CN104310663B - 一种羟基自由基强氧化处理高藻水的组合系统 - Google Patents

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Abstract

一种羟基自由基强氧化处理高藻水的组合系统，涉及水处理。设有气浮单元、羟基自由基(·OH)杀灭单元、活性炭吸附单元和中央控制系统；气浮单元的入水口外接高藻水源，活性炭吸附单元出水口排放饮用水；气浮单元设有絮凝室、气浮分离室、刮渣机、排渣槽、排泥管、溶气水泵、空压机、气浮溶气罐、释放器和搅拌器；杀灭单元设有第3水质分析仪、过滤器、羟基自由基发生设备、混溶罐；羟基自由基发生设备制备的羟基自由基溶液与经过滤器输送至主管路的待处理高藻水体在混溶罐充分混合，同时杀灭有机污染物；活性炭吸附单元设有总氧化剂TRO检测仪、活性炭吸附罐、第4水质分析仪；活性炭吸附罐的进口接混溶罐的出口。

Description

一种羟基自由基强氧化处理高藻水的组合系统
技术领域
本发明属于气体放电学、自由基生物学及水处理应用技术等领域，涉及到一种羟基自由基强氧化处理高藻水的组合系统。
背景技术
我国饮用水水源约有25％是湖泊水或河流库区水，在全球变化与人类活动的干扰下，营养盐负荷日益增加，水体富营养化日趋严重，水华现象频繁。水华发生时，藻类大量繁殖，散发臭味，释放藻毒素等有毒物质，对人畜和水生动物造成毒害，破坏湖泊、河流生态平衡。藻类大量繁殖引起的水源污染，会造成自来水厂被迫减产或停产，严重威胁城市供水和饮用水安全。
已颁布五年之久的《生活饮用水卫生标准》(GB5479-2006)2012年7月1日开始正式强制执行，与1985年的旧版国标相比，新国标的指标由25项提高到106项，对饮用水水质标准提出了更严格的要求。然而中国95％以上的水厂仍采用沉淀—加药反应、絮凝沉淀—过滤—消毒的净水工艺，并已沿用了数十年。这种工艺只能对细菌和微生物起作用，但对高藻水、藻毒素、致嗅物质、色素、有机污染物等无能为力，根本无法保障出水达到新标准要求。
针对“高藻水除藻”和“高藻水处理组合系统”，已有相关的报道。
美国专利US6332980B1公开的“从水流中分离藻类及其他污染物的系统”通过一个气体接触单元，利用气浮法进行藻水分离。韩国专利KR20030012054A公开的“凝聚过滤除藻设备”利用絮凝剂投加装置以及过滤装置去除水中的藻类。日本专利JP2002153704A公开的“去除藻类装置”和韩国专利KR100636265B1公开的“臭氧除藻方法及装置”分别利用氯、臭氧作为化学氧化剂进行除藻处理。美国专利US2012058248A1公开的“减少藻类数量的方法和系统”利用以藻类为生的微生物除藻。
中国专利CN200610152264.4公开一种富营养化水处理方法和箱体，使用熟石灰或生石灰去除污染物并加入絮凝剂；CN200910052470.1公开一种促使水体中悬浮藻类快速凝聚沉降的方法及其装置；CN200610086290.1公开一种磁控改性粉煤灰治理淡水水华的方法及絮凝剂；CN200310113623.1公开一种气浮净水方法及装置结合使用絮凝、气浮和固液分离技术，但该法仅局限于处理微污染或中度污染的水体。
传统的氯法因在处理过程中伴随产生三卤甲烷等副产物而威胁到人体健康，采用高效、绿色的氧化剂成为治理高藻水的难点。中国专利CN201210531099.9公开一种铜盐与氯胺联用控制铜绿微囊藻生长的方法；CN200410013515.1公开一种臭氧与高锰酸钾联用氧化助凝方法；CN200910077836.0公开一种化学除藻方法，利用高锰酸钾溶液+氯化亚铜/氯化铝/氯化钠混合溶液氧化除藻。
高级氧化技术法(AOT)：羟基自由基的产生途径多来自于Fenton法、外加超声、紫外辐射及激励水法或外加等离子体设备产生·OH，快速将有机污染物去除或矿化。中国专利CN201010277334.5公开一种高藻水原水的超声波-紫外线耦合预处理装置；CN201110069510.0公开的自浮式等离子放电除藻装置和CN201110068524.0公开的等离子除藻装置，采用超声波、紫外线的低温等离子技术除藻。
综合分析以上高藻水处理技术，物理法除藻虽然无污染，但效果不好、工作量较大、时间周期较长；传统化学氧化方法除藻具有速度快、效果明显等特点，但容易造成二次污染和副产物残留。因此，针对日趋严峻的饮用水安全问题，研发高藻水源地供水卫生安全保障关键技术和设备，提升我国饮用水安全保障的应急处置能力已势在必行。
我国是自然灾害和生化灾害频繁发生的国家，突发卫生事件时有发生，在灾害发生地域水源往往受到严重污染，供水系统受到严重破坏，生活饮用水难以保障。在中西部及贫困的部分城镇、农村地区，饮用水安全问题形势严峻。因此，研发应急供水技术设备、解决高藻水源地污染问题，对保障群众的生活用水、维护社会稳定具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种羟基自由基强氧化处理高藻水的组合系统。
本发明设有气浮单元、羟基自由基(·OH)杀灭单元、活性炭吸附单元和中央控制系统；
所述气浮单元的入水口外接高藻水源，气浮单元的出水口接羟基自由基(·OH)杀灭单元的入水口，羟基自由基(·OH)杀灭单元的出水口接活性炭吸附单元的入水口，活性炭吸附单元的出水口排放饮用水；
所述气浮单元设有絮凝室、气浮分离室、刮渣机、排渣槽、排泥管、溶气水泵、空压机、气浮溶气罐、释放器和搅拌器；所述气浮单元进水口通过进水水泵外接高藻水源；气浮单元底端出水口与溶气水泵入口相连，溶气水泵出水口与气浮溶气罐顶端入口相连；空压机的输气口与气浮溶气罐底端入口相连，气浮溶气罐底端出水口与释放器相连；
所述羟基自由基(·OH)杀灭单元设有第3水质分析仪、过滤器、羟基自由基发生设备、混溶罐；所述过滤器入水口与羟基自由基杀灭单元进水泵出水口相连，过滤器出水口分别与羟基自由基发生设备入水口及混溶罐入水口相连，羟基自由基发生设备制备的羟基自由基溶液与经过滤器输送至主管路的待处理高藻水体在混溶罐充分混合，同时杀灭藻体、氧化降解有机污染物等；
所述活性炭吸附单元设有总氧化剂TRO检测仪、活性炭吸附罐、第4水质分析仪；活性炭吸附罐的进口接混溶罐的出口，活性炭吸附罐的饮用水出水口外接饮用水管网；
所述中央控制系统分别与所有水质分析仪、流量计、TRO检测仪及压力表电连接。
所述进水水泵与高藻水源之间可设有第1电磁阀；所述进水水泵与气浮单元入水口之间可依次设有第1水质分析仪、第1流量计；所述气浮单元底端出水口与溶气水泵之间可依次设有第2电磁阀、第2流量计；所述空压机与气浮溶气罐之间设有第3电磁阀；气浮单元上端出水口与羟基自由基杀灭单元进水泵入口之间设有第2水质分析仪；所述第2水质分析仪与羟基自由基杀灭单元进水泵之间可设有第1出水阀；
所述羟基自由基杀灭单元进水泵与过滤器之间可设有第3流量计；所述过滤器与羟基自由基发生设备之间可依次设有第4电磁阀、第4流量计；所述羟基自由基发生设备与混溶罐之间可设有第1TRO检测仪；所述混溶罐与活性炭吸附单元入水口之间可依次设有第2TRO检测仪、第3水质分析仪、第2出水阀和第1压力表。
所述活性炭吸附罐与饮用水出水口之间可依次设有第2压力表、第3TRO检测仪、第4水质分析仪和第3出水阀。
经羟基自由基杀灭单元处理后的出水被输送至活性炭吸附罐进行深度处理。待处理水体自活性炭吸附罐上端重力流至下端，残余氧化剂和微量有机物被活性炭吸附。活性炭吸附罐出水输送至饮用水管网。
所述中央控制系统对气浮单元、羟基自由基(·OH)杀灭单元、活性炭吸附单元实现集成控制；组合系统中所有水质分析仪、流量计、TRO检测仪及压力表均与中央控制系统连接，监测数据均在线反馈至中央控制系统；根据在线监测数据，中央控制系统通过控制各阀门及泵实现运行参数的调节。
所述中央控制系统，指示精度小于0.1％，控制反应时间小于0.1s。系统具有数字显示屏幕，可实时监控系统运行状况。所述系统具有完备的报警功能，可随时检查设备的运转情况。系统可随时开关机，避免了设备由于无法立即停止而造成的损坏，并且实现了操作及设备运行的简单化，整个设备的运行更快捷。
本发明处理高藻水的过程如下：
1)高藻水由进水水泵输送至气浮单元，处理过程如下：a)第1水质分析仪在线监测相应水质参数(叶绿素及浊度等)；b)中央控制系统根据水质参数给出相应的气浮运行参数(絮凝剂投加量，絮凝剂与助凝剂的质量比，回流比)；c)依据气浮运行参数，向絮凝室中投加一定配比的絮凝剂并使其充分混合反应，投加量为5～30mg/L；d)依据气浮参数，调节气浮溶气罐的溶气压力为0.3～0.5MPa，通过第2电磁阀调节回流比为30％～50％；整个气浮处理过程中，高藻水进入絮凝室后，与絮凝剂充分混匀形成大量絮凝体；絮凝体进入气浮分离室时，被回流溶气水中的大量微气泡粘附，并随微气泡上浮，从而实现固液分离；上浮的高藻絮凝体被刮渣机及时清理至排渣槽；少量底泥经排泥管排出；气浮单元出水由第1出水阀(即气浮出水阀)排出。
所述气浮过程采用压力溶气气浮工艺，水力停留时间为10～20min，表面水力负荷为4～15m3/(m2·h)；管路中的设备可用法兰及碳钢管等连接；根据在线水质分析仪提供的原水浊度和叶绿素浓度，调节絮凝剂投加量为5～30mg/L，助凝剂与絮凝剂的质量比为1∶100～1∶10，回流比为30％～50％，实现水力停留时间为10～20min，表面水力负荷为4～15m3/(m2·h)；其中，絮凝剂可为铝盐类或铁盐类化合物，如聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合氯化铝铁或聚合双酸铝铁，助凝剂为聚丙烯酰胺。
2)气浮单元出水经第1出水阀(即气浮出水阀)排出，由羟基自由基杀灭单元进水泵输送进入羟基自由基杀灭单元，其杀灭过程如下：a)中央控制系统根据进水叶绿素浓度确定总氧化剂浓度；b)羟基自由基发生设备制备羟基自由基溶液，制备过程为：O2在羟基自由基发生设备中经被电离、离解生成大量的氧等离子体气体，通过射流器的高压水射流方法高传质效率混溶于水中，经一系列等离子体化学反应，规模高效地生成·OH溶液；c)羟基自由基发生设备制备的高浓度羟基自由基溶液被输送至混溶罐，与主管路中的待处理水体进一步混溶，同时规模化快速杀灭水中藻类、病原微生物，氧化降解藻毒素等有机污染物，净化水体。
所述羟基自由基发生设备制备羟基自由基溶液过程中，大气压强电离放电将O2电离、离解成氧等离子体气体，其浓度达到80～300mg/L，通过高压射流气液混溶注入到水中生成以·OH为主的氧自由基溶液，其总氧化剂浓度TRO为1～30mg/L，高压射流混溶生成·OH时间仅为0.1ms～1s，氧等离子体气体混溶于水中的传质效率大于95％。
所述羟基自由基快速处理高藻水的过程中，羟基自由基总氧化剂溶液制备用水占总水量的1/4～1/20，总氧化剂浓度由第1TRO检测仪和第2TRO检测仪检测。羟基自由基(·OH)杀灭单元的出水水质由第3水质分析仪在线监测。
所述羟基自由基(·OH)杀灭单元的过滤器出水浊度降至1NTU。·OH溶液被注入到主管路中的混溶罐内进一步混匀，同时规模化快速杀灭水中藻类、病原微生物，氧化降解藻毒素等有机污染物，并净化水体。·OH杀灭藻类的TRO阈值浓度在0.2～2mg/L，生化反应速率常数为107～1010L/mol·s，杀灭时间为0.1ms～6s，出水藻浓度为100cells/mL以下。经气浮单元与羟基自由基(·OH)杀灭单元组合处理后的出水，水质指标达到国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)。
3)羟基自由基(·OH)杀灭单元出水经第2出水阀排出，送至活性炭吸附单元；活性炭吸附该单元采用压力式吸附方式运行工作，工作压力为0.5MPa。吸附罐的进水口的第1压力表和出水口的第2压力表实时反馈压力参数至中央控制系统；当两者压力差>0.05MPa时，系统将自动控制进行反冲洗，反冲洗强度为5～10L/(s·m)。
所述活性炭吸附罐的尺寸为：φ1600mm×4000mm，以颗粒活性活性炭作填充滤料，填料粒径为0.8～2mm，长度为3～8mm，滤层高度为1.0～1.2m。
所述活性炭吸附单元吸附去除残余氧化剂和微量有机物，出水的各项水质指标达到国家《饮用水净水水质标准》(CJ94-2005)，可直接饮用。
4)中央控制系统
利用中央控制系统对组合系统各串联处理单元的实现集成控制。组合系统中所有水质分析仪、流量计、TRO检测仪及压力表的监测数据均在线反馈至中央控制系统。
所述气浮单元中，依据进水藻浓度与浊度，中央控制系统自动调节相应的絮凝剂与助凝剂的配比及投加量、回流比等参数，实现出水浊度降至3～5NTU以下、藻浓度降至3000～10000cells/mL，除藻率为85％～95％。气浮单元出水水量通过中央控制系统控制第1出水阀和羟基自由基杀灭单元进水泵得以实现。
羟基自由基(·OH)杀灭单元中，依据进水藻浓度、浊度及处理量，中央控制系统调控羟基自由基发生设备中氧活性粒子发生器、气液混溶器、液液溶解器、残余气体消除器、水泵、电磁阀等部件，实现总氧化剂TRO注入量的调控，保证TRO阈值浓度在0.2～2mg/L。
活性炭吸附单元中，吸附罐体的进出水压力信号值、出水总氧化剂浓度以及水质参数连续反馈至中央控制系统。当进出水的压力差大于0.05MPa、出水总氧化剂浓度以及水质参数达到警示线，中央控制系统将会自动控制活性炭吸附单元进行反冲洗，保证出水水质安全。
所述中央控制系统，指示精度小于0.1％，控制反应时间小于0.1s。系统具有数字显示屏幕，可实时监控系统运行状况。所述系统具有完备的报警功能，可随时检查设备的运转情况。系统可随时开关机，避免了设备由于无法立即停止而造成的损坏，并且实现了操作及设备运行的简单化，整个设备的运行更快捷。
本发明所述组合系统处理能力为5～50吨/h。
本发明由气浮单元、羟基自由基(·OH)杀灭单元和活性炭吸附单元三部分串联组成。第一单元，气浮工艺处理高藻水，出水浊度降至3～5NTU以下，藻浓度降至3000～10000cells/mL以下，除藻率达到85％～95％。第二单元，利用大气压气体电离手段放电电离、离解O2生成高浓度的氧等离子体气体。氧等离子体气体通过射流器的高压射流作用高传质效率溶解于水中，而且通过一系列等离子体化学反应高效生成·OH，同时生成H2O2及羟基引发剂HO2 -等。以·OH为主的氧自由基基团，规模化快速杀灭高藻水中的藻类、病原微生物，氧化降解藻毒素等有机污染物、净化水体，剩余·OH分解成O2、H2O。第三单元，采用活性炭吸附残余氧化剂及微量有机物，进一步净化水体。通过组合工艺第一、第二单元处理后，出水水质指标达到国家《生活饮用水卫生标准》(GB5479-2006)；通过组合工艺第一、第二、第三单元处理后，出水水质的各项指标达到国家《饮用水净水水质标准》(CJ94-2005)，可直接饮用。整个组合系统可实现分质供水。
本发明的技术效果和优点是：①利用羟基自由基快速致死藻类的新技术途径，建立了高效、经济、安全的高藻水组合处理工艺。②通过气浮单元及羟基自由基杀灭单元工艺组合，出水水质基本达到国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)，可作为非饮用生活用水；通过气浮单元、羟基杀灭单元及活性炭吸附单元工艺组合，出水水质达到国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)，可作为饮用水。③该组合系统可用于流域、湖泊、库区等水源水高藻爆发时的饮用水供给，也可以用于自然灾害、突发事件以及城镇、农村的饮用水供给。
附图说明
图1为本发明实施例的结构组成示意图。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
参见图1，本发明实施例设有气浮单元1、羟基自由基(·OH)杀灭单元2、活性炭吸附单元3和中央控制系统4。
所述气浮单元1的入水口外接高藻水源，气浮单元1的出水口接羟基自由基(·OH)杀灭单元2的入水口，羟基自由基(·OH)杀灭单元2的出水口接活性炭吸附单元3的入水口，活性炭吸附单元3的出水口排放饮用水。
所述气浮单元1设有絮凝室1.1、气浮分离室1.2、刮渣机1.3、排渣槽1.4、排泥管1.5、溶气水泵1.6、空压机1.7、气浮溶气罐1.8、释放器1.9和搅拌器1.10。
所述气浮单元1进水口通过进水水泵6.1外接高藻水源；气浮单元1底端出水口与溶气水泵1.6入口相连，溶气水泵1.6出水口与气浮溶气罐1.8顶端入口相连；空压机1.7的输气口与气浮溶气罐1.8底端入口相连，气浮溶气罐1.8底端出水口与释放器1.9相连。
所述进水水泵6.1与高藻水源之间可设有第1电磁阀5.1；所述进水水泵6.1与气浮单元1入水口之间可依次设有第1水质分析仪7.1、第1流量计8.1；所述气浮单元1底端出水口与溶气水泵1.6之间可依次设有第2电磁阀5.2、第2流量计8.2；所述空压机1.7与气浮溶气罐1.8之间设有第3电磁阀5.3；气浮单元1上端出水口与羟基自由基杀灭单元进水泵6.2入口之间设有第2水质分析仪7.2；所述第2水质分析仪7.2与羟基自由基杀灭单元进水泵6.2之间可设有第1出水阀9.1。
所述羟基自由基(·OH)杀灭单元2设有第3水质分析仪7.3、过滤器2.1、羟基自由基发生设备2.2、混溶罐2.4。
所述过滤器2.1入水口与羟基自由基杀灭单元进水泵6.2出水口相连，过滤器2.1出水口分别与羟基自由基发生设备2.2入水口及混溶罐2.4入水口相连，羟基自由基发生设备2.2制备的羟基自由基溶液与经过滤器2.1输送至主管路的待处理高藻水体在混溶罐2.4充分混合，同时杀灭藻体、氧化降解有机污染物等。
所述羟基自由基杀灭单元进水泵6.2与过滤器2.1之间可设有第3流量计8.3；所述过滤器2.1与羟基自由基发生设备2.2之间可依次设有第4电磁阀5.4、第4流量计8.4；所述羟基自由基发生设备2.2与混溶罐2.4之间可设有第1TRO检测仪2.3.1；所述混溶罐2.4与活性炭吸附单元3入水口之间可依次设有第2TRO检测仪2.3.2、第3水质分析仪7.3、第2出水阀9.2和第1压力表3.1.1。
所述活性炭吸附单元3设有总氧化剂TRO检测仪2.3.3、活性炭吸附罐3.2、第4水质分析仪7.4；活性炭吸附罐3.2的进口接混溶罐2.4的出口，活性炭吸附罐3.2的饮用水出水口外接饮用水管网。
所述活性炭吸附罐3.2与饮用水出水口之间可依次设有第2压力表3.1.2、第3TRO检测仪2.3.3、第4水质分析仪7.4和第3出水阀9.3。
经羟基自由基杀灭单元2处理后的出水被输送至活性炭吸附罐3.2进行深度处理。待处理水体自活性炭吸附罐3.2上端重力流至下端，残余氧化剂和微量有机物被活性炭吸附。活性炭吸附罐3.2出水输送至饮用水管网。
所述中央控制系统4对气浮单元1、羟基自由基(·OH)杀灭单元2、活性炭吸附单元3实现集成控制；组合系统中所有水质分析仪、流量计、TRO检测仪及压力表均与中央控制系统4连接，监测数据均在线反馈至中央控制系统；根据在线监测数据，中央控制系统4通过控制各阀门及泵实现运行参数的调节。
所述中央控制系统4，指示精度小于0.1％，控制反应时间小于0.1s。系统具有数字显示屏幕，可实时监控系统运行状况。所述系统具有完备的报警功能，可随时检查设备的运转情况。系统可随时开关机，避免了设备由于无法立即停止而造成的损坏，并且实现了操作及设备运行的简单化，整个设备的运行更快捷。
本发明处理高藻水的过程如下：
1)高藻水由进水水泵6.1输送至气浮单元1，处理过程如下：a)第1水质分析仪7.1在线监测相应水质参数(叶绿素及浊度等)；b)中央控制系统4根据水质参数给出相应的气浮运行参数(絮凝剂投加量，絮凝剂与助凝剂的质量比，回流比)；c)依据气浮运行参数，向絮凝室1.1中投加一定配比的絮凝剂并使其充分混合反应，投加量为5～30mg/L；d)依据气浮参数，调节气浮溶气罐1.8的溶气压力为0.3～0.5MPa，通过第2电磁阀5.2调节回流比为30％～50％；整个气浮处理过程中，高藻水进入絮凝室1.1后，与絮凝剂充分混匀形成大量絮凝体；絮凝体进入气浮分离室1.2时，被回流溶气水中的大量微气泡粘附，并随微气泡上浮，从而实现固液分离；上浮的高藻絮凝体被刮渣机1.3及时清理至排渣槽1.4；少量底泥经排泥管1.5排出；气浮单元1出水由第1出水阀(即气浮出水阀)9.1排出。
所述气浮过程采用压力溶气气浮工艺，水力停留时间为10～20min，表面水力负荷为4～15m3/(m2·h)；管路中的设备可用法兰及碳钢管等连接；根据在线水质分析仪提供的原水浊度和叶绿素浓度，调节絮凝剂投加量为5～30mg/L，助凝剂与絮凝剂的质量比为1∶100～1∶10，回流比为30％～50％，实现水力停留时间为10～20min，表面水力负荷为4～15m3/(m2·h)；其中，絮凝剂可为铝盐类或铁盐类化合物，如聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合氯化铝铁或聚合双酸铝铁，助凝剂为聚丙烯酰胺。
2)气浮单元1出水经第1出水阀(即气浮出水阀)9.1排出，由羟基自由基杀灭单元进水泵6.2输送进入羟基自由基杀灭单元2，其杀灭过程如下：a)中央控制系统4根据进水叶绿素浓度确定总氧化剂浓度；b)羟基自由基发生设备2.2制备羟基自由基溶液，制备过程为：O2在羟基自由基发生设备2.2中经被电离、离解生成大量的氧等离子体气体，通过射流器的高压水射流方法高传质效率混溶于水中，经一系列等离子体化学反应，规模高效地生成·OH溶液；c)羟基自由基发生设备2.2制备的高浓度羟基自由基溶液被输送至混溶罐2.4，与主管路中的待处理水体进一步混溶，同时规模化快速杀灭水中藻类、病原微生物，氧化降解藻毒素等有机污染物，净化水体。
所述羟基自由基发生设备制备羟基自由基溶液过程中，大气压强电离放电将O2电离、离解成氧等离子体气体，其浓度达到80～300mg/L，通过高压射流气液混溶注入到水中生成以·OH为主的氧自由基溶液，其总氧化剂浓度TRO为1～30mg/L，高压射流混溶生成·OH时间仅为0.1ms～1s，氧等离子体气体混溶于水中的传质效率大于95％。
所述羟基自由基快速处理高藻水的过程中，羟基自由基总氧化剂溶液制备用水占总水量的1/4～1/20，总氧化剂浓度由第1TRO检测仪2.3.1和第2TRO检测仪2.3.2检测。羟基自由基(·OH)杀灭单元2的出水水质由第3水质分析仪7.3在线监测。
所述羟基自由基(·OH)杀灭单元2的过滤器2.1出水浊度降至1NTU。·OH溶液被注入到主管路中的混溶罐内进一步混匀，同时规模化快速杀灭水中藻类、病原微生物，氧化降解藻毒素等有机污染物，并净化水体。·OH杀灭藻类的TRO阈值浓度在0.2～2mg/L，生化反应速率常数为107～1010L/mol·s，杀灭时间为0.1ms～6s，出水藻浓度为100cells/mL以下。经气浮单元1与羟基自由基(·OH)杀灭单元2组合处理后的出水，水质指标达到国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)。
3)羟基自由基(·OH)杀灭单元2出水经第2出水阀9.2排出，送至活性炭吸附单元3；活性炭吸附该单元3采用压力式吸附方式运行工作，工作压力为0.5MPa。吸附罐的进水口的第1压力表3.1.1和出水口的第2压力表3.1.2实时反馈压力参数至中央控制系统4。当两者压力差>0.05MPa时，系统将自动控制进行反冲洗，反冲洗强度为5～10L/(s·m)。
所述活性炭吸附罐3.2的尺寸为：φ1600mm×4000mm，以颗粒活性活性炭作填充滤料，填料粒径为0.8～2mm，长度为3～8mm，滤层高度为1.0～1.2m。
所述活性炭吸附单元3吸附去除残余氧化剂和微量有机物，出水的各项水质指标达到国家《饮用水净水水质标准》(CJ94-2005)，可直接饮用。
4)中央控制系统
利用中央控制系统4对组合系统各串联处理单元的实现集成控制。组合系统中所有水质分析仪、流量计、TRO检测仪及压力表的监测数据均在线反馈至中央控制系统。
所述气浮单元1中，依据进水藻浓度与浊度，中央控制系统4自动调节相应的絮凝剂与助凝剂的配比及投加量、回流比等参数，实现出水浊度降至3～5NTU以下、藻浓度降至3000～10000cells/mL，除藻率为85％～95％。气浮单元1出水水量通过中央控制系统4控制第1出水阀9.1和羟基自由基杀灭单元进水泵6.2得以实现。
羟基自由基(·OH)杀灭单元2中，依据进水藻浓度、浊度及处理量，中央控制系统4调控羟基自由基发生设备2.2中氧活性粒子发生器、气液混溶器、液液溶解器、残余气体消除器、水泵、电磁阀等部件，实现总氧化剂TRO注入量的调控，保证TRO阈值浓度在0.2～2mg/L。
活性炭吸附单元3中，吸附罐体的进出水压力信号值、出水总氧化剂浓度以及水质参数连续反馈至中央控制系统4。当进出水的压力差大于0.05MPa、出水总氧化剂浓度以及水质参数达到警示线，中央控制系统4将会自动控制活性炭吸附单元3进行反冲洗，保证出水水质安全。
所述中央控制系统4，指示精度小于0.1％，控制反应时间小于0.1s。系统具有数字显示屏幕，可实时监控系统运行状况。所述系统具有完备的报警功能，可随时检查设备的运转情况。系统可随时开关机，避免了设备由于无法立即停止而造成的损坏，并且实现了操作及设备运行的简单化，整个设备的运行更快捷。
本发明所述组合系统处理能力为5～50吨/h。
高藻水的强氧化处理组合系统通过以下途径实现。高藻水依次通过气浮单元1、羟基自由基杀灭单元2和活性炭吸附单元3进行处理，出水可达到饮用水标准。通过气浮单元1处理，出水浊度降至3～5NTU以下，藻浓度降至3000～10000cells/mL以下，除藻率达到85％～95％。羟基自由基杀灭单元2中，气浮单元1出水经机械过滤，浊度降至1NTU。羟基自由基发生设备2.2制备的总氧化剂溶液，注入到主管路中规模化快速杀灭高藻水中的藻类、病原微生物，氧化降解藻毒素等有机污染物、净化水体，剩余·OH分解成O2、H2O。经第一单元与第二单元的组合工艺，出水水质基本指标达到国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)，可作为非饮用生活用水。活性炭吸附单元3吸附去除残余氧化剂及微量有机物等，处理后水质的各项指标达到国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)，可作为饮用水。三个处理单元的组合运行均由中央控制系统4自动化控制。
1.气浮单元处理高藻水
高藻水由进水水泵6.1输送至气浮单元1，处理过程如下。a)水质分析仪7.1在线监测相应水质参数(叶绿素及浊度等)；b)中央控制系统4根据水质参数确定气浮工艺运行参数(絮凝剂投加量，絮凝剂与助凝剂的质量比，回流比)；c)依据气浮运行参数，向絮凝室1.1中投加一定配比的絮凝剂并使其充分混合反应，投加量为5～30mg/L。d)依据气浮参数，调节气浮溶气罐1.8的溶气压力为0.3～0.5Mpa，通过电磁阀5.2调节回流比为30％～50％。整个气浮处理过程中，高藻水进入絮凝室1.1后，与絮凝剂充分混匀形成大量絮凝体。絮凝体进入气浮分离室1.2时，被回流溶气水中的大量微气泡粘附，并随微气泡上浮，从而实现固液分离。上浮的高藻絮凝体被刮渣机1.3及时清理至排渣槽1.4。少量底泥经排泥管1.5排出。气浮单元1出水由气浮出水阀9.1排出。
2.羟基自由基(·OH)快速杀灭高藻、病原微生物
气浮单元1出水经气浮单元出水阀9.1排出，由羟基自由基杀灭单元进水泵6.2输送进入羟基自由基杀灭单元2，其杀灭过程如下。a)中央控制系统4根据进水叶绿素浓度确定总氧化剂浓度；b)羟基自由基发生设备2.2制备羟基自由基溶液，制备过程为：O2在羟基自由基发生设备2.2中经被电离、离解生成大量的氧等离子体，通过射流器的高压水射流方法高传质效率的混溶于水中，经一系列等离子体化学反应，规模高效地生成·OH溶液；c)羟基自由基发生设备2.2制备的高浓度羟基自由基溶液被输送至混溶罐2.4，与主管路中的待处理水体进一步混溶，同时规模化快速杀灭水中藻类、病原微生物，氧化降解藻毒素等有机污染物，净化水体。
3.活性炭吸附罐深度处理
经羟基自由基杀灭单元2处理后的出水被输送至活性炭吸附罐3.2进行深度处理。待处理水体自活性炭吸附罐3.2上端重力流至下端，残余氧化剂和微量有机物被活性炭吸附。活性炭吸附罐3.2出水输送至饮用水管网。
实施例1：组合系统处理低浊高藻水
按照本发明所述的方法及系统，研制出20吨/h的组合系统装置。待处理水体的浊度为15.7NTU，藻浓度为20×104cells/mL，属于低浊高藻水体。气浮单元处理工艺参数如下：絮凝剂聚合氯化铝投加量为12mg/L，助凝剂聚丙烯酰胺投加量为0.2mg/L，溶气压力为0.3～0.5MPa，回流比为30％～50％。气浮工艺运行过程中，水力停留时间为10～20min，表面水力负荷为4～15m3/(m2·h)。羟基自由基快速杀灭处理单元中，主管路中TRO浓度为0.4mg/L。活性炭吸附单元活性炭吸附罐工作压力为0.5MPa。组合系统处理各级单元的出水效果如表1～表3所示。气浮单元出水浊度<3NTU，藻浓度为10000cells/mL。羟基自由基杀灭处理单元的出水的藻浓度仅为28cells/mL，细菌未检出。活性炭吸附单元出水的水质达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)的要求。
表1 各单元的藻类杀灭效果
表2 各单元的细菌杀灭效果
表3 各单元出水的水质情况
实施例2：组合系统处理高浊高藻水
本案例使用的组合系统与案例1相同。待处理水体的浊度为70.7NTU，藻浓度为10×104cells/mL，属于高浊高藻水体。气浮单元处理工艺参数如下：絮凝剂聚合氯化铝投加量为23mg/L，溶气压力为0.3～0.5MPa，回流比为30％～50％。气浮工艺运行过程中，水力停留时间为10～20min，表面水力负荷为4～15m3/(m2·h)。羟基自由基快速杀灭处理单元中，主管路中TRO浓度为0.2mg/L。活性炭吸附单元活性炭吸附罐3.2工作压力为0.5MPa。组合系统处理各级单元的出水效果如表4～表6所示。气浮单元出水浊度<5NTU，藻浓度为8000cells/mL。羟基自由基杀灭处理单元的出水的藻浓度仅为5cells/mL，细菌未检出。活性炭吸附单元出水的水质达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)的要求。
表4 各单元的藻类杀灭效果
表5 各单元的细菌杀灭效果
表6 各单元出水的水质情况
处理单元 DO(mg/L) CODMn(mg/L) UV254(m-1) 总氮(mg/L) 氨氮(mg/L) 总磷(mg/L)
原水 5.5～6.5 6.28～7.17 15.3～20.6 3.46～4.20 0.40～0.76 0.68～0.95
气浮单元 6.8 3.27 10.1 0.80 0.18 0.20
羟基自由基杀灭单元(TRO:0.2mg/L) 7.3 2.847 4.2 0.86 0.19 0.13
活性炭吸附单元 7.1 1.93 0.1 0.65 0.18 0.10
综上所述，本实施例所述的组合系统，利用羟基自由基快速致死藻类的新技术途径，建立了高效、经济、安全的高藻水组合处理工艺，实现了生活用水与饮用水的分质供水。对于自然灾害、突发事件以及部分农村地区的饮用水安全问题，该组合工艺系统提供了一定的技术基础和装备保障。该组合系统工艺的提出，解决了高藻水处理难题，对保障群众用水安全、维护社会稳定有着重大意义。

Claims (5)

1.一种羟基自由基强氧化处理高藻水的组合系统，其特征在于设有气浮单元、羟基自由基(·OH)杀灭单元、活性炭吸附单元和中央控制系统；
所述气浮单元的入水口外接高藻水源，气浮单元的出水口接羟基自由基(·OH)杀灭单元的入水口，羟基自由基(·OH)杀灭单元的出水口接活性炭吸附单元的入水口，活性炭吸附单元的出水口排放饮用水；
所述气浮单元设有絮凝室、气浮分离室、刮渣机、排渣槽、排泥管、溶气水泵、空压机、气浮溶气罐、释放器和搅拌器；所述气浮单元进水口通过进水水泵外接高藻水源；气浮单元底端出水口与溶气水泵入口相连，溶气水泵出水口与气浮溶气罐顶端入口相连；空压机的输气口与气浮溶气罐底端入口相连，气浮溶气罐底端出水口与释放器相连；
所述羟基自由基(·OH)杀灭单元设有第3水质分析仪、过滤器、羟基自由基发生设备、混溶罐；所述过滤器入水口与羟基自由基杀灭单元进水泵出水口相连，过滤器出水口分别与羟基自由基发生设备入水口及混溶罐入水口相连，羟基自由基发生设备制备的羟基自由基溶液与经过滤器输送至主管路的待处理高藻水体在混溶罐充分混合，同时杀灭藻体、氧化降解有机污染物；
所述活性炭吸附单元设有总残余氧化剂浓度检测仪、活性炭吸附罐、第4水质分析仪；活性炭吸附罐的进口接混溶罐的出口，活性炭吸附罐的饮用水出水口外接饮用水管网；
所述中央控制系统分别与所有水质分析仪、流量计、总氧化剂检测仪、总残余氧化剂浓度检测仪及压力表电连接。
2.如权利要求1所述一种羟基自由基强氧化处理高藻水的组合系统，其特征在于所述进水水泵与高藻水源之间设有第1电磁阀；所述进水水泵与气浮单元入水口之间依次设有第1水质分析仪、第1流量计；所述气浮单元底端出水口与溶气水泵之间依次设有第2电磁阀、第2流量计；所述空压机与气浮溶气罐之间设有第3电磁阀；气浮单元上端出水口与羟基自由基杀灭单元进水泵入口之间设有第2水质分析仪；所述第2水质分析仪与羟基自由基杀灭单元进水泵之间设有第1出水阀。
3.如权利要求1所述一种羟基自由基强氧化处理高藻水的组合系统，其特征在于所述羟基自由基杀灭单元进水泵与过滤器之间设有第3流量计；所述过滤器与羟基自由基发生设备之间依次设有第4电磁阀、第4流量计；所述羟基自由基发生设备与混溶罐之间设有第1TRO检测仪；所述混溶罐与活性炭吸附单元入水口之间依次设有第1总残余氧化剂浓度检测仪、第3水质分析仪、第2出水阀和第1压力表。
4.如权利要求1所述一种羟基自由基强氧化处理高藻水的组合系统，其特征在于所述活性炭吸附罐与饮用水出水口之间依次设有第2压力表、第2总残余氧化剂浓度检测仪、第4水质分析仪和第3出水阀。
5.如权利要求1所述一种羟基自由基强氧化处理高藻水的组合系统，其特征在于所述中央控制系统对气浮单元、羟基自由基(·OH)杀灭单元、活性炭吸附单元实现集成控制；组合系统中所有水质分析仪、流量计、总氧化剂检测仪、总残余氧化剂浓度检测仪及压力表均与中央控制系统连接，监测数据均在线反馈至中央控制系统；根据在线监测数据，中央控制系统通过控制各阀门及泵实现运行参数的调节。
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