CN105906086A - 一种短流程的饮用水深度处理系统与工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种短流程的饮用水深度处理系统，其特征在于，主要包括混凝/沉淀池、炭砂滤池、超滤膜车间三部分，三部分依次连接，炭砂滤池内装填石英砂和活性炭，所述炭砂滤池内的石英砂粒径为0.5～1.0mm，所述石英砂的装填高度为20cm，所述活性炭的装填高度大于等于100cm。采用所述系统的处理工艺包括以下步骤：S1、沉淀池出水直接进入炭砂滤池，炭砂滤池为下向流，炭砂滤池的出水进入超滤膜车间；S2、进行超滤膜过滤。本发明的系统与工艺降低了膜污染可能性，节约了设备空间，起到饮用水的深度处理，效率高且效果优异，可以产业化应用。

Description

一种短流程的饮用水深度处理系统与工艺
技术领域
本发明涉及水和废水处理领域，尤其涉及饮用水处理中的一种短流程的饮用水深度处理系统与工艺。
背景技术
活性炭过滤是目前比较成熟且应用较多的深度处理工艺，可有效去除微污染原水中的氨氮和有机物。而且活性炭经过培养后形成生物活性炭，可充分发挥微生物的作用，强化对氨氮和有机物的去除，因此生物活性炭工艺成为目前国内应用较多的深度处理工艺。
生物活性炭工艺在饮用水处理中存在的问题包括pH降低、出水颗粒物增加、可能存在微生物泄露的风险等，在饮用水处理中对其的使用一直存在争议。如何解决生物活性炭工艺的微生物泄露风险成为首要任务。膜工艺可有效去除水中的颗粒物，提高饮用水的生物安全性，因此膜与BAC组合工艺，可很好的解决饮用水活性炭深度处理与微生物安全性的问题。
在生物活性炭与超滤膜联合应用对饮用水进行深度处理方面，国内相关的主要专利有：1)一种饮用水深度净化方法和装置(专利号CN200810063899.6)，其核心在于原水直接进行活性炭过滤，去除部分氨氮、有机物后再进入超滤膜生物反应器，进一步降解氨氮和有机物，同时去除颗粒物和微生物。本申请的核心在于增加了混凝沉淀预处理工艺，且后续的超滤膜工艺不涉及微生物作用，为单纯的膜过滤。2)去除饮用水中氨氮和有机物的一体化反应器及其方法(专利号CN201110185211.3)和用于饮用水深度净化的反应器及饮用水深度净化的方法(专利号CN201110185360.X)，此两专利的核心在于反应器中同时存在填料和超滤膜，可通过臭氧预氧化或投加粉末碳并通过微生物作用去除氨氮和有机物，这与本申请有本质区别。3)饮用水深度处理的反应器及其水厂深度处理饮用水的方法(专利号CN201110250044.6和CN201110380992.1)，此专利的核心在于利用沉淀池改造为膜池，再将砂滤池更换为活性炭池，其主要流程为超滤膜+臭氧活性炭，以此实现有机物和氨氮的去除。本申请中的主要流程为预处理+活性炭+超滤膜，与上述专利有本质区别。4)一种自来水厂净水处理组合系统及其组合工艺(专利号CN201210293331.X和CN201210147637.4)和一种自来水厂净水处理组合装置(专利号CN201220408122.0)，其核心在于将高效沉淀工艺、上向流臭氧生物活性炭工艺与浸没式超滤膜处理工艺三者相结合，实现饮用水的深度处理。本申请专利与此专利的显著不同在于①使用下向流炭砂滤池且无臭氧氧化，②使用压力式超滤膜，③超滤膜车间与附属设施合建。其中，上向流活性炭和下向流炭砂滤池、浸没式和压力式超滤膜的进水要求、运行方式和运行参数等有本质区别。本申请通过以上三个特征，缩短处理流程，实现了短流程的饮用水深度处理。
基于上述讨论，可见现有方法和设备仍存在部分问题没有解决：1)超滤膜如果与微生物形成膜生物反应器，则面临膜污染的难题，而且存在微生物泄露的风险；2)超滤膜前置，活性炭后置的工艺流程，一方面加剧了膜的污染负荷，另一方活性炭的微生物泄露风险无法控制；3)使用臭氧+生物活性炭+浸没式超滤膜的深度处理工艺，其流程延长、占地面积增加，制水成本升高；4)超滤膜通量较低，一般低于50L/m2h，反冲洗周期短，一般低于50分钟。
发明内容
为解决当前饮用水深度处理中存在的问题，本发明提供一种短流程的饮用水深度处理系统与工艺，通过将传统工艺的砂滤池改造为炭砂滤池，增加膜车间，即可实现短流程的饮用水深度处理。本发明的系统和工艺降低了膜污染可能性，节约了设备空间，起到饮用水的深度处理，效率高且效果优异，可以产业化应用。
本发明的目的主要通过以下技术方案实现：
一种短流程的饮用水深度处理系统，其特征在于，主要包括混凝/沉淀池、炭砂滤池、超滤膜车间三部分，三部分依次连接，炭砂滤池内装填石英砂和活性炭，所述炭砂滤池内的石英砂粒径为0.5～1.0mm，所述石英砂的装填高度为20cm，所述活性炭的装填高度大于等于100cm。
炭砂滤池的形式可以为V型滤池和普通快滤池，其配套管渠与传统砂滤池相同，无需改造。采用本炭砂滤池，水中的颗粒物和有机物等被活性炭截留、吸附和微生物降解，同时部分活性炭上脱落的微生物被底部的砂滤层拦截，降低了滤池的出水浊度和颗粒数，为后续的超滤膜工艺提供良好的运行环境。
炭砂滤池中炭砂高度比应根据有机物去除效果、过滤水头损失、出水颗粒物数量、微生物截留效果综合衡量。本文中所述炭砂高度比本发明的关键参数之一，是大量实验后得出的成果。与传统砂滤相比，采用炭砂比例合理的炭砂滤池可以强化有机物和氨氮的去除效果，而且还能去除部分抗生素等微量污染物。与传统活性炭滤池相比，炭砂滤池由于底部存在细砂层，对活性炭中脱落的微生物或其他颗粒物有截留作用，减少滤池出水的颗粒物，有利于后续工艺的运行。
优选超滤膜车间内的超滤膜分组排列，采用采用压力式超滤膜进行死端过滤，超滤膜封装于膜壳中，膜壳上设有进气口，可以采用高压空气吹动膜丝抖动，并设置有加压泵，用于过滤时加压。采用该设置方式，降低了膜污染可能性，并提高了水的超滤处理效率。
其中，所述活性炭为破碎炭、柱状炭或者二者的混合物，来自煤质炭或木质炭，粒径大小范围为1.5～2.5mm。
超滤膜的膜孔径为10～100nm，材质为PVDF、PTFE或PVC。
本发明的进一优选方案为，超滤膜车间进一步与缓冲水池、加压泵间、超滤膜附属设备间采用分层一体化建设方式，超滤膜膜车间位于上层，缓冲水池、泵房和超滤膜附属设备位于底层。大大的节约了设置空间，更利于产业化应用。
本发明的再一目的在于提供一种短流程的饮用水深度处理工艺，采用所述的一种短流程的饮用水深度处理系统，包括以下步骤：S1、沉淀池出水直接进入炭砂滤池，炭砂滤池为下向流，炭砂滤池的出水进入超滤膜车间；S2、进行超滤膜过滤。
所述炭砂滤池的进水为沉淀池出水，未经过常规深度处理工艺中的砂滤和臭氧氧化处理，降低了膜污染可能性；炭砂滤池的出水经出水渠进入缓冲水池，经水泵加压后送往超滤膜车间过滤。
其中，优选步骤S1包含：炭砂滤池进水的浊度可以为0.5～5.0NTU，滤速不超过10m/h。
步骤S2包含：单个过滤周期超过70分钟，跨膜压差维持在40～70kPa之间。
其中，超滤膜按照水量进行分组，每组超滤膜可单独运行与控制；每组超滤膜设单独的进水、出水、反清洗管路，超滤膜的单个反冲洗周期超过70分钟；所述反清洗采用气体刷洗、水反冲和次氯酸钠。
与传统处理工艺或现有的BAC-超滤膜组合工艺相比，本工艺的有益效果包括：
1)超滤膜运行周期长。通常超滤膜的运行周期低于60min，本工艺中采用压力式超滤膜，可将运行周期提高至70min，提升了超滤膜的产水率。而且通过次氯酸钠日常反冲洗，跨膜压差无明显升高；
2)本工艺中省略了常用的臭氧氧化和砂滤工艺，节省了建设用地，特别适用于无储备用地的水厂改造。而且，即使无臭氧氧化，炭砂滤池出水中的有机物和和氨氮均低于普通砂滤池；
3)本工艺最后一步采用超滤膜，强化了颗粒物和微生物的截留效果，使工艺出水的微生物安全性远高于传统工艺；
4)超滤膜车间采用了上下两层合建的结构，进一步节省了建设用地。而且，采用压力式超滤膜使工艺变得更加灵活，抗水量冲击能力较高，解决了浸没式膜工艺对水量冲击敏感的问题。
附图说明
图1为本发明的短流程饮用水深度处理工艺系统与工艺示意图。
图2为本发明的炭砂滤池的的剖面图。
图3为本发明的超滤膜车间的剖面图。
图4为本发明系统处理的效果图，其中4A为改造前后出厂水的CODMn比较示意图；图4B为改造前后出厂水的浊度效果图；图4C说明沉淀池出水颗粒物情况；图4D超滤膜的膜通量情况。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但发明的实施方式不限于此。
实施例1一种短流程的饮用水深度处理系统与工艺
如图1所示，一种短流程的饮用水深度处理系统包括：混凝/沉淀池1、炭砂滤池2、超滤膜车间3。处理工艺包括：混凝沉淀池1的出水通过管路输送至炭砂滤池2，炭砂滤池的出水直经水泵加压后进入到超滤膜车间3，完成饮用水的深度处理过程。
其中，图1中所述的混凝沉淀池1，形式多样，本专利所述的核心工艺可适应多种混凝沉淀池的出水，因此对混凝沉淀池1不做详述。
优选炭砂滤池内装填石英砂和活性炭，所述炭砂滤池内的石英砂粒径为0.5～1.0mm，所述石英砂的装填高度为20cm，所述活性炭的装填高度大于等于100cm。
实施例2一种短流程的饮用水深度处理系统与工艺
如图1和2所示，在实施例1所述的一种短流程的饮用水深度处理系统与工艺的基础上，炭砂滤池2具有滤池进水管201，虹吸进水管202。来自沉淀池的出水由滤池进水管201输送至滤池，而后经虹吸进水管202虹吸进入滤池。滤池内自上而下装填活性炭203和细砂204，沉淀后的水首先经过活性炭203，完成污染物的吸附和微生物降解过程，而后经过细砂204，控制滤池出水的颗粒物。经细砂204过滤后，水通过集水区205进行收集，而后进入管廊内的清水渠206，由清水渠206输送至超滤车间。炭砂滤池2内还设有滤池反洗水排水渠207，位于活性炭上方，炭砂滤池运行一定时间后进行反冲洗，以恢复其过滤能力，反冲洗水经反洗水排水渠207排出。
实施例3一种短流程的饮用水深度处理系统与工艺
如图1、2和3所示，在实施例1和2所述的一种短流程的饮用水深度处理系统与工艺的基础上，所述的超滤膜车间具有上下两层其中下层为半地下结构。超滤膜车间具有超滤膜吸水池302，来自清水渠206的炭砂滤池出水经超滤膜吸水池的进水管301输送至吸水池302。经超滤膜进水泵303加压后，吸水池302内的水通过超滤膜进水总管304提升至超滤膜车间的二层，并通过超滤膜进水支管305输送至不同的膜组306。水经过超滤膜组306过滤后，去除微生物和其他颗粒物，进入超滤膜产水支管308汇送至超滤膜产水总管308，产水总管308将水输送至一层的反洗水池309。反洗水池309内可存储一定体积的反洗水，以满足超滤膜组306的反冲洗需求。
如图3所示，反洗过程中，超滤膜进水泵303停止工作，同时管路上相关的阀门动作，将进水管路关闭。超滤膜反洗水泵301将反洗水池309内的膜出水加压，通过反洗管路311提升至二层膜车间，并通过反洗支管312将反洗水注入超滤膜组306。超滤膜组6的反洗出水由反洗出水管313输送至回收水池314，进行下一步处理。至此，超滤膜完成一个过滤与反冲洗的运行周期。
如图3所示，超滤膜车间内同时设置清洗剂储罐315，如有需要则可在反洗过程中将清洗剂通过清洗剂管路316输送至反洗管路311，将清洗剂与反洗水同时注入超滤膜组306，实现膜的在线化学清洗。
实施例4一种短流程的饮用水深度处理工艺
优选的处理工艺为：采用前述的一种短流程的饮用水深度处理系统，包括以下步骤：S1、沉淀池出水直接进入炭砂滤池，炭砂滤池为下向流，炭砂滤池的出水进入超滤膜车间；S2、进行超滤膜过滤。
所述炭砂滤池的进水为沉淀池出水，未经过常规深度处理工艺中的砂滤和臭氧氧化处理，降低了膜污染可能性；炭砂滤池的出水经出水渠进入缓冲水池，经水泵加压后送往超滤膜车间过滤。
其中，优选步骤S1包含：炭砂滤池进水的浊度可以为0.5～5.0NTU，滤速不超过10m/h。
步骤S2包含：单个过滤周期超过70分钟，跨膜压差维持在40～70kPa之间。
其中，超滤膜按照水量进行分组，每组超滤膜可单独运行与控制；每组超滤膜设单独的进水、出水、反清洗管路，超滤膜的单个反冲洗周期超过70分钟；所述反清洗采用气体刷洗、水反冲和次氯酸钠。
实施例5效果对比
该发明中的系统与工艺特别适用于老旧水厂的改造，实际工程运行效果证明，改造后水厂的出水水质显著改善，有机物和颗粒物的去除率提高，跨膜压差和膜通量稳定，工艺整体运行平稳。工程运行效果的具体参数见图4。
图4A说明改造后的深度处理工艺对CODMn的去除效果好于传统工艺。原水CODMn均值为1.80mg/L，改造后出厂水CODMn均值为由改造前的0.96mg/L降低至0.81mg/L，相应的CODMn去除率也由46.7％提高至55.0％。改造后出厂水的CODMn比改造前降低了15.6％。
图4B说明改造后出厂水的浊度由改造前的2.5NTU左右降低至0.1NTU以下，改造工艺显著提高了颗粒物的去除效果。
图4C说明沉淀池出水中仍含有大量小粒径颗粒物，BAC出水中>2μm颗粒数均值为474个/mL。超滤膜是去除饮用水颗粒物的关键环节，超滤出水中大于2μm颗粒数均值为46个/mL。超滤对BAC出水的颗粒数去除率高于90％，保障了饮用水的生物安全性。
图4D说明在较长的运行时间内，超滤膜的通量维持在设计值(60～70L·m2·h)，而且跨膜压差也维持在50kPa左右。日常的次氯酸钠反冲洗对维持膜通量和跨膜压差有重要作用。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细的说明，但是不表示本发明的具体实施是局限于这些说明。对于本发明所属拘束领的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或是替换，都应视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种短流程的饮用水深度处理系统，其特征在于，主要包括混凝/沉淀池、炭砂滤池、超滤膜车间三部分，三部分依次连接，炭砂滤池内装填石英砂和活性炭，所述炭砂滤池内的石英砂粒径为0.5～1.0mm，所述石英砂的装填高度为20cm，所述活性炭的装填高度大于等于100cm。
2.按照权利要求1所述的一种短流程的饮用水深度处理系统，其特征在于，超滤膜车间内的超滤膜分组排列，采用压力式超滤膜进行死端过滤，超滤膜封装于膜壳中，膜壳上设有进气口，可以采用高压空气吹动膜丝抖动，并设置有加压泵，用于过滤时加压。
3.按照权利要求1所述的一种短流程的饮用水深度处理系统，其特征在于，所述活性炭为破碎炭、柱状炭或者二者的混合物，来自煤质炭或木质炭，粒径大小范围为1.5～2.5mm。
4.按照权利要求1所述的一种短流程的饮用水深度处理系统，其特征在于，超滤膜的膜孔径为10～100nm，材质为PVDF、PTFE或PVC。
5.按照权利要求1所述的一种短流程的饮用水深度处理系统，其特征在于，超滤膜车间进一步与缓冲水池、加压泵间、超滤膜附属设备间采用分层一体化建设方式，超滤膜膜车间位于上层，缓冲水池、泵房和超滤膜附属设备位于底层。
6.一种短流程的饮用水深度处理工艺，其特征在于：采用权利要求1—4任一权利要求所述的一种短流程的饮用水深度处理系统，包括以下步骤：S1、沉淀池出水直接进入炭砂滤池，炭砂滤池为下向流，炭砂滤池的出水进入超滤膜车间；S2、进行超滤膜过滤。
7.按照权利要求6所述的一种短流程的饮用水深度处理工艺，其特征在于：所述炭砂滤池的进水为沉淀池出水，未经过常规深度处理工艺中的砂滤和臭氧氧化处理；炭砂滤池的出水经出水渠进入缓冲水池，经水泵加压后送往超滤膜车间过滤。
8.按照权利要求6所述的一种短流程的饮用水深度处理工艺，其特征在于：步骤S1包含：炭砂滤池进水的浊度可以为0.5～5.0NTU，滤速不超过10m/h。
9.按照权利要求6所述的一种短流程的饮用水深度处理工艺，其特征在于：步骤S2包含：单个过滤周期超过70分钟，跨膜压差维持在40～70kPa之间。
10.按照权利要求6所述的一种短流程的饮用水深度处理工艺，其特征在于：超滤膜按照水量进行分组，每组超滤膜可单独运行与控制；每组超滤膜设单独的进水、出水、反清洗管路，超滤膜的单个反冲洗周期超过70分钟；所述反清洗采用气体刷洗、水反冲和次氯酸钠。
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