CN112142243A

CN112142243A - 一种水处理装置及处理方法

Info

Publication number: CN112142243A
Application number: CN202011059340.3A
Authority: CN
Inventors: 武珉辉; 张平允; 王铮; 刘爽; 沈雪
Original assignee: Shanghai Municipal Water Resources Development And Utilization National Engineering Center Co ltd
Current assignee: Shanghai Municipal Water Resources Development And Utilization National Engineering Center Co ltd
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2020-12-29

Abstract

本发明提出一种水处理装置及处理方法，该处理装置包括第一臭氧池、混凝沉淀池、第二臭氧池、活性炭池、荷负电功能超滤膜组件；该方法为向原水中加投第一预设量的臭氧以进行第一次氧化，并进行混凝沉淀，随后向原水中加投第二预设量的臭氧以进行第二次氧化，并使用活性炭过滤，随后使用荷负电功能超滤膜进行过滤。本发明所述的水处理装置及处理方法，利用了超滤膜截留作用以及荷负电功能超滤膜的外表面和膜孔内荷负电基团的静电效应对活性炭滤池出水中的颗粒物、部分小分子有机物以及有害阴离子进行截留，取代传统的砂滤池，更好地保证前置活性炭工艺整体出水的水质稳定性。

Description

一种水处理装置及处理方法

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种水处理装置及处理方法。

背景技术

“臭氧-生物活性炭”工艺可以利用臭氧氧化、活性炭吸附和微生物降解的共同作用去除常规工艺出水中的有机污染物及氨氮，是目前最成熟、稳定且价格低廉的给水深度处理工艺。由于活性炭滤池存在颗粒物及生物泄露的风险，很多工程实例中将常规工艺段的砂滤池后置，形成“臭氧-生物活性炭-砂滤”深度处理工艺，利用砂滤池的截留作用保证深度处理出水的浊度和生物安全性。但是当原水的COD_Mn、嗅味物质浓度等有机物指标偏高时，“前炭后砂”工艺中活性炭滤池的处理负荷会比在“前砂后炭”工艺中偏高，而砂滤池对有机污染的截留能力较差，这会导致“前炭后砂”工艺出水的有机物指标较高或波动较大。同时，“臭氧-生物活性炭-砂滤”深度处理工艺对F^-、Cl^-、SO₄ ^2-、NO₃ ^-等阴离子的去除能力有限，因此该工艺也不适用于阴离子浓度偏高的原水，如部分地下水源。

随着膜技术的不断发展，利用膜工艺取代传统砂滤池为改善“前炭后砂”深度处理工艺提供了思路。纳滤（NF）工艺尽管可以高效去除小分子有机物以及阴离子，但NF膜对进水水质的要求及其设备和日常运行成本都比较高。超滤（UF）是目前自来水厂深度处理中最普遍使用的膜工艺，但传统的UF膜表面易沉积有机污染物，且无法截留小分子有机物、阴离子以及颗粒尺寸接近其孔径的组分。因此，NF膜以及传统的UF膜工艺均无法很好地大规模应用在自来水厂中取代“前炭后砂”工艺中的砂滤池单元。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提出一种可以同步去除有机物和阴离子的水处理装置和水处理方法，利用了超滤膜截留作用以及荷负电功能超滤膜的外表面和膜孔内荷负电基团的静电效应对活性炭滤池出水中的颗粒物、部分小分子有机物以及有害阴离子进行截留，取代传统的砂滤池，更好地保证前置活性炭工艺整体出水的水质稳定性。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种水处理装置，包括与原水池连接的第一臭氧池，与所述第一臭氧池连接的混凝沉淀池，与所述混凝沉淀池连接的第二臭氧池，与所述第二臭氧池连接的活性炭池，以及与所述活性炭池连接的荷负电功能超滤膜组件。

作为本发明的进一步优化，还包括设于所述混凝沉淀池与所述第二臭氧池之间以调节水量的集水池，所述第二臭氧池通过所述集水池与所述混凝沉淀池连接。

作为本发明的进一步优化，还包括与所述荷负电功能超滤膜组件连接的清水池。

作为本发明的进一步优化，所述第一臭氧池中的臭氧投量为0.6~1.4mg/L。

作为本发明的进一步优化，所述第二臭氧池包括依次连接的第一接触池、第二接触池和第三接触池，所述第一接触池、第二接触池、第三接触池中的臭氧总投量为0.6~1.0mg/L，且所述第一接触池、第二接触池、第三接触池的加投比例为0.5:1:1~3:1:1。

作为本发明的进一步优化，所述荷负电功能超滤膜组件为外压式运行方式，所述荷负电功能超滤膜组件的跨膜压差为20~80 kPa。

一种水处理方法，包括如下步骤：向原水中加投第一预设量的臭氧以进行预氧化，并进行混凝沉淀，随后向原水中加投第二预设量的臭氧以进行深度氧化，并使用活性炭过滤，随后使用荷负电功能超滤膜进行过滤。

作为本发明的进一步优化，还包括如下步骤：第一预设量为0.6~1.4mg/L，第二预设量为0.6~1.0mg/L。

作为本发明的进一步优化，还包括如下步骤：深度氧化采用三段式投加，三段式投加量的比例为0.5:1:1~3:1:1。

作为本发明的进一步优化，还包括如下步骤：将进膜压力维持在0.05~0.2 MPa，将跨膜压差维持在20~80 kPa。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明所述的水处理装置，通过第一臭氧池和第二臭氧池的设置，利用臭氧对铁锰离子、氨氮、有机物、藻类等的氧化作用和微絮凝作用改善混凝沉淀池出水和活性炭池出水的水质，尽量减少荷负电功能超滤膜组件的处理负荷，同时利用荷负电功能超滤膜组件的超滤膜截留作用以及膜外表面和膜孔内荷负电基团的静电效应，进一步去除水中颗粒物、微生物、小分子有机物以及阴离子，从而更好地保证前置活性炭工艺整体出水的水质稳定性，且有效地将膜的水洗和气洗周期限定在一个经济的范围内。

本发明所述的水处理方法，通过预氧化和深度氧化，利用臭氧对铁锰离子、氨氮、有机物、藻类等的氧化作用和微絮凝作用改善混凝沉淀和经活性炭过滤后的水质，同时利用荷负电功能超滤膜组件的超滤膜截留作用以及膜外表面和膜孔内荷负电基团的静电效应，进一步去除水中颗粒物、微生物、小分子有机物以及阴离子，从而更好地保证前置活性炭工艺整体出水的水质稳定性，且有效的将膜的水洗和气洗周期限定在一个经济的范围内。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明水处理装置的结构示意图；

图2为本发明水处理方法的流程图；

以上各图中，1、原水池；2、第一臭氧池；3、混凝沉淀池；4、集水池；5、第二臭氧池；51、第一接触池；52、第二接触池；53、第三接触池；6、活性炭池；7、荷负电功能超滤膜组件；8、清水池。

具体实施方式

下面，通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参考图1，本发明提出一种水处理装置，包括与原水池1连接的第一臭氧池2，与所述第一臭氧池2连接的混凝沉淀池3，与所述混凝沉淀池3连接的第二臭氧池5，与所述第二臭氧池5连接的活性炭池6，以及与所述活性炭池6连接的荷负电功能超滤膜组件7。

本发明所述的水处理装置，通过第一臭氧池2和第二臭氧池5的设置，利用臭氧对铁锰离子、氨氮、有机物、藻类等的氧化作用和微絮凝作用改善混凝沉淀池出水和活性炭池出水的水质，尽量减少荷负电功能超滤膜组件7的处理负荷，同时利用荷负电功能超滤膜组件7的超滤膜截留作用以及膜外表面和膜孔内荷负电基团的静电效应，进一步去除水中颗粒物、微生物、小分子有机物以及阴离子，从而更好地保证前置活性炭工艺整体出水的水质稳定性，且有效地将膜的水洗和气洗周期限定在一个经济的范围内。

进一步参考图1，还包括设于所述混凝沉淀池3与所述第二臭氧池5之间以调节水量的集水池4，所述第二臭氧池5通过所述集水池4与所述混凝沉淀池3连接，还包括与所述荷负电功能超滤膜组件7连接的清水池8，所述集水池4中的水进入所述第二臭氧池5后，经过所述活性炭池6和所述荷负电功能超滤膜组件7过滤后得到水质相对稳定的水，再经过所述清水池8消毒，得到符合要求的水。

进一步的，所述第一臭氧池2中的臭氧投量为0.6~1.4mg/L。所述第二臭氧池5包括一次设置的依次连接的第一接触池51、第二接触池52和第三接触池53，所述第一接触池51、第二接触池51、第三接触池53中的臭氧总投量为0.6~1.0mg/L，且所述第一接触池51、第二接触池52、第三接触池53的加投比例为0.5:1:1~3:1:1，所述第一氧化池2主要依靠臭氧对铁锰离子、氨氮、有机物、藻类等的氧化作用和微絮凝作用改善混凝沉淀池出水的水质，所述第二臭氧池5依靠臭氧对氨氮、有机物等的氧化作用提高水中污染物的可吸附性和可生化性，从而改善活性炭滤池出水的水质，在给定的投加比例范围内三段式投加后臭氧可有效提高后臭氧的利用率。

进一步的，所述荷负电功能超滤膜组件7为外压式运行方式，所述荷负电功能超滤膜组件7的跨膜压差为20~80 kPa，进膜压力维持在0.05~0.2 MPa，而且荷负电功能超滤膜组件需要定期进行水洗和气洗，以恢复膜通量，水洗的进水压力范围是0.05~0.2 MPa，气洗的气体通量范围是0.1~0.5

，利用超滤膜的截留作用以及功能超滤膜外表面和膜孔内荷负电基团的静电效应，进一步去除水中颗粒物、微生物、小分子有机物以及阴离子后进入清水池中进行消毒处理，通常膜的水洗和气洗周期至少应满足在一个周期内能以给定范围的进膜压力、跨膜压差和膜通量稳定运行且膜出水的水质符合要求。

本发明还提出一种水处理方法，包括如下步骤：向原水中加投第一预设量的臭氧以进行预氧化，并进行混凝沉淀，随后向原水中加投第二预设量的臭氧以进行深度氧化，并使用活性炭过滤，随后使用荷负电功能超滤膜进行过滤。

本发明所述的水处理方法，通过预氧化和深度氧化，利用臭氧对铁锰离子、氨氮、有机物、藻类等的氧化作用和微絮凝作用改善混凝沉淀和经活性炭过滤后的水质，同时利用荷负电功能超滤膜组件的超滤膜截留作用以及膜外表面和膜孔内荷负电基团的静电效应，进一步去除水中颗粒物、微生物、小分子有机物以及阴离子，从而更好地保证前置活性炭工艺整体出水的水质稳定性，且有效地将膜的水洗和气洗周期限定在一个经济的范围内。

以下以具体实验说明：

实验总水量为20 m³/h，臭氧-生物活性炭-荷负电功能超滤膜段的水量为2.5 m³/h，原水浊度为27.5~38.7 NTU，COD_Mn为2.96~3.08 mg/L，三卤甲烷生成势（5日，自由氯）为3.115~3.431，2-甲基异莰醇（2-MIB）浓度为7.4~12.7 ng/L；膜进水的氟化物浓度为0.32~0.46mg/L，氯化物浓度为50.1~65.8 mg/L，硫酸盐浓度为83.1~97.2 mg/L，硝酸盐浓度为0.73~1.26mg/L。

在本发明具体实施例中，同步去除有机物与阴离子的流程如下：

步骤1，原水进行预氧化，臭氧投加量设置为0.6~1.4mg/L，水力停留时间为6~10min，预氧化处理后的出水进入前混合池，前混合池中投加30~45mg/L的硫酸铝并充分混合后进入旋流絮凝池和斜管沉淀池，混凝沉淀池总的水力停留时间约40min，沉淀池的出水流入集水池；

步骤2，集水池出水进行深度氧化，深度氧化的臭氧投加量为0.6~1.0mg/L，三段式投加比例为0.5:1:1，水力停留时间为12-15min，使用活性炭对深度氧化处理后的出水进行过滤，活性炭填料为10-24目的果壳活性炭，水力停留时间约30min；

步骤3，活性炭滤池出水经泵提升后进入荷负电功能超滤膜，采用外压式的运行方式，进膜压力维持在0.05~0.2 MPa，跨膜压差维持在20~80 kPa，膜通量为50~120

，水洗和气洗周期约10h，经过20个周期的连续运行后用浓度不高于1g/L的次氯酸钠水溶液进行化学加强清洗，膜出水进入清水池中进行消毒处理；

步骤4，待系统运行稳定后采集原水、膜进水和膜出水进行检测，结果发现膜出水相比原水，其浊度去除率为99.7%~99.8%，COD_Mn去除率为52.6%~55.5%，三卤甲烷生成势（5日，自由氯）降低38.2%~39.8%，2-MIB未检出，膜出水相比膜进水，其氟化物、氯化物、硫酸盐以及硝酸盐的最高去除率分别约为61.2%、37.6%、34.3%以及37.6%。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种水处理装置，其特征在于，包括与原水池连接的第一臭氧池，与所述第一臭氧池连接的混凝沉淀池，与所述混凝沉淀池连接的第二臭氧池，与所述第二臭氧池连接的活性炭池，以及与所述活性炭池连接的荷负电功能超滤膜组件。

2.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，还包括设于所述混凝沉淀池与所述第二臭氧池之间以调节水量的集水池，所述第二臭氧池通过所述集水池与所述混凝沉淀池连接。

3.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，还包括与所述荷负电功能超滤膜组件连接的清水池。

4.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，所述第一臭氧池中的臭氧投量为0.6~1.4mg/L。

5.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，所述第二臭氧池包括依次连接的第一接触池、第二接触池和第三接触池，所述第一接触池、第二接触池、第三接触池中的臭氧总投量为0.6~1.0mg/L，且所述第一接触池、第二接触池、第三接触池的臭氧投加比例为0.5:1:1~3:1:1。

6.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，所述荷负电功能超滤膜组件为外压式运行方式，所述荷负电功能超滤膜组件的跨膜压差为20~80 kPa。

7.一种水处理方法，其特征在于，包括如下步骤：向原水中加投第一预设量的臭氧以进行预氧化，并进行混凝沉淀，随后向原水中加投第二预设量的臭氧以进行深度氧化，并使用活性炭过滤，随后使用荷负电功能超滤膜进行过滤。

8.根据权利要求7所述的水处理方法，其特征在于，还包括如下步骤：第一预设量为0.6~1.4mg/L，第二预设量为0.6~1.0mg/L。

9.根据权利要求7所述的水处理方法，其特征在于，还包括如下步骤：深度氧化采用三段式投加，三段式投加量的比例为0.5:1:1~3:1:1。

10.根据权利要求7所述的水处理方法，其特征在于，还包括如下步骤：将进膜压力维持在0.05~0.2 MPa，将跨膜压差维持在20~80 kPa。