CN113429043A - 一种高铁锰硅水源的净水处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的高铁锰硅水源的净水处理系统包括一级提升泵、一级管道混合器、一级接触罐、气液混合泵、曝气接触氧化器、电絮凝设施、电絮凝出水罐、二级提升泵、二级管道混合器、过滤器、反冲洗单元、紫外线杀菌装置和加药单元，反冲洗单元包括反冲洗水罐和加压泵，加药单元包括次氯酸钠加药装置、第一氢氧化钠加药装置和第二氢氧化钠加药装置。本发明处理系统的组成简单，成本低，水处理流程简洁，解决了地下水原水中铁、锰、硅的去除及消毒等问题，对高铁锰硅地下水原水的净化效果好，净化后的出水符合饮用水卫生要求，最终处理得到的水可作为产品生产水、生活水使用，此外，本发明处理系统占地面积少，方便移动，满足工程设计要求，便于运营使用。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体是一种用于原水为高铁锰硅地下水的高铁锰硅水源的净水处理系统。
背景技术
采用地下水作为生活水和生产水的水源，必须面对地下水特有的水质处理的问题，即因地质构造引起的硅、铁、锰元素超标，以及部分细菌污染等。
GB 5749-2006《生活饮用水卫生标准》中规定，饮用水中铁和锰两项指标的限值分别为0.3mg/L和0.1mg/L。
虽然GB 5749-2006标准中未规定硅的限值，但研究表明高硅饮食的人群中发现局灶性肾小球肾炎、肾组织中含硅量明显增高的个体；长期过量摄取硅还会导致人体抗氧化功能降低，有可能使硅在泌尿系统堆积，生成尿结石。当生活用水中的硅含量达到一定值时，管道、厨房等处的水滴蒸发会形成白斑(主要由硅、少量碳酸钙及其他矿物质组成)，影响用水质量。
铁元素摄入过量时，会在体内大量积累，引起胰腺、肝脏和皮肤的损坏，导致糖尿病和各种皮肤病甚至心脏病的发生。锰元素摄入过量时，易引发佝偻病以及中枢神经系统、呼吸系统方面的疾病。当水中铁、锰过量时，洗涤衣服时会生成锈色斑点，在光洁的卫生用具上以及与水接触的墙壁和地板上都能着上黄褐色斑点，甚至影响产品质量。
因此，地下水中硅、铁、锰元素的含量控制应引起重视。
现有针对地下水的净水处理流程存在的主要问题如下：1）目前，水中硅的去除方法主要有化学混凝除硅、离子交换除硅和超滤除硅等，化学混凝除硅主要是利用某些金属氧化物或氢氧化物与硅的吸附、凝聚或絮凝来达到除硅的目的，上述几种方式对硅离子去除率不高（在65%左右），其出水pH值有明显下降的趋势；2）现有的水处理系统很多，但是大多存在成本高、过滤效果一般、没有自清洗系统等缺陷，并且直接将地下水过滤后得到的清水并未达到自来水的标准，需要进一步消毒以达到自来水的使用标准；3）部分地区地下水含铁、含锰超标，含铁量有的高达20-30mg/L，含锰量有的超过2mg/L，当水的碱度较低，溶解性硅酸较高时，空气自然氧化法除铁收效甚微。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种高铁锰硅水源的净水处理系统，该处理系统对高铁锰硅地下水原水的净化效果好，净化后的出水符合饮用水卫生要求，最终处理得到的水可作为产品生产水、生活水使用。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高铁锰硅水源的净水处理系统，包括一级提升泵、一级管道混合器、一级接触罐、曝气接触氧化器、电絮凝设施、电絮凝出水罐、二级提升泵、二级管道混合器、二级接触罐、过滤器、反冲洗单元、紫外线杀菌装置和加药单元，所述的反冲洗单元包括反冲洗水罐和加压泵，所述的加药单元包括次氯酸钠加药装置、第一氢氧化钠加药装置和第二氢氧化钠加药装置；所述的一级提升泵用于抽取高铁锰硅地下水原水，所述的一级提升泵、一级管道混合器、一级接触罐、曝气接触氧化器、电絮凝设施、电絮凝出水罐、二级提升泵、二级管道混合器、二级接触罐和过滤器依次连接，所述的一级管道混合器的加药口分别与所述的次氯酸钠加药装置和所述的第一氢氧化钠加药装置的出口连接，所述的二级管道混合器的加药口与所述的次氯酸钠加药装置的出口连接，所述的过滤器的出口分别与所述的反冲洗水罐和所述的紫外线杀菌装置的入口连接，所述的反冲洗水罐的出口经所述的加压泵与所述的过滤器的反冲洗水入口连接，所述的曝气接触氧化器的底部连接有鼓风机，所述的紫外线杀菌装置的出口分别连接有生产水输送管道和生活水输送管道，所述的生活水输送管道上设置有三级管道混合器，所述的三级管道混合器的入口与所述的第二氢氧化钠加药装置的出口连接。
本发明净水处理系统的目标和作用是去除高铁锰硅地下水原水的铁、锰、硅以及微生物寄生虫学的污染物，保证出水符合饮用水卫生要求。
为了高铁锰硅地下水原水中的氧化铁、锰化合物、有机物质及其随后的去除，本发明首先对一级提升泵抽取的高铁锰硅地下水原水进行初步的反应物处理，设置次氯酸钠加药装置，通过次氯酸钠加药装置向一级管道混合器中加入次氯酸钠药剂，同时通过第一氢氧化钠加药装置向一级管道混合器中加入氢氧化钠药剂，使原水与药剂在一级管道混合器中充分混合并进入一级接触罐，再进入曝气接触氧化器。
次氯酸钠能氧化原水中的铁化合物、锰和有机物，氧化的不溶性化合物随后在曝气接触氧化器中被分离，同时在曝气接触氧化器中通过曝气和接触氧化机理去除大部分的Fe2+、适量的Mn2+和少量的Si4+。此外，次氯酸钠对水具有氯化消毒杀菌作用，效果不低于90%。氢氧化钠用于调节处理水的pH值。
经曝气接触氧化器处理后的水进入电絮凝设施，通过电絮凝设施去除水中的硅离子。电絮凝设施采用直流供电，在直流电的作用下，金属阳极解离溶于水中，生成具有凝聚性能的金属氢氧化物，通过电絮凝设施内凝聚剂的吸附实现聚沉。产生的金属氢氧化物胶体的活性强于化学试剂，并且不会增加溶液中SO42-、Cl-浓度。影响电凝聚脱硅效果的因素主要有pH值、电流密度、极板间距、电凝聚时间等。凝聚剂的生成量与电流成正比，只需控制电流，便可适应水质和水量的变化。控制好相关因素，硅的去除率可在在92%左右。无论水中初始的pH值是碱性还是酸性，在电絮凝过程中都会将其调控向中性变化。本发明采用电絮凝设施去除水中的硅离子的效果高于现有的化学絮凝方法，并且在水中絮凝剂浓度相同的情况下，电絮凝的污泥产量小于化学絮凝方法。
电絮凝设施的出水进入电絮凝出水罐，通过二级提升泵再次提升加压，在二级管道混合器内与次氯酸钠加药装置投加的次氯酸钠药剂充分混合后送入二级接触罐，再送入过滤器过滤，在过滤器中进一步通过氧化机理去除Fe2+、Mg2+和Si4+。
过滤器的出水分两股，一股送入反冲洗水罐，由加压泵送至过滤器进行反冲洗；另一股送入紫外线杀菌装置，紫外线杀菌装置杀菌后的出水有两种选择，一是直接进入生产水输送管道，作为产品生产水使用，二是进入生活水输送管道，通过第二氢氧化钠加药装置投加的氢氧化钠药剂调节pH值后，作为生活水使用。
作为优选，该净水处理系统还包括澄清水罐和污泥脱水单元，所述的污泥脱水单元包括污泥混合罐和污泥脱水机，所述的加药单元还包括絮凝剂加药装置，所述的曝气接触氧化器的排泥口和所述的过滤器的反冲洗水排出口以及所述的电絮凝设施的排泥口分别经泥浆泵与所述的澄清水罐的入口连接，所述的澄清水罐内的上清液经澄清水泵泵送回所述的一级管道混合器的入口，所述的澄清水罐的排泥口和所述的反冲洗水罐的排泥口分别经四级管道混合器与所述的污泥混合罐的入口连接，所述的四级管道混合器的入口与所述的絮凝剂加药装置的出口连接，所述的污泥混合罐的出口与所述的污泥脱水机的入口连接，所述的污泥脱水机产生的分离液由一集水坑收集并由泥浆泵泵送至所述的澄清水罐，所述的污泥脱水机产生的泥饼则外运处理。设置澄清水罐和污泥脱水单元后，可进一步解决反冲洗废水的回用问题，降低系统的自用水率，并实现本发明净水处理系统在处理高铁锰硅地下水过程中废水的零排放。本发明净水处理系统在水处理过程中，曝气接触氧化器的排泥和过滤器的反冲洗排水以及电絮凝设施的排泥，分别通过泥浆泵送入澄清水罐，澄清水罐内的上清液经澄清水泵泵送回一级管道混合器进行重新处理，澄清水罐和反冲洗水罐的底泥送入四级管道混合器，在四级管道混合器内与絮凝剂加药装置投加的絮凝剂充分混合后，送入污泥混合罐，再送至污泥脱水机脱水，污泥脱水机脱水产生的分离液排至集水坑并由泥浆泵泵送至澄清水罐，污泥脱水机脱水产生的泥饼则外运处理。
作为优选，所述的一级提升泵、一级接触罐、曝气接触氧化器、电絮凝设施、电絮凝出水罐、二级提升泵、二级接触罐、过滤器、紫外线杀菌装置、澄清水罐和污泥脱水单元的数量分别为并联设置的多个。
作为优选，所述的澄清水罐内设有污泥传感器，以便对澄清水罐内的污泥积聚进行监测。
作为优选，所述的曝气接触氧化器采用浮挂式动态球型填料。
作为优选，所述的浮挂式动态球型填料的材质为PP。
作为优选，所述的过滤器内装设有石英砂和软锰矿以1:1的质量比混合而成的催化氧化填料。
作为优选，所述的电絮凝设施的阳极采用铝板，阴极采用不锈钢板。在以铝为阳极的电絮凝过程中，发生了如下电极反应：
阳极反应：Al→Al3+ + 3e-；
副反应：4OH+4e-→2H2O + O2↑ ；
阴极反应：3H2O + 3e-→3/2 H2 + 3OH-。
作为优选，所述的反冲洗水罐内设有液位监控单元，所述的液位监控单元与连接于所述的反冲洗水罐的入口的进水管上的气动阀连锁，所述的加压泵与所述的液位监控单元连锁。当反冲洗水罐内的液位高于最高值，即关闭气动阀；当反冲洗水罐内液位低于正常值时，才打开气动阀；当冲洗水罐内液位低于最低值时，加压泵关停。
作为优选，所述的紫外线杀菌装置的紫外线辐射剂量为25-40mJ/cm2。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明高铁锰硅水源的净水处理系统的组成简单，成本低，水处理流程简洁，解决了地下水原水中铁、锰、硅的去除及消毒等问题，对高铁锰硅地下水原水的净化效果好，净化后的出水符合饮用水卫生要求，最终处理得到的水可作为产品生产水、生活水使用，此外，本发明净水处理系统占地面积少，方便移动，满足工程设计要求，便于运营使用。
附图说明
图1为实施例中净水处理系统的结构连接示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例的高铁锰硅水源的净水处理系统，如图1所示，包括一级提升泵1、一级管道混合器31、一级接触罐51、曝气接触氧化器6、电絮凝设施8、电絮凝出水罐9、二级提升泵10、二级管道混合器32、二级接触罐52、过滤器7、反冲洗单元、紫外线杀菌装置11、加药单元、澄清水罐12和污泥脱水单元，反冲洗单元包括反冲洗水罐13和加压泵14，加药单元包括次氯酸钠加药装置21、第一氢氧化钠加药装置22、第二氢氧化钠加药装置23和絮凝剂加药装置24，污泥脱水单元包括污泥混合罐15和污泥脱水机16；一级提升泵1用于抽取高铁锰硅地下水原水，一级提升泵1、一级管道混合器31、一级接触罐51、曝气接触氧化器6、电絮凝设施8、电絮凝出水罐9、二级提升泵10、二级管道混合器32、二级接触罐52和过滤器7依次连接，一级管道混合器31的加药口分别与次氯酸钠加药装置21和第一氢氧化钠加药装置22的出口连接，二级管道混合器32的加药口与次氯酸钠加药装置21的出口连接，过滤器7的出口分别与反冲洗水罐13和紫外线杀菌装置11的入口连接，反冲洗水罐13的出口经加压泵14与过滤器7的反冲洗水入口连接，曝气接触氧化器6的底部连接有鼓风机4，紫外线杀菌装置11的出口分别连接有生产水输送管道19和生活水输送管道20，生活水输送管道20上设置有三级管道混合器33，三级管道混合器33的入口与第二氢氧化钠加药装置23的出口连接。
本实施例中，曝气接触氧化器6的排泥口和过滤器7的反冲洗水排出口以及电絮凝设施8的排泥口分别经泥浆泵与澄清水罐12的入口连接，澄清水罐12内设有污泥传感器，澄清水罐12内的上清液经澄清水泵17泵送回一级管道混合器31的入口，澄清水罐12的排泥口和反冲洗水罐13的排泥口分别经四级管道混合器34与污泥混合罐15的入口连接，四级管道混合器34的入口与絮凝剂加药装置24的出口连接，污泥混合罐15的出口与污泥脱水机16的入口连接，污泥脱水机16产生的分离液由一集水坑18收集并由泥浆泵泵送至澄清水罐12，污泥脱水机16产生的泥饼则外运处理。
本实施例中，一级提升泵1、一级接触罐51、曝气接触氧化器6、电絮凝设施8、电絮凝出水罐9、二级提升泵10、二级接触罐52、过滤器7、紫外线杀菌装置11澄清水罐12和污泥脱水单元的数量分别为并联设置的多个。
本实施例中，曝气接触氧化器6采用材质为PP的浮挂式动态球型填料；过滤器7内装设有石英砂和软锰矿以1:1的质量比混合而成的催化氧化填料；电絮凝设施8的阳极采用铝板，阴极采用不锈钢板；紫外线杀菌装置11的紫外线辐射剂量为25-40mJ/cm2。
本实施例中，反冲洗水罐13内设有液位监控单元，液位监控单元与连接于反冲洗水罐13的入口的进水管上的气动阀连锁，加压泵14与液位监控单元连锁。
本实施例中，在器件之间的管路上可根据需要，采用现有技术装设各类阀门、仪表、管线等等，保证系统的分布式控制。
以下为上述净水处理系统对地下水原水的水处理流程。
一级提升泵1从地下抽取高铁锰硅地下水原水，经检测，原水的pH值=6.1-6.9，Fe=28mg/L，Mn=2.2mg/L，Si=21.5mg/L；抽取的原水进入一级管道混合器31，与次氯酸钠加药装置21向一级管道混合器31内投加的次氯酸钠药剂及第一氢氧化钠加药装置22向一级管道混合器31内投加的氢氧化钠药剂充分混合后，进入一级接触罐51。
一级接触罐51的出水的pH值=8-8.5，Fe=28mg/L，Mn=2.2mg/L，Si=21.5mg/L，一级接触罐51的出水进入曝气接触氧化器6，由鼓风机4向曝气接触氧化器6接入空气进行曝气，通过氧化机理去除90%的Fe2+、50%的Mn2+和少量的Si4+。
曝气接触氧化器6的出水的pH值=8-8.5，Fe=3.2mg/L，Mn=0.8mg/L，Si=19.35mg/L，曝气接触氧化器6的出水进入电絮凝设施8，电絮凝设施8采用直流供电，电流密度为10-20A/㎡，每除去1mg Si消耗Al约0.3mg，处理时间约为2-5min，电功率为1-2kw·h，水中大部分Si4+在电絮凝设施8中被去除。
电絮凝设施8的出水的pH值=7.5-8.5，Fe=2.2mg/L，Mn=0.5mg/L，Si=9.68mg/L，进入电絮凝出水罐9，通过二级提升泵10再次提升加压，在二级管道混合器32内与次氯酸钠加药装置21投加的次氯酸钠药剂充分混合后送入二级接触罐52，再送入过滤器7过滤，在过滤器7中进一步通过氧化机理去除Fe2+、Mn2+和Si4+。
过滤器7的出水的pH值=7.5-8.5，Fe=0.25mg/L，Mn=0.05mg/L，Si=8.60mg/L。过滤器7的出水分两股，一股送入反冲洗水罐13，由加压泵14送至过滤器7进行反冲洗，每次反冲洗耗水量15-18m3，流量为160m3/h，反冲洗时间为6-7分钟；另一股送入紫外线杀菌装置11，紫外线杀菌装置11杀菌后的出水有两种选择，一是直接进入生产水输送管道19，作为产品生产水使用，二是进入生活水输送管道20，通过第二氢氧化钠加药装置23投加的氢氧化钠药剂调节pH值后，作为生活水使用。
曝气接触氧化器6的排泥和过滤器7的反冲洗排水以及电絮凝设施8的排泥，分别通过泥浆泵送入澄清水罐12，澄清水罐12内的上清液经澄清水泵17泵送回一级管道混合器31进行重新处理，澄清水罐12和反冲洗水罐13的底泥送入四级管道混合器34，在四级管道混合器34内与絮凝剂加药装置24投加的絮凝剂充分混合后，送入污泥混合罐15，再送至污泥脱水机16脱水，污泥脱水机16脱水产生的分离液排至集水坑18并由泥浆泵泵送至澄清水罐12，污泥脱水机16脱水产生的泥饼则外运处理。
Claims (10)
1.一种高铁锰硅水源的净水处理系统，其特征在于，包括一级提升泵、一级管道混合器、一级接触罐、曝气接触氧化器、电絮凝设施、电絮凝出水罐、二级提升泵、二级管道混合器、二级接触罐、过滤器、反冲洗单元、紫外线杀菌装置和加药单元，所述的反冲洗单元包括反冲洗水罐和加压泵，所述的加药单元包括次氯酸钠加药装置、第一氢氧化钠加药装置和第二氢氧化钠加药装置；所述的一级提升泵用于抽取高铁锰硅地下水原水，所述的一级提升泵、一级管道混合器、一级接触罐、曝气接触氧化器、电絮凝设施、电絮凝出水罐、二级提升泵、二级管道混合器、二级接触罐和过滤器依次连接，所述的一级管道混合器的加药口分别与所述的次氯酸钠加药装置和所述的第一氢氧化钠加药装置的出口连接，所述的二级管道混合器的加药口与所述的次氯酸钠加药装置的出口连接，所述的过滤器的出口分别与所述的反冲洗水罐和所述的紫外线杀菌装置的入口连接，所述的反冲洗水罐的出口经所述的加压泵与所述的过滤器的反冲洗水入口连接，所述的曝气接触氧化器的底部连接有鼓风机，所述的紫外线杀菌装置的出口分别连接有生产水输送管道和生活水输送管道，所述的生活水输送管道上设置有三级管道混合器，所述的三级管道混合器的入口与所述的第二氢氧化钠加药装置的出口连接。
2.根据权利要求1所述的一种高铁锰硅水源的净水处理系统，其特征在于，该净水处理系统还包括澄清水罐和污泥脱水单元，所述的污泥脱水单元包括污泥混合罐和污泥脱水机，所述的加药单元还包括絮凝剂加药装置， 所述的曝气接触氧化器的排泥口和所述的过滤器的反冲洗水排出口以及所述的电絮凝设施的排泥口分别经泥浆泵与所述的澄清水罐的入口连接，所述的澄清水罐内的上清液经澄清水泵泵送回所述的一级管道混合器的入口，所述的澄清水罐的排泥口和所述的反冲洗水罐的排泥口分别经四级管道混合器与所述的污泥混合罐的入口连接，所述的四级管道混合器的入口与所述的絮凝剂加药装置的出口连接，所述的污泥混合罐的出口与所述的污泥脱水机的入口连接，所述的污泥脱水机产生的分离液由一集水坑收集并由泥浆泵泵送至所述的澄清水罐，所述的污泥脱水机产生的泥饼则外运处理。
3.根据权利要求2所述的一种高铁锰硅水源的净水处理系统，其特征在于，所述的一级提升泵、一级接触罐、曝气接触氧化器、电絮凝设施、电絮凝出水罐、二级提升泵、二级接触罐、过滤器、紫外线杀菌装置、澄清水罐和污泥脱水单元的数量分别为并联设置的多个。
4.根据权利要求2所述的一种高铁锰硅水源的净水处理系统，其特征在于，所述的澄清水罐内设有污泥传感器。
5.根据权利要求1所述的一种高铁锰硅水源的净水处理系统，其特征在于，所述的曝气接触氧化器采用浮挂式动态球型填料。
6.根据权利要求5所述的一种高铁锰硅水源的净水处理系统，其特征在于，所述的浮挂式动态球型填料的材质为PP。
7.根据权利要求1所述的一种高铁锰硅水源的净水处理系统，其特征在于，所述的过滤器内装设有石英砂和软锰矿以1:1的质量比混合而成的催化氧化填料。
8.根据权利要求1所述的一种高铁锰硅水源的净水处理系统，其特征在于，所述的电絮凝设施的阳极采用铝板，阴极采用不锈钢板。
9.根据权利要求1所述的一种高铁锰硅水源的净水处理系统，其特征在于，所述的反冲洗水罐内设有液位监控单元，所述的液位监控单元与连接于所述的反冲洗水罐的入口的进水管上的气动阀连锁，所述的加压泵与所述的液位监控单元连锁。
10.根据权利要求1所述的一种高铁锰硅水源的净水处理系统，其特征在于，所述的紫外线杀菌装置的紫外线辐射剂量为25-40mJ/cm2。
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