CN106315988A - 一种多级活性炭吸附与超滤膜组合饮用水处理装置及饮用水处理方法 - Google Patents

一种多级活性炭吸附与超滤膜组合饮用水处理装置及饮用水处理方法 Download PDF

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Abstract

一种多级活性炭吸附与超滤膜组合饮用水处理装置及饮用水处理方法，涉及一种饮用水处理装置及饮用水处理方法。要解决现有超滤膜工艺对微量有机物去除效果较差，及PAC‑超滤膜组合工艺中PAC引发的膜污染问题。该装置包括PAC投加单元、混凝剂投加单元、絮凝反应池、沉淀池、回流管、普通快滤池、曝气装置、GAC滤池和超滤膜组件。方法：原水经PAC投加单元和混凝剂投加单元投加PAC和混凝剂之后进入絮凝反应池；絮凝反应池出水进入沉淀池，炭泥混合液通过回流管回流至絮凝池进水口；三、沉淀池出水进入普通快滤池，普通快滤池出水经曝气装置进入GAC滤池，GAC滤池出水进入超滤膜组件。本发明用于饮用水处理领域。

Description

一种多级活性炭吸附与超滤膜组合饮用水处理装置及饮用水 处理方法
技术领域
本发明涉及一种饮用水处理装置及饮用水处理方法。
背景技术
随着饮用水水质标准的不断提升以及饮用水源水水质的日益恶化，以超滤为核心的膜分离技术已逐渐成为饮用水领域研究的热点。与传统净水工艺相比，超滤能有效地截留水体中的悬浮颗粒物、胶体、细菌、病毒以及大分子有机物等，但其对于水体中存在的微量有机污染物，如内分泌干扰物、微囊藻毒素、药物和个人护理品以及持久性有机物等作用效果有限，而这些微量有机污染物的存在会严重影响饮用水的水质安全。为了解决这些问题，超滤膜与多种预处理方式的组合(如混凝、吸附、氧化等)已逐渐引起了学者们的关注。
在超滤膜组合工艺中，粉末活性炭(PAC)与超滤膜组合工艺应用较为广泛，但在应用中出现了一系列的问题。在PAC与有机物的协同作用下，超滤膜表面可能会形成严重的复合污染，在膜上沉积的有机物可将PAC“粘”在膜表面；当PAC与超滤膜直接接触时，膜表面会形成严重的PAC滤饼层污染；因此很多学者提出在PAC与膜组合应用时，应尽量避免PAC与膜相互接触。
发明内容
本发明是要解决现有超滤膜工艺对微量有机物去除效果较差，及PAC-超滤膜组合工艺中PAC引发的膜污染问题，提供一种多级活性炭吸附与超滤膜组合饮用水处理装置及饮用水处理方法。
本发明多级活性炭吸附与超滤膜组合饮用水处理装置包括PAC投加单元、混凝剂投加单元、絮凝反应池、沉淀池、回流管、普通快滤池、曝气装置、颗粒活性炭(GAC)滤池和超滤膜组件。
所述絮凝反应池的侧壁上部设有反应池进水口，所述絮凝反应池的侧壁下部设有反应池出水口，所述PAC投加单元和混凝剂投加单元分别通过管道与絮凝反应池的反应池进水口相连接，
所述沉淀池的侧壁下部设有沉淀池进水口，所述沉淀池的侧壁上部设有沉淀池出水口，所述沉淀池底部设有与反应池进水口相连的回流管，所述反应池出水口通过管道与沉淀池进水口相连接，
所述普通快滤池的侧壁上部设有普通快滤池进水口，所述普通快滤池的侧壁下部设有普通快滤池出水口，所述沉淀池出水口通过管道与普通快滤池进水口连接，
所述GAC滤池的侧壁下部设有GAC滤池进水口，所述GAC滤池的侧壁上部设有GAC滤池出水口，所述普通快滤池出水口通过管道与GAC滤池进水口连接，所述GAC滤池进水口前管道处设有曝气装置，所述GAC滤池出水口通过管道与超滤膜组件连接。
进一步的，所述回流管上设有回流泵，炭泥混合液通过回流泵以一定回流比回流至絮凝反应池进水口处。
进一步的，所述曝气装置采用臭氧曝气或纯氧曝气。
利用上述装置进行饮用水处理的方法，按以下步骤进行：
原水经PAC投加单元和混凝剂投加单元投加一定量PAC和混凝剂之后，首先进入絮凝反应池，通过絮凝作用，混凝剂与水体中颗粒物、胶体及大分子有机物等反应形成絮体。PAC的投加一方面能够强化混凝效果，增加絮体粒径而改善沉降性能；另一方面，PAC能吸附混凝去除效果不佳的小分子有机物，从而强化了污染物的去除效果
絮凝反应池出水进入沉淀池，在重力作用下，经絮凝反应形成的较大颗粒物下沉从而与水体分离。絮凝剂和PAC与水体中污染物相互作用形成的炭泥混合液经回流管回流至絮凝池进水口，在循环利用PAC的同时，强化絮凝效果
沉淀池出水进入普通快滤池，普通快滤池能进一步截留水中的悬浮颗粒物以及残余的PAC等，从而避免了PAC与后续的超滤膜组件相接触
普通快滤池出水进入GAC滤池，与石英砂相比，GAC具有更加丰富的孔隙结构和巨大的比表面积，因而GAC既能发挥其优良的吸附作用，又能作为生物载体，充分发挥生物作用在污染物去除方面的优势。在应对水质有机污染时，GAC滤池进水口处增设曝气装置进行臭氧曝气，一方面利用臭氧的氧化作用降解水中的有机污染物，另一方面提高水体中有机物的可生化性，从而被后续的GAC滤池去除。此外，在常规水质处理时，臭氧曝气可替换为纯氧曝气，以提高水体中的溶解氧含量，利于后续GAC滤池中好氧微生物的生长
GAC滤池出水进入超滤膜组件。作为本发明的最后一道屏障，超滤膜能够进一步截留GAC滤池中滋生的细菌等微生物，从而减少了后续的加氯量，保障饮用水的生物安全性。此外，由于多种预处理方式的组合应用，超滤膜的膜污染现象也得到了有效缓解
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明充分利用PAC与GAC各自的优势，构建了一种多级活性炭(“炭立方”)吸附与超滤膜组合饮用水处理体系，一方面，利用PAC的吸附作用去除水体中的小分子微量有机污染物，另一方面利用GAC的生物载体作用强化微生物对有机物的去除，从而充分发挥PAC和GAC各自的优势。既能充分利用活性炭强化水体中微量有机物的去除效果，又能尽量避免PAC对膜污染带来的负面影响。
(2)本发明中，PAC与混凝剂同时投加。PAC的投加能够增加絮体粒径而改善沉降性能，从而强化混凝效果；同时，PAC能吸附混凝去除效果不佳的小分子有机物，从而强化了污染物的去除效果。
(3)本发明中，沉淀池底部设有回流管，炭泥混合液经回流管回流至絮凝池进水口，在避免PAC和混凝剂浪费的同时，强化絮凝效果。
(4)本发明中间单元设置的普通快滤池构造简单、造价较低，同时能发挥重要的PAC屏障作用，避免了PAC与超滤膜的直接接触，从而缓解了PAC引起的超滤膜污染。
(5)本发明中，GAC滤池能够充分发挥生物作用在污染物去除方面的优势。此外，在应对突发污染时，臭氧的投加能够氧化降解水中的有机污染物，同时提高水体中有机物的可生化性，从而被后续的GAC滤池所去除。
(6)本发明采用超滤膜组件作为最后一道屏障，能够进一步截留GAC滤池中滋生的细菌等微生物，从而减少了后续的加氯量，保障饮用水的生物安全性。
(7)本发明充分发挥了PAC和GAC的吸附作用，普通快滤池、GAC滤池和超滤膜的物理截留作用，臭氧的化学氧化作用以及GAC滤池的生物降解作用，是多种技术原理的集成，将多种处理工艺有机结合。
(8)本发明充分利用氧化、吸附、混凝和过滤等多种处理方式的组合作为超滤膜的预处理，保障出水水质的同时，有效地缓解多种污染物引起的超滤膜污染。
(9)本发明根据原水水质状况对工艺进行适当调整，灵活高效，有效应对原水水质的季节性波动和突发污染。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式多级活性炭吸附与超滤膜组合饮用水处理装置包括PAC投加单元1、混凝剂投加单元2、絮凝反应池3、沉淀池4、回流管5、普通快滤池6、曝气装置7、GAC滤池8和超滤膜组件9。
所述絮凝反应池3的侧壁上部设有反应池进水口31，所述絮凝反应池3的侧壁下部设有反应池出水口32，所述PAC投加单元1和混凝剂投加单元2分别通过管道与絮凝反应池3的反应池进水口31相连接，
所述沉淀池4的侧壁下部设有沉淀池进水口41，所述沉淀池4的侧壁上部设有沉淀池出水口42，所述沉淀池4底部设有与反应池进水口31相连的回流管5，所述反应池出水口32通过管道与沉淀池进水口41相连接，
所述普通快滤池6的侧壁上部设有普通快滤池进水口61，所述普通快滤池6的侧壁下部设有普通快滤池出水口62，所述沉淀池出水口42通过管道与普通快滤池进水口61连接，
所述GAC滤池8的侧壁下部设有GAC滤池进水口81，所述GAC滤池8的侧壁上部设有GAC滤池出水口82，所述普通快滤池出水口62通过管道与GAC滤池进水口81连接，所述GAC滤池进水口81前管道处设有曝气装置7，所述GAC滤池出水口82通过管道与超滤膜组件9连接。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述回流管5上设有回流泵51，炭泥混合液经回流泵51控制通过回流管5回流至絮凝反应池进水口31处。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述曝气装置7采用臭氧曝气或纯氧曝气。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式饮用水处理方法，按以下步骤进行：
一、原水经PAC投加单元1和混凝剂投加单元2投加PAC和混凝剂之后，首先进入絮凝反应池3；其中絮凝反应池的水力停留时间为10-20min；
二、絮凝反应池3出水进入沉淀池4，絮凝剂、PAC与水体中污染物相互作用形成的炭泥混合液通过回流管5回流至絮凝池进水口31；其中炭泥混合液的回流比为5％-20％；
三、沉淀池4出水进入普通快滤池6，普通快滤池6出水经曝气装置7进入GAC滤池8，GAC滤池8出水进入超滤膜组件9。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤一中PAC投加量为2-20mg/L，P AC的粒径为200-325目。其它与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四或五不同的是：步骤一中混凝剂为聚合氯化铝或聚合氯化铁，混凝剂投加量以Al3+或Fe3+计为2-10mg/L。其它与具体实施方式四或五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四至六之一不同的是：步骤三中普通快滤池的滤料为石英砂、沸石、陶粒、无烟煤、活性氧化铝中的一种或几种的混合，其中石英砂的粒径为0.9～1.2mm。其它与具体实施方式四至六之一相同。
本实施方式可根据原水水质状况进行滤料的选择和配比。例如，原水中氨氮含量较高时，可采用沸石滤料；而原水中氟离子含量超标时，可选用活性氧化铝滤料。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式四至七之一不同的是：GAC滤池中GAC滤料的粒径为20-40目。其它与具体实施方式四至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式四至八之一不同的是：原水水质若为有机污染，所述曝气装置采用臭氧曝气，臭氧投加量为1.5-2.5mg/L；原水水质若非有机污染，所述曝气装置采用纯氧曝气，控制GAC滤池中溶解氧浓度不小于10mg/L。其它与具体实施方式四至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式四至九之一不同的是：超滤膜组件的超滤膜采用中空纤维超滤膜，截留分子量为15-300kDa，反冲洗周期为30-300min。其它与具体实施方式四至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式四至九之一不同的是：超滤膜组件的超滤膜采用中空纤维超滤膜，截留分子量为30-250kDa，反冲洗周期为50-250min。其它与具体实施方式四至九之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式四至九之一不同的是：超滤膜组件的超滤膜采用中空纤维超滤膜，截留分子量为50-200kDa，反冲洗周期为100-200min。其它与具体实施方式四至九之一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式四至九之一不同的是：超滤膜组件的超滤膜采用中空纤维超滤膜，截留分子量为100kDa，反冲洗周期为150min。其它与具体实施方式四至九之一相同。
下面对本发明的实施例做详细说明，以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方案和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例：
结合图1说明本实施例，本实施例多级活性炭吸附与超滤膜组合饮用水处理装置包括PAC投加单元1、混凝剂投加单元2、絮凝反应池3、沉淀池4、回流管5、普通快滤池6、曝气装置7、GAC滤池8和超滤膜组件9。
所述絮凝反应池3的侧壁上部设有反应池进水口31，所述絮凝反应池3的侧壁下部设有反应池出水口32，所述PAC投加单元1和混凝剂投加单元2分别通过管道与絮凝反应池3的反应池进水口31相连接，
所述沉淀池4的侧壁下部设有沉淀池进水口41，所述沉淀池4的侧壁上部设有沉淀池出水口42，所述沉淀池4底部设有与反应池进水口31相连的回流管5，所述反应池出水口32通过管道与沉淀池进水口41相连接，
所述普通快滤池6的侧壁上部设有普通快滤池进水口61，所述普通快滤池6的侧壁下部设有普通快滤池出水口62，所述沉淀池出水口42通过管道与普通快滤池进水口61连接，
所述GAC滤池8的侧壁下部设有GAC滤池进水口81，所述GAC滤池8的侧壁上部设有GAC滤池出水口82，所述普通快滤池出水口62通过管道与GAC滤池进水口81连接，所述GAC滤池进水口81前管道处设有曝气装置7，所述GAC滤池出水口82通过管道与超滤膜组件9连接。所述曝气装置7采用臭氧曝气。
所述回流管5上设有回流泵51，炭泥混合液经回流泵51控制通过回流管5回流至絮凝反应池进水口31处。
利用该装置处理饮用水的方法，按以下步骤进行：
一、原水经PAC投加单元1和混凝剂投加单元2投加PAC和混凝剂之后，首先进入絮凝反应池3；其中絮凝反应池的水力停留时间为15min；其中PAC投加量为2.0mg/L，PAC的粒径为300目。所述混凝剂为聚合氯化铝，混凝剂投加量以Al3+计为2.0mg/L。
二、絮凝反应池3出水进入沉淀池4，絮凝剂、PAC与水体中污染物相互作用形成的炭泥混合液通过回流管5回流至絮凝池进水口31；其中炭泥混合液的回流比为10％；
三、沉淀池4出水进入普通快滤池6，普通快滤池6出水经曝气装置7进入GAC滤池8，GAC滤池8出水进入超滤膜组件9。其中所述普通快滤池的滤料为石英砂，石英砂的粒径为1.0mm。GAC滤池中GAC滤料的粒径为30目。所述曝气装置采用臭氧曝气，臭氧投加量为2.0mg/L。超滤膜组件的超滤膜采用中空纤维超滤膜，截留分子量为50kDa，反冲洗周期为150min。
试验结果：原水浊度均值由2.3NTU降至0.13NTU，高锰酸盐指数均值由3.09mg/L降至1.86mg/L，氨氮均值由0.28mg/L降至0.08mg/L，紫外吸光度均值由0.052cm-1降至0.017cm-1，小分子嗅味物质二甲基异冰片均值由228ng/L降至40ng/L。

Claims (10)

1.一种多级活性炭吸附与超滤膜组合饮用水处理装置，其特征在于该装置包括PAC投加单元(1)、混凝剂投加单元(2)、絮凝反应池(3)、沉淀池(4)、回流管(5)、普通快滤池(6)、曝气装置(7)、GAC滤池(8)和超滤膜组件(9)。
所述絮凝反应池(3)的侧壁上部设有反应池进水口(31)，所述絮凝反应池(3)的侧壁下部设有反应池出水口(32)，所述PAC投加单元(1)和混凝剂投加单元(2)分别通过管道与絮凝反应池(3)的反应池进水口(31)相连接，
所述沉淀池(4)的侧壁下部设有沉淀池进水口(41)，所述沉淀池(4)的侧壁上部设有沉淀池出水口(42)，所述沉淀池(4)底部设有与反应池进水口(31)相连的回流管(5)，所述反应池出水口(32)通过管道与沉淀池进水口(41)相连接，
所述普通快滤池(6)的侧壁上部设有普通快滤池进水口(61)，所述普通快滤池(6)的侧壁下部设有普通快滤池出水口(62)，所述沉淀池出水口(42)通过管道与普通快滤池进水口(61)连接，
所述GAC滤池(8)的侧壁下部设有GAC滤池进水口(81)，所述GAC滤池(8)的侧壁上部设有GAC滤池出水口(82)，所述普通快滤池出水口(62)通过管道与GAC滤池进水口(81)连接，所述GAC滤池进水口(81)前管道处设有曝气装置(7)，所述GAC滤池出水口(82)通过管道与超滤膜组件(9)连接。
2.根据权利要求1所述的一种多级活性炭吸附与超滤膜组合饮用水处理装置，其特征在于所述回流管(5)上设有回流泵(51)，炭泥混合液经回流泵(51)控制通过回流管(5)回流至絮凝反应池进水口(31)处。
3.根据权利要求1所述的一种多级活性炭吸附与超滤膜组合饮用水处理装置，其特征在于所述曝气装置(7)采用臭氧曝气或纯氧曝气。
4.利用权利要求1所述装置的饮用水处理方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：
一、原水经PAC投加单元(1)和混凝剂投加单元(2)投加PAC和混凝剂之后，首先进入絮凝反应池(3)；其中絮凝反应池的水力停留时间为10-20min；
二、絮凝反应池(3)出水进入沉淀池(4)，絮凝剂、PAC与水体中污染物相互作用形成的炭泥混合液通过回流管(5)回流至絮凝池进水口(31)；其中炭泥混合液的回流比为5％-20％；
三、沉淀池(4)出水进入普通快滤池(6)，普通快滤池(6)出水经曝气装置(7)进入GAC滤池(8)，GAC滤池(8)出水进入超滤膜组件(9)。
5.根据权利要求4所述的饮用水处理方法，其特征在于步骤一中PAC投加量为2-20mg/L，PAC的粒径为200-325目。
6.根据权利要求4所述的饮用水处理方法，其特征在于步骤一中混凝剂为聚合氯化铝或聚合氯化铁，混凝剂投加量以Al3+或Fe3+计为2-10mg/L。
7.根据权利要求4所述的饮用水处理方法，其特征在于步骤三中普通快滤池的滤料为石英砂、沸石、陶粒、无烟煤、活性氧化铝中的一种或几种的混合，其中石英砂的粒径为0.9～1.2mm。
8.根据权利要求4所述的饮用水处理方法，其特征在于GAC滤池中GAC滤料的粒径为20-40目。
9.根据权利要求4所述的饮用水处理方法，其特征在于原水水质若为有机污染，所述曝气装置(7)采用臭氧曝气，臭氧投加量为1.5-2.5mg/L；原水水质若非有机污染，所述曝气装置(7)采用纯氧曝气，控制GAC滤池中溶解氧浓度不小于10mg/L。
10.根据权利要求4所述的饮用水处理方法，其特征在于超滤膜组件(9)的超滤膜采用中空纤维超滤膜，截留分子量为15-300kDa，反冲洗周期为30-300min。
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