基于傳統(tǒng)凈水工藝的節(jié)地改造升級方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于傳統(tǒng)凈水工藝的節(jié)地改造升級方法；所述方法包括如下步驟：(1)湖泊或水庫原水經(jīng)次氯酸鈉投加裝置進入水泵房；(2)經(jīng)預(yù)臭氧和混凝劑投加裝置進入水廠混凝池；(3)經(jīng)平流沉淀池進入浸沒式PVDF超濾膜抽吸組件；(4)進入顆粒破碎活性炭-石英砂雙層濾池，經(jīng)紫外-氯胺順序消毒后，進入清水池，然后加壓輸送至配水管網(wǎng)，即可。本發(fā)明是對傳統(tǒng)凈水工藝的改進，實現(xiàn)了出水水質(zhì)的根本改善，本發(fā)明方法簡單，工藝流程緊湊，成本低，效果顯著。
【專利說明】基于傳統(tǒng)凈水工藝的節(jié)地改造升級方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種凈水工藝，尤其是一種基于傳統(tǒng)凈水工藝的節(jié)地改造升級方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，我國大部分飲用水處理工藝仍是傳統(tǒng)的混凝、沉淀、過濾和消毒工藝。隨著 2006年新飲用水水質(zhì)國家標(biāo)準(zhǔn)的推出，在地表水質(zhì)沒有根本性好轉(zhuǎn)的情況下，特別是以湖 泊和水庫水為原水的水廠，傳統(tǒng)飲用水處理工藝很難實現(xiàn)出水水質(zhì)完全達(dá)標(biāo)。因此，大部分 水廠在未來的幾年都需要進行工藝改造升級。但由于城市化的快速發(fā)展，許多水廠都被周 圍城市建筑包圍，沒有可供擴建的土地或需通過高昂的拆遷征地才能完成擴建。如何實現(xiàn) 不征地或少征地，利用原有凈水構(gòu)筑物和現(xiàn)代水質(zhì)凈化新技術(shù)實現(xiàn)傳統(tǒng)凈水工藝節(jié)地升級 是眾多城市水廠面臨的重大課題，也是必須創(chuàng)新解決的急迫問題。
[0003] 傳統(tǒng)的混凝、沉淀、過濾和消毒凈水工藝是一個物理化學(xué)過程，對于有機污染日 益嚴(yán)重、水體在溫暖季節(jié)存在富營養(yǎng)化現(xiàn)象的各種湖泊和水庫水源來講，雖然通過傳統(tǒng)凈 水工藝可使出廠水質(zhì)變清，但大量的藻細(xì)胞會嚴(yán)重影響混凝沉淀工藝和過濾工藝的正常運 行，其中仍然存在的各種溶解性有機物、特別是致嗅物質(zhì)還是會導(dǎo)致人們對飲用水水質(zhì)的 不信任，而在氯化消毒工藝環(huán)節(jié)也會產(chǎn)生各種有健康風(fēng)險的消毒副產(chǎn)物并導(dǎo)致出廠水質(zhì)生 物不穩(wěn)定，在管網(wǎng)輸配環(huán)節(jié)產(chǎn)生微生物再生、微生物誘導(dǎo)腐蝕、基因水平轉(zhuǎn)移引發(fā)的微生物 耐藥性增強等問題。
[0004] 超濾膜技術(shù)與傳統(tǒng)水處理工藝相比，能有效截留雜質(zhì)、細(xì)菌和病原菌，從而降低后 續(xù)消毒加氯量，減少消毒副產(chǎn)物的生成量。其中浸沒式超濾膜因具有產(chǎn)水量高、能耗低、便 于與其他工藝相結(jié)合等優(yōu)勢而受到廣泛重視，成為替代水廠傳統(tǒng)處理工藝的最佳技術(shù)選擇 之一。
[0005] 瞿芳術(shù)，梁恒，王輝等在PAC-UF工藝處理沉淀池出水試驗一文中（哈爾濱工業(yè)大 學(xué)學(xué)報，2010,42(11) :1779-1782)，利用粉末活性炭（PAC)和浸沒式超濾膜組件聯(lián)合處理 凈水廠沉淀池出水，并對處理前后水樣的濁度、COD^、UV254、T0C和三氯甲烷生成勢進行檢 測。結(jié)果表明：PAC能夠加強超濾膜對水中顆粒及膠體物質(zhì)的控制，使出水的濁度保持在 0. 10NTU以下，去除率在95%以上；PAC能有效提高超濾工藝對有機物的去除能力，PAC的最 佳投量在20?30mg/L ;PAC和超濾膜聯(lián)合使用還能去除三氯甲烷的前驅(qū)物，在投量為20? 30mg/L時能降低23. 9%?31. 4%的三氯甲烷生成勢。通過分析PAC投量對膜通量下降的 影響可知，PAC投加可以降低膜污染，同時，PAC - UF工藝中形成的膜污染以粉末活性炭顆 粒泥餅層為主，可以通過簡單的水力反沖洗實現(xiàn)通量恢復(fù)。該方法雖然通過PAC引入吸附 環(huán)節(jié)，但對有機物如〇?^，254和T0C的去除率有限，分別為16. 7%，11.0%和18. 5%，且 PAC與混凝劑在一起很難回收利用，對于像上海一天凈化約700萬噸水的城市一年僅PAC就 需3. 78億元，對水廠也是很大的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)。用超濾工藝替代傳統(tǒng)工藝中的過濾工藝，從而 實現(xiàn)水質(zhì)的提升，是超濾膜在飲用水處理中的一種重要應(yīng)用形式。該文超濾工藝用于處理 沉淀出水，與沉淀池是各自獨立設(shè)置，沒有考慮節(jié)地需求，也沒有充分利用平流沉淀池沉淀 區(qū)空間余量。該文建議采用的改姓PVC膜材料普遍存在易斷絲，影響凈水過程穩(wěn)定性，且這 種工藝一般針對原水水質(zhì)穩(wěn)定、水中有機物和氨氮較低的情況。而以湖泊或水庫為原水的 傳統(tǒng)凈水工藝很難以此作為終極升級工藝，且水質(zhì)不能得到保證。
[0006] 馮碩，張曉健，陳超等在炭砂濾池在飲用水處理中的研究現(xiàn)狀及前景一文中（中 國給水排水，2012, 28 (4) :16-19)指出，面對普遍存在的微污染水源水質(zhì)和生活飲用水衛(wèi) 生標(biāo)準(zhǔn)的日益提高，自來水廠有必要采用深度處理工藝。炭砂濾池在保證有效去除濁度的 基礎(chǔ)上，可以增強對有機物和氨氮等污染物的去除效果，且炭砂濾池只需對水廠砂濾池進 行改造，無需增加新的處理構(gòu)筑物，基建及日常運行管理費用較低，因此適用于我國自來水 廠的提標(biāo)改造。在組合工藝方面，作者僅提出了針對易氧化難吸附有機物的污染，可采用預(yù) 氧化和炭砂濾池組合工藝；針對高濃度易吸附有機物的污染，宜采用粉末活性炭和炭砂濾 池組合工藝；針對高濃度氨氮污染，可采用曝氣和炭砂濾池組合工藝，其炭砂濾池中的活性 炭主要功能是吸附作用，未考慮活性炭吸附飽和后如何發(fā)揮功能，對活性炭的選擇性也未 考慮，因為當(dāng)活性炭作為微生物載體時，其要求是完全不同于吸附載體的。同時該文缺乏針 對傳統(tǒng)凈水工藝的整體節(jié)地改造升級工藝方案，特別是針對高藻型湖泊或水庫型原水的傳 統(tǒng)凈水工藝改造升級方案。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于傳統(tǒng)凈水工藝的節(jié)地改造 系統(tǒng)升級技術(shù)。本申請以傳統(tǒng)混凝、沉淀、過濾和消毒為凈水工藝的城市水廠為目標(biāo)，通過 集成創(chuàng)新，針對高藻型富營養(yǎng)湖泊或水庫原水，以原水預(yù)處理、平流沉淀和砂濾工藝單元為 核心，通過原水取水泵房增設(shè)次氯酸鈉投加工藝以去除夏季藍(lán)綠藻爆發(fā)時產(chǎn)生的嗅味和破 壞藻細(xì)胞；在平流沉淀池內(nèi)出水區(qū)增設(shè)不易斷絲的浸沒式PVDF超濾膜組件，充分利用平流 沉淀池內(nèi)的空間余量同時，穩(wěn)定有效去除所有顆粒物和大分子有機物；通過對普通快濾池 改造為上層為易于微生物附著的顆粒破碎活性炭和下層為石英砂的雙層濾料濾池，實現(xiàn)生 物活性炭對小分子有機物、特別是嗅味物質(zhì)的高效微生物代謝和砂濾對生物活性炭脫落微 生物殘體和濁度的截留去除。
[0008] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0009] 本發(fā)明提供一種基于傳統(tǒng)凈水工藝的節(jié)地改造升級方法，所述方法包括如下步 驟：
[0010] (1)湖泊或水庫原水經(jīng)次氯酸鈉投加裝置進入水泵房；
[0011] (2)經(jīng)預(yù)臭氧和混凝劑投加裝置進入水廠混凝池；
[0012] (3)經(jīng)平流沉淀池進入浸沒式PVDF超濾膜抽吸組件；
[0013] (4)進入顆粒破碎活性炭-石英砂雙層濾池，經(jīng)紫外-氯胺順序消毒后，進入清水 池，然后加壓輸送至配水管網(wǎng)，即可。
[0014] 優(yōu)選地，步驟（1)中，所述次氯酸鈉投加裝置中的次氯酸鈉去除夏季藍(lán)綠藻爆發(fā) 時在湖泊或水庫中產(chǎn)生的嗅味和破壞藻細(xì)胞。
[0015] 優(yōu)選地，步驟（2)具體步驟為：在水廠混凝池前設(shè)置預(yù)臭氧和混凝劑投加裝置，投 加混凝劑的原水經(jīng)快速混合、慢速反應(yīng)后進入平流沉淀池。
[0016] 優(yōu)選地，步驟（3)具體步驟為：經(jīng)過平流沉淀池前2/3段平流沉淀后，在平流沉淀 池后1/3段增設(shè)浸沒式PVDF超濾膜抽吸組件和反沖洗系統(tǒng)。
[0017] 優(yōu)選地，所述浸沒式PVDF超濾膜抽吸組件、反洗系統(tǒng)利用平流沉淀池沉淀區(qū)余 量，實現(xiàn)中空纖維膜組件的穩(wěn)定運行和大分子物質(zhì)的高效去除。
[0018] 優(yōu)選地，步驟（4)中，所述濾池為顆粒破碎活性炭石英砂雙層濾料濾池。
[0019] 優(yōu)選地，所述顆粒破碎活性炭石英砂雙層濾料濾池去除膜濾后小分子物質(zhì)。
[0020] 優(yōu)選地，步驟（4)中，所述經(jīng)過紫外-氯胺順序消毒，實現(xiàn)對炭砂濾池后微生物的 較徹底去除。
[0021] 本發(fā)明針對當(dāng)前部分地區(qū)以湖泊或水庫為飲用原水，水源水質(zhì)在夏季常常較差， 傳統(tǒng)的混凝、沉淀、過濾和消毒凈水工藝凈化能力有限，單獨的沉淀池工藝升級和砂濾池升 級對工藝運行和水質(zhì)穩(wěn)定性不能得到保障，提供了一種利用原水泵站預(yù)加氯，實現(xiàn)夏季破 壞藻細(xì)胞，部分氧化致嗅物質(zhì)，降低混凝沉淀壓力；平流沉淀池出水區(qū)結(jié)合PVDF膜組件、代 替砂濾池實現(xiàn)高效固液分離，并為下一步凈水工藝提供去除顆粒、病原菌和大分子有機物 的優(yōu)質(zhì)中間水；利用普通砂濾池改造成顆粒破碎活性炭和石英砂雙層濾料濾池實現(xiàn)生物活 性炭生物代謝溶解有機物、提高出廠水質(zhì)生物穩(wěn)定性，同時利用石英砂濾池實現(xiàn)生物碳濾 池出水懸浮物、泄漏微生物截留功能的傳統(tǒng)飲用水凈水工藝原位節(jié)地升級改造系統(tǒng)工藝技 術(shù)。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0023] (1)本發(fā)明實現(xiàn)了以湖泊水源為原水，以傳統(tǒng)凈水工藝混凝、平流沉淀、過濾和消 毒組成的城市水廠在不征用土地條件下，通過增設(shè)輸水過程針對夏季嗅味消除的次氯酸鈉 投加工藝；在水廠混凝池前設(shè)置預(yù)臭氧和混凝劑投加裝置，投加混凝劑的原水經(jīng)快速混合、 慢速反應(yīng)后進入平流沉淀池，通過平流沉淀出水區(qū)增設(shè)浸沒式PVDF高效超濾膜組件去除 顆粒物和大分子有機物；通過石英砂單層濾料的普通快濾池改造成上層為顆粒破碎活性炭 下層為石英砂的生物活性炭砂濾池去除小分子有機物、特別是嗅味物質(zhì)；通過紫外-氯胺 順序消毒實現(xiàn)出水微生物安全并最終實現(xiàn)水廠原位改造，水質(zhì)原位升級的技術(shù)目標(biāo)。
[0024] (2)因大量的藻細(xì)胞會嚴(yán)重影響混凝沉淀工藝和過濾工藝的正常運行，本發(fā)明在 原水輸送前增設(shè)了次氯酸鈉預(yù)氧化投加裝置，從而有效緩解了藻細(xì)胞對凈水工藝的影響和 因致嗅物質(zhì)導(dǎo)致人們對飲用水水質(zhì)的不信任；
[0025] (3)本發(fā)明在平流沉淀池后1/3段設(shè)有浸沒式PVDF超濾膜抽吸組件及反洗系統(tǒng)， 從而能有效截留雜質(zhì)、細(xì)菌和其它病原體，從而降低后續(xù)消毒加氯量，減少消毒副產(chǎn)物的生 成量；
[0026] (4)本發(fā)明針對膜分離后水中小分子有機物，采用生物活性炭和石英砂濾池組合 工藝，從而有效地改善了出水水質(zhì)。
[0027] (5)本發(fā)明對傳統(tǒng)凈水工藝進行原位升級改造，實現(xiàn)了出水水質(zhì)的根本改善，本發(fā) 明工藝流程簡單、改造成本低、效果顯著。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點將會變得更明顯：
[0029] 圖1為上海青草沙水庫原水預(yù)加次氯酸鈉對水廠進水中藻細(xì)胞的去除效果圖；
[0030] 圖2為平流沉淀池增設(shè)超濾膜工藝后PVC膜和PVDF膜對濁度去除效果圖；
[0031] 圖3為炭砂濾池運行中生物活性炭濾池微生物泄露與石英砂濾池截留效果圖。

【具體實施方式】
[0032] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明 的保護范圍。
[0033] 實施例
[0034] 本實施例涉及一種基于傳統(tǒng)凈水工藝的節(jié)地改造升級方法，所述方法包括如下步 驟：
[0035] (1)上海市長江青草沙水庫原水由于從流動的江水變?yōu)榫徚魉畮焖w，每年夏季 都會大量生長藻類并產(chǎn)生嚴(yán)重的嗅味問題。為減輕藻細(xì)胞大量生長對凈水工藝和飲用水嗅 味的影響，在取水頭部增設(shè)次氯酸鈉投加裝置，次氯酸鈉投加量根據(jù)當(dāng)季原水所含藻細(xì)胞 數(shù)量和嗅味物質(zhì)被次氯酸鈉去除效率小試結(jié)果和供水系統(tǒng)嗅味物質(zhì)綜合去除效率通過技 術(shù)經(jīng)濟比較確定；圖1為水庫原水預(yù)加次氯酸鈉對水廠進水中藻細(xì)胞的去除效果圖；
[0036] (2)經(jīng)過原水次氯酸鈉預(yù)處理的水庫水進入水廠后，經(jīng)過預(yù)臭氧和混凝劑投加裝 置后進入混凝池反應(yīng)和平流沉淀池，在平流沉淀池后1/3段設(shè)有浸沒式PVDF超濾膜抽吸組 件及反洗系統(tǒng)的平流沉淀池；圖2為平流沉淀池增設(shè)超濾膜工藝后PVC膜和PVDF膜對濁度 去除生產(chǎn)試驗效果圖；
[0037] (3)經(jīng)過前述膜組件及反洗系統(tǒng)處理出水進入活性炭石英砂雙層濾料濾池，圖3 為炭砂濾池運行中生物活性炭濾池微生物泄露與石英砂濾池截留試驗效果圖；
[0038] (4)經(jīng)過紫外-氯胺順序消毒后，進入清水池，然后加壓輸送至配水管網(wǎng)，即可。
[0039] 綜上所述：本發(fā)明實現(xiàn)了以湖泊水源為原水，以傳統(tǒng)凈水工藝混凝、平流沉淀、過 濾和消毒組成的城市水廠在不征用土地條件下，通過增設(shè)輸水過程針對夏季嗅味消除的次 氯酸鈉投加工藝；在水廠混凝池前設(shè)置預(yù)臭氧和混凝劑投加裝置，投加混凝劑的原水經(jīng)快 速混合、慢速反應(yīng)后進入平流沉淀池，通過平流沉淀出水區(qū)增設(shè)浸沒式PVDF高效超濾膜組 件去除顆粒物和大分子有機物；通過石英砂單層濾料的普通快濾池改造成上層為顆?；钚?炭下層為石英砂的生物活性炭砂濾池去除小分子有機物、特別是嗅味物質(zhì)；通過紫外-氯 胺順序消毒實現(xiàn)出水微生物安全并最終實現(xiàn)水廠原位改造，水質(zhì)原位升級的技術(shù)目標(biāo)。
[0040] 以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述 特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影 響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于傳統(tǒng)凈水工藝的節(jié)地改造升級方法，其特征在于，所述方法包括如下步 驟： (1) 湖泊或水庫原水經(jīng)次氯酸鈉投加裝置進入水泵房； (2) 經(jīng)預(yù)臭氧和混凝劑投加裝置進入水廠混凝池； (3) 經(jīng)平流沉淀池進入浸沒式PVDF超濾膜抽吸組件； (4) 進入顆粒破碎活性炭-石英砂雙層濾池，經(jīng)紫外-氯胺順序消毒后，進入清水池，然 后加壓輸送至配水管網(wǎng)，即可。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傳統(tǒng)凈水工藝的節(jié)地改造升級方法，其特征在于，步驟 (1) 中，所述次氯酸鈉投加裝置中的次氯酸鈉去除夏季藍(lán)綠藻爆發(fā)時在湖泊或水庫中產(chǎn)生 的嗅味和破壞藻細(xì)胞。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傳統(tǒng)凈水工藝的節(jié)地改造升級方法，其特征在于，步驟 (2) 具體步驟為：在水廠混凝池前設(shè)置預(yù)臭氧和混凝劑投加裝置，投加混凝劑的原水經(jīng)快 速混合、慢速反應(yīng)后進入平流沉淀池。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傳統(tǒng)凈水工藝的節(jié)地改造升級方法，其特征在于，步驟 (3) 具體步驟為：經(jīng)過平流沉淀池前2/3段平流沉淀后，在平流沉淀池后1/3段增設(shè)浸沒式 PVDF超濾膜抽吸組件和反沖洗系統(tǒng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傳統(tǒng)凈水工藝的節(jié)地改造升級方法，其特征在于，步驟 (3) 中，所述浸沒式PVDF超濾膜抽吸組件利用平流沉淀池沉淀區(qū)余量，實現(xiàn)中空纖維膜組 件的穩(wěn)定運行和大分子物質(zhì)的高效去除。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傳統(tǒng)凈水工藝的節(jié)地改造升級方法，其特征在于，步驟 (4) 中，所述濾池為顆粒破碎活性炭石英砂雙層濾料濾池。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于傳統(tǒng)凈水工藝的節(jié)地改造升級方法，其特征在于，所述 顆粒破碎活性炭石英砂雙層濾料濾池去除膜濾后小分子物質(zhì)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傳統(tǒng)凈水工藝的節(jié)地改造升級方法，其特征在于，步驟 (4)中，所述經(jīng)過紫外-氯胺順序消毒，實現(xiàn)對炭砂濾池后微生物的去除。
【文檔編號】C02F9/08GK104118957SQ201410326105
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】白曉慧, 張明德, 孟明群, 朱慧峰, 張東, 錢慶玲, 金哲, 陳嬌 申請人:上海交通大學(xué)