/Mn氧化膜致密和結(jié)實。
[0015]Fe鹽定量投加系統(tǒng)、Mn鹽定量投加系統(tǒng)、可溶性無機鹽定量投加系統(tǒng)、氣水反沖洗系統(tǒng)和化學(xué)輔助氧化系統(tǒng)分別與循環(huán)過濾系統(tǒng)相連接。
[0016]所述的Fe/Mn鹽、可溶性無機鹽和化學(xué)氧化劑匯集到一根加藥管道集中投加到循環(huán)過濾系統(tǒng)的循環(huán)管道上，利用循環(huán)過濾系統(tǒng)內(nèi)安裝的管道靜態(tài)混合器進行混合。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，進一步還具有以下技術(shù)特點:
[0018]所述循環(huán)過濾系統(tǒng)由制備主體、布水/配氣裝置、射流曝氣裝置、循環(huán)系統(tǒng)和集水系統(tǒng)組成；制備主體與集水系統(tǒng)相連，循環(huán)系統(tǒng)與制備主體、布水/配氣裝置、射流曝氣裝置、集水系統(tǒng)相連，布水/配氣裝置與射流曝氣裝置相連；
[0019]其中，所述制備主體采用鋼制混凝土、鋼板或不銹鋼板制作，制備主體內(nèi)填充濾料層和承托層，濾料層在承托層的上部；
[0020]所述布水/集水裝置采用穿孔管、濾磚或濾頭形式；
[0021]所述射流曝氣裝置主要由射流器和進氣調(diào)節(jié)閥組成，用于對水體進行充氧，保證水中溶解氧濃度；射流器安裝在過濾系統(tǒng)的出水管上，并與管道靜態(tài)混合器相連接；進氣調(diào)節(jié)閥安裝在射流器的上部；所述進氣調(diào)節(jié)閥安裝在射流器的進氣端，用于調(diào)節(jié)射流器進氣量，控制充氧量。
[0022]所述循環(huán)系統(tǒng)由循環(huán)水栗、循環(huán)管道、第一流量計、管道靜態(tài)混合器、第一閥門和第二閥門組成，其中:循環(huán)水栗主要用于對制備主體出水進行加壓，重新進行循環(huán)過濾；循環(huán)管道包括出水管和回水管，循環(huán)水栗與出水管和回水管相連接，出水管上安裝第一流量計、管道靜態(tài)混合器和第二閥門，循環(huán)水栗與回水管之間安裝第一閥門；
[0023]流量計安裝在循環(huán)水栗出口端，主要用于對水栗出水流量進行精確計量；
[0024]管道靜態(tài)混合器安裝在循環(huán)水栗出口端管道上，主要用于對投加的Fe鹽、Mn鹽和可溶性無機鹽與原水進行充分混合；
[0025]閥門安裝在循環(huán)管道上，主要用于流量調(diào)節(jié)與系統(tǒng)啟停切換。
[0026]原水經(jīng)循環(huán)水栗加壓后，經(jīng)射流曝氣裝置自然吸氣充氧，氧化水中添加的Fe鹽與Mn鹽形成Fe/Mn復(fù)合氧化物，與可溶性無機鹽結(jié)合后在濾料層內(nèi)的濾料表面形成致密結(jié)實的活性氧化膜，實現(xiàn)普通濾料的快速活化，使其具備催化氧化去除水中氨氮、Fe與Mn的能力。
[0027]所述集水系統(tǒng)主要由集水渠、排水管和第九閥門組成，集水渠與制備主體合建而成，集水渠連接排水管和第九閥門。
[0028]所述集水系統(tǒng)主要由集水渠、排水管和第九閥門組成，集水渠設(shè)置在制備主體出水端，與制備主體合建而成，集水渠連接排水管和第九閥門。排水管設(shè)置在集水渠底部，主要用于排放反沖洗廢水；第九閥門分別安裝在排水管的末端和回水管的進口端。
[0029]所述Fe鹽定量投加系統(tǒng)由Fe鹽配藥裝置、第一投藥裝置、第一投藥管、第二流量計和第三閥門組成，F(xiàn)e鹽配藥裝置與第一投藥裝置相連接，第一投藥裝置經(jīng)投藥管與循環(huán)過濾系統(tǒng)的出水管相連，第二流量計(13-2)和第三閥門安裝在第一投藥管上，所述Fe鹽的投加濃度為0.lmg/L?2mg/L。
[0030]所述的Mn鹽定量投加系統(tǒng)由Mn鹽配藥裝置、第二投藥裝置、第二投藥管、第三流量計和第四閥門組成，用于Mn鹽的精確計量和投加。所述Mn鹽配藥裝置與第二投藥裝置相連接，第二投藥裝置第二經(jīng)投藥管與循環(huán)過濾系統(tǒng)的出水管相連，第三流量計和第四閥門安裝在第二投藥管上，所述Mn鹽的投加濃度為0.lmg/L?4mg/L。
[0031]所述可溶性無機鹽定量投加系統(tǒng)主要由可溶性無機鹽配藥裝置、第三投藥裝置、第三投藥管、第四流量計和第五閥門組成，用于特定的可溶性無機鹽的精確計量和投加。所述可溶性無機鹽配藥裝置與第三投藥裝置相連接，第三投藥裝置經(jīng)第三投藥管與循環(huán)過濾系統(tǒng)的出水管相連，第四流量計和第五閥門安裝在第三投藥管上，所述可溶性無機鹽主要為Ca2+、Mg' Na' SO42、HPO42或Na 2ΗΡ04，投加種類和濃度根據(jù)原水水質(zhì)條件進行確定。
[0032]所述化學(xué)輔助氧化系統(tǒng)由配藥裝置、第四投藥裝置、第四投藥管、第五流量計和第六閥門組成，用于化學(xué)氧化劑的精確計量和投加。配藥裝置與第四投藥裝置相連接，第四投藥裝置經(jīng)第四投藥管與循環(huán)過濾系統(tǒng)的出水管相連，第五流量計和第六閥門安裝在第四投