專利名稱：氧化吸附一體化飲用水除砷裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及飲用水深度除砷領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種采用超濾膜的氧化吸附一體化飲用水除砷裝置及方法。
背景技術(shù)：
水體砷污染是一個(gè)全球性問(wèn)題?；诘厍蚧瘜W(xué)和突發(fā)性水污染事故，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)受到飲用水砷污染的人口約占世界的30%。鑒于砷對(duì)人體健康的巨大危害，美國(guó)疾病控制中心和國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)都將其定為第一類致癌物質(zhì)。許多國(guó)家及世界衛(wèi)生組織都對(duì)飲用水中砷的含量制定了嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際衛(wèi)生組織、日本、德國(guó)、美國(guó)和我國(guó)先后將砷的飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)由原來(lái)的O. 05 mg/L調(diào)整到0.01mg/L。美國(guó)環(huán)保局還計(jì)劃今后將這一控制標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)為O. 002mg/L。因此，世界各國(guó)都把開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)、高效、實(shí)用的飲用水深度除砷技術(shù)作為環(huán)境保護(hù)和安全健康工作的重點(diǎn)工作之一。飲用水中的砷主要以無(wú)機(jī)砷酸鹽(五價(jià)砷)和亞砷酸鹽(三價(jià)砷)的形式存在，其中三價(jià)砷毒性大、難去除，是開(kāi)發(fā)水體深度除砷技術(shù)的重中之重。隨著水質(zhì)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，如賈第蟲(chóng)和隱孢子蟲(chóng)兩蟲(chóng)問(wèn)題，水蚤、紅蟲(chóng)問(wèn)題，水的生物穩(wěn)定性問(wèn)題等等，也成為飲用水水質(zhì)安全保障關(guān)注重點(diǎn)之一。近年來(lái)，氧化鐵、氧化錳為代表的除砷吸附劑的研發(fā)和應(yīng)用，獲得重大進(jìn)展。但是大顆粒吸附劑需要固定床吸附裝置，投資大、維護(hù)繁瑣、不靈活；小顆粒吸附劑機(jī)械強(qiáng)度低、 沉降性能不理想、固液分離困難，吸附劑易進(jìn)入飲用水給水管道，造成二次污染；并且此類吸附劑對(duì)于“兩蟲(chóng)’ ’、水蚤和藻類都不能有效去除。近年來(lái)，超濾技術(shù)在飲用水處理領(lǐng)域受到了極大的關(guān)注。超濾能有效地去除水中顆粒物，使出水濁度降低至O. INTU以下，并能去除大分子有機(jī)污染物，能截留接近100%的兩蟲(chóng)、水蚤、紅蟲(chóng)、藻類、細(xì)菌甚至病毒等微生物。但是單獨(dú)超濾技術(shù)不能有效去除水中無(wú)機(jī)砷。中國(guó)專利號(hào)201010279926.0申請(qǐng)日2010-09-07公開(kāi)了一種飲用水除砷方法與系統(tǒng)，步驟是1、原水在進(jìn)水管道上投加液氯后進(jìn)入配水井，液氯的加入量以配水井出水余氯量在I. 40 I. 60mg/L ;將原水中三價(jià)砷氧化成五價(jià)砷；2、配水井穩(wěn)壓后分配至后端的混凝沉淀池，在混凝沉淀池進(jìn)水管道投加lOmgFe/L的FeCL3，并在混凝沉淀池內(nèi)停留 15 20min ;混凝沉淀池出水進(jìn)入過(guò)濾池；3、過(guò)濾池出水進(jìn)入儲(chǔ)水箱,儲(chǔ)水箱出水送往超濾膜組件，超濾膜組件的出水送入反滲透膜組件；4、反滲透膜組件的出水收集送入產(chǎn)水箱， 產(chǎn)水箱部分出水送往膜組件，其余出水進(jìn)入清水池。它具有除砷徹底、去除效率高、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，能有效去除水中的微量懸浮物、細(xì)菌、病毒。但是該專利處理后的水中砷濃度 〈O. OlmgAs/L，還是比較高，不能消除砷對(duì)人體的危害，滿足不了人們的飲用水要求。而且該發(fā)明占地面積較大，生產(chǎn)成本較高。文獻(xiàn)檢索表明，對(duì)于采用超濾膜的氧化吸附一體化飲用水除砷裝置及方法并未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
I.發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題
針對(duì)由高含砷地區(qū)和突發(fā)性砷污染事件造成的城市和農(nóng)村飲用水砷污染，現(xiàn)有除砷裝置及方法處理后砷的濃度仍然較高，生產(chǎn)成本較高的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種氧化吸附一體化飲用水除砷裝置及方法，將氧化、吸附和膜分離有機(jī)地結(jié)合，置于同一反應(yīng)池內(nèi)完成除砷過(guò)程，是一種便于工程應(yīng)用、固定投資抵、運(yùn)行成本低廉、能確保飲用水水質(zhì)安全的深度除砷工藝及裝置。2.技術(shù)方案
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種氧化吸附一體化飲用水除砷裝置，包括進(jìn)水控制系統(tǒng)、反應(yīng)器和超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)， 還包括曝氣氧化系統(tǒng)、排泥系統(tǒng)和出水控制系統(tǒng)，所述的進(jìn)水控制系統(tǒng)連接到反應(yīng)器中；所述的超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)位于反應(yīng)器的中下部，并且與出水控制系統(tǒng)相連接；所述的排泥系統(tǒng)包括排泥閥和排泥管，排泥閥位于排泥管上，用于控制排泥管的開(kāi)閉，排泥管的一端連接在反應(yīng)器的底部或反應(yīng)器側(cè)壁的下半部分；所述的曝氣氧化系統(tǒng)包括曝氣管、進(jìn)氣閥和空氣泵，曝氣管位于反應(yīng)器的中下部，曝氣管的一端伸出反應(yīng)器的外部與進(jìn)氣閥和空氣泵依次連接；所述的出水控制系統(tǒng)由出水閥門(mén)、抽吸泵和出水管依次連接組成，出水閥門(mén)與超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)通過(guò)管道連接。所述的出水控制系統(tǒng)的連接管道上有真空表，位于連接出水閥門(mén)和超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)的管道上，用于讀取出水控制系統(tǒng)抽吸的氣壓。還包括反沖洗系統(tǒng)和吸附劑投加管，所述的反沖洗系統(tǒng)包括沖洗管和反沖洗閥門(mén)，所述的沖洗管通過(guò)反沖洗閥門(mén)接在反沖洗系統(tǒng)真空表和出水閥門(mén)之間；所述的吸附劑投加管的一端伸入反應(yīng)器中。所述的進(jìn)水控制系統(tǒng)由進(jìn)水管、提升泵、高位水箱和恒位水箱通過(guò)管道依次連接構(gòu)成，在重力流的情況下也可直接連接恒位水箱上。所述的曝氣氧化系統(tǒng)還包括氣體流量計(jì)，氣體流量計(jì)接入在曝氣管和進(jìn)氣閥之間。所述的超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)包括超濾膜組件和超濾膜，超濾膜包裹在超濾膜組件上， 所述超濾膜的孔徑為O. 01微米 O. 05微米。一種氧化吸附一體化飲用水除砷方法，包括以下步驟
(I)將待處理的受砷污染飲用水通過(guò)進(jìn)水控制系統(tǒng)加入反應(yīng)器中；
(2 )空氣泵向反應(yīng)器內(nèi)加入氧化劑進(jìn)行曝氣，將水中三價(jià)砷氧化為五價(jià)砷，并進(jìn)行攪拌混合，氣水比為4 I 40 I ；
(3)向反應(yīng)器內(nèi)投加吸附劑，用來(lái)吸附砷；
(4)水在反應(yīng)器中反應(yīng)2 20min后，出水控制系統(tǒng)啟動(dòng)，抽出處理后的水；
更進(jìn)一步的，還包括以下步驟
(5)向反應(yīng)器外排放飽和吸附劑，控制吸附劑在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間在IOd 60d;排出的飽和吸附劑可以作為污泥處置，也可以再生后循環(huán)使用；
(6)超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)的清洗，關(guān)閉出水控制系統(tǒng)，開(kāi)啟反沖洗系統(tǒng)，將反沖洗系統(tǒng)與水泵連接，通過(guò)超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)使水流入反應(yīng)器中，對(duì)反應(yīng)器中的超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)進(jìn)行清洗。為保證膜通量，要定期對(duì)超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)進(jìn)行反沖洗，反沖周期視超濾膜組件的抽吸壓力與膜通量而定；超濾膜組件反沖洗時(shí)關(guān)閉出水閥門(mén)，開(kāi)啟反沖洗閥門(mén)，將沖洗管接到一個(gè)水泵上，使水通過(guò)超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)流向反應(yīng)器，完成沖洗。所述步驟(I)的受砷污染飲用水中砷可以是無(wú)機(jī)三價(jià)砷，也可以是無(wú)機(jī)五價(jià)砷，總砷濃度小于I mg/L ;所述步驟(2)中的氧化劑可以是空氣，也可以是空氣與臭氧或氯氣組成的混合氣體，混合氣體中空氣所占的體積為95°/Γ99%。所述步驟(3)中的吸附劑為氧化鐵或氧化錳，吸附劑其外形尺寸為10微米 500 微米，吸附劑投加量為5(T200mg/L ;步驟(4)中的出水控制系統(tǒng)抽水時(shí)抽吸壓力為5kPa 50kPa,膜通量在5L/ m2 · h IOOL/ m2 · h范圍內(nèi)。3.有益效果
采用本發(fā)明提供的裝置及方法，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果
(1)本發(fā)明巧妙地將飲用水處理工藝中的氧化、吸附與膜分離單元有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，將氧化、吸附與膜分離置于同一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)完成，顯著降低了工程造價(jià)與運(yùn)行費(fèi)用，大幅度減少了占地面積，易于維護(hù)管理，便于推廣應(yīng)用；
(2)本發(fā)明采用孔徑在O.01微米 O. 05微米范圍內(nèi)的超濾膜，在去除砷的同時(shí)，還能將水中顆粒物、大分子有機(jī)污染物和微生物在氧化吸附反應(yīng)器中進(jìn)行有效的固液分離， 有效控制和去除水中顆粒物、大分子有機(jī)污染物、兩蟲(chóng)、水蚤、紅蟲(chóng)、藻類、細(xì)菌病毒等微生物；
(3)本發(fā)明采用顆粒形尺寸在10微米 500微米范圍內(nèi)的氧化鐵、氧化錳為吸附劑，能有效將無(wú)機(jī)砷從水體中去除，而且價(jià)格便宜，有效地降低處理成本；
(4)本發(fā)明采用較低的膜抽吸壓力與膜通量，進(jìn)一步降低了能耗，并能有效延緩膜污染，減少膜物理清洗與化學(xué)清洗的次數(shù)，并且?guī)в蟹礇_洗系統(tǒng)，對(duì)膜的清洗方便，延長(zhǎng)膜的使用壽命，減少該工藝的維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用；
(5)本發(fā)明利用曝氣氧化作用將高毒性、難去除的三價(jià)砷轉(zhuǎn)化為低毒性、易去除的五價(jià)砷；利用吸附劑高效的吸附富集作用將無(wú)機(jī)砷從飲用水中分離去除；最后利用超濾膜高效的截留能力將反應(yīng)器內(nèi)的飽和吸附劑回收，為吸附劑后續(xù)的再生、重復(fù)利用創(chuàng)造了條件，并且能有效的去處水中的砷。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例I的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.進(jìn)水管2.提升泵3.高位水箱4.恒位水箱5.反應(yīng)器6.超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)7.真空表8.出水閥門(mén)9.抽吸泵10.出水管11.反沖洗閥門(mén)12.沖洗管13.空氣泵 14.進(jìn)氣閥 15.氣體流量計(jì)16.曝氣管17.排泥閥18.吸附劑投加管。
具體實(shí)施例方式以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述
如圖2所示，一種氧化吸附一體化飲用水除砷裝置，包括進(jìn)水控制系統(tǒng)、反應(yīng)器5和超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)6，還包括曝氣氧化系統(tǒng)、排泥系統(tǒng)和出水控制系統(tǒng)，所述的進(jìn)水控制系統(tǒng)連接到反應(yīng)器5中；所述的超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)6位于反應(yīng)器5的中下部，并且與出水控制系統(tǒng)相連接；所述的排泥系統(tǒng)包括排泥閥17和排泥管，排泥閥17位于排泥管上，用于控制排泥管的開(kāi)閉，排泥管的一端連接在反應(yīng)器5的底部或反應(yīng)器5側(cè)壁的下半部分；所述的曝氣氧化系統(tǒng)包括曝氣管16、進(jìn)氣閥14和空氣泵13，曝氣管16位于反應(yīng)器5的中下部，曝氣管16 的一端伸出反應(yīng)器5的外部與進(jìn)氣閥14和空氣泵13依次連接；所述的出水控制系統(tǒng)由出水閥門(mén)8、抽吸泵9和出水管10依次連接組成，出水閥門(mén)8與超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)6通過(guò)管道連接。所述的出水控制系統(tǒng)的連接管道上有真空表7，位于連接出水閥門(mén)8和超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)6的管道上，用于讀取出水控制系統(tǒng)抽吸的氣壓。還包括反沖洗系統(tǒng)和吸附劑投加管18，所述的反沖洗系統(tǒng)包括沖洗管12和反沖洗閥門(mén)11，所述的沖洗管12通過(guò)反沖洗閥門(mén)11接在反沖洗系統(tǒng)真空表7和出水閥門(mén)8之間；所述的吸附劑投加管18的一端伸入反應(yīng)器5中。所述的進(jìn)水控制系統(tǒng)由進(jìn)水管I、提升泵2、高位水箱3和恒位水箱4通過(guò)管道依次連接構(gòu)成，在重力流的情況下也可直接連接恒位水箱4上。所述的曝氣氧化系統(tǒng)還包括氣體流量計(jì)15，氣體流量計(jì)15接入在曝氣管16和進(jìn)氣閥14之間。所述的超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)6包括超濾膜組件和超濾膜，超濾膜包裹在超濾膜組件上，所述超濾膜的孔徑為O. 01微米 O. 05微米。一種氧化吸附一體化飲用水除砷方法，包括以下步驟
(1)將待處理的受砷污染飲用水通過(guò)進(jìn)水控制系統(tǒng)加入反應(yīng)器5中；
(2)空氣泵13向反應(yīng)器5內(nèi)加入氧化劑進(jìn)行曝氣，將水中三價(jià)砷氧化為五價(jià)砷，并進(jìn)行攪拌混合，氣水比為4 I 40 I ；
(3)向反應(yīng)器5內(nèi)投加吸附劑，用來(lái)吸附砷；
(4)水在反應(yīng)器5中反應(yīng)2 20min后，出水控制系統(tǒng)啟動(dòng)，抽出處理后的水；
(5)向反應(yīng)器5外排放飽和吸附劑，控制吸附劑在反應(yīng)器5內(nèi)的停留時(shí)間在IOd 60d；
(6)超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)6的清洗，關(guān)閉出水控制系統(tǒng)，開(kāi)啟反沖洗系統(tǒng)，將反沖洗系統(tǒng)與水泵連接，通過(guò)超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)6使水流入反應(yīng)器5中，對(duì)反應(yīng)器5中的超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)6 進(jìn)行清洗。所述步驟(I)的受砷污染飲用水中砷可以是無(wú)機(jī)三價(jià)砷，也可以是無(wú)機(jī)五價(jià)砷，總砷濃度小于I mg/L;所述步驟2中的氧化劑可以是空氣，也可以是空氣與臭氧或氯氣組成的混合氣體，混合氣體中空氣所占的體積為95°/Γ99%。所述步驟(3)中的吸附劑為氧化鐵或氧化錳，吸附劑其外形尺寸為10微米 500微米，吸附劑投加量為5(T200 mg/L ;步驟(4)中的出水控制系統(tǒng)抽水時(shí)抽吸壓力為5 kPa 50 kPa,膜通量在5L/ m2 · h IOOL/ m2 · h范圍內(nèi)。實(shí)施例I
如圖I所示，一種氧化吸附一體化飲用水除砷裝置，包括進(jìn)水控制系統(tǒng)、反應(yīng)器5、超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)6，還包括曝氣氧化系統(tǒng)、排泥系統(tǒng)和出水控制系統(tǒng)，所述的進(jìn)水控制系統(tǒng)連接到反應(yīng)器5中；所述的超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)6位于反應(yīng)器5的中下部，并且與出水控制系統(tǒng)相連
7接；所述的排泥系統(tǒng)包括排泥閥17和排泥管，排泥閥17位于排泥管上，用于控制排泥管的開(kāi)閉，排泥管的一端連接在反應(yīng)器5的底部或反應(yīng)器5側(cè)壁的下半部分；所述的曝氣氧化系統(tǒng)包括曝氣管16、進(jìn)氣閥14和空氣泵13，曝氣管16位于反應(yīng)器5的中下部，曝氣管16的一端伸出反應(yīng)器5的外部與進(jìn)氣閥14和空氣泵13依次連接；所述的出水控制系統(tǒng)由出水閥門(mén)8、抽吸泵9和出水管10依次連接組成，出水閥門(mén)8與超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)6通過(guò)管道連接。所述的出水控制系統(tǒng)的連接管道上有真空表7，位于連接出水閥門(mén)8和超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)6的管道上，用于讀取出水控制系統(tǒng)抽吸的氣壓。還包括反沖洗系統(tǒng)和吸附劑投加管18，所述的反沖洗系統(tǒng)包括沖洗管12和反沖洗閥門(mén)11，所述的沖洗管12通過(guò)反沖洗閥門(mén)11接在反沖洗系統(tǒng)真空表7和出水閥門(mén)8之間；所述的吸附劑投加管18的一端伸入反應(yīng)器5中。所述的曝氣氧化系統(tǒng)還包括氣體流量計(jì)15，氣體流量計(jì)15接入在曝氣管16和進(jìn)氣閥14之間。所述的超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)6包括超濾膜組件和超濾膜，超濾膜包裹在超濾膜組件上。氧化吸附一體化飲用水除砷方法，包括以下步驟
(1)將待處理的受砷污染飲用水通過(guò)進(jìn)水控制系統(tǒng)加入反應(yīng)器5中；
(2)空氣泵13向反應(yīng)器5內(nèi)加入氧化劑進(jìn)行曝氣，將水中三價(jià)砷氧化為五價(jià)砷，并進(jìn)行攪拌混合；
(3)向反應(yīng)器5內(nèi)投加吸附劑，用來(lái)吸附砷；
(4)水在反應(yīng)器5中反應(yīng)2min后，出水控制系統(tǒng)啟動(dòng),抽出處理后的水；處理后飲用水中神含量小于O. 002 mg/L
所述步驟(I)待處理的受砷污染飲用水含砷O. 5mg/L，所述步驟(2)中的氧化劑是空氣，受砷污染飲用水有自身的有重力流，能通過(guò)管道流入恒位水箱4，再進(jìn)入反應(yīng)器5，空氣泵13向反應(yīng)器5內(nèi)加入氧化劑進(jìn)行曝氣，將水中三價(jià)砷氧化為五價(jià)砷，并進(jìn)行攪拌混合，氣水比為30 1，同時(shí)，向反應(yīng)器5內(nèi)投加吸附劑，吸附劑選用粉末氧化鐵，顆粒尺寸為10微米 50微米，投加量為100mg/L。超濾膜采用江蘇南大金山環(huán)?？萍加邢薰咎峁┑慕](méi)式中空纖維超濾膜，膜孔徑為O. 03微米，膜材質(zhì)為聚氯乙烯。超濾膜的過(guò)水通量為30L/ m2 ·1ι，超濾膜出水由抽吸泵9抽出。處理后的飲用水中總砷濃度低于O. 002 mg/L。相比以往的固定床處理方式，采用本發(fā)明裝置及方法，不僅可以同步去除兩蟲(chóng)、藻類、病毒等，而且每噸水處理建設(shè)投資可以降低30%、運(yùn)行費(fèi)用降低40%。實(shí)施例2
如圖2所示，一種氧化吸附一體化飲用水除砷裝置，包括進(jìn)水控制系統(tǒng)、反應(yīng)器5、超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)6，還包括曝氣氧化系統(tǒng)、排泥系統(tǒng)和出水控制系統(tǒng)，所述的進(jìn)水控制系統(tǒng)連接到反應(yīng)器5中；所述的超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)6位于反應(yīng)器5的中下部，并且與出水控制系統(tǒng)相連接；所述的排泥系統(tǒng)包括排泥閥17和排泥管，排泥閥17位于排泥管上，用于控制排泥管的開(kāi)閉，排泥管的一端連接在反應(yīng)器5的底部或反應(yīng)器5側(cè)壁的下半部分；所述的曝氣氧化系統(tǒng)包括曝氣管16、進(jìn)氣閥14和空氣泵13，曝氣管16位于反應(yīng)器5的中下部，曝氣管16的一端伸出反應(yīng)器5的外部與進(jìn)氣閥14和空氣泵13依次連接；所述的出水控制系統(tǒng)由出水閥門(mén)8、抽吸泵9和出水管10依次連接組成，出水閥門(mén)8與超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)6通過(guò)管道連接。
所述的出水控制系統(tǒng)的連接管道上有真空表7，位于連接出水閥門(mén)8和超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)6的管道上，用于讀取出水控制系統(tǒng)抽吸的氣壓。還包括反沖洗系統(tǒng)和吸附劑投加管18，所述的反沖洗系統(tǒng)包括沖洗管12和反沖洗閥門(mén)11，所述的沖洗管12通過(guò)反沖洗閥門(mén)11接在反沖洗系統(tǒng)真空表7和出水閥門(mén)8之間；所述的吸附劑投加管18的一端伸入反應(yīng)器5中。所述的進(jìn)水控制系統(tǒng)由進(jìn)水管I、提升泵2、高位水箱3和恒位水箱4通過(guò)管道依次連接構(gòu)成，在重力流的情況下也可直接連接恒位水箱4上。所述的曝氣氧化系統(tǒng)還包括氣體流量計(jì)15，氣體流量計(jì)15接入在曝氣管16和進(jìn)氣閥14之間。所述的超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)6包括超濾膜組件和超濾膜，超濾膜包裹在超濾膜組件上，超濾膜采用江蘇永泰環(huán)保科技有限公司提供的浸沒(méi)式中空纖維超濾膜，膜孔徑為0.01 微米，膜材質(zhì)為聚偏氟氯乙烯。超濾膜的過(guò)水通量為50L/ m2 · h，
一種氧化吸附一體化飲用水除砷方法，包括以下步驟
(1)將待處理的受砷污染飲用水通過(guò)進(jìn)水控制系統(tǒng)加入反應(yīng)器5中；由提升泵2提升至高位水箱3，再通過(guò)恒位水箱4進(jìn)入反應(yīng)器5 ;待處理的受砷污染飲用水含砷O. lmg/L
(2)空氣泵13向反應(yīng)器5內(nèi)加入氧化劑進(jìn)行曝氣，氧化劑為空氣與臭氧的混合氣體，其中空氣的體積占95%，氣水比為10 1，將水中三價(jià)砷氧化為五價(jià)砷，并進(jìn)行攪拌混合；
(3)向反應(yīng)器5內(nèi)投加吸附劑，吸附劑選用粉末氧化鐵，顆粒尺寸為10微米 50微米， 投加量為50mg/L。用來(lái)吸附砷；
(4)水在反應(yīng)器5中反應(yīng)5min后，出水控制系統(tǒng)啟動(dòng),抽出處理后的水；處理后飲用水中砷含量小于O. 002 mg/L ;出水控制系統(tǒng)抽水時(shí)抽吸泵9的抽吸壓力在15kPa 25kPa范圍內(nèi)，由真空表7進(jìn)行計(jì)量。(5) IOd后，打開(kāi)排泥閥17將反應(yīng)器5內(nèi)飽和吸附劑排出，可以作為污泥處置，也可以再生后循環(huán)使用；
(6)超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)6的清洗，關(guān)閉出水控制系統(tǒng)，開(kāi)啟反沖洗系統(tǒng)，對(duì)反應(yīng)器5中的超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)6進(jìn)行清洗。為保證膜通量，要定期對(duì)超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)6進(jìn)行反沖洗，反沖周期視超濾膜組件的抽吸壓力與膜通量而定；超濾膜組件反沖洗時(shí)關(guān)閉出水閥門(mén)8，開(kāi)啟反沖洗閥門(mén)11，將沖洗管12接到一個(gè)水泵上，使水通過(guò)超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)6流向反應(yīng)器5，完成沖洗。相比以往的固定床處理方式，采用本發(fā)明裝置及方法，不僅可以同步去除兩蟲(chóng)、藻類、病毒等，而且每噸水處理建設(shè)投資可以降低25%、運(yùn)行費(fèi)用降低35%。實(shí)施例3
同實(shí)施例2，所不同的是，待處理的受砷污染飲用水含砷O. 8mg/L，氧化劑為空氣與臭氧的混合氣體，其中空氣的體積占99%，氣水比為40 I ;吸附劑選用粉末氧化鐵，顆粒尺寸為100微米 250微米，投加量為180mg/L，在該反應(yīng)器5內(nèi)反應(yīng)時(shí)間為15min ;抽吸泵9的抽吸壓力在20kPa 30kPa范圍內(nèi)，超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)6采用江蘇永泰環(huán)?？萍加邢薰咎峁┑慕](méi)式中空纖維超濾膜，膜孔徑為O. 02微米，膜材質(zhì)為聚氯乙烯。超濾膜的過(guò)水通量為35L/ m2 · h ；20d后打開(kāi)排泥閥17將反應(yīng)器5內(nèi)飽和吸附劑排出。相比以往的固定床處理方式，采用本發(fā)明裝置及方法，不僅可以同步去除兩蟲(chóng)、藻類、病毒等，而且每噸水處理建設(shè)投資可以降低32%、運(yùn)行費(fèi)用降低37%。實(shí)施例4
同實(shí)施例2，所不同的是，待處理的受砷污染飲用水含砷O. lmg/L，氧化劑為空氣與氯氣的混合氣體，其中空氣的體積占95%，氣水比為10 I ;吸附劑粉末氧化錳，顆粒尺寸為 30微米 100微米，投加量為40mg/L，在該反應(yīng)器5內(nèi)反應(yīng)時(shí)間為8min ;抽吸泵9的抽吸壓力在35kPa 50kPa范圍內(nèi)，由真空表7進(jìn)行計(jì)量，超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)6采用江蘇永泰環(huán)?？萍加邢薰咎峁┑慕](méi)式中空纖維超濾膜，膜孔徑為O. 05微米，膜材質(zhì)為聚氯乙烯。超濾膜的過(guò)水通量為IOOL/ m2 · h ；60d后打開(kāi)排泥閥17將反應(yīng)器5內(nèi)飽和吸附劑排出。相比以往的固定床處理方式，采用本發(fā)明裝置及方法，不僅可以同步去除兩蟲(chóng)、藻類、病毒等，而且每噸水處理建設(shè)投資可以降低27%、降低運(yùn)行費(fèi)用42%。實(shí)施例5
同實(shí)施例2，所不同的是，待處理的受砷污染飲用水含砷O. 6mg/L，氧化劑為空氣與氯氣的混合氣體，其中空氣的體積占99%，氣水比為10 I ;吸附劑選用江蘇永泰環(huán)?？萍加邢薰镜呢?fù)載型氧化鐵，顆粒尺寸為300微米 500微米，投加量為70mg/L。超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)6采用江蘇永泰環(huán)保科技有限公司提供的浸沒(méi)式中空纖維超濾膜，膜孔徑為O. 03微米， 膜材質(zhì)為聚氯乙烯。在該反應(yīng)器5內(nèi)反應(yīng)時(shí)間為15min ;抽吸泵9的抽吸壓力在25kPa 40kPa范圍內(nèi)，由真空表7進(jìn)行計(jì)量；超濾膜的過(guò)水通量為40L/ m2 · h，吸附劑停留時(shí)間為 55d。相比以往的固定床處理方式，采用本發(fā)明裝置及方法，飲用水中總砷濃度低于 O. 002 mg/L，不僅可以同步去除兩蟲(chóng)、藻類、病毒等，而且每噸水處理建設(shè)投資可以降低 24%、降低運(yùn)行費(fèi)用38%。實(shí)施例6
同實(shí)施例2，所不同的是，待處理的受砷污染飲用水含砷O. 2mg/L，氧化劑為空氣與氯氣的混合氣體，其中空氣的體積占98%，氣水比為40 I ;吸附劑選用顆粒氧化鐵，顆粒尺寸為150微米 500微米，投加量為150mg/L。超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)6采用江蘇南大金山環(huán)?？萍加邢薰咎峁┑慕](méi)式中空纖維超濾膜，膜孔徑為O. 03微米，膜材質(zhì)為聚氯乙烯。超濾膜的過(guò)水通量為90L/ m2 -h ;在該反應(yīng)器5內(nèi)反應(yīng)時(shí)間為15min ;抽吸泵9的抽吸壓力在 25kPa 40kPa范圍內(nèi)，由真空表7進(jìn)行計(jì)量；吸附劑停留時(shí)間為40d。相比以往的固定床處理方式，采用本發(fā)明裝置及方法，飲用水中總砷濃度低于
O.002 mg/L，不僅可以同步去除兩蟲(chóng)、藻類、病毒等，而且每噸水處理建設(shè)投資可以降低 30%、降低運(yùn)行費(fèi)用40%。實(shí)施例7
同實(shí)施例2，所不同的是，待處理的受砷污染飲用水含砷lmg/L，氧化劑為空氣與臭氧的混合氣體，其中空氣的體積占96%，氣水比為40 I ;吸附劑選用粉末氧化鐵，顆粒尺寸為 20微米 80微米，投加量為200mg/L。超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)6采用江蘇南大金山環(huán)?？萍加邢薰咎峁┑慕](méi)式中空纖維超濾膜，膜孔徑為O. 03微米，膜材質(zhì)為聚氯乙烯。超濾膜的過(guò)水通量為5L/ m2 · h ;在該反應(yīng)器5內(nèi)反應(yīng)時(shí)間為18min ;抽吸泵9的抽吸壓力在IOkPa 20kPa范圍內(nèi)，由真空表7進(jìn)行計(jì)量；吸附劑停留時(shí)間為10d。相比以往的固定床處理方式，采用本發(fā)明裝置及方法，飲用水中總砷濃度低于O.002 mg/L，不僅可以同步去除兩蟲(chóng)、藻類、病毒等，而且每噸水處理建設(shè)投資可以降低 32%、降低運(yùn)行費(fèi)用41%。實(shí)施例8
同實(shí)施例2，所不同的是，待處理的受砷污染飲用水含砷O. 3mg/L，氧化劑為空氣與氯氣的混合氣體，其中空氣的體積占98%，氣水比為20 I ;吸附劑選用江蘇永泰環(huán)?？萍加邢薰镜念w粒氧化錳，顆粒尺寸為250微米 500微米，投加量為200mg/L。超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)6采用美國(guó)通用公司提供的浸沒(méi)式中空纖維超濾膜，膜孔徑為O. 05微米，膜材質(zhì)為聚氯乙烯。超濾膜的過(guò)水通量為80L/ m2 · h ;在該反應(yīng)器5內(nèi)反應(yīng)時(shí)間為5min ;抽吸泵9的抽吸壓力在35kPa 50kPa范圍內(nèi)，由真空表7進(jìn)行計(jì)量；吸附劑停留時(shí)間為10d。相比以往的固定床處理方式，采用本發(fā)明裝置及方法，飲用水中總砷濃度低于
O.002 mg/L，不僅可以同步去除兩蟲(chóng)、藻類、病毒等，而且每噸水處理建設(shè)投資可以降低 26%、降低運(yùn)行費(fèi)用34%。
1權(quán)利要求
1.一種氧化吸附一體化飲用水除砷裝置，包括進(jìn)水控制系統(tǒng)、反應(yīng)器(5)和超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)(6)，其特征在于，還包括曝氣氧化系統(tǒng)、排泥系統(tǒng)和出水控制系統(tǒng)，所述的進(jìn)水控制系統(tǒng)連接到反應(yīng)器(5)中；所述的超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)(6)位于反應(yīng)器(5)的中下部，并且與出水控制系統(tǒng)相連接；所述的排泥系統(tǒng)包括排泥閥(17)和排泥管，排泥閥(17)位于排泥管上，用于控制排泥管的開(kāi)閉，排泥管的一端連接在反應(yīng)器(5)的底部或反應(yīng)器(5)側(cè)壁的下半部分；所述的曝氣氧化系統(tǒng)包括曝氣管(16)、進(jìn)氣閥(14)和空氣泵(13)，曝氣管(16)位于反應(yīng)器(5)的中下部，曝氣管(16)的一端伸出反應(yīng)器(5)的外部與進(jìn)氣閥(14)和空氣泵(13)依次連接；所述的出水控制系統(tǒng)由出水閥門(mén)(8)、抽吸泵(9)和出水管(10)依次連接組成，出水閥門(mén)(8 )與超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)(6 )通過(guò)管道連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氧化吸附一體化飲用水除砷裝置，其特征在于所述的出水控制系統(tǒng)的連接管道上有真空表(7)，位于連接出水閥門(mén)(8)和超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)(6)的管道上，用于讀取出水控制系統(tǒng)抽吸的氣壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的氧化吸附一體化飲用水除砷裝置，其特征在于還包括反沖洗系統(tǒng)和吸附劑投加管(18)，所述的反沖洗系統(tǒng)包括沖洗管(12)和反沖洗閥門(mén)(11 )， 所述的沖洗管(12)通過(guò)反沖洗閥門(mén)(11)接在反沖洗系統(tǒng)真空表(7)和出水閥門(mén)(8)之間； 所述的吸附劑投加管(18)的一端伸入反應(yīng)器(5)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氧化吸附一體化飲用水除砷裝置，其特征在于所述的進(jìn)水控制系統(tǒng)由進(jìn)水管(I)、提升泵(2)、高位水箱(3)和恒位水箱(4)通過(guò)管道依次連接構(gòu)成， 在重力流的情況下也可直接連接恒位水箱(4)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氧化吸附一體化飲用水除砷裝置，其特征在于所述的曝氣氧化系統(tǒng)還包括氣體流量計(jì)(15)，氣體流量計(jì)(15)接入在曝氣管(16)和進(jìn)氣閥(14)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氧化吸附一體化飲用水除砷裝置，其特征在于所述的超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)(6 )包括超濾膜組件和超濾膜，超濾膜包裹在超濾膜組件上，所述超濾膜的孔徑為0. 01微米 0. 05微米。
7.一種氧化吸附一體化飲用水除砷方法，包括以下步驟(1)將待處理的受砷污染飲用水通過(guò)進(jìn)水控制系統(tǒng)加入反應(yīng)器(5)中；(2)空氣泵(13)向反應(yīng)器(5)內(nèi)加入氧化劑進(jìn)行曝氣，將水中三價(jià)砷氧化為五價(jià)砷，并進(jìn)行攪拌混合，氣水比為4 I 40 I ；(3)向反應(yīng)器(5)內(nèi)投加吸附劑，用來(lái)吸附砷；(4)水在反應(yīng)器(5)中反應(yīng)2 20min后，出水控制系統(tǒng)啟動(dòng)，抽出處理后的水。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氧化吸附一體化飲用水除砷方法，其特征在于，還包括以下步驟(5)向反應(yīng)器(5)外排放飽和吸附劑，控制吸附劑在反應(yīng)器(5)內(nèi)的停留時(shí)間在IOd 60d ；(6)超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)(6)的清洗，關(guān)閉出水控制系統(tǒng)，開(kāi)啟反沖洗系統(tǒng)，將反沖洗系統(tǒng)與水泵連接，通過(guò)超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)(6)使水流入反應(yīng)器(5)中，對(duì)反應(yīng)器5中的超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)(6)進(jìn)行清洗。
9.如權(quán)利要求7所述的氧化吸附一體化飲用水除砷方法，其特征在于所述步驟(I) 的受砷污染飲用水中砷可以是無(wú)機(jī)三價(jià)砷，也可以是無(wú)機(jī)五價(jià)砷，總砷濃度小于lmg/L ;所述步驟(2)中的氧化劑可以是空氣，也可以是空氣與臭氧或氯氣組成的混合氣體，混合氣體中空氣所占的體積為95% 99%。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氧化吸附一體化飲用水除砷方法，其特征在于所述步驟(3)中的吸附劑為氧化鐵或氧化錳，吸附劑其外形尺寸為10微米 500微米，吸附劑投加量為5(T200 mg/L ;步驟(4)中的出水控制系統(tǒng)抽水時(shí)抽吸壓力為5kPa 50kPa，膜通量在 5L/ m2 · h IOOL/ m2 · h 范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了氧化吸附一體化飲用水除砷裝置及方法，屬于飲用水深度除砷領(lǐng)域。其包括進(jìn)水控制系統(tǒng)、反應(yīng)器、超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)，還包括曝氣氧化系統(tǒng)、排泥系統(tǒng)和出水控制系統(tǒng)，所述的超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)在反應(yīng)器的中下部，并且與出水控制系統(tǒng)相連接；所述的排泥系統(tǒng)包括排泥閥和排泥管；所述的曝氣氧化系統(tǒng)包括曝氣管、進(jìn)氣閥和空氣泵；所述的出水控制系統(tǒng)由出水閥門(mén)、抽吸泵和出水管依次連接組成，出水控制系統(tǒng)與超濾膜過(guò)濾系統(tǒng)相連接。本發(fā)明氧化吸附一體化飲用水除砷裝置及方法，是將氧化、吸附和膜分離有機(jī)地結(jié)合，置于同一反應(yīng)池內(nèi)完成，具有便于工程應(yīng)用、固定投資抵、運(yùn)行成本低廉、能確保飲用水水質(zhì)安全的深度除砷的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C02F1/58GK102583698SQ20121009536
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者俞冬輝, 呂路, 吳軍, 張淑娟, 張煒銘, 潘丙才 申請(qǐng)人:南京大學(xué), 江蘇永泰環(huán)保科技有限公司