申请日2013.09.13
公开(公告)日2015.07.15
IPC分类号C02F9/00; B01D24/02; C02F1/00; C02F1/52; C02F1/24; B01D24/46
摘要
本发明涉及一种使水可饮用或脱盐的水处理方法，所述方法包括至少一个处理所述水的处理周期，所述处理周期包括：凝聚工序和/或絮凝工序;在浮选反应器(29)内对来自所述接有或不接有絮凝工序的凝聚工序的水进行浮选的浮选工序;在重力过滤器(33)内对来自所述浮选工序的水在重力作用下进行过滤的重力过滤工序;所述浮选反应器(29)至少部分地叠置在所述重力过滤器(33)上，至少一个清洗所述重力过滤器的清洗周期，所述清洗周期包括反洗所述重力过滤器的反洗工序，其特征在于，以10m/h至30m/h之间的速度实施所述重力过滤工序，所述重力过滤器具有分布在1.5米至3.0米之间的高度上的过滤介质所构成的滤床。
权利要求书
1.一种用于使水可饮用或脱盐的水处理方法，所述水处理方法包 括至少一个处理所述水的处理周期，所述处理周期包括：
-接有或不接有絮凝工序的凝聚工序;
-在浮选反应器(29)内对来自所述接有或不接有絮凝工序的凝 聚工序的水进行浮选的浮选工序;
-在重力过滤器(33)内对来自所述浮选工序的水在重力作用下 进行过滤的重力过滤工序，所述浮选反应器(29)至少部分地叠置于 所述重力过滤器(33)上，
以及至少一个用于清洗所述重力过滤器的清洗周期，所述清洗周 期包括反洗所述重力过滤器的反洗工序，
其特征在于，以在10m/h至30m/h之间的速度进行所述重力过滤 工序，所述重力过滤器具有分布在1.5米至3.0米之间的高度上的过 滤介质所构成的滤床(330)。
2.根据权利要求1所述的水处理方法，其特征在于，所述清洗周 期包括由流体清扫所述浮选反应器(29)和所述重力过滤器(33)之 间的界面I的清扫工序，其中通过在所述界面I的表面延伸的注入管 网(36)分配所述流体。
3.根据权利要求2所述的水处理方法，其特征在于，在所述清扫 工序期间，基本平行于所述界面I分配所述流体。
4.根据权利要求2或3所述的水处理方法，其特征在于，同时进 行所述清扫工序和所述反洗工序。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的水处理方法，其特征在于， 所述反洗工序包括以在8m3/m2/h至60m3/m2/h之间的速度将水逆流注 入到所述重力过滤器(33)中。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的水处理方法，其特征在于， 所述清洗周期包括将空气逆流注入到所述重力过滤器(33)中、将空 气和水逆流注入到所述重力过滤器(33)中、将水逆流注入到所述重 力过滤器(33)中的相继的工序，清扫工序和注水工序同时进行。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的水处理方法，其特征在于， 所述处理周期包括至少一个微清洗所述重力过滤器(33)的微清洗工 序。
8.根据权利要求7所述的水处理方法，其特征在于，所述微清洗 工序包括将水逆流渗入到所述重力过滤器(33)中。
9.根据权利要求8所述的水处理方法，其特征在于，渗入工序的 时间在10秒至30秒之间，水以10m/h至30m/h之间的速度渗入到所 述重力过滤器(33)中。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的水处理方法，其特征在 于，所述微清洗工序包括清扫所述界面I的清扫工序。
11.根据权利要求7至9中任一项所述的水处理方法，其特征在 于，所述水处理方法包括测量代表通过所述重力过滤器(33)的压头 损失的代表性信息的测量工序，当所述代表通过所述重力过滤器(33) 的压头损失的代表性信息的测量值大于或等于第一预定阈值时，就启 动所述微清洗工序。
12.一种专用于实施根据权利要求1至10中任一项所述的水处理 方法的水处理设备，其特征在于，所述水处理设备包括：
-待处理水的引流装置(20);
-所述待处理水的引流装置(20)通到的凝聚区域(21)及可能 的絮凝区域;
-浮选反应器(29)，所述浮选反应器包括连接到凝聚区域(21) 和/或絮凝区域的出口(26)的入口;
-重力过滤器(33);
所述浮选反应器(29)至少部分地叠置于所述重力过滤器(33) 上并与重力过滤器连通，使得来自所述浮选反应器(29)的水能够在 重力作用下流入到所述重力过滤器(33)中;
其特征在于，所述重力过滤器具有分布在1.5米至3.0米之间的 高度上的过滤介质所构成的滤床。
13.根据权利要求12所述的水处理设备，其特征在于，所述过滤 介质由粒度在0.5毫米至0.8毫米之间的砂所组成的砂层构成，所述 砂层分布在1.5米至3.0米之间的高度上。
14.根据权利要求12所述的水处理设备，其特征在于，所述过滤 介质由以下两层构成，即：
由粒度在0.5毫米至0.8毫米之间的砂构成的下层，所述下层分 布在0.75米至1.5米之间的高度上;以及
由粒度在1.2毫米至2.5毫米之间的材料构成的上层，所述上层 分布在0.75米至1.5米之间的高度上，所述材料选自无烟煤、轻石、 和颗粒状活性炭的材料所组成的组群。
15.根据权利要求12所述的水处理设备，其特征在于，所述过滤 介质由以下三层构成，即：
由粒度在0.2毫米至2.5毫米之间、选自二氧化锰和石榴石所组 成的组群的材料构成的下层，所述下层分布在0.3米至2米的高度上，
由粒度在0.5毫米至0.8毫米之间的砂构成的中间层，所述中间 层分布在0.6米至3米之间的高度上，以及
由粒度在1.2毫米至2.5毫米之间、选自无烟煤、轻石、和颗粒状活性炭的材料所组成的组群的材料构成的上层，所述上层分 布在0.6米至3米的高度上。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的水处理设备，其特征 在于，所述水处理设备包括用于将清扫流体注入到所述浮选反应器 (29)和所述重力过滤器(33)之间的界面I的注入装置(35，36)， 所述注入装置包括在所述界面I的表面延伸的注入清扫用流体的注入 管网(36)。
17.根据权利要求16所述的水处理设备，其特征在于，所述注入 管网包括多个穿有孔(37)的穿孔管(36)。
18.根据权利要求17所述的水处理设备，其特征在于，所述孔(37) 的直径在30毫米至40毫米之间。
19.根据权利要求17或18中所述的水处理设备，其特征在于， 设置在同一穿孔管(36)上的两个相继的孔(37)的间距在100毫米 至150毫米之间。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的水处理设备，其特征 在于，两个相继的穿孔管(36)的间距在1米至2米之间。
21.根据权利要求17至20中任一项所述的水处理设备，其特征 在于，所述孔(37)的轴线基本平行于所述界面I延伸。
22.根据权利要求17至21中任一项所述的水处理设备，其特征 在于，所述注入管网(36)沿所述界面I的宽度方向延伸。
说明书
包括与重力过滤相结合的浮选的水处理方法以及相应设备
技术领域
1.技术领域
本发明的领域是使水可饮用或脱盐的水处理领域。
更确切的说，本发明涉及以结合的方式实施浮选与重力过滤的水 处理技术。
背景技术
2.现有技术
可以采用不同的方法来产生饮用水。也被称为使水可饮用的方法 的这些方法包括将浮选与颗粒过滤相结合的DAFF(英文为“Dissolved Air Flottation Filtration”，即溶气气浮过滤)类方法。
参照图1，这类方法包括相继的处理周期，这些处理周期通常在 于通过引流管道11将待处理水引入到可能后面接有一个或多个絮凝 池10'、10"的凝聚池10中。凝聚和絮凝可以在同一个池10中进行。 带有或不带有絮凝剂13的一种或多种凝聚剂12被注入到池中并混合 到待处理水中。因此，凝聚剂的使用是必须的，而絮凝剂的使用是可 选的。因此，待处理水中的呈胶态且悬浮的微粒，尤其是藻类、浮游 植物，积聚并形成絮状物。溶解在水中的有机物的一部分也可以被吸 附。
预先凝聚、必要时还预先絮凝的水随后经由上溢部18运送到浮选 反应器14的注入区域140的基部，在该基部处还引入白水(eau blanche)15、即氧饱和水。在氧在浮选反应器14的内部膨胀的作用 下，气泡形成并上升到浮选反应器14的表面，随气泡带动存在于水中 的絮状物。因此，气泡与絮状物的混合物从浮选反应器14的分离区域 141以溢流经由排放槽19排出，混和物在排放槽中被为此设置的刮擦 装置推动。
已经过浮选的水在重力作用下从浮选反应器14的基部、特别是其 分离区域141的基部流入到重力过滤器16中，该重力过滤器在浮选反 应器14的分离区域141的位于分离区域下方的延伸部分中延伸。该重 力过滤器16容置有粒状过滤介质，该粒状过滤介质分布在约为1.20 米的最大介质高度上。该介质可以是单层的，例如由一砂层构成，该 介质或者可以是多层、尤其是双层的，例如由一砂层以及至少一个另 一材料层构成，其中另一材料例如是无烟煤、轻石、颗粒状活性炭等。 来自浮选反应器14的水在该重力过滤器16中被过滤，从而滤除悬浮 于其中的残留絮状物和残留微粒。已处理水17在重力过滤器16的出 口处被收集。
随着水在重力过滤器16内被过滤，重力过滤器发生堵塞。为了允 许重力过滤器16保持适当的性能水平，在两个处理周期之间定期实施 清洗周期。该类清洗周期通常在于经由注入装置15'以逆流注入水通 过重力过滤器16，以清理堆积在形成于过滤介质颗粒之间的间隙之间 的物质。该物质与清洗用水一起上升至浮选反应器的上溢部19并从其 中排出。
也可以在脱盐处理中作为预处理实施这类方法，来自重力过滤器 16的水因而用作供给脱盐单元的给水，该脱盐单元例如是反渗透式脱 盐单元。
这类方法特别有效，这是因为这类方法允许产生饮用水或供给反 渗透式薄膜的高质量给水。但是，这类方法可以进一步加以改进。
3.现有技术中的缺陷
尤其是，将浮选与重力过滤相结合的现有技术系统的粒状介质的 高度约为1.20米。这种高度不允许使用大于10m/h的过滤速度。然而， 希望能够使用更高的速度。
此外，为了确保絮状物和水之间的适当的液-固分离，浮选反应器 14中的水的高度应足够高。该高度通常在3.5米至5.5米之间。
鉴于这种较高的水的高度，观察到在现有方法中，逆流注入到重 力过滤器中的清洗用水的上升时间较长。举例来说，当水在浮选反应 器中的高度在4米至5.5米之间时，和当清洗用水在重力过滤器中的 速度在20m3/m2/h至50m3/m2/h之间时，清洗用水上升至浮选反应器 的上溢部的上升时间分别在12分钟-16.6分钟和4.8分钟-6.6分钟之 间。比较而言，当以20m3/m2/h的速度清洗过滤器时，在高度在1米 至1.2米之间的传统砂过滤器中清洗用水的上升时间约为3分钟。
清洗用水在浮选反应器中较长的上升时间为被从重力过滤器驱离 的微粒和絮状物在浮选反应器中相遇并彼此聚集以形成尺寸较大的微 粒或絮状物留出足够的时间。这种被称为再絮凝的现象因而造成更重 的微粒和絮状物的形成，当清洗用水上升至上溢部时，所形成的更重 的微粒和絮状物难以从浮选反应器排出。因此，这些微粒和絮状物趋 向于在重力过滤器的表面滗析，即在重力过滤器和浮选反应器之间的 界面滗析。因此，在重力过滤器的表面形成由微粒和絮状物构成的薄 层，该薄层的存在趋向于在清洗周期结束时增大通过重力过滤器的初 始压头损失。因此，这种再絮凝现象会降低重力过滤器的性能。
根据另一方面，当经历过浮选工序、氧饱和的水穿过重力过滤器 的过滤层时，产生该水的脱气，从而引起在过滤材料内气泡的形成， 并且气泡通常截留在过滤介质颗粒之间的间隙中。源于这种被称为过 滤器气体栓塞的现象的过滤介质内气泡的存在，倾向于逐渐增大通过 过滤器的压头损失。因此，需要实施经常性的过滤器的清洗周期以允 许过滤器保持适当的性能水平。过滤器的气体栓塞因此导致处理周期 的时间的缩短、由于清洗过滤器所造成的水损耗的增加、以及已处理 水的产量的减少。
此外，现有技术以使用尺寸较大的凝聚设备、以及必要时尺寸较 大的絮凝设备为前提，这是因为根据温度和待处理水的质量，为获得 有效的凝聚、以及必要时有效的絮凝的处理时间相对较长。
发明内容
4.发明目的
本发明尤其旨在弥补现有技术中的这些缺陷。
更确切的说，本发明的一个目的在于提供一种将浮选和重力过滤 相结合的水处理技术，其中在至少一个实施方式中,该水处理技术的 性能能够相较根据现有技术的这类处理技术有所提高。
尤其是，本发明的一个目的在于在至少一个实施方式中实施这样 一种技术：该技术可以使用大于10m/h的过滤速度。
本发明的另一目的在于在至少一个实施方式中，限制甚至消除在 清洗重力过滤器的清洗操作时浮选反应器中的再絮凝现象。
本发明还旨在实施这样一种技术：该技术在至少一个实施方式中 有助于限制甚至消除重力过滤器的气体栓塞现象。
本发明还旨在提供这样一种技术：在至少一个实施方式中，该技 术的实施允许尤其通过缩短水与一种或多种凝聚剂以及可能的絮凝剂 的接触时间，并通过减小凝聚设备和可能的絮凝设备的尺寸，优化凝 聚工序以及可能的絮凝工序。
本发明的另一目的在于提供这样一种技术：该技术在至少一个实 施方式中是简单的和/或安全可靠的和/或经济的。
5.发明内容
借助一种使水可饮用或脱盐的水处理方法，实现所述目的以及在 后文中得以体现的其他目的，所述水处理方法包括至少一个用于处理 所述水的处理周期，所述处理周期其包括：
-接有或不接有絮凝工序的凝聚工序;
-在浮选反应器内对来自所述接有或不接有絮凝工序的凝聚工序 的水进行浮选的浮选工序;
-在重力过滤器内对来自所述浮选工序的水在重力作用下进行过 滤的重力过滤工序，所述浮选反应器至少部分地叠置于所述重力过滤 器上，
以及至少一个清洗所述重力过滤器的清洗周期，所述清洗周期包 括反洗所述重力过滤器的反洗工序。
根据本发明，以10m/h至30m/h之间的速度实施所述重力过滤工 序，所述重力过滤器具有分布在1.5米至3.0米之间的高度上的过滤 介质所构成的滤床。
因此，根据本发明，借助使用更高的过滤介质高度，可以显著提 高过滤速度、以及必然提高已处理水的流量。
确切的说，浮选反应器至少部分地叠置在重力过滤器上。优选地， 浮选反应器不是完全叠置在重力过滤器上。
根据本发明的一优选变型，所述清洗周期包括由流体清扫所述浮 选反应器和所述重力过滤器之间的界面的清扫工序，其中所述流体通 过在所述界面的表面延伸的注入管网被分配。
因此，根据该优选变型，本发明基于一种完全独创的方案，该方 案在于，在将浮选反应器内的浮选和在位于浮选反应器的延伸部分的 重力过滤器中的高速过滤相结合的方法中，在清洗过滤器时，由流体 清扫浮选反应器和重力过滤器之间的界面，其中所述流体通过在该界 面的表面延伸的注入管网被分配。
在清洗过滤器的过程中，对浮选反应器和重力过滤器之间的界面 的清扫，换句话说，对重力过滤器的上表面或者至少对该表面附近的 区域的清扫这一事实，允许缩短从重力过滤器清理出的微粒和/或絮状 物上升到浮选反应器的上溢部的上升时间，从而加快所述微粒和/或絮 状物的排出。由于微粒和/或絮状物的上升时间被缩短，因而再絮凝现 象得以避免或至少减少。
根据一有利特征，所述流体在所述清扫工序的期间基本平行于所 述界面被分配。
因此，清扫用流体不仅允许提高絮状物在浮选反应器中的上升速 度从而避免再絮凝，还允许从重力过滤器的表面清理走可能依然会淀 积于此处的絮状物。因此，也进一步提高了根据本发明的技术的效率。
在一有利实施方式中，同时实施所述清扫工序和所述反洗工序， 从而允许进一步增大絮状物的上升速度，并允许进一步限制再絮凝现 象。
根据本发明的一优选方面，通过将传统地用于反洗的清洗用水量 在过滤器的下部(用于反洗)和过滤器的表面(用于表面清扫)之间 适当地分布，从而更有效地使用所述清洗用水量。换句话说，根据本 发明的清扫工序的使用优选地在这种情况下进行：用于反洗和清扫所 需的水量明显不多于在不存在清扫而仅用于反洗时典型地所使用的水 量。
根据一变型，所述反洗工序包括以优选地8m3/m2/h至60m3/m2/h 之间的速度将水逆流注入到所述重力过滤器中。
因此，实现对截留在重力过滤器中的絮状物的非常有效的清理。
根据一优选变型，反洗周期包括将空气逆流注入到所述重力过滤 器中、将空气和水逆流注入到所述重力过滤器中、将水逆流注入到所 述重力过滤器中的相继工序，所述清扫工序和所述注水工序同时实施。
因此，有利于去除截留在重力过滤器中的絮状物。因此提高清洗 效率。
根据一优选实施方式，所述处理周期包括至少一个微清洗所述重 力过滤器的微清洗工序。
在处理周期的过程中的微清洗的实施允许减少重力过滤器的栓 塞。因此，可以增加清洗周期的频率，从而一方面通过延长处理周期 的时间、另一方面通过减少由清洗过滤器所引起的水损耗而有助于增 加已处理水的产量。
在这种情况下，所述微清洗工序优选地包括将水逆流渗入到所述 重力过滤器中。
因此，渗入工序的时间优选地在10秒至30秒之间，水以有利地 10m/h至30m/h之间的速度渗入到在所述重力过滤器中。
因此，实现重力过滤器的栓塞的有效降低。
该微清洗工序可以通过在微清洗时增加对界面I的同步清扫而得 到改善，该清扫操作除了驱除气泡之外还允许粉碎絮状物以避免一旦 微清洗后恢复过滤时过滤器的表面的增厚。清扫用水优选地以优选在 8m/h至20m/h之间的速度、有利地在10秒至30秒之间的时间期间 内注入到重力过滤器中。
根据本发明的方法优选地包括测量代表通过所述重力过滤器的压 头损失的代表性信息的测量工序，当所述代表通过所述重力过滤器的 压头损失的代表性信息的测量值大于或等于预定的第一阈值时，启动 所述微清洗工序。
因此，微清洗仅在真正需要实施微清洗时才被启动。因此，优化 了水处理。
本发明还涉及一种专门适于实施根据上述变型中的任一变型的水 处理方法的水处理设备。
这种设备包括：
-待处理水的引流装置;
-接有或不接有絮凝区域的凝聚区域，所述待处理水的引流装置 通到凝聚区域中;
-浮选反应器，所述浮选反应器包括连接到所述凝聚区域和/或絮 凝区域的出口的入口;
-重力过滤器，所述浮选反应器叠置于所述重力过滤器上并与之 连通，使得来自所述浮选反应器的水能够在重力作用下流入到所述重 力过滤器中;
其特征在于，所述重力过滤器具有分布在1.5米至3.0米之间的 高度上的过滤介质所构成的滤床。
如上所述，过滤介质的这种高度允许使用10m/h至30m/h之间的 较高的重力过滤速度。
过滤介质可以是单层的或多层的。
根据一变型，所述过滤介质由粒度在0.5毫米至0.8毫米之间的 砂所构成的砂层构成，所述砂层分布在1.5米至3.0米之间的高度上。
根据另一变型，所述过滤介质由两层构成，即：
由粒度在0.5毫米至0.8毫米之间的砂构成的下层，所述下层分 布在0.75米至1.5米之间的高度上;以及
由粒度在1.2毫米至2.5毫米之间、选自无烟煤、轻石、和颗粒状活性炭所组成的组群的材料构成的上层，所述上层分布在 0.75米至1.5米之间的高度上。
还根据另一变型，所述过滤介质由三层构成，即：
由粒度在0.2毫米至2.5毫米之间、选自二氧化锰和石榴石所组 成的组群的材料构成的下层，所述下层分布在0.3米至2米的高度上，
由粒度在0.5毫米至0.8毫米之间的砂构成的中间层，所述中间 层分布在0.6米至3米之间的高度上，以及
由粒度在1.2毫米至2.5毫米之间、选自无烟煤、轻石、和颗粒状活性炭所组成的组群的材料构成的上层，所述上层分布在 0.6米至3米的高度上。
根据本发明的一优选变型，设备还包括将清扫用流体注入到所述 浮选反应器和所述重力过滤器之间的界面的注入装置，所述注入装置 包括在所述界面的表面延伸的注入清扫用流体的注入管网。
根据一特殊的实施方式，所述注入管网包括穿有孔的穿孔管。
该技术解决方案允许简单但有效地确保清扫工序。
在这种情况下，所述孔的直径优选地在30毫米至40毫米之间。
设置在同一穿孔管上的两个相继的孔的间距有利地在100毫米至 150毫米之间。
两个相继的穿孔管的间距有利地在1米至2米之间。
当界面的面积大于36平方米时，这些管优选地彼此相隔约2米。 对于尺寸较小的设备来说，这些管优选地彼此相隔约1米至1.5米。
这些孔的轴线基本平行于所述界面延伸。
因此，清扫用流体可以基本平行于浮选反应器和重力过滤器之间 的界面的表面被分配。
所述注入管网优选地沿所述界面的宽度方向延伸。实际上，浮选 器的宽度往往小于其长度。因此，用于注入清扫用水的注入管网的这 种布置会产生较小的压头损失，从而使所分配的水均匀分布。