O₃-BAC水处理工艺及其配套饮用水处理设备的制作方法

专利名称：O₃-BAC水处理工艺及其配套饮用水处理设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种饮用水处理工艺及设备，特别是涉及一种O3-BAC水处理工艺及其配套饮用水处理设备。
背景技术：
O3-BAC (臭氧-生物活性炭)深度处理工艺是国内外研究较多的给水处理技术。 O3-BAC工艺是将活性炭物理化学吸附、臭氧化学氧化、生物氧化降解及臭氧灭菌消毒四种技术集成为一体的工艺。从20世纪60年代开始，欧洲一些国家就利用生物活性炭技术来处理饮用水，并取得良好的效果。德国杜塞尔多夫水处理厂首先采用臭氧-生物活性炭技术，我国自20世纪80年代开始研究O3-BAC工艺，目前全国多个地区均已有水厂运行。O3-BAC工艺的一般工艺流程为取水一预臭氧接触处理一混凝沉淀一砂过滤一后臭氧接触处理一炭过滤一消毒一供水。该工艺主要由两部分组成臭氧氧化和生物活性炭的物理吸附、生物降解。臭氧具有极强的氧化能力，其在水中的氧化还原电位仅次于氟。利用臭氧的氧化作用，初步氧化分解水中的一部分简单的有机物及其还原性物质，使之变为 0)2和!120，以降低生物活性炭滤池的有机负荷，提高活性炭处理能力。颗粒活性炭极其丰富的微孔体积和巨大的比表面积，使其具有良好的吸附性能。而水中溶解杂质溶质分子的憎水性和活性炭对溶质分子的静电吸附、物理化学吸附以及生物吸附的联合作用，使活性炭对多种分子量大而极性小的有机有害物质、金属、非金属、色、嗅、味、酚类、表面活性剂、不易溶解的碳氢化合物以及各种农药去除效果明显。但对极性溶剂和分子量小的有机氯化物吸附较差，而且需要频繁再生、费用较高。颗粒活性炭又是微生物生长的载体，但必须以水中充足的溶解氧作为好氧微生物着床、生长、繁殖的必要条件。活性炭表面及微孔形成的微生物膜通过生物降解作用，可进一步降解在活性炭表面及微孔富集的有机物，从而降低了活性炭的吸附饱和度，延长了其使用寿命。因其生物活性炭是通过界面吸附作用实现水质净化的目的。臭氧和活性炭吸附联合使用，除可保持各自的优势外，臭氧对大分子的开链作用与充氧作用，为活性炭提供了更易吸附的小分子物质和产生生物活性炭作用的溶解氧，而臭氧化可能产生的有害物质，则可被活性炭吸附并降解，这使臭氧一生物活性炭吸附工艺相得益彰。O3-BAC深度处理工艺对有机物、NH4+-N、N02__N等的去除效果良好，出水水质可达到《饮用净水水质标准》(CJ94-1999)。但是，该工艺对NH4+-N的去除效果随季节变化而波动很大，例如文献《杭州市南星水厂O3-BAC工艺的运行效果分析》(中国给水排水，第22卷第17期)中指出，其所使用的O3-BAC工艺在每年的11月份至次年的2月份对NH4+-N的去除率只有61-79. 89%，而在其他时间对NH4+-N的去除率均可达97%以上。这主要是由于冬季气温低，生物活性炭上微生物的活性弱，而进入3月份后，随着气温的上升则微生物逐渐恢复其活动能力，对C、N、P等营养物质的需求增加，对NH4+-N的去除率也随之提高。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种O3-BAC水处理工艺及其配套的饮用水处理设备，该设备可适用于不同季节，适用于各种微污染原水，可以解决现有技术中存在的上述技术问题。为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供了一种臭氧-生物活性炭水处理工艺，包括以下步骤
·
I)将原水通入预臭氧接触柱中与臭氧接触；2)所述预臭氧接触柱的出水与混凝剂混合后进入混凝沉淀器中混凝沉淀；3)所述混凝沉淀器的出水依次经石英砂过滤器和精细过滤器过滤；4)所述精细过滤器的出水进入后臭氧接触柱中与臭氧接触；5)所述后臭氧接触柱的出水再依次经活性炭过滤器和超滤膜过滤系统过滤。优选地，步骤I)中，所述预臭氧接触柱中的臭氧投加量为l_2mg/L，接触时间为 3-10min。最优选地,步骤I)中,所述预臭氧接触柱中的臭氧投加量为I. 5mg/L,接触时间为 3min。优选地，步骤2)中，所述混凝剂可选用聚硅硫酸亚铁(PFSS)。更优选的，所述聚硅硫酸亚铁的硅铁摩尔比为I: f 2:1。优选地，步骤3)中，所述石英砂过滤器内装填粒径为O. 8-1. Omm的均质石英砂，水流速度控制在8-10m/h。所述精细过滤器内装填粒径为O. 3-0. 5mm的均质石英砂。优选地，控制所述混凝沉淀器出水的浊度在2NTU以下，控制所述石英砂过滤器出水的浊度在INTU以下，控制所述精细过滤器出水的浊度在O. 3NTU以下。优选地，步骤4)中，所述后臭氧接触柱中的臭氧投加量为I. 0-2. Omg/L，接触时间为3-10min。后臭氧接触塔出水中平均余臭氧浓度保持在O. 03-0. 07mg/L左右。最优选地， 步骤4)中，所述后臭氧接触柱中的臭氧投加量为I. 0-2. Omg/L，接触时间为3min。后臭氧接触塔出水中平均余臭氧浓度保持在O. 05mg/L左右。优选地，步骤4)中，所述后臭氧接触柱的处理水量为I. 5-2. 5m3/h。更优选地，步骤5)中，所述活性炭过滤器中的滤速为活性炭柱滤速8-10m/h，炭层接触时间10-15min左右。最优选的，步骤5)中，所述活性炭过滤器中的滤速为活性炭柱滤速8m/h,炭层接触时间IOmin左右。更优选地，步骤5)中，控制所述活性炭过滤器进水的氨氮浓度为O. 66-0. 86mg/L, 以利于活性炭柱的挂膜。最优选的，步骤5)中，控制所述活性炭过滤器进水的氨氮浓度为
O.77mg/L。更优选地，步骤5)中，所述活性炭过滤器内设有曝气装置，控制曝气气水比为
O.65-0. 85。优选地，步骤5)中，所述活性炭过滤器内的水力负荷为9_llm3/m2.h，最佳水力负荷值为 10m3/m2.h。优选地，所述原水在进入预臭氧接触柱前，还经过次氯酸钠氧化。优选地，步骤5)中，所述活性炭过滤器的出水在进入所述超滤膜过滤系统前，还加入阻垢剂。所述阻垢剂可选用Bell300超滤专用清洗剂。优选地，步骤5)中，所述超滤膜过滤系统的出水经过次氯酸钠消毒后可作为饮用水使用。本发明还提供了一种基于上述O3-BAC水处理工艺的饮用水处理设备，包括相连接的臭氧-活性炭处理系统和超滤膜过滤系统，所述臭氧-活性炭处理系统包括依次连接的预臭氧接触柱、混凝沉淀器、石英砂过滤器、精细过滤器、后臭氧接触柱和活性炭过滤器；所述活性炭过滤器和所述超滤膜过滤系统相连接。优选地，所述混凝沉淀器为斜管混凝沉淀器。优选地，所述混凝沉淀器的前面还连接有混凝剂投加系统。更优选地，所述混凝沉淀器与所述混凝剂投加系统之间还设有静态混合器。优选地，还包括臭氧发生装置，所述臭氧发生装置与所述预臭氧接触柱和后臭氧接触柱的底部连接。优选地，还包括臭氧消除器，所述臭氧消除器与所述预臭氧接触柱和后臭氧接触柱的顶部连接。

优选地，所述超滤膜过滤系统包括依次串联的保安过滤器、增压泵和超滤膜组件。更优地，所述保安过滤器的前面还连接有阻垢剂投加系统。更优地，所述超滤膜组件由多级超滤膜串联而成，每一级超滤膜的输出端还通过一个阀门与出水管相连。更优地，还包括一套清洗管路与所述超滤膜过滤系统相连接。优选地，还包括一个出水槽与超滤膜过滤系统的出水管相连接，出水槽内设有液位传感器和余氯传感器。更优选地，还包括次氯酸钠投加系统，所述次氯酸钠投加系统与所述出水槽相连接。更优选地，还包括次氯酸钠投加系统，所述次氯酸钠投加系统与预臭氧接触柱的进水管相连接。更优地，所述饮用水处理一体化设备集成在一个集装箱内。如上所述，本发明所述提供的O3-BAC水处理工艺及其配套饮用水处理设备，具有以下有益效果本发明采用O3-BAC水处理工艺，通过对各工艺参数的精确控制，出水可满足饮用净水的水质标准(CJ94—1999)，能够对浊度、色度、臭和味、氨、亚硝酸盐、有机物、有机卤化物等进行有效的去除，真正达到优质健康引用水标准，并且该工艺不受季节因素限制，适用于不同季节。同时，本发明所提供的饮用水处理设备可集成在一个集装箱内，移动方便、成本较低、适合多种动力(电源、发电机等)，是城市分质供水很有竞争力的一体化设备，为具有较高健康需求的人群提供优质的饮用水。同时也可以作为停电、自然灾害、饮用水水源污染等突发事件发生时的应急设备。


图I显示为本发明O3-BAC水处理工艺的流程图。图2显示为本发明一种实施例的水处理设备组成示意图。元件标号说明I取水泵2臭氧-活性炭处理系统
21预臭氧接触柱22混凝沉淀器23石英砂过滤器24精细过滤器25后臭氧接触柱26活性炭过滤器27混凝剂投加系统3超滤膜过滤系统31阻垢剂投加系统32保安过滤器33电磁阀34增压泵35第一级超滤膜36第二级超滤膜37第三级超滤膜38最后一级超滤膜39截止阀41臭氧发生装置42臭氧消除器5静态混合器61,62 次氯酸钠投加系统7出水管8清洗管路81清洗槽9出水槽91高液位传感器92余氯传感器93低液位传感器
具体实施例方式以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说 明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式
加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。如图I、图2所示，本发明提供的一种饮用水处理设备包括相连接的臭氧-活性炭处理系统2和超滤膜过滤系统3。臭氧-活性炭处理系统2包括依次连接的预臭氧接触柱 21、混凝沉淀器22、石英砂过滤器23、精细过滤器24、后臭氧接触柱25和活性炭过滤器26。 其中，臭氧-活性炭处理系统2的水源可由取水泵I共给，取水泵I可以从河、湖、渠、沟等淡水源中取水。
预臭氧接触柱21和后臭氧接触柱25的臭氧气源可以使用成品纯液态氧、现场用空气制备纯气态氧或直接利用空气。为提高臭氧浓度，节省能耗，降低设备及管道尺寸，本发明将臭氧发生装置41与预臭氧接触柱21和后臭氧接触柱25的底部连接，通过臭氧发生装置41利用空气现场制备臭氧。本发明还包括一混凝剂投加系统27，其通过静态混合气连接于混凝沉淀器22的进水管道上。混凝剂投加系统27投加的混凝剂可选用由硫酸亚铁和水玻璃制备获得的 PFSS0混凝沉淀器22优选使用斜管混凝沉淀器。超滤膜过滤系统3包括依次串联的阻垢剂投加系统31、保安过滤器32、电磁阀33、 增压泵34和超滤膜组件。其中超滤膜组件由多级超滤膜串联而成，第一级超滤膜35的输出端连接第二级超滤膜36，第二级超滤膜36的输出端连接第三级超滤膜37……最后一级超滤膜38的输出端连接出水管7，另外，每一级超滤膜35、36、37的输出端还分别通过一个截止阀与出水管7相连。这样通过控制每个截止阀39的开关状态，就可以形成不同的超滤膜串联级数，根据原水水质的不同，可以采用一级膜过滤、两级膜过滤或多级膜过滤，以保证出水水质。阻垢剂投加系统31向水中投加阻垢剂，可以防止超滤膜结垢，延长超滤膜的使用寿命。为了对超滤膜过滤系统3进行定期清洗，本实施例还设置了一套清洗管路8与超滤膜过滤系统3相连接。清洗管路8可以从出水管7取清洁水对超滤膜进行清洗，也可以设置一个储存清洁水的清洗桶81与清洗管路8相连接，清洗管路8与超滤膜过滤系统3的连接位置在电磁阀33和增压泵34之间，当关闭电磁阀33时，打开清洗管路8，利用增压泵 34吸取清洁水对增压泵34和超滤膜组件进行清洗。
在本实施例中，还设置了相连接的次氯酸钠投加系统62和出水槽9，次氯酸钠投加系统62和出水槽9之间还设有静态混合器5。超滤膜过滤系统3的出水管7与出水槽9 相连接，出水槽9内设有高、低液位传感器91、93和余氯传感器92，根据出水槽内的液位，控制系统可以自动控制泵的运转，根据出水中的余氯量，控制ClO2的投加量。进一步的，在本实施例中，还可以包括与预臭氧接触柱22的进水管相连接的次氯酸钠投加系统61，用于对进入臭氧-活性炭处理系统2中的原水进行预氧化。此外，在本实施例中，还可以设置与预臭氧接触柱21和后臭氧接触柱25的顶部连接的臭氧消除器42，用于收集预臭氧接触柱21和后臭氧接触柱25排出的剩余臭氧，并将其分解成对环境无害的氧气。上述饮用水处理设备可以集成在一个标准集装箱内，可以搭载在集装箱卡车上， 形成一个移动式一体化饮用水处理设备。当设备启动后，原水先通过次氯酸钠消毒后，再进入臭氧-活性炭处理系统2。在臭氧-活性炭处理系统2中，原水依次经过预臭氧接触柱21、混凝沉淀器22、石英砂过滤器 23、精细过滤器24、后臭氧接触柱25和活性炭过滤器26进行处理。其中预臭氧接触柱21中臭氧投加量为I. 5mg/L,接触时间为3min。预臭氧接触柱可以初步氧化分解水中的一部分简单的有机物及其还原性物质，使之变为CO2和H2O,以降低生物活性炭滤池的有机负荷，提高活性炭处理能力；同时臭氧具备助凝作用，有利于混凝沉淀。混凝剂PFSS经混凝剂投加系统27加入预臭氧接触柱21的出水管道中，并经静态混合器5充分混合后进入混凝沉淀器22中，应用沉淀作用去除水中悬浮物，将混凝沉淀器 22出口水浊度降至2NTU以内。优选的，混凝沉淀器22可采用斜管沉淀器，容器中加设斜管，可以大大提高沉淀效率，缩短沉淀时间，减小沉淀池体积。本发明中使用的混凝剂PFSS 是用硫酸亚铁和水玻璃制备获得的，与硫酸亚铁相比，具有更宽的PH适应范围和优良的混凝沉降性能。当用硅铁摩尔比为1:广2:1的PFSS处理浊度为20. 5NTU的高岭土水时，在 PFSS投加的质量浓度为O. 75mg/L、pH值大于7的条件下，可使水浊度降低到2NTU以下，其混凝性能远优于硫酸亚铁等传统混凝剂，而且没有类似铝盐的有害物质残留在饮用水中。混凝沉淀器22 出水进入石英砂过滤器23内过滤，水流速度控制在8_10m/h左右； 石英砂过滤器23内装填I. 5米厚度的粒径为O. 8-1. Omm均质石英砂，利用石英砂作为过滤介质，有效的截留除去水中的悬浮物、有机物、胶质颗粒、微生物、氯、嗅味及部分重金属离子等，最终达到降低水浊度、净化水质效果，本阶段可以将石英砂过滤器23出口水浊度降至INTU以内。石英砂过滤器23的出水进入精细过滤器24内进一步过滤；精细过滤器24内装填 I米厚度的粒径为O. 3-0. 5mm的石英砂，利用更细的石英砂作为过滤介质，经过上述处理出水浊度已经可以达到O. 3NTU以下。精细过滤器24出水进入后臭氧接触柱25中与臭氧接触，臭氧投加量为
I.0-2. Omg/L，接触时间为3min。后臭氧接触柱25中设有混合装置使臭氧与水充分接触。 可去除水中的余氯，杀菌、消毒、去味、去除重金属，防止致癌物质三氯甲烷的生成，增加水中含氧量。控制后臭氧接触柱25出水中平均余臭氧浓度保持在O. 05mg/L左右，因为后臭氧触柱25出水的余臭氧浓度在一定程度上会影响后续生物活性炭的处理效果。若其浓度太低，无法有效发挥活性炭的处理能力；而浓度过高，一般性余臭氧浓度达到O. 2mg/L以上， 则对于活性炭后续处理非常不利，会慢慢导致其中微生物的死亡。后臭氧触柱25出水进入活性炭过滤器26过滤，活性炭柱滤速8m/h，炭层接触时间为IOmin左右，并控制进水的氨氮浓度为O. 77mg/L,以利于活性炭柱的挂膜。活性炭过滤器 26内还设有曝气装置，控制曝气气水比为O. 75。活性炭过滤器25内的水力负荷为9-llm3/ m2.h，最佳水力负荷值为10m3/m2. h，其中装填的活性炭选自上海活性炭厂，具体规格如下
主要技术指标
水分 Ftiiiiii iPsiiRft 苯齡吸附倩 ~Si~ Si ~灰分~ZZ~
(V2,,,0/, TPH 值(KWS
%__m ;g__mg/g__mg/g__%__g/mL___%__
<10 >80 >801)120>95 Ι1.45-Γ155 4-11<8 丨 40 目经过臭氧-活性炭处理系统2处理的原水进入超滤膜过滤系统3，超滤膜过滤系统3里配备了一套增压泵。系统中的自控仪器氧化还原电位计、酸碱度、传感器、流量计、 压力表、取样装置，保证整个系统的智能反馈和有效监控。制备的可饮用水被放入有液位控制的出水槽前进行最后一次二氧化氯消毒，二氧化氯循环消毒加药系统将自动保持出水是安全的和新鲜的。臭氧-活性炭处理系统2的出水在进入超滤膜过滤系统3之前，还通过阻垢剂投加系统31加入阻垢剂。所述阻垢剂可选用Bell300超滤专用清洗剂，其是美国贝尔公司 (Bell)生产的膜保护清洗产品，碱性液体配方，用以去除PP、PVC及PVDF等膜表面的微生物污染、有机物胶体、污泥和其它颗粒沉积，具有强渗透和分散功能；定期使该清洗剂对膜进行常规维护性清洗，可以极大改善整个超滤膜系统的工作性能。Bell300超滤专用清洗剂的理化性能如下
权利要求
1.一种臭氧-生物活性炭水处理工艺，包括以下步骤1)将原水通入预臭氧接触柱中与臭氧接触；2)所述预臭氧接触柱的出水与混凝剂混合后进入混凝沉淀器中混凝沉淀；3)所述混凝沉淀器的出水依次经石英砂过滤器和精细过滤器过滤；4)所述精细过滤器的出水进入后臭氧接触柱中与臭氧接触；5)所述后臭氧接触柱的出水再依次经活性炭过滤器和超滤膜过滤系统过滤。
2.如权利要求I所述的臭氧-生物活性炭水处理工艺，其特征在于步骤2)中，所述混凝剂选用聚硅硫酸亚铁。
3.如权利要求I所述的臭氧-生物活性炭水处理工艺，其特征在于步骤3)中，所述石英砂过滤器内装填粒径为O. 8-1. Omm的均质石英砂；所述精细过滤器内装填粒径为 O.3-0. 5mm的均质石英砂。
4.如权利要求I所述的臭氧-生物活性炭水处理工艺，其特征在于控制所述混凝沉淀器出水的浊度在2NTU以下，控制所述石英砂过滤器出水的浊度在INTU以下，控制所述精细过滤器出水的浊度在O. 3NTU以下。
5.如权利要求I所述的臭氧-生物活性炭水处理工艺，其特征在于步骤I)中，所述预臭氧接触柱中的臭氧投加量为l_2mg/L，接触时间为3-10min ;步骤4)中，所述后臭氧接触柱中的臭氧投加量为I. 0-2. Omg/L，接触时间为3-10min ;控制后臭氧接触塔出水中平均余臭氧浓度保持在O. 03-0. 07mg/Lo
6.如权利要求I所述的臭氧-生物活性炭水处理工艺，其特征在于步骤5)中，控制所述活性炭过滤器进水的氨氮浓度为O. 66-0. 86mg/L。
7.如权利要求I所述的臭氧-生物活性炭水处理工艺，其特征在于步骤5)中，所述活性炭过滤器内设有曝气装置，控制曝气气水比为O. 65-0. 85。
8.如权利要求I所述的臭氧-生物活性炭水处理工艺，其特征在于步骤5)中，所述活性炭过滤器的出水在进入所述超滤膜过滤系统前，还加入阻垢剂。
9.如权利要求I所述的臭氧-生物活性炭水处理工艺，其特征在于所述原水在进入预臭氧接触柱前，还经过次氯酸钠氧化；所述超滤膜过滤系统的出水经过次氯酸钠消毒后作为饮用水使用。
10.一种饮用水处理设备，包括相连接的臭氧-活性炭处理系统和超滤膜过滤系统，所述臭氧-活性炭处理系统包括依次连接的预臭氧接触柱、混凝沉淀器、石英砂过滤器、精细过滤器、后臭氧接触柱和活性炭过滤器；所述活性炭过滤器和所述超滤膜过滤系统相连接。
全文摘要
本发明提供了一种O3-BAC水处理工艺及其配套饮用水处理设备。所述工艺包括以下步骤1)将原水通入预臭氧接触柱中与臭氧接触；2)所述预臭氧接触柱的出水与混凝剂混合后进入混凝沉淀器中混凝沉淀；3)所述混凝沉淀器的出水依次经石英砂过滤器和精细过滤器过滤；4)所述精细过滤器的出水进入后臭氧接触柱中与臭氧接触；5)所述后臭氧接触柱的出水再依次经活性炭过滤器和超滤膜过滤系统过滤。本发明通过对各工艺参数的精确控制，出水可满足饮用净水的水质标准(CJ94-1999)，能够对浊度、色度、臭和味、氨、亚硝酸盐、有机物、有机卤化物等进行有效的去除，真正达到优质健康引用水标准，并且该工艺不受季节因素限制。
文档编号C02F1/52GK102718357SQ201210179610
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月1日 优先权日2012年6月1日
发明者于凯丽, 董郑回 申请人:上海穆特环保科技有限公司