專利名稱：山區(qū)飲用水的預(yù)處理與浸沒(méi)式超濾膜工藝聯(lián)用方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及山區(qū)農(nóng)村飲水安全領(lǐng)域，特別涉及一種適用于山區(qū)農(nóng)村飲用水供給， 將橫流式跌水曝氣生物預(yù)處理與浸沒(méi)式超濾膜組合工藝聯(lián)合使用的方法及裝置。
背景技術(shù)：
由于中國(guó)南方山區(qū)的經(jīng)濟(jì)水平較低，人們的飲水安全意識(shí)比較淡薄，《全國(guó)農(nóng)村飲 水安全工程“十一五”規(guī)劃》中提到集中式供水工程中，多數(shù)供水設(shè)施簡(jiǎn)陋，只有水源和管 網(wǎng)，缺少必要的水處理設(shè)施和水質(zhì)檢測(cè)措施；有水處理設(shè)施的集中式供水工程僅占集中供 水工程總數(shù)的8%左右。而直接飲用未經(jīng)處理的污染水，對(duì)人體健康危害嚴(yán)重。飲用細(xì)菌嚴(yán) 重超標(biāo)的污染水會(huì)導(dǎo)致腸道疾病甚至急性傳染病暴發(fā)，飲用有機(jī)污染嚴(yán)重的水會(huì)降低人體 的免疫力，致畸、致癌、致突變。解決農(nóng)村飲水安全問(wèn)題，可減少疾病、改善農(nóng)村人居環(huán)境、提 高生活質(zhì)量、增加農(nóng)民收入、繁榮農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、縮小城鄉(xiāng)差別，是建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村的重要 內(nèi)容。在這種背景條件下，研發(fā)出適合農(nóng)村的運(yùn)行成本低、管理簡(jiǎn)便、因地制宜、安全可靠的 飲用水處理方法和裝置勢(shì)在必行。膜技術(shù)被譽(yù)為21世紀(jì)最有前途的水處理技術(shù)之一，以超濾膜技術(shù)為核心的組合 工藝作為微污染地表水處理的一項(xiàng)新技術(shù)引起了人們的廣泛關(guān)注。超濾膜能有效截留水中 顆粒物，使出水濁度降低至0. INTU以下，并能去除大分子有機(jī)物，及絕大部分藻類、水蚤、 紅蟲(chóng)、藍(lán)氏賈第蟲(chóng)和隱孢子蟲(chóng)(兩蟲(chóng))、細(xì)菌甚至病毒等微生物。單獨(dú)超濾對(duì)溶解性有機(jī)物 的去除能力有限，特別是對(duì)小分子有機(jī)物和氨氮等污染物成分的去除能力有限，需要結(jié)合 生物預(yù)處理才能將水源中的小分子有機(jī)物和氨氮有效去除。涉及農(nóng)村飲水供給的專利，如《適用于農(nóng)村地區(qū)的飲用水膜-紫外線組合消毒 反應(yīng)器》200820058505. 3實(shí)用新型將超濾膜和紫外線消毒結(jié)合，未涉及生物處理，不能 去除水中小分子有機(jī)物和氨氮；涉及山區(qū)農(nóng)村供水專利《山區(qū)飲用水供給裝置及方法》 200610049817. 3同樣未涉及生物預(yù)處理；涉及超濾處理微污染水作為飲用水的專利，如 《一種飲用水深度凈化方法和裝置》200810063899. 6和《一種處理微污染地表水的方法及裝 置》200910087209. 5中使用曝氣生物濾池或曝氣活性炭濾池作為生物預(yù)處理和產(chǎn)水泵出水 等工藝和設(shè)備，能較好地去除水中的有機(jī)物和氨氮，但是該工藝運(yùn)行較復(fù)雜，不適合山區(qū)農(nóng) 村的管理水平，且未能很好地利用山區(qū)地形特點(diǎn)，設(shè)備需要持續(xù)的曝氣使得運(yùn)行成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種便于工程應(yīng)用、運(yùn)行成本低廉、適合農(nóng)村管理水平，并能 充分利用山區(qū)地形特點(diǎn)且對(duì)微污染水源有良好處理效果的飲用水處理方法和裝置。本發(fā)明所述的山區(qū)飲用水的預(yù)處理與浸沒(méi)式超濾膜工藝聯(lián)用方法，包括以下步 驟①將原水經(jīng)重力流引入三級(jí)橫向流跌水曝氣生物濾池，濾池的充氧通過(guò)三級(jí)濾床 之間的高差跌水實(shí)現(xiàn)；
②出水重力流進(jìn)入膜處理水池，膜處理水池內(nèi)設(shè)置浸沒(méi)式超濾膜，利用山區(qū)地形 進(jìn)行虹吸式出水；③在膜處理水池底部裝設(shè)穿孔曝氣管來(lái)減少超濾膜的粘連堵塞，根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)， 向膜處理水池進(jìn)水管內(nèi)投加混凝劑和粉末炭來(lái)減少膜污染；④采用超濾膜的出水通過(guò)反洗泵對(duì)超濾膜進(jìn)行定期反沖洗；根據(jù)膜處理水池內(nèi)混 合液的水質(zhì)情況確定膜處理水池定期放空的時(shí)間，為1-5天，通過(guò)打開(kāi)放空閥門進(jìn)行放空， 然后重新進(jìn)水。本發(fā)明還提供了一種山區(qū)飲用水的預(yù)處理與浸沒(méi)式超濾膜工藝聯(lián)用裝置，包括橫 向流跌水曝氣生物濾池、浸沒(méi)式超濾膜處理系統(tǒng)和清水池。所述橫向流跌水曝氣生物濾池 為三級(jí)串聯(lián)的、以礫石或卵石為填充物的礫石床；所述浸沒(méi)式超濾膜系統(tǒng)包括膜處理水 池，設(shè)置在膜處理水池內(nèi)的超濾膜組件，由設(shè)置在膜處理水池底部穿孔曝氣管和設(shè)置于膜 處理水池外部的鼓風(fēng)機(jī)組成的曝氣裝置，由與超濾膜組件連接的出水管、安裝在出水管上 依次串聯(lián)的虹吸形成罐和虹吸閥門、以及安裝在出水管旁路上的手動(dòng)放氣閥和灌水閥門組 成的虹吸形成裝置，設(shè)置在出水管旁路上的、由串聯(lián)的反沖洗閥門和反沖洗水泵組成的反 沖洗裝置，以及混凝劑投加裝置和粉末炭投加裝置；所述清水池為混凝土水池、玻璃鋼水箱 或不銹鋼水箱，膜處理水池和清水池之間的高度差為3-5m。所述超濾膜組件中用到的超濾膜的材質(zhì)包括聚偏氟乙烯、聚乙烯和聚砜超濾膜， 膜孔徑為0. 01-0. 1 μ m，工作壓力為5-50kPa，膜形式為中空纖維膜。所述穿孔曝氣管在虹吸出水過(guò)程中利用鼓風(fēng)機(jī)間歇向膜處理水池內(nèi)曝氣，曝氣間 隔為10-120min，每次曝氣持續(xù)0. 5_5min，曝氣強(qiáng)度為20-50m7m2. h。所述混凝劑投加裝置中添加的混凝劑包括硫酸鋁、三氯化鐵和聚合鋁；所述粉末 炭投加裝置中添加的粉末炭為200-325目煤質(zhì)炭或木質(zhì)炭。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)為1.本發(fā)明將生物預(yù)處理與混凝_粉末炭_超濾膜工藝結(jié)合使用，通過(guò)生物預(yù)處理 去除水源水中小分子有機(jī)物和氨氮，混凝使大分子有機(jī)物、膠體和顆粒物形成大礬花，粉末 炭吸附小分子物質(zhì)，超濾膜形成最后的屏障，可以去除顆粒物和細(xì)菌病毒，根據(jù)水源水水質(zhì) 情況確定是否投加混凝劑和粉末炭。2.本發(fā)明采用的生物預(yù)處理為橫向流跌水曝氣生物濾池，通過(guò)跌水進(jìn)行充氧曝 氣，節(jié)省能源，充分利用山區(qū)的地形優(yōu)勢(shì)；該生物濾池中設(shè)置疊梁間，可以靈活地調(diào)整運(yùn)行 參數(shù)，自適應(yīng)能力強(qiáng)。3.本發(fā)明中采用浸沒(méi)式超濾膜，出水需要壓力較低，采用虹吸式出水，使運(yùn)行費(fèi)用 降低，通過(guò)膜處理水池和清水池之間水面的變化可以自適應(yīng)地調(diào)整出水水量。4.本發(fā)明中浸沒(méi)式超濾膜采用間歇曝氣方式，與連續(xù)曝氣相比，大大節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。


圖1是本發(fā)明的工藝流程圖；圖2是跌水曝氣生物濾池部分結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為超濾膜處理系統(tǒng)和清水池部分結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標(biāo)號(hào)1-總進(jìn)水管；2-第一級(jí)礫石床；3-第二級(jí)礫石床；4-第三級(jí)礫石床；5-集水坑； 6-生物濾池出水；7-進(jìn)水流量計(jì)；8-混凝劑溶藥桶；9-粉末炭溶藥桶；10-混凝劑加藥管 道；11-粉末炭加藥管道；12-膜處理水池進(jìn)水管；13-超濾膜組件；14-膜處理水池；15-出 水管；16-手動(dòng)放氣閥；17-灌水閥門；18-出水流量計(jì)；19-虹吸形成罐；20-虹吸閥門； 21-清水池；22-反沖洗閥門；23-反沖洗水泵；24-鼓風(fēng)機(jī)；25-穿孔曝氣管；26-溢流管； 27-放空管。
具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種山區(qū)飲用水的預(yù)處理與浸沒(méi)式超濾膜工藝聯(lián)用方法及裝置，下 面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明的工藝流程圖如圖1所示，將原水經(jīng)重力流引入三級(jí)橫向流跌水曝氣生物 濾池，濾池的充氧通過(guò)三級(jí)濾床之間的高差跌水實(shí)現(xiàn)；出水重力流進(jìn)入膜處理水池，膜處理 水池內(nèi)設(shè)置浸沒(méi)式超濾膜，利用山區(qū)地形進(jìn)行虹吸式出水；在膜處理水池底部裝設(shè)穿孔曝 氣管來(lái)減少超濾膜的粘連堵塞，根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)，向膜處理水池進(jìn)水管內(nèi)投加混凝劑和粉末 炭來(lái)減少膜污染；采用超濾膜的出水通過(guò)反洗泵對(duì)超濾膜進(jìn)行定期反沖洗。原水可以是水庫(kù)水、湖泊水或池塘水等地表水源水。如圖2所示，原水首先通過(guò)總 進(jìn)水管1引至第一級(jí)礫石床2，通過(guò)疊梁間和活動(dòng)跌水板順序跌水至第二級(jí)礫石床3和第三 級(jí)礫石床4，水力停留時(shí)間可以通過(guò)調(diào)整礫石床末端的疊梁閘進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整范圍l-2h。原 水在通過(guò)礫石床的過(guò)程中進(jìn)行生物處理，由附著在礫石表面的生物膜對(duì)水中小分子的有機(jī) 物和氨氮進(jìn)行降解，通過(guò)跌水對(duì)礫石床進(jìn)行充氧；原水經(jīng)過(guò)各級(jí)礫石床后匯集至集水坑5， 由生物濾池出水管6向后續(xù)工藝輸水。如圖3所示，經(jīng)跌水曝氣生物濾池處理過(guò)的水經(jīng)過(guò)進(jìn)水流量計(jì)7和進(jìn)水管12進(jìn)入 膜處理水池14，在膜處理水池14中填裝了超濾膜組件13，該超濾膜組件采用浸沒(méi)式超濾 膜，材質(zhì)為聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚砜超濾膜或其它超濾膜，膜孔徑為0.01-0. 1 μ m，工作壓 力為5-50kPa，膜形式為中空纖維膜，該超濾膜通過(guò)虹吸出水。在設(shè)備運(yùn)行初始，關(guān)閉閥門 20，打開(kāi)手動(dòng)放氣閥16和灌水閥17，向超濾膜出水管15內(nèi)灌水，直到手動(dòng)放氣閥16內(nèi)有 水溢出，然后關(guān)閉手動(dòng)放氣閥16和灌水閥17，打開(kāi)閥門20，這時(shí)管道15內(nèi)形成負(fù)壓，超濾 膜開(kāi)始出水進(jìn)入清水池21，膜處理水池和清水池水面之間的高差為3-5m，膜出水管道末端 延伸至清水池底部；針對(duì)不同的進(jìn)水水質(zhì)，必要時(shí)可以向膜處理水池內(nèi)投加混凝劑和粉末 炭，將混凝劑溶藥桶8和粉末炭溶藥桶9設(shè)置在高處，分別通過(guò)混凝劑加藥管道10和粉末 炭加藥管道11采用重力流投加至膜處理水箱內(nèi)，在粉末炭溶藥桶9內(nèi)設(shè)置攪拌器防止粉末 炭靜沉。在運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)24和設(shè)置于膜處理水池底部的穿孔曝氣管25向水池內(nèi) 曝氣，穿孔曝氣管的開(kāi)孔朝下，以防止堵塞，采用間歇曝氣方式，曝氣強(qiáng)度為20-50m3/m2. h， 曝氣周期為每隔10-120min，曝氣時(shí)間0. 5-5min。運(yùn)行中定期對(duì)超濾膜進(jìn)行反沖洗，反沖洗 時(shí)關(guān)閉閥門20，打開(kāi)閥門22和反沖水泵23，開(kāi)始反沖洗，反洗強(qiáng)度為30-60L/m2.h，反沖洗 時(shí)間為l-5min，反沖洗的周期可以根據(jù)水質(zhì)情況確定，反洗結(jié)束后，首先關(guān)閉閥門22和反 洗水泵23，然后打開(kāi)閥門20，設(shè)備開(kāi)始重新產(chǎn)水；根據(jù)膜處理水池內(nèi)混合液的水質(zhì)情況確 定膜處理水池定期放空的時(shí)間，一般為1-5天，通過(guò)打開(kāi)放空閥門27進(jìn)行放空，然后重新進(jìn)水。實(shí)施例1 使用本發(fā)明所述的方法和裝置進(jìn)行水處理，處理水量為10m3/h ；超濾膜采用海南 立升凈水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 μ m，膜材質(zhì)為聚氯乙 烯，過(guò)濾通量為30L/m2.h;混凝劑采用聚合鋁，投加量為lmg/L(Al3+) ；200目粉末炭投加量 為10mg/L ；膜處理水池與清水池水面高差約3m ；曝氣強(qiáng)度為40m3/m2. h，曝氣周期29min，曝 氣時(shí)間Imin ；反洗強(qiáng)度為50m3/m2. h，反沖洗時(shí)間為2min，反洗周期為2. 5小時(shí)，進(jìn)出水水質(zhì) 情況如表1所示，試驗(yàn)水溫為21°C。表1.實(shí)施例1的進(jìn)出水水質(zhì)情況對(duì)比表
權(quán)利要求
一種山區(qū)飲用水的預(yù)處理與浸沒(méi)式超濾膜工藝聯(lián)用方法，其特征在于，包括以下步驟①將原水經(jīng)重力流引入三級(jí)橫向流跌水曝氣生物濾池，濾池的充氧通過(guò)三級(jí)濾床之間的高差跌水實(shí)現(xiàn)；②出水重力流進(jìn)入膜處理水池，膜處理水池內(nèi)設(shè)置浸沒(méi)式超濾膜，利用山區(qū)地形進(jìn)行虹吸式出水；③在膜處理水池底部裝設(shè)穿孔曝氣管來(lái)減少超濾膜的粘連堵塞，根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)，向膜處理水池進(jìn)水管內(nèi)投加混凝劑和粉末炭來(lái)減少膜污染；④采用超濾膜的出水通過(guò)反洗泵對(duì)超濾膜進(jìn)行定期反沖洗。
2.—種山區(qū)飲用水的預(yù)處理與浸沒(méi)式超濾膜工藝聯(lián)用裝置，包括橫向流跌水曝氣生物 濾池、浸沒(méi)式超濾膜處理系統(tǒng)和清水池，其特征在于所述橫向流跌水曝氣生物濾池為三級(jí)串聯(lián)的、以礫石或卵石為填充物的礫石床；所述浸沒(méi)式超濾膜系統(tǒng)包括膜處理水池(14)，設(shè)置在膜處理水池(14)內(nèi)的超濾膜組 件(13)，由設(shè)置在膜處理水池(14)底部穿孔曝氣管(25)和設(shè)置于膜處理水池(14)外部 的鼓風(fēng)機(jī)(24)組成的曝氣裝置，由與超濾膜組件(13)連接的出水管(15)、安裝在出水管 (15)上依次串聯(lián)的虹吸形成罐(19)和虹吸閥門(20)、以及安裝在出水管(15)旁路上的手 動(dòng)放氣閥(16)和灌水閥門(17)組成的虹吸形成裝置，設(shè)置在出水管(15)旁路上的、由串 聯(lián)的反沖洗閥門(22)和反沖洗水泵(23)組成的反沖洗裝置，以及混凝劑投加裝置和粉末 炭投加裝置；所述清水池為混凝土水池、玻璃鋼水箱或不銹鋼水箱，膜處理水池(14)和清水池之間 的高度差為3-5m。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種山區(qū)飲用水的預(yù)處理與浸沒(méi)式超濾膜工藝聯(lián)用裝置，其 特征在于所述超濾膜組件(13)中用到的超濾膜的材質(zhì)包括聚偏氟乙烯、聚乙烯和聚砜超 濾膜，膜孔徑為0. 01-0. 1 μ m，工作壓力為5-50kPa，膜形式為中空纖維膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種山區(qū)飲用水的預(yù)處理與浸沒(méi)式超濾膜工藝聯(lián)用裝置， 其特征在于所述穿孔曝氣管(25)在虹吸出水過(guò)程中利用鼓風(fēng)機(jī)(24)間歇向膜處理水池 (14)內(nèi)曝氣，曝氣間隔為10-120min，每次曝氣持續(xù)0. 5-5min，曝氣強(qiáng)度為20-50m3/m2. h。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種山區(qū)飲用水的預(yù)處理與浸沒(méi)式超濾膜工藝聯(lián)用裝置，其 特征在于所述混凝劑投加裝置中添加的混凝劑包括硫酸鋁、三氯化鐵和聚合鋁；所述粉 末炭投加裝置中添加的粉末炭為200-325目煤質(zhì)炭或木質(zhì)炭。
全文摘要
山區(qū)飲用水的預(yù)處理與浸沒(méi)式超濾膜工藝聯(lián)用方法及裝置屬于山區(qū)農(nóng)村飲水安全領(lǐng)域。首先將原水引入橫向流跌水曝氣生物濾池，水中顆粒物被部分截留，小分子有機(jī)物和氨氮被部分生物降解，水質(zhì)得到一定程度的凈化，然后出水進(jìn)入到膜處理水池進(jìn)一步處理；根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)，必要時(shí)可以在膜處理水池中投加混凝劑和粉末炭，利用山區(qū)的自然高差形成虹吸出水。超濾膜能夠很好地去除原水中的顆粒物，截留兩蟲(chóng)、紅蟲(chóng)、藻類、細(xì)菌甚至病毒，投加的混凝劑和粉末炭能很好地改善污染物的去除效果和超濾膜的運(yùn)行工況，從而達(dá)到簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)地制備符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)質(zhì)飲用水的目標(biāo)要求。
文檔編號(hào)C02F9/14GK101948218SQ20101027546
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月8日
發(fā)明者張偉, 張曉健, 李永紅, 汪雋, 陳超 申請(qǐng)人:清華大學(xué)