CN109879496A - 一种去除饮用水中腐植酸的水处理系统及水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种去除饮用水中腐植酸的水处理系统及水处理方法。该水处理系统包括：化学混凝装置、电絮凝装置和超滤膜分离装置；其中，所述化学混凝装置与所述电絮凝装置连通，所述电絮凝装置与所述超滤膜分离装置连通。本发明采用化学混凝‑电絮凝耦合‑超滤膜分离工艺去除饮用水原水中的腐殖酸，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；本发明的工艺结构简单，出水水质稳定，超滤膜分离装置的运行压力损失小，膜通量衰减速度低，膜组件反洗频率低。

Description

一种去除饮用水中腐植酸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，涉及一种去除饮用水中腐植酸的水处理系统及水处理方法。

背景技术

腐殖酸(HA)是动植物残骸经过微生物的分解和转化形成的一类分子大小不一,结构组成不一的天然有机物。它广泛存在于天然水体中，约占水中总有机物的50％～90％，它的存在严重影响了水体的口感、气味和色度。腐植酸(HA)是一种复杂的大分子有机物，其分子内含有羰基、羧基、醇羟基和酚羟基等多种活性官能团，可以吸附水体中的有毒有机物和重金属离子形成难以去除的稳定螯合物，而且HA经氯消毒时还会与氯反应生成三卤甲烷、卤乙酸等消毒副产物，对人体健康存在很大危害。

目前，去除水中HA的方法包括：吸附法、混凝沉淀法、膜滤法等，但这些方法在实际应用中都存在一些不可避免的问题。比如吸附法具有装置简单、操作方便等优点，在水处理领域得到了广泛使用，然而吸附剂成本较高，再生度也不理想。混凝沉淀法中，混凝过程要达到好的效果，需投加大量的混凝剂，此外还需要设置占地面积大的沉淀设施，这些制约了其大范围推广，特别是在农村分散型供水工程中面临技术缺乏的局面。超滤(UF)技术被广泛应用于饮用水处理和废水处理与回用等方面，其对悬浮物、胶体物质、无机颗粒和致病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饮用水中腐植酸的系统及方法，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去除饮用水中腐植酸的水处理系统，该水处理系统包括：化学混凝装置、电絮凝装置和超滤膜分离装置；其中，所述化学混凝装置与所述电絮凝装置连通，所述电絮凝装置与所述超滤膜分离装置连通。

本发明的另一方面提供一种去除饮用水中腐植酸的水处理方法，利用上述水处理系统进行水处理，该水处理方法包括：

(1)将原水通入化学混凝装置中，进行化学混凝处理，得到第一混合液；

(2)将所述第一混合液输送至所述电絮凝装置中，进行电絮凝处理，得到第二混合液；

(3)将所述第二混合液输送至所述超滤膜分离装置中，进行固液分离处理。

本发明的技术方案具有如下有益效果：

(1)本发明采用化学混凝-电絮凝耦合-超滤膜分离工艺去除饮用水原水中的腐殖酸，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；本发明的工艺结构简单，出水水质稳定，超滤膜分离装置的运行压力损失小，膜通量衰减速度低，膜组件反洗频率低。

(2)本发明采用化学混凝和电絮凝的耦合作用，使水体中的水解产物为以Al³⁺的中聚体为主的Al_b絮凝体，该絮体具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表现出优越的凝聚-絮凝作用。

(3)本发明中的水解产物与水体中的腐殖酸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，大大减缓了膜污染，提高了产水量，同时有效降低了膜清洗频率。

(4)由于原水首先在化学混凝池中进行预混凝处理，可使后续的电絮凝反应池中混凝剂的投加量减小，即需要较小的通电电流密度(或较低的通电电压)、电絮凝反应时间也缩短，降低了能耗，降低了电极板钝化的风险，同时较低的通电电压和较短的反应时间能使水体保持弱酸性，更有利于Al_b絮凝体的形成。

(5)本发明的水处理方法可随原水浓度不同而灵活改变加药量以及操作电压大小，来保证出水水质。同时具备混凝、氧化和还原的功能，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去除饮用水中腐植酸的水处理系统的结构示意图。(图1中箭头方向代表原水在水处理系统中的流动方向)

附图标记说明：

1、原水输送管；2、化学混凝池；3、混凝剂投加单元；4、搅拌单元；5、第一输送管；6、电絮凝池；7、可溶性阳极板；8、阴极板；9、外加电源；10、第二输送管；11、浸没式超滤膜池；12、超滤膜组件；13、出水管；14、抽吸泵；15、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去除饮用水中腐植酸的水处理系统，该水处理系统包括：化学混凝装置、电絮凝装置和超滤膜分离装置；其中，所述化学混凝装置与所述电絮凝装置连通，所述电絮凝装置与所述超滤膜分离装置连通。

根据本发明，优选地，所述化学混凝装置包括：化学混凝池、混凝剂投加单元和搅拌单元；

所述化学混凝池通过第一输送管与所述电絮凝装置连通；所述化学混凝池上部设置有所述混凝剂投加单元，所述化学混凝池内设置有所述搅拌单元。

本发明中，优选地，原水输送管的输出端插入化学混凝池的进水口，原水输送管用于输送原水；第一输送管的输入端与化学混凝池的出水口连通。

本发明中，原水通过原水输送管进入化学混凝池，在化学混凝池中通过混凝剂投加单元投加铝盐混凝剂，在化学混凝池中的搅拌单元的搅拌作用下，铝盐混凝剂中的Al³⁺在溶液本体中自发进行原位水解反应，产生的主要是单聚物Al(OH)²⁺，Al(OH)₂ ⁺和二聚体Al₂(OH)₂ ⁴⁺，这些带正电荷粒子与水中带负电荷的腐殖酸进行电中和反应，降低腐植酸胶体表面的电位，使水中腐植酸胶体污染物脱稳聚集成大的颗粒。

本发明中，混凝剂投加单元为本领域常规的混凝剂投加装置，例如，加药管；搅拌单元为本领域常规的搅拌装置，例如搅拌桨。

根据本发明，优选地，所述电絮凝装置包括：电絮凝池，外加电源和电极板；

所述电絮凝池通过第一输送管与所述化学混凝装置连通，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外加电源连接。

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，优选地，第一输送管的输出端与电絮凝池底部的进水口连通；第二输送管的输入端与电絮凝池出水口连接通。

本发明中，经过化学混凝装置处理后的水通过第一输送管自流进入电絮凝池内，在外加电源的作用下，可溶性阳极板(铝阳极)溶解产生阳离子Al³⁺，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Al³⁺定向移动到阴极金属溶液表面，与OH-离子生成Al(OH)⁴-，Al(OH)⁴-与来自化学混凝池中的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，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，优选地，第二输送管的输出端与浸没式超滤膜池的进水口连通；出水管的输入端与超滤膜组件的出水口连通。

本发明中，在电絮凝池中反应后的水通过第二输送管进入浸没式超滤膜池，在浸没式超滤膜池中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。抽吸泵的出水即为符合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，根据浸没式超滤膜池内混合液的水质情况确定浸没式超滤膜池定期放空排泥的时间，通过打开污泥排放管上的放空阀门进行放空，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0.02-0.06μm。

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。

作为优选方案，本发明的去除饮用水中腐植酸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去除饮用水中腐植酸的水处理方法，利用上述水处理系统进行水处理，该水处理方法包括：

(1)将原水通入化学混凝装置中，进行化学混凝处理，得到第一混合液；

(2)将所述第一混合液输送至所述电絮凝装置中，进行电絮凝处理，得到第二混合液；

(3)将所述第二混合液输送至所述超滤膜分离装置中，进行固液分离处理。

本发明的水处理方法为利用化学混凝和电絮凝耦合，再通过超滤膜分离装置的超滤膜协同作用处理饮用水的工艺。

根据本发明，优选地，步骤(1)中，所述化学混凝处理所用的混凝剂为铝盐混凝剂，所述铝盐混凝剂优选为氯化铝或硫酸铝；由混凝剂引入的Al³⁺的投加量为1-4mg/L；原水在所述化学混凝装置中的水力停留时间为8-12min；

步骤(2)中，电流密度为6-15mA/cm²，所述电絮凝装置内的总水力停留时间为5-12min。

本发明中，Al³⁺的投加量为1-4mg/L，是指相对于1L的原水，Al³⁺的投加量为1-4mg。

本发明中，可通过改变外加电源电压来调节电流密度。

根据本发明，优选地，步骤(3)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，本实施例提供一种去除饮用水中腐植酸的水处理系统，该水处理系统包括：化学混凝装置、电絮凝装置和超滤膜分离装置；其中，所述化学混凝装置包括化学混凝池2、混凝剂投加单元3和搅拌单元4；所述电絮凝装置包括电絮凝池6，外加电源9和电极板；所述超滤膜分离装置包括浸没式超滤膜池11和超滤膜组件12；其中，所述混凝剂投加单元3为加药管；

其中，原水输送管1的输出端插入化学混凝池2的进水口，所述化学混凝池2上部设置有所述混凝剂投加单元3，所述化学混凝池2内设置有所述搅拌单元4；第一输送管5的输入端与化学混凝池2的出水口连通，输出端与电絮凝池6底部的进水口连通，所述电絮凝池6内设置有所述电极板，所述电极板包括阴极板8和可溶性阳极板7，所述阴极板8和可溶性阳极板7分别与所述外加电源9连接；第二输送管10的输入端与电絮凝池6出水口连接通，输出端与浸没式超滤膜池11的进水口连通，所述浸没式超滤膜池11内设置有超滤膜组件12；所述超滤膜组件12的出水口与出水管13的输入端连通，所述出水管13上设置有抽吸泵14；污泥排放管15与所述浸没式超滤膜池11底部连通；其中，所述可溶性阳极板7为金属铝电极板；阴极板8为碳电极板；所述超滤膜组件12所用的超滤膜为聚偏氟乙烯中空纤维膜，所述超滤膜组件12所用的超滤膜的膜孔径为0.04μm。

利用上述水处理系统进行水处理，具体水处理方法包括如下步骤：

(1)将原水通过原水输送管1通入化学混凝装置的化学混凝池2中，进行化学混凝处理，得到第一混合液；

(2)将所述第一混合液通过第一输送管5输送至所述电絮凝装置的电絮凝池6中，进行电絮凝处理，得到第二混合液；

(3)将所述第二混合液通过第二输送管10输送至所述超滤膜分离装置的浸没式超滤膜池11中，在所述抽吸泵14的抽吸作用下通过所述超滤膜组件12进行固液分离处理；

其中，待处理原水浊度为8.4NTU，UV₂₅₄为0.180cm^-1，TOC为9.03mg/L，采用本实施例的水处理方法，原水在化学混凝池2中的水力停留时间为11分钟，相对于1L的原水，混凝剂硫酸铝的铝离子的投加量为2.2mg(即2.2mg/L)；经过化学混凝池2后进入电絮凝池6，通电电流密度为9mA/cm²，电絮凝池6中水力停留时间为9分钟；在电絮凝池6反应后进入浸没式超滤膜池11，浸没式超滤膜池11中的超滤膜组件12的膜通量为60L/m²·h。

采用上述方法进行处理，出水浊度为2.2NTU，UV₂₅₄为0.026cm^-1，TOC浓度为2.25mg/L，达到《国家生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)》要求。

本实施例运行7天，膜过滤压差为13.1kPa，膜通量为52.1L/m²·h，即膜过滤压差及膜通量一直维持在正常范围内，无需进行反冲洗。

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)

1.一种去除饮用水中腐植酸的水处理系统，其特征在于，该水处理系统包括：化学混凝装置、电絮凝装置和超滤膜分离装置；其中，所述化学混凝装置与所述电絮凝装置连通，所述电絮凝装置与所述超滤膜分离装置连通。

2.根据权利要求1所述的水处理系统，其中，所述化学混凝装置包括：化学混凝池、混凝剂投加单元和搅拌单元；

所述化学混凝池通过第一输送管与所述电絮凝装置连通；所述化学混凝池上部设置有所述混凝剂投加单元，所述化学混凝池内设置有所述搅拌单元。

3.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，外加电源和电极板；

所述电絮凝池通过第一输送管与所述化学混凝装置连通，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外加电源连接。

4.根据权利要求3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。

5.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内设置有超滤膜组件。

6.根据权利要求5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。

7.根据权利要求5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0.02-0.06μm。

8.一种去除饮用水中腐植酸的水处理方法，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)将原水通入化学混凝装置中，进行化学混凝处理，得到第一混合液；

(2)将所述第一混合液输送至所述电絮凝装置中，进行电絮凝处理，得到第二混合液；

(3)将所述第二混合液输送至所述超滤膜分离装置中，进行固液分离处理。

9.根据权利要求8所述的水处理方法，其中，步骤(1)中，所述化学混凝处理所用的混凝剂为铝盐混凝剂，所述铝盐混凝剂优选为氯化铝或硫酸铝；由混凝剂引入的Al³⁺的投加量为1-4mg/L；原水在所述化学混凝装置中的水力停留时间为8-12min；

步骤(2)中，电流密度为6-15mA/cm²，所述电絮凝装置内的总水力停留时间为5-12min。

10.根据权利要求8所述的水处理方法，其中，步骤(3)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。