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，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)：
水體砷污染是一個全球性問題?；诘厍蚧瘜W和突發(fā)性水污染事故，據(jù)統(tǒng)計我國受到飲用水砷污染的人口約占世界的30%。鑒于砷對人體健康的巨大危害，美國疾病控制中心和國際癌癥研究機構(gòu)都將其定為第一類致癌物質(zhì)。許多國家及世界衛(wèi)生組織都對飲用水中砷的含量制定了嚴格標準。國際衛(wèi)生組織、日本、德國、美國和我國先后將砷的飲用水衛(wèi)生標準由原來的O. 05 mg/L調(diào)整到0.01mg/L。美國環(huán)保局還計劃今后將這一控制標準升級為O. 002mg/L。因此，世界各國都把開發(fā)經(jīng)濟、高效、實用的飲用水深度除砷技術(shù)作為環(huán)境保護和安全健康工作的重點工作之一。飲用水中的砷主要以無機砷酸鹽(五價砷)和亞砷酸鹽(三價砷)的形式存在，其中三價砷毒性大、難去除，是開發(fā)水體深度除砷技術(shù)的重中之重。隨著水質(zhì)檢測技術(shù)的發(fā)展，如賈第蟲和隱孢子蟲兩蟲問題，水蚤、紅蟲問題，水的生物穩(wěn)定性問題等等，也成為飲用水水質(zhì)安全保障關(guān)注重點之一。近年來，氧化鐵、氧化錳為代表的除砷吸附劑的研發(fā)和應用，獲得重大進展。但是大顆粒吸附劑需要固定床吸附裝置，投資大、維護繁瑣、不靈活；小顆粒吸附劑機械強度低、 沉降性能不理想、固液分離困難，吸附劑易進入飲用水給水管道，造成二次污染；并且此類吸附劑對于“兩蟲’ ’、水蚤和藻類都不能有效去除。近年來，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污染物，能截留接近100%的兩蟲、水蚤、紅蟲、藻類、細菌甚至病毒等微生物。但是單獨超濾技術(shù)不能有效去除水中無機砷。中國專利號201010279926.0申請日2010-09-07公開了一種飲用水除砷方法與系統(tǒng)，步驟是1、原水在進水管道上投加液氯后進入配水井，液氯的加入量以配水井出水余氯量在I. 40 I. 60mg/L ;將原水中三價砷氧化成五價砷；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 ;混凝沉淀池出水進入過濾池；3、過濾池出水進入儲水箱,儲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，其余出水進入清水池。它具有除砷徹底、去除效率高、安全可靠等優(yōu)點，能有效去除水中的微量懸浮物、細菌、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。文獻檢索表明，對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文獻報道。

發(fā)明內(nèi)容
I.發(fā)明要解決的技術(shù)問題
針對由高含砷地區(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、吸附和膜分離有機地結(jié)合，置于同一反應池內(nèi)完成除砷過程，是一種便于工程應用、固定投資抵、運行成本低廉、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，包括進水控制系統(tǒng)、反應器和超濾膜過濾系統(tǒng)， 還包括曝氣氧化系統(tǒng)、排泥系統(tǒng)和出水控制系統(tǒng)，所述的進水控制系統(tǒng)連接到反應器中；所述的超濾膜過濾系統(tǒng)位于反應器的中下部，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閉，排泥管的一端連接在反應器的底部或反應器側(cè)壁的下半部分；所述的曝氣氧化系統(tǒng)包括曝氣管、進氣閥和空氣泵，曝氣管位于反應器的中下部，曝氣管的一端伸出反應器的外部與進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、抽吸泵和出水管依次連接組成，出水閥門與超濾膜過濾系統(tǒng)通過管道連接。所述的出水控制系統(tǒng)的連接管道上有真空表，位于連接出水閥門和超濾膜過濾系統(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，所述的沖洗管通過反沖洗閥門接在反沖洗系統(tǒng)真空表和出水閥門之間；所述的吸附劑投加管的一端伸入反應器中。所述的進水控制系統(tǒng)由進水管、提升泵、高位水箱和恒位水箱通過管道依次連接構(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，氣體流量計接入在曝氣管和進氣閥之間。所述的超濾膜過濾系統(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進水控制系統(tǒng)加入反應器中；
(2 )空氣泵向反應器內(nèi)加入氧化劑進行曝氣，將水中三價砷氧化為五價砷，并進行攪拌混合，氣水比為4 I 40 I ；
(3)向反應器內(nèi)投加吸附劑，用來吸附砷；
(4)水在反應器中反應2 20min后，出水控制系統(tǒng)啟動，抽出處理后的水；
更進一步的，還包括以下步驟
(5)向反應器外排放飽和吸附劑，控制吸附劑在反應器內(nèi)的停留時間在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)超濾膜過濾系統(tǒng)的清洗，關(guān)閉出水控制系統(tǒng)，開啟反沖洗系統(tǒng)，將反沖洗系統(tǒng)與水泵連接，通過超濾膜過濾系統(tǒng)使水流入反應器中，對反應器中的超濾膜過濾系統(tǒng)進行清洗。為保證膜通量，要定期對超濾膜過濾系統(tǒng)進行反沖洗，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關(guān)閉出水閥門，開啟反沖洗閥門，將沖洗管接到一個水泵上，使水通過超濾膜過濾系統(tǒng)流向反應器，完成沖洗。所述步驟(I)的受砷污染飲用水中砷可以是無機三價砷，也可以是無機五價砷，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地結(jié)合起來，將氧化、吸附與膜分離置于同一個反應器內(nèi)完成，顯著降低了工程造價與運行費用，大幅度減少了占地面積，易于維護管理，便于推廣應用；
(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，還能將水中顆粒物、大分子有機污染物和微生物在氧化吸附反應器中進行有效的固液分離， 有效控制和去除水中顆粒物、大分子有機污染物、兩蟲、水蚤、紅蟲、藻類、細菌病毒等微生物；
(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，能有效將無機砷從水體中去除，而且價格便宜，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清洗的次數(shù)，并且?guī)в蟹礇_洗系統(tǒng)，對膜的清洗方便，延長膜的使用壽命，減少該工藝的維護運行費用；
(5)本發(fā)明利用曝氣氧化作用將高毒性、難去除的三價砷轉(zhuǎn)化為低毒性、易去除的五價砷；利用吸附劑高效的吸附富集作用將無機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器內(nèi)的飽和吸附劑回收，為吸附劑后續(xù)的再生、重復利用創(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.進水管2.提升泵3.高位水箱4.恒位水箱5.反應器6.超濾膜過濾系統(tǒng)7.真空表8.出水閥門9.抽吸泵10.出水管11.反沖洗閥門12.沖洗管13.空氣泵 14.進氣閥 15.氣體流量計16.曝氣管17.排泥閥18.吸附劑投加管。
具體實施例方式以下通過實施例對本發(fā)明作進一步描述
如圖2所示，一種氧化吸附一體化飲用水除砷裝置，包括進水控制系統(tǒng)、反應器5和超濾膜過濾系統(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)，所述的進水控制系統(tǒng)連接到反應器5中；所述的超濾膜過濾系統(tǒng)6位于反應器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閉，排泥管的一端連接在反應器5的底部或反應器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、進氣閥14和空氣泵13，曝氣管16位于反應器5的中下部，曝氣管16 的一端伸出反應器5的外部與進氣閥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8、抽吸泵9和出水管10依次連接組成，出水閥門8與超濾膜過濾系統(tǒng)6通過管道連接。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8和超濾膜過濾系統(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11，所述的沖洗管12通過反沖洗閥門11接在反沖洗系統(tǒng)真空表7和出水閥門8之間；所述的吸附劑投加管18的一端伸入反應器5中。所述的進水控制系統(tǒng)由進水管I、提升泵2、高位水箱3和恒位水箱4通過管道依次連接構(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15，氣體流量計15接入在曝氣管16和進氣閥14之間。所述的超濾膜過濾系統(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進水控制系統(tǒng)加入反應器5中；
(2)空氣泵13向反應器5內(nèi)加入氧化劑進行曝氣，將水中三價砷氧化為五價砷，并進行攪拌混合，氣水比為4 I 40 I ；
(3)向反應器5內(nèi)投加吸附劑，用來吸附砷；
(4)水在反應器5中反應2 20min后，出水控制系統(tǒng)啟動，抽出處理后的水；
(5)向反應器5外排放飽和吸附劑，控制吸附劑在反應器5內(nèi)的停留時間在IOd 60d；
(6)超濾膜過濾系統(tǒng)6的清洗，關(guān)閉出水控制系統(tǒng)，開啟反沖洗系統(tǒng)，將反沖洗系統(tǒng)與水泵連接，通過超濾膜過濾系統(tǒng)6使水流入反應器5中，對反應器5中的超濾膜過濾系統(tǒng)6 進行清洗。所述步驟(I)的受砷污染飲用水中砷可以是無機三價砷，也可以是無機五價砷，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)抽水時抽吸壓力為5 kPa 50 kPa,膜通量在5L/ m2 · h IOOL/ m2 · h范圍內(nèi)。實施例I
如圖I所示，一種氧化吸附一體化飲用水除砷裝置，包括進水控制系統(tǒng)、反應器5、超濾膜過濾系統(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)，所述的進水控制系統(tǒng)連接到反應器5中；所述的超濾膜過濾系統(tǒng)6位于反應器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閉，排泥管的一端連接在反應器5的底部或反應器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、進氣閥14和空氣泵13，曝氣管16位于反應器5的中下部，曝氣管16的一端伸出反應器5的外部與進氣閥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8、抽吸泵9和出水管10依次連接組成，出水閥門8與超濾膜過濾系統(tǒng)6通過管道連接。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8和超濾膜過濾系統(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11，所述的沖洗管12通過反沖洗閥門11接在反沖洗系統(tǒng)真空表7和出水閥門8之間；所述的吸附劑投加管18的一端伸入反應器5中。所述的曝氣氧化系統(tǒng)還包括氣體流量計15，氣體流量計15接入在曝氣管16和進氣閥14之間。所述的超濾膜過濾系統(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進水控制系統(tǒng)加入反應器5中；
(2)空氣泵13向反應器5內(nèi)加入氧化劑進行曝氣，將水中三價砷氧化為五價砷，并進行攪拌混合；
(3)向反應器5內(nèi)投加吸附劑，用來吸附砷；
(4)水在反應器5中反應2min后，出水控制系統(tǒng)啟動,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，能通過管道流入恒位水箱4，再進入反應器5，空氣泵13向反應器5內(nèi)加入氧化劑進行曝氣，將水中三價砷氧化為五價砷，并進行攪拌混合，氣水比為30 1，同時，向反應器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]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、藻類、病毒等，而且每噸水處理建設投資可以降低30%、運行費用降低40%。實施例2
如圖2所示，一種氧化吸附一體化飲用水除砷裝置，包括進水控制系統(tǒng)、反應器5、超濾膜過濾系統(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)，所述的進水控制系統(tǒng)連接到反應器5中；所述的超濾膜過濾系統(tǒng)6位于反應器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閉，排泥管的一端連接在反應器5的底部或反應器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、進氣閥14和空氣泵13，曝氣管16位于反應器5的中下部，曝氣管16的一端伸出反應器5的外部與進氣閥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8、抽吸泵9和出水管10依次連接組成，出水閥門8與超濾膜過濾系統(tǒng)6通過管道連接。
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8和超濾膜過濾系統(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11，所述的沖洗管12通過反沖洗閥門11接在反沖洗系統(tǒng)真空表7和出水閥門8之間；所述的吸附劑投加管18的一端伸入反應器5中。所述的進水控制系統(tǒng)由進水管I、提升泵2、高位水箱3和恒位水箱4通過管道依次連接構(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15，氣體流量計15接入在曝氣管16和進氣閥14之間。所述的超濾膜過濾系統(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)?？萍加邢薰咎峁┑慕]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進水控制系統(tǒng)加入反應器5中；由提升泵2提升至高位水箱3，再通過恒位水箱4進入反應器5 ;待處理的受砷污染飲用水含砷O. lmg/L
(2)空氣泵13向反應器5內(nèi)加入氧化劑進行曝氣，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，將水中三價砷氧化為五價砷，并進行攪拌混合；
(3)向反應器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。用來吸附砷；
(4)水在反應器5中反應5min后，出水控制系統(tǒng)啟動,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)抽水時抽吸泵9的抽吸壓力在15kPa 25kPa范圍內(nèi)，由真空表7進行計量。(5) IOd后，打開排泥閥17將反應器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)超濾膜過濾系統(tǒng)6的清洗，關(guān)閉出水控制系統(tǒng)，開啟反沖洗系統(tǒng)，對反應器5中的超濾膜過濾系統(tǒng)6進行清洗。為保證膜通量，要定期對超濾膜過濾系統(tǒng)6進行反沖洗，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關(guān)閉出水閥門8，開啟反沖洗閥門11，將沖洗管12接到一個水泵上，使水通過超濾膜過濾系統(tǒng)6流向反應器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、藻類、病毒等，而且每噸水處理建設投資可以降低25%、運行費用降低35%。實施例3
同實施例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，在該反應器5內(nèi)反應時間為15min ;抽吸泵9的抽吸壓力在20kPa 30kPa范圍內(nèi)，超濾膜過濾系統(tǒng)6采用江蘇永泰環(huán)?？萍加邢薰咎峁┑慕]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。超濾膜的過水通量為35L/ m2 · h ；20d后打開排泥閥17將反應器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、藻類、病毒等，而且每噸水處理建設投資可以降低32%、運行費用降低37%。實施例4
同實施例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，在該反應器5內(nèi)反應時間為8min ;抽吸泵9的抽吸壓力在35kPa 50kPa范圍內(nèi)，由真空表7進行計量，超濾膜過濾系統(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。超濾膜的過水通量為IOOL/ m2 · h ；60d后打開排泥閥17將反應器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、藻類、病毒等，而且每噸水處理建設投資可以降低27%、降低運行費用42%。實施例5
同實施例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镜呢撦d型氧化鐵，顆粒尺寸為300微米 500微米，投加量為70mg/L。超濾膜過濾系統(tǒng)6采用江蘇永泰環(huán)?？萍加邢薰咎峁┑慕]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。在該反應器5內(nèi)反應時間為15min ;抽吸泵9的抽吸壓力在25kPa 40kPa范圍內(nèi)，由真空表7進行計量；超濾膜的過水通量為40L/ m2 · h，吸附劑停留時間為 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、藻類、病毒等，而且每噸水處理建設投資可以降低 24%、降低運行費用38%。實施例6
同實施例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。超濾膜過濾系統(tǒng)6采用江蘇南大金山環(huán)?？萍加邢薰咎峁┑慕]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。超濾膜的過水通量為90L/ m2 -h ;在該反應器5內(nèi)反應時間為15min ;抽吸泵9的抽吸壓力在 25kPa 40kPa范圍內(nèi)，由真空表7進行計量；吸附劑停留時間為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、藻類、病毒等，而且每噸水處理建設投資可以降低 30%、降低運行費用40%。實施例7
同實施例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。超濾膜過濾系統(tǒng)6采用江蘇南大金山環(huán)?？萍加邢薰咎峁┑慕]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。超濾膜的過水通量為5L/ m2 · h ;在該反應器5內(nèi)反應時間為18min ;抽吸泵9的抽吸壓力在IOkPa 20kPa范圍內(nèi)，由真空表7進行計量；吸附劑停留時間為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、藻類、病毒等，而且每噸水處理建設投資可以降低 32%、降低運行費用41%。實施例8
同實施例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。超濾膜過濾系統(tǒng)6采用美國通用公司提供的浸沒式中空纖維超濾膜，膜孔徑為O. 05微米，膜材質(zhì)為聚氯乙烯。超濾膜的過水通量為80L/ m2 · h ;在該反應器5內(nèi)反應時間為5min ;抽吸泵9的抽吸壓力在35kPa 50kPa范圍內(nèi)，由真空表7進行計量；吸附劑停留時間為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、藻類、病毒等，而且每噸水處理建設投資可以降低 26%、降低運行費用34%。
1權(quán)利要求
1.一種氧化吸附一體化飲用水除砷裝置，包括進水控制系統(tǒng)、反應器(5)和超濾膜過濾系統(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)，所述的進水控制系統(tǒng)連接到反應器(5)中；所述的超濾膜過濾系統(tǒng)(6)位于反應器(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閉，排泥管的一端連接在反應器(5)的底部或反應器(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)、進氣閥(14)和空氣泵(13)，曝氣管(16)位于反應器(5)的中下部，曝氣管(16)的一端伸出反應器(5)的外部與進氣閥(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(8)、抽吸泵(9)和出水管(10)依次連接組成，出水閥門(8 )與超濾膜過濾系統(tǒng)(6 )通過管道連接。
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(8)和超濾膜過濾系統(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(11 )， 所述的沖洗管(12)通過反沖洗閥門(11)接在反沖洗系統(tǒng)真空表(7)和出水閥門(8)之間； 所述的吸附劑投加管(18)的一端伸入反應器(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水控制系統(tǒng)由進水管(I)、提升泵(2)、高位水箱(3)和恒位水箱(4)通過管道依次連接構(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(15)，氣體流量計(15)接入在曝氣管(16)和進氣閥(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進水控制系統(tǒng)加入反應器(5)中；(2)空氣泵(13)向反應器(5)內(nèi)加入氧化劑進行曝氣，將水中三價砷氧化為五價砷，并進行攪拌混合，氣水比為4 I 40 I ；(3)向反應器(5)內(nèi)投加吸附劑，用來吸附砷；(4)水在反應器(5)中反應2 20min后，出水控制系統(tǒng)啟動，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)向反應器(5)外排放飽和吸附劑，控制吸附劑在反應器(5)內(nèi)的停留時間在IOd 60d ；(6)超濾膜過濾系統(tǒng)(6)的清洗，關(guān)閉出水控制系統(tǒng)，開啟反沖洗系統(tǒng)，將反沖洗系統(tǒng)與水泵連接，通過超濾膜過濾系統(tǒng)(6)使水流入反應器(5)中，對反應器5中的超濾膜過濾系統(tǒng)(6)進行清洗。
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機三價砷，也可以是無機五價砷，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。其包括進水控制系統(tǒng)、反應器、超濾膜過濾系統(tǒng)，還包括曝氣氧化系統(tǒng)、排泥系統(tǒng)和出水控制系統(tǒng)，所述的超濾膜過濾系統(tǒng)在反應器的中下部，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、進氣閥和空氣泵；所述的出水控制系統(tǒng)由出水閥門、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、吸附和膜分離有機地結(jié)合，置于同一反應池內(nèi)完成，具有便于工程應用、固定投資抵、運行成本低廉、能確保飲用水水質(zhì)安全的深度除砷的優(yōu)點。
文檔編號C02F1/58GK102583698SQ20121009536
公開日2012年7月18日 申請日期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 申請人:南京大學, 江蘇永泰環(huán)?？萍加邢薰?br>