DMI和活性炭复合床深度净化生产饮用水的方法及装置与流程

本发明属于水处理方法及装置，特别是涉及到一种dmi和活性炭复合床深度净化生产饮用水的方法及装置。

背景技术：

水利部2016年发布的数据，我国70%的地下水以及地表水都受到不同程度的污染，不同的区域污染物的种类有所不同。主要的污染物是重金属超标、化学物质超标、氟超标等，还有管网污染的铁超标等问题，严重威胁着人民的生活健康，尤其是重金属超标，是导致癌症发病的主要原因。铁、锰、砷是人体不可缺少的微量元素，然而过量的铁、锰进入人体会严重危害人的健康。据有关报道及《中国环境保护全书》，过量的铁危害人体肝脏，铁污染地区往往是肝病高发区；过量的锰长期低剂量吸入，会引起慢性中毒，可出现震颤性麻痹，有类似于精神分裂症的精神障碍和帕金森病样锥体外系统症候群，最后成为永久性残废。研究发现，地方病与常年饮用含铁、锰水有关，过量的铁、锰还会损伤动脉内壁和心肌，形成动脉粥样斑块，造成冠状动脉狭窄而至冠心病。

我国地下水资源丰富，其中不少地下水源含有过量的铁和锰，称为含铁锰地下水。铁锰污染对饮用水源的危害是在我国很多地区都存在的问题。清澈的天然地下水中，铁、锰主要以溶解性二阶离子形式存在，当地下水提汲地面与空气接触后，水质不再清澈透明，正常铁、锰含量的地下水被饮用后，不至于影响人的健康，但水中铁含量＞0.3毫克/升时水将会变的浑浊，超过1毫克/升时，水会带有异味，而且污染生活用具，使人们难以忍受；当锅炉、压力容器等设备以铁、锰含量较高的水作为介质时，便会造成软化设备中离子交换设备污染中毒，承压设备结褐色坚硬的水垢，最终导致设备变形、爆管事故的发生，水中含有过量的铁和锰会给生产和生活用水带来很大危害；因此，高铁、高锰水必须经过净化处理才能饮用。按国家规定，生活用水中铁离子含量应≤0.3毫克/升，锰离子含量应≤0.1毫克/升，目前，我国东北地区地下水普遍存在铁、锰含量超标导致的饮用水安全问题，从而影响人民的身体健康。过量的砷会干扰细胞的正常代谢，影响呼吸和氧化过程，使细胞发生病变，砷还可直接损伤小动脉和毛细血管壁，并作用于血管舒缩中枢，导致血管渗透性增加，引起血容量降低，加重脏器损害，三氧化二砷和三氧化砷对眼、上呼吸道和皮肤均有刺激作用，饮水型砷中毒分布在我国的山西、内蒙古、新疆、宁夏、吉林、四川、安徽、青海、黑龙江、河南、山东、贵州等省（区）。在工业方面，重金属超标也严重影响工业生产和环境，比如工业水中含有重金属，对化工等领域的催化剂将造成严重的破坏，甚至酿成重大事故；在电镀、制革、电子等行业的工业生产过程中产生的镍、铜、锌、镉、铅、砷、镉、锰等重金属废水，排放后严重污染河流、土壤，然后进入人的食物链。在重金属矿山、有色冶炼等工业生产过程中，也产生大量的含重金属废水，这些水排放到河流，污染农田和农作物，产生大面积的农作物污染，类似湖南镉大米事件就是由上游的河流受到重金属污染导致。

目前饮用水基本采用处理工艺：地下水源水处理工艺混合、反应、沉淀、过滤及消毒几个过程，这个整体的处理工艺几十年没有多大的变化，只是在混合、沉淀池具体结构上进行优化而已，以适应不同水质的适应性要求；过滤绝大多数仍然采用石英砂，部分铁锰砷超标的水质采用了锰砂。针对铁锰砷等超标的处理方式，20年前从日本引进了锰砂过滤处理工艺，辅助增氧曝气，以便把铁锰砷等重金属去除；但锰砂有一个缺点，它只能对去除铁锰有一定的效果，对其他重金属无效，另外锰砂还必须经过长达3～6个月的菌膜培养后，有的长达一年，才有去除部分铁锰的效果，菌膜培养周期厂，只是培养期的出水不合格，仍然供居民生活使用。针对去除铁锰砷等重金属的处理，由于膜工艺在近年来发展迅速，有人采用反渗透膜、或者纳滤膜进行处理，但由于处理成本高，设备维护费用高，很难在大多是自来水厂推广，并且采用反渗透膜或者纳滤膜，生产出的水基本为纯水，不含人体所需的其他营养物质，不属于健康的饮用水，长期饮用对人体无益。并且膜过滤工艺的产水率为70%左右，水资源不能得到充分的利用，造成水资源浪费。

因此，如何解决饮用水源污染问题，是摆在我国生态环境领域的重大问题。

技术实现要素：

本发明旨在于克服现有技术的不足，提出一种以克服锰砂、膜、活性炭过滤的不足之处，吸收活性炭过滤工艺的优势，形成工艺简洁、处理高效、成本较低的dmi和活性炭复合床深度净化生产饮用水的方法及装置。

本发明的dmi和活性炭复合床深度净化生产饮用水的方法，是一种利用dmi和活性炭复合床生产饮用水的方法，包括如下步骤：

a、灭菌杀毒：在原水中加入氧化剂；

b、脱砷：水中加入可溶性的铁基化合物的药剂，其加入量依水中的含砷量的多少而定；

c、脱重金属：已有氧化剂存在的原水中，通过矿物吸附剂dmi吸附分离，将水中的重金属以氢氧化物粒子的形式吸附脱除，重金属脱除率达99.8%以上，且可降低水的硬度30%以上；

d、活性炭吸附精制：用活性炭吸附，去除水中残留的有机物、细菌、病毒以及残余重金属和游离氯，即制得全面达标、纯净、健康适口的饮用水。

作为本发明的进一步改进，当原水为地下水时，需经预处理，其步骤为：

a、去除机械杂质：将原水用格栅过滤器滤除机械杂质；

b、絮凝降浊：加入絮凝剂，快速搅拌，将水中杂质生成难溶性物质，进行沉淀分离，降低水质浊度。

作为本发明的进一步改进，絮凝剂为无水硫酸铝，加入量为0.5-10ppm，具体视原水浊度而定。

作为本发明的进一步改进，所述的氧化剂为次氯酸钠、或二氧化氯、或双氧水，加入量与重金属离子浓度成数学比例关系，正常加入量范围为0.3-5ppm。

作为本发明的进一步改进，所述的铁基化合物的药剂为二价铁的可溶性无机化合物，通过计量泵加入该药剂溶液，其投入量与原水中的含砷浓度成比例关系。

作为本发明的进一步改进，所述的dmi吸附剂为多孔型海砂颗粒，孔隙率46%，粒径0.1-0.5mm，颗粒密度2.69，容积密度1.56，可高效吸附铝、铁、锰等重金属。

本发明的dmi和活性炭复合床深度净化生产饮用水的装置，包括原水泵和活性炭吸附分离器，原水泵出口依次顺序管路连接dmi吸附分离器、活性炭吸附分离器直至纯净饮用水出口；在dmi吸附分离器的入口管路a上和活性炭吸附分离器的出口管路b上有水质净化剂氧化剂的加入口、且连接了加药罐。

作为本发明的进一步改进，所述的原水泵出口依次顺序管路连接格栅过滤器、混合器、絮凝沉淀分离池、dmi吸附分离器、活性炭吸附分离器直至纯净饮用水出口；在混合器上有絮凝剂加入口、且连接了絮凝剂加药罐。

作为本发明的进一步改进，活性炭吸附分离器的出口连接了保安过滤器，保安过滤器出口的一路连接纯净饮用水出口、另一路通过反冲洗泵连接dmi吸附分离器和活性炭吸附分离器的出口管路、反冲洗水通过dmi吸附分离器和活性炭吸附分离器的床层、从各自入口的切换阀门连接至反冲洗水排放管c。

作为本发明的进一步改进，dmi吸附分离器为双柱并联，活性炭吸附分离器为双柱并联。

本发明具有下列优越性：

1、利用本方法和装置去除铁锰砷等重金属效率高，去除率达到99.8%以上，出水重金属指标在0.01ppm以下，超过目前国际各国饮用水标准；

2、dmi过滤去除铁锰砷等有害物质的能力强，范围宽。不仅深度去除重金属，还可以降低硬度，去除有机物和氨氮、氰化物等；活性炭过滤可以去除水中的有机物、病毒病菌、色度，改善口感；使出水指标达到健康饮用水标准。只去除对人体有害的重金属离子，其他矿物质得到保留，出水水质加符合现代人健康饮用水需求；

3、按照此工艺进行设计的水处理设备，尤其是快速滤池处理工艺，由于dmi过滤材料过滤速度快，是石英砂与锰砂等过滤材料的两倍，减少了快速滤池的数量一半，其基础建设减少一半，降低了水厂基础建设成本；dmi滤料在使用寿命内免维护，综合运行成本低于目前滤池过滤成本，节约最少0.02元/吨，虽然滤料成本大于锰砂，但基础建设费用和运行费用远远要低于锰砂过滤工艺；

4、dmi过滤的密度为1.46，而锰砂或者石英砂密度为2以上，同等体积的滤料所需要的反冲洗需要的能量小，节约动力；

5、dmi过滤可以去除部分cod、和氨氮，减轻了混凝沉淀的工艺压力；

6、可降低30%的水中的硬度，这是其他石英砂和锰砂材料所不具备的功能；

7、dmi去除了大部分有害物质，降低了活性炭的工作负荷，减轻了活性炭过滤的负担，使活性炭的使用寿命提高到5年以上，减少了活性炭使用成本，节约了制水成本；

8、dmi过滤材料不需要再生，仅需反冲洗，使用寿命长达10年，自来水处理运行费用低于石英砂和锰砂；因为石英砂和锰砂也是反冲洗，但使用寿命在5年以下；

9、系统除反冲洗所产生的废水外，没有废水排出，反冲洗过程为定期间断过程，所产生废水约占总进水量的2%，产水率高，节约水资源；

10、在使用范围上，不仅用于大型自来水厂，还可以用到小区、楼宇的生活饮用水二次净化，以及工业水处理领域。

附图说明

图1是本发明的装置结构图。

具体实施方式

实施例1

本发明的dmi和活性炭复合床深度净化生产饮用水的方法，当处理原水为地下水时，通过下列步骤实现：

a、灭菌杀毒：在原水中加入氧化剂；

b、脱砷：水中加入可溶性的铁基化合物的药剂，其加入量依水中的含砷量的多少而定；

c、脱重金属：已有氧化剂存在的原水中，通过矿物吸附剂dmi吸附分离，将水中的重金属以氢氧化物粒子的形式吸附脱除，重金属脱除率达99.8%以上，且可降低水的硬度30%以上；

d、活性炭吸附精制：用活性炭吸附，去除水中残留的有机物、细菌、病毒以及残余重金属和游离氯，即制得全面达标、纯净、健康适口的饮用水；

实现上述处理方法使用的处理装置为：包括原水泵5和活性炭吸附分离器4，原水泵5出口依次顺序管路连接dmi吸附分离器3、活性炭吸附分离器4直至纯净饮用水出口；在dmi吸附分离器3的入口管路a上和活性炭吸附分离器4的出口管路b上有水质净化剂氧化剂的加入口、且连接了加药罐8。

实施例2

本发明的dmi和活性炭复合床深度净化生产饮用水的方法，当处理原水为地表水时，通过下列步骤实现：

a、去除机械杂质：将原水用格栅过滤器滤除机械杂质；

b、絮凝降浊：加入絮凝剂，快速搅拌，将水中杂质生成难溶性物质，进行沉淀分离，降低水质浊度。

c、灭菌杀毒：在原水中加入氧化剂；

d、脱砷：水中加入可溶性的铁基化合物，如硫酸亚铁，其加入量依水中的含砷量的多少而定；

e、脱重金属：已有氧化剂存在的原水中，通过矿物吸附剂dmi吸附分离，将水中的重金属以氢氧化物粒子的形式吸附脱除，重金属脱除率达99.8%以上，且可降低水的硬度30%以上；

f、活性炭吸附精制：用活性炭吸附，去除水中残留的有机物、细菌、病毒以及残余重金属和游离氯，再加入氧化剂，即制得全面达标、纯净、健康适口的饮用水；

实现上述处理方法使用的处理装置为：包括原水泵5和活性炭吸附分离器4，原水泵5出口依次顺序管路连接格栅过滤器1、混合器6、絮凝沉淀分离池2、dmi吸附分离器3、活性炭吸附分离器4直至纯净饮用水出口；在dmi吸附分离器3的入口管路a上和活性炭吸附分离器4的出口管路b上有水质净化剂氧化剂的加入口、且连接了加药罐8。在混合器6上有絮凝剂加入口、且连接了絮凝剂加药罐7。

实施例3

本发明的dmi和活性炭复合床深度净化生产饮用水的方法，具体包括下列步骤：

1、用格栅拦截水中的大颗粒固体悬浮物，诸如野草树叶、塑料袋等物体；然后将水泵入沉淀池，通过絮凝剂快速搅拌沉淀，并辅助加氧曝气等手段，将水中的有机物沉淀，实现水初步净化；地下水由于比较清澈，不需要此工艺过程；

2、对于地下水源，我国现有自来水厂大都需要絮凝沉淀这个工艺过程，因为地下水中的有机质必须通过此工艺去除，后端的石英砂或者锰砂过滤无法去除有机物，对地下水源本发明不需要此工艺过程；

3、经过预处理后的水，直接进入dmi过滤，去除水中的悬浮物、铁锰砷等重金属、硬度、部分有机物cod、和大部分氨氮等有害物质；dmi和次氯酸钠的反应，还可以分解水中的氰化物；经过dmi过滤后的水，其水质进本达到饮用水标准；

4、dmi过滤后的水经过活性炭过滤，去除水中的有机物、病毒病菌、色度，出水达到饮用水标准，并能够改善出水的口感。

5、在dmi过滤过程中，加入低浓度（1~3ppm）的次氯酸钠或者二氧化氯，不仅作为dmi的反应剂，还可作为消毒剂。对于出去水中砷，由于砷化合物分子体积小，加入的药剂除含氯的次氯酸钠或二氧化氯外，用次氯酸钠成本要低于二氧化氯，还要加入微量的铁基化合物药剂，将体积小的砷化合物吸附铁基药剂体上，被dmi拦截并进行化学反应，生成不溶于水的砷化物。

6、dmi和活性炭过滤需要定期进行反冲洗，洗掉吸附的多余物，维持过滤材料的过滤、吸附能力反冲洗水为自身制备的出水，反冲洗水为较高浓水，其出处需要污泥处理工艺，或者直接排放到污水处理厂进行处理。

7、dmi过滤的进水条件为：温度4~45℃，tds＜1000ppm，硬度＜800ppm，cod＜10ppm，ph：5～9；重金属含量不做要求。

经过该工艺处理后的水，其水质超过国家标准《生活饮用水卫生标准》(gb5749-2006)的健康饮用水标准，也满足美国与欧盟等发达国家的饮用水标准。

实施例4

本发明的dmi和活性炭复合床深度净化生产饮用水的装置为，包括原水泵5和活性炭吸附分离器4，原水泵5出口依次顺序管路连接格栅过滤器1、混合器6、絮凝沉淀分离池2、dmi吸附分离器3、活性炭吸附分离器4直至纯净饮用水出口；在dmi吸附分离器3的入口管路a上和活性炭吸附分离器4的出口管路b上有水质净化剂氧化剂的加入口、且连接了加药罐8。在混合器6上有絮凝剂加入口、且连接了絮凝剂加药罐7。

对于用于直接饮用的中小型水处理设备，可以增加保安过滤器9，以过滤活性炭等细微颗粒物质，提高出水的洁净度。保安过滤器9的入口连接活性炭吸附分离器4的出口，保安过滤器9出口的一路连接纯净饮用水出口、另一路通过反冲洗泵10连接dmi吸附分离器3和活性炭吸附分离器4的出口管路、反冲洗水通过dmi吸附分离器3和活性炭吸附分离器4的床层、从各自入口的切换阀门连接至反冲洗水排放管c。反冲洗时，用本系统生产的净水、在两吸附床层的反向注入、冲洗压力在0.2mpa-0.3mpa、水的流速25-40m³/㎡·h、常温下冲洗至可目测出水清澈、透明无污染物，两吸附床即被活化投入运行。

dmi吸附分离器3为双柱并联，由dmi过滤材料，布水器、相应的进出水管道、阀门等组成；活性炭吸附分离器4为双柱并联，由活性炭，布水器、相应的进出水管道、阀门等组成；

其具体工作过程：原水泵5将水源泵入到格栅过滤器1后，通过混合器6混掺搅拌絮凝加药装置7投放的药剂，进入絮凝沉淀分离池2，此为预处理过程，经过预处理后的水，用提升水泵11，泵入dmi吸附分离器3和活性炭吸附分离器4，过滤净化后的水进入清水池进入管网；在dmi过滤前和活性炭过滤后加入微量的次氯酸钠或者二氧化氯，起到消毒作用。用制备的清水作为反冲洗水，用反冲洗泵10和切换阀门ⅰ12和切换阀门ⅱ13进行反冲洗，反冲洗水排出系统。

本发明中所述的dmi过滤材料，它是一种微孔结构海砂，每粒砂子的粒径在0.3～0.65mm，孔隙率为46%左右，使它有更大的表面积，它经过quantum特有工艺处理以后，并以低次氯酸钠作为反应剂，可以高效的吸附含铝、铁，锰、砷、铬、镍、锌、铅、镉等所有重金属的化合物，悬浮物等；其可由quantumfiltrationmediapty.ltd购得。

本发明中所使用的dmi过滤材料的物理性质：1、多孔型海砂颗粒，孔隙率46%，粒径0.1～0.5mm；2、颗粒密度2.69，容积密度1.46；具体见下表：

dmi过滤材料吸附重金属的化学与物理反应过程如下：dmi过滤材料是多种无机化学物质组成的材料，它在次氯酸根的参与下，将重金属化合物，比如mncl2，形成mn(oh)2，而mn(oh)2是不溶于水的颗粒固体物，此微小颗粒固体物又被dmi的微孔结构，和均匀细小的滤砂颗粒拦截吸附，待拦截吸附饱和后，用清水进行反冲洗，将吸附的羟基重金属化合物洗出，重新达到吸附金属化合物的作用。

dmi工作的温度范围是5～45℃；进水ph在6～9之间；水中不得含油；滤料的填充高度在0.6m以上，以保证足够的水力停留时间；滤料需要1～3ppm浓度的次氯酸钠或者二氧化氯作为反应剂。dmi过滤材料和石英砂一样，具有拦截吸附悬浮物的功能。dmi过滤材料的多孔结构，可以吸附部分cod和氨氮化合物。

自然界中只有金属锂、钠、钾三种羟基化合物溶于水，其他羟基金属化合物都不溶于水，所以dmi具备吸附去除所有重金属化合物的功能。由于mg(oh)2和ca(oh)2也是不易溶于水的，所以dmi可以去除部分镁钙，降低水中的硬度，可降低水中30%的硬度。