CN100436347C - 利用高比表面积的无机粉剂的水处理方法及其设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种净化和/或直饮化水处理方法，它包括至少一个重力分离步骤、至少一个让所述水与所述高比表面积的粉剂相接触以便特别是降低所述水的有机物含量的步骤，至少一个薄膜分离步骤。本发明的特征在于，它包括对源自所述薄膜分离步骤的放出产物(32)进行处理、从而将所述放出产物分成以下至少两个组分的步骤：一个低水流速(低于放出流速的40%)的第一组分，它包括大部分(超过60wt.%)粉剂，并含有有机物和微粒污染物；高水流速(大约比所述第一流速高4到20倍)的第二组分，它包括大部分未吸附到未通过薄膜的试剂上、并富集在放出产物中的有机物，所述第一组分(321)被重新注入到让所述水与所述粉剂接触的所述步骤的上游的所述水中。

Description

利用高比表面积的无机粉剂的水处理方法及其设备
本发明涉及一种水处理方法。更准确来说，本发明涉及物理化学方式的水处理方法，其包括让水与高比表面积的无机粉剂接触的步骤，尤其适合降低水的有机物含量。
本发明同样适用于直饮化和净化目的的水处理方法，例如，它可用于高品质水的处理，或用于精制已在现有设备中处理过的水。
在本发明的技术领域中，人们已知晓利用粉剂(如吸收剂)来处理溶液含污染物的水，这种处理可与也已公知的超滤或者微滤步骤结合使用。
这些试剂通常是在实施沉降步骤的同时加入，或者加到膜滤装置的上游侧。
显然，这些粉剂有物理硬度、磨蚀性和密度特性，它们在水中流化，从而与所用滤膜相容。
所用粉剂具体包括粉状活性碳(PAC)。
PAC是能去除杀虫剂和任何其它溶解的有机物的吸收剂。
PAC是一种昂贵试剂，因此会使操作成本较高。
另外，在超滤或微滤薄膜的上游侧使用这种粉剂带来以下缺点：由于所用试剂和/或有机物，将使薄膜阻塞。
本发明的目的是克服现有技术的这些缺点。
更准确来说，本发明的目的是提出一种可降低操作成本的水处理方法，它包括利用上面提到的那种无机粉剂或薄膜过滤步骤。
本发明的另一目的是提供一种减少薄膜分离装置发生阻塞的方法。
本发明的另一目的是提供一种适合用于水质处理作用的方法。
本发明的再一目的是提供一种易于设计、容易实施的方法。
利用本发明将使这些以及其它目的显而易见，本发明的目的是一种净化和/或直饮化水处理方法，该类方法包括：至少一个让所述水与至少一种高比表面积的无机粉剂接触的步骤，所述步骤可在搅拌(通过任何方式，尤其是机械或空气注入方式)条件下实施，特别用于降低所述水中的有机物含量或微粒污染性含量；至少一个薄膜分离步骤，特点在于，它包括对源自所述薄膜分离步骤的放出产物进行处理，从而将所述放出产物分成以下至少两个组分：
-低水流速(换言之低于放出流速的40％，优选是放出流速的20％)的第一组分，它含有大部分粉剂(换言之，质量在60％以上)，并含有机物和微粒污染物；
-高水流速的第二组分，它含大部分未吸附在未通过薄膜的试剂上、并富集在放出产物中的有机物，所述高水流速约比上述低流速高4到20倍，所述第一组分被重新注到位于所述让所述水与所述粉剂接触的步骤的上游侧的所述水中。
含有大部分未吸附到试剂上的有机物的所述第二组分优选排到排水管中，或者排到特定处理装置中，该装置例如是位于水和粉剂接触步骤的上游侧的凝结-絮凝-沉淀装置，或者任何其它适宜的沉淀槽或池类型。
于是，本发明能有效地利用粉剂，从而使其应用最佳。于是大幅降低了操作成本。
在本发明的一个变型例中，将粉剂用作硝化生物质和/或能够处理水中的生物可降解有机碳的支持物，把空气注入水与粉剂接触的区域内。这些空气用于为粉末支持物上形成的生物体系提供必要的氧，并维持粉剂保持悬浮态。可直接将薄膜浸到水与粉剂相接触的区域中，或者让薄膜位于后面的区域中。
放出产物由水中的粉剂、溶解有机物和源自薄膜过滤装置的悬浮有机物构成，为了将放出产物处理成两个组分，要解析粉剂和未吸附在该粉剂上的有机物的再利用比。
结果就能最好地利用粉剂的能力，从而降低了粉剂的消耗。
如果粉剂和未吸附在粉剂上的有机物未能在再利用粉剂前分开，那么系统中将有大量有机物再循环，使得活性试剂位点(例如粉状活性炭位点)迅速饱和，从而降低了所用试剂处理微粒污染物的专一能力。
注意的是，为了描述本发明，“高比表面积的无机粉剂”是指能通过吸附或离子交换与要处理的水中存在的化合物之一(例如微粒污染物)反应、从而降低这些化合物在水中的含量的所有粉剂。
依照一种优选方案，所述粉剂是粉状活性炭(PAC)。
除了PAC具有收集有机物、用作硝化生物质和/或处理生物可降解溶解有机炭的生物质的可行支持物的能力之外，PAC作为能吸收微污染物和特定杀虫剂的化合物特别有利。因此PAC在这些化合物在水中的含量很高(尤其是泉水)的年份非常有用。
根据另一可行实施例，粉剂可在存在PAC的情况下从由沸石、粘土和离子交换树脂组成的组中选择，或者它包括这些化合物的混合物。
依照一个有利方案，所述放出产物的所述处理步骤包括水力分离步骤。该情况下，所述水力分离步骤优选利用至少一种水力旋流器完成。
这类分离装置能让大部分粉剂再生(对于合理的压力，至少达到质量的60％)。
在水力旋流分离器中，溢流物通常是供应流量的80％。剩余的20％以潜流方式排出。根据本发明，由于溶解的有机物不在这类装置中分离，其中的80％在溢流中排出，只有20％再回到潜流，并被吸附到大部分PAC上，然后回到位于薄膜过滤装置上游侧的水与PAC接触的储槽中。
依照第一个方法，连续收集源自所述薄膜分离装置的所述放出产物。
依照第二方法，定期收集源自所述薄膜分离装置的放出产物。该情况下，收集所述放出产物的间隔优选取决于在水与所述粉剂接触的所述步骤中粉剂在所述水中的浓度。
于是，通过控制间隔和这些放出产物的体积，能显著增大接触槽中PAC的浓度，从而获得相对要处理的水中存在的杀虫剂的缓冲效果，或者保持生物质在处理氨或可生物降解有机碳的接触槽中的足够浓度。
有利的是，该方法包括提取所述用过粉剂的至少一个步骤。该情况下，所述提取步骤优选在所述放出产物的所述分离步骤的上游侧进行。
要注意的是，水与PAC接触的槽也要排空，尤其是在为了排出某些用过的PAC时。
依照第一变型例，所述薄膜分离步骤利用增压薄膜来实施。
依照一个优选变型例，所述薄膜分离步骤利用浸入式薄膜来实施，优选进行连续或定期曝气。
与增压薄膜相比，浸入式薄膜具有能量消耗低的优点。其结果是进一步降低了采用依照本发明的方法的设备的操作成本。
依照第一实施例，要排空所述第二组分。
依照第二实施例，要在重力分离步骤的上游侧将所述第二组分重新注入到所述要被处理的水中，所述重力分离步骤发生在要处理的水与粉剂接触(可能加有凝结和/或絮凝剂)之前。
本发明还涉及采用了上述方法的设备，该设备至少包括一个让水与高比表面积的无机粉剂接触的储槽和至少一个薄膜分离单元，其特征在于它至少包括一个用于源自所述薄膜分离单元的放出产物的水力分离单元，所述水力分离单元能将所述放出产物分成至少两个组分：
低水流速、换言之低于40％的放出流速、优选20％的放出流速的第一组分，它含有大部分粉剂(换言之超过质量的60％)，该并含有有机物和微粒污染物；
高水流速(优选比上述低水流速高4到20倍)的第二组分，它含有未吸附到未通过薄膜的试剂上、并富集在放出产物中的大部分有机物，该设备的特征还在于它包括将所述第一组分送到所述接触槽的装置。
依照一优选方案，所述水力分离单元包括至少一个水力旋流器。
按照上面所述，水力旋流器在让大部分粉剂再生的方面特别有效。
依照第一方法，所述薄膜分离单元包括至少一个集成了至少一块浸入式薄膜的过滤槽，薄膜下方优选设有补气装置。
依照第二方法，所述薄膜分离单元至少包括一个集成了至少一块增压薄膜的过滤槽。
有利的是，所述设备包括用于来自所述薄膜分离单元的所述放出产物的储槽。
利用该储槽获得了用于源自薄膜过滤单元的放出产物的缓冲储备，中央能对这些放出产物进行连续或定期处理。
优选的是，所述设备包括用于提取所述所用粉剂的装置。
因此，如果必要，可更新该设备中使用的粉剂。
该情况下，所述提取装置方便地设置在所述传送装置和/或所述接触槽上。
依照第一变型例，该设备包括排空所述第二组分的装置。
依照第二变型例，该设备包括排空所述第二组分的装置。
依照第二变型例，该设备包括将所述第二组分输送给安装在让水与粉剂接触的储槽的上游的重力分离单元，优选的是，在重力分离之前设有凝结和/或絮凝装置。
该第二变型例还能减少不想要的污水的产量。
在参照一张附图阅读了以下对本发明优选实施例的说明以后，将更清楚本发明的其它特征和优点，这些实施例仅是说明性例子，它们决不是限制性的，所述附图以图解方式表示利用本发明的水处理方法的设备。
参照图1，利用了依照本发明的方法的设备包括：
-层状净化器1，用于对要处理的水实施重力分离步骤，它加有或不加凝结或絮凝剂；
-接触槽2，用于实施水与粉剂(该情况下是PAC)接触的步骤；该接触槽可通过机械方式或通过鼓风机搅拌；
-滤槽3，用于利用超滤或微滤膜31实施薄膜分离步骤。
依照一个可行实施例，该设备可置于对水进行预处理的凝结、沉淀和过滤装置之后，尤其在处理地表水时更是如此。
传统技术中，让要处理的水直接进入滤槽3，或经传输装置11通过净化器1，然后将净化器1的溢流物送到接触槽2，之后水再送到滤槽3。然后，让水通过浸入式薄膜31，经过这种处理的水通过管道4排出。
要注意的是，依照一可行变型例，薄膜分离装置利用增压薄膜制造。
另外，依照另一可行实施例，让水与PAC接触的步骤和薄膜过滤步骤可在同一反应器内进行，例如以提交本申请的发明人的名义申请的FR2737202公开的专利中描述的那种类型。
依照本发明，源自薄膜分离装置的放出产物32被送到水力旋流器5，通过该水力旋流器将产物分成两个组分：
-第一组分321，它含有小部分的接收流量和大部分吸收了部分有机物的PAC，该组分321重新被引到接触槽3中；
-对应于来自水力旋流器5的溢流物的组分322，所述水力旋流器排出大部分由该水力旋流器接收的含未被吸附的溶解的有机物或悬浮有机物的水。
依照该实施例，该组分322被重新引入要处理的水的传输装置11上，于是它们一旦再次经过整个处理循环，优选在注入凝结和絮凝剂的情况下，能在减少有机物量的同时回收最大量的水。
然而，依照另一可行实施例，该组分322可在不对其进行任何新处理的情况下从设备中排出。
另外，如图1所示，为薄膜放出产物设置了储槽6。
于是定期排空槽3，根据PAC在接触槽2中的浓度将放出产物存储和/或直接引入水力旋流器。
要注意的是，用过的PAC提取放出产物可设置在位于水力旋流器5上游侧的管道61上和接触槽2上。
与此同时，利用添加装置21将新PAC添加到接触槽2中。
实施比较实验若干天，以便更好地理解本发明，其结果以表格形式给出；利用来自Seine河的水作实验，所述水经WAC凝结和砂子沉淀、过滤，速度为15m/h。然后将这些水与Picasorb PAC16混合。
  不经再循环的实验   依照本发明的实验
  PAC比例(ppm)   10   10
  输入有机物(UV测量)   4，3   ＜4，0
  有机物降低百分比(％)   30   60-70
  添加PAC以前的莠去津(ng/l)   911-2000   1000-1800
  添加PAC以后的莠去津(ng/l)   400-850   小于70(检测限)

Claims (29)

1.一种净化和/或直饮化水处理方法，其包括：至少一个让所述水与至少一种高比表面积的无机粉剂接触的步骤，用以降低所述水中有机物的含量；至少一个薄膜分离步骤，特征在于所述方法包括对源自薄膜分离步骤的放出产物(32)进行处理、从而将所述放出产物分成以下至少两个组分的步骤：
-低水流速的第一组分，该第一组分含有大于60质量％的粉剂，所述低水流速小于放出流速的40％，所述第一组分含有机物和微粒污染物；
-第二组分，所述第二组分含有未通过薄膜的未被吸附到粉剂上、并富集在放出产物中的大部分高水流速有机物，所述高水流速比上述低水流速高4到20倍，所述第一组分(321)被重新注入到位于所述让水与所述粉剂接触的所述步骤的上游侧的水中。
2.根据权利要求1所述的水处理方法，特征在于所述粉剂是粉状活性碳(PAC)。
3.根据权利要求1或2所述的水处理方法，特征在于所述方法包括重力分离步骤，该步骤发生在水与粉剂接触的步骤之前。
4.根据权利要求3所述的水处理方法，特征在于所述重力分离步骤通过絮凝或凝结-絮凝步骤来进行。
5.根据权利要求1所述的水处理方法，特征在于所述粉剂用作硝化生物质的支持物，在水与粉剂接触的步骤中注入空气。
6.根据权利要求1所述的水处理方法，特征在于所述放出产物的所述处理步骤包括水力分离步骤。
7.根据权利要求6所述的水处理方法，特征在于所述分离步骤利用至少一个水力旋流器(5)来实施。
8.根据权利要求1所述的水处理方法，特征在于连续收集所述源自所述薄膜分离装置的所述放出产物(32)。
9.根据权利要求1所述的水处理方法，特征在于定期收集所述源自所述薄膜分离装置的所述放出产物(32)。
10.根据权利要求9所述的水处理方法，特征在于收集所述放出产物(32)的间隔取决于粉剂在所述水与所述粉剂接触的步骤中的所述水中的浓度。
11.根据权利要求6所述的水处理方法，特征在于所述方法包括至少一个提取所述用过的粉剂的步骤。
12.根据权利要求11所述的水处理方法，特征在于所述提取步骤是在所述放出产物(32)的所述分离步骤的上游侧实施。
13.根据权利要求1所述的水处理方法，特征在于所述薄膜分离步骤是利用增压薄膜来实施。
14.根据权利要求1所述的水处理方法，特征在于所述薄膜分离步骤是利用浸入式薄膜(31)来实施。
15.根据权利要求1所述的水处理方法，特征在于要排出所述第二组分(322)
16.根据权利要求3所述的水处理方法，特征在于，在所述重力分离步骤的上游侧将所述第二组分(322)重新注入到所述要被处理的水中。
17.根据权利要求1所述的水处理方法，其中所述低水流速小于放出流速的20％。
18.一种实施权利要求1所述的方法的设备，所述设备包括：至少一个让所述水与高比表面积的无机粉剂接触的接触槽(2)；至少一个薄膜分离单元(3)，特征在于，所述设备包括至少一个用于源自所述薄膜分离单元(3)的放出产物的水力分离单元(5)，所述水力分离单元(5)将所述放出产物分成以下至少两个组分：
-低水流速的第一组分(321)，所述第一组分含有大于60质量％的粉剂，所述低水流速低于放出流速的40％，该组分含有机物和微粒污染物；
-高水流速的第二组分(322)，它含有大部分未通过薄膜的未吸附到粉剂上、并富集在放出产物中的有机物，所述高水流速比上述低水流速高4到20倍，
且特征在于所述设备包括将所述第一组分传送到所述接触槽(2)的装置(61)。
19.根据权利要求18所述的设备，特征在于所述设备包括安装在所述接触槽(2)的上游侧的重力分离单元。
20.根据权利要求19所述的设备，特征在于，所述设备在所述重力分离单元的上游侧上设有凝结和/或絮凝装置。
21.根据权利要求18所述的设备，特征在于所述设备包括空气注入装置(7)，用以维持粉剂的悬浮状态，提供进行生物处理和当薄膜浸在所述接触槽(2)中就解除薄膜堵塞所必需的氧源。
22.根据权利要求18所述的设备，特征在于所述水力分离单元(5)至少包括水力旋流器。
23.根据权利要求18所述的设备，特征在于所述薄膜分离单无(3)至少包括一个集成了至少一个浸入式薄膜的过滤槽。
24.根据权利要求18所述的设备，特征在于所述薄膜分离单元至少包括一个集成了至少一个增压薄膜的过滤槽。
25.根据权利要求18所述的设备，特征在于所述设备包括用于存储源自所述薄膜分离单元(3)的所述放出产物的槽(6)。
26.根据权利要求18所述的设备，特征在于所述设备包括提取所述用过的粉剂的装置。
27.根据权利要求26所述的设备，特征在于所述提取装置设置在所述传送装置(61)和/或所述接触槽(2)上。
28.根据权利要求18所述的设备，特征在于所述设备包括用于排出所述第二组分(322)的装置。
29.根据权利要求19所述的设备，特征在于所述设备包括将所述第二组分(322)传送给所述重力分离单元(1)的装置。
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