专利名称：一种氧化聚硅铁与超滤膜联合的饮用水处理方法
一种氧化聚硅铁与超滤膜联合的饮用水处理方法技术领域
本发明属于水处理工艺方法，尤其是涉及氧化聚硅铁与超滤膜联合的饮用水处理方法。
背景技术：
由于工业化的迅速发展以及城市化规模的不断扩大，饮用水源受污染的现状日益严峻，水中有机物逐渐增多，以去除悬浊成分和胶体为主的传统的混凝、沉淀、过滤系统，无法有效地去除当前水中各种污染物，因此难以提供安全高质量的饮用水，故导致水质事故频发或者供水质量不合格。尤其是即将实施的南水北调东线供水中潜藏着一些可预知却较难解决的水质问题，东线沿岸人口多、发展快、植被少、距离长、城市多，因此较大几率的点源及面源污染将导致水源中的有机物急剧增加，这使原本污染已十分严重的北方饮用水处理安全保障面临着更加严峻的挑战。另外随着人们生活水平不断提高，对饮用水水质的要求也越来越高,迫切需要研究开发可去除水中有机物(尤其溶解性有机成份)、病原微生物且处理成本低、运行可靠的水处理技术。
超滤膜基本能够将原水中的细菌、病毒、两虫、藻类以及水生生物全部去除，被认为是保证饮用水微生物安全性的最有效方式。膜法在美国被美国环保署(EPA)推荐为最佳工艺之一，日本则把膜技术作为21世纪的基盘技术，并实施国家攻关项目“21世纪水处理膜研究(MAC21)”，专门开发膜净水系统，因此超滤膜工艺被誉为第三代城市饮用水净化的核心技术。但是超滤膜不能有效脱除有机物，尤其对溶解性有机物去除效率很低，而这是造成膜污染的主要因素，因此必须通过膜前预处理工艺减少水中有机物含量，以提高膜的寿命，进而降低成本。
目前混凝与超滤膜联合水处理的工艺主要有:(I)原水+混凝+膜分离+消毒；(2)原水+混凝+沉淀+膜分离+消毒；(3)原水+混凝+沉淀+活性炭+膜分离+消毒；(4)原水+混凝+沉淀+臭氧+生物活性+膜分离+消毒。(I)和(2)工艺虽然因为在膜之前进行了混凝、沉淀而减轻了膜负荷，可以起到部分控制膜污染引起的跨膜差压上升的作用，但这两种工艺均不能完全去除水中有机物尤其是溶解性有机物。(3)和(4)工艺虽然处理水水质和膜污染控制效果比(I)和(2)工艺显著提高，但系统组成过于复杂，投资大。因此近些年来，国内外超滤膜技术只是在小规模饮用水处理中得到普遍应用，在大型饮用水厂处理中的应用仍然较少，而国内基本刚刚起步。目前限制膜技术在大型饮用水厂应用的主要因素首先是膜污染严重，其次是目前的膜组合工艺不仅流程长、组成复杂，且对某些污染物的去除效能也较差，组合工艺的协同耦合效果不理想且成本较高。另外国内外研究者始终在研究低成本降低膜污染、提高膜通量的方法，日本、欧美国家等均在单方面提高膜通量或降低膜成本方面进行研究，但基于从膜系统前面 的传统工艺上进行低成本的膜污染本质因素的降低研究仍有欠缺。发明内容
本发明的目的在于克服上述技术中存在的不足之处，提供一种能发挥各处理单元功能、简化流程、保证饮用水水质安全、制水成本较低、可应用于大型饮用水处理厂的氧化聚硅铁与超滤膜设备联合的饮用水处理方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是以原水+混凝+沉淀+膜分离+消毒的联合工艺为基础，以去除有机物(包括溶解有机物)效率较高的氧化聚硅铁混凝剂为核心，将其与超滤膜设备系统耦合起来的一种联合水处理工艺。具体工艺过程描述如下: a、氧化聚硅铁的混凝-沉淀系统 原水经过入水恒流量控制系统，进入管道静态混合器，同时根据进水量及原水水质，采用加药泵将氧化聚硅铁液体混凝剂投加到管道静态混合器，进行混凝剂与原水的快速混合，控制有效混合时间广2分钟，然后进入絮凝池，有效絮凝时间为5 20分钟，接下来进入沉淀池，控制有效沉降时间为5 30分钟；b、超滤膜设备系统 将混凝沉降出水送入主要由超滤膜组件与超滤清洗系统组成的膜设备系统，控制压力为10(Tl000Kpa，膜设备运行I 40小时之后进行在线气-水反冲洗，控制冲洗时间60 600秒，膜设备运行广4个月之后采用清洗剂进行在线化学清洗，控制清洗时间1(Γ40分钟，膜设备运行16 36个月之后采用清洗剂进行离线化学清洗，控制清洗时间3 25小时，最后将膜设备系统出水送入清水池，消毒之后进入配水管网。
所述的氧化聚硅铁混凝剂为国家发明专利“无机氧化性高分子硅铁混凝剂及其制备工艺和应用(ZL200810015784.X)”制备的液体·产品。
所述的絮凝池为网格絮凝池、折板絮凝池及机械絮凝池。
所述的超滤膜采用的制备材料为聚砜类、聚偏氟乙烯类、聚氯乙烯类、纤维素酯类、聚酰胺类、聚酯烃类及陶瓷类。
所述的膜设备系统采用的膜组件为中空纤维膜组件及管式膜组件，过滤方式为浸没式、内压式及外压式，运行模式采用错流过滤。
所述的在线气一水反冲洗过程是首先曝气擦洗2(Γ120秒，然后采用超滤出水-曝气联合反冲洗40 480秒,曝气强度为l(Tl00m3/ (m2.h),水冲洗强度为3 40m3/ (m2.h)。
所述的清洗剂包括质量百分比为0.0Γ0.5%的盐酸溶液、质量百分比为0.5^1%的草酸溶液、体积浓度为10(Tl000mg/L的次氯酸钠溶液、质量百分比为0.Γ %的柠檬酸溶液、体积浓度为10(Tl000mg/L的磷酸溶液、质量百分比为0.θΓθ.5%的氢氧化钠溶液。
所述的在线化学清洗过程是首先采用一定浓度的一种清洗剂清洗2 10分钟，再用超滤出水冲洗5 10分钟，然后采用一定浓度的另一种清洗剂清洗2 10分钟，再用超滤出水冲洗5 10分钟，水冲洗强度为5 40m3/(m2.h)。
所述的离线化学清洗过程是首先采用一定浓度的酸性清洗剂将膜组件浸泡0.5^2小时，再用超滤出水浸泡广2小时，然后采用一定浓度的碱性清洗剂将膜组件浸泡0.5^2小时，再用超滤出水浸泡广4小时。
本发明的优点是: 1、本发明采用的氧化聚硅铁属于无机铁系高分子复合混凝剂，不含有潜存的生物毒害物质一招，同时兼具氧化性、强絮凝能力及高荷电性，提高了去除浊度、色度、重金属及藻类等污染物的效率，可有效去除有机物尤其是溶解性有机物，达到减轻膜负荷并降低引起膜污染的物质含量，从而控制膜污染引起的膜差压上升作用，并延长了膜的在线反冲洗周期、在线化学清洗周期、离线化学清洗周期及膜使用寿命，进而降低了运行成本。
2、本发明采用的氧化聚硅铁形成的絮体沉降速度快，沉降时间短，所需沉淀池体积小，可降低沉淀池的基建成本。
3、本发明采用的氧化聚硅铁形成的絮体沉降效果好，沉降水可不通过常规过滤设备而直接进入膜分离系统，由于膜设备所增加的基建成本提高的不多。
4、氧化聚硅铁与膜系统联合饮用水处理方法的处理效果优异，出水浊度<0.θΓθ.1NTU，藻类去除率为达到100%，有机物去除率达到6(Γ95%，溶解性有机物去除率达到50 85%。
5、本发明的氧化聚硅铁与膜系统联合饮用水处理方法可用于新建水厂，也可应用于原有水厂的改造、扩建。
6、本发明可应用于各类地表水及受污染的地下水处理领域，尤其适用于微污染水源水及污染水源水的处理。
7、本发明的工艺方法，与传统饮用水处理工艺相比，相同产水量的设备费用提高仅为5 15%，与采用复合铝铁混凝剂的复合铝铁/超滤膜联合体系相比，相同产水量的运行费用低20 40%。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实例I 原水经过入水恒流量控制系统，进入管道静态混合器，同时根据进水量及原水水质，采用加药泵将氧化聚硅铁液体混凝剂投加到管道静态混合器，进行混凝剂与原水的快速混合，控制有效混合时间1.5分钟，然后进入网格絮凝池，有效絮凝时间为5分钟，接下来进入沉淀池，控制有效沉降时间 为15分钟； 将混凝沉降出水送入主要由聚砜中空纤维超滤膜组件与超滤清洗系统组成的膜设备系统，控制压力为lOOKpa，过滤方式为外压式，运行模式采用错流过滤。膜设备运行4小时之后进行在线气一水反冲洗，控制冲洗时间60秒，首先曝气擦洗20秒，然后采用超滤出水-曝气联合反冲洗40秒，曝气强度为ΖΟπιΙ/Οιι2.!!)，水冲洗强度为IOmV(Hi2^h)t5膜设备运行I个月之后进行在线化学清洗，首先采用150mg/L的次氯酸钠溶液清洗3分钟，再用超滤出水冲洗5分钟，然后采用质量百分比为0.01%的氢氧化纳溶液清洗2分钟，再用超滤出水冲洗8分钟，水冲洗强度为IOm3/(m2.h)。膜设备运行24个月之后进行离线化学清洗，首先采用质量百分比为5%的次氯酸钠将膜组件浸泡5小时，再用超滤出水浸泡I小时，然后采用质量百分比为0.05%的氢氧化纳溶液将膜组件浸泡2小时，再用超滤出水浸泡4小时。最后将膜设备系统出水送入清水池，消毒之后进入配水管网。
实例2 原水经过入水恒流量控制系统，进入管道静态混合器，同时根据进水量及原水水质，采用加药泵将氧化聚硅铁液体混凝剂投加到管道静态混合器，进行混凝剂与原水的快速混合，控制有效混合时间I分钟，然后进入网格絮凝池，有效絮凝时间为5分钟，接下来进入沉淀池，控制有效沉降时间为30分钟；将混凝沉降出水送入主要由聚偏氟乙烯中空纤维超滤膜组件与超滤清洗系统组成的膜设备系统，控制压力为lOOKpa，过滤方式为外压式，运行模式采用错流过滤。膜设备运行2小时之后进行在线气一水反冲洗，控制冲洗时间60秒，首先曝气擦洗30秒，然后采用超滤出水-曝气联合反冲洗30秒，曝气强度为20m3/(m2 *h)，水冲洗强度为20m3/(m2 -h)。膜设备运行3个月之后进行在线化学清洗，首先采用100mg/L的次氯酸钠溶液清洗3分钟，再用超滤出水冲洗2分钟，然后采用质量百分比为0.05%的氢氧化纳溶液清洗5分钟，再用超滤出水冲洗10分钟，水冲洗强度为5m3/(m2 -h)。膜设备运行16个月之后进行离线化学清洗，首先采用质量百分比为250mg/L的次氯酸钠将膜组件浸泡2小时，再用超滤出水浸泡0.5小时，然后采用质量百分比为1000mg/L的磷酸溶液将膜组件浸泡I小时，再用超滤出水浸泡2小时。最后将膜设备系统出水送入清水池，消毒之后进入配水管网。
实例3 原水经过入水恒流量控制系统，进入管道静态混合器，同时根据进水量及原水水质，采用加药泵将氧化聚硅铁液体混凝剂投加到管道静态混合器，进行混凝剂与原水的快速混合，控制有效混合时间2分钟，然后进入网格絮凝池，有效絮凝时间为20分钟，接下来进入沉淀池，控制有效沉降时间为10分钟； 将混凝沉降出水送入主要由聚氯乙烯中空纤维超滤膜组件与超滤清洗系统组成的膜设备系统，控制压力为150Kpa，过滤方式为浸没式，运行模式采用错流过滤。膜设备运行8小时之后进行在线气一水反冲洗，控制冲洗时间130秒，首先曝气擦洗40秒，然后采用超滤出水-曝气联合反冲洗90秒，曝气强度为30m3/(m2.h)，水冲洗强度为30m3/(m2.h)。膜设备运行2个月之后进行在线化学清洗，首先采用质量百分比为0.1%的盐酸溶液清洗2分钟，再用超滤出水冲洗5分钟，然后采用质量百分比为0.05%的氢氧化纳溶液清洗2分钟，再用超滤出水冲洗10分钟，水冲洗强度为15m3/(m2.h)。膜设备运行16个月之后进行离线化学清洗，首先采用质量百分比为1%的草酸溶液将膜组件浸泡I小时，再用超滤出水浸泡2小时,然后采用250mg/L的次氯酸钠溶液将膜组件浸泡2小时,再用超滤出水浸泡I小时。最后将膜设备系统出水送入清水池，消毒之后进入配水管网。
实例4 原水经过入水恒流量控制系统，进入管道静态混合器，同时根据进水量及原水水质，采用加药泵将氧化聚硅铁液体混凝剂投加到管道静态混合器，进行混凝剂与原水的快速混合，控制有效混合时间1.5分钟，然后进入网格絮凝池，有效絮凝时间为10分钟，接下来进入沉淀池，控制有效沉降时间为30分钟； 将混凝沉降出水送入主要由聚氯乙烯合金中空纤维超滤膜组件与超滤清洗系统组成的膜设备系统，控制压力为200Kpa，过滤方式为外压式，运行模式采用错流过滤。膜设备运行40小时之后进行在线气一水反冲洗，控制冲洗时间420秒，首先曝气擦洗120秒，然后采用超滤出水-曝气联合反冲洗300秒，曝气强度为60m3/(m2.h)，水冲洗强度为40m3/(m2.h)。膜设备运行4个月之后进行在线化学清洗，首先采用质量百分比为0.5%的柠檬酸溶液清洗3分钟,再用超滤出水冲洗7分钟,然后采用体积浓度为200mg/L的次氯酸钠溶液清洗5分钟，再用超滤出水冲洗10分钟，水冲洗强度为30m3/ (m2.h)。膜设备运行36个月之后进行离线化学清洗，首先采用质量百分比为10%的次氯酸钠将膜组件浸泡10小时，再用超滤出水浸泡2小时，然后采用质量百分比为0.1%的氢氧化纳溶液将膜组件浸泡2小时，再用超滤出水浸泡4小时。最后将膜设备系统出水送入清水池，消毒之后进入配水管网。
实例5 原水经过入水恒流量控制系统，进入管道静态混合器，同时根据进水量及原水水质，采用加药泵将氧化聚硅铁液体混凝剂投加到管道静态混合器，进行混凝剂与原水的快速混合，控制有效混合时间I分钟，然后进入网格絮凝池，有效絮凝时间为20分钟，接下来进入沉淀池，控制有效沉降时间为30分钟； 将混凝沉降出水送入主要由聚偏氟乙烯管式超滤膜组件与超滤清洗系统组成的膜设备系统，控制压力为800Kpa，过滤方式为外压式，运行模式采用错流过滤。膜设备运行10小时之后进行在线气一水反冲洗，控制冲洗时间120秒，首先曝气擦洗30秒，然后采用超滤出水-曝气联合反冲洗90秒，曝气强度为40m3/(m2 *h)，水冲洗强度为20m3/(m2 -h)。膜设备运行4个月之后进行在线化学清洗，首先采用100mg/L的次氯酸钠溶液清洗3分钟，再用超滤出水冲洗2分钟，然后采用质量百分比为0.1%的氢氧化纳溶液清洗2分钟，再用超滤出水冲洗5分钟，水冲洗强度为40m3/(m2 -h)。膜设备运行36个月之后进行离线化学清洗，首先采用质量百分比为250mg/L的次氯酸钠将膜组件浸泡2小时，再用超滤出水浸泡0.5小时，然后采用质量百分比为600mg/L的磷酸溶液将膜组件浸泡I小时，再用超滤出水浸泡2小时。最后将膜设备系统出水送入清水池，消毒之后进入配水管网。
应用实例 将以上实施例1、2、3、4、5工艺用于模拟微污染水处理，同时与氧化聚硅铁混凝沉淀工艺作对比。氧化聚硅铁混凝进水的水质如下:浊度为12.5^15.8NTU, pH值为7.63^7.92，UV254为0.089 0.112cm—1，水温为15 15.5。。。投药量为6mg/L，以mg铁/L水样计。处理结果列于下表。
氧化聚硅铁混凝沉淀工艺与氧化聚硅铁/超滤膜联合工艺的处理效果对比
权利要求
1.一种氧化聚硅铁与超滤膜联合的饮用水处理方法，该方法具体涉及下述顺序的步骤: (1)氧化聚硅铁的混凝-沉淀系统 原水经过入水恒流量控制系统，进入管道静态混合器，同时根据进水量及原水水质，采用加药泵将氧化聚硅铁液体混凝剂投加到管道静态混合器，进行混凝剂与原水的快速混合，控制有效混合时间广2分钟，然后进入絮凝池，有效絮凝时间为5 20分钟，接下来进入沉淀池，控制有效沉降时间为5 30分钟； (2)超滤膜设备系统 将混凝沉降出水送入主要由超滤膜组件与超滤清洗系统组成的膜设备系统，控制压力为10(Tl000Kpa，膜设备运行I 40小时之后进行在线气-水反冲洗，控制冲洗时间60 600秒，膜设备运行广4个月之后采用清洗剂进行在线化学清洗，控制清洗时间1(Γ40分钟，膜设备运行16 36个月之后采用清洗剂进行离线化学清洗，控制清洗时间3 25小时，最后将膜设备系统出水送入清水池，消毒之后进入配水管网。
2.根据权利要求1所述的氧化聚硅铁与超滤膜联合的饮用水处理方法，其特征在于氧化聚硅铁混凝剂为国家发明专利“无机氧化性高分子硅铁混凝剂及其制备工艺和应用(ZL200810015784.X)”制备的液体产品。
3.根据权利要求1所述的氧化聚硅铁与超滤膜联合的饮用水处理方法，其特征在于絮凝池为网格絮凝池、折板絮凝池及机械絮凝池。
4.根据权利要求1所述的氧化聚硅铁与超滤膜联合的饮用水处理方法，其特征在于超滤膜采用的制备材料为聚砜类、聚偏氟乙烯类、聚氯乙烯类、纤维素酯类、聚酰胺类、聚酯烃类及陶瓷类。
5.根据权利要求1所述的氧化聚硅铁与超滤膜联合的饮 用水处理方法，其特征在于膜设备系统采用的膜组件为中空纤维膜组件及管式膜组件，过滤方式为浸没式、内压式及外压式，运行模式采用错流过滤。
6.根据权利要求1所述的氧化聚硅铁与超滤膜联合的饮用水处理方法，其特征在于在线气一水反冲洗过程是首先曝气擦洗2(Γ120秒，然后采用超滤出水-曝气联合反冲洗40 480秒,曝气强度为10 IOOm3/ (m2.h),水冲洗强度为3 40m3/ (m2.h)。
7.根据权利要求1所述的氧化聚硅铁与超滤膜联合的饮用水处理方法，其特征在于清洗剂包括质量百分比为0.0Γ0.5%的盐酸溶液、质量百分比为0.5^1%的草酸溶液、体积浓度为10(Tl000mg/L的次氯酸钠溶液、质量百分比为0.Γ %的柠檬酸溶液、体积浓度为100^1000mg/L的磷酸溶液、质量百分比为0.θΓθ.5%的氢氧化钠溶液。
8.根据权利要求1所述的氧化聚硅铁与超滤膜联合的饮用水处理方法，其特征在于在线化学清洗过程是首先采用一定浓度的一种清洗剂清洗2 10分钟，再用超滤出水冲洗5^10分钟，然后采用一定浓度的另一种清洗剂清洗2 10分钟，再用超滤出水冲洗5 10分钟，水冲洗强度为5 40m3/(m2.h)。
9.根据权利要求1所述的氧化聚硅铁与超滤膜联合的饮用水处理方法，其特征在于离线化学清洗过程是首先采用一定浓度的酸性清洗剂将膜组件浸泡0.5^2小时，再用超滤出水浸泡f 2小时，然后采用一定浓度的碱性清洗剂将膜组件浸泡0.5^2小时，再用超滤出水浸泡1 4小时。
全文摘要
本发明提供了一种氧化聚硅铁与超滤膜联合的饮用水处理方法。本发明以国家发明专利“无机氧化性高分子硅铁混凝剂及其制备工艺和应用(ZL200810015784.X)”制备的液体产品为混凝-沉淀系统的混凝剂，该混凝剂具有优异的除有机物效果，有效降低了膜污染，延长了膜设备的运转时间、清洗时间及膜的使用寿命，进而降低了设备成本和运转费用。本发明具有优异的饮用水处理效果，出水浊度小于0.01NTU~0.1NTU，藻类去除率达到100%，有机物去除率达到60%~95%，溶解性有机物去除率达到50%~85%，可用于新建水厂，也可用于原有水厂的改造、扩建并运用于各类地表水及受污染的地下水处理领域，尤其适用于微污染水源水及污染水源水的处理。
文档编号C02F1/52GK103193335SQ20131008120
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月14日 优先权日2013年3月14日
发明者付英, 王衍争, 谭娟, 张刚, 张新瑜, 李红兰 申请人:济南大学