CN103771645A

CN103771645A - 一种高效紧凑型耦合水处理装置及其处理方法

Info

Publication number: CN103771645A
Application number: CN201410034780.1A
Authority: CN
Inventors: 杨志宏; 范青如; 冯金荣; 梅从明; 秦爱冬; 贾伯林; 乔春光; 薛开泉; 陈莉; 达云祥; 施燕; 张勇
Original assignee: TAIPINGYANG WATER TREATMENT ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: TAIPINGYANG WATER TREATMENT ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2014-01-24
Filing date: 2014-01-24
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2034-01-24
Also published as: CN103771645B

Abstract

本发明公开了一种高效紧凑型耦合水处理装置，主要由进水管道、污泥池、重介质混凝反应池、重介质回收装置、污泥管、快速沉淀池、磁性离子交换树脂反应池、NaCl废溶液储槽、树脂再生反应器、NaCl再生溶液管路、杀菌系统、出水管路组成。所述重介质混凝反应池包括快速混合池/重介质絮凝池/熟化池三部分。所述重介质回装置统由高速解絮机、水力旋流器或/和磁分离机构成。所述树脂再生反应为高湍动NaCl溶液氛围中的离子交换过程。该工艺流程短，处理迅速，出水达标（GB5749-2006）。本发明具有节约土地使用面积和土建成本，水处理效果的稳定性更强，重介质和磁性离子交换树脂可循环利用等特点。

Description

一种高效紧凑型耦合水处理装置及其处理方法

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种高效紧凑型耦合水处理装置，还涉及一种采用该高效紧凑型耦合水处理装置进行水处理的方法。

背景技术

伴随着城镇化和工业化进程，城市人口数量激增，水环境污染加剧，饮用水水质标准的不断提高，保量保质已然成为当前城市供水面临的双重挑战。大量城市供水设施的扩建和改造将势在必行。为此，新型紧凑高效水处理工艺的开发显然迫在眉睫。

重介质混凝沉淀技术通过在水体中加入密度较大的絮体内核从而达到快速沉淀的目的。该方法快速高效，针对水体中SS和TP的去除效果稳定出色，但对水体中的溶解性有机物（DOC）、金属离子、酸根离子等去除率并不理想。1999年，法国水务曾于梅里奥赛水厂（Mery-sur-Oise）针对水中存在的金属离子和杀虫剂等小分子有机物采用了纳滤膜（NF）技术并收到良好的处理效果，但对我国城市供水行业而言，使用NF膜技术的附加成本还过高，约0.12 €/t（Claire V., Vakrie G., etal. Desalination, 2000, 13: 1-16.）。磁性离子交换树脂近年来在论文研究（Shuang C.D., Pan F., Li A.M., etal. I&EC research, 2012, 51: 4380-4387.）和城市供水项目上（MIEX^?树脂）的应用均表明，该方法同样快速高效，尤其针对DOC的去除效果优异（40%-90%），并能较好的去除金属离子、色度等。国内专利已有针对磁性离子交换树脂制备和应用的描述，如南京大学李爱民团队的CN102249452, CN103159891等。但是，有关重介质混凝沉淀与磁性离子交换树脂耦合工艺装置在供水处理上的应用还未见报道。因此，结合重介质混凝沉淀和磁性离子交换树脂的各自优势而开发出的一种全新的高效紧凑型耦合工艺将是明智之选。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种占地面积小，水处理效率高的高效紧凑型耦合水处理装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种高效紧凑型耦合水处理系统，包括进水系统、磁性离子交换树脂再生系统、消毒系统和出水管路，其创新点在于：还包括重介质絮凝系统，分别与进水系统和磁性离子交换树脂再生系统连接；

所述重介质絮凝系统包括污泥池、重介质混凝反应池、重介质回收装置、污泥泵、污泥管、快速沉淀池；所述重介质混凝反应池的入水口与原水池连接，出水口与快速沉淀池连接；所述快速沉淀池下端的污泥口连接污泥管，污泥管通过污泥泵连接重介质回收装置；重介质回收装置分别与重介质混凝反应池和污泥池连接；

所述重介质絮凝系统还包括PAM储槽和PAM加药泵，所述PAM储槽通过PAM加药泵与重介质混凝反应池。

进一步的，所述重介质混凝反应池设置有快速混合池、重介质絮凝池和熟化池三个池，每个池内均设置有搅拌器A，每个池底部均设置有放空管；所述快速混合池、重介质絮凝池和熟化池按水流方向从前至后依次设置；所述熟化池连接PAM储槽。

进一步的，所述磁性离子交换树脂再生系统包括磁性离子交换树脂反应池、NaCl再生液储槽、树脂再生反应器、NaCl废溶液储槽；所述磁性离子交换树脂反应池的底部连接快速沉淀池，顶部连接消毒系统，所述消毒系统连接出水管路；所述磁性离子交换树脂反应池内设置搅拌器B的底部还连接树脂再生反应器；所述树脂再生反应器的顶部和底部均与磁性离子交换树脂反应池的底部连接；所述树脂再生反应器的顶部和底部还分别连接NaCl再生液储槽和NaCl废溶液储槽。

进一步的，所述进水系统包括潜水泵、原水池、管道混合器；所述原水池内设置潜水泵，潜水泵通过管道混合器与重介质混凝反应池的入水口连接；所述进水系统还包括PAC储槽和PAC加药泵，PAC储槽通过PAC加药泵连接管道混合器。

进一步的，所述的快速沉淀池为单层斜板或单层斜管或双层斜板或双层斜管沉淀池。

进一步的，所述的快速沉淀池还可视处理水质和规模设置刮泥机或吸泥机。

进一步的，所述磁性离子交换树脂反应池还设置有斜板或斜管。

本发明的另一目的在于提供一种高效紧凑型耦合水处理装置的水处理方法，创新点在于：包括进水工序、重介质混凝沉淀工序、磁性离子交换树脂处理工序、消毒工序和出水工序:

（1）进水工序：原水池内的源水经潜水泵被泵入重介质混凝反应池中，其间，PAC储槽内的PAC通过加药泵在管道混合器中与原水进行混合，其中，PAC按投加浓度至10 mg/L投加；

（2）重介质混凝沉淀工序：原水在重介质混凝反应池中在搅拌条件下依次进行快速混合步骤、重介质絮凝步骤和熟化步骤，所述快速混合步骤的搅拌速度为250-300 r/min，所述重介质絮凝步骤的搅拌速度为100-200 r/min ，所述熟化步骤的搅拌速度为50-100 r/min，熟化过程中加入PAM，按投加浓度至0.1 mg/L投加，熟化后进入快速沉淀池；快速沉淀池底部的污泥通过污泥泵泵入重介质回收装置回收重介质，回收后的重介质通过管道重新进入反应器中，形成循环污泥排入污泥池；

（3）磁性离子交换树脂处理工序：快速沉淀池的上清液通过管道从底部进入磁性离子交换树脂反应池搅拌反应，水力停留时间5-10min，使用过后的树脂与NaCl再生液储槽内的高湍动态3.5 wt%的NaCl溶液接触进行离子交换完成再生；再生过程中产生的污泥和NaCl废溶液分别在污泥池和NaCl废溶液储槽中进行无害化处理。

（4）消毒工序：磁性离子交换树脂反应池的上清液进入消毒系统消毒；

（5）出水工序：消毒后的产水经出水管路进入清水池或送往其他用户端。

本发明采用重介质混凝沉淀工艺的占地面积仅为常规沉淀工艺的1/30-1/3，处理时间仅为5-15min；在深度处理阶段，所采用磁性离子交换树脂较传统深度处理滤池可减少约40%的占地面积，接触时间仅为5-10min。综上而言，采用该耦合工艺，从水源水进入处理设施至出水流入供水管道，整个过程仅耗时20min左右，占地仅为现有水厂的50%左右，对供水量巨大的水厂而言，资源集约化利用的意义重大。

进一步的，所述步骤（2）中重介质粉密度介于3-5 g/cm³，颗粒大小为200-400目，主要成分为Fe₃O₄，Fe₃O₄含量大于60%；所述步骤（4）中消毒系统可为加氯、臭氧氧化和紫外照射消毒。

本发明的有益效果：

1、本发明的水处理装置紧凑化（占地约为常规装置50%），土建成本降低。小型化使工艺设备的模块化建设/生产成为可能，从而缩短建设周期。

2、水处理效果的稳定性将更强，面对季节性水质变化和突发性环境污染事故可做到快速处理，缓解供水带来的恐慌。

3、与常规工艺相比，可明显减少絮凝剂和杀菌剂的投加量，从而，在节约成本的同时有助于减少消毒副产物（DBP）。

4、磁性离子交换树脂可有效去除水中溶解性有机物（DOC），砷和重金属离子等，提高了供水水质。

5、重介质粉和磁性离子交换树循环利用，连续稳定高效运行，经济性良好。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作详细说明。

参照图1，一种高效紧凑型耦合水处理装置，由进水系统、重介质絮凝系统、磁性离子交换树脂再生系统、消毒系统和出水管路组成，包括：潜水泵1、原水池2、管道混合器3、污泥池4、搅拌器A 51、搅拌器B 52、重介质混凝反应池6、放空管7、PAC加药泵8、PAC储槽9、重介质回收装置10、PAM加药泵11、PAM储槽12、污泥泵13、污泥管14、快速沉淀池15、磁性离子交换树脂反应池16、NaCl再生液储槽17、树脂再生反应器18、NaCl废溶液储槽19、消毒系统20和出水管路21。

进水系统包括潜水泵1、原水池2、管道混合器3；原水池2内设置潜水泵1，潜水泵1通过管道混合器3与重介质混凝反应池6的入水口连接；进水系统还包括PAC储槽9和PAC加药泵8，PAC储槽9通过PAC加药泵8连接管道混合器3。

磁性离子交换树脂再生系统包括磁性离子交换树脂反应池16、NaCl再生液储槽17、树脂再生反应器18、NaCl废溶液储槽19；磁性离子交换树脂反应池16的底部连接快速沉淀池15，顶部连接消毒系统20，消毒系统20连接出水管路21；磁性离子交换树脂反应池16内设置搅拌器B52，底部还连接树脂再生反应器18；树脂再生反应器18的顶部和底部均与磁性离子交换树脂反应池16的底部连接；树脂再生反应器18的顶部和底部还分别连接NaCl再生液储槽17和NaCl废溶液储槽19。

重介质絮凝系统包括污泥池4、重介质混凝反应池6、重介质回收装置10、污泥泵13、污泥管14、快速沉淀池15；重介质混凝反应池6的入水口与原水池2连接，出水口与快速沉淀池15连接；快速沉淀池15下端的污泥口连接污泥管14，污泥管14通过污泥泵13连接重介质回收装置10；重介质回收装置10分别与重介质混凝反应池6和污泥池4连接；重介质絮凝系统还包括PAM储槽12和PAM加药泵11，PAM储槽12通过PAM加药泵11与重介质混凝反应池6。重介质混凝反应池6设置有快速混合池、重介质絮凝池和熟化池三个池，每个池内均设置有搅拌器A 51，每个池底部均设置有放空管7；快速混合池、重介质絮凝池和熟化池按照水流方向从前之后依次设置；所述熟化池连接PAM储槽11。所述重介质回收装置10主要由高速解絮机、水力旋流器或/和磁分离机构成。

高效紧凑型耦合水处理装置的水处理工艺，包括进水工序、重介质混凝沉淀工序、磁性离子交换树脂处理工序、消毒工序和出水工序:

（1）进水工序：原水池2内的源水经潜水泵1被泵入重介质混凝反应池6中，其间，PAC储槽9内的PAC按投加浓度0.1 mg/L投加，通过PAC加药泵8在管道混合器中3与原水进行混合；

（2）重介质混凝沉淀工序：原水在重介质混凝反应池6中在搅拌条件下依次进行快速混合步骤、重介质絮凝步骤和熟化步骤，所述快速混合步骤的搅拌速度为250-300 r/min ，所述重介质絮凝步骤的搅拌速度为 100-200 r/min ，所述熟化步骤的搅拌速度为50-100 r/min，熟化过程中加入PAM，按投加浓度0.1 mg/L投加，熟化后进入快速沉淀池15；快速沉淀池15底部的污泥通过污泥泵13和污泥管道14泵入重介质回收装置10回收重介质，回收后的重介质通过管道重新进入反应器中，形成循环，污泥排入污泥池4；

（3）磁性离子交换树脂处理工序：快速沉淀池15的上清液通过管道从底部进入磁性离子交换树脂反应池16搅拌反应，水力停留时间5-10min，使用过后的树脂与NaCl再生液储槽17内的高湍动态3.5 wt%的NaCl溶液接触进行离子交换完成再生；再生过程中产生的污泥和NaCl废溶液分别在污泥池4和NaCl废溶液储槽19中进行无害化处理。

（4）消毒工序：磁性离子交换树脂反应池的上清液进入消毒系统20消毒；

（5）出水工序：消毒后的产水经出水管路21进入清水池或送往其他用户端。

重介质和磁性离子交换树脂均可以通过各自的回收系统进行回收。所述重介质回收装置10主要由高速解絮机、水力旋流器或/和磁分离机构成；所述磁性离子交换树脂再生系统主要通过树脂再生反应器18完成，使用过后的树脂通过与高湍动态NaCl溶液接触进行离子交换，将表面吸附的离子和有机物洗脱，从而完成再生。再生过程中产生的污泥和NaCl废溶液分别流入污泥池4和NaCl废溶液储槽19中进行后续无害化处理。快速沉淀池15可为单层斜板（或斜管）或双层斜板（或斜管）沉淀池，视进水水质和处理规模还可增设刮、吸泥机。磁性离子交换树脂反应池16也可添加斜板（或斜管）以减少树脂流失。所述消毒系统20可以为可为加氯、臭氧氧化和紫外照射消毒。

本发明具有节约土地使用面积和土建成本，水处理效果的稳定性更强，减少絮凝剂和杀菌剂的投加量，有效去除水中溶解性有机物（DOC），砷和重金属离子等，提高供水水质，重介质粉和磁性离子交换树脂循环利用，连续高效运行，经济性良好等特点。

为便于对本发明进一步理解，下面通过具体实施方式进行说明。

实施例1：

表1：高效紧凑型耦合水处理装置的出水水质或去除率

原水样取自长江下游某自来水厂取样口，采用上述紧凑型耦合水处理装置在以下较优工艺条件下运行：重介质混凝沉淀期间首先投加聚合氯化铝（PAC）至浓度8 mg/L（以液体聚合AlCl₃计，ρ=1.24g/ml），经快速混合后投加聚丙烯酰胺（PAM）至浓度0.1 mg/L，投加重介质量为100mg/L，整个混凝沉淀过程约为10min，选用消毒工艺为紫外消毒。重介质混凝沉淀出水进入MIEX反应器，反应器内部设搅拌装置，MIEX投加量约为12ml/L，通水倍数为800BV，水力停留时间为10min。MIEX出水流经紫外消毒装置即为该装置工艺的最终出水。如表1所示，重介质混凝沉淀+MIEX耦合工艺十分高效，对NTU和COD_Mn的去除率分别达99%以上和70%左右，对总大肠菌群和菌落总数的去除率可达90%。经紫外消毒后，出水的关键指标即可完全达到甚至优于国家饮用水卫生标准（GB5749-2006）。值得一提的是，单一重介质混凝沉淀工艺对COD_Mn的去除率仅为35-40%，MIEX工艺的联用大大提高了COD_Mn的去除，这是因为后者具有很强的去除溶解性有机物（DOC）的能力。同样，重介质混凝沉淀也有助于浊度的去除，因为单一MIEX工艺对浊度的去除率一般为90%左右。此外，还有研究表明，由于MIEX工艺吸附了大量小分子有机物，这将有助于显著减少消毒过程中产生的消毒副产物（DBP）。由于重介质混凝工艺对浊度具有很强的抗冲击能力，对原水浊度在10-423 NTU范围内，温度在1-30℃范围内，其出水均可稳定达到2NTU以下，因此也可认为该工艺装置在同样应用范围内仍具有高效的处理效果。此外，研究表明，MIEX工艺可用于对微/轻度污染水源水的处理，同样，对这类水源水的处理也在本工艺装置的处理范围之内。

实施例2：

为测试所述紧凑型耦合水处理装置对金属离子的处理效果，在实施例1所述长江水源水中添加了镉、铅等重金属离子，对自配水的处理结果如表2所示：出水中镉、铅、铬离子的浓度分别为<0.0025、<0.004和<0.008 mg/L，均满足国家饮用水卫生标准（GB5749-2006）。

表2高效紧凑型耦合水处理装置的对重金属离子的处理效果

。

Claims

1.一种高效紧凑型耦合水处理系统，包括进水系统、磁性离子交换树脂再生系统、消毒系统和出水管路，其特征在于：还包括重介质絮凝系统，分别与进水系统和磁性离子交换树脂再生系统连接；

2.根据权利要求1所述的一种高效紧凑型耦合水处理装置，其特征在于：所述重介质混凝反应池设置有快速混合池、重介质絮凝池和熟化池三个池，每个池内均设置有搅拌器A，每个池底部均设置有放空管；所述快速混合池、重介质絮凝池和熟化池按水流方向从前至后依次设置；所述熟化池连接PAM储槽。

3.根据权利要求１所述的一种高效紧凑型耦合水处理装置，其特征在于，所述重介质回收装置主要由高速解絮机、水力旋流器或/和磁分离机构成。

4. 根据权利要求1所述的一种高效紧凑型耦合水处理装置，其特征在于：所述磁性离子交换树脂再生系统包括磁性离子交换树脂反应池、NaCl再生液储槽、树脂再生反应器、NaCl废溶液储槽；所述磁性离子交换树脂反应池的底部连接快速沉淀池，顶部出水经过消毒系统处理后连接出水管路；所述磁性离子交换树脂反应池内设置搅拌器B的底部还连接树脂再生反应器；所述树脂再生反应器的顶部和底部均与磁性离子交换树脂反应池的底部连接；所述树脂再生反应器的顶部和底部还分别连接NaCl再生液储槽和NaCl废溶液储槽。

5. 根据权利要求1所述的一种高效紧凑型耦合水处理装置，其特征在于：所述进水系统包括潜水泵、原水池、管道混合器；所述原水池内设置潜水泵，潜水泵通过管道混合器与重介质混凝反应池的入水口连接；所述进水系统还包括PAC储槽和PAC加药泵，PAC储槽通过PAC加药泵连接管道混合器。

6. 根据权利要求1所述的一种高效紧凑型耦合水处理装置，其特征在于：所述的快速沉淀池为单层斜板或单层斜管或双层斜板或双层斜管沉淀池。

7. 根据权利要求1所述的一种高效紧凑型耦合水处理装置，其特征在于：所述的快速沉淀池还可视处理水质和规模设置刮泥机或吸泥机。

8. 根据权利要求1所述的一种高效紧凑型耦合水处理装置，其特征在于：所述磁性离子交换树脂反应池还设置有斜板或斜管。

9. 一种采用权利要求1所述的高效紧凑型耦合水处理装置的水处理方法，其特征在于：包括进水工序、重介质混凝沉淀工序、磁性离子交换树脂处理工序、消毒工序和出水工序，具体为：

（1）进水工序：原水池内的源水经潜水泵被泵入重介质混凝反应池中，其间，PAC储槽内的PAC通过加药泵在管道混合器中与原水进行混合，其中PAC按投加浓度至10 mg/L投加；

（2）重介质混凝沉淀工序：原水在重介质混凝反应池中在搅拌条件下依次进行快速混合步骤、重介质絮凝步骤和熟化步骤，所述快速混合步骤的搅拌速度为 250-300 r/min，所述重介质絮凝步骤的搅拌速度为100-200 r/min ，所述熟化步骤的搅拌速度为50-100 r/min ，熟化过程中加入PAM，按投加浓度至0.1 mg/L投加，熟化后进入快速沉淀池；快速沉淀池底部的污泥通过污泥泵泵入重介质回收装置回收重介质，回收后的重介质通过管道重新进入反应器中，形成循环，污泥排入污泥池；

（3）磁性离子交换树脂处理工序：快速沉淀池的上清液通过管道从底部进入磁性离子交换树脂反应池搅拌反应，水力停留时间5-10min，使用过后的树脂与NaCl再生液储槽内的高湍动态3.5 wt%的NaCl溶液接触进行离子交换完成再生；再生过程中产生的污泥和NaCl废溶液分别在污泥池和NaCl废溶液储槽中进行无害化处理；

10. 根据权利要求9所述的一种高效紧凑型耦合水处理装置的水处理方法，其特征在于：所述步骤（2）中重介质粉密度介于3-5 g/cm³，颗粒大小为200-400目，其主要成分为Fe₃O₄，Fe₃O₄含量大于60%；所述步骤（3）中所用的离子交换树脂为MIEX树脂；所述步骤（4）中消毒系统可为加氯、臭氧氧化和紫外照射消毒。