CN100503454C - 安全饮用水的净化方法与净化系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及安全饮用水的净化方法和净化系统，该方法对自来水采用超滤或微滤处理后分成两股，分别进行纳滤和活性炭吸附处理，再合在一起消毒。在对管网自来水中有毒有害污染物质进行去除的同时，又保留了对人体有益的微量元素，并具有处理成本低、水回收率高的优点。该系统包括：超滤或微滤过滤单元通过三通分别通过输水管与纳滤过滤单元连通，和一端口与臭氧氧化处理单元、活性炭单元顺序连通，臭氧氧化处理单元为可穿越单元。纳滤过滤单元与活性炭单元通过输水管连通，在该输水管上设置一出口，再通过输水管与储水箱连通；储水箱与在线消毒单元和入户管道连通构成独立循环系统。实现处理过程的自动化控制，并使处理水达到饮用水直接饮用标准。

Description

安全饮用水的净化方法与净化系统

技术领域

本发明涉及一种水的净化方法，特别是涉及一种将自来水进行深度加工用于直接饮用的净化方法与净化系统。

背景技术

近年来，我国城市水域约90％受到不同程度的污染，致使多数的饮用水水源水质恶化，水源中有机污染物的种类和含量也越来越多。同时，由于大多数水厂均采取氯消毒方式，水中往往产生以三卤甲烷、卤乙酸等含氯有机物为代表的二次污染物，对人体健康具有直接或潜在的影响和危害。另外，由于城市供水管网的复杂性，在饮用水的输送过程中往往产生再次污染。研究证明，在输配管网中会出现水管腐蚀、微生物繁殖等现象。用于楼房供水的二次水储水箱污染是造成饮用水进一步污染的重要因素，一般设计的二次水箱容量为高峰时供水量的二倍，至使水在其中储存较长时间。同时，由于管理与清洁不力，二次水箱容易产生细菌污染。对此，尚缺少有效的净化与防范措施。对地下水而言，各个城市的问题各有不同，但总体来说，主要污染问题是细菌和硬度超标、硝酸盐含量过高等问题。如在北京市南部丰台地区，部分居民饮用的地下水中硬度高达约700mg/L，硝酸盐含量超过120mg/L，并在部分自备水井中发现三氯甲烷等有害有机污染物。由于上述原因，目前部分城市自来水及自备水井水不宜直接饮用。

发达国家如美国、日本、欧国各国都十分关注饮用水的安全，在不断提高饮用水水质标准的同时，采取强化常规处理、实施深度处理、加强管网改造与管理等种种措施确保饮用水安全。目前，大部分发达国家的自来水均能直接饮用。

随着我国经济实力与人民生活水平的提高，大众对于饮用水的优质与安全性的要求越来越高。为了满足优质的饮用水供给，确保可直接饮用，许多地方采取对管网自来水进行深度加工的方法来确保饮用水的安全。但是，多数情况下，深度处理主要依靠纳滤过滤的方式进行。纳滤是一种将水中绝大多数无机成分予以去除的高分子膜过滤技术，在将水中有害有机物质去除的同时也去除了对人体无害、甚至有益的微量无机元素，而且，处理成本高，水回收率低(一般为60％—75％，也就是说25％—40％的水被浪费掉)。因此，需要一种在处理过程既能够有效去除水中的有毒有害污染物质，又可保留对人体有益的微量元素的新型水处理系统。

发明内容：

本发明的目的之一在于克服上述的水处理方法和设备无法满足在去除水中有机微污染和超标无机离子的同时，又能保留微量元素的缺陷；

本发明的目的之二在于提供一种处理对象是自来水，其中含有微量的有机物(如农药、塑料添加剂、消毒副产物等)，特别是经长距离输配造成氯化消毒副产物含量增加，以及高层建筑物使用的二次水箱被细菌污染，采用以纳滤和活性炭处理为主，采取在线消毒方式对目前的自来水进行深度处理，以去除城市管网自来水中的有毒有害污染物质，特别是去除有机微污染和超标无机离子，同时又可保留对人体有益的微量元素，并达到饮用水直接饮用标准的净化方法。

本发明的目的之三在于提供一种安全饮用水净化工艺使用的集成设备，实现处理过程的自动化控制的，安全可靠的安全饮用水净化系统。

1.本发明的目的是这样实现的：本发明提供的安全饮用水的净化方法，包括以下步骤：

1)首先将城市管网自来水或高楼储水箱的水，经水泵泵入超滤或微滤过滤单元，在超滤或微滤单元中除掉水中的非溶解物质；

2)将通过步骤1)过滤得到的水分成两路，一路水进行纳滤处理，其中纳滤单元操作压力为0.3—2.0MPa，经纳滤膜过滤除掉水中大部分离子和有机物质；另外一路水用活性炭进行吸附处理，在把水中有害有机物质去除的同时，保留了部分对人体有益的无机微量元素；再利用臭氧氧化处理单元进行消毒；

3)然后把步骤2)中经过两路处理后得到的水混合后，再输送到储水箱并至少停留20分钟，再经在线消毒单元进行在线消毒；得到入户管道内的饮用水始终符合直接饮用标准的水。

在上述步骤2)中，还包括在另外另一路水用活性炭进行吸附处理之前，先经过臭氧氧化消毒单元氧化处理，其臭氧投加量为0.5-2.5mg/L；这样在原水质较差的情况下，可以强化污染物的去除效果，延长活性炭寿命。

所述的在线消毒包括：包括在线紫外消毒、在线臭氧消毒和在线碘消毒。

在上述步骤3)中，所述的在线紫外消毒水力停留时间为5—30s。

在上述步骤3)中，所述的在线臭氧消毒臭氧消耗量为0.1—1mg/L。

在上述步骤3)中，所述的在线碘消毒水力停留时间为1—20min。

本发明提供的安全饮用水的净化系统，包括：超滤或微滤过滤单元1、纳滤过滤单元2和在线消毒单元3；其特征在于，还包括活性炭吸附处理单元4、臭氧氧化消毒单元12和一由储水箱5，通过第五输水管11依次与所述的在线消毒单元3和入户管道6连通，该储水箱5通过另一根管道再与入户管道6连通组成独立循环单元13，入户管道6的末端输出优质直饮水；其中所述的超滤或微滤过滤单元1通过一个三通，该三通的一端通过第一输水管7与所述的纳滤过滤单元2连通；第二输水管8依次与所述的活性炭吸附处理单元4和所述的臭氧氧化消毒单元12连通；所述的纳滤过滤单元2与所述的臭氧氧化消毒单元12通过第三输水管9连通，在所述的第三输水管9上设置一出口，该出口再通过第四输水管10与所述的独立循环单元13中的所述的储水箱5连通。

还包括在输水管中间设置水泵。

所述的在线消毒单元3包括：在线紫外消毒单元、在线臭氧消毒单元和在线碘消毒单元。

自来水经超滤或微滤过滤后，可以将水中的细菌全部拦截。在纳滤处理单元和活性炭吸附单元中，利用纳滤的安全过滤性、活性炭对水中有机物的强吸附性，在去除水中的微污染有机物的同时，保留了水中的有益微量元素，并可以避免单独使用纳滤时水浪费大的缺陷，这是本发明具有的创造性。根据不同的进水水质和出水要求，纳滤和活性炭吸附单元的出水流量比例可以根据实际情况(如有机物、硬度、含盐量高低等)进行调整(一般调整比例为纳滤处理/活性炭吸附由30％/70％—70％/30％)。同时，对于管网自来水有机物含量较高的原水，可以在活性炭单元前增设一个臭氧氧化消毒单元，以在提高有机污染物去除率的同时延长活性炭寿命。这是本发明具有的第二点创造性。在线消毒方式不限紫外消毒方式，还包括臭氧消毒以及碘消毒等。

本发明的优点：(1)利用超滤或微滤对细菌的拦截特性，可以有效去除城市管网自来水，因长距离输送及高位水箱长时间保存造成的二次微生物及金属腐蚀污染；(2)由于纳滤膜可以将水中的大部分离子去除，本发明中的纳滤与活性炭吸附单元并用的方法可以在保证去除有毒有害污染物的同时，保留对人体有益的元素，并在一定程度上改善饮用水的口感。(3)本发明还根据不同的来水水质，灵活调整纳滤与活性炭吸附单元并用时的出水流量比例，达到良好的性能价格比。(4)本发明可以显著降低设备投资和运行成本，并提高水的利用率。

总之，本发明是超滤或微滤过滤、纳滤+臭氧氧化处理\活性炭吸附和在线消毒循环供水的集成技术，不仅解决了自来水无法直接饮用的问题，能够以较低的处理成本，获取无污染、有益健康、口感优美、水质稳定的直接饮用水，同时还能够满足人民大众的饮水需求，提高生活品质。

附图说明

图1是本发明的安全饮用水的净化系统组成图

图2是本发明的安全饮用水的净化流程图

图面说明

超滤或微滤过滤单元-1；       纳滤过滤单元-2；       在线消毒单元-3；

活性炭吸附处理单元-4；       储水箱-5、             入户管道-6；

输水管-7；                   输水管-8；             输水管-9；

输水管-10；                  输水管-11；            臭氧氧化消毒单元12；

独立循环单元-13              输水管-14

具体实施方式

参照图1，制作一本发明的安全饮用水的净化系统，包括：一由储水箱5、在线消毒单元3与入户管道6连通的独立循环单元；一超滤或微滤过滤单元1采用中国科学院生态环境研究中心自行开发研制的超滤设备CL—3，微滤设备MF-2；一纳滤过滤单元2采用中国科学院生态环境研究中心自行开发研制的纳滤设备NL—1(以上设备均在市场上可以买到)；一在线消毒单元3采用天津隆生环保设备制造厂生产的ZY—1型消毒设备；一活性炭处理单元4采用天津隆生环保设备制造厂生产的GF—1型消毒设备；一臭氧氧化消毒单元12采用天津隆生环保设备制造厂生产的XQ—1型设备。一在线消毒单元3采用天津隆生环保设备制造厂生产的ZY—1型消毒设备；一活性炭处理单元4采用天津隆生环保设备制造厂生产的GF—1型消毒设备；一臭氧氧化消毒单元12采用天津隆生环保设备制造厂生产的XQ—1型设备。将超滤或微滤过滤单元1上安装的三通一输出口通过输水管7与纳滤过滤单元2连通；三通的另一输出口通过输水管8与活性炭吸附处理单元4、臭氧氧化消毒单元12顺序连通，臭氧氧化消毒单元12由一输水管14穿越，在该输水管14上设置一开关。纳滤过滤单元2与臭氧氧化消毒单元12通过输水管9连通，在该输水管9上设置一出口，该出口连通一根输水管10，并与储水箱5连通；储水箱5通过输水管11与在线消毒单元3和入户管道6连通；并且储水箱5通过输水管与入户管道6连通构成独立循环单元13。

本实施例的净化水的方法如下：

为了使城市管网自来水经过处理后达到优质、安全的饮用水平，本实施例选取北京市某城区管网自来水作为处理对象进行大量的实验研究。本实施例的净化水的方法是在上述实施例的系统上，按图2的流程进行，其具体步骤如下：

1)管网自来水经离心泵泵入超滤或微滤过滤单元，其操作压力0.1MPa，在超滤单元中去除掉水中的非离子物质(如胶体和细菌等)；

2)将通过步骤1)超滤得到的水，通过三通分别进入纳滤处理单元和臭氧—活性炭氧化吸附单元分成两路，总流量为100L/h；一路水进行纳滤处理工艺，其中纳滤单元操作压力为0.3—2.0MPa，正常运行时为1.0-1.3Mpa，其中纳滤处理单元进水流量为50L/h，回收率设为75％；另外一路水用活性炭工艺进行处理，进水流量为50L/h，空塔速度为5m/h，吸附处理后，与纳滤出水混合，然后采用臭氧消毒工艺进行消毒，用于消毒的臭氧投加量为0.5mg/L，在把水中的有毒有害物质去除的同时，保留了对人体有益的微量元素；纳滤单元和活性炭单元处理出水在储水箱最小停留时间为20min，然后进入在线消毒单元进行消毒处理。在线消毒单元分别使用紫外消毒、臭氧消毒和碘消毒来评价消毒处理效果。其中，紫外消毒水力停留时间7s，臭氧消毒臭氧消耗量0.2mg/L，碘消毒水力停留时间为7min。消毒处理出水进入100m长的模拟入户管道，检测入户管道出水口出水水质。整个处理过程水力停留时间(HRT)为30～60min，试验结果如表1。

表1                                             单位mg/L

由表1可知，自来水经本实施例方法处理后，水质完全符合国家及WHO饮用水标准。

Claims (7)

1.一种安全饮用水的净化方法，包括以下步骤：

1)首先将城市管网自来水或高楼储水箱的水，经水泵泵入超滤或微滤过滤单元，在超滤或微滤单元中除掉水中的非溶解物质；

2)将通过步骤1)过滤得到的水分成两路，一路水进行纳滤处理，其中纳滤单元操作压力为0.3—2.0MPa，经纳滤膜过滤除掉水中大部分离子和有机物质；另外一路水用活性炭进行吸附处理，在把水中有害有机物质去除的同时，保留了部分对人体有益的无机微量元素；再利用臭氧氧化处理单元进行消毒；

3)然后把步骤2)中经过两路处理后得到的水混合后，再输送到储水箱并至少停留20分钟，再经在线消毒单元进行在线消毒；得到入户管道内的饮用水始终符合直接饮用标准的水。

2.按权利要求1所述的安全饮用水的净化方法，其特征在于，所述的在线消毒处理分别使用在线紫外消毒、臭氧消毒或碘消毒。

3.按权利要求2所述的安全饮用水的净化方法，其特征在于，所述的在线紫外消毒水力停留时间为5—30s。

4.按权利要求2所述的安全饮用水的净化方法，其特征在于，所述的在线臭氧消毒臭氧投加量为0.2mg/L。

5.按权利要求2所述的安全饮用水的净化方法，其特征在于，所述的在线碘消毒水力停留时间为1-20min。

6.一种实施权利要求1所述的安全饮用水的净化方法的净化系统，包括：超滤或微滤过滤单元(1)、纳滤过滤单元(2)和在线消毒单元(3)；其特征在于，还包括活性炭吸附处理单元(4)、臭氧氧化消毒单元(12)，和一由储水箱(5)通过第五输水管(11)依次与所述的在线消毒单元(3)和入户管道(6)连通，该储水箱(5)通过另一根管道再与入户管道(6)连通组成独立循环单元(13)，入户管道(6)的末端输出优质直饮水；其中所述的超滤或微滤过滤单元(1)连通一个三通，该三通的一端通过第一输水管(7)与所述的纳滤过滤单元(2)连通；第二输水管(8)依次与所述的活性炭吸附处理单元(4)和所述的臭氧氧化消毒单元(12)连通；所述的纳滤过滤单元(2)与所述的臭氧氧化消毒单元(12)通过第三输水管(9)连通，在所述的第三输水管(9)上设置一出口，该出口再通过第四输水管(10)与所述的独立循环单元(13)中的所述的储水箱(5)连通。

7.按权利要求6所述的安全饮用水的净化方法的净化系统，其特征在于，所述的在线消毒单元(3)包括：在线紫外消毒单元、在线臭氧消毒单元或在线碘消毒单元。

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