CN113003751A - 一种地下水净化方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于地下水处理技术领域，具体涉及一种地下水净化方法及系统。本发明提供的地下水净化方法，包括如下步骤：向地下水中加入改性沸石和二氧化钛，搅拌，以对地下水进行第一次净化处理；然后将第一次净化处理后的地下水依次进行超滤、棉芯过滤和纳滤处理，得到净化后的地下水。本发明提供的地下水净化方法，可显著提高地下水中的痕量有机物、重金属、无机盐等去除效果。

Description

一种地下水净化方法及系统

技术领域

本发明属于地下水处理技术领域，具体涉及一种地下水净化方法及系统。

背景技术

随着环境污染问题的突出，饮用水水源的复杂性增加，某些地区如盐碱区域由于地质等原因导致该地区地下水受到不同程度的污染，具体表现为TDS(总溶解固体含量)、碱度、SO₄ ^2-、Cl^-、NO^3-等无机离子超标，微量有机物如苯、苯乙烯，重金属如锌、镉含量超标。因此，上述地下水在饮用之前需要对其进行净化处理。

以膜技术为核心的水处理技术引起人们的广泛关注，是21世纪最有前途的水处理技术之一。现有饮用水深度处理工艺，一般采用臭氧-活性炭-反渗透处理工艺，工艺流程较长，去除水中的痕量有机物、重金属、无机盐等作用有限。鉴于此，急需设计开发一种对微污染盐碱地区地下水中的痕量有机物、重金属、无机盐等具有良好去除效果，且系统简单的地下水净化方法及系统。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是现有地下水处理方法对微污染盐碱地区地下水中的痕量有机物、重金属、无机盐等去除效果有限的缺陷，从而提供了一种地下水净化方法及系统。

为此，本申请采取的技术方案为，

一种地下水净化方法，包括如下步骤：

1)向地下水中加入改性沸石和二氧化钛，搅拌，以对地下水进行第一次净化处理；

2)然后将第一次净化处理后的地下水依次进行超滤、棉芯过滤和纳滤处理，得到净化后的地下水。

优选的，步骤1)中所述改性沸石的加入量为3-8g/L；所述二氧化钛的加入量为230-260mg/L。

优选的，所述改性沸石的制备方法包括如下步骤：

将沸石用盐酸溶液浸泡，浸泡完毕后取出沸石，然后再将沸石置于硫酸铝水溶液中进行浸泡，浸泡结束后取出沸石，烘干，得到所述改性沸石。

优选的，所述盐酸溶液的浓度为2-4mol/L，在盐酸溶液中的浸泡时间为8-12h；

所述硫酸铝水溶液的浓度为0.1-0.3mol/L，在硫酸铝水溶液中的浸泡时间为5-7h；

所述烘干温度为100-120℃，所述烘干时间为1-3h。

优选的，步骤2)中将第一次净化处理后的地下水依次通过超滤膜进行超滤、棉芯过滤、纳滤膜进行纳滤，得到净化后的地下水。

优选的，

所述超滤膜为中空纤维超滤膜，膜通量为35～40L/(m2·h)；

所述纳滤膜为聚丙烯酰胺复合膜，膜通量为32～37L/(m2·h)。

优选的，所述超滤膜为陶氏DOWTM型中空纤维超滤膜；所述纳滤膜为陶氏NF90-4040型聚丙烯酰胺复合膜。

棉芯采用4-6μmPP棉，其作用为：去除水中大颗粒物质，防止纳滤膜造成不可逆破坏。

优选的，所述进水压力为0.5-0.7MPa。

优选的，步骤1)中向地下水中加入改性沸石和二氧化钛之前还包括将地下水进行粗滤以去除地下水中固体颗粒物的步骤。所述固体颗粒物如浮砂等。

优选的，所述地下水为盐碱地区地下水。可选的，所述地下水为微污染盐碱地区地下水。

本发明还提供一种地下水净化系统，包括通过输水管路顺次连接的预处理装置、超滤装置、棉芯过滤装置和纳滤装置；

所述预处理装置设置有改性沸石入料口和二氧化钛入料口。

优选的，还包括超滤产水储存装置，设置于超滤装置和棉芯过滤装置之间。

优选的，所述超滤产水储存装置设置有进水口、第一出水口和第二出水口；所述超滤产水储存装置的进水口与超滤装置的出水口连接；所述超滤产水储存装置的第一出水口与棉芯过滤装置的进水口连接；所述超滤产水储存装置的第二出水口与超滤装置的进水口连接。

本发明技术方案，具有如下优点：

1、本发明提供的地下水净化方法，通过向地下水中加入改性沸石和二氧化钛对地下水进行预处理，通过改性沸石和二氧化钛相互配合，同时配合超滤、棉芯过滤和纳滤处理，可显著提高地下水中的痕量有机物、重金属、无机盐等去除效果，其中尤其对SO₄ ^2-、Cl^-的去除效果更为显著。

本发明提供的地下水净化方法对浊度、碱度、溶解性总固体、常量有机物、重金属和无机离子等常规指标截留效果优异，对TDS、碱度、SO₄ ^2-的去除率均在95％以上，对Cl^-、NO^3-的去除率为86％以上，对微量有机物苯、苯乙烯、重金属锌、镉去除率均达到98％以上，能有效应对饮用水突发污染，常量污染物、微量有机物、重金属等指标均远低于《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)的限值，可显著提高饮用水品质。

同时通过向地下水中加入改性沸石和二氧化钛对地下水进行预处理可以有效减缓纳滤膜污染，保证纳滤工艺的稳定运行。以超滤-纳滤双膜工艺为核心的优质饮用水工程膜污染情况相对较小，其产水率能稳定在50％-60％之间，每半年进行一次维护性化学清洗能充分保证其长期稳定运行。

2、本发明提供的地下水净化方法，进一步的，所述改性沸石的制备方法包括如下步骤：将沸石用盐酸溶液浸泡，浸泡完毕后取出沸石，然后再将沸石置于硫酸铝水溶液中进行浸泡，浸泡结束后取出沸石，烘干，得到所述改性沸石。本发明通过上述特定方法对沸石进行改性，改性后获得的沸石同二氧化钛相互配合，同时配合超滤、棉芯过滤和纳滤处理，可显著提高地下水中TDS、碱度、SO₄ ^2-、Cl^-、NO^3-、苯、苯乙烯、锌、镉的去除效果，尤其对SO₄ ^2-、Cl^-的去除效果更为显著。

3、本发明提供的地下水净化方法，进一步的，所述盐酸溶液的浓度为2-4mol/L，在盐酸溶液中的浸泡时间为8-12h；所述硫酸铝水溶液的浓度为0.1-0.3mol/L，在硫酸铝水溶液中的浸泡时间为5-7h。本发明通过上述特定浓度的盐酸和硫酸铝溶液进行浸泡特定时间，可进一步提高地下水中TDS、碱度、SO₄ ^2-、Cl^-、NO^3-、苯、苯乙烯、锌、镉的去除效果。

4、本发明提供的地下水净化系统，对浊度、碱度、溶解性总固体、常量有机物、重金属和无机离子等常规指标截留效果优异，对TDS、碱度、SO₄ ^2-的去除率均在95％以上，对Cl^-、NO^3-的去除率为86％以上，对微量有机物苯、苯乙烯、重金属锌、镉去除率均达到98％以上，能有效应对饮用水突发污染，常量污染物、微量有机物、重金属等指标均远低于《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)的限值，可显著提高饮用水品质。同时通过向地下水中加入改性沸石和二氧化钛对地下水进行预处理可以有效减缓纳滤膜污染，保证纳滤工艺的稳定运行。以超滤-纳滤双膜工艺为核心的优质饮用水工程膜污染情况相对较小，其产水率能稳定在50％-60％之间，每半年进行一次维护性化学清洗能充分保证其长期稳定运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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是本发明地下水净化系统的流程图。

其中附图标记表示为：

1、预处理装置；2、超滤装置；3、超滤产水储存装置；4、棉芯过滤装置；5、纳滤装置；6、改性沸石加料装置；7、二氧化钛加料装置。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种地下水净化系统，包括通过输水管路顺次连接的预处理装置1、超滤装置2、棉芯过滤装置4和纳滤装置5；

所述预处理装置1设置有改性沸石入料口和二氧化钛入料口。

本发明提供的地下水净化系统，对浊度、碱度、溶解性总固体、常量有机物、重金属和无机离子等常规指标截留效果优异，对TDS、碱度、SO₄ ^2-的去除率均在95％以上，对Cl^-、NO^3-的去除率为86％以上，对微量有机物苯、苯乙烯、重金属锌、镉去除率均达到98％以上，能有效应对饮用水突发污染，常量污染物、微量有机物、重金属等指标均远低于《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)的限值，可显著提高饮用水品质。同时通过向地下水中加入改性沸石和二氧化钛对地下水进行预处理可以有效减缓纳滤膜污染，保证纳滤工艺的稳定运行。以超滤-纳滤双膜工艺为核心的优质饮用水工程膜污染情况相对较小，其产水率能稳定在50％-60％之间，每半年进行一次维护性化学清洗能充分保证其长期稳定运行。

在一可选实施例中，所述预处理装置1为预处理水池，所述超滤装置2为超滤膜池，所述棉芯过滤装置4为棉芯过滤器，所述纳滤装置5可为常规市售纳滤装置，如NF型纳滤装置。所述超滤装置2中内置超滤膜，所述超滤膜为中空纤维超滤膜，膜通量为35～40L/(m2·h)；所述纳滤装置5中内置纳滤膜，所述纳滤膜为聚丙烯酰胺复合膜，膜通量为32～37L/(m2·h)。优选的，所述超滤膜为陶氏DOWTM型中空纤维超滤膜；所述纳滤膜为陶氏NF90-4040型聚丙烯酰胺复合膜。棉芯采用4-6μmPP棉，其作用为：去除水中大颗粒物质，防止纳滤膜造成不可逆破坏。

在一可选实施例中，还包括改性沸石加料装置6，如加料斗，所述改性沸石加料装置6的出料口与预处理装置1的改性沸石入料口连接。

在一可选实施例中，还包括二氧化钛加料装置7，如加料斗，所述二氧化钛加料装置7的出料口与预处理装置1的二氧化钛入料口连接。

在一可选实施例中，还包括超滤产水储存装置3，如超滤产水箱，设置于超滤装置2和棉芯过滤装置4之间。

在一可选实施例中，所述超滤产水储存装置3设置有进水口、第一出水口和第二出水口；所述超滤产水储存装置3的进水口与超滤装置2的出水口连接；所述超滤产水储存装置3的第一出水口与棉芯过滤装置4的进水口连接；所述超滤产水储存装置3的第二出水口与超滤装置2的进水口连接。

在一可选实施例中，还包括粗滤装置，所述粗滤装置的出水口与预处理装置1的进水口连接。所述粗滤装置可为过滤池，过滤池内设置过滤网，以去除地下水中的浮砂等固体杂质。

在本发明中，视地下水中具体情况，如地下水中含有浮砂等固体杂质，可将地下水先进行粗滤以去除地下水中的固体杂质，如地下水中不含浮砂等固体杂质也可不对地下水进行粗滤处理。

在本发明中，将地下水首先通入预处理装置1中，通过预处理装置1的改性沸石入料口和二氧化钛入料口向地下水中加入改性沸石和二氧化钛，进行第一次净化处理；然后将第一次净化处理后的地下水依次通入超滤装置2、棉芯过滤装置4和纳滤装置5，以对第一次净化处理后的地下水依次进行超滤、棉芯过滤和纳滤处理，经过纳滤处理后的地下水会得到浓水和淡水，所述淡水即为净化后的地下水。本发明所述净化系统可实现24小时连续运行。

实施例2

本实施例提供了一种地下水的净化方法，其中该地下水中TDS为159.3mg/L，碱度为45.4mg/L，SO₄ ^2-含量为17.4mg/L，Cl^-含量为10.2mg/L，NO^3-含量为2.69mg/L，苯含量为247.82μg/L，苯乙烯含量为449.09μg/L，二价锌离子含量为3.19mg/L，二价镉离子含量为24.93μg/L；

包括如下步骤：

1)将地下水通入预处理水池中，然后向预处理水池中的地下水中加入改性沸石和二氧化钛(改性沸石的加入量为5g/L，二氧化钛的加入量为250mg/L)，搅拌，以对预处理水池中的地下水进行第一次净化处理；

2)经过上述处理的地下水从预处理水池的出水口排出，并通过输水管路进入超滤膜池，使地下水通过超滤膜进行超滤(所述超滤膜为陶氏DOWTM型中空纤维超滤膜，膜通量为38L/(m2·h))，经过超滤处理的地下水再通入棉芯过滤器进行过滤(所述棉芯过滤器中棉芯采用5μmPP棉)，经过棉芯过滤的地下水再通入纳滤装置，使地下水通过纳滤膜进行纳滤(所述纳滤膜为陶氏NF90-4040型聚丙烯酰胺复合膜，膜通量为35L/(m2·h))，得到浓水和淡水，所得淡水即为净化处理后的地下水。

所述改性沸石的制备方法，包括如下步骤：

将天然沸石置于3.0mol/L的盐酸中浸泡10h，浸泡完毕后取出沸石，然后再将沸石置于0.2mol/L硫酸铝水溶液中进行浸泡6h，浸泡结束后，取出沸石并在110℃下烘干2h，得到所述改性沸石。

对净化处理后的地下水进行检测，TDS的去除率为96.39％，碱度的去除率为95.61％，SO₄ ^2-的去除率为95.72％，Cl^-的去除率为86.44％，NO^3-的去除率为86.47％，苯的去除率为99.07％，苯乙烯的去除率为99.75％，二价锌离子的去除率为99.30％，二价镉离子的去除率为99.26％。

对比例1

本对比例提供了一种地下水的净化方法，其与实施例2的区别仅在于步骤1)中将改性沸石替换为天然沸石。

对净化处理后的地下水进行检测，TDS的去除率为93.65％，SO₄ ^2-的去除率为80.77％，Cl^-的去除率为75.43％。

对比例2

本对比例提供了一种地下水的净化方法，其与实施例2的区别仅在于：步骤1)中不向预处理水池中的地下水中加入二氧化钛。

对净化处理后的地下水进行检测，TDS的去除率为92.35％，苯的去除率为92.18％，苯乙烯的去除率为93.26％。

对比例3

本对比例提供了一种地下水的净化方法，其与实施例2的区别仅在于：

所述改性沸石的制备方法，包括如下步骤：

将天然沸石置于3.0mol/L的盐酸中浸泡16h，浸泡结束后，取出沸石并在110℃下烘干2h，得到所述改性沸石。

对净化处理后的地下水进行检测，TDS的去除率为94.55％，SO₄ ^2-的去除率为86.56％，Cl^-的去除率为82.43％。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种地下水净化方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)向地下水中加入改性沸石和二氧化钛，搅拌，以对地下水进行第一次净化处理；

2)然后将第一次净化处理后的地下水依次进行超滤、棉芯过滤和纳滤处理，得到净化后的地下水。

2.根据权利要求1所述的地下水净化方法，其特征在于，步骤1)中所述改性沸石的加入量为3-8g/L；所述二氧化钛的加入量为230-260mg/L。

3.根据权利要求1或2所述的地下水净化方法，其特征在于，所述改性沸石的制备方法包括如下步骤：

将沸石用盐酸溶液浸泡，浸泡完毕后取出沸石，然后再将沸石置于硫酸铝水溶液中进行浸泡，浸泡结束后取出沸石，烘干，得到所述改性沸石。

4.根据权利要求1-3任一项所述的地下水净化方法，其特征在于，所述盐酸溶液的浓度为2-4mol/L，在盐酸溶液中的浸泡时间为8-12h；

所述硫酸铝水溶液的浓度为0.1-0.3mol/L，在硫酸铝水溶液中的浸泡时间为5-7h；

所述烘干温度为100-120℃，所述烘干时间为1-3h。

5.根据权利要求1-4任一项所述的地下水净化方法，其特征在于，步骤2)中将第一次净化处理后的地下水依次通过超滤膜进行超滤、棉芯过滤、纳滤膜进行纳滤，得到净化后的地下水。

6.根据权利要求1-5任一项所述的地下水净化方法，其特征在于，所述超滤膜为中空纤维超滤膜，膜通量为35～40L/(m2·h)；

所述纳滤膜为聚丙烯酰胺复合膜，膜通量为32～37L/(m2·h)。

7.根据权利要求1-6任一项所述的地下水净化方法，其特征在于，所述地下水为盐碱地区地下水。

8.一种地下水净化系统，其特征在于，包括通过输水管路顺次连接的预处理装置、超滤装置、棉芯过滤装置和纳滤装置；

所述预处理装置设置有改性沸石入料口和二氧化钛入料口。

9.根据权利要求8所述的地下水净化系统，其特征在于，还包括超滤产水储存装置，设置于超滤装置和棉芯过滤装置之间。

10.根据权利要求9所述的地下水净化系统，其特征在于，所述超滤产水储存装置设置有进水口、第一出水口和第二出水口；所述超滤产水储存装置的进水口与超滤装置的出水口连接；所述超滤产水储存装置的第一出水口与棉芯过滤装置的进水口连接；所述超滤产水储存装置的第二出水口与超滤装置的进水口连接。

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