一种利用磁性树脂实现磁混凝沉淀的深度水质净化装置的制作方法

1.本实用新型涉及水质净化技术领域，尤其涉及一种利用磁性树脂实现磁混凝沉淀的深度水质净化装置。


背景技术：

2.混凝沉淀是净水厂和污水厂常用的一种深度处理技术，它既可以降低原水的浊度、色度等水质的感观指标，又可以去除多种有机无机污染物。传统的混凝沉淀过程是通过向水中投加一些药剂(通常称为混凝剂及助凝剂)，使水中不易沉淀的胶体和细微悬浮物凝聚成絮凝体，然后与水体中的杂质结合形成更大的絮凝体。絮凝体具有强大吸附力，不仅能吸附悬浮物，还能吸附部分细菌和溶解性物质。絮凝体通过吸附，体积增大而下沉。然而此种水处理方法需要的絮凝剂药量大，成本高，且形成的絮体密度小，沉降慢，处理效率不高，水处理设备占地面积大。
3.随着环境保护的要求越来越高，磁混凝沉淀技术逐渐被市场认可。所谓磁混凝沉淀技术就是在普通的混凝沉淀工艺中同步加入磁粉，使之与污染物絮凝结合成一体，以加强混凝、絮凝的效果，使生成的絮体密度更大、更结实，从而达到高速沉降的目的。磁粉可以通过回收循环使用。该技术适用于各种场合的沉淀分离工艺，特别适用于现有设施的升级改造，可以进一步去除水中的tp、ss及部分cod。可用于城镇污水预处理、深度处理及回用处理；各类工业及园区污水的预处理及回用处理；城市供水澄清分离，去除ss、色度，除藻软化；河道、湖泊、景观水的治理，雨水处理、应急处理等。
4.磁性阴离子交换树脂是一种带磁性粒子的聚丙烯酸系阴离子交换树脂，可以连续离子交换去除水中的阴离子，活性基团上的可交换离子一般为氯离子，它的粒径约位150～180μm，与磁混凝沉淀中应用的磁粉粒径基本一致。它的磁性是由制备树脂时加入氧化铁等磁性物质产生，磁性物质通过物理作用与树脂结合，不影响树脂的离子交换性能。磁性阴离子交换树脂由于自身带有磁性有区别于传统树脂的鲜明特点：首先，它的粒径较小，比表面积较大，使其能够迅速吸附水中的溶解性有机物及其他无机阴离子，在高速反应器内进行离子交换，实现较低树脂浓度和较短停留时间；较小的粒径，能在树脂再生时提供较大的接触反应面积，提高树脂再生反应速率；树脂粒径较小，污染物一般吸附在颗粒表面，不会扩散至其内部，从而能够提高再生率，减少污染物对树脂的污染。其次，树脂中含有磁性物质，一定的流化状态下，颗粒相互分散充分吸附水中的阴离子污染物，而当水流流速降低到一定程度，树脂颗粒由于磁性相互吸引，迅速凝聚在一起形成较大的颗粒，从而依靠重力沉降到池底。
5.目前磁性阴离子交换技术可与以下水处理技术联用：1、混凝技术，磁性阴离子交换树脂与混凝剂在去除有机物方面起到协同和互补作用，提高小分子溶解性有机物的去除率，减少混凝剂用量；2、超滤反渗透技术，磁性阴离子交换树脂去除有机污染物，与膜联用可降低膜污染；3、臭氧消毒技术，磁性阴离子交换树脂预处理后进行臭氧消毒，可以抑制溴酸盐(致癌物质)产生。
6.磁混凝沉淀过程中投加的磁粉只是一种辅助絮凝、加速沉淀的媒介物质，而磁性阴离子交换树脂除了具备磁粉的辅助絮凝、加速沉淀作用，还能去除部分有机污染物及无机阴离子污染物，在节省混凝剂用量的基础上，进一步提高出水水质。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于提供一种利用磁性树脂实现磁混凝沉淀的深度水质净化装置，以实现磁性阴离子交换树脂在混凝沉淀处理过程中辅助絮凝、加速沉淀的同时，协同混凝剂去除部分有机污染物及无机阴离子污染物，进一步提高出水水质。
8.为实现上述目的，本实用新型采用的具体技术方案如下：
9.一种利用磁性树脂实现磁混凝沉淀的深度水质净化装置，包括顺次连接的磁性离子交换反应器、混凝反应器、絮凝反应器及斜板沉淀反应器，磁性离子交换反应器、混凝反应器与絮凝反应器之间分别通过相邻壁上设置的通孔连通；所述斜板沉淀反应器通过管道与所述絮凝反应器连通；所述磁性离子交换反应器通过进水管路与原水连通；所述磁性离子交换反应器包括多个格室，磁性离子交换反应器的首个格室与磁性树脂投加装置相连；所述斜板沉淀反应器的上端与出水管路连通，下端分别通过管道与回流污泥泵及剩余污泥泵相连；所述回流污泥泵通过管道与所述混凝反应器相连。
10.进一步地，磁性离子交换反应器的每个格室中设置有第一搅拌器，各格室之间通过相邻格室壁上设置的通孔而连通。
11.进一步地，所述混凝反应器设有一个格室，其内设置有第二搅拌器，混凝反应器的端部与混凝剂投加装置相连。
12.进一步地，所述絮凝反应器设有一个格室，其内设置有第三搅拌器，絮凝反应器端部与絮凝剂投加装置相连。
13.进一步地，所述剩余污泥泵通过管道与磁性树脂回收装置连通；所述磁性树脂回收装置的一端通过管道与磁性树脂再生装置相连，磁性树脂回收装置的另一端与排泥管路相连。
14.进一步地，所述磁性树脂再生装置通过管道与所述磁性树脂投加装置连通。
15.采用上述方案后，本实用新型利用磁性树脂实现磁混凝沉淀的深度水质净化装置的作用机理为：原水在磁性离子交换反应器内可通过离子交换反应去除水中的部分有机污染物及硝酸根、磷酸根、硫酸根等无机阴离子污染物；随后进入混凝反应器，混凝剂水解产生的正离子(铝离子或铁离子)通过吸附电中和作用，聚集于带负电荷的胶体颗粒、部分溶解性大分子有机污染物以及部分剩余的磷酸根、硫酸根等阴离子周围产生小絮体沉淀物质，而后这些小絮体、原水中的细微悬浮颗粒及磁性树脂颗粒之间通过范德华力聚集；然后进入絮凝反应器，在絮凝剂的架桥作用下进一步凝聚成较大的可重力沉降的絮体；最后进入上向流斜板沉淀反应器中，絮体沉积在沉淀池下部的泥斗中，水质得到净化。排出的污泥一小部分回流至混凝反应器，为后期絮凝沉淀提供一些絮体，更易沉降；大部分进入磁性树脂回收装置，磁性树脂回收即利用树脂的磁性实现树脂与污泥的分离，回收的磁性树脂进入磁性树脂再生装置通过氯化钠溶液再生，恢复吸附容量，而后重新回流至磁性树脂投加装置中循环使用。
16.与现有技术相比较，本实用新型设计的装置结构中，磁性阴离子交换树脂可去除
原水中的部分有机污染物及无机阴离子污染物，减少后续混凝剂的用量，同时与混凝剂、絮凝剂配合使用，加载于絮凝体中形成磁介质污泥，通过磁性聚集提高了絮凝体密度而加速沉淀。另外磁性树脂可回收再生，循环使用，降低了系统的运行成本。另外，本实用新型具有结构简单，运行速度快、效率高、占地面积小、运行成本低等优点。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本实用新型实施例提供的一种利用磁性树脂实现磁混凝沉淀的深度水质净化装置示意图。
19.图中，1进水管路；2磁性离子交换反应器；3混凝反应器；4絮凝反应器；5第一搅拌器；6第二搅拌器；7第三搅拌器；8磁性树脂投加装置；9混凝剂投加装置；10絮凝剂投加装置；11斜板沉淀反应器；12出水管路；13回流污泥泵；14剩余污泥泵；15磁性树脂回收装置；16排泥管路；17磁性树脂再生装置。
具体实施方式
20.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
21.本实用新型首先提供了一种利用磁性树脂实现磁混凝沉淀的深度水质净化装置，如图1所示，包括：
22.包括从左到右依次连接的磁性离子交换反应器2、混凝反应器3、絮凝反应器4及斜板沉淀反应器11，磁性离子交换反应器2、混凝反应器3与絮凝反应器4之间分别通过相邻壁上设置的通孔而连通；所述斜板沉淀反应器11通过管道与所述絮凝反应器4连通；所述磁性离子交换反应器2通过进水管路1与原水连通；所述所述磁性离子交换反应器2包括4
‑
8个格室，每个格室设置第一搅拌器5，各格室之间分别通过相邻壁上设置的通孔而连通；所述磁性离子交换反应器2第一格室与磁性树脂投加装置8相连；所述混凝反应器3仅有1个格室，其内设置第二搅拌器6，上端与混凝剂投加装置9相连；所述絮凝反应器3仅有1个格室，其内设置第三搅拌器7，上端与絮凝剂投加装置10相连；上述所有格室体积相等；所述斜板沉淀反应器11上端与出水管路12连通，下端分别通过管道与回流污泥泵13及剩余污泥泵14相连；所述回流污泥泵13通过管道与所述混凝反应器3相连；所述剩余污泥泵14通过管道与磁性树脂回收装置15连通；所述磁性树脂回收装置15一端通过管道与磁性树脂再生装置17相连，另一端与排泥管路16相连；所述磁性树脂再生装置17通过管道与所述磁性树脂投加装置8连通。
23.通过上述利用磁性树脂实现磁混凝沉淀的深度水质净化装置对原水水质的净化方法包括如下步骤：
24.(1)通过磁性树脂投加装置8向磁性离子交换反应器2内投加磁性阴离子交换树脂，通水倍数设置为200
‑
1000bv(即1
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5ml/l)，根据进出水水质要求确定树脂用量。若原水为城镇污水处理厂生化后尾水，通水倍数可设置为400bv左右，若为原水为洁净地表水、地下水等(深度处理后供饮用)，通水倍数可设置为1000bv左右，若原水为水质较差的工业园区废水，通水倍数可设置为200bv左右。
25.(2)打开进水管路1，启动第一搅拌器5，搅拌器转速设置为50
‑
60rpm之间，使磁性离子交换反应器2内的原水与磁性阴离子交换树脂充分反应，充分反应时间约为20
‑
40分钟；
26.(3)连通磁性离子交换反应器2和混凝反应器3之间的管道，使得步骤(1)内充分反应的混合液进入混凝反应器3内，通过混凝剂投加装置9向混凝反应器3内投加混凝剂，按每升混合液中投加混凝剂的量为15
‑
60毫克投加，启动第二搅拌器6，搅拌器转速设置为40rpm左右，使混凝反应器3内的水与混凝剂充分反应，反应时间约为5分钟；
27.(4)连通混凝反应器3与絮凝反应器4之间的管道，使得步骤(3)内充分反应的混合液进入絮凝反应器4内，通过絮凝剂投加装置10向絮凝反应器4内投加絮凝剂，按每升混合液中投加絮凝剂的量为0.5
‑
4毫克投加，启动第三搅拌器7，搅拌器转速设置为20
‑
30rpm之间，使絮凝反应器4内的水与絮凝剂充分反应，反应时间约为5分钟；
28.(5)所述步骤(4)内的混合液通过管道流入斜板沉淀反应器11的下部，沉淀后的澄清水通过斜板上部溢流入出水管路12后外排。沉淀的磁介质污泥部分通过回流污泥泵13回流至混凝反应器3中，回流污泥量根据水质情况确定，一般为进水水量的5％
‑
8％，剩余污泥通过剩余污泥泵14泵入磁性树脂回收装置15中；
29.(6)剩余污泥在磁性树脂回收装置15内可实现磁性树脂与污泥的分离，分离出的污泥通过排泥管路16排出进入到污泥处理程序，分离出的磁性树脂进入到磁性树脂再生装置17中，利用质量浓度为10％的氯化钠溶液再生以恢复树脂的吸附容量，再生后的树脂返回至磁性树脂投加装置8内，循环使用。
30.采用本实用新型的利用磁性树脂实现磁混凝沉淀的深度水质净化装置，通过上述步骤处理某城镇污水处理厂二沉池出水：
31.处理前水质如下：cod浓度为30
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50mg/l，总氮浓度为15
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20mg/l(其中硝态氮浓度为14
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18.5mg/l)，总磷浓度为0.3
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0.5mg/l，ph为7.0
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7.8；处理后cod浓度小于30mg/l，总氮浓度小于15mg/l，总磷浓度小于0.3mg/l，出水达到北京市地标b排放标准。
32.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。