CN103739104A - 一种利用粉末活性炭净化污水的***及方法 - Google Patents

一种利用粉末活性炭净化污水的***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用粉末活性炭净化污水的***及方法，***包括加炭装置、混合处理装置、炭水分离装置、反冲洗装置、控制***和电源模块；方法通过粉末活性炭与污水充分混合后利用进料泵送入炭水分离装置中进行炭水分离，然后根据压力控制器检测的炭水分离装置进出水压力差，自行启动反冲洗装置对中空微孔滤管进行反冲洗；最后关闭反冲洗装置，打开炭桨出口电磁阀，排除炭桨，准备脱水、干燥后再活化。本发明采用的***及方法对粉末活性炭净化污水，设备简单易操作，运行成本低，分离出的粉末活性炭集中回收，设备连续运行时间长，反冲洗时间短效率高。

Description

一种利用粉末活性炭净化污水的***及方法
技术领域
本发明属于环保技术领域，涉及一种利用粉末活性炭净化污水的***及方法。
 
背景技术
粉末活性炭净化技术对水进行处理的历史已达70年之久，从美国第一次应用粉末活性炭消除氯酚所带来的嗅味至今，去除水中杂质的有效方式仍是活性炭净化技术，其净化效果已得到众多国家首肯。
活性炭按外观形状可分为粉末活性炭或颗粒活性炭。一般将90％以上通过80目标准筛或粒度小于0.175mm的活性炭通称粉末活性炭或粉末炭，粒度大于0.175mm的活性炭称作颗料活性炭。随着分离技术的进步和某些应用要求的出现，粉末炭的粒度有越来越细化的倾向，有的场合已达到微米甚至纳米级。活性炭是由含碳材料制成的一种外观呈黑色，内部孔隙结构发达、表面积大，吸附能力强的一类微品质碳素材料。活性炭作为一种表面积大、吸附能力强的低成本吸附剂，目前在城市污水、工业废水深度处理和污染水源净化方面的应用非常广泛。
粉末活性炭吸附水中溶质分子是一个复杂的过程，是几种力共同作用的结果，包括离子吸引力、范德华力、化学杂和力。投加粉末活性炭后，水体相当部分有机物得到去除，水体中胶状物质含量减少，表面粘度下降。粉末活性碳吸附在絮凝物上，有利于絮体的架桥，能改善絮体的结构，所以对浊度较低、污染严重的水体，投加粉末活性炭除有良好的去除有机污染能力，使出水水质得到大幅度提高，是一种投资相对小、收效快，尤其是对于规模较大的旧水厂，是一种可靠的净化工艺。
颗粒活性炭价格较贵，可再生后重复使用，并且操作管理方便，因此目前在水处理中应用较多。与颗粒状的活性炭相比，粉末活性炭制备容易，价格相对较低，吸附能力强，吸附速度快，且吸附能力使用充分等优点，但需专有的分离方法，且再生困难成本较高。
 
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供一种廉价且高效的利用粉末活性炭净化污水的***及方法。
本发明的***所采用的技术方案是：一种利用粉末活性炭净化污水的***，其特征在于：包括加炭装置、混合处理装置、炭水分离装置、反冲洗装置、控制***和电源模块；
所述的加炭装置包括受料斗、可变转速电机、螺旋输送轴、固定套管、橡胶管、所述的固定套管套设在所述的螺旋输送轴上，所述的橡胶管一端与所述的螺旋输送轴连接，另一端伸入所述的混合处理装置内，所述的受料斗下料口与所述的螺旋输送轴连接，所述的可变转速电机的转轴与所述的螺旋输送轴连接，用于驱动所述的螺旋输送轴向所述的混合处理装置内送料；
所述的混合处理装置包括搅拌混合池、搅拌电机和搅拌桨，所述的搅拌电机固定安装在所述的搅拌混合池上，其转轴伸入所述的搅拌混合池内，所述的搅拌桨固定安装在所述的搅拌电机的转轴上，用于搅拌搅拌混合池内的混合液，实现炭水的充分混合；
所述的炭水分离装置包括柱形过滤器、中空微孔滤管、炭水分离装置进料电磁阀、炭桨出口电磁阀和净水出水电磁阀，所述的柱形过滤器的顶部进料口通过所述的炭水分离装置进料电磁阀与所述的搅拌混合池的底部出料口连接，所述的中空微孔滤管设置在所述的柱形过滤器内，所述的柱形过滤器底部分别设置有炭桨出口和净水出水口，所述的炭桨出口和净水出水口分别设置有炭桨出口电磁阀和净水出水电磁阀；
所述的反冲洗装置包括空压机、反冲洗泵、反冲洗水罐、反冲洗水电磁阀、反冲洗气水电磁阀和冲洗喷头，所述的空压机与所述的反冲洗水罐进气口连接，所述的反冲洗泵通过所述的反冲洗水电磁阀与所述的反冲洗水罐进水口连接，所述的反冲洗水罐出水口通过所述的反冲洗气水电磁阀与所述的冲洗喷头连接，所述的冲洗喷头设置在所述的柱形过滤器内，可在所述的中空微孔滤管内上下移动；
所述的电源模块与所述的控制***连接，所述的控制***分别于所述的可变转速电机、搅拌电机、炭水分离装置进料电磁阀、炭桨出口电磁阀、净水出水电磁阀、空压机、反冲洗泵、反冲洗水电磁阀、反冲洗气水电磁阀和冲洗喷头连接，用于控制所述的可变转速电机、搅拌电机、炭水分离装置进料电磁阀、炭桨出口电磁阀、净水出水电磁阀、空压机、反冲洗泵、反冲洗水电磁阀、反冲洗气水电磁阀和冲洗喷头工作。
作为优选，所述的炭水分离装置还包括进料泵，与所述的控制***连接，设置在所述的搅拌混合池的底部出料口处，用于向所述的炭水分离装置输送炭水混合液。
作为优选，所述的反冲洗装置还包括压力控制器，与所述的控制***连接，设置在所述的反冲洗水罐上，用于检测所述的炭水分离装置进出水压力差。
作为优选，所述的中空微孔滤管至少一组，梅花芯型设置在所述的柱形过滤器内。
作为优选，所述的中空微孔滤管为PA管。
作为优选，所述的中空微孔滤管为不锈钢管。
作为优选，所述的中空微孔滤管外部套设有过滤层。
作为优选，所述的过滤层是采用聚乙烯线绕成的精密过滤层。
作为优选，所述的橡胶管为可弯曲内衬钢丝橡胶管。
本发明的方法所采用的技术方案是：一种利用粉末活性炭净化污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：向所述的混合处理装置注入污水，同时利用所述的加炭装置向所述的混合处理装置内投加粉末活性炭；
步骤2：关闭所述的加炭装置，启动所述的搅拌电机，带动所述的搅拌桨搅动，促使粉末活性炭与污水充分混合均匀；
步骤3：将炭水混合液利用所述的进料泵送入所述的炭水分离装置中进行炭水分离，炭水混合液由所述的中空微孔滤管外径经过截留分离，水穿过所述的中空微孔滤管的管壁微孔进入中空微孔滤管内径汇流后集中出水，粉末活性炭被截留在所述的柱形过滤器中；
步骤4：启动所述的反冲洗装置，根据所述的压力控制器检测的炭水分离装置进出水压力差，自行启动所述的反冲洗装置对所述的中空微孔滤管进行反冲洗；
步骤5：关闭所述的反冲洗装置，打开所述的炭桨出口电磁阀，排除炭桨，准备脱水、干燥后再活化。
作为优选，步骤1中所述的向所述的混合处理装置注入污水，同时利用所述的加炭装置向所述的混合处理装置内投加粉末活性炭，其橡胶管下端口与液面之间距离保持在0.5~0.8m之间，污水流动速率保持在0.3m/s~0.6m/s。
作为优选，步骤3中所述的进行炭水分离，其中空微孔滤管的过滤面积与有效体积比为0.3~0.9m2/m3。
作为优选，步骤3中所述的对所述的中空微孔滤管进行反冲洗，其反冲洗气压为0.06~0.09MPa。
作为优选，步骤3中所述的对炭桨脱水，采用的是板框压滤机。
本发明采用的***及方法对粉末活性炭净化污水，设备简单易操作，运行成本低，分离出的粉末活性炭集中回收，设备连续运行时间长，反冲洗时间短效率高。
 
附图说明
图1：本发明实施例的***结构图。
图2：本发明实施例的方法流程图。
 
具体实施方式
下面结合参考附图进一步描述本技术方案，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件，但该描述仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
请见图1，本发明的***所采用的技术方案是：一种利用粉末活性炭净化污水的***，包括加炭装置、混合处理装置、炭水分离装置、反冲洗装置、控制***和电源模块；加炭装置包括受料斗101、可变转速电机102、螺旋输送轴103、固定套管104、可弯曲内衬钢丝橡胶管105、固定套管104套设在螺旋输送轴103上，可弯曲内衬钢丝橡胶管105一端与螺旋输送轴103连接，另一端伸入混合处理装置内，受料斗101下料口与螺旋输送轴103连接，可变转速电机102的转轴与螺旋输送轴103连接，用于驱动螺旋输送轴103向混合处理装置内送料；混合处理装置包括搅拌混合池201、搅拌电机202和搅拌桨203，搅拌电机202固定安装在搅拌混合池201上，其转轴伸入搅拌混合池201内，搅拌桨203固定安装在搅拌电机202的转轴上，用于搅拌搅拌混合池201内的混合液，实现炭水的充分混合；炭水分离装置包括柱形过滤器301、中空微孔滤管302、炭水分离装置进料电磁阀303、炭桨出口电磁阀304、净水出水电磁阀305和进料泵306，柱形过滤器301的顶部进料口通过炭水分离装置进料电磁阀303与搅拌混合池201的底部出料口连接，中空微孔滤管302至少一组，梅花芯型设置在柱形过滤器301内，中空微孔滤管302外部套设有采用聚乙烯线绕成的精密过滤层，柱形过滤器301底部分别设置有炭桨出口和净水出水口，炭桨出口和净水出水口分别设置有炭桨出口电磁阀304和净水出水电磁阀305，进料泵306设置在搅拌混合池201的底部出料口处，用于向炭水分离装置输送炭水混合液；反冲洗装置包括空压机401、反冲洗泵402、反冲洗水罐403、压力控制器404、反冲洗水电磁阀405、反冲洗气水电磁阀405和冲洗喷头，空压机401与反冲洗水罐403进气口连接，反冲洗泵402通过反冲洗水电磁阀405与反冲洗水罐403进水口连接，反冲洗水罐403出水口通过反冲洗气水电磁阀405与冲洗喷头连接，冲洗喷头设置在柱形过滤器301内，可在中空微孔滤管302内上下移动，压力控制器404设置在反冲洗水罐403上，用于检测炭水分离装置进出水压力差；电源模块与控制***连接，控制***分别于可变转速电机102、搅拌电机202、炭水分离装置进料电磁阀303、炭桨出口电磁阀304、净水出水电磁阀305、进料泵306、空压机401、反冲洗泵402、压力控制器404、反冲洗水电磁阀405、反冲洗气水电磁阀405和冲洗喷头连接，用于控制可变转速电机102、搅拌电机202、炭水分离装置进料电磁阀303、炭桨出口电磁阀304、净水出水电磁阀305、进料泵306、空压机401、反冲洗泵402、压力控制器404、反冲洗水电磁阀405、反冲洗气水电磁阀405和冲洗喷头工作。
本实施例的中空微孔滤管302为PA管。但这不是对本发明的中空微孔滤管302材质的限定，事实上，本发明的中空微孔滤管302可以采用不锈钢管材质制作而成，或者根据需要采用其他材质制作。
请见图2，本发明的方法所采用的技术方案是：一种利用粉末活性炭净化污水的法，包括以下步骤：
步骤1：向混合处理装置注入污水，同时利用加炭装置向混合处理装置内投加粉末活性炭；其中，向混合处理装置注入污水，同时利用加炭装置向混合处理装置内投加粉末活性炭，其橡胶管105下端口与液面之间距离保持在0.5~0.8m之间，污水流动速率保持在0.3m/s~0.6m/s。
步骤2：关闭加炭装置，启动搅拌电机202，带动搅拌桨203搅动，促使粉末活性炭与污水充分混合均匀；
步骤3：将炭水混合液利用进料泵306送入炭水分离装置中进行炭水分离，炭水混合液由中空微孔滤管302外径经过截留分离，水穿过中空微孔滤管302的管壁微孔进入中空微孔滤管302内径汇流后集中出水，粉末活性炭被截留在柱形过滤器301中，其中，中空微孔滤管302的过滤面积与有效体积比为0.3~0.9m2/m3。；
步骤4：启动反冲洗装置，根据压力控制器404检测的炭水分离装置进出水压力差，自行启动反冲洗装置对中空微孔滤管302进行反冲洗，其反冲洗气压为0.06~0.09MPa；
步骤5：关闭反冲洗装置，打开炭桨出口电磁阀304，排除炭桨，采用的是板框压滤机脱水，干燥后再活化。
以下是利用本***及方法进行净化污水的实验及结果。
实验1：
1、将100kg的粉末活性炭（粒度小于0.175mm）投入到受料斗101中，调节可变转速电机102控制合理转速，将粉末活性炭通过螺旋输送轴103送至搅拌混合池201内，将粉末活性炭自然落在污水面上，启动搅拌电机202，促使水流动，搅拌时间设置为20min，然后用进料泵306抽入柱形过滤器301中过滤，柱形过滤器301中布置多组中空微孔滤管302，分离粉末活性炭形成滤层，污水得到净化后从净水出水电磁阀305流出。
2、当过滤净水流量下降明显（水流量下降50%），需要反冲，将柱形过滤器301中活性炭层冲出，关闭炭水分离装置进料电磁阀303、净水出水电磁阀305，开启反冲洗气水电磁阀406，控制反冲压力0.06Mpa，空气气反冲时间30s，水反冲1min，炭浆从柱形过滤器301内冲出，进入炭浆储池。将炭浆储池中炭浆打入板框压滤机，压滤脱水，炭饼回收用于再生。
其中，反冲后通过可视视窗检验反冲洗效果，再关停反冲洗装置，重复进行进炭水混合物过滤。
实例2
1、将200kg的粉末活性炭（粒度小于0.175mm）投入到受料斗101中，调节可变转速电机102控制合理转速2~20r/min，将粉末活性炭1kg/min速率通过螺旋输送轴103送至搅拌混合池201内，将活性炭自然落在水面上，启动搅拌电机202，促使水流动，污水流量60~1000m3/h，搅拌时间设置为20min，然后用进料泵306抽入柱形过滤器301中过滤，柱形过滤器301中布置多组中空微孔滤管302，分离粉末活性炭形成滤层，污水得到净化后从净水出水电磁阀305流出。
2、当过滤净水流量下降明显（水流量下降40~70%），需要反冲，将柱形过滤器301中活性炭层冲出，关闭炭水分离装置进料电磁阀303、净水出水电磁阀305，开启反冲洗气水电磁阀406，控制反冲压力0.08Mpa，空气气反冲时间30~60s，水反冲1~3min，炭浆从柱形过滤器301内冲出，进入炭浆储池。将炭浆储池中炭浆打入板框压滤机，压滤脱水，炭饼回收用于再生。
其中，反冲后通过可视视窗检验反冲洗效果，再关停反冲洗装置，重复进行进炭水混合物过滤。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种利用粉末活性炭净化污水的***，其特征在于：包括加炭装置、混合处理装置、炭水分离装置、反冲洗装置、控制***和电源模块；
所述的加炭装置包括受料斗（101）、可变转速电机（102）、螺旋输送轴（103）、固定套管（104）、橡胶管（105）、所述的固定套管（104）套设在所述的螺旋输送轴（103）上，所述的橡胶管（105）一端与所述的螺旋输送轴（103）连接，另一端伸入所述的混合处理装置内，所述的受料斗（101）下料口与所述的螺旋输送轴（103）连接，所述的可变转速电机（102）的转轴与所述的螺旋输送轴（103）连接，用于驱动所述的螺旋输送轴（103）向所述的混合处理装置内送料；
所述的混合处理装置包括搅拌混合池（201）、搅拌电机（202）和搅拌桨（203），所述的搅拌电机（202）固定安装在所述的搅拌混合池（201）上，其转轴伸入所述的搅拌混合池（201）内，所述的搅拌桨（203）固定安装在所述的搅拌电机（202）的转轴上，用于搅拌搅拌混合池（201）内的混合液，实现炭水的充分混合；
所述的炭水分离装置包括柱形过滤器（301）、中空微孔滤管（302）、炭水分离装置进料电磁阀（303）、炭桨出口电磁阀（304）和净水出水电磁阀（305），所述的柱形过滤器（301）的顶部进料口通过所述的炭水分离装置进料电磁阀（303）与所述的搅拌混合池（201）的底部出料口连接，所述的中空微孔滤管（302）设置在所述的柱形过滤器（301）内，所述的柱形过滤器（301）底部分别设置有炭桨出口和净水出水口，所述的炭桨出口和净水出水口分别设置有炭桨出口电磁阀（304）和净水出水电磁阀（305）；
所述的反冲洗装置包括空压机（401）、反冲洗泵（402）、反冲洗水罐（403）、反冲洗水电磁阀（405）、反冲洗气水电磁阀（405）和冲洗喷头，所述的空压机（401）与所述的反冲洗水罐（403）进气口连接，所述的反冲洗泵（402）通过所述的反冲洗水电磁阀（405）与所述的反冲洗水罐（403）进水口连接，所述的反冲洗水罐（403）出水口通过所述的反冲洗气水电磁阀（405）与所述的冲洗喷头连接，所述的冲洗喷头设置在所述的柱形过滤器（301）内，可在所述的中空微孔滤管（302）内上下移动；
所述的电源模块与所述的控制***连接，所述的控制***分别于所述的可变转速电机（102）、搅拌电机（202）、炭水分离装置进料电磁阀（303）、炭桨出口电磁阀（304）、净水出水电磁阀（305）、空压机（401）、反冲洗泵（402）、反冲洗水电磁阀（405）、反冲洗气水电磁阀（405）和冲洗喷头连接，用于控制所述的可变转速电机（102）、搅拌电机（202）、炭水分离装置进料电磁阀（303）、炭桨出口电磁阀（304）、净水出水电磁阀（305）、空压机（401）、反冲洗泵（402）、反冲洗水电磁阀（405）、反冲洗气水电磁阀（405）和冲洗喷头工作。
2.根据权利要求1所述的利用粉末活性炭净化污水的***，其特征在于：所述的炭水分离装置还包括进料泵（306），与所述的控制***连接，设置在所述的搅拌混合池（201）的底部出料口处，用于向所述的炭水分离装置输送炭水混合液。
3.根据权利要求1所述的利用粉末活性炭净化污水的***，其特征在于：所述的反冲洗装置还包括压力控制器（404），与所述的控制***连接，设置在所述的反冲洗水罐（403）上，用于检测所述的炭水分离装置进出水压力差。
4.根据权利要求1所述的利用粉末活性炭净化污水的***，其特征在于：所述的中空微孔滤管（302）至少一组，梅花芯型设置在所述的柱形过滤器（301）内。
5.根据权利要求4所述的利用粉末活性炭净化污水的***，其特征在于：所述的中空微孔滤管（302）为PA管。
6.根据权利要求4所述的利用粉末活性炭净化污水的***，其特征在于：所述的中空微孔滤管（302）为不锈钢管。
7.根据权利要求1、4、5或6所述的利用粉末活性炭净化污水的***，其特征在于：所述的中空微孔滤管（302）外部套设有过滤层。
8.根据权利要求7所述的利用粉末活性炭净化污水的***，其特征在于：所述的过滤层是采用聚乙烯线绕成的精密过滤层。
9.根据权利要求1所述的利用粉末活性炭净化污水的***，其特征在于：所述的橡胶管（105）为可弯曲内衬钢丝橡胶管。
10.一种利用权利要求1所述的利用粉末活性炭净化污水的***净化污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：向所述的混合处理装置注入污水，同时利用所述的加炭装置向所述的混合处理装置内投加粉末活性炭；
步骤2：关闭所述的加炭装置，启动所述的搅拌电机（202），带动所述的搅拌桨（203）搅动，促使粉末活性炭与污水充分混合均匀；
步骤3：将炭水混合液利用所述的进料泵（306）送入所述的炭水分离装置中进行炭水分离，炭水混合液由所述的中空微孔滤管（302）外径经过截留分离，水穿过所述的中空微孔滤管（302）的管壁微孔进入中空微孔滤管（302）内径汇流后集中出水，粉末活性炭被截留在所述的柱形过滤器（301）中；
步骤4：启动所述的反冲洗装置，根据所述的压力控制器（404）检测的炭水分离装置进出水压力差，自行启动所述的反冲洗装置对所述的中空微孔滤管（302）进行反冲洗；
步骤5：关闭所述的反冲洗装置，打开所述的炭桨出口电磁阀（304），排除炭桨，准备脱水、干燥后再活化。
11.根据权利要求10所述的利用粉末活性炭净化污水的方法，其特征在于：步骤1中所述的向所述的混合处理装置注入污水，同时利用所述的加炭装置向所述的混合处理装置内投加粉末活性炭，其橡胶管（105）下端口与液面之间距离保持在0.5~0.8m之间，污水流动速率保持在0.3m/s~0.6m/s。
12.根据权利要求10所述的利用粉末活性炭净化污水的方法，其特征在于：步骤3中所述的进行炭水分离，其中空微孔滤管（302）的过滤面积与有效体积比为0.3~0.9m2/m3。
13.根据权利要求10所述的利用粉末活性炭净化污水的方法，其特征在于：步骤3中所述的对所述的中空微孔滤管（302）进行反冲洗，其反冲洗气压为0.06~0.09MPa。
14.根据权利要求10所述的利用粉末活性炭净化污水的方法，其特征在于：步骤3中所述的对炭桨脱水，采用的是板框压滤机。
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Denomination of invention: The invention relates to a system and a method for purifying sewage by using powdered activated carbon

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Granted publication date: 20141217

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