申请日2016.10.10
公开(公告)日2017.01.11
IPC分类号C02F9/14
摘要
一种多级活性炭吸附与超滤膜组合饮用水处理装置及饮用水处理方法，涉及一种饮用水处理装置及饮用水处理方法。要解决现有超滤膜工艺对微量有机物去除效果较差，及PAC‑超滤膜组合工艺中PAC引发的膜污染问题。该装置包括PAC投加单元、混凝剂投加单元、絮凝反应池、沉淀池、回流管、普通快滤池、曝气装置、GAC滤池和超滤膜组件。方法：原水经PAC投加单元和混凝剂投加单元投加PAC和混凝剂之后进入絮凝反应池;絮凝反应池出水进入沉淀池，炭泥混合液通过回流管回流至絮凝池进水口;三、沉淀池出水进入普通快滤池，普通快滤池出水经曝气装置进入GAC滤池，GAC滤池出水进入超滤膜组件。本发明用于饮用水处理领域。
摘要附图
权利要求书
1.一种多级活性炭吸附与超滤膜组合饮用水处理装置，其特征在于该装置包括PAC投加单元(1)、混凝剂投加单元(2)、絮凝反应池(3)、沉淀池(4)、回流管(5)、普通快滤池(6)、曝气装置(7)、GAC滤池(8)和超滤膜组件(9)。
所述絮凝反应池(3)的侧壁上部设有反应池进水口(31)，所述絮凝反应池(3)的侧壁下部设有反应池出水口(32)，所述PAC投加单元(1)和混凝剂投加单元(2)分别通过管道与絮凝反应池(3)的反应池进水口(31)相连接，
所述沉淀池(4)的侧壁下部设有沉淀池进水口(41)，所述沉淀池(4)的侧壁上部设有沉淀池出水口(42)，所述沉淀池(4)底部设有与反应池进水口(31)相连的回流管(5)，所述反应池出水口(32)通过管道与沉淀池进水口(41)相连接，
所述普通快滤池(6)的侧壁上部设有普通快滤池进水口(61)，所述普通快滤池(6)的侧壁下部设有普通快滤池出水口(62)，所述沉淀池出水口(42)通过管道与普通快滤池进水口(61)连接，
所述GAC滤池(8)的侧壁下部设有GAC滤池进水口(81)，所述GAC滤池(8)的侧壁上部设有GAC滤池出水口(82)，所述普通快滤池出水口(62)通过管道与GAC滤池进水口(81)连接，所述GAC滤池进水口(81)前管道处设有曝气装置(7)，所述GAC滤池出水口(82)通过管道与超滤膜组件(9)连接。
2.根据权利要求1所述的一种多级活性炭吸附与超滤膜组合饮用水处理装置，其特征在于所述回流管(5)上设有回流泵(51)，炭泥混合液经回流泵(51)控制通过回流管(5)回流至絮凝反应池进水口(31)处。
3.根据权利要求1所述的一种多级活性炭吸附与超滤膜组合饮用水处理装置，其特征在于所述曝气装置(7)采用臭氧曝气或纯氧曝气。
4.利用权利要求1所述装置的饮用水处理方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：
一、原水经PAC投加单元(1)和混凝剂投加单元(2)投加PAC和混凝剂之后，首先进入絮凝反应池(3);其中絮凝反应池的水力停留时间为10-20min;
二、絮凝反应池(3)出水进入沉淀池(4)，絮凝剂、PAC与水体中污染物相互作用形成的炭泥混合液通过回流管(5)回流至絮凝池进水口(31);其中炭泥混合液的回流比为5%-20%;
三、沉淀池(4)出水进入普通快滤池(6)，普通快滤池(6)出水经曝气装置(7)进入GAC滤池(8)，GAC滤池(8)出水进入超滤膜组件(9)。
5.根据权利要求4所述的饮用水处理方法，其特征在于步骤一中PAC投加量为2-20mg/L，PAC的粒径为200-325目。
6.根据权利要求4所述的饮用水处理方法，其特征在于步骤一中混凝剂为聚合氯化铝或聚合氯化铁，混凝剂投加量以Al3+或Fe3+计为2-10mg/L。
7.根据权利要求4所述的饮用水处理方法，其特征在于步骤三中普通快滤池的滤料为石英砂、沸石、陶粒、无烟煤、活性氧化铝中的一种或几种的混合，其中石英砂的粒径为0.9～1.2mm。
8.根据权利要求4所述的饮用水处理方法，其特征在于GAC滤池中GAC滤料的粒径为20-40目。
9.根据权利要求4所述的饮用水处理方法，其特征在于原水水质若为有机污染，所述曝气装置(7)采用臭氧曝气，臭氧投加量为1.5-2.5mg/L;原水水质若非有机污染，所述曝气装置(7)采用纯氧曝气，控制GAC滤池中溶解氧浓度不小于10mg/L。
10.根据权利要求4所述的饮用水处理方法，其特征在于超滤膜组件(9)的超滤膜采用中空纤维超滤膜，截留分子量为15-300kDa，反冲洗周期为30-300min。
说明书
一种多级活性炭吸附与超滤膜组合饮用水处理装置及饮用水处理方法
技术领域
本发明涉及一种饮用水处理装置及饮用水处理方法。
背景技术
随着饮用水水质标准的不断提升以及饮用水源水水质的日益恶化，以超滤为核心的膜分离技术已逐渐成为饮用水领域研究的热点。与传统净水工艺相比，超滤能有效地截留水体中的悬浮颗粒物、胶体、细菌、病毒以及大分子有机物等，但其对于水体中存在的微量有机污染物，如内分泌干扰物、微囊藻毒素、药物和个人护理品以及持久性有机物等作用效果有限，而这些微量有机污染物的存在会严重影响饮用水的水质安全。为了解决这些问题，超滤膜与多种预处理方式的组合(如混凝、吸附、氧化等)已逐渐引起了学者们的关注。
在超滤膜组合工艺中，粉末活性炭(PAC)与超滤膜组合工艺应用较为广泛，但在应用中出现了一系列的问题。在PAC与有机物的协同作用下，超滤膜表面可能会形成严重的复合污染，在膜上沉积的有机物可将PAC“粘”在膜表面;当PAC与超滤膜直接接触时，膜表面会形成严重的PAC滤饼层污染;因此很多学者提出在PAC与膜组合应用时，应尽量避免PAC与膜相互接触。
发明内容
本发明是要解决现有超滤膜工艺对微量有机物去除效果较差，及PAC-超滤膜组合工艺中PAC引发的膜污染问题，提供一种多级活性炭吸附与超滤膜组合饮用水处理装置及饮用水处理方法。
本发明多级活性炭吸附与超滤膜组合饮用水处理装置包括PAC投加单元、混凝剂投加单元、絮凝反应池、沉淀池、回流管、普通快滤池、曝气装置、颗粒活性炭(GAC)滤池和超滤膜组件。
所述絮凝反应池的侧壁上部设有反应池进水口，所述絮凝反应池的侧壁下部设有反应池出水口，所述PAC投加单元和混凝剂投加单元分别通过管道与絮凝反应池的反应池进水口相连接，
所述沉淀池的侧壁下部设有沉淀池进水口，所述沉淀池的侧壁上部设有沉淀池出水口，所述沉淀池底部设有与反应池进水口相连的回流管，所述反应池出水口通过管道与沉淀池进水口相连接，
所述普通快滤池的侧壁上部设有普通快滤池进水口，所述普通快滤池的侧壁下部设有普通快滤池出水口，所述沉淀池出水口通过管道与普通快滤池进水口连接，
所述GAC滤池的侧壁下部设有GAC滤池进水口，所述GAC滤池的侧壁上部设有GAC滤池出水口，所述普通快滤池出水口通过管道与GAC滤池进水口连接，所述GAC滤池进水口前管道处设有曝气装置，所述GAC滤池出水口通过管道与超滤膜组件连接。
进一步的，所述回流管上设有回流泵，炭泥混合液通过回流泵以一定回流比回流至絮凝反应池进水口处。
进一步的，所述曝气装置采用臭氧曝气或纯氧曝气。
利用上述装置进行饮用水处理的方法，按以下步骤进行：
原水经PAC投加单元和混凝剂投加单元投加一定量PAC和混凝剂之后，首先进入絮凝反应池，通过絮凝作用，混凝剂与水体中颗粒物、胶体及大分子有机物等反应形成絮体。PAC的投加一方面能够强化混凝效果，增加絮体粒径而改善沉降性能;另一方面，PAC能吸附混凝去除效果不佳的小分子有机物，从而强化了污染物的去除效果
絮凝反应池出水进入沉淀池，在重力作用下，经絮凝反应形成的较大颗粒物下沉从而与水体分离。絮凝剂和PAC与水体中污染物相互作用形成的炭泥混合液经回流管回流至絮凝池进水口，在循环利用PAC的同时，强化絮凝效果
沉淀池出水进入普通快滤池，普通快滤池能进一步截留水中的悬浮颗粒物以及残余的PAC等，从而避免了PAC与后续的超滤膜组件相接触
普通快滤池出水进入GAC滤池，与石英砂相比，GAC具有更加丰富的孔隙结构和巨大的比表面积，因而GAC既能发挥其优良的吸附作用，又能作为生物载体，充分发挥生物作用在污染物去除方面的优势。在应对水质有机污染时，GAC滤池进水口处增设曝气装置进行臭氧曝气，一方面利用臭氧的氧化作用降解水中的有机污染物，另一方面提高水体中有机物的可生化性，从而被后续的GAC滤池去除。此外，在常规水质处理时，臭氧曝气可替换为纯氧曝气，以提高水体中的溶解氧含量，利于后续GAC滤池中好氧微生物的生长
GAC滤池出水进入超滤膜组件。作为本发明的最后一道屏障，超滤膜能够进一步截留GAC滤池中滋生的细菌等微生物，从而减少了后续的加氯量，保障饮用水的生物安全性。此外，由于多种预处理方式的组合应用，超滤膜的膜污染现象也得到了有效缓解
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明充分利用PAC与GAC各自的优势，构建了一种多级活性炭(“炭立方”)吸附与超滤膜组合饮用水处理体系，一方面，利用PAC的吸附作用去除水体中的小分子微量有机污染物，另一方面利用GAC的生物载体作用强化微生物对有机物的去除，从而充分发挥PAC和GAC各自的优势。既能充分利用活性炭强化水体中微量有机物的去除效果，又能尽量避免PAC对膜污染带来的负面影响。
(2)本发明中，PAC与混凝剂同时投加。PAC的投加能够增加絮体粒径而改善沉降性能，从而强化混凝效果;同时，PAC能吸附混凝去除效果不佳的小分子有机物，从而强化了污染物的去除效果。
(3)本发明中，沉淀池底部设有回流管，炭泥混合液经回流管回流至絮凝池进水口，在避免PAC和混凝剂浪费的同时，强化絮凝效果。
(4)本发明中间单元设置的普通快滤池构造简单、造价较低，同时能发挥重要的PAC屏障作用，避免了PAC与超滤膜的直接接触，从而缓解了PAC引起的超滤膜污染。
(5)本发明中，GAC滤池能够充分发挥生物作用在污染物去除方面的优势。此外，在应对突发污染时，臭氧的投加能够氧化降解水中的有机污染物，同时提高水体中有机物的可生化性，从而被后续的GAC滤池所去除。
(6)本发明采用超滤膜组件作为最后一道屏障，能够进一步截留GAC滤池中滋生的细菌等微生物，从而减少了后续的加氯量，保障饮用水的生物安全性。
(7)本发明充分发挥了PAC和GAC的吸附作用，普通快滤池、GAC滤池和超滤膜的物理截留作用，臭氧的化学氧化作用以及GAC滤池的生物降解作用，是多种技术原理的集成，将多种处理工艺有机结合。
(8)本发明充分利用氧化、吸附、混凝和过滤等多种处理方式的组合作为超滤膜的预处理，保障出水水质的同时，有效地缓解多种污染物引起的超滤膜污染。
(9)本发明根据原水水质状况对工艺进行适当调整，灵活高效，有效应对原水水质的季节性波动和突发污染。