CN102107965A - 一种铁、锰超标水源水的应急预处理系统及其处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁、锰超标水源水的应急预处理系统及其处理方法，属于水源水处理领域。系统包括入水管相连接的氢氧化钙溶液配制槽，混合反应区与固液分离区相通，固液分离区与树脂再生槽和出水管相连接。它是将氢氧化钙溶液投加到入水管混凝反应，混凝出水经斜管沉淀池的沉淀处理后，出水进入集离子交换、固液分离和再生为一体的复式反应器，去除剩余锰离子和钙离子，出水中的磁性阳离子交换树脂通过磁力传送带实现树脂与水的分离，出水常规处理，而磁性阳离子交换树脂在再生槽中经稀盐酸溶液再生后重新回到混合反应区。本发明操作简便，可快速使得水中铁锰离子浓度可以达到饮用水源水的水质标准。运行稳定，可以充分利用水厂原有净水设备。
Description
技术领域
本发明涉及水源水的应急预处理设备及方法，更具体的说是一种铁、锰超标水源水的应急预处理系统及其处理方法。
背景技术
水中铁、锰离子超标不仅会导致水体色度发生改变，硬度增加，人饮用铁锰超标的水源水会导致腹泻和消化道疾病，国家环境保护总局发布《地表水》环境质量标准中明确规定饮用水源水中铁离子浓度要低于0.5mg/L，锰离子浓度低于0.1mg/L。导致水体中铁、锰离子超标的原因主要如下：1）铁、锰是土壤和底泥中常见的重金属离子，部分地区土壤、底泥中铁、锰含量很高，容易在一定条件下释放出来。如2009年8月，苏北地区多条河流底泥和水样中铁锰含量出现季节性超标，就是底泥中铁、锰在夏季特定气候条件下释放导致水源水铁锰超标所致； 2）采矿行业、不锈钢制造和酸洗行业在生产过程中排放的废渣、废水中也含有大量铁、锰离子，如果处理不当进入到环境中也会导致水中铁锰浓度升高，带来严重的环境问题。 如2010年2月发生在徐州旗山矿的突水事故导致的水源水铁、锰污染事故。都给周边的群众生活和生产带来很大的影响，特别是对饮用水的安全造成了巨大的威胁。
目前对水中铁、锰离子去除的方法主要有膜滤法、化学沉淀法、电化学法和天然矿物吸附剂吸附法，这些方法在应用过程中存在以下问题：1）膜滤法对有机和无机污染物都有很好的去除效果，但膜污染的难题至今尚未有效解决，且膜滤发运行费用较高，不利用于大型水厂大规模的推广应用；2）化学沉淀法对高浓度重金属离子有较好的去除效果，但不适用于低浓度重金属离子的去除；3）电化学法则存在着操作复杂，能耗大的缺陷；4）虽然有自来水厂前期用锰砂等矿物吸附剂过滤、吸附去除水中的铁、锰离子，但是在研究和实际应用过程中却发现锰砂过滤法存在着对铁、锰离子吸附容量低、吸附速率慢和不易再生的不足，特别是在处理季节性污染水源水的过程中，锰砂滤料容易被水中的有机质和某些悬浮物堵塞，极大的影响过滤性能。
发明内容
1、发明要解决的技术问题
针对上述不足，本发明提供了一种铁、锰超标水源水的应急预处理系统及其处理方法，可以去除大部分铁离子和部分锰离子，以集离子交换、固液分离与树脂再生为一体的处理系统去除剩余锰离子，实现水源水中不同浓度范围铁、锰离子的快速去除。
2、技术方案
一种铁、锰超标水源水的应急预处理系统，包括入水管、出水管、斜管沉淀池和混合反应区，还包括与入水管相连接的氢氧化钙溶液配制槽，混合反应区与固液分离区相通，固液分离区与树脂再生槽和出水管相连接。
固液分离区与树脂再生槽通过相通。混合反应区中有磁性阳离子交换树脂，磁性阳离子交换树脂是南京大学自主研发的MD-213（专利申请号201010500161.9，南京大学申请）。磁力传送带为磁力履带式传送装置，顶端带有橡胶刮片。一个矩形反应槽中用隔板分隔成3个区域：（1）前端为混合反应区，内置搅拌器和磁性阳离子交换树脂；（2）中端为固液分离区，上方装有磁性履带输送装置；（3）后端为树脂再生槽。
一种铁、锰超标水源水的应急预处理方法，其步骤为：
步骤1，混凝去除铁、锰离子：室温下，配制氢氧化钙溶液，根据源水中实际铁、锰浓度，从自来水厂取水管加入氢氧化钙溶液使得混凝出水pH值控制在中性，通过水流在取水管道中充分搅拌、混凝反应后，进入斜管沉淀池；
步骤2，磁性阳离子交换树脂吸附去除剩余锰离子：步骤1出水进入混合反应区，反应区内置搅拌器，装有磁性阳离子交换树脂，V反应区:V磁性阳离子交换树脂=100～200:1:1,采用连续进水/连续出水的运行模式；
步骤3，出水与磁性阳离子交换树脂的分离：步骤2中出水携带着部分磁性阳离子交换树脂进入固液分离区，磁性阳离子交换树脂受磁力履带的磁力吸引作用传送至树脂再生槽上方，由橡胶刮片刮入树脂再生槽，出水经出水管进入后续处理设备；
步骤4，磁性阳离子交换树脂再生：步骤3中分离的磁性阳离子交换树脂在树脂再生槽中用稀盐酸溶液再生，再生槽中内置搅拌器，间歇式搅拌，沉降在再生槽底部的磁性阴离子交换树脂再输送至混合反应区中。
树脂再生槽中产生的磁性阳离子交换树脂脱附液用纳滤膜处理，纳滤浓缩液减压蒸馏，纳滤出水用于配制再生液。步骤1中斜管沉淀池中的斜管为聚丙烯材质，与底端成45度夹角。步骤2中的树脂是磁性聚丙烯酸系阳离子交换树脂MD213。
3、有益效果
本发明与现有技术相比，本发明具有以下优越之处：1）高效去除不同浓度范围的铁、锰离子，可以适用于突发污染事故造成的高浓度铁、锰离子超标的应急预处理，也可以适用于土壤、底泥铁锰背景值高导致低浓度铁、锰离子超标的常规预处理；2）采用集离子交换、固液分离和树脂再生于一体的复式反应器，处理速率快，流程简单；3）可充分利用水厂取水管道和原有设备，投资少，运行费用低。
本发明的进一步改进还具有如下效果：4）利用水源取水口至水厂间的取水管道作为混凝反应器，节省了常规混凝反应所需的混凝反应池，减少了设备投资和占地面积。5）该系统的核心装置是集离子交换、固液分离和树脂再生为一体的复式反应器，即在一个矩形反应槽中用隔板分隔成3个区域。
附图说明
图1为本发明应急预处理系统的结构示意图；
图2为本发明应急预处理方法的工艺流程图。
具体实施方式
以下通过具体实例进一步说明本发明
实施例1
铁、锰超标水源水的应急预处理系统，包括水源水入水管1、出水管9、斜管沉淀池3和混合反应区4，斜管为聚丙烯材质，与底端成45度夹角；还包括与入水管9相连接的氢氧化钙溶液配制槽2，混合反应区4与固液分离区5相通，固液分离区5与树脂再生槽8和出水管9相连接。固液分离区5与树脂再生槽8通过磁力传送带6相通，混合反应区4中有磁性阳离子交换树脂磁性聚丙烯酸系阳离子交换树脂MD213。磁力传送带为磁力履带式传送装置，顶端带有橡胶刮片7。反应器是集混合反应区和固液分离区和磁性树脂再生区为一体的复式反应器（V混合反应区：V固液分离区：V再生区=6：3：1），该反应器为矩形水槽，采用钢衬聚丙烯材质，吸附运行模式是连续出水/连续进水模式。
一种铁、锰超标水源水的应急预处置方法的步骤：
步骤1. 混凝去除铁、锰离子：室温下，配制氢氧化钙溶液，根据源水中实际铁、锰浓度，从自来水厂取水管加入适量氢氧化钙溶液（混凝出水pH值控制在7左右），氢氧化钙溶液投加方式为直接在水源取水管前端约50-100米处投加。通过水流在取水管道中充分搅拌、混凝反应后，进入斜管沉淀池；
步骤2. 磁性阳离子交换树脂吸附去除剩余锰离子：步骤1出水进入复式反应器前端的混合反应区，反应区内置搅拌器（120r/min），装有磁性阳离子交换树脂，V反应区:V磁性阳离子交换树脂=100～200:1:1,采用连续进水/连续出水的运行模式；
步骤3.出水与磁性阳离子交换树脂的分离：步骤2中出水携带着部分磁性阳离子交换树脂进入复式反应器中部的固液分离区，磁性阳离子交换树脂受磁力履带的磁力吸引作用传送至后端的再生区（树脂再生槽8）上方，由橡胶刮片刮入再生区，出水经出水管进入后续处理设备；
步骤4.磁性阳离子交换树脂再生：步骤3中分离的磁性阳离子交换树脂在复式反应器的再生区中用体积为2.5个V磁性树脂重量百分比浓度为3%的稀盐酸溶液再生，再生区内置搅拌器（120r/min），间歇式搅拌（搅拌20分钟，静止10分钟），沉降在再生区底部的磁性阴离子交换树脂经蠕动泵输送至混合反应区中。
步骤5.磁性阳离子交换树脂脱附液处置：磁性阳离子交换树脂脱附液经纳滤膜（压力40Ba），纳滤浓缩液减压蒸馏，纳滤出水用于配制再生液。
磁性阳离子交换树脂的脱附液用纳滤膜分离，纳滤浓缩液用减压蒸馏得到重金属盐，纳滤出水用于配制HCl溶液。
实施例2
系统基本结构和处理工艺基本步骤同实施例1，具体为：
1.1 按照1：5000（体积比）的比例将饱和氢氧化钙溶液从取水管前端加入到水源水中（流速0.1m/s），在水管中混合反应后进入斜管沉淀池；
1.2 出水进入复式反应器的混合反应区，反应区内有50ml磁性阳离子交换树脂MD213，内置搅拌器搅拌速率为120r/min；间歇式出水，出水中铁离子浓度为0.24mg/L，锰离子浓度为0.07mg/L；
1.3 磁力履带以1cm/s的速率将磁性树脂输送至再生区中，用3%的HCl溶液对磁性阳离子交换树脂进行再生，以120r/min搅拌20min，静置10min后，沉降在再生区底部的磁性树脂经蠕动泵送回至复式反应器前端的混合反应区；
1.4 再生液进入纳滤系统，纳滤出水回流入再生液配制槽，纳滤浓缩液减压蒸馏。
实施例3
其它操作条件不变，但将步骤1.1的氢氧化钙溶液投加量调至1：6000，除铁离子升至0.32 mg/L、锰离子升至0.064 mg/L外，其它结果与实施例1相同。
实施例4
步骤同实施例1，但将步骤1.2中的脱附剂改为浓度为5% HCl溶液，其它操作条件不变，其实施结果与实施例1基本相同。
实施例5
步骤同实施例1，但磁性树脂用量改为60 ml，其它操作条件不变，吸附出水铁离子降至0.15 mg/L、锰离子降至0.004mg/L。
实施例6
步骤同实施例1，但进水中铁离子改为10 mg/L，锰离子改为2 mg/L，其它操作条件不变，吸附出水中铁离子降为0.06 mg/L、锰离子为0.005 mg/L。
Claims (9)
1.一种铁、锰超标水源水的应急预处理系统，包括入水管、出水管、斜管沉淀池和混合反应区，其特征在于还包括与入水管相连接的氢氧化钙溶液配制槽，混合反应区与固液分离区相通，固液分离区与树脂再生槽和出水管相连接。
2.根据权利要求2所述的铁、锰超标水源水的应急预处理系统，其特征在于固液分离区与树脂再生槽通过磁力传送带相接。
3.根据权利要求3所述的铁、锰超标水源水的应急预处理系统，其特征在于混合反应区中有磁性阳离子交换树脂。
4.根据权利要求3所述的铁、锰超标水源水的应急预处理系统，其特征在于磁力传送带为磁力履带式传送装置，顶端带有橡胶刮片。
5.根据权利要求4中所述的铁、锰超标水源水的应急预处理系统，其特征在于一个矩形反应槽中用隔板分隔成3个区域：（1）前端为混合反应区，内置搅拌器和磁性阳离子交换树脂；（2）中端为固液分离区，上方装有磁性履带输送装置；（3）后端为树脂再生槽。
6.一种铁、锰超标水源水的应急预处理方法，其步骤为：
步骤1，混凝去除铁、锰离子：室温下，配制氢氧化钙溶液，根据源水中实际铁、锰浓度，从自来水厂取水管加入氢氧化钙溶液使得混凝出水pH值控制在中性，通过水流在取水管道中充分搅拌、混凝反应后，进入斜管沉淀池；
步骤2，磁性阳离子交换树脂吸附去除剩余锰离子：步骤1出水进入混合反应区，反应区内置搅拌器，装有磁性阳离子交换树脂，V反应区:V磁性阳离子交换树脂 =100～200:1:1,采用连续进水/连续出水的运行模式；
步骤3，出水与磁性阳离子交换树脂的分离：步骤2中出水携带着部分磁性阳离子交换树脂进入固液分离区，磁性阳离子交换树脂受磁力履带的磁力吸引作用传送至树脂再生槽上方，由橡胶刮片刮入树脂再生槽，出水经出水管进入后续处理设备；
步骤4，磁性阳离子交换树脂再生：步骤3中分离的磁性阳离子交换树脂在树脂再生槽中用稀盐酸溶液再生，再生槽中内置搅拌器，间歇式搅拌，沉降在再生槽底部的磁性阴离子交换树脂再输送至混合反应区中。
7.根据权利要求5所述的一种铁、锰超标水源水的应急预处理方法，其特征在于树脂再生槽中产生的磁性阳离子交换树脂脱附液用纳滤膜处理，纳滤浓缩液减压蒸馏，纳滤出水用于配制再生液。
8.根据权利要求5或6所述的一种铁、锰超标水源水的应急预处理方法，其特征在于步骤1中斜管沉淀池中的斜管为聚丙烯材质，与底端成45度夹角。
9.根据权利要求5或6所述的一种铁、锰超标水源水的应急预处理方法，其特征在于步骤2中的树脂是磁性聚丙烯酸系阳离子交换树脂MD213。
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