一种微污染水源水的水处理系统及水处理方法与流程

本发明属于水处理技术领域，更具体地，涉及一种微污染水源水的水处理系统及水处理方法。

背景技术：

工业生产和农业活动等方面的污水如果不能得到有效处理就直接排放到自然水体会造成水源地的污染，这是造成饮用水源微污染的主要原因。在我国的不同地区，由于自然、社会环境的差异，水源地的污染呈现不同特点，水源水质问题也不尽相同。总体来说，微污染水主要受到天然有机物和微量难降解有机物的污染。尽管微污染水源水中污染物总量较低，但污染物种类繁多、性质复杂，常规水处理工艺(混凝、沉淀、过滤、消毒)难以有效净化微污染水源水.

目前比较普遍的微污染水源水处理技术是在常规工艺基础上进行强化或采用深度处理工艺，目前应用较广的处理方法有吸附法、强化混凝沉淀法，膜分离法等。吸附法是采用具有吸附能力的吸附剂将水体中的有机污染物吸附到吸附剂中，从而使有机污染物与水体分离。吸附法的优点是设备简单、操作方便，但吸附法也有缺点，由于在水处理中添加了吸附剂，还要考虑吸附剂的回收，这就增加了水处理过程中的运行成本，给实际应用带来困难。强化混凝是通过向水中投加过量的混凝剂并控制一定的ph值，提高常规处理中混凝工序的处理效果，最大限度地去除水中悬浮颗粒物和有机污染物，强化混凝工艺具有操作简便、但由于额外投加ph调节药剂及混凝剂，势必会造成水厂运行费用的增加。超滤(uf)技术被广泛应用于饮用水处理和废水处理与回用等方面，其对悬浮物、胶体物质、无机颗粒和致病的微生物都有很好的截留效果。然而当超滤技术单独使用时，由于膜污染会引起通量下降和跨膜压差上升，缩短了超滤膜的使用寿命，使得运行费用和制水成本增加，限制了其发展。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种微污染水源水的水处理系统及方法，本发明的水处理系统和方法能耗低、运行稳定，处理后的出水水质优良，能满足我国《生活饮用水卫生标准》(gb5749-2006)要求。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供一种微污染水源水的水处理系统，该水处理系统包括：第一化学混凝装置、第二化学混凝装置和超滤膜分离装置；其中，所述第一化学混凝装置与所述第二化学混凝装置连通，所述第二化学混凝装置和所述超滤膜分离装置连通。

本发明的另一方面提供一种微污染水源水的水处理方法，利用上述水处理系统进行水处理，该水处理方法包括：

(1)将原水输送至第一化学混凝装置中，进行第一化学混凝处理，得到第一混合液；

(2)将所述第一混合液输送至第二化学混凝装置中，进行第二化学混凝处理，得到第二混合液；

(3)将所述第二混合液输送至超滤膜分离装置中，进行固液分离处理。

本发明的技术方案具有如下有益效果：

(1)本发明的水处理方法：通过优化混凝并协同超滤膜分离工艺去除微污染水源水中的污染物质，使处理后的出水能满足我国《生活饮用水卫生标准》(gb5749-2006)要求，该工艺结构简单，出水水质稳定，膜装置运行压力损失小，膜通量衰减速度低，膜组件反洗频率低。

(2)本发明首先在第一混凝池内通过铁盐混凝剂对原水进行混凝，利用fe³⁺在溶液本体中自发进行原位水解反应产生带正电荷的水解产物，利用这些水解产物与水中带负电荷的有机污染物进行电中和反应，降低有机物表面的电位，使水中胶体污染物脱稳聚集成大的颗粒。同时水解产物具有较大的比表面积，有利于其吸附有机物和悬浮颗粒，提高混凝效果。

(3)由于经过铁盐混凝剂水解反应后使第一混凝池内混合液的ph值呈弱酸性(5-6.5)，在低ph值条件下，使形成的水解产物所带正电荷密度升高，同时水中有机污染物的质子化程度由于ph的降低而迅速升高，有利于有机物吸附到混凝剂的水解产物上，这样可提高水中溶解态有机物的去除率，进而提高水中有机物总的去除率。

(4)本发明中，第一混合液进入第二混凝池内，利用混合液的弱酸性条件(ph＝5-6.5)，使投加的铝盐混凝剂水解产生为以al³⁺的中聚体为主的alb絮凝体，该絮凝体有很强的正电荷和吸附聚集能力，因而具有很强的电中和粘附架桥能力，能对水体中的有机污染物表现出优越的凝聚-絮凝作用。

(5)本发明中，铁盐和铝盐的水解产物，其表面积巨大，对水中的金属有吸附、混晶、裹挟等作用，水解产物表面oh^-浓度远高于水中，并有继续吸附其他金属离子的能力，从而降低出水中残余铁和铝的浓度。

(6)本发明中的铁盐和铝盐的水解产物会产生共聚效应，共聚物的吸附架桥，卷扫作用都很强，加之形成的絮凝体密实，与水体中的有机污染物结合形成的絮体较稳定，强度高，不容易再被外力破坏；当絮体被吸附到超滤膜表面时，形成的滤饼层不容易被压力压碎、压实，因而滤饼层疏松多孔，表面也相对比较粗糙，大大减缓了膜污染，提高了产水量，同时有效降低了膜清洗频率。

(7)本发明工艺所采用的混凝剂均为传统的无机盐混凝剂，具有生产工艺简单，价格相对低廉的特点。该工艺可随原水污染物浓度的不同而灵活改变加药量，有效地从水中去除悬浮物，胶体以及分子态和离子态的一些物质，保证出水水质符合《生活饮用水卫生标准》(gb5749-2006)要求。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的微污染水源水的水处理系统的示意性结构图。(图1中箭头方向代表原水在水处理系统中的流动方向)

附图标记说明：

1、第一输送管2、第一混凝池3、第一混凝剂投加单元4、第一搅拌单元5、第二输送管6、第二混凝池7、第二混凝剂投加单元8、第二搅拌单元9、第三输送管10、浸没式超滤膜池11、超滤膜组件12、出水管13、抽吸泵14、污泥排放管

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明的一方面提供一种微污染水源水的水处理系统，该水处理系统包括：第一化学混凝装置、第二化学混凝装置和超滤膜分离装置；其中，所述第一化学混凝装置与所述第二化学混凝装置连通，所述第二化学混凝装置和所述超滤膜分离装置连通。

根据本发明，优选地，所述第一化学混凝装置包括：第一混凝池、第一混凝剂投加单元和第一搅拌单元；

第一输送管接入所述第一混凝池的进水口，所述第一混凝池的出水口通过第二输送管与所述第二化学混凝装置连通；所述第一混凝池上部设置有第一混凝剂投加单元，所述第一混凝池内设置有所述第一搅拌单元；

所述第一混凝剂投加单元投加的混凝剂为铁盐混凝剂；所述铁盐混凝剂优选为三氯化铁或硫酸铁。

本发明中，原水通过第一输送管进入第一混凝池，在第一混凝池2中通过第一混凝剂投加单元投加的铁盐混凝剂，在第一混凝池中的第一搅拌单元的搅拌作用下，铁盐混凝剂中的fe³⁺在溶液本体中自发进行原位水解反应产生fe(oh)²⁺、fe2(oh)2⁴⁺、fe3(oh)5⁴⁺、[fe3(oh)4(h2o)5]⁵⁺等带正电荷的水解产物，经过水解反应后混合液ph呈弱酸性，同时这些带正电荷水解产物与水中带负电荷的有机污染物进行电中和反应，降低有机物表面的电位，使水中胶体污染物脱稳聚集成大的颗粒。

根据本发明，优选地，所述第二化学混凝装置包括：第二混凝池、第二混凝剂投加单元和第二搅拌单元；

所述第二混凝池的进水口通过第二输送管与所述第一化学混凝装置连通，所述第二混凝池的出水口通过第三输送管与所述超滤膜分离装置连通；所述第二混凝池上部设置有第二混凝剂投加单元，所述第二混凝池内设置有所述第二搅拌单元；

所述第二混凝剂投加单元投加的混凝剂为铝盐混凝剂；所述铝盐混凝剂优选为三氯化铝或硫酸铝。

本发明中，经过铁盐混凝处理后的水通过第二输送管自流进入第二混凝池内，在第二混凝池中通过第二混凝剂投加单元投加铝盐混凝剂，在第二混凝池中的第二搅拌单元的搅拌作用下，铝盐中的al³⁺在弱酸性环境中发生水解反应生成以中聚体为主的alb絮凝体，该絮凝体具有高的电荷，电中和能力强，形成比较均匀、多孔隙、具有一定密实度的絮体团簇，比表面积大，吸附能力强，能对水体中的带负电荷的有机污染物通过电中和、吸附架桥等作用高效去除。

本发明中，第一混凝剂投加单元和第二混凝剂投加单元均为本领域常规的混凝剂投加装置，例如，加药管；第一搅拌单元和第二搅拌单元均为本领域常规的搅拌装置，例如搅拌桨。

根据本发明，优选地，所述超滤膜分离装置包括：浸没式超滤膜池和超滤膜组件；

所述浸没式超滤膜池的进水口通过第三输送管与所述第二化学混凝装置连通；所述浸没式超滤膜池内设置有超滤膜组件。

根据本发明，优选地，所述超滤膜组件的出水口与出水管连通，所述出水管上设置有抽吸泵。

本发明中，经过铁盐和铝盐混凝反应后的水通过第三输送管进入浸没式超滤膜池，在出水管上抽吸泵的抽吸作用下通过超滤膜组件的分离作用滤去水中的絮体颗粒、残余的有机污染物以及胶体、细菌、病毒。抽吸泵的出水即为符合gb5749-2006卫生标准的饮用水。

根据本发明，优选地，所述水处理系统还包括污泥排放管，所述污泥排放管与所述浸没式超滤膜池的底部连通。

优选地，所述污泥排放管上设置有放空阀门。

本发明中，根据超滤膜池内混合液的水质情况确定超滤膜处理水池定期放空排泥的时间，通过打开放空阀门进行放空，然后重新进水。

本发明中，超滤膜组件可以为本领域常规的超滤膜组件，优选地，所述超滤膜组件所用的超滤膜的膜孔径为0.02-0.06μm。

本发明中，所述超滤膜组件所用的超滤膜为聚偏氟乙烯中空纤维膜。

作为优选方案，本发明的水处理系统还设置有反洗水泵，反洗水泵对超滤膜组件进行定期反冲洗，反洗用水采用抽吸泵的出水。

本发明的另一方面提供一种微污染水源水的水处理方法，利用上述水处理系统进行水处理，该水处理方法包括：

(1)将原水输送至第一化学混凝装置中，进行第一化学混凝处理，得到第一混合液；

(2)将所述第一混合液输送至第二化学混凝装置中，进行第二化学混凝处理，得到第二混合液；

(3)将所述第二混合液输送至超滤膜分离装置中，进行固液分离处理。

本发明的方法，采用传统无机铁盐和无机铝盐混凝剂进行耦合混凝，再协同超滤膜分离作用处理微污染水源水，其是一种通过优化混凝并协同超滤处理微污染水源水的新工艺。

根据本发明，优选地，步骤(1)中，所述第一化学混凝装置中投加的混凝剂为铁盐混凝剂，由所述混凝剂引入的fe³⁺的投加量为0.02～0.06mmol/l；所述第一化学混凝装置内的水力停留时间为5-10min；处理后的第一混合液的ph值为5-6.5。

本发明中，由所述混凝剂引入的fe³⁺的投加量为0.02～0.06mmol/l是指相对于1l的原水，由所述混凝剂引入的fe³⁺的投加量为0.02～0.06mmol。

本发明中，优选地，所述铁盐混凝剂为三氯化铁或硫酸铁。

根据本发明，优选地，步骤(2)中，所述第二化学混凝装置中投加的混凝剂为铝盐混凝剂，由所述混凝剂引入的al³⁺的投加量为0.02～0.08mmol/l；所述第二化学混凝装置内的水力停留时间为8-12min。

本发明中，由所述混凝剂引入的al³⁺的投加量为0.02～0.08mmol/l是指相对于1l的原水，由所述混凝剂引入的al³⁺的投加量为0.02～0.08mmol。

本发明中，优选地，所述铝盐混凝剂为三氯化铝或硫酸铝。

根据本发明，优选地，步骤(3)中，所述超滤膜分离装置包括：浸没式超滤膜池和超滤膜组件；所述超滤膜组件的出水口与出水管连通，所述出水管上设置有抽吸泵；所述固液分离处理为在所述抽吸泵的抽吸作用下通过所述超滤膜组件进行固液分离处理。

以下通过实施例进一步说明本发明：

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种微污染水源水的水处理系统，该水处理系统包括：第一化学混凝装置、第二化学混凝装置和超滤膜分离装置；其中，所述第一化学混凝装置包括：第一混凝池2、第一混凝剂投加单元3和第一搅拌单元4；所述第二化学混凝装置包括：第二混凝池6、第二混凝剂投加单元7和第二搅拌单元8；所述超滤膜分离装置包括：浸没式超滤膜池10和超滤膜组件11；

其中，第一输送管1的输出端接入所述第一混凝池2的进水口，所述第一混凝池2上部设置有第一混凝剂投加单元3，第一混凝剂投加单元3为第一混凝剂加药管，所述第一混凝剂投加单元3投加的混凝剂为三氯化铁；所述第一混凝池2内设置有所述第一搅拌单元4；所述第一混凝池2的出水口与第二输送管5的输入端连通，第二输送管5的输出端与所述第二混凝池6的进水口连通；所述第二混凝池6上部设置有第二混凝剂投加单元7，第二混凝剂投加单元7为第二混凝剂加药管，所述第二混凝剂投加单元7投加的混凝剂为三氯化铝；所述第二混凝池6内设置有所述第二搅拌单元8；所述第二混凝池6的出水口与第三输送管9的输入端连通，所述第三输送管9的输出端与所述浸没式超滤膜池10的进水口连通；所述浸没式超滤膜池10内设置有超滤膜组件11，所述超滤膜组件11的出水口与出水管12连通，所述出水管12上设置有抽吸泵13；所述超滤膜组件11所用的超滤膜的膜孔径为0.04μm。所述水处理系统还包括污泥排放管14，所述污泥排放管14与所述浸没式超滤膜池10的底部连通。

利用上述水处理系统进行水处理，该水处理方法包括如下步骤：

(1)将原水输送至第一化学混凝装置中，进行第一化学混凝处理，得到第一混合液；

(2)将所述第一混合液输送至第二化学混凝装置中，进行第二化学混凝处理，得到第二混合液；

(3)将所述第二混合液输送至超滤膜分离装置中，所述第二混合液在所述抽吸泵13的抽吸作用下通过所述超滤膜组件11进行固液分离处理；

其中，待处理原水浊度为8.4ntu，uv254为0.180cm^-1，toc为9.03mg/l，采用本发明的方法，原水在第一混凝池2中的反应时间为7分钟，由混凝剂fecl3引入的fe³⁺的投加量为0.035mmol/l，经过铁盐混凝后的第一混合液ph值为6.25，然后进入第二混凝池6，反应时间为9分钟，由混凝剂alcl3引入的al³⁺的投加量为0.045mmol/l；原水经过铁盐和铝盐混凝反应后进入浸没式超滤膜池10，超滤膜组件11所用超滤膜为聚偏氟乙烯中空纤维膜，膜孔径0.04μm，超滤膜组件11的原始膜通量为60l/m²·h；

经超滤膜进行分离后的出水浊度为0.68ntu，uv254为0.024cm^-1，toc浓度为2.52mg/l，出水中溶解性余铁和余铝的浓度分别为0.12mg/l和0.06mg/l，达到《国家生活饮用水卫生标准(gb5749-2006)》要求；

本实施例运行10天，膜过滤压差为11.6kpa，膜通量为53.2l/m²·h，即膜过滤压差及膜通量一直维持在正常范围内，无需进行反冲洗。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。