专利名称：：水净化装置及使用方法水净化装置及使用方法
技术领域：
-注入加压水，以允许膨胀所产生的微泡和絮凝水接触；08-分离，以使絮凝物与净化水分离；在初步研究和工业实施(SanJoakim)中还已知溶气气浮和膜过滤两个净化阶段的结合。因此系统包括溶气气浮阶段，然后是膜过滤阶段。对每个方法独立地加以管理，因此实际不存在对产生自这两种技术结合的可能性进行的优化。[20有多种通过将膜直接浸在浮选区内而将两种方法结合的尝试。在现有装置中，膜处于浮选产生的经过浮选的水饼下面。了解溶气气浮的液力和特性，本领域技术人员可立即识别此类设置的限制。由于设施的几何形状，净化水微泡的分离在膜入口处没有结束，微泡在过滤模块中的聚集产生堵塞。因而限制该现象的唯一方法是增加膜级层上方的水的高度，这就导致设施的高度增加。[21另外，膜在浮选区中和经浮选的泥饼下面的定位使得不能注入任何空气，否则就会使该泥饼破碎且因此使聚集在该泥饼中的物质重新悬浮，从而增加膜附近的悬浮物浓度，这不利于过滤膜的性能。[22最后，对该溶气气浮/膜过滤组合体的调节是^艮困难的，只有在消除表面泥渣之后才能进行设施的排放作业。[23另外很难进行涡流类型的浮选，这种浮选要求在浮选与膜之间有一流量控制和分布系统。[24另外，膜占据设备成本的很大一部分，因此为了处理这些膜的性能由于浮选而下降，增加这些膜的数量或面积的耗费是很大的。
发明内容[25由于这些不同的缺点和困难，作为本发明的目标，发明者提出一种提高水处理的速度并便于设备维护、并且不明显影响经营成本的装置和方法。[26根据本发明，上述类型的水净化装置的特征在于，所述共同的分离壁在其下部包括开口，所述开口能使经过浮选的水直接通向所述过滤区，这导致在过滤阶段和反洗阶段都自下向上地给膜提供经过浮选的水。理想的是，该开口附近的流动状态为层流。[27浮选区优选地可以包括能形成涡流浮选的部件。[28提取部件更优选地包括两个溢流口，这两个溢流口位于所述分离壁的上方，并且包括与所述浮选区及所述过滤区连通的部件，从而使其能够不加区别地接收来自所述浮选区和所述过滤区的流体。[29过滤区优选地还分为隔间。在这种情况下，每个隔间可以通过具有大通道的阀与其他区隔离。[30过滤区优选地还在上部完全开放。[31才艮据本发明装置的一优选实施例，可以在所述分离壁中的开口附近设有导流器或叶片，以产生层流液力状态。[32本发明还涉及水净化方法，该方法包括浮选阶段、膜过滤阶段和提取浮选阶段产生的泥渣的阶段，其特征在于，经过浮选的水通向所述过滤区使得在过滤阶段和反洗阶段都自下而上地给膜提供经过浮选的水。33该方法优选地包括借助经过浮选的水清洗用于泥渣提取的装置的阶段。34该方法更优选地包括在提取收集器中调节回收位。[35该方法优选地可以包括在浮选阶段与过滤阶段之间注入补充试剂的阶段。[36在下面的例子中，参照附图给出本发明的其它特征和优点，附图如下[37-图l是符合本发明的装置的俯视示意图，待处理的物质流从左向右渐进；381图2是与图1类似的装置在提取来自浮选区的泥渣的运行阶段的示意纵剖面；[39-图3是提取来自图2可以看到的浮选区的泥渣的细部；[40-图4是在用经过浮选的水清洗泥渣提取部件的情况下与图2类似的图；及[41-图5是使用图4可以看到的经过浮选的水的一细部。具体实施方式[42参照图1和2，可以看到符合本发明的装置D，该装置包括[43]-双絮凝区al/a2，待处理的原水EB通过溢流口进入该双絮凝区内；[44-混合及膨胀区b;[451-装有流量分布元件r的浮选区c;[46公共收集区d,其收集稀释((^concentration)水、膜反洗水和经过浮选的泥渣；及[471_隔间分隔区e，过滤膜位于该区，并且经过处理的水ET然后从该区被提取。[48在区a中的絮凝时间为5分钟到25分钟，一般为5分钟到15分钟。在区c内的浮选时间为5分钟到IO分钟。在区e的停留时间为2分钟到5分钟。[49正如人们可以发现的，该装置使用两种净化技术即如专利US5516433中描述的涡流浮选与浸入膜式过滤，以便两种技术中的每一种技术的设备得到共享，其中所述膜为微过滤、超过滤(ultrafiltration)、纳米过滤或超微过滤(hyperfiltration)型，膜式过滤应用如螺旋或平面的空心纤维类型的膜的几何形状。[50此类设置从未在采用涡流浮选的现有技术中实现，并且由于浮选器内的循环与膜良好运行所要求的循环不相容，因而这类设置更不可能。[51实际上，涡流浮选包括位于浮选区c底部的流量分布元件r,这些元件可以保证在该区域中的均匀液力分布。在这些流量分布元件的下面收集经过浮选的水。在本发明中，(在浮选区c的下游)使用所述经过浮选的水，以实现在层流状态中对膜组块的最佳液力供应，以便不破坏残余絮凝物，并且可以使上升供给与也是上升的泡流结合。[52用j表示一装置，该装置可以通过在混合区b的底部注入压缩空气ac而在浮选区c的上部产生微泡床lb。所述装置j包括混合主体或混合罐，该混合主体或混合罐在其下部处被垂直注入管延长。注入管的下端装有膨胀嘴，以便得到非常小的泡，特别是非常微小的泡。这些微泡使待处理水中存在的杂质聚集，并形成一层泡沫ec或絮凝物。[53压缩空气ac在,皮注入之前与通过泵送系统sp于过滤区e底部泵入的水混合。[54微泡的注入在一通道中进行，该通道由壁m和n形成，所述壁m和n将所述混合及膨胀区b与位于上游的絮凝区a和位于下游的浮选区c分隔开。壁m包括在底部的一开口，且壁n在它上部、于泡沫层ec处具有一开口，从而使待处理的水可以流动。[55微泡床lb位于泡沫层ec下方。净化在微泡床lb中进行。[56由于在连接浮选区和膜组块的区域中涉及的速度非常低，因此来自浮选区的絮凝物不会承受任何需高耗能的迁移，但这种迁移例如可能在管道中产生或通过泵产生。因此尽管这些絮凝物很脆弱，但仍保持它们的附着性和可过滤性。这反映为在可通过膜的流方面具有明显好处。[57一般由水平和/或垂直并置的组块构成的过滤膜构成将安插在过滤区e中的组合件。或者通过未示出的泵实现过滤，该泵产生负压并吸收渗透物(perm"t)，或者通过虹吸管或任何其它机构进行过滤，其中所述机构能保持浸入到经过浮选的水中的膜的聚集(concentrat)侧与膜的渗透物侧之间的压差，该压差保证可以使水穿过膜的动力。[58如下面描述的，本发明使用以适配浮选和膜过滤方法的布置59经过浮选的水穿过浸入膜的渗透物收集器从设施排出。[60在表面收集的浮选泥渣的出口、和稀释水或反洗水的出口在设施上部形成于公共的收集区d，这便于设施的建设并简化运行。另外，稀释水和/或反洗水的供给可以协助输送经浮选的泥渣，泥渣的浓度和物理状态有时妨碍流动，因而从这点看需要供给稀释水。[61排放布置成它优先涉及膜过滤区e。对于允许通过排放辅助进行的反洗作业与膜的化学清洗，超过滤膜和微过滤膜所在的区e的排放是必要的。[62在该构型中，可以独立于浮选区c的运行进行维护作业膜过滤区e分为多个隔间，维护作业可以涉及所安装的膜面积的一部分，而不影响装置其它部分的运行。[63本发明的第二目标是联合调节涡流浮选方法和膜过滤方法的调节系统。[641从浸入膜提取的渗透物的流量应当适应于浮选区c的流量。为此，应根据装置入口处的水位调节渗透物的流量。特别是在过滤阶段，渗透物的轻微下溢(sous-d6bit)反映为水在经浮选的泥渣的收集处溢出，这有助于经浮选的泥渣排出。[65反洗膜组时，与膜相切地注入水er，以便使杂质从膜脱落。供给装置的流量保持恒定。经过浮选的水没有穿过膜且将在收集区d中回收的部分将协助反洗水冲刷膜隔间，并且这是从下向上进行的。脏的反洗水此时将经设施的上部排出。溢出口的液面可以是固定的，或者装有可以根据所需恢复水平进行调节的调节系统。[66反洗排放时，膜组通过具有大通道的墙式阀v与浮选区c隔离，从而可选择性地排放膜组。这样进行的反洗可以更好地冲刷膜，并更好地消除过滤饼。[67当液力清除泥渣时，膜的渗透流量受调节系统的限制，该系统可以提高装置中的水位，并因此允许通过液力提取泥渣。[68化学清洗时，化学清洗过程中的膜组通过墙离式阀v与浮选区c隔离。[69当设施完全排放时，膜组和浮选区c同时排放。70]由于装置的结构，过滤区e中的流始终保持向上。反洗时，由于经过浮选的水在表面附近的速度几乎为零而处于上部的颗粒一一它们来自膜的最脏部分一一不会重新沉积在更干净的部分上。71在涡流浮选阶段形成的絮凝物具有两个特征一方面，所述絮凝物是脆弱的，因为其和水相同的性质且必须避免任何的絮凝剂过量一一而这将有害于下游的膜过滤；另一方面，由于在颗粒高浓度区(气泡床)中所述絮凝物已经"成熟"，因而所述絮凝物可更容易过滤，并且在膜表面形成的泥饼更可被水渗透。[72过滤膜上过滤的絮凝物在本方法的这个阶段保留一结构，该结构免受与泵送或水落、或任何其它收集和液力传递部件有关的任何改变。絮凝物在浮选器分离区与膜过滤之间通过的时间为10秒到60秒，一般为30秒。[73相对于结构已改变的絮凝物一一其通常在输送机构和设施中通过时会散凝，这种物理保持的残余絮凝物的淤积能力减小。这种淤积能力很弱的絮凝物由于过滤膜的阻断阈值被膜滞留。此时该淤积能力很弱的絮凝物形成孔隙度增大的泥饼一一这相当于颗粒在过滤膜表面的聚集，其特征在于流体如水通过时的阻力系数更小，因此可以使用更高的过滤流体，一般为+5%到+25%,典型地为+10%到+20%。[74由于可以利用凝结剂、CAP、聚合物、酸或碱保证水的中间调节，因而浮选区c和膜过滤区e的设置可以优化所述过滤方法。[75在简单凝结的情况下，凝结剂处理率可适于瓶式检验(jartest)的最佳状况，以有利于絮凝物的浮选性特征。因此在其最佳性能下实现浮选。然后，在浮选区c与过滤区之间加入一新剂量的凝结剂，这可以改变絮凝物的特征，从而使它们更适于膜过滤(泥饼对水流动的阻力更小，反洗时泥饼更容易脱落)。这种第二次注入凝结剂对得到的渗透物的质量一般没有影响，可以更好地控制膜过滤，并增加过滤流，同时减少化学清洗的频率。的情况下，寻求的优点是更好地清除有机物。本领域技术人员清楚地了解，作为溶解的天然有机物主要成分的腐殖酸和富里酸的凝结在酸性培养基中更有效。pH的主要限制与负责凝结的铁离子和铝离子的溶解度增加有关。本发明可以实现双pH、pH酸在浮选区的凝结，这样允许最佳清除有机物，并且允许立即在过滤膜上游校正pH，以使残余凝结剂沉淀，从而使其被过滤膜束持。[77在最后的pH校正以在过滤阶段后使水达到碳酸钓平衡的情况下，可以通过加入氬氧化钠(但这种溶液导致处理后的水的钠离子浓度大大增加，且这涉及一种昂贵的试剂)或注入石灰水实现该最后校正，注入石灰水意味着建立昂贵且很难使用的石灰饱和器。通过加入石灰乳而在浮选区c与膜之间部分校正pH，这允许考虑石灰乳的定量，因为膜能够束绰石灰的夹生料(incuit),而钙离子将增加泥饼的过滤性。[78已经进行了初步试验，以展示这种结合涡流式溶气气浮和浸入膜式过滤的新的水净化方法的有效性。79例1:地表水的净化[80下表中描述给试验装置提供的水的质量。水来自储水池，其特征在于浊度低；存在高浓度有机物(COT-UV);和藻花，藻花的浓度可以达到50000藻/毫升。[81表1-1<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>[83表l陽2运行类型浮选性能*简单膜过滤性能**辅以中间调节的膜过滤性能"地表水直接过滤_25-30L/h/m2一涡流浮选然后膜20-30m/h35-45L/h/m255-60L/h/m2本发明涡流浮选+膜联合25-45m/h40-60L/h/m260-70L/h/m2[84*浮选速度m3/mVh[851**过滤温度下过滤流L/h/m2[86例2:开敞式进口取得的海水的预处理[87下表中描述给试验装置提供的水的质量:[88表2-1_参数原水经过浮选的水经超滤的水温度30-36。C32-37'C32-38。C浊度0.2-10.5NTU0.5-2.2NTU<0.1NTU淤积指数(SDI)10-28一1.4-3.6UV吸收率0.8-1.2/m0.6-0.9/m0.5-0.8/m传导性55-56mS/cm55-56mS/cm55-56mS/cm[891性能详细示于下表中:[90表2-2_运行类型浮选性能*膜过滤性能"地表水直接过滤_20-30L/h/m2涡流浮选然后膜25-35m/h45-55L/h/m2本发明涡流浮选+膜联合30-45m/h50-65L/h/m2[91*浮选速度m3/m2/h92**过滤温度下过滤流L/h/m2[93例3:[94下表中描述了供给试验装置的水的质量该研究涉及将本创新用于城市污水的第三次处理。[95]表3画1参数原水经过浮选的水经超滤的水DB0522mg/116mg/111mg/1DCO54mg/139mg/130mg/1悬浮物18mg/19mg/1Omg/1透射比55%70%80%P-P043mg/11mg/1<0.1mg/96液力性能详细示于下表。[97表3-2运行类型浮选性能*膜过滤性能"地表水直接过滤_15-25L/h/m2涡流浮选然后膜20-25m/h25-40L/h/m2本发明涡流浮选+膜联合25-45m/h40-65L/h/m2[98*浮选速度m3/m2/h991**过滤温度下过滤流L/h/m2[100结论是，符合本发明的装置可以得到101-通过结构和设备的共享，减少占地面积和设备成本；102-对该方法的不同阶段进行共同管理，从而达到简化调节；及103-改进浮选和膜过滤阶段的液力性能改进与这种结合所产生的特殊液力条件有关的整个净化方法，从而可以减少需要的膜面积。1041在上面详细描述的三种情况下，初步研究可以显示相对于直接的膜过滤、并且相对于溶气气浮装置和膜过滤装置的简单并置，所述系统具有紧凑性。这种紧凑性与采用两种方法共同的i殳备相关，并且相对于简单并置系统与每个处理阶段的性能提高有关。权利要求1.水净化装置，该装置包括浮选区(c)、膜过滤区(e)和提取部件(d)，所述浮选区(c)和所述膜过滤区(e)具有共同的分离壁(P)，其特征在于，所述共同的分离壁(P)在其下部包括开口(o)，所述开口能使经过浮选的水直接通向所述过滤区(e)，这导致在过滤阶段和反洗阶段都自下向上地给膜提供经过浮选的水。2.如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述浮选区(c)包括能形成涡流浮选的部件。3.如权利要求1或2所述的水净化装置，其特征在于，所述提取部件(d)包括两个溢流口(dl、d2)，这两个溢流口位于所述分离壁的上方，并且包括与所述浮选区(c)及所述过滤区(e)连通的部件，从而使其能够不加区别地接收来自所述浮选区(c)和所述过滤区(e)的流体。4.如权利要求1至3中任一项所述的水净化装置，其特征在于，所述过滤区(e)分为隔间。5.如权利要求4所述的水净化装置，其特征在于，每个隔间通过具有大通道的阀(v)与其它区隔离。6.如权利要求1至5中任一项所述的水净化装置，其特征在于，所述过滤区(e)在上部完全开放。7.如权利要求1至6中任一项所述的水净化装置，其特征在于，在所述分离壁(P)中的开口附近设有导流器或叶片，以产生层流液力状态。8.水净化方法，其包括浮选阶段、膜过滤阶段和提取浮选阶段产生的泥渣的阶段，其特征在于，经过浮选的水通向所述过滤区使得在过滤阶段和反洗阶段都自下而上地给膜提供经过浮选的水。9.如权利要求8所述的水净化方法，其特征在于，该方法包括借助经过浮选的水来清洗用于泥渣提取的装置的阶段，其在反洗膜期间来自所述过滤区。10.如权利要求8或9所述的水净化方法，其特征在于，该方法包括利用可变闸板(seuil)在提取收集器中调节回收位。11.如权利要求8至10中任一项所述的水净化方法，其特征在于，该方法包括在浮选阶段与过滤阶段之间注入补充试剂的阶段。12.如权利要求1至7中任一项所述的装置的应用，其用于净化海水、微咸水、地表水或城市或工业来源的处理后的废水。13.如权利要求8至11中任一项所述的方法的应用，其用于净化海水、微咸水、地表水、或者城市或工业来源的处理后的废水。全文摘要本发明涉及水净化装置，该装置包括浮选区(c)、膜过滤区(e)和提取部件(d)，所述浮选区(c)和所述膜过滤区(e)具有共同的分离壁(P)，所述共同的分离壁(P)在其下部包括开口(o)，所述开口能使经过浮选的水直接通向所述过滤区(e)，这导致在过滤阶段和反洗阶段都自下向上地给膜提供经过浮选的水。文档编号B01D61/16GK101258107SQ200680032847公开日2008年9月3日申请日期2006年9月6日优先权日2005年9月9日发明者J·莫莱斯,V·博纳利申请人:德格雷蒙公司