CN102060393A - 一种微污染及突发污染物水源水的处理方法与设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微污染及突发污染物水源水的处理方法，其特征在于：将粉末活性炭(PAC)投加于水厂常规工艺砂滤出水管路的管式混合器中，然后将含炭水进行超滤(UF)过滤，超滤膜产水经消毒后进入清水池。本发明还公开所述微污染及突发污染物水源水的处理设备。本发明方法可以去除原水中微污染物及其它突发污染有害物质，保证饮用水的安全性，并进一步提高水的口感；同时PAC在UF膜上形成滤饼层以增加膜的产水量，减缓膜污染进程，提高系统运行的可靠性及稳定性。

Description

一种微污染及突发污染物水源水的处理方法与设备

技术领域

本发明涉及一种水源水微污染及突发污染物的处理方法与设备，属于微污染水深度处理及水源突发污染应急处理技术领域。

背景技术

天然地表水是我国重要的饮用水水源。但随着人类工业生产和生活活动的发展，大量的工业废水、生活污水未经有效处理排入水体，造成水源污染。传统常规工艺(混凝、沉淀、过滤和消毒)对水体中天然有机物(NOM)的去除效果不佳，去除率只有10％～50％，对水体中微量有机污染物及突发污染物没有明显的去除效果。

水厂常规工艺处理微污染及突发污染水源水时，难以对水体中超标的溶解性有机物及其它有毒有害污染物质实现有效去除。为了应对水源的微污染及突发污染，目前国内研究比较多的是臭氧-生物活性炭(O₃-BAC)工艺。研究结果表明：O₃-BAC工艺对COD_Mn去除率仅为15～25％，出水的难生物降解有机物(AOC)几乎不能去除，出水夹带的活性炭微粒上带有大量的细菌，即使经消毒也无彻底的杀菌效果。另外，其建设成本较高，运行技术复杂，因而该工艺存在明显的缺陷，有必要进行水的深度处理新技术研究与开发，为微污染及突发污染水的深度处理提供可靠的可选工艺。

超滤(UF)是一种发展迅速，并在工农业生产多领域获得应用的新技术，在饮用水处理方面的主要应用特点为：(1)当原水质较好，浊度较低时，可直接过滤以代替砂滤工艺；(2)在常规工艺后增加UF膜，以进一步降低多种污染物质及常规指标，提高饮用水的安全性和品质；(3)UF对低分子溶解性有机物的去除效果不明显。目前国内已见不少活性炭及超滤技术对水的深度处理的单项研究成果，但多数停留在小型试验或纯净水生产方面，未见生产应用方面的报道。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对水厂常规工艺处理微污染水源水及应对突发污染事件时，难以对水体中超标的溶解性有机物(DOC)及其它有毒有害污染物质实现有效去除的缺点，提供一种补充或应急的处理方法与设备，以达到去除水体中溶解性有机物(如CODmn、UV₂₅₄、DOC等)及突发性有毒有害污染物质(如苯酚类、农药类、石油类及藻毒素等)的目的，满足城市给水处理厂安全卫生供水的要求。

本发明的另一目的在于提供这种微污染及突发污染水源水的处理设备。

技术方案：本发明所述的一种微污染及突发污染水源水的处理方法为：在水厂常规工艺无法处理水体中微污染及突发污染物时，将PAC投加于水厂常规工艺砂滤出水管路的管式混合器中进行预吸附，利用PAC的吸附能力，将水中污染物质从液相转移到固相；然后将含有PAC的原水打入UF膜中进行超滤过滤，利用其筛滤作用截留PAC，UF膜产水经消毒后进入清水池。PAC-UF组合工艺系统的水力流态：在PAC吸附阶段为完全混合式(CSTR)，而PAC-UF整体上为推流式(PE)。

膜运行的每一周期，需要通过DOC膜设定的正冲洗-反冲洗-二次正冲洗作用将附着于膜上的PAC等物质冲洗出超滤膜系统，从而达到去除水源水中污染物质的目的。因而，过滤周期结束，UF膜将原水作为膜正冲洗用水，将产水作为反冲洗用水。清洗后失效的PAC会随冲洗水流出膜系统，装置进入下一个运行周期。

PAC投加采用干式投加法，将PAC通过喷射器直接投加到管式混合器中的，形成完全混合式CSTR流态，完成吸附反应。

所述膜为内压式运行，过滤方式为死端过滤，膜表面的截留孔径远远大于PAC平均颗粒粒径，超滤膜对污染物截留效果好，出水水质达到国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)；PAC在膜表面形成的滤饼层具有良好的助滤作用，膜的水通量有所提高。

本发明所述的一种处理微污染水的设备，包括砂滤池、清水泵、管式混合器、超滤器、原水泵和清水池，在所述砂滤池与所述管式混合器之间设置有PAC投加装置，将PAC投放入管式混合器中；所述原水泵之后设置有筛滤UF截留系统，完成颗粒污染物的截留分离。

所述PAC投加装置为与管式混合器相连的喷射器，所述喷射器上设置有PAC的加料口，加料量由PLC根据进水量进行控制。在PAC吸附阶段，通过水泵将砂滤出水打入管式混合器前端，PAC投加量及吸附反应时间由系统进水水质水量确定；UF完成颗粒污染物的截留分离。

UF膜的预处理及保护装置，为防止粒径颗粒大于100um的颗粒物进入超滤膜，从而将膜表面划破损坏，所述UF截留筛滤系统之前设置有碟片过滤器。

所述UF截留筛滤系统与所述清水池之间还设置有反洗泵。装置采用PLC系统控制自动运行，每一周期按正冲洗-反冲洗-二次正冲洗-过滤方式循环运行，运行时间、冲洗周期、运行膜通量、工作压力等参数根据具体水质情况确定。

所述UF截留筛滤系统的进水口、出水口和上排污口都设置有流量计，与PLC信号连接。

所述UF截留筛滤系统的进水口、出水口、上排污口和下排污口都设置有蝶阀，通过PLC控制。

有益效果：本发明与现有技术相比，其有益效果是：1、本发明方法可以去除原水中微污染物及其他有害物质，保证饮用水的安全性，并进一步提高水的口感；同时PAC在UF膜上形成滤饼层以增加膜的产水量，减缓膜污染进程，提高系统运行的可靠性及稳定性；2、本发明方法利用了PAC具有发达的微孔结构和巨大的比表面积的吸附功能和UF膜的微孔对细颗粒物的高效截留功能，相比于传统给水深度处理工艺，在去除低分子物质效率上有很大的提升；PAC-UF组合工艺应用于饮用水深度处理，可以从水中去除溶解性有机物(CODmn、UV₂₅₄、DOC等)、苯酚类、农药类、石油类、藻毒素、细菌等多种污染物质；3、本发明UF膜单体拆卸安装简单，机动性高。系统具有启动运行速度快、设备运行自动化程度高、操作管理简单及运行成本低等特点；4、本发明PAC-UF组合工艺中PAC投加有助于膜通量的提高，应对水源水突发污染事件具有更大优势，并无二次污染产生。

附图说明

图1为本发明微污染水处理实验流程示意图；图中，1、管式混合器；2、超滤膜单体；3、UF出水；4、浓水及正冲出水；5、反冲出水。

图2为本发明实施例中装置的示意图；图2中主要组件有：1.水泵P101和水泵P102；2.碟片过滤器F101，直径为150mm，高度为450mm，其为超滤膜的预处理及保护装置，防止粒径颗粒大于100um的颗粒物进入超滤膜，从而将膜表面划破损坏；3.空气压缩机CMP101，为PLC控制的气动阀门提供动力；5.UF膜单件：型号为LH3-1060-V；6.转子流量计，共进水、产水和浓水三个流量计，记录流量并将数据传输给PLC进行处理；5.管式混合器：GHX-1500。

图3为干式PAC投加系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过一个最佳实施例，对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

如图2所示，一种处理微污染水及突发污染的设备，包括砂滤池、清水泵、管式混合器、超滤器、原水泵和清水池，在所述砂滤池与所述管式混合器之间设置有PAC投加装置，将PAC投放入管式混合器中；所述原水泵之后设置有UF筛滤截留系统，完成颗粒污染物的截留分离；所述PAC投加装置为与管式混合器相连的喷射器，所述喷射器上设置有PAC的加料口，加料量由PLC根据进水量进行控制；所述筛滤UF截留系统之前设置有碟片过滤器。

所述UF筛滤截留系统与所述清水池之间还设置有反洗泵；装置采用PLC系统控制自动运行，每一周期按正冲洗-反冲洗-二次正冲洗-过滤方式循环运行，运行时间、冲洗周期、运行膜通量、工作压力等参数根据具体水质情况确定。过滤周期结束，UF膜将原水作为膜正冲洗用水，将产水作为反冲洗用水。清洗后失效的PAC会随冲洗水流出膜系统，装置进入下一个运行周期。

所述UF截留筛滤系统的进水口、出水口和排污口都设置有流量计，与PLC信号连接。所述截留UF筛滤系统的进水口、出水口、上、下排污口都设置有蝶阀，通过PLC控制。

本发明方法应用于微污染水深度处理及水源突发污染处理领域，去除水源水中本体溶解性有机物和突发污染物质，所设计的PAC-UF组合工艺为一体式，工艺装置为PLC自动周期运行，相关工艺参数如下：

(1)PAC-UF组合工艺处理常规工艺砂滤出水时，CODmn去除率与PAC投加量成正相关。当PAC投加量为20mg/L～30mg/时，CODmn去除率≥38％～45％。

(2)DOC的去除率近似与PAC的投加量成线性关系。当PAC投加量为20～30mg/L时，去除率≥40％。

(3)UV₂₅₄去除率与PAC的投加量成正相关。在本发明PAC的投加范围内，UV₂₅₄去除率与PAC的投加量近似成正比增加，去除率≥15％。

(4)PAC-UF组合工艺去除苯酚类物质时，苯酚去除效果与PAC投加量成线性关系。当PAC投加量为100mg/L时，PAC-UF组合工艺所能处理的最大苯酚质量浓度为0.06mg/L(超标29倍)，苯酚去除率≥94.0％，出水浓度＜0.002mg/L，符合国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)。

(5)PAC-UF组合工艺去除低分子有机物突发污染时具有优势，吡虫啉、马拉硫磷等低分子农药类物质在超标4～5倍，PAC投加量60mg/L左右时，出水浓度符合国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)。

(6)PAC-UF组合工艺去除超标藻毒素原水时，藻毒素去除效果与PAC投加量成正相关。当处理藻毒浓度为5ug/L(超标5倍)，PAC投加量为30mg/L时，出水藻毒素≤0.48ug/L(去除率≥90％)，符合国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定的要求(1ug/L)。

(7)采用PAC-UF组合工艺去除原水石油类污染物，原水浓度为0.25～0.40mg/L(超标5～8倍)，PAC最大投加量控制在40mg/L左右时，石油类去除率≥90％，出水石油类浓度≤0.044mg/L，符合国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定的0.05mg/L。

(8)PAC-UF组合工艺出水细菌总数指标稳定低于10CFU/mL，远低于国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定的100CFU/mL。总大肠菌群和粪大肠菌群指标未检出。

(9)PAC-UF组合工艺中，当PAC投加量＜40mg/L时，PAC的投加能提高UF的膜通量，并减缓膜污染过程。

利用处理微污染水的设备处理微污染水的具体流程如下：

一、PAC吸附

PAC投加方式：管式混合器前直接投加；

吸附时间：根据进水水质由工艺参数确定。

二、UF膜过滤

开启水泵：原水泵；

阀门启闭：开启产水阀；

持续时间：根据水质具体确定；

过滤方式：死端过滤；

膜通量：根据水质具体确定；

过程描述：原水箱中的待滤水通过原水泵增压进入膜组件，水从膜丝内侧透过UF膜壁，汇集于膜组件中净水侧，通过与膜组件产水口连接的产水管输送到产水箱。

三、冲洗

冲洗顺序为：正冲-上反冲-下反冲-二次正冲。

a.正冲

开启设备：原水泵；

阀门启闭：开启正冲阀、上排污阀；

持续时间：10-20s；

过程描述：原水从膜组件底部进入，在膜丝内侧冲刷膜壁，将膜丝内侧污染物由膜组件上端排污口排出。

b.上反冲

开启设备：反洗泵；

阀门启闭：开启反洗阀、上排污阀；

持续时间：10-30s；

过程描述：反洗即为过滤的逆过程，滤后水通过反洗泵，由膜组件净水侧反向透过UF膜壁，将膜孔内污染物带出，通过膜组件上端排污口排出。

c.下反冲

开启设备：反洗泵；

阀门启闭：开启反洗阀、下排污阀；

持续时间：10-30s；

过程描述：滤后水通过反洗泵，由膜组件净水侧反向透过UF膜壁，将膜孔内污染物带出，通过膜组件下端排污口排出。

d.二次正冲

开启设备：原水泵；

阀门启闭：开启正冲阀、上排污阀；

持续时间：10-20s；

过程描述：原水从膜组件底部进入，在膜丝内侧冲刷膜壁，将膜丝内侧污染物由膜组件上端排污口排出。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (10)

1.一种水源水微污染及突发污染物的处理方法，其特征在于：将粉末活性炭(PAC)投加于水厂常规工艺砂滤出水管路的管式混合器中，然后将含炭水进行超滤(UF)过滤，超滤膜产水经消毒后进入清水池。

2.根据权利要求1所述的微污染及突发污染水源水的处理方法，其特征在于：过滤周期结束，利用砂滤出水正冲洗和膜产水反冲洗，将附着于膜表面的PAC及其他杂质随冲洗水带出膜系统。

3.根据权利要求1所述的微污染及突发污染水源水的处理方法，其特征在于：所述PAC是通过喷射器直接投加到管式混合器中的，形成完全混合式流态完成吸附反应。

4.根据权利要求1所述的微污染及突发污染水源水的处理方法，其特征在于：所述UF膜为内压式运行，过滤方式为死端过滤，膜表面的截留孔径远远大于PAC平均颗粒粒径。

5.一种处理微污染及突发污染水源水的设备，包括砂滤池、清水泵、管式混合器、超滤器、原水泵和清水池，其特征在于：在所述砂滤池与管式混合器之间设置有PAC投加装置，将PAC投入管式混合器中；所述原水泵之后设置有超滤筛滤截留系统，完成颗粒污染物的截留分离。

6.根据权利要求5所述的处理微污染及突发污染水源水的设备，其特征在于：所述PAC投加装置为与管式混合器相连的喷射器，所述喷射器上设置有PAC的加料口，加料量由PLC根据进水量进行控制。

7.根据权利要求5所述的处理微污染及突发污染水源水的设备，其特征在于：所述筛UF滤截留系统之前设置有碟片过滤器。

8.根据权利要求5所述的处理微污染及突发污染水源水的设备，其特征在于：所述UF筛滤截留系统与所述清水池之间还设置有反洗泵。

9.根据权利要求5所述的处理微污染及突发污染水源水的设备，其特征在于：所述筛UF滤截留系统的进水口、出水口和上排污口都设置有流量计，与PLC信号连接。

10.根据权利要求5所述的处理微污染及突发污染水源水的设备，其特征在于：所述筛滤UF截留系统的进水口、出水口、上排污口和下排污口都设置有蝶阀，通过PLC控制。

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