CN104773868B - 一种载银活性炭/二氧化钛耦合与超滤组合装置及控制水中有机物与病原微生物的方法 - Google Patents
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Abstract
一种载银活性炭/二氧化钛耦合与超滤组合装置及控制水中有机物与病原微生物的方法，属于水处理技术领域。依次包括混凝、沉淀、生物活性炭滤池、载银活性炭/二氧化钛耦合池、超滤膜池；原水经混凝形成絮体后，经沉淀池到生物活性炭滤池吸附过滤去除可生物降解的有机物，生物活性炭滤池出水进入载银活性炭/二氧化钛耦合池，载银活性炭吸附和二氧化钛催化氧化的耦合作用可进一步去除过滤水中的有机污染物，且银离子与二氧化钛的耦合作用可协同杀灭水中病原微生物并抑制病原微生物生长。该组合工艺可实现有机物与病原微生物综合控制，并可有效控制膜污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种饮用水净化方法，尤其是指一种强化催化作用、吸附和膜分离作用去除水中有机物和病原微生物的饮用水净化方法，属于水处理技术领域。
背景技术
我国许多城市饮用水源都存在持续性或季节性的有机污染，尤其是溶解性有机物物超标的情况。饮用水常规处理工艺，即混凝、沉淀、砂滤与消毒工艺，对有机物去除能力有限，尤其对中等或小分子量的有机物去除能力很差。另一方面，国家最新饮用水卫生标准(GB5749-2006)已于2012年强制执行，如何确保出厂水达标是许多水厂面临的问题。
近年来，超滤逐渐大规模应用于饮用水处理，且随着国内膜技术的不断提高，投资和运行成本均得到有效降低。但是，超滤对水中细菌、病毒、藻类、胶体等颗粒污染物的截留去除能力很高，而对溶解性有机物去除能力很低。而利用混凝的吸附、卷扫等作用可将部分溶解性有机物转化为颗粒态有机物，这可以有效提高超滤工艺对溶解性大分子有机物的去除能力。但是，此方法对提高中等或小分子量的有机物的去除能力有限。
为此，有人提出在超滤单元前投加粉末活性炭以去除中等分子量的有机物，此外确保粉末活性炭在处理单元中的停留时间；在较长的停留时间条件下，粉末活性炭表面可生长出微生物膜，形成具有微生物活性的粉末活性炭。该方法存在以下缺陷：随着膜内表面微生物的滋生和膜外表面污染层的附着，膜组件会被污染物堵塞，膜通量逐渐下降，直至不再出水。膜污染问题缩短了膜的使用寿命，导致了泵的抽吸水头增大和曝气量的增加，如何避免和控制上述方法存在的不足，这是工程中亟需解决的关键问题。
本发明针对上述问题，提出在超滤膜池前端增设载银活性炭/二氧化钛耦合池，通过银活性炭与二氧化钛耦合作用进一步吸附和降解有机物，同时对生物活性炭脱落的生物膜和病原微生物进行协同灭活，避免和减轻微生物造成的超滤膜污染，提高膜的使用寿命。
发明内容
一种载银活性炭/二氧化钛耦合与超滤组合装置及控制水中有机物与病原微生物的方法。
为实现上述目的，本发明采取以下方案。
一种载银活性炭/二氧化钛耦合与超滤组合装置，其特征在于，包括依次连接的管道混合器1、机械搅拌反应池2、斜板沉淀池3、生物活性炭滤池4、载银活性炭/二氧化钛耦合池5、超滤膜池6；
载银活性炭/二氧化钛耦合池5为在同一个反应池内一边为载银活性炭池9，内装载银活性炭；另一边设置二氧化钛光催化剂池10，内装二氧化钛光催化剂，二氧化钛中间设有一个紫外灯12，载银活性炭池和二氧化钛光催化剂池之间为溢流井11，分别将载银活性炭用于二次吸附过滤微生物和有机物，二氧化钛光催化用于降解有机物和杀菌抑菌，载银活性炭/二氧化钛耦合池5的底部为污泥槽13，污泥槽13位于载银活性炭池9和二氧化钛光催化剂池10的下面，上述构成一体化综合池；
载银活性炭/二氧化钛耦合池5的载银活性炭池9与生物活性炭滤池4连通，二氧化钛光催化剂池10与超滤膜池6进水口连通，同时超滤膜池6的底部通过回流管7与污泥槽13连通，污泥槽13通过污泥回流管8与机械搅拌反应池2连通。
上述二氧化钛为介孔二氧化钛颗粒。
上述的二氧化钛优选采用如下方法制备：采用溶胶-凝胶法合成，以TiSO4为钛源，将其加入到(体积比为优选1:1.5:1)丙三醇、无水乙醇和乙二醇甲醚的混合溶液中搅拌，获得TiO2前体液；称取一定量的椰壳空心小球，小球是用200～280目的筛子筛出，粒径大小为55～75μm之间，将其移入TiO2前体液中，搅拌均匀然后取出，退火，可得到镀TiO2薄膜的空心小球，获得介孔TiO2微球，核壳式的微球能使紫外光在其壳内部多次反射，提高光源利用率，进而提高其光催化氧化活性。
控制水中有机物与病原微生物的方法，其特征在于，包括以下步骤：原水经投药混凝形成絮体后，在斜板沉淀池内完成沉淀分离，斜板沉淀池出水进入生物活性炭滤池内进行吸附过滤去除可生物降解的有机物，生物活性炭滤池出水进入载银活性炭/二氧化钛耦合池，载银活性炭和二氧化钛可进一步吸附和降解滤后水中有机物，且银离子与二氧化钛耦合作用可协同杀灭水中病原微生物并抑制病原微生物生长，载银活性炭/二氧化钛耦合池出水进入超滤膜池进行超滤。
在载银活性炭/二氧化钛耦合池5中水中密度较大的颗粒物、脱落的生物膜、载银活性炭等杂质在重力作用下进入污泥槽13，并通过排泥管将污泥槽13中的污泥排出。载银活性炭池9中的污泥通过污泥回流管8排入到机械搅拌反应池2，而超滤膜池6中的污泥通过回流管7排泥至二氧化钛光催化剂池10中，每一项的排泥周期是12h～72h，且应保证载银活性炭在载银活性炭/二氧化钛耦合与超滤组合装置中的停留时间为4～20d；载银活性炭池9和二氧化钛光催化剂池10可以共用一个污泥槽13，方便施工，节约成本。
所述的超滤膜组件为浸没式膜组件，组件形式可以是中空纤维膜或平板膜等，材质可以是聚氯乙烯或聚偏氟乙烯。超滤膜的孔径范围为0.01～0.05μm之间，超滤膜的通量为10～60L/m2·h。待处理水在装有超滤膜组件的膜过滤区的水力停留时间为10～40min。
为了提高本发明的处理效果，可以在二氧化钛光催化池中投加臭氧或H2O2溶液，投量范围为2-50mg/L；也可以同时投加臭氧与H2O2，其总投量范围为5-50mg/L，臭氧与H2O2摩尔比为1：3～3：1。
所述的载银活性炭的吸附去除有机物与灭活病原微生物作用，载银活性炭粒径可采用20-40目，可选用椰壳或者果壳炭，将其加入到银氨溶液Ag(NH3)2+进行振荡还原30min，用滤纸过滤。载银量可采用0.01％-1％。
在载银活性炭/二氧化钛耦合池和超滤膜池中通过空气压缩机往水中通入压缩空气对池体进行冲洗，优选载银活性炭/二氧化钛耦合池的气水比范围是10：1～150：1(体积比)，超滤膜池的气水比范围是5：1～50：1。载银活性炭/二氧化钛耦合池和超滤膜池的压缩空气可以由同一台空气压缩机提供，也可以由不同的空气压缩机提供。所述的曝气装置可以是穿孔曝气管、曝气头等。
本发明二氧化钛为颗粒，比表面积大，易在水中进行沉淀和分离，回流后可再次利用进一步降解水中有机物，不会影响超滤工艺。
本发明所采用的生物活性炭滤池-载银活性炭/二氧化钛耦合-超滤组合工艺与活性炭滤池-超滤工艺相比，经过载银活性炭/二氧化钛耦合作用后的微生物灭活和有机物降解效果更好，使得进入超滤膜池的水中微生物和有机物浓度更低，超滤出水的水质更好。
附图说明
图1是本发明载银活性炭/二氧化钛耦合与超滤组合工艺流程图；
1.管道混合器 2.机械搅拌反应池 3.斜板沉淀池
4.生物活性炭滤池 5.载银活性炭/二氧化钛耦合池
6.超滤膜池
7.回流管(回流至载银活性炭/二氧化钛耦合池)
8.污泥回流管(回流至机械搅拌反应池)；
图2是本发明载银活性炭/二氧化钛耦合池；
9.载银活性炭池 10.二氧化钛光催化剂池 11.溢流井
12紫外灯 13.污泥槽。
具体实施方式
下面举两个实例说明本发明的具体实施方式，但本发明的权力要求范围并不局限于此。
实施例1：
本实施例中，采用混凝-沉淀-生物活性炭-载银活性炭/二氧化钛-超滤组合工艺处理微污染水，原水浊度为4.85NTU，UV254为0.052，DOC为3.85mg/L，混凝剂采用聚合氯化铝投加量为15mg/L(以商品质量计)。混凝阶段采用管道混合器，反应阶段采用机械搅拌混合池，沉淀阶段采用斜管沉淀池，二氧化钛粒径为1.0μm，超滤膜面积为0.05m2，膜通量为40L/(m2.h)，系统流量为2L/h，膜池混合液停留时间为40min。未设置载银活性炭/二氧化钛池耦合时，沉后水(超滤进水)浊度为1.86NTU，UV254为0.038，DOC为2.02mg/L，此时系统产水率为95％。采用载银活性炭/二氧化钛耦合-超滤组合工艺时，同时投加臭氧与H2O2，投量均为10mg/L，且应保证载银活性炭在反应器系统中的停留时间为10min，每2d对载银活性炭池进行水反冲洗，冲洗强度为2.8L/h；此时沉后水(超滤进水)浊度降低至1.56NTU，UV254为0.028，DOC为1.72mg/L。
实施例2
本实施例中，载银活性炭/二氧化钛-超滤组合工艺处理受污染地表水，原水浊度为9.432NTU，UV254为0.075，DOC为5.32mg/L。混凝剂采用聚合氯化铝投加量为20mg/L(以商品质量计)，混凝阶段采用管道混合器，反应阶段采用机械搅拌混合池，沉淀阶段采用斜管沉淀池，超滤膜面积为0.05m2，膜通量为40L/(m2.h)，系统流量为2L/h，粉末活性炭投加量为20mg/L。未设置载银活性炭/二氧化钛耦合池时，此时沉后水(超滤进水)浊度为2.86NTU，UV254为0.042，DOC为2.35mg/L。采用载银活性炭/二氧化钛-超滤组合工艺时，同时投加臭氧与H2O2，投量均为10mg/L，此时沉后水(超滤进水)浊度降低至1.68NTU，UV254为0.032，DOC为1.82mg/L。膜池混合液停留时间为40min，且应保证载银活性炭在反应器系统中的停留时间为10min，每2d对载银活性炭池进行水反冲洗，冲洗强度为2.8L/h。
Claims (6)
1.一种载银活性炭/二氧化钛耦合与超滤组合装置，其特征在于，包括依次连接的管道混合器(1)、机械搅拌反应池(2)、斜板沉淀池(3)、生物活性炭滤池(4)、载银活性炭/二氧化钛耦合池(5)、超滤膜池(6)；
载银活性炭/二氧化钛耦合池(5)在同一个反应池内一边为载银活性炭池(9)，内装载银活性炭；另一边设置二氧化钛光催化剂池(10)，内装二氧化钛光催化剂，二氧化钛中间设有一个紫外灯(12)，载银活性炭池和二氧化钛光催化剂池之间为溢流井(11)，分别将载银活性炭用于二次吸附过滤微生物和有机物，二氧化钛光催化用于降解有机物和杀菌抑菌，载银活性炭/二氧化钛耦合池(5)的底部为污泥槽(13)，污泥槽(13)位于载银活性炭池(9)和二氧化钛光催化剂池(10)的下面，上述构成一体化综合池；
载银活性炭/二氧化钛耦合池(5)的载银活性炭池(9)与生物活性炭滤池(4)连通，二氧化钛光催化剂池(10)与超滤膜池(6)进水口连通，同时超滤膜池(6)的底部通过回流管(7)与污泥槽(13)连通，污泥槽(13)通过污泥回流管(8)与机械搅拌反应池(2)连通，上述二氧化钛为介孔二氧化钛颗粒；二氧化钛采用如下方法制备：采用溶胶-凝胶法合成，以TiSO4为钛源，将其加入到丙三醇、无水乙醇和乙二醇甲醚的混合溶液中搅拌，获得TiO2前体液；称取一定量的椰壳空心小球，小球用200～280目的筛子筛出，粒径大小为55～75μm之间，将其移入TiO2前体液中，搅拌均匀然后取出，退火，可得到镀TiO2薄膜的空心小球，获得介孔TiO2微球；
载银活性炭粒径采用20-40目，选用果壳炭。
2.按照权利要求1的一种载银活性炭/二氧化钛耦合与超滤组合装置，其特征在于，超滤膜的孔径范围为0.01～0.05μm之间，超滤膜的通量为10～60L/m2·h。
3.利用权利要求1的一种载银活性炭/二氧化钛耦合与超滤组合装置进行水处理的方法，其特征在于，原水经投药混凝形成絮体后，在斜板沉淀池内完成沉淀分离，斜板沉淀池出水进入生物活性炭滤池内进行吸附过滤去除可生物降解的有机物，生物活性炭滤池出水进入载银活性炭/二氧化钛耦合池，载银活性炭和二氧化钛可进一步吸附和降解滤后水中有机物，且银离子与二氧化钛耦合作用协同杀灭水中病原微生物并抑制病原微生物生长，载银活性炭/二氧化钛耦合池出水进入超滤膜池进行超滤；
在载银活性炭/二氧化钛耦合池(5)中水中密度较大的颗粒物、脱落的生物膜、载银活性炭杂质在重力作用下进入污泥槽(13)，并通过排泥管将污泥槽(13)中的污泥排出；载银活性炭池(9)中的污泥通过污泥回流管(8)排入到机械搅拌反应池(2)，而超滤膜池(6)中的污泥通过回流管(7)排泥至二氧化钛光催化剂池(10)中，每一项的排泥周期是12h～72h，且应保证载银活性炭在载银活性炭/二氧化钛耦合与超滤组合装置中的停留时间为4～20d。
4.按照权利要求3的方法，其特征在于，待处理水在装有超滤膜组件的膜过滤区的水力停留时间为10～40min。
5.按照权利要求3的方法，其特征在于，在二氧化钛光催化池中投加臭氧或H2O2溶液，投量范围为2-50mg/L；或同时投加臭氧与H2O2，其总投量范围为5-50mg/L，臭氧与H2O2摩尔比为1：3～3：1。
6.按照权利要求3的方法，其特征在于，在载银活性炭/二氧化钛耦合池和超滤膜池中通过空气压缩机往水中通入压缩空气对池体进行冲洗，载银活性炭/二氧化钛耦合池的气水体积比范围是10：1～150：1，超滤膜池的气水体积比范围是5：1～50：1。
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