CN109264913A - 一种紫外强化活性炭吸附预处理联合超滤的净水装置及利用该装置净水的方法 - Google Patents
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Abstract
一种紫外强化活性炭吸附预处理联合超滤的净水装置及利用该装置净水的方法，涉及一种饮用水净水装置及净水方法。是要解决现有饮用水超滤处理装置及处理工艺对小分子有机物去除率低的问题。该装置包括进水泵、活性炭投加池、混合反应池和超滤膜组件；进水泵与混合反应池的中进水口连通，混合反应池的出水口与超滤膜组件连通，活性炭投加池与进水泵和混合反应池之间的管路连通；混合反应池的上方设置有紫外灯。方法：一、待处理的原水通过进水泵泵入混合反应池，同时通过活性炭投加池将粉末活性炭混合液注入混合反应池；二、原水与活性炭进行混合搅拌；三、开启紫外灯；四、原水通过重力流管道进入超滤膜组件进行过滤出水。本发明用于饮用水处理领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种饮用水净水装置及净水方法。
背景技术
近年来，随着饮用水水质要求的提升以及人们对水质安全的重视，以超滤为核心的饮用水安全保障技术成为水处理领域的热点之一。超滤具有优良的除浊、除微生物效能，并且对一些大分子的有机物也有一定的去除效果。目前，以超滤技术为核心的水厂占据美国总供水量的十分之一。在我国，膜产业已经被国家列入战略新兴产业，发展势头迅猛，开发新型的以超滤膜为核心的饮用水处理技术已成为趋势。
然而，超滤技术在对于小分子有机物的去除能力上十分有限，由于小分子有机物的分子量远小于超滤膜孔径，因此去除率一般低于10％。
发明内容
本发明是要解决现有饮用水超滤处理装置及处理工艺对小分子有机物去除率低的问题，提供一种紫外强化活性炭吸附预处理联合超滤的净水装置及利用该装置净水的方法。
本发明紫外强化活性炭吸附预处理联合超滤的净水装置包括进水泵、活性炭投加池、混合反应池和超滤膜组件；
所述进水泵与混合反应池的中部进水口连通，混合反应池的中部出水口通过重力流管道与超滤膜组件的进水口连通，所述活性炭投加池与进水泵和混合反应池之间的管路连通；
所述活性炭投加池和混合反应池中均设有搅拌装置；混合反应池的上方设置有紫外灯，混合反应池的底部排泥口设有混合池排泥阀，超滤膜组件的底部排泥口设有超滤膜池排泥阀。
进一步的，活性炭投加池中的活性炭为粉末活性炭混合液。其中粉末活性炭比其他形式的活性炭(如颗粒活性炭)具有更大的比表面积，对小分子污染物的吸附去除能力更强。
进一步的，粉末活性炭混合液中活性炭的浓度低，为5～10mg/L。选取低浓度的活性炭可以节约工艺的运行成本，同时低浓度的活性炭有利于紫外光的穿透，提高反应效率。
进一步的，所述紫外灯垂直照射混合反应池。
进一步的，所述紫外灯为低压汞灯，强度为2mW/cm2。强度为2mW/cm2的低压汞灯能够获得254nm的紫外光。
进一步的，所述超滤膜组件的膜孔径为0.01～0.1μm，膜通量为80～120L/m2h。合理地选择通量可以避免膜污染太过严重(太高)或者浪费膜组件(太低)。
进一步的，所述超滤膜组件为平板式膜组件。平板式超滤膜是一种生产中常用的膜，材料易得。
进一步的，所述膜组件由聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚砜或聚丙烯腈制成。
进一步的，所述超滤膜组件的出水压力为20-35KPa。选择这样的出水压力，能够保证膜组件的稳定出水，使得膜污染在可以控制的范围内。
利用上述装置净水的方法，按照以下步骤进行：
一、待处理的原水通过进水泵泵入混合反应池，同时通过活性炭投加池将粉末活性炭混合液注入混合反应池；
二、开启混合反应池中的搅拌装置，原水与活性炭进行混合搅拌，搅拌速度为40-80r/min；
三、开启紫外灯，对混合反应池中的原水进行紫外光照射，紫外辐照强度通过紫外灯中的光阑调节，紫外辐照强度为2mW/cm2；
四、然后原水通过重力流管道进入超滤膜组件进行过滤，控制膜通量在80～120L/m2h，经超滤膜组件过滤后出水；
混合反应池和超滤膜组件之间没有泵连接，因此设置为重力流。重力流减少了额外的泵，节约了成本和维护难度。
五、膜组件过滤运行6～10h后，进行反冲洗，反冲洗废水通过超滤膜组件底部排泥阀排出；
六、将步骤三形成的反应后原水重新灌满混合反应池，为下一个运行周期做准备，即完成紫外强化活性炭吸附预处理联合超滤的净水装置一个完整运行周期。
本发明的有益效果：
本发明的方法是强化吸附与超滤工艺联合，形成一套短流程的饮用水处理工艺。净水工艺短，出水水质稳定，通过超滤膜后的出水浊度在0.1NTU以下，满足《生活饮用水卫生标准GB5749-2006》的要求。
本发明中吸附剂与紫外同时作用。在紫外光的辐照条件下，可以更好地发挥活性炭的吸附能力，从而去除常规工艺处理效果不佳的小分子有机物，缩短了水里停留时间，节约了混合反应池的空间从而降低工程应用中的基建造价，并且强化了污染物的去除效果。对溶解性有机碳去除率可达40％，消毒副产物生成量减少52％，对小分子有机物阿特拉津去除率高达90％。
本发明中采用超滤作为组合工艺的核心单元，能够进一步截留去除原水中的有机污染物以及细菌等微生物，从而更好地保障了饮用水的生物安全性。同时混合反应池中的紫外灯可以在协同活性炭去除污染物的同时灭活部分微生物，提高了水质安全的保障能力。
本发明工艺操作压力低，节省了净水过程中的动力费用，降低了管件对压力的要求简单管理方便，在家用条件下可以充分利用市政管网的剩余压力，具有绿色节能的特点。
本发明充分利用了紫外强化活性炭吸附的方式作为超滤膜的预处理，有效的缓解了有机污染物引起的膜污染，且紫外灯的辐照并不会将氧化剂引入超滤膜组件中，这样便减少了对膜组件造成老化损伤的风险，节约了膜材料的成本，同时更稳定地保障了出水水质。
本发明工艺操作简单管理方便，适合于工程化推广，可作为超滤膜水厂或农村小型水厂的建设改造方案。
附图说明
图1为本发明紫外强化活性炭吸附预处理联合超滤的净水装置的结构示意图。
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，本实施方式紫外强化活性炭吸附预处理联合超滤的净水装置包括进水泵1、活性炭投加池2、混合反应池4和超滤膜组件5；
所述进水泵1与混合反应池4的中部进水口连通，混合反应池4的中部出水口通过重力流管道与超滤膜组件5的进水口连通，所述活性炭投加池2与进水泵1和混合反应池4之间的管路连通；
所述活性炭投加池2和混合反应池4中均设有搅拌装置；混合反应池4的上方设置有紫外灯3，混合反应池4的底部排泥口设有混合池排泥阀6，超滤膜组件5的底部排泥口设有超滤膜池排泥阀7。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：活性炭投加池2中的活性炭为粉末活性炭混合液。其它与具体实施方式一相同。
其中粉末活性炭比其他形式的活性炭(如颗粒活性炭)具有更大的比表面积，对小分子污染物的吸附去除能力更强。
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：粉末活性炭混合液中活性炭的浓度为5～10mg/L。其它与具体实施方式一或二相同。
选取低浓度的活性炭可以节约工艺的运行成本，同时低浓度的活性炭有利于紫外光的穿透，提高反应效率。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述紫外灯3垂直照射混合反应池。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述紫外灯3为低压汞灯，强度为2mW/cm2。其它与具体实施方式一至三之一相同。
强度为2mW/cm2的低压汞灯能够获得254nm的紫外光。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述超滤膜组件5的膜孔径为0.01～0.1μm，膜通量为80～120L/m2h。其它与具体实施方式一至五之一相同。
合理地选择通量可以避免膜污染太过严重(太高)或者浪费膜组件(太低)。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述超滤膜组件5为平板式膜组件。其它与具体实施方式一至五之一相同。
平板式膜组件是一种生产中常用的膜，材料易得。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是：所述平板式膜组件由聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚砜或聚丙烯腈制成。其它与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述超滤膜组件5的出水压力为20-35KPa。其它与具体实施方式一至五之一相同。
选择这样的出水压力，能够保证膜组件的稳定出水，使得膜污染在可以控制的范围内。
具体实施方式十：本实施方式利用紫外强化活性炭吸附预处理联合超滤的净水装置净水的方法，按照以下步骤进行：
一、待处理的原水通过进水泵泵入混合反应池，同时通过活性炭投加池将粉末活性炭混合液注入混合反应池；
二、开启混合反应池中的搅拌装置，原水与活性炭进行混合搅拌，搅拌速度为40-80r/min；
三、开启紫外灯，对混合反应池中的原水进行紫外光照射，紫外辐照强度通过紫外灯中的光阑调节，紫外辐照强度为2mW/cm2；
四、然后原水通过重力流管道进入超滤膜组件进行过滤，控制膜通量在80～120L/m2h，经超滤膜组件过滤后出水；
混合反应池和超滤膜组件之间没有泵连接，因此设置为重力流。重力流减少了额外的泵，节约了成本和维护难度。
五、膜组件过滤运行6～10h后，进行反冲洗，反冲洗废水通过超滤膜组件底部排泥阀排出；
六、将步骤三形成的反应后原水重新灌满混合反应池，为下一个运行周期做准备，即完成紫外强化活性炭吸附预处理联合超滤的净水装置一个完整运行周期。
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1：
本实施例紫外强化活性炭吸附预处理联合超滤的净水装置包括进水泵1、活性炭投加池2、混合反应池4和超滤膜组件5；
所述进水泵1与混合反应池4的中部进水口连通，混合反应池4的中部出水口通过重力流管道与超滤膜组件5的进水口连通，所述活性炭投加池2与进水泵1和混合反应池4之间的管路连通；
所述活性炭投加池2和混合反应池4中均设有搅拌装置；混合反应池4的上方设置有紫外灯3，混合反应池4的底部排泥口设有混合池排泥阀6，超滤膜组件5的底部排泥口设有超滤膜池排泥阀7。
活性炭投加池2中的活性炭为粉末活性炭混合液。粉末活性炭混合液中活性炭的浓度为5～10mg/L。
所述紫外灯3垂直照射混合反应池。紫外灯3为低压汞灯，强度为2mW/cm2。
一、安装本实施例的紫外强化活性炭吸附预处理联合超滤的净水装置；
二、待处理的原水通过原水进水泵泵入混合反应池，同时将活性炭投加池中的粉末活性炭混合液同时加入混合池中，快速搅拌装置调节搅拌速度为72r/min；
三、在步骤二进行同时开启紫外灯，对混合池中的原水进行紫外光照射，紫外辐照强度通过紫外灯中的光阑调节紫外辐照强度为500mJ/cm2；
四、步骤三形成的反应后原水，进入超滤膜组件过滤，控制膜组件的出水使膜通量在80～120L/m2h；
五、膜组件过滤运行6～10h后，进行反冲洗，反冲洗废水通过超滤膜组件底部排泥阀排出。
六、将步骤三形成的反应后原水重新灌满混合反应池。即完成紫外强化活性炭吸附预处理联合超滤的净水装置一个完整运行周期。
本试验采用的膜组件为平板超滤膜，膜截留分子量为150kDa，膜材料为聚醚砜。
实验结果：
1.以实验室配水为待处理水样，配水成分主要为腐植酸和牛血清蛋白，本发明的一种紫外强化活性炭吸附预处理联合超滤的净水装置显著缓解了水样引起的膜污染，运行末期跨膜压差由65kPa降低至40kPa，降低了运行功耗。
2.实验进一步以实际地表河流水为目标水体，本发明的一种紫外强化活性炭吸附预处理联合超滤的净水装置显著缓解了地表水引起的膜污染，降低了膜运行压力，运行末端跨膜压差由60kPa降低到38kPa，对溶解性有机碳去除率达到了40％，消毒副产物生成量减少52％，对小分子有机物阿特拉津去除率达到了90％。
Claims (10)
1.一种紫外强化活性炭吸附预处理联合超滤的净水装置，其特征在于该装置包括进水泵(1)、活性炭投加池(2)、混合反应池(4)和超滤膜组件(5)；
所述进水泵(1)与混合反应池(4)的中部进水口连通，混合反应池(4)的中部出水口通过重力流管道与超滤膜组件(5)的进水口连通，所述活性炭投加池(2)与进水泵(1)和混合反应池(4)之间的管路连通；
所述活性炭投加池(2)和混合反应池(4)中均设有搅拌装置；混合反应池(4)的上方设置有紫外灯(3)，混合反应池(4)的底部排泥口设有混合池排泥阀(6)，超滤膜组件(5)的底部排泥口设有超滤膜池排泥阀(7)。
2.根据权利要求1所述的一种紫外强化活性炭吸附预处理联合超滤的净水装置，其特征在于：活性炭投加池(2)中的活性炭为粉末活性炭混合液。
3.根据权利要求2所述的一种紫外强化活性炭吸附预处理联合超滤的净水装置，其特征在于：所述粉末活性炭混合液中活性炭的浓度为5～10mg/L。
4.根据权利要求1或2所述的一种紫外强化活性炭吸附预处理联合超滤的净水装置，其特征在于：所述紫外灯(3)垂直照射混合反应池。
5.根据权利要求4所述的一种紫外强化活性炭吸附预处理联合超滤的净水装置，其特征在于：所述紫外灯(3)为低压汞灯，强度为2mW/cm2。
6.根据权利要求1所述的一种紫外强化活性炭吸附预处理联合超滤的净水装置，其特征在于：所述超滤膜组件(5)的膜孔径为0.01～0.1μm，膜通量为80～120L/m2h。
7.根据权利要求6所述的一种紫外强化活性炭吸附预处理联合超滤的净水装置，其特征在于：所述超滤膜组件(5)为平板式膜组件。
8.根据权利要求7所述的一种紫外强化活性炭吸附预处理联合超滤的净水装置，其特征在于：所述平板式膜组件由聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚砜或聚丙烯腈制成。
9.根据权利要求1所述的一种紫外强化活性炭吸附预处理联合超滤的净水装置，其特征在于：所述超滤膜组件(5)的出水压力为20-35KPa。
10.利用紫外强化活性炭吸附预处理联合超滤的净水装置净水的方法，其特征在于该方法按照以下步骤进行：
一、待处理的原水通过进水泵(1)泵入混合反应池(4)，同时通过活性炭投加池(2)将粉末活性炭混合液注入混合反应池(4)；
二、开启混合反应池(4)中的搅拌装置，原水与活性炭进行混合搅拌，搅拌速度为40-80r/min；
三、开启紫外灯(3)，对混合反应池(4)中的原水进行紫外光照射，紫外辐照强度通过紫外灯中的光阑调节，紫外辐照强度为2mW/cm2；
四、然后原水通过重力流管道进入超滤膜组件(5)进行过滤，控制膜通量在80～120L/m2h，经超滤膜组件(5)过滤后出水；
五、膜组件过滤运行6～10h后，进行反冲洗，反冲洗废水通过超滤膜组件底部排泥阀排出；
六、将步骤三形成的反应后原水重新灌满混合反应池(4)，为下一个运行周期做准备，即完成紫外强化活性炭吸附预处理联合超滤的净水装置一个完整运行周期。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110655181A (zh) * | 2019-08-08 | 2020-01-07 | 北京恩菲环保股份有限公司 | 一种粉末活性炭投加系统 |
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| US20020134722A1 (en) * | 2001-03-26 | 2002-09-26 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Ultrapure water producing apparatus |
| CN201288104Y (zh) * | 2008-10-16 | 2009-08-12 | 罗兴富 | 紫外线活性炭联用净水机 |
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| CN107857406A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-03-30 | 哈尔滨工业大学水资源国家工程研究中心有限公司 | 一种紫外催化氧化联合超滤的一体式净水装置及其使用方法 |
-
2018
- 2018-11-29 CN CN201811444916.0A patent/CN109264913A/zh active Pending
Patent Citations (4)
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|---|
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| CN114524487B (zh) * | 2022-03-25 | 2023-09-12 | 北京理工大学 | 一种水处理系统及工艺 |
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