申请日2015.07.31
公开(公告)日2015.11.18
IPC分类号C02F9/12
摘要
一种基于多种污染类型的移动式应急水处理设备及其工艺，属于水处理设备与工艺技术领域，包括依次相连的预沉袋、磁加载混凝反应器、超滤模块、反渗透和纳滤模块、杀菌模块和产水袋。取水源中的原水于预沉袋待用;将预沉袋中的原水泵入磁加载混凝反应器，并往加药系统中加入粉、混凝剂和助凝剂混凝;原水流经加药系统后在竖流沉淀箱内沉淀，然后流经中间水箱并泵入超滤模块;原水经过超滤模块进行超滤处理;原水经过反渗透和纳滤模块进行反渗透和纳滤处理;原水经过杀菌模块杀菌处理;原水流入产水袋存放。系统配置自主研发的超滤模块和磁加载混凝反应器，可在不同微污染水源条件下，通过工艺参数调整，达到生活饮用水水质要求。
权利要求书
1.一种基于多种污染类型的移动式应急水处理设备，其特征在于，包括依次相连的预沉袋(100)、磁加载混凝反应器(200)、超滤模块(300)、反渗透和纳滤模块(400)、杀菌模块(500)和产水袋(600);
所述磁加载混凝反应器(200)由加药系统、混合反应系统和磁回收系统组成;所述加药系统一端连接预沉袋(100)，另一端连接混合反应系统;所述混合反应系统包括反应箱(204)、竖流沉淀箱(205)和中间水箱(206);所述竖流沉淀箱(205)连接有反应箱(204)、中间水箱(206)和磁回收系统;所述中间水箱(206)连接超滤模块(300);所述磁回收系统连接加药系统。
2.如权利要求1所述的一种基于多种污染类型的移动式应急水处理设备，其特征在于，所述预沉袋(100)连接有取原水管(110)、排原水管(120)和进原水管(130);所述取原水管(110)配设有取水泵(111)和第一手动阀(112);所述排原水管(120)上设置有第二手动阀(121);所述进原水管(130)连接有磁加载混凝反应器(200)且进原水管(130)上设置有第三手动阀(131)和增压泵(132)。
3.如权利要求2所述的一种基于多种污染类型的移动式应急水处理设备，其特征在于，
所述加药系统包括依次相连的磁粉混合箱(201)、PAC混合箱(202)、PAM混合箱(203);所述磁粉混合箱(201)连接进原水管(130);所述PAC混合箱(202)连接PAC盒(208);所述PAM混合箱(203)连接PAM盒(207);
所述混合反应系统包括反应箱(204)、竖流沉淀箱(205)和中间水箱(206);所述反应箱(204)入口连接PAM混合箱(203)，出口连接竖流沉淀箱(205);所述竖流沉淀箱(205)包括中间桶体(205c)、外部桶体(205b)、进水管(205a)、溢流堰(205d)和隔板(205e);所述中间桶体(205c)中空形成蓄水腔;所述外部桶体(205b)套设于中间桶体(205c)外部形成沉淀腔;蓄水腔和沉淀腔用中间桶体(205c)分隔;所述进水管(205a)穿设于外部桶体(205b)和中间桶体(205c)，且进水管(205a)外端外露于外部桶体(205b)形成进水口，进入口与反应箱(204)相连，进水管(205a)内端穿设于中间桶体(205c)内部形成出水口;所述隔板(205e)呈圆环状，隔板(205e)外部固设于外部桶体(205b)内壁，隔板(205e)内部固定有溢流堰(205d);所述溢流堰(205d)上端面呈锯齿状;所述溢流堰(205d)、隔板(205e)和外部桶体(205b)围设成溢流槽(205j);所述外部桶体(205b)上穿设有与溢流槽(205j)相连通的出水管(205f);出水管(205f)与中间水箱(206)相连;所述中间桶体(205c)底面设置有挡水板(205g);挡水板(205g)下方设置呈倒圆台形的沉淀箱(205h);沉淀箱(205h)下方开设有排泥口(205i);
所述磁回收系统包括污泥泵(209)、污泥粉碎器(210)、分离器(211);所述污泥粉碎器(210)一侧通过污泥泵(209)连接竖流沉淀箱(205)的排泥口(205i)，另一侧连接分离器(211);所述分离器(211)的出口连接磁粉混合箱(201)。
4.如权利要求1或3所述的一种基于多种污染类型的移动式应急水处理设备，其特征在于，
所述超滤模块(300)包括一组相互并列的超滤件(303);
所述超滤件(303)包括外壳(303a)、膜封盖(303b)、膜丝(303c)和中心管(303d);所述膜封盖(303b)置于外壳(303a)内部，且将外壳(303a)内腔分隔出上产水腔和下过滤腔;所述膜丝(303c)置于下过滤腔，膜丝(303c)两端固定于膜封盖(303b)并与上产水腔相连通;所述中心管(303d)穿设于膜封盖(303b)，上端连接外壳(303a)的浓水口，下端延伸至下过滤腔，且下端开设有浓水进口;所述外壳(303a)顶部开设有与中心管(303d)连通的浓水口，上部开设有与上产水腔连通的产水口，底部开设有与下过滤腔连通的进水口;所述超滤件(303)浓水口连接有超滤浓水阀(304);所述超滤件(303)产水口连接有高压泵(308);
所述超滤件(303)并接有冲洗管(305);所述冲洗管(305)一端通过第一三通阀(306)与超滤件(303)的入水口相连，另一端通过第二三通阀(307)与超滤件(303)的产水口相连。
5.如权利要求4所述的一种基于多种污染类型的移动式应急水处理设备，其特征在于，所述反渗透和纳滤模块(400)通过高压泵(308)连接超滤件(303)的产水口。
6.如权利要求1所述的一种基于多种污染类型的移动式应急水处理设备，其特征在于，所述杀菌模块(500)一端连接反渗透和纳滤模块(400)，另一端连接产水袋(600);所述产水袋(600)配备恒压供水泵(601)及取水端(602)。
7.一种采用如权利要求1所述的基于多种污染类型的移动式应急水处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a.取水源中的原水于预沉袋(100)待用;
步骤b.将预沉袋(100)中的原水泵入磁加载混凝反应器(200)，并往加药系统中加入粉、混凝剂和助凝剂混凝;原水流经加药系统后在竖流沉淀箱(205)内沉淀，然后流经中间水箱(206)并泵入超滤模块(300);
步骤c.原水经过超滤模块(300)进行超滤处理;
步骤d.原水经过反渗透和纳滤模块(400)进行反渗透和纳滤处理;
步骤e.原水经过杀菌模块(500)杀菌处理;
步骤f.原水流入产水袋(600)存放。
8.如权利要求7所述的一种基于多种污染类型的移动式应急水处理工艺，其特征在于，步骤b中，所述磁回收系统包括污泥泵(209)、污泥粉碎器(210)、分离器(211);所述污泥粉碎器(210)一侧通过污泥泵(209)连接竖流沉淀箱(205)的排泥口(205i)，另一侧连接分离器(211);所述分离器(211)由并列的两级脉冲磁强化旋流式分离器组成;所述分离器(211)的出口连接磁粉混合箱(201);
原水在竖流沉淀箱(205)内沉淀，竖流沉淀箱(205)底部产生污泥磁粉絮体;污泥磁粉絮体经污泥泵(209)打入污泥粉碎器(210)中，污泥粉碎器(210)的高速剪切力将污泥磁粉絮体打散后进入分离器(211)，在分离器(211)的外部装有脉冲磁场发生器，在通电的情况下，磁粉在高速旋流离心力及磁场力、重力作用下与污泥分离，磁粉从分离器(211)的底部回流至磁粉混合箱(201)，污泥则从顶部排泥口排出。
9.如权利要求7所述的一种基于多种污染类型的移动式应急水处理工艺，其特征在于，步骤c中，所述超滤模块(300)包括一组相互并列的超滤件(303);所述超滤件(303)包括外壳(303a)、膜封盖(303b)、膜丝(303c)和中心管(303d);所述膜封盖(303b)置于外壳(303a)内部，且将外壳(303a)内腔分隔出上产水腔和下过滤腔;所述膜丝(303c)置于下过滤腔，膜丝(303c)两端固定于膜封盖(303b)并与上产水腔相连通;所述中心管(303d)穿设于膜封盖(303b)，上端连接外壳(303a)的浓水口，下端延伸至下过滤腔，且下端开设有浓水进口;所述外壳(303a)顶部开设有与中心管(303d)连通的浓水口，上部开设有与上产水腔连通的产水口，底部开设有与下过滤腔连通的进水口;所述超滤件(303)浓水口连接有超滤浓水阀(304);所述超滤件(303)产水口连接有高压泵(308);调节超滤浓水阀(304)，使超滤件(303)在0.5-1.5Mpa跨膜压差下错流式运行;
所述超滤件(303)并接有冲洗管(305);所述冲洗管(305)一端通过第一三通阀(306)与超滤件(303)的入水口相连，另一端通过第二三通阀(307)与超滤件(303)的产水口相连;
系统制水每运行60-120min后进行一次反洗，反洗时间60s;反洗采用中间水箱(206)出水，反洗时调节第一三通阀(306)和第二三通阀(307)，使得中间水箱(206)通过第一三通阀(306)、冲洗管(305)和第二三通阀(307)与超滤件(303)的产水口相连通;超滤泵(301)将反洗水从超滤产水口泵入膜丝(303c)内部，从膜丝(303c)内侧反向流入膜丝(303c)外部，压力的反向转换及水流的反向冲刷使得膜丝(303c)表面的污染滤饼层及吸附层脱落。
10.如权利要求9所述的一种基于多种污染类型的移动式应急水处理工艺，其特征在于，步骤c中，当满足以下条件中的一个，运行压力上升1bar;产水量下降25%;跨膜压差超过限值0.12Mpa;或者运行2个月时，膜丝(303c)需进行化学清洗：首先对膜丝(303c)进行酸洗，用0.3%-1%的盐酸浸泡膜丝(303c)10-20min，循环清洗15-30min，酸洗药液排出后进行清水洗10-20min至出水pH为7，再采用0.1-0.7%氢氧化钠及0.2-0.5‰的次氯酸钠溶液进行碱洗，浸泡10-20min，循环清洗15-30min，排出碱液后清水洗至出水pH=7为止。
说明书
一种基于多种污染类型的移动式应急水处理设备及其工艺
技术领域
本发明属于水处理设备与工艺技术领域，具体涉及一种基于多种污染类型的移动式应急水处理设备及其工艺。
背景技术
水是人类的生命源泉，在各种人为和自然灾害中，安全饮用水的缺乏严重威胁着受灾民众的健康和生命。一方面，随着我国社会经济的快速发展，一些突发性的环境事件出现的概率不断增加，对城市饮用水水源地构成了严重威胁。典型的如2004年沱江高浓度氨氮污染(简阳段氨氮指标超标40至50倍)，2005年松花江苯类有机污染事件，2007年无锡市太湖蓝藻提前暴发，2012年镇江市苯酚泄漏进入自来水系统，2013年长治市一化工厂苯胺泄漏进入漳河上游。另一方面，自然灾害导致的饮用水污染或短缺也经常性地威胁着人们的饮水安全，典型的如地震导致供水系统破坏。此外，对于现代军事而言，作战单元应具备自给能力，军队在野战条件下，作战部队的饮用水和医疗队的输液用水供给是现代化军队后勤保障的一项重要内容。
对此，国家出台发布了一系列关于饮用水安全的文件通知。《国务院办公厅关于加强饮用水安全保障工作的通知》(2005年)指出切实做好饮用水安全保障工作是把以人为本真正落到实处的一项紧迫任务;环保部文件《关于进一步加强饮用水水源安全保障工作的通知》(2009年)指出应编制突发饮用水水源污染事故应急预案，加强应急演练，为处理重大突发污染事件提供管理及技术储备，有效防范饮用水安全风险;《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》中提出要加大环境保护力度，保障饮用水安全;国家工信部发布的《国家鼓励发展的重大环保技术装备目标(2011版)》将移动式水处理设备归入应急重大环保技术装备类目。
饮用水常规处理(混凝、沉淀、过滤、消毒工艺)较难实现复杂水质的净化，膜技术(尤其是超滤技术)能有效提高水的生物安全性，得到了较为广泛的应用。
磁加载絮凝沉淀技术是在磁种加载和外加磁场的作用下，借助外磁场将物质进行磁场处理，增强絮凝和磁聚结以达到高效沉降和过滤，从而达到强化分离过程的新兴水处理技术。与沉降、过滤等常规方法相比较，磁加载絮凝技术具有处理能力大、效率高、能量消耗少、设备简单紧凑等一系列优点。它不但已成功应用于高炉煤气洗涤水、炼钢烟尘净化废水、轧钢废水和烧结废水的净化，而且在其它工业废水、城市污水和生活污水的净化方面也有较好的发展前途。但基于此技术的移动式应急水处理设备则未见公开。
目前，公开的移动式应急处理工艺主要分为两种，一种是传统的混凝沉淀过滤工艺，一种是膜处理工艺。公开号为CN202201764U的中国专利公开了一种应急救援水处理车，采用普通的混凝沉淀工艺，污泥较疏松，当需水量较大时，过滤器的清理较频繁，而且过滤器一旦损坏如果不及时发现就会影响整套设备的运行。公开号为CN202186316U的中国专利公开了一种应急处理车，采用“絮凝反应池—中间水箱—固液分离装置—过滤装置”的应急处理工艺，过滤装置中设有滤件，滤件为矿物棉和石英砂。该工艺虽然可对河流淤泥进行处理，但滤池占地面积大，出水不稳定，且易堵塞，运行周期短，费用高。
公开号为CN202624028U的中国专利公开了一种净水车，采用“陶瓷膜+反渗透”的工艺流程，可同时制造生活用水和饮用水。制造生活用水时，原水经陶瓷膜微滤器过滤后，经活性炭过滤器、紫外消毒后直接使用;制造饮用水时，微滤出水需经活性炭过滤器、反渗透膜组件、消毒后使用。该工艺很好的实现了生活用水和饮用水的分离制造，但原水未经预处理直接微滤会影响膜使用寿命，且活性炭的再生问题没有得到解决。公开号为CN102633396A的中国专利公开了一种移动式救灾应急水处理设备，利用混凝、多介质过滤器、活性炭过滤器、保安过滤器、反渗透膜组件进行淡化，同时在同一集装箱体内集成了主淡化系统及辅助淡化系统生产生活用水和饮用水，在无外部供电的情况下仍可实现应急水处理。该工艺形成的絮体松散，过滤装置占地面积大，需停机冲洗，运行周期短。
因此开发新型的操作简单、处理效果稳定、处理效率高的应急水处理工艺及设备具有比较重要的战略意义。
发明内容
本发明的目的在于克服上述提到的缺陷和不足，而提供一种基于多种污染类型的移动式应急水处理。
本发明的另一个目的在于提供一种基于多种污染类型的移动式应急水处理工艺。
本发明实现其目的采用的技术方案如下。
一种基于多种污染类型的移动式应急水处理设备，包括依次相连的预沉袋、磁加载混凝反应器、超滤模块、反渗透和纳滤模块、杀菌模块和产水袋;
所述磁加载混凝反应器由加药系统、混合反应系统和磁回收系统组成;所述加药系统一端连接预沉袋，另一端连接混合反应系统;所述混合反应系统包括反应箱、竖流沉淀箱和中间水箱;所述竖流沉淀箱连接有反应箱、中间水箱和磁回收系统;所述中间水箱连接超滤模块;所述磁回收系统连接加药系统。
所述预沉袋连接有取原水管、排原水管和进原水管;所述取原水管配设有取水泵和第一手动阀;所述排原水管上设置有第二手动阀;所述进原水管连接有磁加载混凝反应器且进原水管上设置有第三手动阀和增压泵。
所述加药系统包括依次相连的磁粉混合箱、PAC混合箱、PAM混合箱;所述磁粉混合箱连接进原水管;所述PAC混合箱连接PAC盒;所述PAM混合箱连接PAM盒;
所述混合反应系统包括反应箱、竖流沉淀箱和中间水箱;所述反应箱入口连接PAM混合箱，出口连接竖流沉淀箱;所述竖流沉淀箱包括中间桶体、外部桶体、进水管、溢流堰和隔板;所述中间桶体中空形成蓄水腔;所述外部桶体套设于中间桶体外部形成沉淀腔;蓄水腔和沉淀腔用中间桶体分隔;所述进水管穿设于外部桶体和中间桶体，且进水管外端外露于外部桶体形成进水口，进入口与反应箱相连，进水管内端穿设于中间桶体内部形成出水口;所述隔板呈圆环状，隔板外部固设于外部桶体内壁，隔板内部固定有溢流堰;所述溢流堰上端面呈锯齿状;所述溢流堰、隔板和外部桶体围设成溢流槽;所述外部桶体上穿设有与溢流槽相连通的出水管;出水管与中间水箱相连;所述中间桶体底面设置有挡水板;挡水板下方设置呈倒圆台形的沉淀箱;沉淀箱下方开设有排泥口;
所述磁回收系统包括污泥泵、污泥粉碎器、分离器;所述污泥粉碎器一侧通过污泥泵连接竖流沉淀箱的排泥口，另一侧连接分离器;所述分离器的出口连接磁粉混合箱。
所述超滤模块包括一组相互并列的超滤件;
所述超滤件包括外壳、膜封盖、膜丝和中心管;所述膜封盖置于外壳内部，且将外壳内腔分隔出上产水腔和下过滤腔;所述膜丝置于下过滤腔，膜丝两端固定于膜封盖并与上产水腔相连通;所述中心管穿设于膜封盖，上端连接外壳的浓水口，下端延伸至下过滤腔，且下端开设有浓水进口;所述外壳顶部开设有与中心管连通的浓水口，上部开设有与上产水腔连通的产水口，底部开设有与下过滤腔连通的进水口;所述超滤件浓水口连接有超滤浓水阀;所述超滤件产水口连接有高压泵;
所述超滤件并接有冲洗管;所述冲洗管一端通过第一三通阀与超滤件的入水口相连，另一端通过第二三通阀与超滤件的产水口相连。
所述反渗透和纳滤模块通过高压泵连接超滤件的产水口。
所述杀菌模块一端连接反渗透和纳滤模块，另一端连接产水袋;所述产水袋配备恒压供水泵及取水端。
一种基于多种污染类型的移动式应急水处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a.取水源中的原水于预沉袋待用;
步骤b.将预沉袋中的原水泵入磁加载混凝反应器，并往加药系统中加入粉、混凝剂和助凝剂混凝;原水流经加药系统后在竖流沉淀箱内沉淀，然后流经中间水箱并泵入超滤模块;
步骤c.原水经过超滤模块进行超滤处理;
步骤d.原水经过反渗透和纳滤模块进行反渗透和纳滤处理;
步骤e.原水经过杀菌模块杀菌处理;
步骤f.原水流入产水袋存放。
进一步，步骤b中，所述磁回收系统包括污泥泵、污泥粉碎器、分离器;所述污泥粉碎器一侧通过污泥泵连接竖流沉淀箱的排泥口，另一侧连接分离器;所述分离器由并列的两级脉冲磁强化旋流式分离器组成;所述分离器的出口连接磁粉混合箱;
原水在竖流沉淀箱内沉淀，竖流沉淀箱底部产生污泥磁粉絮体;污泥磁粉絮体经污泥泵打入污泥粉碎器中，污泥粉碎器的高速剪切力将污泥磁粉絮体打散后进入分离器，在分离器的外部装有脉冲磁场发生器，在通电的情况下，磁粉在高速旋流离心力及磁场力、重力作用下与污泥分离，磁粉从分离器的底部回流至磁粉混合箱，污泥则从顶部排泥口排出。
进一步，步骤c中，所述超滤模块包括一组相互并列的超滤件;所述超滤件包括外壳、膜封盖、膜丝和中心管;所述膜封盖置于外壳内部，且将外壳内腔分隔出上产水腔和下过滤腔;所述膜丝置于下过滤腔，膜丝两端固定于膜封盖并与上产水腔相连通;所述中心管穿设于膜封盖，上端连接外壳的浓水口，下端延伸至下过滤腔，且下端开设有浓水进口;所述外壳顶部开设有与中心管连通的浓水口，上部开设有与上产水腔连通的产水口，底部开设有与下过滤腔连通的进水口;所述超滤件浓水口连接有超滤浓水阀;所述超滤件产水口连接有高压泵;调节超滤浓水阀，使超滤件在0.5-1.5Mpa跨膜压差下错流式运行;
所述超滤件并接有冲洗管;所述冲洗管一端通过第一三通阀与超滤件的入水口相连，另一端通过第二三通阀与超滤件的产水口相连;
系统制水每运行60-120min后进行一次反洗，反洗时间60s;反洗采用中间水箱出水，反洗时调节第一三通阀和第二三通阀，使得中间水箱通过第一三通阀、冲洗管和第二三通阀与超滤件的产水口相连通;超滤泵将反洗水从超滤产水口泵入膜丝内部，从膜丝内侧反向流入膜丝外部，压力的反向转换及水流的反向冲刷使得膜丝表面的污染滤饼层及吸附层脱落。
进一步，步骤c中，当满足以下条件中的一个，运行压力上升1bar;产水量下降25%;跨膜压差超过限值0.12Mpa;或者运行2个月时，膜丝需进行化学清洗：首先对膜丝进行酸洗，用0.3%-1%的盐酸浸泡膜丝10-20min，循环清洗15-30min，酸洗药液排出后进行清水洗10-20min至出水pH为7，再采用0.1-0.7%氢氧化钠及0.2-0.5‰的次氯酸钠溶液进行碱洗，浸泡10-20min，循环清洗15-30min，排出碱液后清水洗至出水pH=7为止。
上述的一种便携式应急水处理设备及工艺，构思新颖、结构合理，实现了在线清洗，不影响设备的连续运行。超滤产水吸附模块去除痕量有毒有机污染物及氨氮等，经消毒模块出水达到生活饮用水水质标准(GB5749-2006)，产水进入产水袋以便后期饮用及系统反洗。
本发明具有以下优点：
(1)满足多种水源条件：系统配置自主研发的超滤模块和磁加载混凝反应器，可在不同微污染水源条件下，通过工艺参数调整，达到生活饮用水水质要求;
(2)采用抗污染超滤模块，原水直接超滤，简化工艺流程，操作简单;
(3)模块化设计，便于携带，组装快速。