CN107954549A - 一种用于含砷水处理的吸附-曝气-纳滤组合工艺及其专用装置 - Google Patents
一种用于含砷水处理的吸附-曝气-纳滤组合工艺及其专用装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于含砷水处理的吸附‑曝气‑纳滤组合工艺及其专用装置。该工艺包括水质调节;吸附反应;曝气氧化与搅拌;纳滤分离。该装置包括原水贮存池、进水泵、吸附反应池、曝气***、纳滤分离***、压力表以及出水泵。与现有技术相比,本发明采用曝气搅拌方式可以加速As(III)氧化成As(V),提高总砷的去除效率,曝气搅拌也会明显减缓膜污染的进程。本装置处理后出水砷浓度低于国家《GB5749‑2006生活饮用水卫生标准》中所规定的砷浓度限值(0.01mg/L)。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域,尤其是一种去除饮用水、地下水或工业废水中砷污染物的吸附-曝气-纳滤组合净化方法。
背景技术
无机砷是一种高毒性物质,三氧化二砷俗称“砒霜”,无机砷主要有三价砷(As(III))和五价砷(As(V))两种存在形态。水中过量砷会对人体健康和生态环境构成严重威胁。由于地质构造和含砷矿物的开采等原因,地下水、饮用水和工业废水中经常可以检测到过量的砷。人体摄入过量的砷会导致严重的神经***疾病和皮肤病,比如“黑脚病”等。如何去除水中过量的砷一直是水处理领域关注的热点。目前自来水厂主要通过强化的铁盐混凝工艺、钙盐沉淀工艺去除原水中过量的砷,但对于农村地区和偏远山区的居民,其饮用水往往直接来源于地下水或地表水,而这些水中经常存在砷含量超标的问题。因此,简单、高效的水中除砷工艺成为广大农村地区和欠发达地区的迫切需求。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处,将平板纳滤膜和曝气***应用于吸附-膜过滤组合工艺中,提供一种简单、高效去除水中无机砷污染物的吸附-曝气-纳滤组合工艺装置。
本发明的目的是通过以下技术手段实现的:
一种用于含砷水处理的吸附-曝气-纳滤组合工艺,其特征在于:包括以下步骤:
⑴.水质调节:若原水水质的pH过于偏酸或偏碱,则需要向原水贮存池中加入石灰或稀硫酸,把原水贮存池中的pH调节到5~7之间;
⑵.吸附反应:向吸附反应器中按照一定比例投加吸附剂,与含砷水相互混合;
⑶.曝气氧化与搅拌:开启曝气***,调节曝气强度,使吸附剂在吸附反应器中充分混合,水中的As(III)在溶解氧的作用下部分被氧化成As(V);
⑷.纳滤分离:吸附-曝气反应一段时间后,启动纳滤膜组件,净化后的水排出吸附反应器。
而且,步骤⑵所述的吸附剂包括:针铁矿、四方纤铁矿、水铁矿、赤铁矿、磁铁矿,上述吸附剂的形态为颗粒态,粒径大小为微米级或纳米级;所述的吸附剂可以单独使用,也可以两种或两种以上混合使用。
而且,步骤⑵所述的吸附剂投加量(g/L)与砷浓度(mg/L)之间的质量比为10:1~0.1:1。
而且,步骤⑶所述的曝气***的曝气强度为0.2~1L/min,曝气反应时间为30~60min。
而且,步骤⑷所述的纳滤膜组件的操作压力为0.1~0.3MPa。
一种用于含砷水处理的吸附-曝气-纳滤组合工艺的专用装置,其特征在于:包括原水贮存池、进水泵、吸附反应器、曝气***、纳滤膜组件、压力表和出水泵,所述的原水贮存池的出口连接进水泵的进口,该进水泵的出口连接吸附反应器上部的进水口;曝气***由曝气泵5、接气管和曝气头6组成,在吸附反应器的内部设置曝气头,该曝气头固定在吸附反应器的底部,该曝气头通过接气管连接位于吸附反应器外部的曝气泵;吸附反应器内还设置一个纳滤膜组件,该纳滤膜组件的出水口通过管路连接出水泵,该管路上设置压力表。
而且,所述的吸附反应器,其设计结构为上宽下窄的斗形,上部分内径与底部内径的比值为1.2~2;所述的吸附反应器,其底部设置出水口,出水口孔径大小为50~80mm,出水口上设置球形阀门。
而且,所述的曝气头为致密穿孔板,曝气孔孔径大小为0.1~1mm。
而且,所述的纳滤膜组件为负压式平板式纳滤膜组件,纳滤膜的孔径大小为0.01~0.05μm。
而且,所述的纳滤膜组件竖直设置在曝气头的上方,且远离吸附反应器进水口的一侧;纳滤膜组件的位置固定在吸附反应器中水位的下方,出水口连接压力表。
本发明的优点和积极效果是:
1、吸附法是去除水中过量砷的最常用方法之一,传统的吸附材料对总砷的去除率普遍不高,尤其对As(III)的去除率较低,因此往往需要添加各种强氧化剂,将As(III)氧化成As(V),以利于总砷的去除。但是加入强氧化剂又会引入其它的污染物,存在很大的二次污染风险,本发明采用吸附-曝气的工艺可以明显促进As(III)氧化成As(V),从而提高总砷的去除效率。
2、膜处理技术由于不需要向水中额外投加药剂,因此被誉为最具发展潜力的绿色处理技术。本发明中的吸附-曝气-纳滤组合工艺装置集成了吸附技术和膜技术的优点,利用纳滤膜将吸附剂截留在吸附反应器内,也可以调节吸附剂的浓度;另一方面,纳滤膜本身对无机砷污染物也有较高的截留效率,因此可以保证出水中砷浓度能够达到饮用水砷含量标准。
3、与传统的机械搅拌工艺相比,曝气搅拌还会明显减缓膜污染的进程。曝气装置安装在反应器的底部,曝气过程会产生大量的微小气泡,这些气泡会不停的冲刷纳滤膜的表面,并带走一些导致膜污染的微小悬浮颗粒物,因此膜污染的进程大大减缓。
4、本发明结合了吸附剂对砷污染物的高去除率,曝气搅拌对砷污染物形态的转化,以及纳滤膜截留吸附剂和水中颗粒物的优点。
与现有技术相比,本发明吸附-曝气-纳滤组合工艺装置用于含砷水处理的方法,可以实现饮用水、地下水中微量和痕量砷的有效去除,以及工业废水中高浓度砷的有效去除和达标排放。曝气***可以有效增加水中溶解氧的含量,从而加速As(III)氧化成As(V),从而大幅度提高砷去除效率;曝气过程会产生大量的微小气泡,这些气泡会不断地冲刷纳滤膜表面,从而明显减缓膜污染的进程。纳滤膜组件不仅可以100%截留吸附剂,纳滤膜本身对砷也有一定的去除效果,吸附剂和纳滤膜的耦合作用共同促成了水中总砷的去除。吸附饱和后的吸附剂可以经过再生过程继续回用,大大减少了该组合装置的潜在使用成本。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是实施例3的排出液中砷含量随过滤体积的变化曲线图;
图3是实施例4的排出液中砷含量随过滤体积的变化曲线图。
图中标号为:1-原水贮存池,2-进水泵,3-吸附反应器,4-吸附剂,5-曝气泵,6-曝气头,7-纳滤膜组件,8-压力表,9-出水泵。
具体实施方式
下面详细叙述本发明的实施例;需要说明的是,本实施例是叙述性的,不是限定性的,不能以此限定本发明的保护范围。
一种用于含砷水处理的吸附-曝气-纳滤组合工艺,包括以下步骤:
⑴.水质调节:若原水水质的pH过于偏酸或偏碱,则需要向原水贮存池中加入石灰或稀硫酸,把原水贮存池中的pH调节到5~7之间。
⑵.吸附反应:向吸附反应器中按照一定比例投加吸附剂,与含砷水相互混合;所述的吸附剂包括:针铁矿(α-FeOOH)、四方纤铁矿(β-FeOOH)、水铁矿(Fe5HO8·4H2O)、赤铁矿(Fe2O3)、磁铁矿(Fe3O4),上述吸附剂的形态为颗粒态,粒径大小为微米级或纳米级。所述的吸附剂可以单独使用,也可以两种或两种以上混合使用。所述的含砷废水包括:含砷地下水、含砷地表水、含砷工业废水等。所述的吸附剂投加量(g/L)与砷浓度(mg/L)之间的质量比为10:1~0.1:1。
⑶.曝气氧化与搅拌:开启曝气***,调节曝气强度,曝气强度为0.2~1L/min,曝气反应时间为30~60min,使吸附剂在吸附反应器中充分混合,水中的As(III)在溶解氧的作用下部分被氧化成As(V)。
⑷.纳滤分离:吸附-曝气反应一段时间后,启动纳滤膜组件,纳滤膜组件的操作压力为0.1~0.3MPa,净化后的水排出吸附反应器。
一种用于含砷水处理的吸附-曝气-纳滤组合工艺的专用装置,包括原水贮存池1、进水泵2、吸附反应器3、曝气***、纳滤膜组件7、压力表8和出水泵9。所述的原水贮存池的出口连接进水泵的进口,该进水泵的出口连接吸附反应器上部的进水口。
所述的吸附反应器,其设计结构为上宽下窄的斗形,上部分内径与底部内径的比值为1.2~2;所述的吸附反应器,其底部设置大口径出水口,出水口孔径大小为50~80mm,出水口上设置球形阀门;所述的吸附反应器,其材质为钢化玻璃或不锈钢或PVDF材料。所述的吸附反应器内投放吸附剂,该吸附反应器内的液面高度要高于进水口及纳滤膜组件。
所述的曝气***由曝气泵5、接气管和曝气头6组成,所述的曝气头为致密穿孔板,曝气孔孔径大小为0.1~1mm。曝气头设置在吸附反应器的内部,且该曝气头固定在吸附反应器的底部,曝气头通过接气管连接位于吸附反应器外部的曝气泵,以新型的曝气搅拌代替传统的机械搅拌。
所述的纳滤膜组件为负压式平板式纳滤膜组件,纳滤膜的孔径大小为0.01~0.05μm纳滤膜的进水方式为外压型,净化后的出水经纳滤膜组件内部收集后排出吸附反应器。纳滤膜组件设置在吸附反应器内,如图所示,纳滤膜组件竖直设置在曝气头的上方,且远离吸附反应器进水口的一侧,纳滤膜组件的位置固定在吸附反应器中水位的下方(纳滤膜组件浸没在吸附反应器中),纳滤膜组件的出水口连接压力表的进水口,压力表用于监控纳滤膜出水流量的变化,压力表的出水口连接出水泵,出水泵提供的操作压力为0.1~0.3MPa。
此外,本装置还包括用于投加石灰或稀硫酸的第一加药箱,以及用于投加吸附剂的第二加药箱。
所述的原水贮存池1与进水泵2相连接,含砷水在进水泵2的作用下进入吸附反应器3,将吸附剂4按照一定的比例投加到吸附反应器3中,同时启动曝气泵5,空气经过曝气头6进入吸附反应器3中充分混合,吸附剂4与含砷原水在气泡的作用下充分接触反应。吸附-曝气反应30~60min后,启动纳滤膜组件7,净化后的水排出吸附反应器3,在出水泵9的作用下排出***,在连续运行过程中,根据压力表8的压力指示,判断膜污染的进程,当压力表的指针超过0.5MPa时,需要对纳滤膜组件实施反冲洗。
实施例1
配制含砷废水500L(其pH为6.1,总砷含量为1mg/L,其中As(III)含量为0.5mg/L,As(V)含量为0.5mg/L),在进水泵的作用下排入吸附反应池,向吸附反应池中投加针铁矿1g/L,开启曝气泵,调节曝气强度为0.2L/min,曝气搅拌30min。开启出水泵,其操作压力为0.1MPa,净化后的水经过膜组件排除吸附反应器。收集排出液,采用氢化物发生-原子荧光(HG-AFS)的方法检测排出液中砷的含量,低于0.001mg/L。低于国家《GB5749-2006生活饮用水卫生标准》中所规定的砷浓度限值(0.01mg/L)。连续操作运行过程中,压力表的读数没有发生变化。
实施例2
配制含砷废水500L(其pH为6.1,总砷含量为1mg/L,其中As(III)含量为0.5mg/L,As(V)含量为0.5mg/L),松花江水中砷含量的本底值低于0.01mg/L,CODCr为346mg/L,悬浮颗粒物浓度为10.5mg/L。在进水泵的作用下排入吸附反应池,向吸附反应池中投加针铁矿1g/L,开启曝气泵,调节曝气强度为0.3L/min,曝气搅拌30min。开启出水泵,其操作压力为0.1MPa,净化后的水经过膜组件排除吸附反应器。收集排出液,采用氢化物发生-原子荧光(HG-AFS)的方法检测排出液中砷的含量,低于0.001mg/L,低于国家《GB5749-2006生活饮用水卫生标准》中所规定的砷浓度限值(0.01mg/L)。连续操作运行过程中,压力表的读数没有发生变化。
实施例3
配制含砷废水20L(其pH为6.9,总砷含量为0.1mg/L,其中As(III)含量为0.05mg/L,As(V)含量为0.05mg/L),在进水泵的作用下排入吸附反应池,向吸附反应池中投加赤铁矿0.5g/L,开启曝气泵,调节曝气强度为0.8L/min,曝气搅拌50min。开启出水泵,其操作压力为0.3MPa,净化后的水经过膜组件排除吸附反应器。收集排出液,采用氢化物发生-原子荧光(HG-AFS)的方法检测排出液中的砷含量,排出液中砷含量随过滤体积的变化曲线如图2所示,过滤体积不超过10L时,排出液中砷浓度低于0.001mg/L,低于国家《GB5749-2006生活饮用水卫生标准》中所规定的砷浓度限值(0.01mg/L)。连续操作运行过程中,压力表的读数没有明显下降。
实施例4
配制含砷废水30L(其pH为5.1,总砷含量为1mg/L,其中As(III)含量为0.5mg/L,As(V)含量为0.5mg/L),在进水泵的作用下排入吸附反应池,向吸附反应池中投加四方纤铁矿和磁铁矿混合吸附剂1g/L,开启曝气泵,调节曝气强度为1L/min,曝气搅拌60min。开启出水泵,其操作压力为0.2MPa,净化后的水经过膜组件排除吸附反应器。收集排出液,采用氢化物发生-原子荧光(HG-AFS)的方法检测排出液中砷的含量,排出液中砷含量随过滤体积的变化曲线如图3所示,过滤体积不超过10L时,排出液中砷浓度低于0.001mg/L,低于国家《GB5749-2006生活饮用水卫生标准》中所规定的砷浓度限值(0.01mg/L)。连续操作运行过程中,压力表的读数没有发生变化。
Claims (10)
1.一种用于含砷水处理的吸附-曝气-纳滤组合工艺,其特征在于:包括以下步骤:
⑴.水质调节:若原水水质的pH过于偏酸或偏碱,则需要向原水贮存池中加入石灰或稀硫酸,把原水贮存池中的pH调节到5~7之间;
⑵.吸附反应:向吸附反应器中按照一定比例投加吸附剂,与含砷水相互混合;
⑶.曝气氧化与搅拌:开启曝气***,调节曝气强度,使吸附剂在吸附反应器中充分混合,水中的As(III)在溶解氧的作用下部分被氧化成As(V);
⑷.纳滤分离:吸附-曝气反应一段时间后,启动纳滤膜组件,净化后的水排出吸附反应器。
2.根据权利要求1所述的一种用于含砷水处理的吸附-曝气-纳滤组合工艺,其特征在于:步骤⑵所述的吸附剂包括:针铁矿、四方纤铁矿、水铁矿、赤铁矿、磁铁矿,上述吸附剂的形态为颗粒态,粒径大小为微米级或纳米级;所述的吸附剂可以单独使用,也可以两种或两种以上混合使用。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于含砷水处理的吸附-曝气-纳滤组合工艺,其特征在于:步骤⑵所述的吸附剂投加量(g/L)与砷浓度(mg/L)之间的质量比为10:1~0.1:1。
4.根据权利要求1所述的一种用于含砷水处理的吸附-曝气-纳滤组合工艺,其特征在于:步骤⑶所述的曝气***的曝气强度为0.2~1L/min,曝气反应时间为30~60min。
5.根据权利要求1所述的一种用于含砷水处理的吸附-曝气-纳滤组合工艺,其特征在于:步骤⑷所述的纳滤膜组件的操作压力为0.1~0.3MPa。
6.一种如权利要求1所述的用于含砷水处理的吸附-曝气-纳滤组合工艺的专用装置,其特征在于:包括原水贮存池、进水泵、吸附反应器、曝气***、纳滤膜组件、压力表和出水泵,所述的原水贮存池的出口连接进水泵的进口,该进水泵的出口连接吸附反应器上部的进水口;曝气***由曝气泵5、接气管和曝气头6组成,在吸附反应器的内部设置曝气头,该曝气头固定在吸附反应器的底部,该曝气头通过接气管连接位于吸附反应器外部的曝气泵;吸附反应器内还设置一个纳滤膜组件,该纳滤膜组件的出水口通过管路连接出水泵,该管路上设置压力表。
7.根据权利要求6所述的一种用于含砷水处理的吸附-曝气-纳滤组合工艺的专用装置,其特征在于:所述的吸附反应器,其设计结构为上宽下窄的斗形,上部分内径与底部内径的比值为1.2~2;所述的吸附反应器,其底部设置出水口,出水口孔径大小为50~80mm,出水口上设置球形阀门。
8.根据权利要求6所述的一种用于含砷水处理的吸附-曝气-纳滤组合工艺的专用装置,其特征在于:所述的曝气头为致密穿孔板,曝气孔孔径大小为0.1~1mm。
9.根据权利要求6所述的一种用于含砷水处理的吸附-曝气-纳滤组合工艺的专用装置,其特征在于:所述的纳滤膜组件为负压式平板式纳滤膜组件,纳滤膜的孔径大小为0.01~0.05μm。
10.根据权利要求6所述的一种用于含砷水处理的吸附-曝气-纳滤组合工艺的专用装置,其特征在于:所述的纳滤膜组件竖直设置在曝气头的上方,且远离吸附反应器进水口的一侧;纳滤膜组件的位置固定在吸附反应器中水位的下方,出水口连接压力表。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180424 |
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