本发明属于水处理工艺技术领域，尤其是涉及一种短程混凝沉淀与过滤的高效联合水处理工艺。
背景技术：
混凝沉淀是指水中的胶体、微小悬浮物以及微小颗粒物在混凝剂的作用下发生脱稳、聚集并与水分离的过程。我国科学家和工程学家于400多年前开始采用明矾进行饮用水处理，这是我国混凝沉淀过程的开端，到目前为止混凝沉淀技术的应用已有几百年的历史。混凝沉淀的效果除了受到原水中污染物性质和混凝剂性质的影响，还与混凝沉淀工艺密切相关。传统的混凝沉淀工艺过程分为投药、混合、絮凝、沉淀四个部分。投药包括干法投加和湿法投加，目前国内主要采用湿法投加。混合是使混凝剂与水快速混合的过程，混合时间一般控制在10~60秒内，由混合设备完成。絮凝是指混凝剂与水快速混合完成后，产生能够自然沉降的絮体的过程，絮凝时间一般控制在15~30分钟之内，由絮凝设备完成。沉淀是指水经过投药、混合、絮凝反应后，进行泥水分离的过程，由沉淀设备完成，一般沉淀时间为40~120分钟。
作为重要的传统工艺，混凝沉淀过程具有操作方便、设备简单、效果良好和便于间歇运行等优点，因此，目前依然是水和污水处理领域广泛而重要的应用单元。尤其是饮用水处理中，混凝沉淀是最关键的处理单元，其运行效果的好坏直接决定着后续流程的运行工况、出水水质、投资成本及运营费用，尤其对紧跟在混凝沉淀单元后面的过滤过程产生重大影响。目前，国内超过70%的水厂依然采用的是传统的混凝沉淀过滤系统。传统的混凝沉淀过滤系统采用的混凝剂多是铝系和铁系，最常应用的是聚合铝、聚合铁、复合铝铁等，其缺陷在于产生能够自然沉淀的絮体所需要的时间较长，絮体沉降速度较慢，尤其是运用于应用范围日益扩大的模块化水厂或一体化设备时，大量絮体难于沉降，基本均是通过后续的过滤工艺去除，这无疑增加了过滤工艺的负担，并且大幅增加了反洗次数，增加了运营费用，如果依赖于沉淀时间的延长来增加絮体的沉降，又无疑增加了沉淀池的投资成本。相应地，出现了一些高效的混凝沉淀工艺。目前，典型的高效混凝沉淀工艺包括法国得利满公司的Densadeg高密度沉淀池、德国帕萨旺一洛蒂格公司的Turbo—LME高速沉淀池、法国威立雅公司的Actino高效澄清池，还有我国出现的对现有的常规工艺进行的改造，比如利用隔板或者导流墙将常规反应池改造成混合池、反应池、熟化池，并增设必要的机械搅拌设备，也可以在反应池中增设导流筒，或在常规的沉淀池中增加斜管(斜板)，改善沉淀分离性能等等，但是上述工艺均在初期投资和运营费用上有所增加。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述技术中存在的不足之处，提供一种能降低混凝沉淀与过滤工艺过程的初期投资以及运营费用，并大幅降低过滤反洗次数，可应用于水和污水处理的短程混凝沉淀与过滤的高效联合水处理工艺。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是以聚硅酸铁混凝剂为基础，以混凝沉淀过程为核心的一种联合水处理工艺。具体工艺过程描述如下：
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40~60秒，然后进入絮凝池，控制有效絮凝时间，絮凝结束后进入沉淀池，控制有效沉淀时间；
2、过滤系统
将混凝沉淀出水送入过滤系统，控制工作时间和反冲洗时间，其中饮用水处理中，将过滤系统出水送入清水池，消毒之后进入配水管网，污水处理中，将过滤系统出水送入下一个处理单元或送入消毒系统。
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。
所述的絮凝池为水力絮凝池和机械絮凝池，水力絮凝池包括网格絮凝池、折板絮凝池、涡流絮凝池、旋流絮凝池、穿孔絮凝，其中饮用水处理中，水力絮凝池的起端流速控制为0.4~0.9米/秒，控制有效絮凝时间为7~15分钟，机械絮凝池的转速控制为50~90转/分钟，时间控制为7~10分钟，污水处理中，水力絮凝池的起端流速控制为0.6~1.2米/秒，控制有效絮凝时间为10~20分钟，机械絮凝池的转速控制为40~80转/分钟，时间控制为8~15分钟。
所述的沉淀池为平流式沉淀池、竖流式沉淀池、辐流式沉淀池，其中饮用水处理中，有效沉降时间控制为5~25分钟，污水处理中，有效沉降时间控制为20~60分钟。
所述的过滤池为普通快滤池、无阀滤池、虹吸滤池、移动罩滤池、V型滤池、压力滤池，其中饮用水处理中，与传统混凝沉淀-过滤工艺相比，工作时间延长75%~200%，反冲洗时间缩短15%~30%，污水处理中，工作时间延长45%~150%，反冲洗时间缩短10%~20%。
本发明的优点是：
1、本发明采用的氧化聚硅铁混凝剂，是以水玻璃和七水硫酸亚铁、氧化剂为主要原料，不含有潜存的生物毒害物质—铝，同时兼具氧化性、强絮凝能力及高荷电性，具有较高浊度、色度、重金属及藻类等污染物去除效率，絮体的产生和成长速度快，沉降性能好，可减小絮凝池、沉淀池的体积，降低了设备费用和基建费用。
2、本发明降低了絮凝池和沉淀池的占地面积，降低了絮凝池和沉淀池的基建或设备成本。
3、本发明降低了过滤单元的负担，延长了过滤单元的工作周期，进而降低了运营成本。
4、本发明对水质变化大的原水的适应性很强。
5、本发明可应用于各类地表水、受污染的地下水、以及工业废水或生活污水的处理领域，尤其适用于模块化水厂、一体化设备的水及废水处理领域。
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1
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40秒，然后进入絮凝池，絮凝池为网格絮凝池，起端流速控制为0.65米/秒，控制有效絮凝时间为10分钟，絮凝结束后进入沉淀池，沉淀池为平流式沉淀池，控制有效沉降时间为10分钟。
2、过滤系统
将混凝沉淀出水送入过滤系统，过滤池为V型滤池，与传统混凝沉淀-过滤工艺相比，工作时间延长200%，反冲洗时间缩短15%，将过滤系统出水送入清水池，消毒之后进入配水管网。
实例2
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60秒，然后进入絮凝池，絮凝池为网格絮凝池，起端流速控制为1.0米/秒，控制有效絮凝时间为15分钟，絮凝结束后进入沉淀池，沉淀池为平流式沉淀池,控制有效沉降时间为15分钟。
2、过滤系统
将混凝沉淀出水送入过滤系统，过滤池为V型滤池，与传统混凝沉淀-过滤工艺相比，工作时间延长50%，反冲洗时间缩短10%，将过滤系统出水送入下一个处理单元或送入消毒系统。
实例3
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40秒，然后进入絮凝池，絮凝池为机械絮凝池，机械絮凝池的转速控制为60转/分钟，时间控制为15分钟，絮凝结束后进入沉淀池，沉淀池为竖流式沉淀池，控制有效沉降时间为40分钟。
2、过滤系统
将混凝沉淀出水送入过滤系统，过滤池为普通快滤池，与传统混凝沉淀-过滤工艺相比，工作时间延长100%，反冲洗时间缩短25%，将过滤系统出水送入清水池，消毒之后进入配水管网。
实例4
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60秒，然后进入絮凝池，絮凝池为机械絮凝池，机械絮凝池的转速控制为80转/分钟，时间控制为7分钟，絮凝结束后进入沉淀池，沉淀池为平流式沉淀池，控制有效沉降时间为15分钟。
2、过滤系统
将混凝沉淀出水送入过滤系统，过滤池为普通快滤池，与传统混凝沉淀-过滤工艺相比，工作时间延长85%，反冲洗时间缩短10%，将过滤系统出水送入下一个处理单元或送入消毒系统。
应用实例
将以上实施例1、2、3、4工艺用于模拟微污染水和生活污水的处理，并与传统混凝沉淀-过滤工艺作对比，结果如下表。
水恒流量控制系统进水的水质如下：模拟微污染水的浊度为27NTU，CODMn为4.95mg/L，生活污水的浊度为165NTU，CODCr为250mg/L。
表1 本发明工艺与传统混凝沉淀-过滤工艺处理模拟微污染水的效果及工艺参数的对比（投药量为0.125mmol/L，以mmol铁/L水样计）
表2 本发明工艺与传统混凝沉淀-过滤工艺处理生活污水的效果及工艺参数的对比（投药量为1.2mmol/L，以mmol铁/L水样计）
从以上处理结果可见，本发明工艺对于浊度、有机物的去除效果均与传统混凝沉淀-过滤工艺的处理效果相近。