一种全流程模块化净水组合装置及其使用方法

技术领域

本发明属于饮用水处理领域，涉及一种全流程模块化净水组合装置及其使用方法。

背景技术

近年来，水资源短缺问题愈发严重，多地地下水储量已接近红线。为有效保障城镇居民用水，亟需充分开发利用有限的地表水资源。在有限的地表水资源中，有相当一部分地表水收到了不同程度的污染。相当一部分地区的微污染地表水存在着高有机物、高硫酸盐含量问题。微污染水源水通常污染成分复杂，这类水体通常具备毒理性、持久性等特点，仅通过常规处理工艺难以实现出水水质达标。长期摄入积累水中的有害物质将会导致人体健康受到不同程度的威胁，因此，如何针对微污染地表水水质特点进行有效的处理，成为了迫切需求。现有的净水厂普遍采用常规处理工艺，如混凝、沉淀，但这对于有机物和无机盐的去除相当有限。而且混凝剂的加入甚至会增加水的盐度，使水质进一步恶化，如果不采用纳滤工艺，上述步骤处理后的水只能与地下水混合才能达到安全饮用水标准，导致过度开采地下水资源。因此，迫切需要开发适合微污染地表水水质的有效净化工艺，确保饮用水的安全高效供应。

发明内容

本发明要解决现有净水厂工艺在处理微污染地表水时对水中的有机物和无机盐去除率不高的问题，进而提供一种全流程模块化净水组合装置及其使用方法。

一种全流程模块化净水组合装置，它包括原水箱、加药箱、混合器、混凝沉淀一体化设备、排泥管路、臭氧接触池、臭氧发生器、上向流活性炭滤池、中间水箱、超滤膜池、超滤膜组件、纳滤一体化设备及产水箱；

原水箱及加药箱分别通过进水管路与混合器相连，混合器通过进水管路与混凝沉淀一体化设备相连，排泥管路与混凝沉淀一体化设备相连，混凝沉淀一体化设备通过出水管路与臭氧接触池相连，臭氧发生器通过臭氧管路与臭氧接触池相连，臭氧接触池通过出水管路与上向流活性炭滤池相连，上向流活性炭滤池通过出水管路与中间水箱相连，中间水箱通过出水管路与超滤膜池相连，超滤膜池内设置超滤膜组件，超滤膜池通过出水管路与纳滤一体化设备相连，纳滤一体化设备通过出水管路与产水箱相连。

一种全流程模块化净水组合装置的使用方法，它是按以下步骤进行：

一、原水箱中的待处理微污染地表水原水及加药箱中的药物进入混合器中混合，得到混合后的原水；

二、混合后的原水先进入到混凝沉淀一体化设备中的折板絮凝池，折板絮凝池出水再进入到上向流斜管沉淀池，得到混凝-沉淀工艺出水；

所述的折板絮凝池的总絮凝时间为18min，三级絮凝速度分别为：第一级0.3m/s，第二级0.2m/s，第三级0.1m/s；所述的上向流斜管沉淀池的沉淀区停留时间为18min；

三、混凝-沉淀工艺出水先进入到臭氧接触池，臭氧接触池出水再进入到上向流活性炭滤池，得到臭氧-活性炭滤池工艺出水；

所述的臭氧接触池中总臭氧投加量为1.0mg/L～2.0mg/L；所述的混凝-沉淀工艺出水与臭氧的接触时间为10min～15min；

所述的上向流活性炭滤池的空床滤速为6m/h～12m/h；

四、臭氧-活性炭滤池工艺出水经过中间水箱后，依次进入超滤膜池及纳滤一体化设备，最后存贮于产水箱，即完成一种全流程模块化净水组合装置的使用方法；

所述的超滤膜池中超滤膜组件的膜通量为10L/(m

本发明全流程中各主要工艺构筑物设备按功能划分为三个主要模块。原水箱、加药箱、混合器、混凝沉淀一体化设备、排泥管路共同组成“常规处理模块”；臭氧接触池、臭氧发生器、上向流活性炭滤池、中间水箱共同组成“高级氧化处理模块”；超滤膜池、超滤膜组件、纳滤一体化设备及产水箱共同组成“双膜深度处理模块”。各模块功能相互补充，组成全流程净水组合工艺，可长期稳定实现水质的高效净化。

本发明的有益效果是：

1本发明创新性地将传统混凝-沉淀工艺、臭氧活性炭高级氧化工艺与超滤-纳滤双膜工艺模块化地相结合，利用后置“高级氧化处理模块”及“双膜深度处理模块”弥补了“常规处理模块”对微污染地表水中的有机物和无机盐的处理效能。各模块化工艺单元互为补充，可实现对微污染地表水中浊度、有机物和无机盐等污染物的稳定去除，尤其是对原水中较高的有机物和无机盐的去除，在长期运行中实现了出水水质的安全和稳定。

2本发明中的臭氧-生物活性炭工艺可以通过调整梯度臭氧投加以及多点投加方式实现有机物的深度去除，进一步保证了出水的浊度及有机物安全性。

3本发明的超滤-纳滤工艺起到了对二价盐离子的有效截留作用，纳滤出水对电导率、硫酸盐可实现有效截留，有效地解决了原水中无机盐含量超标的风险。

4本发明采用双膜法+深度处理与常规处理工艺相结合的方法，易于应用于现有水厂工艺的模块化升级改造，具有良好的大规模生产应用潜力。

5本发明首次将集成“混凝-沉淀-臭氧-活性炭-超滤-纳滤”的全流程模块化组合净水工艺应用于中试规模的水处理生产性实验，为以微污染水为水源水的地表水厂的运行提供了指导。

附图说明

图1为一种全流程模块化净水组合装置示意图；

图2为一种全流程模块化净水组合装置使用方法工艺流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1具体说明本实施方式，本实施方式一种全流程模块化净水组合装置，它包括原水箱1、加药箱3、混合器4、混凝沉淀一体化设备5、排泥管路6、臭氧接触池7、臭氧发生器8、上向流活性炭滤池9、中间水箱10、超滤膜池11、超滤膜组件12、纳滤一体化设备14及产水箱15；

原水箱1及加药箱3分别通过进水管路与混合器4相连，混合器4通过进水管路与混凝沉淀一体化设备5相连，排泥管路6与混凝沉淀一体化设备5相连，混凝沉淀一体化设备5通过出水管路与臭氧接触池7相连，臭氧发生器8通过臭氧管路与臭氧接触池7相连，臭氧接触池7通过出水管路与上向流活性炭滤池9相连，上向流活性炭滤池9通过出水管路与中间水箱10相连，中间水箱10通过出水管路与超滤膜池11相连，超滤膜池11内设置超滤膜组件12，超滤膜池11通过出水管路与纳滤一体化设备14相连，纳滤一体化设备14通过出水管路与产水箱15相连。

本具体实施方式的有益效果是：

1本具体实施方式创新性地将传统混凝-沉淀工艺、臭氧活性炭高级氧化工艺与超滤-纳滤双膜工艺模块化地相结合，利用后置“高级氧化处理模块”及“双膜深度处理模块”弥补了“常规处理模块”对微污染地表水中的有机物和无机盐的处理效能。各模块化工艺单元互为补充，可实现对微污染地表水中浊度、有机物和无机盐等污染物的稳定去除，尤其是对原水中较高的有机物和无机盐的去除，在长期运行中实现了出水水质的安全和稳定。

2本具体实施方式中的臭氧-生物活性炭工艺可以通过调整梯度臭氧投加以及多点投加方式实现有机物的深度去除，进一步保证了出水的浊度及有机物安全性。

3本具体实施方式的超滤-纳滤工艺起到了对二价盐离子的有效截留作用，纳滤出水对电导率、硫酸盐可实现有效截留，有效地解决了原水中无机盐含量超标的风险。

4本具体实施方式采用双膜法+深度处理与常规处理工艺相结合的方法，易于应用于现有水厂工艺的模块化升级改造，具有良好的大规模生产应用潜力。

5本具体实施方式首次将集成“混凝-沉淀-臭氧-活性炭-超滤-纳滤”的全流程模块化组合净水工艺应用于中试规模的水处理生产性实验，为以微污染水为水源水的地表水厂的运行提供了指导。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的原水箱1与混合器4之间的进水管路上设置潜水泵2；所述的臭氧接触池7与上向流活性炭滤池9之间的出水管路上设置潜水泵；中间水箱10与超滤膜池11之间的出水管路上设置潜水泵；所述的超滤膜池11与纳滤一体化设备14之间的出水管路上设置压力泵13。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：所述的混合器4为管式混合器；所述的混凝沉淀一体化设备5由折板絮凝池及上向流斜管沉淀池组成；所述的折板絮凝池为三级絮凝模式，且均采用相对折板，折板夹角为120°；所述的上向流斜管沉淀池中斜管为正六角形斜，倾角为60°。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的所述的上向流活性炭滤池9中活性炭层的厚度为2m～2.5m，活性炭层中活性炭的粒径为20目～50目；所述的超滤膜组件12由8组超滤膜并联组成，所述的超滤膜的材质为聚偏二氟乙烯，超滤膜的形式为浸没式中空纤维膜，膜丝公称孔径为0.01μm～0.03μm，单只超滤膜的有效膜面积为10m

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述的纳滤一体化设备14采用一级两段式运行模式，两根膜柱并联作为第一段，然后与第三根膜柱串联作为第二段，第一段纳滤浓水作为第二段进水；所述的膜柱中纳滤膜材质为聚酰胺，三根膜柱的膜总面积为37.2m

具体实施方式六：结合图2具体说明本实施方式，一种用于处理滤池反冲洗废水的快速膜滤装置的使用方法，它是按以下步骤进行的：

一、原水箱1中的待处理微污染地表水原水及加药箱3中的药物进入混合器4中混合，得到混合后的原水；

二、混合后的原水先进入到混凝沉淀一体化设备5中的折板絮凝池，折板絮凝池出水再进入到上向流斜管沉淀池，得到混凝-沉淀工艺出水；

所述的折板絮凝池的总絮凝时间为18min，三级絮凝速度分别为：第一级0.3m/s，第二级0.2m/s，第三级0.1m/s；所述的上向流斜管沉淀池的沉淀区停留时间为18min；

三、混凝-沉淀工艺出水先进入到臭氧接触池7，臭氧接触池出水再进入到上向流活性炭滤池9，得到臭氧-活性炭滤池工艺出水；

所述的臭氧接触池7中总臭氧投加量为1.0mg/L～2.0mg/L；所述的混凝-沉淀工艺出水与臭氧的接触时间为10min～15min；

所述的上向流活性炭滤池9的空床滤速为6m/h～12m/h；

四、臭氧-活性炭滤池工艺出水经过中间水箱10后，依次进入超滤膜池11及纳滤一体化设备14，最后存贮于产水箱15，即完成一种全流程模块化净水组合装置的使用方法；

所述的超滤膜池11中超滤膜组件12的膜通量为10L/(m

本具体实施方式中臭氧-生物活性炭工艺对水体中的溶解性有机物的去除效果较好。超滤工艺能够对水中的浊度和有机污染物等物质进行有效的截留。而纳滤进一步保障了有机物的截留，尤其是对无机盐的截留。因此，针对微污染地表水水质特点，在常规处理工艺的基础上附加臭氧-活性炭工艺和超滤-纳滤双膜处理工艺，将有助于保障饮用水的品质。

本具体实施方式将常规混凝沉淀工艺与高级氧化技术结合可以实现对水体中有机污染物的深度处理，而与膜法水处理技术的结合可以提升对有机物和无机盐的去除。此外，现有净水厂多仅采用常规混凝沉淀工艺，得益于深度处理单元和膜工艺单元的模块化优势，将高级氧化工艺单元及膜法水处理单元与常规工艺结合，对饮用水厂的安全运行及老旧水厂的工艺的升级改造具有重要指导意义。

本具体实施方式步骤二待处理微污染地表水原水，经传统“混凝-沉淀”工艺进行预处理，通过吸附架桥作用和物理沉降过程，初步去除原水中的浊度；

本具体实施方式步骤三“混凝-沉淀”工艺出水经“臭氧-活性炭滤池”高级氧化组合工艺进行深度处理，进一步降低水中浊度的同时，实现对有机物的部分去除；

本具体实施方式步骤四利用“超滤-纳滤”双膜工艺单元作为最后屏障，有效去除水中的有机物和无机盐，保证出水指标的安全。

本具体实施方式臭氧采用空气制备，产气经气体流量计计量后打入臭氧接触池。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是：步骤一中所述的待处理微污染地表水原水的浊度为3.7NTU～12.1NTU，高锰酸盐指数为3.8mg/L～5.5mg/L，电导率为1400μS/cm～1600μS/cm，硫酸盐含量为275mg/L～320mg/L；步骤一中所述的药物为聚丙烯酰胺和聚合氯化铝的组合，且聚丙烯酰胺的投加量为0.5mg/L～1mg/L，聚合氯化铝的投加量为5mg/L～15mg/L。其它与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七之一不同的是：步骤二中所述的折板絮凝池利用聚合氯化铝为混凝剂，投加量为5mg/L～15mg/L；步骤二中所述的上向流斜管沉淀池每天排泥一次，每次排泥10min～20min。其它与具体实施方式六或七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六至八之一不同的是：步骤三中所述的臭氧接触池7设置1段至3段投加；步骤三中所述的上向流活性炭滤池9每运行7天进行反冲洗一次，反冲洗为单气冲洗方式，冲洗强度为8L/(m

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式六至九之一不同的是：步骤四中所述的超滤膜池11每运行60min～120min进行反冲洗一次，反冲洗为气水联合反冲洗，在水反冲洗强度为10L/(m

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一，应用于中试规模的水处理生产性实验：

一种全流程模块化净水组合装置，它包括原水箱1、加药箱3、混合器4、混凝沉淀一体化设备5、排泥管路6、臭氧接触池7、臭氧发生器8、上向流活性炭滤池9、中间水箱10、超滤膜池11、超滤膜组件12、纳滤一体化设备14及产水箱15；

原水箱1及加药箱3分别通过进水管路与混合器4相连，混合器4通过进水管路与混凝沉淀一体化设备5相连，排泥管路6与混凝沉淀一体化设备5相连，混凝沉淀一体化设备5通过出水管路与臭氧接触池7相连，臭氧发生器8通过臭氧管路与臭氧接触池7相连，臭氧接触池7通过出水管路与上向流活性炭滤池9相连，上向流活性炭滤池9通过出水管路与中间水箱10相连，中间水箱10通过出水管路与超滤膜池11相连，超滤膜池11内设置超滤膜组件12，超滤膜池11通过出水管路与纳滤一体化设备14相连，纳滤一体化设备14通过出水管路与产水箱15相连。

所述的原水箱1与混合器4之间的进水管路上设置潜水泵2；所述的臭氧接触池7与上向流活性炭滤池9之间的出水管路上设置潜水泵；中间水箱10与超滤膜池11之间的出水管路上设置潜水泵；所述的超滤膜池11与纳滤一体化设备14之间的出水管路上设置压力泵13。

所述的混合器4为管式混合器；所述的混凝沉淀一体化设备5由折板絮凝池及上向流斜管沉淀池组成；所述的折板絮凝池为三级絮凝模式，且均采用相对折板，折板夹角为120°；所述的上向流斜管沉淀池中斜管为正六角形斜，倾角为60°。

所述的所述的上向流活性炭滤池9中活性炭层的厚度为2.5m，活性炭层中活性炭的粒径为20目～50目；所述的超滤膜组件12由8组超滤膜并联组成，所述的超滤膜的材质为聚偏二氟乙烯，超滤膜的形式为浸没式中空纤维膜，膜丝公称孔径为0.03μm，单只超滤膜的有效膜面积为25m

所述的纳滤一体化设备14采用一级两段式运行模式，两根膜柱并联作为第一段，然后与第三根膜柱串联作为第二段，第一段纳滤浓水作为第二段进水；所述的膜柱中纳滤膜材质为聚酰胺，具体采用8040尺寸商用纳滤膜，三根膜柱的膜总面积为111.6m

上述一种全流程模块化净水组合装置的使用方法，它是按以下步骤进行：

一、原水箱1中的待处理微污染地表水原水及加药箱3中的药物进入混合器4中混合，得到混合后的原水；

二、混合后的原水先进入到混凝沉淀一体化设备5中的折板絮凝池，折板絮凝池出水再进入到上向流斜管沉淀池，得到混凝-沉淀工艺出水；

所述的折板絮凝池的总絮凝时间为18min，三级絮凝峰速分别为：第一级0.3m/s，第二级0.2m/s，第三级0.1m/s；所述的上向流斜管沉淀池的沉淀区停留时间为18min；

三、混凝-沉淀工艺出水先进入到臭氧接触池7，臭氧接触池出水再进入到上向流活性炭滤池9，得到臭氧-活性炭滤池工艺出水；

所述的臭氧接触池7中总臭氧投加量为1.5mg/L；所述的混凝-沉淀工艺出水与臭氧的接触时间为15min；

所述的上向流活性炭滤池9的空床滤速为9m/h；

四、臭氧-活性炭滤池工艺出水经过中间水箱10后，依次进入超滤膜池11及纳滤一体化设备14，最后存贮于产水箱15，即完成一种全流程模块化净水组合装置的使用方法；

所述的超滤膜池11中超滤膜组件12的膜通量为25L/(m

步骤一中所述的待处理微污染地表水原水为中国鲁西南地区微污染地表水；步骤一中所述的药物为聚丙烯酰胺和聚合氯化铝的组合，且聚丙烯酰胺的投加量为0.5mg/L，聚合氯化铝的投加量为10mg/L。

步骤二中所述的折板絮凝池利用聚合氯化铝为混凝剂，投加量为10mg/L；步骤二中所述的上向流斜管沉淀池每天排泥一次，每次排泥15min。

步骤三中所述的臭氧接触池7设置3段投加，各段接触时间依进水方向依次为5.0min、5.0min及5.0min，三段布气量依次为50％、25％和25％；步骤三中所述的上向流活性炭滤池9每运行7天进行反冲洗一次，反冲洗为单气冲洗方式，冲洗强度为10L/(m

步骤四中所述的超滤膜池11每运行60min进行反冲洗一次，反冲洗为气水联合反冲洗，在水反冲洗强度为30L/(m

本实施例采用的鲁西南地区的微污染地表水特点在于浊度变化范围较大，且存在有机污染的同时含有较高的无机盐含量。

表1实施例一用于处理微污染地表水的装置在运行24d各工艺环节出水水质范围

在长期连续运行24d过程中，原水浊度在3.7NTU～12.1NTU之间，平均值为8.25±3.35NTU；经混凝沉淀后出水浊度明显降低，混凝沉淀一体化设备出水浊度在0.4NTU～0.9NTU之间，平均值为0.67±0.19NTU；经臭氧-活性炭滤池工艺处理后，出水浊度得到进一步改善，活性炭滤池出水浊度在0.18NTU～0.3NTU之间，平均值为0.24±0.05NTU。超滤出水浊度在0.1NTU～0.25NTU之间，平均值为0.17±0.06NTU；纳滤产水浊度稳定小于0.1NTU，满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749)要求。由以上结果可见该综合装置对鲁西南地区微污染地表水中的浊度去除效果显著。

在长期连续运行24d过程中，原水高锰酸盐指数在3.8mg/L～5.5mg/L之间，平均值为4.80±0.68mg/L。经混凝沉淀后上清液高锰酸盐指数含量在2.4mg/L～3.6mg/L之间，平均值为2.9±0.5mg/L。经臭氧-生物活性炭滤池深度处理后，高锰酸盐指数含量进一步下降在1.6mg/L～2.2mg/L之间，平均值为1.92±0.24mg/L，这得益于臭氧的强氧化作用将C＝C及C＝O破坏形成小分子有机物，进而活性炭发挥了更为有效的去除作用。经超滤处理后出水高锰酸盐指数含量在1.5mg/L～2mg/L之间，平均值为1.7±0.19mg/L。经过纳滤处理后出水高锰酸盐指数稳定在0.5mg/L～0.9mg/L，平均值为0.7±0.16mg/L，相比于原水，基本实现了有机物的绝大部分的去除，满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749)要求。由以上结果可见该综合装置对鲁西南地区微污染地表水中的有机物去除效果显著。

在长期连续运行24d过程中，原水电导率在1400μS/cm～1600μS/cm之间，平均值为1497.5±76.6mg/L。运行期间由于不可避免的混凝剂等药剂的投加至超滤出水阶段电导率略有提升，来到了1480μS/cm～1580μS/cm之间，平均值为1526.5±37.5mg/L。经过纳滤处理后出水电导率有较为明显的下降，降低至1006μS/cm～1100μS/cm之间，平均值为1041.75±36mg/L，由以上结果可见该综合装置对鲁西南地区微污染地表水中的无机盐去除效果显著。

在长期连续运行24d过程中，原水中的硫酸盐含量在275mg/L～320mg/L之间，平均值为301.25±0.68mg/L。经过纳滤处理后硫酸盐含量稳定在6mg/L～15mg/L，平均值为10±3.31mg/L，相比于原水，基本实现了硫酸盐的绝大部分的去除，满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749)要求。由以上结果可见该综合装置对鲁西南地区微污染地表水中的硫酸盐去除效果显著。