GAC‑UF一体化净水柱的制作方法

本实用新型一体化净水柱涉及净水工艺技术领域，尤其是涉及一种颗粒活性炭加超滤膜的一体化净水柱，适用于城市给水厂的净水工艺、特别适用于有机物和重金属微污染水源水的处理工艺。

背景技术：

近年来，随着我国工业的发展和农用化学品的增加，饮用水源受到严重污染，并呈发展趋势，水源水的污染不仅给人类的健康带来了较大的危害，而且对传统净水工艺和水质造成很大影响。水污染分类较多，性质复杂，其中污染浓度较低的污染水体被成为“微污染”水。微污染水体的特点主要表现为：有机物增多，氨氮浓度增大，藻类大量繁殖等。以常规地表水为源头的自来水加工只是以简单地混凝、沉淀、过滤、消毒工艺，根本不能消除“微污染”水中的有害物质，难以保证出水水质达标。水中很多有机污染物和重金属本身具有毒性，进入人体后会逐渐积累，对人体健康危害极大。而且某些有机微污染物在氯消毒过程中会引起消毒副产物的产生，比如邻苯二甲酸二丁酯、三卤甲烷、卤乙酸等物质，已经严重威胁人类健康。

目前，依据原水水质特征，将各种预处理技术、深度处理技术与现有传统处理工艺集成联用，是当前受污染微污染水源水净化的基本技术对策；同时随着水处理技术的发展，寻求新型高效的微污染水源水的处理工艺也是研究和实践的热点。

超滤技术的应用可以进行给水深度处理，能有效去除水体中的微污染物质，对水中COD的去除率大概是在20%左右，并可以减少消毒副产物前驱物，从而保障饮用水的水质安全。此外，超滤技术还具有许多优势，例如模装置的模块化和标准化有利于缩短水厂建设周期，实现水量需求与产能建设同步；节约土地资源，并使水厂建设向工厂化发展。从而实现水厂建设方式的重大革新。但超滤对水中小分子量有机污染物和重金属等溶解性有毒有害物质则难以去除，对于高浊度水也难以适应，这时就需要与相关水处理技术形成组合工艺，以达到相应水处理的要求。

活性炭具有巨大的比表面积和发达的孔隙结构，可以将水中的多种物质吸附在表面而去除。在生活饮用水处理时，用以去除水的嗅味以及酚、卤代甲烷、微量有机物、各种重金属等有毒有害物质和剩余氯等。活性炭吸附的有机物质可以为微生物提供载体和营养。总的来说，活性炭为微生物的生存提供了良好的栖息环境，并通过吸附为微生物提供了营养，因此处理后期在活性炭层中形成了具有生物膜的生物活性炭，可增加对微污染水中COD的去除率。

由于水源水质的复杂性，人们积极寻求高效的微污染水水处理工艺，将活性炭-超滤结合起来不失为一种好的有效的处理微污染水的工艺。现在国内外现有的将二者结合大致分为两种：粉末活性炭（PAC）-超滤（UF），颗粒活性炭（GAC）-超滤（UF）。

传统PAC-UF（粉末活性炭-超滤）组合工艺是分别设置PAC池和超滤设备串联运行，将PAC对低分子有机物的吸附优势和UF对大分子有机物及细菌等病原微生物的筛分作用很好地结合在一起，大大提高了有机物的去除率，利用UF膜的物理截留作用去除微粒，将低分子量有机物从水中去除，而且PAC可在超滤膜表面形成一层保护层，有效防止膜污染。但此工艺炭末操作条件苛刻，一次使用后难以回收，从而增加处理成本；滤池生物反冲洗水带出大量PAC，影响配水系统的水质，对污泥处置的影响也很大。

传统GAC-UF（颗粒活性炭-超滤）组合工艺优势分别设置GAC滤池和超滤设备串联运行，利用颗粒活性炭对水中有机物有较好的吸附作用，同时炭砂滤池表面微生物的吸附和附着也对有机物有很好的降解作用，以及超滤膜对浊度、微生物的截留作用，可有效保证饮用水的化学和生物安全性。

但是现有的GAC-UF组合工艺处理微污染水的工艺都是分离式的，不仅占地面积较大，而且若水厂地形不利于重力流，则需要采用泵提升，这样就会导致耗能增加。超滤截留下来的浓水本可以作为颗粒活性炭上微生物生存的养料，若为分离式这一部分浓水将直接排放，造成了水资源的浪费；若以水泵输送至工艺前端，则造成耗能增加。所以将颗粒活性炭和超滤相结合建造是一种经济有效的微污染水处理工艺。

技术实现要素：

针对背景中所提现有PAC-UF和GAC-UF水处理技术的不足，本实用新型一体化设备的目的是提供一种颗粒活性炭加超滤膜的一体化净水柱。

为了实现上述目的，本实用新型一体化净水柱，包括圆柱形的外壳，位于外壳内的颗粒活性炭填料，以及被颗粒活性炭填料包围在中心的超滤膜滤芯，并且超滤膜与颗粒活性炭之间设有圆柱形的不锈钢滤网，所述超滤膜滤芯顶部连接有出水口，所述外壳侧面上端开设有进水口，所述外壳底部设有反冲洗口，所述外壳侧面上端设有反冲洗出水口。以及在进水管、出水管和反冲洗管上都设有阀门。

作为优选的技术方案：

所述新型一体化净水柱是密闭的，一体化设备顶部采用法兰连接，方便检修以及拆卸一体化设备中的超滤膜和颗粒活性炭。

所述新型一体化净水柱中的颗粒活性炭和超滤膜之间设有不锈钢滤网，滤网的作用是阻挡颗粒活性炭的流失以及防止颗粒活性炭的细小颗粒堵塞超滤膜。并且在装置下部设有承托层，防止颗粒活性炭流失而堵塞反冲洗管。

所述新型一体化净水柱中采用的颗粒活性炭为易挂膜的活性炭，以便更容易转化为生物活性炭。

运行一段时间，颗粒活性炭吸附达到饱和或者其上生长的生物膜老化则需要对颗粒活性炭进行反冲洗。反冲洗时由一体化净水柱底部反冲洗管进水，从一体化净水柱的侧面上端反冲洗水出水口排出。当超滤膜运行压力大于其工作压力时则需要对超滤膜进行反冲洗。对超滤膜反冲洗时，反冲洗水从超滤膜的出水端进水，从净水柱侧面上端反冲洗出水口排出。

采用上述结构后，原水从进水口进入，从上而下流经颗粒活性炭，再从超滤膜周围进入（即外压式超滤膜，浓水被截留在膜外），滤后水从上部出水口流出。由超滤膜截留下来的浓水（有机物质较多的水）可以成为颗粒活性炭上生物膜生长和繁殖所必需的营养基质，加速了颗粒活性炭向生物活性炭转化的过程，而且同时免去了浓水的排放达到了一体化净水柱的节水性。当颗粒活性炭转为生物活性炭后，生物降解和吸附同时进行，更加有利于原水中有机物质的去除，超滤膜作为最后一道屏障，截留了细菌物质等，更加保障出水水质。

采用上述结构后，与现有净水工艺相比所具有的优点：它具有占地面积小的独特优势；运行前期颗粒活性炭协同超滤膜一起对出水水质达到双重保障；运行一段时间后颗粒活性炭会挂膜成为生物活性炭，生物降解和吸附同时进行可使出水水质更有保障；UF产生的浓水无需回流，节省电耗；浓水不外排而体现节水；由于反冲洗在一体化柱内完成，与传统工艺相比，活性炭的损耗量远小于活性炭池，不会对污泥处置系统造成不良影响；运行中水先通过GAC，然后通过UF，全过程中UF可将微小的活性炭截留而不进入水中，避免了微小活性炭通过饮水对人体健康产生危害。

附图说明

图1是本实用新型一体化净水柱结构示意图。

图2是本实用新型一体化净水柱1-1剖面图。

图3是本实用新型一体化净水柱2-2剖面图。

图中:1：进水管；2：新型一体化净水柱外壳；3：颗粒活性炭填料 ；4：超滤膜滤芯； 5：出水口/超滤膜反冲洗进水口；6：承托层；7：颗粒活性炭反冲洗进水口；8：反冲洗出水口；9：阀门；10：不锈钢滤网。

a：法兰连接 ；b：超滤膜出水管与装置上部为密封垫圈；c：固定（超滤膜）支架；d：固定（超滤膜）底座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型一体化净水柱进行进一步说明。

实施例，见图1所示：

本实用新型一体化净水柱是一种颗粒活性炭加超滤的净水设备，它包括净水柱外壳2，位于外壳内的颗粒活性炭3，以及被活性炭包围在内的超滤膜滤芯4，颗粒活性炭3与超滤膜滤芯4之间设置有不锈钢滤网10，所述净水柱底部设有承托层6，超滤膜滤芯4顶部连接有出水口5，所述外壳2侧面底部设有进水口1，必要时原水充氧后由进水口1进入，首先从上至下流经颗粒活性炭3进行吸附过滤，并且此时微污染水中含有的有机物可以成为微生物生存必备的营养物质，微生物开始在活性炭的孔隙中滋生。经颗粒活性炭过滤后的水从超滤膜4膜丝周围进入超滤膜4（即外压式超滤膜，浓水被截留在膜外），经超滤膜处理后水从出水口5排出。在此过程中由超滤截留下来的浓水可以成为颗粒活性炭3上微生物生长繁殖的养料，从而促进挂膜，使得后期颗粒活性炭转化为生物活性炭，实现生物降解和吸附同时进行。运行一段时间，颗粒活性炭3吸附达到饱和或者其上生长的生物膜老化则需要对颗粒活性炭进行反冲洗。反冲洗时由一体化设备底部颗粒活性炭反冲洗管7进水，从一体化设备的侧面上端反冲洗水出水口8排出。当超滤膜4运行压力大于其工作压力时则需要对超滤膜进行反冲洗。对超滤膜反冲洗时，反冲洗水从超滤膜的出水口5进水，从装置侧面上端反冲洗出水口8排出。

当一体化净水柱出现故障或者需要更换超滤膜4或者添加活性炭3时 ，将一体化设备的上部打开（上部顶端a采用法兰连接，可拆卸），可以进行故障处理或者滤芯更换。

本实用新型一体化净水柱通过将超滤膜和颗粒活性炭净水两者合一，全部置于一个净水设备内，节省占地面积，并且由超滤截留的浓水又可以作为颗粒活性炭上微生物的养料，促进其挂膜，节水率提高。由此可见此设备在微污染水处理方面有很大的应用前景。

以上所述仅是本实用新型的较佳实施方式，故凡是依本专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者修饰，均包括于本实用新型专利申请范围内。