一种应急性污染水源深度处理装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种应急性污染水源深度处理装置，所述处理装置包括依次设置的混凝处理段、微滤处理段、光催化臭氧氧化段及纳滤处理段，主要由原水贮存池、提升/加压泵、节流阀、静态混合器、蛇形反应管、压力表、管式微滤膜组件、转子流量计、反冲洗水泵、光催化臭氧反应器、保安过滤器、卷式纳滤膜组件和净化水贮存池等部分组成。与现有技术相比，本实用新型将多种物理化学方法进行创新性组合，具有水质适应性强、产水效率高、出水水质好、易于实现小型化等特点，完全满足应急性污染水源深度处理的需要。
【专利说明】一种应急性污染水源深度处理装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于环保【技术领域】，尤其涉及一种应急性污染水源深度处理装置。
【背景技术】
[0002] 原水水质和处理工艺是保障供水安全的决定性条件。当前，各类人为或自然因素 所导致的突发性水污染事故正严重威胁着居民集中供水的安全，各地多次出现有毒化学 品、可溶性重金属盐进入饮用水水源地的事件，引发了社会各界的高度关注。因此，作为对 传统市政建设的有力补充，高效、低耗、通用的应急性原水净化处理装置的开发与应用将具 有重要的实践意义和广阔的市场前景。
[0003] 作为最具代表性的化学氧化法，臭氧氧化（03)能同时实现杀菌消毒、脱色除臭和 去除难降解有机物等功能，现已被广泛用于饮用水深度处理领域。众多研究表明，增加紫外 灯照射，构成UV/0 3反应体系能显著提高水中羟自由基（· 0H)的生成量，进而大幅增强系 统对有机污染物的矿化能力。但天然原水中较高的浊度对紫外光具有较强的掩蔽作用，因 此，混凝等预处理工序通常是不能省略的。目前，最常用的UV/0 3反应器为鼓泡塔结构（如 对比文件CN 203613017U)，其具有设备组成简单、水头损失较小和操作方式可靠等优点，但 其巨大的体型和偏低的处理效能仍无法满足应急性原水处理的要求。
[0004] 另一项值得关注的净水技术是膜分离法。由于具有产水效率高、出水水质好和二 次污染小等优点，各类膜组件已被广泛用于去除水中的悬浮物、溶解性有机物和重金属等 组分。当前，该技术的推广应用中亟待解决的问题是如何有效减缓膜表面及其内部污染，以 延长膜组件的反冲洗周期和使用寿命。当发生突发性水污染事故时，原水中污染物含量陡 升、组成趋于复杂，若直接使用膜分离法（如对比文件CN 203486977U和CN203419787U)，极 易在短时间内出现膜拥堵现象，导致产水率的急剧下降。
[0005] 综上所述，如何采用创新性设计，有效克服UV/03氧化与膜分离法自身存在的固有 缺点，是将其应用于污染水源应急处理过程的关键。
【发明内容】
[0006] 本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种适用于各类污 染水源的应急性深度处理装置，其充分发挥了不同物理化学方法之间的耦合效应，具有高 效、稳定和普遍适用的特点。
[0007] 为解决以上技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
[0008] -种应急性污染水源深度处理装置，所述处理装置包括依次设置的混凝处理段、 微滤处理段、光催化臭氧氧化段及纳滤处理段，其中，所述混凝处理段包括装有所述污染水 源的原水贮存池及进水端伸入所述原水贮存池液面以下的第一进水管，所述第一进水管上 依次设有静态混合器和蛇形反应管；所述微滤处理段包括微滤膜组件、分别连接在所述微 滤膜组件上的第二进水管和第一清水管，所述第二进水管与所述蛇形反应管相连；所述光 催化臭氧氧化段包括光催化臭氧反应器、分别连接在所述光催化臭氧反应器上的第三进水 管和光催化臭氧反应器出水管，所述第三进水管与所述第一清水管相连；所述纳滤处理段 包括纳滤膜组件、分别连接在所述纳滤膜组件上的第四进水管和第二清水管，所述第四进 水管与所述光催化臭氧反应器出水管相连。
[0009] 所述第一进水管上沿水流流向方向依次设有加压提升泵、第一止回阀及第一节流 阀，所述第一节流阀设置在所述静态混合器的前方。
[0010] 所述第一进水管的进水端设有取水头部，所述取水头部设置有滤网。
[0011] 所述第二进水管上沿水流流向方向依次设有第二节流阀和第一压力表，所述第一 清水管上沿水流流向方向依次设有所述第一压力表、第一转子流量计及所述第二节流阀。
[0012] 在所述第一清水管上位于所述第一压力表和所述第一转子流量计之间连接有反 冲洗进水管，所述反冲洗进水管上沿水流流向方向依次设有反冲洗水泵、第二止回阀及所 述第二节流阀，所述微滤膜组件上还连接有微滤膜浓水/反冲洗水排放管，所述微滤膜浓 水/反冲洗水排放管上沿水流流向方向依次设有所述第一压力表、所述第一转子流量计及 所述第二节流阀。
[0013] 所述光催化臭氧反应器由3个坚直并排设置的具有内腔的长方体模块组成，3个 所述模块的内腔相连通，每个所述模块内插设有紫外灯管，所述光催化臭氧反应器的底部 连接有臭氧进气管、顶部连接有尾气收集器和排放管，所述臭氧进气管的进气端设有2个 曝气头，2个所述曝气头分别位于所述的前2个模块内。
[0014] 所述3个模块的有效容积相等，每个所述模块的高径比为4?6:1。
[0015] 所述第三进水管上沿水流流向方向依次设有提升泵、第三止回阀及第三节流阀， 所述光催化臭氧反应器出水管上设有所述第三节流阀。
[0016] 所述第四进水管上沿水流流动方向依次设有保安过滤器、三通阀、加压泵、第四止 回阀、第四节流阀及第二压力表，在所述三通阀上连接有正冲洗进水管，所述第二清水管上 沿水流流向方向依次设有所述第二压力表、第二转子流量计和所述第四节流阀，所述纳滤 膜组件还连接有纳滤膜浓水/正冲洗水排放管，所述纳滤膜浓水/正冲洗水排放管上沿水 流流向方向设有所述第二压力表、所述第二转子流量计及所述第四节流阀。
[0017] 所述处理装置还包括净化水贮存池，所述净化水贮存池上设有搅拌器，所述第二 清水管的出水端位于所述净化水贮存池内。
[0018] 由于上述技术方案的实施，本实用新型与现有技术相比具有如下优点：
[0019] 与现有技术相比，本实用新型将微滤膜组件、纳滤膜组件与光催化臭氧反应器进 行创新性组合，各工段结构紧凑、功能互补，可有效去除原水中的颗粒态和溶解态污染物， 能灵活应对有机物、重金属复合污染的情形，具体表现为：
[0020] (1)将混凝段与微滤处理段进行组合作为预处理工序，可去除原水中的悬浮物和 大分子、疏水性有机物，无需设置沉淀池，出水浊度很低，满足光催化处理的要求；
[0021] (2)光催化臭氧反应器先进行UV/03反应，可较彻底地矿化水中的溶解性有机物， 然后再利用紫外光破坏剩余的溶解臭氧，防止其腐蚀后续的纳滤膜；
[0022] (3)纳滤处理主要用于去除水中的重金属盐。由于进水中有机物含量很低，因此， 膜组件的反冲洗周期更长，跨膜压力的波动更小，出水水质也更加稳定。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1为本实用新型的应急性污染水源深度处理装置的示意图；
[0024] 图中数字所表示的名称为：
[0025] 图中：10、混凝处理段；11、原水贮存池；12、取水头部；13、加压提升泵；14、第一止 回阀；15、第一节流阀；16、静态混合器；17、蛇形反应管；20、微滤处理段；21、第二节流阀； 22、第一压力表；23、微滤膜组件；24、第一转子流量计；25、反冲洗进水管；26、反冲洗水泵； 27、第二止回阀；28、微滤膜浓水/反冲洗水排放管；30、光催化臭氧氧化段；31、提升泵； 32、第三止回阀；33、光催化臭氧反应器；34、紫外灯管；35、臭氧进气管；36、曝气头；37、尾 气收集器及排放管；38、第三节流阀；40、纳滤处理段；41、保安过滤器；42、三通阀；43、正冲 洗进水管；44、加压泵；45、第四止回阀；46、第四节流阀；47、第二压力表；48、纳滤膜组件； 49、纳滤膜浓水/正冲洗水排放管；410、第二转子流量计；411、净化水贮存池；412、搅拌器。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合说明书附图对本实用新型作进一步描述。
[0027] 如图1所示，一种应急性污染水源深度处理装置，包括依次设置的混凝处理段10、 微滤处理段20、光催化臭氧氧化段30和纳滤处理段40。
[0028] 混凝处理段10包括原水贮存池11、进水端伸入原水贮存池11液面以下的第一进 水管，第一进水管上沿水流流向方向依次设置有加压提升泵13、第一止回阀14、第一节流 阀15、静态混合气16和蛇形反应管17,第一进水管的进水端设置有取水头部12,取水头部 12上设有滤网。在静态混合器16内加入混凝剂并于静态混合器16的前端投加，该混凝剂 优选为聚合氯化铝（PAC)。
[0029] 微滤处理段20包括微滤膜组件23、分别连接在微滤膜组件23上的第二进水管和 第一清水管，微滤膜组件23为水平安装管式膜，采用外压方式运行；第二进水管上沿水流 流向方向依次设有第二节流阀21和第一压力表22 ;第一清水管上沿水流流向方向依次设 有第一压力表22、第一转子流量计24和第二节流阀21，在第一清水管上位于第一压力表22 和第一转子流量计24之间还连接有反冲洗进水管25,反冲洗进水管25上沿水流流向方向 依次设有反冲洗水泵26、第二止回阀27和第二节流阀21，微滤膜组件23上还连接有微滤 膜浓水/反冲洗水排放管28,微滤膜浓水/反冲洗水排放管28上沿水流流向方向依次设有 第一压力表22、第一转子流量计24和第二节流阀21。
[0030] 光催化臭氧氧化段30包括光催化臭氧反应器33、分别连接在光催化臭氧反应器 33上的第三进水管和光催化臭氧反应器出水管，第三进水管上沿水流流向方向依次设有提 升泵31、第三止回阀32和第三节流阀38,光催化臭氧反应器出水管上设有第三节流阀38。 光催化臭氧反应器33由3个模块坚直并排设置的具有内腔的长方体模块组成，3个模块的 内腔相连通，3个模块内分别插设有紫外灯管34,紫外灯管34外套设有石英保护套，3个模 块的排列顺序为从水流流向方向依次为模块1、模块2和模块3,第三进水管连接在模块1 的下部，光催化臭氧反应器出水管连接在模块3的上部。光催化臭氧反应器33还连接有臭 氧进气管35及尾气收集器和排放管37,臭氧进气管35的出气口设有两个钛制曝气头36， 分别设置在模块1和模块2内，尾气收集器和排放管37设置在光催化臭氧反应器33的顶 部。
[0031] 上述3个模块的有效容积相同相等，每个模块的高径比优选为4:6?1，
[0032] 纳滤处理段40包括纳滤膜组件48、分别连接在纳滤膜组件48上的第四进水管和 第二清水管，第四进水管上沿水流流向方向依次设有保安过滤器41、三通阀42、加压泵44、 第四止回阀45、第四节流阀46和第二压力表47,三通阀42上连接有正冲洗进水管43 ;第二 清水管上沿水流流向方向依次设有第二压力表47、第二转子流量计410和第四节流阀46。 纳滤膜组件48上还连接有纳滤膜浓水/正冲洗水排放管49,纳滤膜浓水/正冲洗水排放管 49上沿水流流向方向依次设有第二压力表47、第二转子流量计410和第四节流阀46，
[0033] 上述保安过滤器41的精度为5 μ m。
[0034] 本实用新型处理装置还包括净化水贮存池411，净化水贮存池411内加入氯消毒 并且设有搅拌器412,第二清水管的出水端位于净化水贮存池411内。
[0035] 本实用新型处理装置的运行方式：原水贮存池11中的待处理水，在加压提升泵13 的作用下，由第一进水管经第一止回阀14、第一节流阀15送至静态混合器16,与在线投加 的混凝剂快速混合，并在蛇形反应管17中充分接触，随后依次通过第二节流阀21、第一压 力表22进入管式微滤膜组件23完成絮体分离，浓水由微滤膜浓水/反冲洗水排放管28排 出。清水依次通过第一压力表22、第一转子流量计24和第二节流阀21，经提升泵31进入 光催化臭氧反应器33。水流以垂直折流方式运动，在模块1和模块2中与钛制曝气头36通 入的臭氧气流接触、反应，尾气由顶部尾气收集器及排放管37排出。氧化处理水由模块3 的出水管排出，在加压泵44的作用下，经保安过滤器41、三通阀42、第四止回阀45、第四节 流阀46和第二压力表47,送入卷式纳滤膜组件48。产生的浓水由纳滤膜浓水/正冲洗水 排放管49排出，净化水依次通过第二压力表47、第二转子流量计410和第四节流阀46,进 入净化水贮存池411，并完成加氯消毒工序。
[0036] 本实用新型的微滤膜组件23的反冲洗流程：当微滤膜组件23前、后的压力表读 数差升至规定值，或产水率大幅降低时，完全关闭其进、出水管上的第一节流阀21，开启反 冲洗进水管25上的反冲洗水泵26和第二节流阀21,使用净化水C：存池411中的水或1% NaCIO溶液对微滤膜组件23进行反冲洗，持续时间15?30min，废液由微滤膜浓水/反冲 洗水排放管28排出。
[0037] 本实用新型的纳滤膜组件48的正冲洗流程：当纳滤膜组件48前、后的压力表读数 差升至规定值，或产水率大幅降低时，完全关闭第二清水管上的第四节流阀46,调节三通阀 42,关闭保安过滤器41出水，连通加压泵44与正冲洗进水管43,采用净化水贮存池411中 的水或1 % NaCIO溶液对纳滤膜组件48进行正冲洗，持续时间45?90min，废液由纳滤膜 浓水/正冲洗水排放管49排出。
[0038] 综上所述，本实用新型将微滤、纳滤膜组件与重新设计的光催化臭氧反应器进行 创新性组合，各工段结构紧凑、功能互补，可有效去除原水中的颗粒态和溶解态污染物，能 灵活应对有机物、重金属复合污染的情形，具体表现为：
[0039] (1)将混凝段与微滤处理段进行组合作为预处理工序，可去除原水中的悬浮物和 大分子、疏水性有机物，无需设置沉淀池，出水浊度很低，满足光催化处理的要求；
[0040] (2)光催化臭氧反应器采用模块化设计，模块1和2进行UV/03反应，可较彻底地 矿化水中的溶解性有机物，模块3利用紫外光破坏剩余的溶解臭氧，防止其腐蚀后续的纳 滤膜；
[0041] (3)纳滤处理主要用于去除水中的重金属盐。由于进水中有机物含量很低，因此， 膜组件的反冲洗周期更长，跨膜压力的波动更小，出水水质也更加稳定。
[0042] 应用实施例：
[0043] 将本实用新型处理装置用于处理受有机物、重金属复合污染的模拟原水。
[0044] 将待处理原水置于原水贮存池11中，在提升加压泵13的作用下，由第一进水管经 第一止回阀14、第一节流阀15送至静态混合器16,与在线投加的PAC溶液快速混合，混凝 剂投加量为l〇mg/L(以铝计）。水流在蛇形反应管17中停留lOmin，依次通过第二节流阀 21、第一压力表22进入管式微滤膜组件23,完成絮体分离。微滤膜组件采用美国Duroflow 公司生产的DF-415型膜组件，过滤精度0. 1?0. 2 μ m，操作压力0. 2?0. 35MPa，处理能 力0· 12?0· 2m3/h，产水率90?95%。当微滤膜组件23前、后压力表读数差超过0· 35MPa 时，关闭产水管路，开启反冲洗进水管25进行反冲洗，废液由微滤膜浓水/反冲洗水排放管 28排出。微滤膜处理水浊度低于0. 1NTU，随后由提升泵31送入光催化臭氧反应器33中。 反应器单个模块的有效容积为4L，高径比6:1，内置1根紫外灯管，长300mm，功率45W，光程 100mm。水流以垂直折流方式运动，总水力停留时间为6min。模块1和2中的钛制曝气头 36连接一台CF-G-2-lOg型臭氧发生器（青岛国林实业股份有限公司），其以空气为气源， 气流流量〇. 2Nm3/h，气相臭氧浓度控制在25g/Nm3。UV/03反应尾气由顶部排气管送至尾气 破坏装置。氧化处理水由模块3顶部通入5 μ m保安过滤器41，加压后送入卷式纳滤膜组件 48,进一步净化。纳滤膜组件48采用美国通用公司生产的DL1210型膜组件，截留分子量小 于300Da，操作压力0. 4?0. 9MPa，产水速率0. 1?0. 15m3/h，浓缩比控制在3。当卷式纳 滤膜组件48前、后压力表读数差超过0. 8MPa时，关闭产水管路，连通正冲洗进水管43,进行 正冲洗，废液由纳滤膜浓水/正冲洗水排放管49排出。纳滤膜出水最终进入净化水贮存池 411，并完成加氯消毒工序。
[0045] 使用本实用新型对污染原水进行6h连续处理，结果如下表所示。
[0046] 表1应用实施例的处理效果
[0047]
【权利要求】
1. 一种应急性污染水源深度处理装置，其特征在于，所述处理装置包括依次设置的混 凝处理段、微滤处理段、光催化臭氧氧化段及纳滤处理段，其中，所述混凝处理段包括装有 所述污染水源的原水贮存池及进水端伸入所述原水贮存池液面以下的第一进水管，所述第 一进水管上依次设有静态混合器和蛇形反应管；所述微滤处理段包括微滤膜组件、分别连 接在所述微滤膜组件上的第二进水管和第一清水管，所述第二进水管与所述蛇形反应管相 连；所述光催化臭氧氧化段包括光催化臭氧反应器、分别连接在所述光催化臭氧反应器上 的第三进水管和光催化臭氧反应器出水管，所述第三进水管与所述第一清水管相连；所述 纳滤处理段包括纳滤膜组件、分别连接在所述纳滤膜组件上的第四进水管和第二清水管， 所述第四进水管与所述光催化臭氧反应器出水管相连。
2. 根据权利要求1所述的应急性污染水源深度处理装置，其特征在于，所述第一进水 管上沿水流流向方向依次设有加压提升泵、第一止回阀及第一节流阀，所述第一节流阀设 置在所述静态混合器的前方。
3. 根据权利要求1或2所述的应急性污染水源深度处理装置，其特征在于，所述第一进 水管的进水端设有取水头部，所述取水头部设置有滤网。
4. 根据权利要求1所述的应急性污染水源深度处理装置，其特征在于，所述第二进水 管上沿水流流向方向依次设有第二节流阀和第一压力表，所述第一清水管上沿水流流向方 向依次设有所述第一压力表、第一转子流量计及所述第二节流阀。
5. 根据权利要求4所述的应急性污染水源深度处理装置，其特征在于，在所述第一清 水管上位于所述第一压力表和所述第一转子流量计之间连接有反冲洗进水管，所述反冲洗 进水管上沿水流流向方向依次设有反冲洗水泵、第二止回阀及所述第二节流阀，所述微滤 膜组件上还连接有微滤膜浓水/反冲洗水排放管，所述微滤膜浓水/反冲洗水排放管上沿 水流流向方向依次设有所述第一压力表、所述第一转子流量计及所述第二节流阀。
6. 根据权利要求1所述的应急性污染水源深度处理装置，其特征在于，所述光催化臭 氧反应器由3个坚直并排设置的具有内腔的长方体模块组成，3个所述模块的内腔相连通， 每个所述模块内插设有紫外灯管，所述光催化臭氧反应器的底部连接有臭氧进气管、顶部 连接有尾气收集器和排放管，所述臭氧进气管的进气端设有2个曝气头，2个所述曝气头分 别位于所述的前2个模块内。
7. 根据权利要求6所述的应急性污染水源深度处理装置，其特征在于，所述3个模块的 有效容积相等，每个所述模块的高径比为4~6:1。
8. 根据权利要求1所述的应急性污染水源深度处理装置，其特征在于，所述第三进水 管上沿水流流向方向依次设有提升泵、第三止回阀及第三节流阀，所述光催化臭氧反应器 出水管上设有所述第三节流阀。
9. 根据权利要求1所述的应急性污染水源深度处理装置，其特征在于，所述第四进水 管上沿水流流动方向依次设有保安过滤器、三通阀、加压泵、第四止回阀、第四节流阀及第 二压力表，在所述三通阀上连接有正冲洗进水管，所述第二清水管上沿水流流向方向依次 设有所述第二压力表、第二转子流量计和所述第四节流阀，所述纳滤膜组件还连接有纳滤 膜浓水/正冲洗水排放管，所述纳滤膜浓水/正冲洗水排放管上沿水流流向方向设有所述 第二压力表、所述第二转子流量计及所述第四节流阀。
10. 根据权利要求1所述的应急性污染水源深度处理装置，其特征在于，所述处理装置 还包括净化水贮存池，所述净化水贮存池上设有搅拌器，所述第二清水管的出水端位于所 述净化水贮存池内。
【文档编号】C02F1/32GK204058147SQ201420438198
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年8月5日 优先权日:2014年8月5日
【发明者】钱飞跃, 王建芳, 梅娟, 陈重军, 沈耀良 申请人:苏州科技学院