申请日2018.03.01
公开(公告)日2018.07.31
IPC分类号C02F9/08
摘要
本发明公开了一种自来水的处理方法和水处理过程中降低膜污染的方法，该方法包括对原水经过前处理后依次进行紫外线照射处理、超滤处理、氯消毒处理。本发明方法调整了原有水处理工艺中超滤和紫外的工艺次序，既保留了紫外照射控制微生物的消毒功能，同时又增加了保护超滤膜的作用，降低了超滤处理过程中超滤膜的膜污染，降低了运行能耗，显著提高了膜处理过程中膜的使用寿命，降低了自来水的处理成本，达到“节能减排”的目的，高度契合了“绿色工艺”的环保理念。
权利要求书
1.一种自来水的处理方法，其特征是，包括对自来水厂原水进行紫外线照射处理、超滤处理、氯消毒处理。
2.如权利要求1所述的处理方法，其特征是，所述紫外线照射处理过程中控制紫外线照射剂量为40-300mJ/cm2，优选为40-100mJ/cm2。
3.如权利要求1或2所述的处理方法，其特征是，所述紫外线照射处理过程中控制水流的温度为0-40℃，优选为0-30℃;控制水流流速为0.1-3m/s，优选为0.5-2m/s。
4.如权利要求1或2所述的处理方法，其特征是，所述超滤处理过程中超滤膜的膜孔径为0.01-0.1μm。
5.如权利要求1或2所述的处理方法，其特征是，所述超滤处理过程中控制在超滤处理压力为0.01-0.15MPa。
6.如权利要求1或2所述的处理方法，其特征是，所述前处理包括对原水进行混凝沉淀处理、臭氧氧化处理、吸附过滤处理、过滤处理中的一种或多种。
7.如权利要求1或2所述的处理方法，其特征是，所述氯消毒处理是向超滤膜处理后的出水中投加次氯酸钠。
8.一种水处理过程中降低膜分离处理的膜污染的方法，其特征是，对水液进行紫外线照射处理之后，再对水液进行膜分离处理。
9.如权利要求8所述的方法，其特征是，所述膜分离处理选择超滤膜处理、微滤膜处理、纳滤膜处理或反渗透膜处理，优选为超滤膜处理。
10.如权利要求8或9所述的方法，其特征是，所述紫外线照射处理过程中控制紫外线照射剂量为40-300mJ/cm2，优选为40-100mJ/cm2。
说明书
自来水的处理方法和水处理过程中降低膜污染的方法
技术领域
本发明涉及一种水资源的处理方法，特别涉及一种饮用水的净化方法，属于水处理领域。
背景技术
饮用水是指可以不经处理、直接供给人体饮用的水。水是人体体液的主要组成部分，是构成细胞、组织液、血浆等的重要物质。水作为体内一切化学反应的媒介，是各种营养素和物质运输的平台。
饮用水的净化处理方法目前一般采用如下方法：原水经混凝沉淀处理后，接着经过滤、臭氧氧化、吸附过滤或超滤处理中的两种或两种以上的处理后，再进行紫外或紫外和次氯酸钠顺序消毒，最后进入清水池，其中：混凝沉淀处理过程中的混凝剂采用在混合井加聚合氯化铝，在机械加速澄清池补加三氯化铁的投加方式，或者是在混合井投加三氯化铁，在机械加速澄清池补加聚合氯化铝;或者是只在混合井投加聚合氯化铝或三氯化铁;或者是在高密度沉淀池投加三氯化铁，采用混凝沉淀去除原水中胶体粒子及微小悬浮物杂质;臭氧氧化处理是使水中有机污染物氧化降解，将部分大分子有机污染物分解为易被生物降解或易被活性炭吸附的小分子有机物;炭砂吸附处理过程中炭砂吸附池内采用上层为活性炭颗粒、下层为石英砂，对进入吸附池的水液中的有机污染物进行物理、化学吸附和生物降解，对水中颗粒物进行吸附过滤。
紫外线通常用于杀菌消毒，其原理是利用适当波长的紫外线，破坏微生物细胞中DNA和RNA的分子结构，导致核酸键和链的断裂、股间交联形成光化产物，阻断其复制过程，进而造成生长性细胞死亡或再生性死亡，以达到杀菌消毒的效果。
紫外杀菌消毒的另一作用原理是水及其中的溶解氧在紫外线的照射下，产生超氧负离子(O2-)、激发基态氧分子(O2*)、过氧化氢(H2O2)，羟基自由基(·OH)等氧化性极强的激发态物质，这些物质对水中微生物病原体有毁灭性的破坏作用，通过改变微生物体内DNA活性，破坏复制过程，造成细胞代谢发生紊乱从而导致死亡，达到消毒目的。
虽然近年来采用紫外线技术处理污水处理和饮用水处理有较广泛的应用，但其在饮用水处理方面还仅限于后续工艺的消毒阶段，用于去除自来水中的细菌、病毒、真菌等微生物。
发明内容
本发明的目的是针对现有自来水生产过程中的混凝、过滤和超滤处理工艺中存在的技术缺陷，提供一种水处理过程中降低膜分离处理的膜污染的方法和自来水的处理方法，本发明方法调整了原有水处理工艺中超滤和紫外的工艺次序，在进行超滤处理之前对水液进行紫外线照射处理，既保留了紫外照射控制微生物的消毒功能，同时又增加了保护超滤膜的作用，降低了超滤处理过程中超滤膜的膜污染，进而降低超滤膜的运行能耗，延长超滤膜的物理及化学清洗周期，减少物理及化学清洗的次数，降低化学清洗水的排放量，达到“节能减排”的目的，高度契合了“绿色工艺”的环保理念。
为实现本发明的目的，本发明一方面提供一种自来水的处理方法，包括对自来水厂原水进行紫外线照射处理、超滤处理、氯消毒处理。
其中，还包括对自来水厂原水经过前处理后，再依次进行紫外线照射处理、超滤处理、氯消毒处理。
其中，净化处理过程中水温为0-40℃，优选为0-30℃。
其中，所述紫外线照射处理过程中控制紫外线照射剂量为40-300mJ/cm2，优选为40-100mJ/cm2，进一步优选为40-80mJ/cm2。
特别是，所述紫外线照射处理过程中控制水流的温度为0-40℃，优选为0-30℃;控制水流流速为0.1-3m/s，优选为0.5-2m/s。
尤其是，所述紫外线照射处理过程中控制紫外线照射处理时间为0.1-2s。
特别是，所述紫外线照射处理选择腔体式紫外消毒系统时，控制紫外线照射处理时间为0.1-1s，优选为0.5s;选择明渠式紫外消毒系统时，控制紫外线照射处理时间为1-2s，优选为1.5s。
其中，所述超滤处理过程中超滤膜的膜孔径为0.01-0.1μm。
特别是，所述超滤处理过程中控制在超滤处理的操作压力为0.01-0.15MPa;控制水温为0-40℃，优选为0-30℃。
尤其是，采用浸没式超滤膜池进行超滤处理的操作压力为0.03-0.06MPa，优选为0.04-0.05MPa;采用压力式超滤膜池进行超滤处理的操作压力为0.01-0.15MPa，优选为0.05-0.09MPa。
其中，所述超滤膜采用PVC、PVDF、PVDF加强或聚砜膜等。
本领域中给水厂现有已知的、任何用于自来水处理的超滤膜(例如膜材质为PVDF、PVDF加强等，膜孔径为0.01-0.1μm)均适用于本发明。
其中，所述氯消毒处理是向超滤膜处理后的出水中投加次氯酸钠。
特别是，所述次氯酸钠的投加量为2-10mg/L，优选为5mg/L(即每1L水中投加次氯酸钠2-10mg)。
其中，所述前处理包括对原水进行混凝沉淀处理、臭氧氧化处理、吸附过滤处理、过滤处理中的一种或多种。
特别是，原水前处理至出水的浊度(NTU)≤3.0;CODMn≤5.0mg/L;Fe(总铁)的浓度<0.30mg/L;Al(总铝)的浓度<0.20mg/L;pH为7.00-8.50。
尤其是，原水前处理至出水的浊度优选为≤1.0NTU;CODMn优选为≤3.0mg/L;Fe(总铁)的浓度优选为<0.3mg/L;Al(总铝)的浓度优选为<0.2mg/L;pH为7.50-8.50。
所述的前处理通常是指给水厂水处理工艺中常规处理技术、常规处理技术+深度处理技术或常规处理技术+深度处理技术+超滤处理。其中，常规处理工艺(例如混凝沉淀-石英砂过滤、混凝沉淀-无烟煤石英砂双层滤料过滤等);深度处理工艺(例如臭氧氧化-活性炭吸附、臭氧氧化-炭砂吸附过滤、活性炭吸附过滤等)。
其中，所述混凝沉淀处理是向水液中加入混凝剂，混合搅拌均匀后，水液中的杂质与混凝剂形成絮体后沉淀，达到分离。
特别是，所述混凝处理投加的混凝剂为三氯化铁、聚合氯化铝、聚合硫酸铁或硫酸铝中的一种或多种。
特别是，混凝剂的投加量为5-50mg/L;混凝处理时间为60-120min，优选为90min。
本领域中给水厂现有已知的任何混凝处理设备、混凝方法均适用于本发明的混凝处理。
其中，所述臭氧氧化处理是将水液通入臭氧接触池，进行臭氧氧化。
特别是，所述臭氧氧化处理过程中臭氧的投加量为0-2mg/L，优选为0.5mg/L;臭氧接触时间为5-12min，优选为10-12min，进一步优选为11.69min。
其中，所述吸附过滤处理过程中过滤周期为36-48h;吸附接触时间为2-20min，优选为10-13min。
特别是，采用炭砂滤池进行所述吸附过滤处理，滤池中的滤层为活性炭和石英砂，其中上层为颗粒状活性炭，下层为石英砂。
其中，所述颗粒状活性炭为圆柱状，炭粒直径为1-2mm，优选为1.5mm;炭粒柱高为2-3mm;活性炭的碘吸附值≥900mg/g;活性炭的亚甲蓝吸附值≥180mg/g。
特别是，所述活性炭层与石英砂层的厚度为0.3-0.6：1，优选为0.5:1。
其中，所述过滤处理过程中过滤周期为16-36h;过滤速率为2-15m/h，优选为8-9m/h。
本领域中给水厂现有已知的任何吸附过滤设备和方法均适用于本发明，通常采用炭砂滤池或活性炭滤池等;给水厂现有已知的任何过滤设备和方法均适用于本发明，通常采用石英砂滤池或无烟煤-石英砂双层滤料滤池等。
本发明另一方面提供一种水处理过程中降低膜分离处理的膜污染的方法，对水液进行紫外线照射处理之后，再对水液进行膜分离处理。
其中，所述紫外线照射处理过程中控制紫外线照射剂量为40-300mJ/cm2，优选为40-100mJ/cm2，进一步优选为40-80mJ/cm2。
特别是，所述紫外线照射处理过程中控制水流的温度为0-40℃，优选为0-30℃;控制水流流速为0.1-3m/s，优选为0.5-2m/s;控制紫外线照射处理时间为0.1-2s。
尤其是，水处理过程中采用腔体式紫外线照射处理，控制紫外线照射处理时间为0.1-1s，优选为0.5s;水处理过程中采用明渠式紫外线照射处理，则控制紫外线照射处理时间为1-2s，优选为1.5s。
其中，所述膜分离处理选择超滤膜处理、微滤膜处理、纳滤膜处理或反渗透膜处理，优选为超滤膜处理。
特别是，所述超滤膜处理过程中超滤膜的膜孔径为0.01-0.1μm。
尤其是，所述超滤处理过程中控制在超滤处理的操作压力为0.01-0.15MPa;控制水温为0-40℃，优选为0-30℃。
其中，采用浸没式超滤膜池进行超滤处理的操作压力为0.03-0.06MPa，优选为0.04-0.05MPa;采用压力式超滤膜池进行超滤处理的操作压力为0.01-0.15MPa，优选为0.05-0.09MPa。
特别是，所述超滤膜采用PVC、PVDF、PVDF加强或聚砜膜等。
本领域中给水厂现有已知的、任何用于自来水处理的超滤膜(例如膜材质为PVDF、PVDF加强等，膜孔径为0.01-0.1μm)均适用于本发明。
特别是，还包括在对水液进行紫外线照射处理之前，对水液进行前处理。
其中，所述的前处理包括对原水进行混凝沉淀处理、臭氧氧化处理、吸附过滤处理、过滤处理中的一种或多种。
特别是，原水前处理至出水的浊度(NTU)≤3.0;CODMn≤5.0mg/L;Fe(总铁)浓度≤1.0mg/L;Al(总铝)浓度≤1.0mg/L;pH为7.00-8.50。
尤其是，原水前处理至出水的浊度优选为≤1.0NTU;CODMn优选为≤3.0mg/L;Fe(总铁)浓度优选为≤0.3mg/L;Al(总铝)浓度优选为≤0.2mg/L。
特别是，所述混凝沉淀处理是向水液中加入混凝剂，混合搅拌均匀后，水液中的杂质与混凝剂形成絮体后沉淀，达到分离。
尤其是，所述混凝处理投加的混凝剂为三氯化铁、聚合氯化铝、聚合硫酸铁或硫酸铝中的一种或多种。
特别是，混凝剂的投加量为5-50mg/L;混凝处理时间为60-120min，优选为90min。
本领域中给水厂现有已知的任何混凝处理设备、混凝方法均适用于本发明的混凝处理。
其中，所述臭氧氧化处理是将水液通入臭氧接触池，进行臭氧氧化。
特别是，所述臭氧氧化处理过程中臭氧的投加量为0-2mg/L，优选为0.5mg/L;臭氧接触时间为5-12min，优选为10-12min，进一步优选为11.69min。
其中，所述吸附过滤处理过程中过滤周期为36-48h;吸附接触时间为2-20min，优选为10-13min。
特别是，采用炭砂滤池进行所述吸附过滤处理，滤池中的滤层为活性炭和石英砂，其中上层为颗粒状活性炭，下层为石英砂。
其中，所述颗粒状活性炭为圆柱状，炭粒直径为1-2mm，优选为1.5mm;炭粒柱高为2-3mm;活性炭的碘吸附值≥900mg/g;活性炭的亚甲蓝吸附值≥180mg/g。
特别是，所述活性炭层与石英砂层的厚度为0.3-0.6：1，优选为0.5:1。
其中，所述过滤处理过程中过滤周期为16-36h;过滤速率为2-15m/h，优选为8-9m/h。
目前国内较完整较先进的给水处理工艺包括：混凝沉淀-过滤-臭氧-活性炭吸附-超滤-紫外-氯消毒，其中混凝沉淀-过滤-臭氧-活性炭吸附-超滤为水主要处理工艺，紫外-氯消毒为出厂前消毒处理，通常为主要处理工艺之后再进行消毒处理，本发明通过调整净化处理中的超滤和消毒处理中的紫外工艺的先后顺序提供一种既保留原工艺处理效果又可降低水处理工艺中超滤膜污染的方法。
与现有技术相比，本发明方法具有如下优点：
1、本发明的自来水的净化处理方法是在给水处理工艺流程中调整紫外和超滤工艺顺序，对水液先进行紫外线照射处理然后再进行超滤膜处理，本发明方法保留了紫外线控制微生物的功能，同时又增加了保护超滤膜的作用，降低膜污染，降低了超滤膜跨膜压差，降低了水处理能，更充分发挥了紫外处理的作用。
现有供水行业中通常在超滤膜处理后在进行紫外消毒处理，采用紫外消毒可有效控制贾第鞭毛虫和隐孢子虫等微生物。本发明方法将紫外线照射调整至超滤膜处理之前，增加了紫外控制超滤膜污染的作用，进而保护超滤膜运行，对指导水厂工艺设计具有重要意义，拥有广阔的工程应用前景。
2、本发明方法既可降低超滤膜能耗，减少超滤膜化学清洗次数及化学清洗水的排放量，达到“节能减排”的目的，高度契合了“绿色工艺”的环保理念;而且，超滤膜处理之后直接进行氯消毒处理，节省了较先进给水处理工艺中需要进行紫外消毒的处理工艺。
3、本发明方法在自来水的净化处理过程中不增加任何物质，因此无需化学药品，没有其他副作用，也不会产生THMs类消毒副产物，紫外处理具有使用安全、作用广泛、消毒性能稳定等优点。
4、本发明方法自动化程度高，操作容易，管理简单，杀菌效率高、杀菌迅速、彻底。
5、本发明方法降低了水处理过程中膜分离处理中膜污染，延长的膜的使用寿命，提高了膜处理能力，降低跨膜压差和运行能耗，节约了水处理成本。
膜污染是超滤膜用于净水处理的最大障碍，其是指处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质大分子在膜表面或膜孔内由于吸附沉积造成的膜孔径变小或阻塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象。膜污染从污染物类型分主要包括无机污染、有机污染和微生物污染。膜污染会缩短膜的使用寿命，降低膜的处理能力，增加运行能耗。