CN103880112B - 氧化吸附过滤一体化饮用水除砷系统 - Google Patents
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Abstract
氧化吸附过滤一体化饮用水除砷系统，本发明涉及饮用水除砷装置，它要解决现有饮用水除砷装置除砷效果较差的问题。该饮用水除砷系统中的除砷装置由内筒和外筒组成，内筒套在外筒内部，内筒底部设置有多孔承托层，内筒的顶部安装有三相分离器，在内筒的底部开有进水口，高位水箱的出水口则通过进水管与位于内筒底部的进水口相连，空气压缩机通过进气管与曝气头相连，曝气头设置在多孔承托层的下方，在内筒和外筒之间区域的上部设置有膜组件，膜组件通过出水管与抽吸泵相连，在外筒的底部开有排泥口，此排泥口通过排泥管与污泥泵相连。采用此饮用水除砷系统处理后的出水中总砷含量可降低到0.006mg/L，确保了饮用水水质安全。
Description
技术领域
本发明涉及饮用水除砷装置，更为具体地涉及一种将氧化、吸附、过滤结合的一体化饮用水除砷装置。
背景技术
砷及砷化合物是世界卫生组织(WHO)下属的国际癌症研究所(IARC)、美国环境卫生科学研究院(NlEHS)、美国环保局(US-EPA)等诸多权威机构所公认的人类已确定的致癌物。由于人类取水灌溉、采矿、特别是打井取水饮用等活动，以及受各地区的生态环境和气候影响，地球表层中砷化合物以砷酸盐及亚砷酸盐等形式大量溶入地表水中，带来了严重的砷污染问题。砷不仅可以引起急性、慢性中毒，而且还可以呈现三致(致突变、致畸、致癌)作用。砷的急性中毒一般在30min后出现症状，甚至出现中枢神经麻痹而死亡，水中砷含量在20mg/L以上时就有引起急性砷中毒的可能。慢性饮水型砷中毒对人体多系统功能均可造成危害，包括高血压、心脑血管病、神经病变、糖尿病等。随着我国经济的迅猛增长和国民对健康的日益重视，人们对饮用水的质量有了更高的要求。《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)规定其中砷的标准由原来的50μg/L修改为10μg/L，进一步与国际接轨。
砷是一种类金属物质，很难去除，在一定条件下只能转化为不同的形态或者和其它一些元素如铁盐等结合成为难溶的化合物，不能消除。去除砷的方法有离子交换法，膜分离法，吸附富集法，电凝法，氧化-混凝法等，由于As(III)的毒性和移动性比As(V)强，在水中主要以非离子态的亚砷酸盐存在，是一种亲水性物质，去除效率低，对于As(V)，常规的混凝处理工艺已能达标处理，但对于As(III)，一般需氧化后再投加混凝剂。因而，利用氧化剂将As(III)氧化为对固相体系具有更强亲和力的As(V)，进而通过吸附、混凝、沉降等过程将其去除是饮用水除砷的重要策略。
膜处理是第三代水处理工艺的核心技术，近年来得到广泛关注及应用，超滤膜可以有效截留颗粒物、两虫（贾第鞭毛虫和隐孢子虫）、藻类等微生物，降低出水浊度，提高水质微生物学安全性，结合氧化吸附去除水中无机砷，可以有效保证出水水质安全。
但采用现有的饮用水除砷装置处理后的饮用水中砷含量仍较高，且操作复杂，成本也较高，难以在偏远农村地区大面积修建和推广。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有饮用水除砷装置除砷效果较差的问题，而提供氧化吸附过滤一体化饮用水除砷系统。
本发明氧化吸附过滤一体化饮用水除砷系统包括除砷装置、膜组件、高位水箱、提升泵、抽吸泵、污泥泵和空气压缩机，其中除砷装置由内筒和外筒组成，内筒套在外筒内的中部，在内筒的底部设置有多孔承托层，在内筒中的多孔承托层上方填充有吸附剂，内筒的顶部安装有三相分离器，在内筒的底部开有进水口，提升泵的出水口通过水管与高位水箱相连通，高位水箱的出水口则通过进水管与位于内筒底部的进水口相连，空气压缩机通过进气管与曝气头相连，曝气头设置在内筒中多孔承托层的下方，在内筒和外筒之间区域的上部设置有膜组件，膜组件通过出水管与抽吸泵的进水口相连，在外筒的底部开有排泥口，此排泥口通过排泥管与污泥泵的入口相连；
在膜组件与抽吸泵之间的出水管上安装有出水阀，在空气压缩机与曝气头之间的进气管上安装有进气阀。
本发明的提升泵与高位水箱组成了饮用水除砷系统的进水单元，用于将原水输送到除砷装置中；而通过进气管相连接的空气压缩机和曝气头，组成了饮用水除砷系统的曝气单元，曝气单元所用气体可以根据原水中砷的形态进行选择；膜组件则作为过滤单元；最后由抽吸泵、出水阀和出水管组成了饮用水除砷系统的出水单元，用于处理后的饮用水输出。
本发明氧化吸附过滤一体化饮用水除砷系统将氧化、吸附、过滤有机结合在一个反应装置内，降低投资和运行成本，采用该除砷系统可使出水中总砷含量降低到0.006mg/L，低于《生活饮用水卫生标准》（GB5749—2006）中砷的限值0.01mg/L，确保饮用水水质安全。
附图说明
图1是本发明氧化吸附过滤一体化饮用水除砷系统的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式氧化吸附过滤一体化饮用水除砷系统包括除砷装置、膜组件2、高位水箱1、提升泵9、抽吸泵11、污泥泵10和空气压缩机8，其中除砷装置由内筒3和外筒4组成，内筒3套在外筒4内的中部，在内筒3的底部设置有多孔承托层5，在内筒3中的多孔承托层5上方填充有吸附剂，内筒3的顶部安装有三相分离器7，在内筒的底部开有进水口，提升泵9的出水口通过水管1-1与高位水箱1相连通，高位水箱1的出水口则通过进水管1-2与位于内筒3底部的进水口相连，空气压缩机8通过进气管8-1与曝气头6相连，曝气头6设置在内筒3中多孔承托层5的下方，在内筒3和外筒4之间区域的上部设置有膜组件2，膜组件2通过出水管11-1与抽吸泵11的进水口相连，在外筒4的底部开有排泥口，此排泥口通过排泥管10-1与污泥泵10的入口相连；
在膜组件2与抽吸泵11之间的出水管11-1上安装有出水阀11-2，在空气压缩机8与曝气头6之间的进气管8-1上安装有进气阀8-2。
本实施方式所述的内筒和外筒之间区域是指内筒的外壁与外筒内壁所围成的环形区域，在空气压缩机与曝气头之间的进气管还可安装气体流量计，用以检测曝气量。
本实施方式中所述的多孔承托层的作用是用于均匀分布气体并承托粒径较大的吸附剂。而三相分离器则可以减少吸附剂随水体流出造成的吸附剂损失，提高吸附剂利用效率。
本实施方式中由空气压缩机和曝气头组成的曝气单元所用气体可以根据原水砷的形态进行选择，对于只含有As(V)的原水，选择通入空气提供搅拌作用；对于含有As(III)的原水，可以选择臭氧等氧化性气体将As(III)氧化成As(V)。
本实施方式氧化吸附过滤一体化饮用水除砷系统具体处理流程如下：
一、含砷的原水通过提升泵提升至高位水箱，通过进水管从内筒底部进入除砷装置内，含砷原水可以只含有As(V)、只含As(III)或者As(V)和As(III)都有；
二、通过空气压缩机从除砷装置底部通入气体，若原水中不含有As(III)，只需以空气为气源，提供搅拌的动力；若水体中含有As(III)，则根据其含量通入不同量的臭氧，作为As(III)的氧化剂及搅拌的动力；
三、向除砷装置中的内筒中投加吸附剂，用以吸附As(VI)；
四、经过三相分离器达到气液分离，气体从三相分离器上的排气口排出，液体由上而下进入内筒和外筒相间的区域中；
五、内筒和外筒相间区域中的水通过膜组件过滤之后即可通过抽吸泵从出水管输出。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是在内筒3中的多孔承托层5上方填充的吸附剂为Mg/Al水滑石吸附剂。
本实施方式中的Mg/Al水滑石吸附剂在内筒中处于流化状态，所选用的Mg/Al水滑石属于双层金属氧化物（LDHs），此矿物来源广泛、价格低廉、对含氧金属阴离子有良好的吸附性能。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是Mg/Al水滑石吸附剂的粒径为20～450μm。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是膜组件2为微滤膜组件、超滤膜组件或纳滤膜组件。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是膜组件2为浸没式中空纤维超滤膜，材质为偏聚氟乙烯。
实施例一：本实施例氧化吸附过滤一体化饮用水除砷系统包括除砷装置、膜组件2、高位水箱1、提升泵9、抽吸泵11、污泥泵10和空气压缩机8，其中除砷装置由内筒3和外筒4组成，内筒3套在外筒4内的中部，在内筒3的底部设置有多孔承托层5，在内筒3中的多孔承托层5上方填充有吸附剂，内筒3的顶部安装有三相分离器7，在内筒的底部开有进水口，提升泵9的出水口通过水管1-1与高位水箱1相连通，高位水箱1的出水口则通过进水管1-2与位于内筒3底部的进水口相连，空气压缩机8通过进气管8-1与曝气头6相连，曝气头6设置在内筒3中多孔承托层5的下方，在内筒3和外筒4之间区域的上部设置有膜组件2，膜组件2通过出水管11-1与抽吸泵11的进水口相连，在外筒4的底部开有排泥口，此排泥口通过排泥管10-1与污泥泵10的入口相连；
在膜组件2与抽吸泵11之间的出水管11-1上安装有出水阀11-2，在空气压缩机8与曝气头6之间的进气管8-1上安装有进气阀8-2。
本实施例中的膜组件2为浸没式中空纤维超滤膜，材质为偏聚氟乙烯，孔径为0.01μm。在内筒3中多孔承托层5上方填充的吸附剂为Mg/Al水滑石吸附剂，粒径为20～450μm。
应用实施例：本实施例采用实施例一所述的氧化吸附过滤一体化饮用水除砷系统，原水中总砷含量为0.56mg/L，其中As(V)含量为0.20mg/L，As(III)含量为0.36mg/L，原水通过提升泵提升至高位水箱，通过进水管进入到除砷装置的内筒中，空气压缩机向内筒中通入空气和臭氧的混合气体作为As(III)的氧化剂并提供搅拌动力，保持进水的臭氧浓度为0.8mg/L，控制气水比为20：1，按20mg/L的比例向除砷装置的内筒中添加Mg/Al水滑石吸附剂，控制除砷装置中的水力停留时间为1h，膜组件的过水通量为50L/m2·h，工作压力为0.02MPa，达到水力停留时间之后，除砷处理后的饮用水通过抽吸泵抽出，完成饮用水的除砷。
检测可知出水中总砷的含量为0.006mg/L，低于《生活饮用水卫生标准》（GB5749—2006）中砷的限值0.01mg/L，确保饮用水水质安全。
Claims (4)
1.氧化吸附过滤一体化饮用水除砷系统，其特征在于该氧化吸附过滤一体化饮用水除砷系统包括除砷装置、膜组件(2)、高位水箱(1)、提升泵(9)、抽吸泵(11)、污泥泵(10)和空气压缩机(8)，其中除砷装置由内筒(3)和外筒(4)组成，内筒(3)套在外筒(4)内的中部，在内筒(3)的底部设置有多孔承托层(5)，在内筒(3)中的多孔承托层(5)上方填充有吸附剂，内筒(3)的顶部安装有三相分离器(7)，在内筒的底部开有进水口，提升泵(9)的出水口通过水管(1-1)与高位水箱(1)相连通，高位水箱(1)的出水口则通过进水管(1-2)与位于内筒(3)底部的进水口相连，空气压缩机(8)通过进气管(8-1)与曝气头(6)相连，曝气头(6)设置在内筒(3)中多孔承托层(5)的下方，在内筒(3)和外筒(4)之间区域的上部设置有膜组件(2)，膜组件(2)通过出水管(11-1)与抽吸泵(11)的进水口相连，在外筒(4)的底部开有排泥口，此排泥口通过排泥管(10-1)与污泥泵(10)的入口相连；
在膜组件(2)与抽吸泵(11)之间的出水管(11-1)上安装有出水阀(11-2)，在空气压缩机(8)与曝气头(6)之间的进气管(8-1)上安装有进气阀(8-2)；
其中在内筒(3)中的多孔承托层(5)上方填充的吸附剂为Mg/Al水滑石吸附剂。
2.根据权利要求1所述的氧化吸附过滤一体化饮用水除砷系统，其特征在于Mg/Al水滑石吸附剂的粒径为20～450μm。
3.根据权利要求1所述的氧化吸附过滤一体化饮用水除砷系统，其特征在于膜组件(2)为微滤膜组件、超滤膜组件或纳滤膜组件。
4.根据权利要求3所述的氧化吸附过滤一体化饮用水除砷系统，其特征在于膜组件(2)为浸没式中空纤维超滤膜，材质为偏聚氟乙烯。
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| CN2920980Y (zh) * | 2006-07-11 | 2007-07-11 | 浙江大学 | 臭氧/活性炭处理有机废水的装置 |
| CN102583698A (zh) * | 2012-04-01 | 2012-07-18 | 南京大学 | 氧化吸附一体化饮用水除砷装置及方法 |
| CN103224282A (zh) * | 2013-05-15 | 2013-07-31 | 中国海洋大学 | 一种处理油田废水的方法及其专用设备 |
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2014
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