CN109879495A - 一种地表水的水处理系统及水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地表水的水处理系统及水处理方法。该水处理系统包括：电絮凝装置、超滤膜分离装置和混合液内回流单元；所述电絮凝装置和所述超滤膜分离装置连通，所述混合液内回流单元设置于所述电絮凝装置和所述超滤膜分离装置之间。本发明的水处理方法：采用电絮凝‑超滤耦合并辅以混合液内回流去除地表水体中有机污染物，使处理后的出水能满足我国《生活饮用水卫生标准》(GB5749‑2006)要求，该工艺结构简单，有机污染物去除比例高，超滤膜的膜装置运行压力损失小、膜通量衰减速度低、膜组件反洗频率低。

Description

一种地表水的水处理系统及水处理方法

技术领域

本发明属于水处理技术领域，更具体地，涉及一种地表水的水处理系统及水处理方法。

背景技术

地表水环境污染已成为当今世界范围内与水资源短缺并存的问题。大量工业废水和生活污水未经处理或只经简单处理便向地表水体持续排放，以及广大农村地区不合理地使用化肥、农药等农用化学物质对地表水造成的非点源污染，均导致我国地表水环境污染的不断加剧，水源水质不断下降。据报道，目前我国80％的地表水域、90％以上的城市水源已受到严重污染，受污染水的污染类型中85％以上属于有机物污染。地表水体中的有机污染物主要来源于两个方面：一是天然有机物，指动植物在自然循环过程中腐烂分解产生的物质，主要是腐殖质、微生物分泌物、溶解的植物组织和动物的废弃物等；二是人类生产和生活活动带来的污染，主要是人类生产和生活中排放的有机合成物。

去除有机物的方法主要有混凝沉淀、吸附法、生物处理法和化学氧化法，因这些技术的投资较高，运行操作费用较大，故还难以普遍使用。此外还有超滤(UF)技术被广泛应用于地表水处理和废水处理与回用等方面，其对悬浮物、胶体物质、无机颗粒和致命的微生物都有很好的截留效果。然而当超滤技术单独使用时，由于膜污染会引起通量下降和跨膜压差上升，缩短了超滤膜的使用寿命，使得运行费用和制水成本增加，限制了其发展。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种能有效去除地表水体中有机污染物的系统及方法，本发明的水处理系统和方法能耗低、运行稳定，处理后的出水水质优良，能满足我国《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)要求。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供一种地表水的水处理系统，该水处理系统包括：电絮凝装置、超滤膜分离装置和混合液内回流单元；所述电絮凝装置和所述超滤膜分离装置连通，所述混合液内回流单元设置于所述电絮凝装置和所述超滤膜分离装置之间。

本发明的另一方面提供一种地表水的水处理方法，利用上述水处理系统进行水处理，该水处理方法包括：

(1)将地表水输送至电絮凝装置中，进行电絮凝处理，得到混合液；

(2)将所述混合液输送至超滤膜分离装置中，一部分所述混合液进行固液分离处理；另一部分所述混合液通过混合液内回流单元回流到电絮凝装置再次进行电絮凝处理。

本发明的技术方案具有如下有益效果：

(1)本发明的水处理方法：采用电絮凝-超滤耦合并辅以混合液内回流去除地表水体中有机污染物，使处理后的出水能满足我国《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)要求，该工艺结构简单，有机污染物去除比例高，超滤膜的膜装置运行压力损失小、膜通量衰减速度低、膜组件反洗频率低。

(2)本发明采用电絮凝作用，通过控制恰当的电流密度和反应时间，使电絮凝池的水解产物为以Al³⁺的中聚体为主的Al_b絮凝体，该絮体有很强的正电荷和吸附聚集能力，因而具有很强的电中和粘附架桥能力，能对水体中的腐殖酸、有机合成物等有机污染物表现出优越的凝聚-絮凝作用。

(3)本发明将超滤膜池内的混合液按一定的比例回流到前端的电絮凝池，即增加这部分混合液在电絮凝池中的絮凝反应时间，使其中的中聚体Al_b进一步聚合生成以无定型Al(OH)₃为主的高聚物，这种聚合体由于其溶解性很小，且具有较大的比表面积，通过对水体中机污染物进行吸附、网捕巻扫等作用形成较疏松的粗大的絮体。

(4)本发明通过电絮凝装置和混合液内回流单元的处理，使得超滤膜分离装置的超滤膜池中混合液里面包含Al³⁺的中聚体Al_b和Al³⁺的高聚体即无定型Al(OH)₃。前者与水体中的有机污染物结合形成的絮体较稳定，强度高，不容易再被外力破坏。当絮体被吸附到后续超滤膜表面时，形成的滤饼层不容易被压力压碎、压实，因而滤饼层疏松多孔，表面也相对比较粗糙，能有效减缓膜污染，提高产水量，同时有效降低了膜清洗频率。后者对水体中有机污染物进行吸附、网捕巻扫等作用形成较疏松的高度支化的粗大的絮体，这些大粒径的絮体不但不会造成膜内污染，而且会在膜表面形成疏松的滤饼层防止一些粒径较小的絮体进入膜孔内，提高了有机污染物的去除率。

(5)本发明工艺可根据原水中有机污染物的浓度灵活调整电源电压的大小，还可根据超滤膜污染程度(即跨膜压差大小)以及最后出水水质的变化灵活调整混合液回流比。比如，增加超滤膜池混合液的内回流比，可以提高超滤膜池混合液中Al³⁺高聚物的含量，提高有机污染物的去除率；降低超滤膜池混合液的内回流比，可以提高超滤膜池混合液中Al_b等中聚物的含量，能减缓膜污染，降低膜清洗频率。

(6)本发明的水处理系统，在电絮凝池内除具备电絮凝功能外、还具备使部分污染物在电极上直接或间接发生氧化或还原反应的功能，能有效地从水中去除悬浮物，胶体以及分子态和离子态的一些物质，较易实现机械化操作和自动化控制。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的地表水的水处理系统的示意性结构图。(图1中箭头方向代表地表水在水处理系统中的流动方向)

附图标记说明：

1、第一输送管 2、电絮凝池 3、可溶性阳电极板 4、阴极板 5、电源 6、第二输送管7、浸没式超滤膜池 8、超滤膜组件 9、混合液内回流管 10、回流泵 11、出水管 12、抽吸泵13、污泥排放管

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明的一方面提供一种地表水的水处理系统，该水处理系统包括：电絮凝装置、超滤膜分离装置和混合液内回流单元；所述电絮凝装置和所述超滤膜分离装置连通，所述混合液内回流单元设置于所述电絮凝装置和所述超滤膜分离装置之间。

根据本发明，优选地，所述电絮凝装置包括电絮凝池、电极板和电源；

所述电絮凝池的第一进水口与第一输送管连通，所述电絮凝池的第二进水口与所述混合液内回流单元连通，所述电絮凝池的出水口通过第二输送管与所述超滤膜分离装置连通；所述电絮凝池内设置有所述电极板，所述电极板包括阴极板和可溶性阳极板，所述阴极板和可溶性阳极板分别与所述电源连接。

根据本发明，优选地，所述可溶性阳极板为金属铝电极板；

所述阴极板为碳电极板。

本发明中，地表水通过第一输送管进入电絮凝池内，在电源提供的外加电压的作用下，可溶性阳极板(铝阳极)溶解产生阳离子Al³⁺，一部分Al³⁺在水体中自发进行水解反应，产生以单聚物Al(OH)²⁺，Al(OH)₂ ⁺和二聚体Al₂(OH)₂ ⁴⁺为主的絮凝体，同时在阴极发生水解反应产生OH-，在电场的作用下，阳极产生的一部分Al³⁺定向移动到阴极金属溶液表面，与OH-离子结合生成Al(OH)^4-，Al(OH)^4-与Al(OH)²⁺，Al(OH)₂ ⁺和二聚体Al₂(OH)₂ ⁴⁺反应生成以中聚体为主的Al_b絮凝体，该絮凝体具有高的电荷，电中和能力强；能形成比较均匀、多孔隙、具有一定密实度的絮体团簇，比表面积大，吸附能力强，能对水体中的带负电荷的腐殖酸、有机合成物等有机污染物通过电中和、吸附等作用高效去除。

根据本发明，优选地，所述超滤膜分离装置包括：浸没式超滤膜池和超滤膜组件；

所述浸没式超滤膜池的进水口通过第二输送管与所述电絮凝装置连通；所述浸没式超滤膜池的底部出水口与所述回流单元连通；所述浸没式超滤膜池内设置有超滤膜组件。

根据本发明，优选地，所述超滤膜组件的出水口与出水管连通，所述出水管上设置有抽吸泵。

本发明中，在抽吸泵的抽吸作用下通过超滤膜组件的分离作用滤去水中的絮体颗粒、残余的有机污染物以及胶体、细菌、病毒。出水管的出水即为符合GB5749-2006卫生标准的饮用水。

根据本发明，优选地，所述水处理系统还包括污泥排放管，所述污泥排放管与所述浸没式超滤膜池的底部连通。优选地，所述污泥排放管上设置有放空阀门。

本发明中，根据超滤膜池内混合液的水质情况确定超滤膜处理水池定期放空排泥的时间，通过打开放空阀门进行放空，然后重新进水。

本发明中，超滤膜组件可以为本领域常规的超滤膜组件，优选地，所述超滤膜组件所用的超滤膜的膜孔径为0.02-0.08μm。

本发明中，所述超滤膜组件所用的超滤膜为聚偏氟乙烯中空纤维膜。

根据本发明，优选地，所述混合液内回流单元包括混合液内回流管和回流泵；所述混合液内回流管设置于所述电絮凝装置和所述超滤膜分离装置之间，所述回流泵设置于所述混合液内回流管上。

作为优选方案，混合液内回流管的输入端与超滤膜分离装置的超滤膜池底部出水口连通，输出端与电絮凝装置的电絮凝池的底部第二进水口连通。

本发明中，经过电絮凝装置处理反应后的水进入超滤膜分离装置，在超滤膜分离装置的超滤膜池的底部设有混合液内回流管，在混合液回流泵的提升作用下，超滤膜池中的混合液按一定的比例通过混合液内回流管回流至电絮凝装置的电絮凝池，回流的混合液中的Al_b絮凝体在电絮凝池中与阳极板溶出的Al³⁺和阴极产生的OH-进一步发生聚合反应生成高聚合态的无定型Al(OH)₃，这种聚合体由于其本身的溶解性小而且具有较大的比表面积，通过对水体中的有机污染物进行吸附、网捕巻扫等作用形成较为疏松的粗大的絮体。

作为优选方案，本发明的地表水的水处理系统还设置有反洗水泵，反洗水泵对超滤膜组件进行定期反冲洗，反洗用水采用抽吸泵的出水。

本发明的另一方面提供一种地表水的水处理方法，利用上述水处理系统进行水处理，该水处理方法包括：

(1)将地表水输送至电絮凝装置中，进行电絮凝处理，得到混合液；

(2)将所述混合液输送至超滤膜分离装置中，一部分所述混合液进行固液分离处理；另一部分所述混合液通过混合液内回流单元回流到电絮凝装置再次进行电絮凝处理。

本发明中，通过混合液内回流单元回流到电絮凝装置中的混合液再次进行电絮凝处理，然后再次进入超滤膜分离装置中，进行固液分离处理和混合液内回流。

本发明的方法，利用电絮凝和超滤膜协同作用，并辅以混合液内回流处理地表水。

根据本发明，优选地，步骤(1)中，电流密度为8-20mA/cm²，所述电絮凝装置内的水力停留时间为10-20min；

本发明中，可通过改变外加电源电压来调节电流密度。

步骤(2)中，所述超滤膜分离装置中混合液内回流比为50-150％。

根据本发明，优选地，步骤(2)中，所述超滤膜分离装置包括：浸没式超滤膜池和超滤膜组件；所述超滤膜组件的出水口与出水管连通，所述出水管上设置有抽吸泵；所述固液分离处理为在所述抽吸泵的抽吸作用下通过所述超滤膜组件进行固液分离处理。

以下通过实施例进一步说明本发明：

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种地表水的水处理系统，该水处理系统包括：电絮凝装置、超滤膜分离装置和混合液内回流单元；其中，所述电絮凝装置包括电絮凝池2、电极板和电源5；所述超滤膜分离装置包括：浸没式超滤膜池7和超滤膜组件8；所述混合液内回流单元包括混合液内回流管9和回流泵10，所述回流泵10设置于所述混合液内回流管9上；

其中，所述电絮凝池2的底部第一进水口与第一输送管1连通，所述电絮凝池2的底部第二进水口与所述混合液内回流管9的输出端连通，所述电絮凝池2内设置有所述电极板，所述电极板包括阴极板4和可溶性阳极板3，所述阴极板4和可溶性阳极板3分别与所述电源5连接；所述可溶性阳极板3为金属铝电极板；所述阴极板4为碳电极板；所述电絮凝池2的出水口通过第二输送管6与浸没式超滤膜池7的进水口连通；所述浸没式超滤膜池7的底部出水口与所述混合液内回流管9的输入端连通；所述浸没式超滤膜池7内设置有超滤膜组件8；所述超滤膜组件8的出水口与出水管11连通，所述出水管11上设置有抽吸泵12；所述超滤膜组件8所用的超滤膜的膜孔径为0.04μm；所述水处理系统还包括污泥排放管13，所述污泥排放管13与所述浸没式超滤膜池7的底部连通。

利用上述水处理系统进行水处理，该水处理方法包括如下步骤：

(1)将地表水输送至电絮凝装置中，进行电絮凝处理，得到混合液；

(2)将所述混合液输送至超滤膜分离装置中，一部分所述混合液在所述抽吸泵12的抽吸作用下通过所述超滤膜组件8进行固液分离处理；另一部分所述混合液通过混合液内回流单元回流到电絮凝装置再次进行电絮凝处理；

其中，待处理原水浊度为8.4NTU,UV₂₅₄为0.180cm^-1，TOC为9.03mg/L，采用本发明的方法，原水进入电絮凝池2，电絮凝池2中电极板为铝电极板，通电电流密度为15mA/cm²，电絮凝池2中水力停留时间13分钟，经过电絮凝反应后进入浸没式超滤膜池7，超滤膜组件8所用的超滤膜为聚偏氟乙烯中空纤维膜，膜孔径0.04μm，超滤膜组件8的原始膜通量为60L/m²·h，超滤膜池中混合液内回流比为65％。

采用上述方法进行处理，装置连续运行24小时，出水浊度为1.8NTU，UV₂₅₄为0.022cm^-1,TOC浓度为1.85mg/L，达到《国家生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)》要求；超滤膜组件8的跨膜压差为9.8kPa，膜通为56.5L/m²·h，装置运行正常。

实施例2

本实施例与实施例1的区别为：仅将实施例1中的混合液内回流比设定为110％，其他均与实施例1相同；

装置运行24小时，出水浊度为1.4NTU，UV₂₅₄为0.018cm^-1，TOC浓度为1.65mg/L，达到《国家生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)》要求；超滤膜组件8的跨膜压差为12.4kPa，膜通量为52.6L/m²·h，装置运行正常。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种地表水的水处理系统，其特征在于，该水处理系统包括：电絮凝装置、超滤膜分离装置和混合液内回流单元；所述电絮凝装置和所述超滤膜分离装置连通，所述混合液内回流单元设置于所述电絮凝装置和所述超滤膜分离装置之间。

2.根据权利要求1所述的水处理系统，其中，所述电絮凝装置包括电絮凝池、电极板和电源；

所述电絮凝池的第一进水口与第一输送管连通，所述电絮凝池的第二进水口与所述混合液内回流单元连通，所述电絮凝池的出水口通过第二输送管与所述超滤膜分离装置连通；所述电絮凝池内设置有所述电极板，所述电极板包括阴极板和可溶性阳极板，所述阴极板和可溶性阳极板分别与所述电源连接。

3.根据权利要求2所述的水处理系统，其中，所述可溶性阳极板为金属铝电极板；

所述阴极板为碳电极板。

4.根据权利要求1所述的水处理系统，其中，所述超滤膜分离装置包括：浸没式超滤膜池和超滤膜组件；

所述浸没式超滤膜池的进水口通过第二输送管与所述电絮凝装置连通；所述浸没式超滤膜池的底部出水口与所述回流单元连通；所述浸没式超滤膜池内设置有超滤膜组件。

5.根据权利要求4所述的水处理系统，其中，所述超滤膜组件的出水口与出水管连通，所述出水管上设置有抽吸泵；

优选地，所述水处理系统还包括污泥排放管，所述污泥排放管与所述浸没式超滤膜池的底部连通。

6.根据权利要求4所述的水处理系统，其中，所述超滤膜组件所用的超滤膜的膜孔径为0.02-0.08μm。

7.根据权利要求1所述的水处理系统，其中，所述混合液内回流单元包括混合液内回流管和回流泵；所述混合液内回流管设置于所述电絮凝装置和所述超滤膜分离装置之间，所述回流泵设置于所述混合液内回流管上。

8.一种地表水的水处理方法，其特征在于，利用权利要求1-7中任意一项所述的水处理系统进行水处理，该水处理方法包括：

(1)将地表水输送至电絮凝装置中，进行电絮凝处理，得到混合液；

(2)将所述混合液输送至超滤膜分离装置中，一部分所述混合液进行固液分离处理；另一部分所述混合液通过混合液内回流单元回流到电絮凝装置再次进行电絮凝处理。

9.根据权利要求8所述的水处理方法，其中，步骤(1)中，电流密度为8-20mA/cm²，所述电絮凝装置内的水力停留时间为10-20min；

步骤(2)中，所述超滤膜分离装置中混合液内回流比为50-150％。

10.根据权利要求8所述的水处理方法，其中，步骤(2)中，所述超滤膜分离装置包括：浸没式超滤膜池和超滤膜组件；所述超滤膜组件的出水口与出水管连通，所述出水管上设置有抽吸泵；所述固液分离处理为在所述抽吸泵的抽吸作用下通过所述超滤膜组件进行固液分离处理。