一种滤料表面活性氧化膜的原位剥离方法
【技术领域】
[0001]本发明属于饮用水处理技术领域，主要涉及一种水厂中具备催化氧化去除氨氮功能的滤池滤料表面活性氧化膜原位剥离的技术方法，具体涉及一种技术可行、操作简单、成本低廉、效果显著的滤料表面活性氧化膜剥离的技术方法。
【背景技术】
[0002]近年来，我国水污染日趋严重，饮用水水源也受到不同程度的污染，尤其是近年来全国各地饮用水水源Fe、Mn和氨氮等复合微污染问题的加剧，对饮用水水质安全造成了直接威胁，而常规的饮用水净化工艺已难以保证处理后饮用水的达标供应。
[0003]水厂过滤装置中加入石英砂滤料形成滤料层，随着水处理过程的进行，石英砂滤料表面会形成一层滤膜，滤膜会随着时间增长，该滤膜即滤料表面活性氧化膜。研究表明，在特定条件下，石英砂滤料表面形成的Fe/Mn氧化物活性氧化膜具有催化氧化去除水中氨氮的能力，其原理认为通过活性氧化膜的催化作用降低了化学氧化所需的反应活化能，从而大大提高了对氨氮的氧化速度和氧化效率。该技术合理集成了传质充氧、自然氧化、化学氧化、截留过滤、物理化学吸附、接触催化氧化等多种作用机理和功能，可协同、有效地去除水中氨氮、Fe、Mn、色度和浊度，具有运行成本低、处理效率高、运行稳定、水质安全性高等优势。
[0004]但是，利用该技术的水厂在持续运行几年后，滤料表面的活性氧化膜会越来越厚，过厚的活性氧化膜会导致滤层的孔隙率大大降低，增大了滤池的水头损失，降低了滤池的截污和纳污能力，导致滤池的过滤周期缩短，产水量下降。目前，恢复常规滤池过滤能力最常用的的方法主要是反冲洗，但对于滤料表面形成结构致密紧实的Fe/Mn复合氧化物膜的催化氧化滤池而言，常规的气水反冲洗条件不能使氧化膜有效剥离，而单靠增大气水反冲洗强度不但剥离效果很差，而且用水量和运行成本大幅提高，滤料大量流失。若将滤料移出滤池进行剥膜再生，又会影响水厂生产，工程量和处理费用大大提高。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明的目的在于，提供一种滤料表面活性氧化膜有效剥离的技术方法，不仅能够实现活性氧化膜的有效剥离，恢复滤池的过滤周期，同时还能保证剥离后滤料表面氧化膜的活性不受影响，实现技术可行、操作简单、成本低廉、效果显著之目的。
[0006]为了实现上述任务，本发明采用如下技术方案予以实现:
[0007]—种滤料表面活性氧化膜的原位剥离方法，该方法在过滤装置中接入一套药液投加装置，通过药液投加装置向滤料中加入剥膜剂浸泡滤料，实现滤料表面活性氧化膜的原位剥离。
[0008]本发明还具有如下区别技术特征:
[0009]所述的滤料表面活性氧化膜为滤料表面形成的Fe/Mn复合氧化物膜。
[0010]所述的剥膜剂为质量浓度为0.5g/L?1.5g/L的HCl溶液或质量浓度为1.0g/L?
1.5g/L 的 H2SO4溶液。
[0011]所述的剥膜剂淹没滤料后，剥膜剂的液面高出滤料顶面0.2m?0.4m。
[0012]所述的过滤装置通过反冲洗管道与气水反冲洗装置相连通，所述的剥膜剂浸泡滤料过程中采用气水反冲洗装置向过滤装置中通入反冲洗气体。
[0013]所述反冲洗气体的气冲强度在剥膜阶段中为常规砂滤池反冲洗气冲强度的1/2?2/3，在剥膜阶段完成后进行的反冲洗阶段中的气冲强度与常规砂滤池反冲洗气冲强度相同。
[0014]当滤料表面活性氧化膜的厚度大于等于ΙΟΟμπι时，开始向过滤装置中加入剥膜剂，进行剥膜阶段；当滤料表面活性氧化膜的厚度小于等于40 μ m时，停止向水过滤装置中加入剥膜剂，完成剥膜阶段，通过反冲洗阶段将剥膜剂和剥离下来的滤料表面活性氧化膜冲洗掉。一般情况下，剥膜过程结束的最终标志为活性氧化膜厚度剥至20?40 μ m左右。
[0015]所述的过滤装置通过反冲洗管道与药液投加装置相连通；所述的药液投加装置包括配药罐，配药罐与投药栗连通，投药栗与流量计连通，流量计通过阀门与投药管连通，投药管与反冲洗管道连通。
[0016]具体的，所述的过滤装置包括滤料层、承托层、布水/布气装置、排水渠、阀门与排水管，滤料层下方设置有承托层，承托层下方设置有布水/布气装置，布水/布气装置与反冲洗管道连通；滤料层上方设置有与滤料层连通的排水渠，排水渠通过阀门与排水管连通。
[0017]所述布水/布气装置主要用于过滤系统反冲洗过程的均匀布水和配气，可采用穿孔管、滤砖、滤头等形式。
[0018]具体的，所述的气水反冲洗装置包括两条并联的支路，一条支路上依次串联有鼓风机、流量计、阀门和气水分离器，另一条支路上依次串联有反冲洗水栗、流量计和阀门，两条支路并联后通过配水/配气管与反冲洗管道连通。
[0019]反冲洗水主要用于清洗去除滤料表面剥落的活性氧化膜，同时将滤料清洗干净，水冲强度与常规砂滤池的反冲洗强度相同。
[0020]反冲洗气的作用主要有两个目的:一是在剥膜阶段，用于搅动滤层，利用空气上升扰动使滤料和剥膜剂充分搅拌、混合、接触和反应，加快剥膜速率，气冲强度为常规砂滤池反冲洗气强度的1/3?1/2，以滤层轻微膨胀为宜；二是在反冲洗阶段，用于过滤装置的气水反冲洗时提供气源，气冲强度与常规砂滤池的反冲洗气强度相同。
[0021]本发明的有益效果在于:
[0022]( I )提供了一种滤料表面活性氧化膜原位剥离的工艺方法，既实现了滤料表面活性氧化膜在原有滤池中进行高效剥离，又保证了滤料活性不被破坏，大大延长了滤池的过滤周期。
[0023]( II )本发明所采用的技术方法仅需在现状或新建滤池中增加一套药液投加装置，无需改造现有系统，实施简单、投资节省及运行方便。
[0024]( III)此发明所采用的剥膜剂原料为普通的酸溶液，原料具有成本低廉、来源广泛、易于保存等优点。
[0025]( IV )该系统模块化程度高，能够实现各子系统的精确控制和运行，从而能够根据环境变化实时调节运行工况，使整个系统始终处于最高效的运行状态，大大加快了滤料的剥膜速率。
[0026]( V )剥膜过程的气冲主要作用是既实现滤料与剥膜剂的充分混合接触反应，又可保留原有的气水反冲洗装置，无需外加其他搅拌混合反应装置，使系统能耗降低。
【附图说明】
[0027]图1是剥膜过程的示意图。
[0028]图2是剥膜剂的投加系统示意图。
[0029]图3是不同浸泡时间下的脱膜率。
[0030]图4是成熟的活性滤料的SEM图像(X 5000)。
[0031]图5是石英砂生料的SEM图像(X 3000)。
[0032]图6是成熟的活性滤料被HCl脱膜后的滤料的SEM图像(X 5000)。
[0033]图7是成熟的活性滤料被H2SOJ^膜后的滤料的SEM图像(X 5000)。
[0034]图中各个标号的含义为:a、过滤装置；b、气水反冲洗装置；c、药液投加装置；1、滤料层；2、承托层；3、布水/布气装置；4、排水渠；5、反冲洗水栗；6、鼓风机；7、配药罐；8、投药栗；9-1、9-2、9-3均为流量计；10-1、10-2、10-3、10-4均为阀门；11、反冲洗管道；12、配水/配气管，12-1、配水管，12-2、配气管；13、投药管；14、排水管；15、气水分离器。
[0035]以下结合附图和实施例对本发明的具体内容作进一步详细地说明。
【具体实施方式】
[0036]针对【背景技术】中的难题，需要解决的一个技术问题就是:提出一种适宜、高效的滤料表面氧化膜的原位剥膜方法，以解决现有工艺技术中存在的问题，不仅能够实现活性氧化膜的有效剥离以恢复滤池的过滤周期，同时还要保证不降低滤料表面氧化膜的催化氧化活性。
[0037]遵从上述技术方案，如图1和图2所示，本发明给出一种滤料表面活性氧化膜的原位剥离方法，该方法在过滤装置a中接入一套药液投加装置C，通过药液投加装置c向过滤装置a中加入剥膜剂浸泡滤料，实现滤料表面活性氧化膜的原位剥离。
[0038]具体的，滤料表面活性氧化膜为滤料表面形成的Fe/Mn复合氧化物膜。
[0039]具体的，所述的剥膜剂为质量浓度为0.5g/L?1.5g/L的HCl溶液或质量浓度为
1.0g/L ?1.5g/L 的 H2SO4溶液。
[0040]优选的，剥膜剂淹没滤料后，剥膜剂的液面高出滤料顶面0.2m?0.4m。
[0041]优选的，过滤装置a通过反冲洗管道11与气水反冲洗装置b相连通，所述的剥膜剂浸泡滤料过程中采用气水反冲洗装置b向过滤装置a中通入反冲洗气体。
[0042]更优选的，所述反冲洗气体的气冲强度在剥膜阶段中为常规砂滤池反冲洗气冲强度的1/2?2/3，在剥膜阶段完成后进行的反冲洗阶段中的气冲强度与常规砂滤池反冲洗气冲强度相同。
[0043]进一步地，当滤料表面活性氧化膜的厚度大于等于100 μ m时，开始向过滤装置中加入剥膜剂，进行剥膜阶段；当滤料表面活性氧化膜的厚度小于等于40 μπι时，停止向水过滤装置中加入剥膜剂，完成剥膜阶段，通过反冲洗阶段将剥膜剂和剥离下来的滤料表面活性氧化膜冲洗掉。
[0044]具体的，过滤装置a通过反冲洗管道11与药液投加装置c相连通；所述的药液投加装置c包括配药罐7，配药罐7与投药栗8连通，投药栗8与流量计9-3连通，流量计9-3通过阀门10-3与投药管13连通，投药管13与反冲洗管道11连通。
[0045]具体的，过滤装置a包括滤料层1、承托层2、布水/布气装置3、排水渠4、阀门10_4与排水管14，滤料层I下方设置有承托层2，承托层2下部设置有布水/布气装置3，布水/布气装置3与反冲洗管道11连通；滤料层I上方设置有与滤料层I连通的排水渠4