CN107010760A - 生活饮用水的深度处理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种生活饮用水的深度处理方法及装置，属于生活饮用水处理领域，该方法可解决现有技术中生活饮用水处理中存在的活性炭更换、生物泄漏、水资源浪费、不利健康等问题。该技术方案包括向工艺进水中通入臭氧，并将通入有臭氧的工艺进水与煤质活性炭接触反应，为一级共生：催化氧化、吸附、过滤同时进行，得到工艺出水；判断工艺出水的水质情况是否符合生活饮用水标准，如果符合，将工艺出水作为生活饮用水使用；如果不符合，向工艺出水中通入臭氧，并将通入有臭氧的工艺出水与木质活性炭接触反应，为二级共生：催化氧化、吸附、过滤同时进行，再次判断工艺出水的水质情况是否符合生活饮用水标准，如果不符合，重复上述步骤，直至得到水质情况符合生活饮用水标准的工艺出水。本发明能够应用于生活饮用水的深度处理中。

Description

生活饮用水的深度处理方法及装置
技术领域
本发明属于生活饮用水处理领域，尤其涉及一种生活饮用水的深度处理方法及装置。
背景技术
生活饮用水的深度处理理论上包括两个技术方向，一个是臭氧活性炭技术方向，一个是膜分离技术方向。
臭氧活性炭技术方向目前成熟的是臭氧与生物活性炭联合使用，可收到良好的效果。在水处理中工艺中先进行臭氧氧化，并在后续富氧水与活性炭表面生产生物膜，利用生物膜中的微生物处理水中有机物等物质，同时辅助有活性炭的吸附作用，活性炭的吸附作用一般在运行2个月后消失。以上这种臭氧与生物活性炭联合使用方式多用于水厂的深度处理工艺中，其缺点在于活性炭每年需更换三分之一，且生物活性炭存在生物泄漏的风险。
膜分离技术常用的以压力为推动力，有微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)以及反渗透(RO)等工艺方法。利用膜分离技术分离水中杂质主要机理是机械筛滤作用,其出水水质在很大程度上取决于滤膜孔径的大小。该技术的缺点在于膜过滤本身是二次污染污染源；水利用率低，最低的单级回收率只有15％，浪费严重；并且，长期饮用纯水不利于人体健康。
综上，目前尚未提供一种全面有效的生活饮用水的深度处理方法，从而能够解决现有技术中存在的活性炭更换、生物泄漏、活性炭反冲洗或反渗透膜的回收率低导致的水资源浪费、不利健康等问题。
发明内容
本发明提供了一种生活饮用水的深度处理方法及装置，该处理方法可解决现有技术中生活饮用水处理中存在的活性炭更换、生物泄漏、水资源浪费、不利健康等问题，该处理方法运行可靠，可在保证生活饮用水水质的同时，保证人体健康。
为了达到上述目的，本发明的一方面提供了一种生活饮用水的深度处理方法，包括以下步骤：
向工艺进水中通入臭氧，并将通入有臭氧的工艺进水与煤质活性炭接触反应，为一级共生：催化氧化、吸附、过滤同时进行，得到工艺出水；
判断工艺出水的水质情况是否符合生活饮用水标准，如果符合，将工艺出水作为生活饮用水使用；如果不符合，向工艺出水中通入臭氧，并将通入有臭氧的工艺出水与木质活性炭接触反应，为二级共生：催化氧化、吸附、过滤同时进行，再次判断工艺出水的水质情况是否符合生活饮用水标准，如果不符合，重复上述步骤，直至得到水质情况符合生活饮用水标准的工艺出水。
作为优选技术方案，向工艺进水中通入的臭氧含量为0.01-3毫克/升，向工艺出水中通入的臭氧含量为0.01-3毫克/升。
作为优选技术方案，工艺进水与煤质活性炭接触反应的时间为15-30分钟，工艺出水与木质活性炭接触反应的时间为15-30分钟。
作为优选技术方案，根据工艺出水的水质情况，将通入有臭氧的工艺出水与木质活性炭接触反应的次数为0-3次。
作为优选技术方案，还包括收集工艺进水与煤质活性炭接触反应和工艺出水与木质活性炭接触反应后排放的气体，将所述气体接入气体处理装置进行处理的步骤。
本发明的另一方面还提供了一种如上述任一项技术方案所述的生活饮用水的深度处理装置，包括：
可通入工艺水的工艺水管道，所述工艺水管道包括进水端和出水端；
可生成臭氧的臭氧发生器，所述臭氧发生器包括第一连通分支管道和第二连通分支管道，并通过所述第一连通分支管道和第二连通分支管道与所述工艺水管道相连通；
煤质活性炭过滤器，所述煤质活性炭过滤器的顶端设有第一流入口，底端设有第一流出口，所述煤质活性炭过滤器内设有煤质活性炭填料层，所述第一流入口用于接收由进水端流入的、且混有第一连通分支管道中的臭氧的工艺水，所述第一流出口用于将所述煤质活性炭过滤后的工艺水流入到所述工艺水管道中，以使从工艺水管道流出的工艺水符合生活饮用水标准。
作为优选技术方案，还包括至少一个木质活性炭过滤器，所述木质活性炭过滤器的顶端设有第二流入口，底端设有第二流出口，所述木质活性炭过滤器内设有木质活性炭填料层，所述第二流入口用于接收由所述第一流出口流出的、且混有第二连通分支管道中的臭氧的工艺水，所述第二流出口用于将所述木质活性炭过滤后的工艺水流入到所述工艺水管道中。
作为优选技术方案，所述煤质活性炭过滤器和木质活性炭过滤器的顶端还设有用于可自动排放过滤器内气体的排气阀。
作为优选技术方案，还包括气体处理装置，所述气体处理装置用于接收并处理从所述煤质活性炭过滤器和木质活性炭过滤器的顶端排放的气体。
作为优选技术方案，还包括氧气罐，所述氧气罐通过控制阀与臭氧发生器相连通，以向所述臭氧发生器内提供氧气源制造臭氧。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1、本发明所提供的方法可有效去除水体中的余氯及有害物质；活性炭可在线再生，无需更换，且没有生物泄漏风险；
2、本发明所提供的方法是臭氧与活性炭共生，以活性炭的活性吸附作用为主，不利用生物膜的微生物作用处理水，所以无需反冲洗，尤其与反渗透相比可有效节约水资源；并且，所处理得到的水体水质优于国家标准，以三氯甲烷为例，国家标准值是≤0.06mg/L，一级处理所得到的水体检测值是≤0.003mg/L，去除率可达到95％以上；
3、本发明所提供的装置结构优化，操作简便，适用于生活饮用水的水处理。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的生活饮用水的深度处理装置的结构示意图；
以上附图中：1-进水，2-出水，3-煤质活性炭过滤器，4-自动排气阀，5-木质活性炭过滤器，6-自动排气阀；7-排放阀，8-气体处理装置，9-氧气罐；10-控制阀，11-臭氧发生器。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例的一方面提供了一种生活饮用水的深度处理方法，包括以下步骤：
S1：向工艺进水中通入臭氧，并将通入有臭氧的工艺进水与煤质活性炭接触反应，为一级共生：催化氧化、吸附、过滤同时进行，得到工艺出水。
本步骤中，在对工艺进水进行处理时，主要是利用进水中通入的臭氧与煤质活性炭之间形成的共生关系对其进行处理，通过该步骤可有效去除水体中的氯，其中，煤质活性炭的主要作用在于除氯，具体反应包括：
HClO+C*→C*O+Cl-+H+ (1)
ClO-+C*→C*O+Cl- (2)
式中:C*为活性炭自由基；C*O为表面氧化物；
在煤质活性炭的作用下，HClO分解生成了新生态氧([O]),继而将碳氧化,反应如下:
HClO活性炭Cl-+H++[O] (3)
2[O]+C→CO2↑ (4)
而利用臭氧则是在于臭氧的氧化还原电位高于氯，同时臭氧可在水中形成氧化还原电位更高的羟基自由基、以及煤质活性炭形成的活性炭自由基、活性炭催化以及煤质活性炭中所含的芳香族化合物等。基于以上，利用臭氧与煤质活性炭共生对水体进行处理时，不仅可高效除氯，还可保证煤质活性炭的吸附性能最大化。
S2：判断工艺出水的水质情况是否符合生活饮用水标准，如果符合，将工艺出水作为生活饮用水使用；如果不符合，向工艺出水中通入臭氧，并将通入有臭氧的工艺出水与木质活性炭接触反应，为二级共生：催化氧化、吸附、过滤同时进行，再次判断工艺出水的水质情况是否符合生活饮用水标准，如果不符合，重复上述步骤，直至得到水质情况符合生活饮用水标准的工艺出水。
在本步骤中，首先判断步骤S1中的工艺出水是否符合生活饮用水标准，如果不符合，则需对工艺用水再进行处理，在这次处理中，主要是利用臭氧与木质活性炭的共生关系，该步骤的作用在于进一步优化工艺出水，包括去除水中抗生素、内分泌干扰物和重金属等。可以理解的是，由于利用臭氧与木质活性炭的共生关系是为了进一步优化工艺出水，因此，该步骤需视煤质活性炭处理后的工艺出水的水质情况，若水质情况理想，则可省略利用臭氧与木质活性炭的共生关系的处理步骤，若不理想，则可进行，当然，视木质活性炭处理后的工艺出水的水质情况，也可设置多级利用臭氧与木质活性炭的共生关系进行处理，直至得到水质情况符合生活饮用水标准的工艺出水，即水体中的氯去除率符合标准，且水中抗生素、内分泌干扰物、重金属等也被较好去除。
在一优选实施例中，向工艺进水中通入的臭氧含量为0.01-3毫克/升，向工艺出水中通入的臭氧含量为0.01-3毫克/升。本实施例中具体限定了向工艺进水或工艺出水中通入的臭氧含量，其主要目的在于通入合理的臭氧量，使其与各过滤器内的活性炭形成良好的共生关系，以对工艺进水或工艺出水进行有效处理。可以理解的是，对于每升工艺进水或工艺出水中所通入的臭氧量还可视其具体的水质情况而定，例如，可通入0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.5、1、2、3毫克/升等。
在一优选实施例中，工艺进水与煤质活性炭接触反应的时间为15-30分钟，工艺出水与木质活性炭接触反应的时间为15-30分钟。本实施例中具体限定了工艺进水与煤质活性炭接触反应以及工艺出水与木质活性炭接触反应的时间，这主要是为了能够将工艺水与相应的活性炭尽可能的接触，使其得到有效地处理。可以理解的是，对于接触反应的时间本领域技术人员可根据实际情况进行合理调整，例如，还可以为15、20、25、30分钟。
在一优选实施例中，根据工艺出水的水质情况，将通入有臭氧的工艺出水与木质活性炭接触反应的次数为0-3次。本实施例中进一步限定了工艺出水与木质活性炭接触反应的次数，这主要是为了实现对工艺出水的进一步的优化，可以理解的是，视工艺出水的水质情况，可将其与木质活性炭进行0-多次接触反应，但还需要说明的是，当接触反应超过3次时，所达到的效果趋近于平稳，因此，进一步为了避免对木质活性炭的浪费，优选最多接触反应3次。
在一优选实施例中，还包括收集工艺进水与煤质活性炭接触反应和工艺出水与木质活性炭接触反应后排放的气体，将所述气体接入气体处理装置进行处理的步骤。由于工艺进水或者工艺出水在与活性炭接触反应后会有剩余臭氧，为了避免对大气的污染，本实施例中对剩余臭氧气体还做了后续的收集处理，即将其接入气体处理装置进行处理。可以理解的是，本领域技术人员对于如何对臭氧进行有效处理是熟知的，因此，此处不再赘述。
本发明实施例的另一方面还提供了一种如上述任一项实施例所述的生活饮用水的深度处理装置，如图1所示，包括：
可通入工艺水的工艺水管道，所述工艺水管道包括进水端1和出水端2；
可产生臭氧的臭氧发生器11，所述臭氧发生器包括第一连通分支管道和第二连通分支管道，并通过所述第一连通分支管道和第二连通分支管道与所述工艺水管道相连通；
煤质活性炭过滤器3，所述煤质活性炭过滤器3的顶端设有第一流入口，底端设有第一流出口，且所述煤质活性炭过滤器3内设有煤质活性炭填料层，所述第一流入口用于接收由进水端1流入的、且混有第一连通分支管道中的臭氧的工艺水，所述第一流出口用于将所述煤质活性炭过滤后的工艺水流入到所述工艺水管道中，以使从工艺水管道流出的工艺水符合生活饮用水标准。
本实施例中提供了一种生活饮用水的深度处理装置，其中，主要包括工艺水管道、臭氧发生器以及煤质活性炭过滤器，通过在工艺水管道上交错布置提供臭氧的连通分支管道以及通入煤质活性炭过滤器中的流入管道，可使由进水端流入的、且混有第一连通分支管道中的臭氧的工艺水与煤质活性炭进行接触反应，从而得到有效处理。该装置操作简单，结构优化，可适用于生活饮用水处理中。
在上述处理后的工艺水的水质情况不符合标准的情况下，为了能够对处理后的工艺水进行进一步优化，上述装置中还可包括至少一个木质活性炭过滤器5，所述木质活性炭过滤器的顶端设有第二流入口，底端设有第二流出口，所述木质活性炭过滤器内设有木质活性炭填料层，所述第二流入口用于接收由所述第一流出口流出的、且混有第二连通分支管道中的臭氧的工艺水，所述第二流出口用于将所述木质活性炭过滤后的工艺水流入到所述工艺水管道中。同理，该木质活性炭过滤器的设置是为了能够进一步除去水体中的抗生素、内分泌干扰物和重金属等物质。可以理解的是，在进行一级木质活性炭过滤后如果还有需要进行二级或多级过滤时，所采用的方式与装置与本实施例中所提供的方式与装置相同，后续不再赘述。这里需要说明的是，在上述任一实施例中，可通过流入管道将进水端流入的、且混有第一连通分支管道中的臭氧的工艺水送入到煤质活性炭过滤器的第一流入口中或者将煤质活性炭过滤器的第一流出口流出的、且混有第二连通分支管道中的臭氧的工艺水送入到木质活性炭过滤器的第二流入口中，同理，可通过流出管道将各过滤器过滤后的工艺水送入到工艺水管道中。需要说明的是，对于流入管道和流出管道在各方面的要求可相同。
由于工艺水在煤质活性炭过滤器和木质活性炭过滤器内反应后会生成二氧化碳等气体，因此，为了保证过滤器内的压力，在煤质活性炭过滤器和木质活性炭过滤器的顶端可设有用于可自动排放过滤器内气体的排气阀(4,6)。同时，为了避免所排放的气体直接进入到大气中，对大气造成污染，该装置中还可包括气体处理装置8，所述气体处理装置8用于接收并处理从所述煤质活性炭过滤器和木质活性炭过滤器的顶端排放的气体。气体处理装置8在对所收集的气体做出处理后，即处理后的气体臭氧浓度小于0.1ppm，达到排入大气的标准时，通过气体处理装置8顶端设置的排放阀7排入大气中。
还需说明的是，在利用本装置进行水处理时，所使用的臭氧为氧气源臭氧，因此，本装置还可包括氧气罐9，所述氧气罐9通过控制阀10与臭氧发生器11相连通，在臭氧发生器11内需要臭氧补给时，氧气罐9通过控制阀10的开放向所述臭氧发生器11内提供氧气源制造臭氧。
可以理解的是，上述实施例所提供的生活饮用水的深度处理装置可在不同环境下使用，例如可使用在大、小型水处理厂对生活饮用水的处理中，其中，对于大型水厂而言，考虑到水厂中所使用的设备复杂，成本较高，为了使其经原有臭氧生物活性炭技术处理后的水的各指标达到更好水平，可在所使用的设备中串联使用上述实施例所提供的采用臭氧活性炭共生原理存在的深度处理装置，而对于小型水处理厂而言，则可直接替换原本使用的设备，以使处理后的水的各指标达到更好水平。当然，上述实施例所提供的生活饮用水的深度处理装置还可以用于在二次供水对生活饮用水的处理中，亦或者终端用水的前处理中，可使处理后的水的各指标达到更高水平。可以理解的是，对于上述实施例所提供的生活饮用水的深度处理装置的使用环境本实施例中并不做具体限定，本领域技术人员可根据实际需求进行使用。
为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的生活饮用水的深度处理方法及装置，下面将结合具体实施例进行描述。
实施例1
将二次供水的自来水作为工艺进水水源，工艺进水与第一连通分支管道中的臭氧混合后经煤质活性炭过滤器的第一流入口进入到煤质活性炭过滤器中，与煤质活性炭接触反应15-30分钟后，过滤，并经第一流出口流入到工艺水管道中，判断此时管道中的水质情况是否符合生活饮用水标准的工艺出水；如果符合，可作为生活饮用水使用；如果不符合，则将工艺出水与第二连通分支管道中的臭氧混合，经木质活性炭过滤器的第二流入口进入到木质活性炭过滤器中，与木质活性炭接触反应15-30分钟后，过滤，并经第二流出口流入到工艺水管道中，判断此时管道中的水质情况，以三氯甲烷为例，国家标准值是≤0.06mg/L，一级处理所得到的水体检测值是≤0.003mg/L，去除率可达到95％以上，水质优于国家标准，说明可作为生活饮用水使用。同时，利用气体处理装置统一接收从所述煤质活性炭过滤器和木质活性炭过滤器的顶端排放的气体，对其进行处理，在其达到排放标准后排入大气。
实施例2
将地下水或溶洞水作为工艺进水水源，工艺进水与第一连通分支管道中的臭氧混合后经煤质活性炭过滤器的第一流入口进入到煤质活性炭过滤器中，与煤质活性炭接触反应15-30分钟后，过滤，并经第一流出口流入到工艺水管道中，判断此时管道中的水质情况是否符合生活饮用水标准的工艺出水；如果符合，可作为生活饮用水使用；如果不符合，则将工艺出水与第二连通分支管道中的臭氧混合，经木质活性炭过滤器的第二流入口进入到木质活性炭过滤器中，与木质活性炭接触反应15-30分钟后，过滤，并经第二流出口流入到工艺水管道中，判断此时管道中的水质情况，以符合饮用水标准或更优为止。同时，利用气体处理装置统一接收从所述煤质活性炭过滤器和木质活性炭过滤器的顶端排放的气体，对其进行处理，在其达到排放标准后排入大气。

Claims (10)

1.一种生活饮用水的深度处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
向工艺进水中通入臭氧，并将通入有臭氧的工艺进水与煤质活性炭接触反应，为一级共生：催化氧化、吸附、过滤同时进行，得到工艺出水；
判断工艺出水的水质情况是否符合生活饮用水标准，如果符合，将工艺出水作为生活饮用水使用；如果不符合，向工艺出水中通入臭氧，并将通入有臭氧的工艺出水与木质活性炭接触反应，为二级共生：催化氧化、吸附、过滤同时进行，再次判断工艺出水的水质情况是否符合生活饮用水标准，如果不符合，重复上述步骤，直至得到水质情况符合生活饮用水标准的工艺出水。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，向工艺进水中通入的臭氧含量为0.01-3毫克/升，向工艺出水中通入的臭氧含量为0.01-3毫克/升。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，工艺进水与煤质活性炭接触反应的时间为15-30分钟，工艺出水与木质活性炭接触反应的时间为15-30分钟。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据工艺出水的水质情况，将通入有臭氧的工艺出水与木质活性炭接触反应的次数为0-3次。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括收集工艺进水与煤质活性炭接触反应和工艺出水与木质活性炭接触反应后排放的气体，将所述气体接入气体处理装置进行处理的步骤。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的生活饮用水的深度处理装置，其特征在于，包括：
可通入工艺水的工艺水管道，所述工艺水管道包括进水端和出水端；
可产生臭氧的臭氧发生器，所述臭氧发生器包括第一连通分支管道和第二连通分支管道，并通过所述第一连通分支管道和第二连通分支管道与所述工艺水管道相连通；
煤质活性炭过滤器，所述煤质活性炭过滤器的顶端设有第一流入口，底端设有第一流出口，所述煤质活性炭过滤器内设有煤质活性炭填料层，所述第一流入口用于接收由进水端流入的、且混有第一连通分支管道中的臭氧的工艺水，所述第一流出口用于将所述煤质活性炭过滤后的工艺水流入到所述工艺水管道中，以使从工艺水管道流出的工艺水符合生活饮用水标准。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括至少一个木质活性炭过滤器，所述木质活性炭过滤器的顶端设有第二流入口，底端设有第二流出口，所述木质活性炭过滤器内设有木质活性炭填料层，所述第二流入口用于接收由所述第一流出口流出的、且混有第二连通分支管道中的臭氧的工艺水，所述第二流出口用于将所述木质活性炭过滤后的工艺水流入到所述工艺水管道中。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述煤质活性炭过滤器和木质活性炭过滤器的顶端还设有用于可自动排放过滤器内气体的排气阀。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括气体处理装置，所述气体处理装置用于接收并处理从所述煤质活性炭过滤器和木质活性炭过滤器的顶端排放的气体。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括氧气罐，所述氧气罐通过控制阀与臭氧发生器相连通，以向所述臭氧发生器内提供氧气源制造臭氧。
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