申请日2008.10.06
公开(公告)日2010.05.26
IPC分类号C02F1/52; C02F9/02
摘要
一种水处理方法及其处理设备，该水处理方法包括如下顺序进行的步骤：利用絮凝反应对原水进行预处理、通过过滤截留去除原水中的颗粒物、通过纳滤膜分离去除杂质。实现该水处理方法的设备包括水泵、预处理装置、保安过滤装置、纳滤膜分离装置。该水处理方法具有对有机物的去除效果好、结构紧凑、占地面积小、运行成本底、操作简便等优点。
摘权利要求书
1.一种水处理方法，其特征在于包括如下顺序进行的步骤：利用絮凝反应对原水进行预处理、通过过滤截留去除原水中的颗粒物、通过纳滤膜分离去除杂质。
2.如权利要求1所述的水处理方法，其特征在于所述原水的预处理包括以下顺序进行的步骤：1)使原水与絮凝剂混合，所述的絮凝剂为铁盐絮凝剂或铝盐絮凝剂;2)进行絮凝反应;3)气浮除杂。
3.如权利要求2所述的水处理方法，其特征在于所述铁盐絮凝剂的用量为每升原水中加入3.92-39.2mg的铁盐絮凝剂;所述铝盐絮凝剂的用量为每升原水中加入2.7-32.4mg的铝盐絮凝剂。
4.如权利要求2或3所述的水处理方法，其特征在于，所述铁盐絮凝剂选自聚合氯化铁、氯化铁、硫酸铁中的一种或多种;所述的铝盐絮凝剂选择聚合氯化铝、、硫酸铝中的一种或多种。
5.如权利要求2所述的水处理方法，其特征在于所述步骤3)中的气浮除杂为逆流气浮除杂，使压力溶气水的流量与原水流量之比回流比为6-30∶100;所述过滤采用保安过滤。
6.如权利要求1或2所述的水处理方法，其特征在于，所述的膜分离选择截留分子量为200-1000道尔顿的纳滤膜。
7.一种水处理设备，包括通过管路顺序连接并对原水依次进行预处理、过滤和膜分离的装置，其中：
对原水进行预处理的装置包括：混合器(4)，用于使原水与絮凝剂混合;絮凝反应器(6)，使原水与絮凝剂的混合物进行絮凝反应形成微絮凝水;逆流气浮器(7)，具有逆流气浮柱(71)和设置于其中的压力溶气水释放器(15)，用于使微絮凝水与压力溶气水释放后形成的微气泡接触，以便去除微絮凝体;
对水进行过滤的装置包括：保安过滤器(12)，其中保安过滤器(12)用于截留去除原水中的颗粒物;
对水进行膜分离的装置包括：纳滤膜分离单元(14)。
8.如权利要求7所述的水处理设备，其特征在于还包括压力溶气水供应装置，其与所述压力溶气水释放器(5)相连，包括使压缩空气溶于自来水的压力溶气罐(10)。
9.如权利要求7或8所述的水处理设备，其特征在于包括向压力溶气罐(10)输送自来水的装置和输送压缩空气的空压机(11)，其中输送自来水的装置包括依次连接的回流水罐(8)、回流水泵(9)。
10.如权利要求7或8所述的水处理设备，其特征在于所述混合器(4)具有互相交叉布设的固定式分流板结构，用于使絮凝剂迅速地分散到原水中并与原水混合均匀;
所述絮凝反应器(6)，由多个固定连接的絮凝反应器单元(61)组成;每个絮凝反应器单元(61)具有絮凝室(62)和位于絮凝室两端的法兰(65)，相邻的絮凝反应器单元(61)之间设一个多孔板(63a、63b)，每个多孔板(63a、63b)上设有多排孔道(64)，相邻多孔板(63a、63b)的成排孔道(64)的排列方向互相垂直。
说明书
一种水处理方法及其设备
技术领域
本发明涉及一种水的多级处理方法及其设备，特别涉及一种含有气浮处理步骤的水处理方法及其设备。
背景技术
近年来，在去除饮用水和水环境中的有机物、颗粒物的污染研究中，人们十分关注各种纳微米级颗粒污染物去除的问题。水中的纳微米级颗粒污染物是指尺寸小于1μm的细微颗粒，其组成极其复杂，如各种微细的黏土矿物质、合成有机物、腐殖质、油类和藻类物质等，微细黏土矿物作为一种吸附力较强的载体，表面常吸附着有毒重金属离子、有机污染物、病原细菌等污染物，而天然水体中的腐殖质、藻类物质等，在水净化处理的氯消毒过程中，可与氯形成氯代烃类致癌物，这些纳微米级颗粒污染物的存在不仅对人体健康具有直接或潜在的危害作用，而且严重恶化水质条件，增加水处理难度，如在城市废水的常规处理过程中，造成沉淀池絮体上浮、滤池易穿透，导致出水水质下降、运行费用增加等困难。
我国水处理普遍采用的传统常规处理工艺为：混凝-沉淀-过滤-消毒的多级屏障工艺流程，其中，混凝和过滤是保障水质的关键环节。研究表明，在过滤工艺环节，水中的有机物的增加致使混凝工艺中有机物得不到有效的去除，药剂消耗过大，滤池中的滤料受到有机物的污染，部分或全部失去了对胶体杂质的吸附和截留作用，过滤作为工艺中的关键屏障作用极大减弱;浊度、有机物在过滤过程中没有得到有效的截留，在后续消毒过程中，产生了更多消毒副产物。
目前，去除饮用水和水环境中的有机物污染的常规方法包括：混凝-沉淀、强化混凝-沉淀、混凝-沉淀-过滤-活性炭吸附、强化混凝-沉淀-过滤-吸附、混凝-超滤、混凝-沉淀-活性炭吸附-反渗透、混凝-气浮等工艺方法。常规的混凝-沉淀工艺对有机物的去除效果差，尽管采用强化混凝-沉淀能够提高有机物的去除效果，但对于絮凝剂和有机物形成的密度较小的絮体，沉淀的分离效果依然受到挑战。过滤单元主要是去除絮体，但对水中的残留有机物无法去除;而活性炭吸附对水中亲水性的有机物的去除效果欠佳。当增加了反渗透单元后，尽管有机物大部分被去除了，但出水存在酸化和有益矿物质的流失以及价格不菲的问题。混凝-气浮工艺具有比混凝-沉淀工艺更好的有机物去除效果，但由于混凝单元絮凝有机物的选择性，导致该工艺对一些亲水性有机物的去除效果依然不佳。
公开号为CN101041475A的中国专利申请公开了一种芬顿(Fenton)与气浮一体化水处理方法，该方法将Fenton试剂加入待处理的废水中，Fenton试剂中双氧水与待处理水中COD质量比为0.3～3∶1，反应0.5～5小时;再用碱性物质调节Fenton试剂预处理的水至pH为6～10;然后进行气浮处理：气浮气固比为0.03～0.06，表面负荷为7～15m3/m2·h，停留时间为10～40分钟，经过气浮以后，去除悬浮性污染物和大部分的溶解性有机污染物。该方法的工艺操作复杂，水处理成本高。另外，该方法中使用的双氧水、碱性物质存在一定的不安全因素，而且该方法的气浮单元的表面负荷太低，停留时间较长，导致反应器占地面积较大，相应的提高了水处理成本。
公开号为CN1176034C的中国专利公告了一种“三段法+1”处理城市生活垃圾填埋场渗滤液的工艺及设备，由第一段、第二段、第三段加纳滤深度处理段顺序连接而成，第一段是复合厌氧反应段，渗滤液进入复合厌氧反应器，进行厌氧发酵，回收沼气能源和大幅度降解有机物;第二段是吹脱脱氮段，厌氧后的渗滤液经过引气气浮机去除渗滤液的悬浮物，再经过吹脱塔吹脱氨氮;第三段是A/O-A/O生化段，由A/O生物接触氧化池继续去除渗滤液的有机物和氨氮;“+1”是纳滤深度处理段，由纳滤深度处理装置进行深度处理，把难生化降解有机物和大肠菌群进一步去除。利用生化、物化原理、合理组合处理垃圾填埋场渗滤液，保证出水达到一级排放标准。该发明方法的纳滤膜污染严重，影响出水水质，并且其产水率低，处理水的成本高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题提供一种水处理方法及其设备，该水处理方法采用将微絮凝、共聚气浮、保安过滤和纳膜过滤组合在一起的工艺方法去除水中的有机物和悬浮颗粒物，分离效果好、占地面积小、去除效率高;该水处理设备结构紧凑、占地面积小、运行成本低、操作简便。
为实现本发明的目的，本发明一方面提供一种水处理方法，包括以下顺序进行的步骤：利用絮凝反应对原水进行预处理、通过过滤截留去除原水中的颗粒物、通过纳滤膜分离去除杂质。
其中，所述原水的预处理步骤包括以下顺序进行的步骤：1)使原水与絮凝剂的混合、2)进行絮凝反应和3)气浮除杂。
特别是，步骤1)中所述的絮凝剂为铁盐絮凝剂或铝盐絮凝剂。所述铁盐絮凝剂的用量为每升原水中加入3.92-39.2mg(以Fe3+计)的铁盐絮凝剂，优选为24.64-34.72mg(以Fe3+计);所述铝盐絮凝剂的用量为每升原水中加入2.7-32.4mg(以Al3+计)的铝盐絮凝剂，优选为6.75-21.6mg(以Al3+计)。控制絮凝剂与原水的混合时间为0.5-1min。
特别是，所述铁盐絮凝剂选自聚合氯化铁、氯化铁、硫酸铁中的一种或多种，优选为聚合氯化铁;所述的铝盐絮凝剂选择聚合氯化铝、、硫酸铝中的一种或多种，优选为聚合氯化铝。
特别是，步骤2)中所述的絮凝反应为絮凝剂与原水中的悬浮物和有机物发生凝聚和微絮凝反应，控制原水与絮凝剂的反应时间为2-5min，产生20-30μm絮凝体。
特别是，步骤3)中所述的气浮除杂为逆流气浮除杂，通过使微絮凝水与压力溶气水释放后形成的微气泡接触，从而去除微絮凝体，控制逆流气浮除杂的时间为8-12min。所述的逆流气浮除杂的回流比为6-30∶100，即逆流气浮除杂时的回流水与原水的重量份配比为6-30∶100，优选为6-12∶100。
其中，所述的过滤步骤为保安过滤。所述保安过滤截留去除原水中粒径大于10μm的颗粒物。
特别是，所述的过滤步骤还包括活性炭吸附过滤，所述的活性炭选择0.8-1.8mm的颗粒活性炭。所述活性炭吸附过滤步骤在保安过滤之后进行。
其中，所述的膜分离为纳滤膜分离，所述纳滤膜的截留分子量为200-1000道尔顿，纳滤膜两侧的操作压力差为0.6-0.9MPa。
特别是，所述纳滤膜选择Omnipure Filter Company的TQ56-36FC型纳滤膜或AppliedMembranes INC.的M-N1812A型纳滤膜。
本发明另一方面提供一种水处理设备，包括通过管路顺序连接并对原水依次进行预处理、过滤和膜分离的装置，其中：
对原水进行预处理的装置包括混合器，用于使原水与絮凝剂混合;絮凝反应器，使原水与絮凝剂的混合物进行絮凝反应形成微絮凝水;逆流气浮器，具有逆流气浮柱和设置于其中的压力溶气水释放器，用于使微絮凝水与压力溶气水释放后形成的微气泡接触，以便去除微絮凝体;
对水进行过滤的装置包括保安过滤器，其中保安过滤器用于截留去除原水中的颗粒物;
对水进行膜分离的装置包括纳滤膜分离单元。
其中，所述混合器具有互相交叉布设的固定式分流板结构，用于使絮凝剂迅速地分散到原水中并与原水混合均匀;
所述絮凝反应器，由多个(如至少六个)固定连接的絮凝反应器单元组成，用于使混合均匀的原水和絮凝剂混合物进行絮凝反应，产生微絮凝体;
特别是，所述的每个絮凝反应器单元具有絮凝室和位于絮凝室两端的法兰，相邻的絮凝反应器单元(61)之间设一个多孔板，每个多孔板上设有多排孔道，相邻多孔板的成排孔道的排列方向互相垂直。
特别是，所述的多孔板的1/3-1/2的板面设置有孔径为1.5-6毫米的小孔，孔径优选为4-5毫米;所述的相邻的絮凝反应器单元的多孔板的孔道设置方向互相垂直;所述反应器桶体和多孔板通过法兰连接;所述反应器单元通过法兰相互连接。
每两个絮凝反应器单元中间夹有一个多孔板。
其中，所述逆流气浮柱顶部为微絮凝水的入口;释放器设置于逆流气浮柱的中心部位，距离气浮柱顶部约0.8-1m;
其中，所述的保安过滤器的截留颗粒物的粒径为10μm，即经过保安过滤器去除水中粒径大于10μm的颗粒物;
特别是，所述的过滤装置还包括活性炭过滤器，用于吸附水中疏水性有机物和产生嗅味的物质，所述活性炭过滤器由粒径为0.8-1.8mm的活性炭颗粒装填而成。
其中，所述的纳滤膜分离单元的截留分子量为200-1000道尔顿，操作压力差为0.6-0.80Mpa;
特别是，所述纳滤膜选择Omnipure Filter Company的TQ56-36FC型纳滤膜或Applied Membranes INC.的M-N1812A型纳滤膜。
其中，所述的水处理设备还包括压力溶气水供应装置，与所述压力溶气水释放器相连，包括使压缩空气溶于自来水的压力溶气罐。
特别是，还包括向压力溶气罐分别输送自来水的装置和输送压缩空气的空压机，其中输送自来水的装置包括依次连接的回流水罐、回流水泵。
此外，在所述的混合器之前还包括通过管路顺序连接的原水箱、原水泵和流量计，以及通过管路将絮凝剂加入原水中的连接在流量计之前和原水泵之后的蠕动加药泵。
在所述的保安过滤器和逆流气浮柱之间通过管路还顺序连接储水箱和加压泵，储水箱用于储存气浮除杂后的水液;加压泵用于对流入保安过滤器的水流进行加压。
本发明的水处理方法和水处理设备具有如下优点：
1、本发明水处理方法采用微絮凝、共聚气浮预处理原水，去除原水中的大部分悬浮颗粒物、部分有机物，减轻了保安过滤器、前置活性炭过滤器的负荷，延长设备的使用寿命，节约了成本。
2、本发明水处理方法采用纳滤膜分离装置可以去除水中直径为1nm的溶质粒子，其中截留分子量为200-1000D，可以脱除水中部分无机盐、大部分氨基酸、细菌和病毒，有效去除水中的所有悬浮颗粒物、绝大部分有机物，有机物的去除效率达到66-91%。
3、采用本发明水处理方法制备的清水达到生活饮用水卫生标准GB5749-2006。
4、本发明的水处理设备结构紧凑、占地面积小、运行成本低、操作简便，缩短了水处理时间，提高了水处理效率。
5、本发明水处理设备采用的逆流气浮器除杂不仅除杂时间短，而且在保留除杂效果的前提下替代了传统水处理工艺中的沉淀和过滤单元。既缩短了水处理时间又保证了出水水质满足纳滤膜分离单元的需要，提高了水处理效率，节约了运行成本。