专利名称：一种基于粉末树脂饮用水源水深度净化处理方法
技术领域：
本发明涉及到一种饮用水源水的处理方法，具体说是指利用粉末阴离子交换树脂与粉末磁性阳离子交换树脂结合应用于新型改进型水力循环澄清池中快速处理饮用水源水中天然有机物和硬度的方法。
背景技术：
近年来经济快速发展的同时，地表水源水质逐渐恶化，而人们对饮用水水质的要求在不断提高。目前我国饮用水处理面临两大严峻问题天然有机污染物和硬度的去除。 天然有机物(如腐殖酸等)不仅产生色嗅味等方面的问题，且能与氯消毒剂反应生成卤代消毒副产物，这类消毒副产物如三商甲烷、商乙酸等具有“致突变、致畸、致癌”等特性，严重危害人类健康。水体中硬度含量偏高易引起人体肠胃不适、腹胀甚至肾结石等疾病，其产生的水垢会引起人体慢性中毒甚至可致癌致畸，威胁人类健康，并对日常生活产生一定影响。 且天然有机物和硬度都会对后续膜处理工艺产生不可逆的污染，严重影响膜的使用寿命， 基于上述情况，常规水处理混凝-沉淀-过滤-消毒工艺已不能达到饮用水质标准。季节性的高有机污染物和高硬度是饮用水处理的难题，常规水处理工艺已无法对高有机物和高硬度有很好的去除。现有技术中，对天然有机物的处理方法主要有强化混凝， 臭氧-活性炭，膜滤法等，其都存在缺点，强化混凝中混凝剂不具有再生性，且产生较多的污泥，不易处理；活性炭对有机氯化物、氯化致突变物质前体物去除效果较差，要不断再生或更换；臭氧处理出水再进行氯消毒时，某些中间产物易于与氯反应，产生更多的三卤甲烷类物质，使水的致突变活性增加；膜滤法对天然有机物具备较高的去除能力，但易产生膜污染，且清洗较难。硬度的去除法主要有石灰软化法，膜滤法等。石灰软化法缺陷在于对溶解性的天然碳酸钙及碳酸盐类物质产生的硬度难以去除；膜滤法尽管对硬度去除率较高，但易堵塞， 成本较高，不易推广。离子交换方法是现在用于水处理中一种较为有效广泛的方法。采用离子交换树脂中不同的基团即可达到去除不同目标污染物的目的。如采用阳离子交换树脂可以去除水体中的钙、镁等金属离子，而阴离子交换树脂则利用其阴离子交换基团达到去除水体中有机污染物的目的，其原理主要是树脂上所带的离子交换基团可以与水体中的不同带电基团进行置换，进而达到去除水体中目标污染物的作用。同时树脂在盐溶液中又具备良好的可再生性，可以循环使用。而粉末树脂由于其颗粒直径小，具有高比表面积，可以大大的提高对目标污染物的去除效率，减少运行周期而受到广泛关注。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对现有饮用水处理中天然有机物和硬度的问题，本发明提供了一种基于粉末树脂饮用水源水深度净化处理方法，采用粉末阳离子树脂和粉末阴离子树脂结合并应用于新型改进型水力循环澄清池中快速去除有机污染物和硬度，不仅可以解决季节性高有机物和高硬度的问题，减少处理时间，提高去除效率，同时通过盐溶液进行重复再生减少了运行成本， 资源化的利用了树脂，节省了试剂的费用。2.技术方案
一种基于粉末树脂饮用水源水深度净化处理方法，其步骤包括
(1)在新鲜树脂储槽中预先加入粉末树脂混合物，粉末阴离子交换树脂与粉末阳离子交换树脂的体积比为1 :1-1 5 ；
(2)将步骤(1)中粉末树脂混合物以占处理水源水流量体积0.广10%，通过管式混合的方式与水源水从水力循环澄清池底沿切线方向，通过水力循环方式一起进入水力循环澄清池中，实现液固充分混合；
(3)处理后的粉末树脂与源水混合水进入水力循环澄清池的斜板或斜管沉淀池进行自然或磁性沉降；
(4)将步骤(3)沉淀下的树脂通过水力循环澄清池的回流调节器进行回流至水力循环澄清池，其余树脂通过管道排出池体，进入再生池中进行再生处理；
(5)再生池中加入再生剂对树脂进行再生，使用过的再生剂进行提纯回用或处置；
(6)将步骤(5)中再生的树脂送入新鲜树脂储槽中备用，按需回用至水力循环澄清池。所述的水力循环澄清池包括设置于水力循环澄清池底部的切线螺旋喷水器，切线螺旋喷水器的底部与进水管相连接，所述的切线螺旋喷水器上部连接絮凝筒，絮凝筒的下部设置树脂回流调节器，所述的絮凝筒的上方设置有絮凝一室和絮凝二室，水力循环澄清池顶部设置有清水集结区，清水集结区布置有溢流管，清水集结区的底部为斜管或斜板沉淀池，斜管或斜板沉淀池的下端为沉淀分离区和树脂沉集区，树脂沉集区与树脂回流管和放空管相连接。上述步骤(1)中的粉末树脂是指粒径小于500Mffl的高分子聚合物，包括但不限于南京大学、澳大利亚ORICA公司研制的产品。优选磁性苯乙烯或丙烯酸系强碱阴离子交换树脂及复合功能树脂，其中磁性苯乙烯系强碱阴离子交换树脂为南京大学于2009年12 月22日提交的专利申请号20091(^64445. X (公开号101708475A)中所确定的磁性苯乙烯系强碱阴离子交换树脂，磁性丙烯酸系强碱阴离子交换树脂为南京大学于2010年1月 12日提交的专利申请号201010017687. 1 (公开号101781437A)中所确定的磁性丙烯酸系强碱阴离子交换树脂；阳离子树脂为南京大学于2010年10月5日提交的专利申请号 201010500161. 9 (公开号101948554A)中所确定的磁性丙烯酸系弱酸阳离子交换树脂。步骤(2)中管式混合包括管式静态混合和扩散混合，水力停留时间5 300min。步骤(2)中水力循环澄清池的进水喷嘴采用单向、双向或三向设计。步骤(3)中所述的自然沉降是指主要依靠重力沉降等手段在斜板或斜管沉淀池中实现上述分离过程，而磁性沉降是指在沉淀分离区底部利用外加磁性作用促进树脂和水的分离。步骤(4)中的6(Γ95%沉淀下来的树脂通过回流树脂调节器回流至水力循环澄清池，其原理是树脂在水力旋流形成的压差作用下被吸入絮凝筒内形成回流，回流树脂比调节采用了手动蝶阀的开启原理，通过水力循环澄清池的絮凝筒下部设计的树脂回流调节器进行；沉淀下来的树脂5 40%的树脂混合物进入再生池。
步骤(5)中的再生剂主要为盐溶液，包括氯化钠、氯化钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、 碳酸钠或碳酸钾溶液，浓度为纩20%。再生液与树脂混合时间为10-200min，沉降时间为 30-90min。3.有益效果
本发明提供了一种饮用水源水中天然有机物和硬度的去除方法，根据饮用水中季节性高有机物和硬度的特点，可以快速有效经济的予以处理，出水CODsfa及硬度达到并优于国家 《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)，同时为树脂的资源化利用提供了一条途径。本发明的再生方法可以同时资源化的利用树脂，节约了处理成本。且这种基于磁性树脂应用而改进的新型旋流式水力循环澄清池，对流量变化适应性较强，具有水头损失小，体积小，结构简单，处理效率高，能耗低等优点，可有效降低磁性树脂的破碎率，提高了树脂的利用效率。
图1为水力循环澄清池结构示意图中标注为1树脂回流调节器、2放空管、3树脂沉集区、4沉淀分离区、5溢流管、6清水集结区、7絮凝一室、8絮凝二室、9斜管或斜板沉淀池、10树脂回流管、11絮凝筒、12切线螺旋喷水器、13进水管；
图2为水力循环澄清池的进水喷嘴采用单向设计的示意图； 图3为水力循环澄清池的进水喷嘴采用双向设计的示意图； 图4为水力循环澄清池的进水喷嘴采用三向设计的示意图。
具体实施例方式结合图1所示水力循环澄清池包括设置于水力循环澄清池底部的切线螺旋喷水器12，切线螺旋喷水器12的底部与进水管13相连接，所述的切线螺旋喷水器13上部连接絮凝筒11，絮凝筒11的下部设置树脂回流调节器1，所述的絮凝筒11的上方设置有絮凝一室7和絮凝二室8，水力循环澄清池顶部设置有清水集结区6，清水集结区6布置有溢流管 5，清水集结区6的底部为斜管或斜板沉淀池9，斜管或斜板沉淀池9的下端为沉淀分离区4 和树脂沉集区3，树脂沉集区3与树脂回流管10和放空管2相连接。实施例1
某水源水的进水CODfc为6mg/L，硬度(以CaCO3计)含量为150mg/L，以20m3/h的流速进入IOm3水力循环澄清池中，净化处理步骤为
(1)在新鲜树脂储槽中预先加入加入0.Im3的磁性苯乙烯系强碱阴离子交换树脂和 0. 2m3的磁性丙烯酸系弱碱阳离子交换树脂；
(2)从新鲜树脂槽中以0.ImVh的流量泵入树脂混合液，在进水管13中通过管式混合的方式与水源水从水力循环澄清池底沿切线方向，通过水力循环方式一起进入水力循环澄清池中，实现液固在絮凝一室7和絮凝二室8中充分混合；
(3)处理后的粉末树脂与源水混合水通过清水集结区6，清水通过溢流管5溢出澄清池，树脂进入水力循环澄清池的斜板或斜管沉淀池9进行自然或磁性沉降；
(4)将步骤(3)沉淀下的树脂通过水力循环澄清池的树脂回流调节器1进行回流至水力循环澄清池，其余树脂通过管道排出池体，进入再生池中进行再生处理；(5)再生池中加入再生剂对树脂进行再生，使用过的再生剂进行提纯回用或处置；
(6)将步骤(5)中再生的树脂送入新鲜树脂储槽中备用，按需回用至水力循环澄清池。上述步骤(1)中的粉末树脂是指粒径小于500Mffl的高分子聚合物，包括但不限于南京大学、澳大利亚ORICA公司研制的产品。优选磁性苯乙烯或丙烯酸系强碱阴离子交换树脂及复合功能树脂，其中磁性苯乙烯系强碱阴离子交换树脂为南京大学于2009年12 月22日提交的专利申请号20091(^64445. X (公开号101708475A)中所确定的磁性苯乙烯系强碱阴离子交换树脂，磁性丙烯酸系强碱阴离子交换树脂为南京大学于2010年1月 12日提交的专利申请号201010017687. 1 (公开号101781437A)中所确定的磁性丙烯酸系强碱阴离子交换树脂；阳离子树脂为南京大学于2010年10月5日提交的专利申请号 201010500161. 9 (公开号101948554A)中所确定的磁性丙烯酸系弱酸阳离子交换树脂。步骤(2)中管式混合包括管式静态混合和扩散混合，水力停留时间lOOmin。步骤(2)中水力循环澄清池的切线螺旋喷水器12的进水喷嘴采用单向，图2所示。步骤(3)中所述的自然沉降是指主要依靠重力沉降等手段在斜板或斜管沉淀池9 中实现上述分离过程，而磁性沉降是指在沉淀分离区4底部利用外加磁性作用促进树脂和水的分离，底部树脂沉集区3沉淀的树脂以0. ImVh的流量进入缓冲罐。步骤(4)中的80%沉淀下来的树脂通过树脂回流调节器1回流至水力循环澄清池， 其原理是树脂在水力旋流形成的压差作用下被吸入絮凝筒1内形成回流，回流树脂比调节采用了手动蝶阀的开启原理，通过水力循环澄清池的絮凝筒下部设置的树脂回流调节器1 进行；沉淀下来的树脂20%的树脂混合物进入再生池。步骤(5)中的再生剂主要为氯化钠溶液，浓度为10%。再生液与树脂混合时间为 lOOmin，沉降时间为60min。再生后的树脂通过树脂回流管10进入澄清池参与反应。树脂罐中的树脂根据流失量适量的进行补充。沉淀池上部可实现连续出水，COD^Smg/L,硬度 <40mg/L。实施例2
采用实施例1水源水及其流速和水力循环澄清池，净化处理步骤同实施例1，不同为 步骤(1)在新鲜树脂储槽中预先加入0. Im3的磁性苯乙烯系强碱阴离子交换树脂和 0. 5m3的磁性丙烯酸系弱碱阳离子交换树脂；
步骤(2)从新鲜树脂槽中以2m3/h的流量泵入树脂混合液，通过管式混合的方式与水源水从水力循环澄清池底沿切线方向，通过水力循环方式一起进入水力循环澄清池中，实现液固充分混合；
步骤(2)中管式混合包括管式静态混合和扩散混合，水力停留时间5min。步骤(2)中水力循环澄清池的进水喷嘴采用双向，图3所示。步骤(4)中的60%沉淀下来的树脂通过回流树脂调节器回流至水力循环澄清池， 沉淀下来的树脂40%的树脂混合物进入再生池。步骤(5)中的再生剂主要为氯化钠溶液，浓度为8%。再生液与树脂混合时间为 200min，沉降时间为90min。树脂罐中的树脂根据流失量适量的进行补充。沉淀池上部可实现连续出水，COD^Smg/L,硬度<40mg/L。实施例3
某水源水的进水CODsfa为10mg/L，硬度(以CaCO3计)含量为200mg/L，以20m3/h的流速进入20m3水力循环澄清池中，采用实施例1净化处理方法，不同为
步骤(1)在新鲜树脂储槽中预先加入0. 2m3的磁性苯乙烯系强碱阴离子交换树脂和 0. 2m3的磁性丙烯酸系弱碱阳离子交换树脂；
步骤(2)从新鲜树脂槽中以0. 2m3/h的流量泵入树脂混合液，通过管式混合的方式与水源水从水力循环澄清池底沿切线方向，通过水力循环方式一起进入水力循环澄清池中，实现液固充分混合；
步骤(2)中管式混合包括管式静态混合和扩散混合，水力停留时间300min。步骤(2)中水力循环澄清池的进水喷嘴采用双向。步骤(3)中底部沉淀的树脂以0. 2m3/h的流量进入缓冲罐。步骤(4)中的90%沉淀下来的树脂通过回流树脂调节器回流至水力循环澄清池， 沉淀下来的树脂10%的树脂混合物进入再生池。步骤(5)中的再生剂主要为氯化钠溶液，浓度为12%。再生液与树脂混合时间为 lOmin，沉降时间为30min。树脂罐中的树脂根据流失量适量的进行补充。沉淀池上部可实现连续出水，COD^Smg/L,硬度<40mg/L。实施例4
采用实施例3水源水及其流速和水力循环澄清池，步骤同实施例3，，不同为 步骤(1)在新鲜树脂储槽中预先加入0. 2m3的磁性苯乙烯系强碱阴离子交换树脂和 0. 6m3的磁性丙烯酸系弱碱阳离子交换树脂；
步骤(2)从新鲜树脂槽中以0. 02m3/h的流量泵入树脂混合液；
步骤(2)中管式混合包括管式静态混合和扩散混合，水力停留时间200min。步骤(2)中水力循环澄清池的进水喷嘴采用三向，图4所示。步骤(5)中的再生剂主要为氯化钠溶液，浓度为12%。再生液与树脂混合时间为 lOOmin，沉降时间为80min。树脂罐中的树脂根据流失量适量的进行补充。沉淀池上部可实现连续出水，C0DSfa<2mg/L,硬度<40mg/L。实施例5
某水源水的进水CODsfa为15mg/L，硬度含量为300mg/L，以20m3/h的流速进入20m3水力循环澄清池中，净化处理步骤同实施例1，不同为
步骤(1)在新鲜树脂储槽中预先加入加入0. 5m3的磁性苯乙烯系强碱阴离子交换树脂和0. Sm3的磁性丙烯酸系弱碱阳离子交换树脂；
步骤(2)从新鲜树脂槽中以0. 2m3/h的流量泵入树脂混合液；
步骤(2)中管式混合包括管式静态混合和扩散混合，水力停留时间300min。步骤(2)中水力循环澄清池的进水喷嘴采用双向。步骤(4)中的95%沉淀下来的树脂通过回流树脂调节器回流至水力循环澄清池， 沉淀下来的树脂5%的树脂混合物进入再生池。步骤(5)中的再生剂主要为氯化钠溶液，浓度为20%。再生液与树脂混合时间为 200min，沉降时间为90min。树脂罐中的树脂根据流失量适量的进行补充。沉淀池上部可实现连续出水，COD^Smg/L,硬度<40mg/L。实施例6
采用实施例5水源水及其流速和水力循环澄清池，步骤同实施例5，不同为步骤(5)中的再生剂主要为氯化钾溶液，浓度为20%。再生液与树脂混合时间为 200min，沉降时间为70min。树脂罐中的树脂根据流失量适量的进行补充。沉淀池上部可实现连续出水，COD^Smg/L,硬度<40mg/L。实施例7
采用实施例5水源水及其流速和水力循环澄清池，步骤同实施例5，不同为 步骤(5)中的再生剂主要为碳酸氢钠溶液，浓度为10%。再生液与树脂混合时间为 200min，沉降时间为70min。树脂罐中的树脂根据流失量适量的进行补充。沉淀池上部可实现连续出水，COD^Smg/L,硬度<40mg/L。实施例8
采用实施例5水源水及其流速和水力循环澄清池，步骤同实施例5，不同为 步骤(5)中的再生剂主要为碳酸氢钾溶液，浓度为10%。再生液与树脂混合时间为 200min，沉降时间为70min。树脂罐中的树脂根据流失量适量的进行补充。沉淀池上部可实现连续出水，COD^Smg/L,硬度<40mg/L。实施例9
采用实施例5水源水及其流速和水力循环澄清池，步骤同实施例5，不同为 步骤(5)中的再生剂主要为碳酸钠溶液，浓度为20%。再生液与树脂混合时间为 lOOmin，沉降时间为70min。树脂罐中的树脂根据流失量适量的进行补充。沉淀池上部可实现连续出水，COD^Smg/L,硬度<40mg/L。实施例10
采用实施例5水源水及其流速和水力循环澄清池，步骤同实施例5，不同为 步骤(5)中的再生剂主要为碳酸钾溶液，浓度为10%。再生液与树脂混合时间为 200min，沉降时间为60min。树脂罐中的树脂根据流失量适量的进行补充。沉淀池上部可实现连续出水，COD^Smg/L,硬度<40mg/L。
权利要求
1.一种基于粉末树脂饮用水源水深度净化处理方法，其步骤包括(1)在新鲜树脂储槽中预先加入粉末树脂混合物，粉末阴离子交换树脂与粉末阳离子交换树脂的体积比为1 :1-1 5 ；(2)将步骤(1)中粉末树脂混合物以占处理水源水流量体积0.广10%，通过管式混合的方式与水源水从水力循环澄清池底沿切线方向，通过水力循环方式进入水力循环澄清池中，实现液固充分混合；(3)处理后的粉末树脂与源水混合水进行自然或磁性沉降；(4)将步骤(3)沉淀下的树脂进行回流至水力循环澄清池，其余树脂通过管道排出池体，进入再生池中进行再生处理；(5)再生池中加入再生剂对树脂进行再生，使用过的再生剂进行提纯回用或处置；(6)将步骤(5)中再生的树脂送入新鲜树脂储槽中备用，按需回用至水力循环澄清池。
2.根据权利要求1所述的基于粉末树脂的饮用水源水深度净化处理方法，其特征在于，所述的水力循环澄清池包括设置于反应器底部的切线螺旋喷水器，切线螺旋喷水器的底部与进水管相连接，所述的切线螺旋喷水器上部连接絮凝筒，絮凝筒的下部设置树脂回流调节器，所述的絮凝筒的上方设置有絮凝一室和絮凝二室，水力循环澄清池顶部设置有清水集结区，清水集结区布置有溢流管，清水集结区的底部为斜管或斜板沉淀池，斜管或斜板沉淀池的下端为沉淀分离区和树脂沉集区，树脂沉集区与树脂回流管和放空管相连接。
3.根据权利要求1所述的基于粉末树脂的饮用水源水深度净化处理方法，其特征在于，所述的粉末树脂粒径小于500Mm，粉末阴离子交换树脂与粉末阳离子交换树脂的体积比为 1 :3。
4.根据权利要求1或3所述的基于粉末树脂的饮用水源水深度净化处理方法，其特征在于，所述的粉末阴离子交换树脂为磁性苯乙烯或丙烯酸系强碱阴离子交换树脂；粉末阳离子交换树脂为具有磁性丙烯酸系弱酸阳离子交换树脂。
5.根据权利要求1所述的基于粉末树脂的饮用水源水深度净化处理方法，其特征在于步骤(2)中管式混合包括管式静态混合和扩散混合，水力停留时间5 300min。
6.根据权利要求1或2所述的基于粉末树脂的饮用水源水深度净化处理方法，其特征在于步骤(2)中水力循环澄清池的进水喷嘴采用单向、双向或三向设计。
7.根据权利要求1或2中所述的基于粉末树脂的饮用水源水深度净化处理方法，其特征在于，步骤(3)中所述的自然沉降是指主要依靠重力沉降等手段在斜板或斜管沉淀池中实现上述分离过程，而磁性沉降是指在沉淀分离区底部利用外加磁性作用促进树脂和水的分离。
8.根据权利要求1或2所述的基于粉末树脂的饮用水源水深度净化处理方法，其特征在于步骤(4)中的6(Γ95%沉淀下来的树脂通过回流树脂调节器回流至水力循环澄清池；沉淀下来的树脂5 40%的树脂混合物进入再生池。
9.根据权利要求1所述的基于粉末树脂的饮用水源水深度净化处理方法，其特征在于步骤(5)中的再生剂主要为盐溶液，包括氯化钠、氯化钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钠或碳酸钾溶液，浓度为8 20%，再生液与树脂混合时间为10-200min，沉降时间为30-90min。
全文摘要
本发明公开了一种基于粉末树脂饮用水源水深度净化处理方法，属于水深度净化处理领域。其步骤包括在新鲜树脂储槽中预先加入粉末树脂混合物，粉末阴离子交换树脂与粉末阳离子交换树脂的体积比为1∶1-1∶5；将粉末树脂混合物以占处理水源水流量体积0.1~10%，进入水力循环澄清池中；处理后的粉末树脂与源水混合水进入水力循环澄清池进行沉降；将沉淀下的树脂进行回流至水力循环澄清池，其余树脂通过管道排出池体，进入再生池中进行再生处理；使用过的再生剂进行提纯回用或处置；将再生的树脂送入新鲜树脂储槽中备用，按需回用至水力循环澄清池。处理后出水CODMn及硬度达到并优于国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)，同时为树脂的资源化利用提供了一条途径。
文档编号C02F5/00GK102372368SQ20111029193
公开日2012年3月14日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者双陈冬, 李爱民, 王津南, 王琼杰, 翟凌阳, 蒋淡宁, 陈明, 马艳 申请人:南京大学, 南京大学盐城环保技术与工程研究院