申请日2017.11.09
公开(公告)日2018.01.26
IPC分类号C02F9/12; C02F101/20
摘要
本发明涉及一种去除水中重金属的饮用水处理设备及处理方法，所述饮用水处理设备包括原水监测模块，化学处理模块、物理处理模块、控制系统，所述控制系统根据监测模块对原水中重金属含量的监测结果对管道上的电磁阀进行控制，使原水经过相应的处理模块。
摘要附图
权利要求书
1.一种去除水中重金属的饮用水处理设备，包括原水监测模块，化学处理模块、物理处理模块、控制系统;
其特征在于：控制系统根据监测模块对原水中重金属含量的监测结果对管道上的电磁阀进行控制，使原水经过相应的处理模块。
2.如权利要求1所述去除水中重金属的饮用水处理设备，其特征在于所述原水监测模块包括重金属在线监测装置，能够实时监测进入水处理设备的原水中重金属的种类和浓度。
3.如权利要求1所述去除水中重金属的饮用水处理设备，其特征在于所述化学处理模块包括：投料口、管道混合器、混凝反应器、斜板、排污管;所述投料口用于添加化学处理剂，管道混合器中使化学处理剂与水混匀，混凝反应器中化学处理剂与水中重金属充分反应，斜板用于分离化学处理产生的不溶性杂质，排污管用于排出化学处理产生的不溶性杂质。
4.如权利要求1所述去除水中重金属的饮用水处理设备，其特征在于物理处理模块包括依次连接的梯度磁场活化装置、一个或多个天然矿料吸附装置、二次磁场活化装置，其中每个天然矿料吸附装置的出水端都设置有抑菌金属网;物理处理模块中的各装置以模块化设置、可拆卸连接。
5.如权利要求1-4任一所述去除水中重金属的饮用水处理设备，其特征在于所述水处理设备的出水口还设置有出水水质检测口，连接出水水质检测装置。
6.一种去除水中重金属的饮用水处理方法，包括以下步骤：
(1)原水监测步骤，监测原水中重金属的种类和浓度;
(2)化学处理步骤，所述化学处理包括氧化还原法、中和沉淀法、化学沉淀法;
(3)物理处理步骤;
其特征在于：根据原水监测结果，对水处理的方法进行选择，当原水中重金属严重超标时，对原水先进行化学处理除掉大量重金属，再进入进行物理处理;如果原水中含有痕量重金属，省略化学处理步骤直接对原水进行纯物理处理。
7.如权利要求6所述去除水中重金属的工艺，其特征在于，根据原水中重金属的种类和浓度，选择化学处理的具体方法，包括化学处理剂的种类和添加量。
8.如权利要求6所述去除水中重金属的工艺，其特征在于，所述物理处理步骤包括使水依次经过梯度磁场活化装置、一个或多个天然矿料吸附装置、二次磁场活化装置，其中每个天然矿料吸附装置的出水端都设置有抑菌金属网。
9.如权利要求6所述去除水中重金属的工艺，其特征在于，在物理处理步骤之后还包括出水水质检测步骤，对出水水质的安全指标进行检测，如检测合格则直接出水，如检测不合格则进一步处理。
10.如权利要求6-9所述去除水中重金属的工艺，其特征在于，使用权利要求1-5任一项所述去除水中重金属的水处理设备实施所述工艺。
说明书
一种去除水中重金属的饮用水处理设备及处理方法
技术领域
本发明属于水处理领域，具体涉及一种饮用水净化处理设备及净化处理方法，尤其涉及一种通过物理和化学方法组合去除饮用水中重金属的饮用水处理设备及处理方法。
背景技术
饮用水水源是保证城市和农村供水安全和社会正常运行的重要公共基础设施，也是生态环境系统的重要组成部分，水源水质的好坏会直接影响到城市供水水质和人们的饮水安全。我国现行供水厂的水处理工艺大都为传统的混凝-沉淀-过滤-消毒工艺，其主要去除对象是水中的悬浮物和胶体物质，应对突发性重金属污染的能力较差。近年来城市饮用水源地的突发性重金属污染事件频发，且发生频率和危害程度都有增大的趋势。饮用水水源的突发性重金属污染具有不确定性、紧急性、威胁性和流域性等特点，如果处理不当，会带来供水管网水质污染、城市供水中断、居民饮用水中毒等事故，造成重大经济损失和不良社会影响。
饮用水水质安全直接关系到公民的身体健康，经济社会的可持续发展，社会稳定和长治久安。因此建立健全我国饮用水水源地突发性重金属污染事件的应急处理体系已迫在眉睫。目前，国家还没有专门负责饮用水水源突发性重金属污染事件的应急管理机构，突发性重金属污染事件的预警机制和处理技术体系还没有建立，应急处理重金属污染在大部分地区的供水系统中都没有设置，水厂的应急处理演练水平较低，不能解决实际行问题。因此，生活饮用水水源突发性重金属污染的去除的应急预案急需建立和完善。
目前，国内外对饮用水原水受到重金属污染的处理方法已经有较多研究，其最主要是由废水中重金属的净化方法延伸过来。经过多年的研究发展，国内已开发并得以应用的重金属污染物去除方法主要有化学法、物理法和生物法。对应用水原水中重金属的去除方法主要包含氧化还原法、中和沉淀法、化学沉淀、吸附剂吸附、离子交换、膜分离等。
化学法去除重金属的原理是使水溶液中呈溶解态的重金属离子转化为不溶性的物质，经过沉淀、气浮、过滤或者其他途径从水溶液中分离出去，或是使重金属毒性大的价态转变成毒性小的价态，主要包括氧化还原法、中和沉淀法、化学沉淀法。氧化还原法主要是向水中投加的氧化剂或还原剂将重金属离子氧化或还原成为低毒或无毒状态，以达到消除污染的处理方法。中和沉淀法主要是通过投加碱性物质进行酸碱中和反应，使重金属生成不溶于水的氢氧化物沉淀形式得以去除。化学沉淀法主要是通过投加化学沉淀剂，发生化学反应，生成难溶解的沉淀物质，使重金属以沉淀析出得以分离去除
物理法去除重金属的原理是不改变原水中重金属的化学形态的条件下进行浓缩分离，主要包括吸附、离子交换、膜分离方法。吸附法实质上是吸附剂活性表面对重金属离子的吸引。离子交换法利用离子交换剂本身的特点，使水中重金属与交换树脂接触并发生离子交换反应，在此过程中将重金属除去。膜分离法是利用半透膜本身的特性，通过渗透作用将溶液中的溶质或溶剂分离的目的。
近年来，生物处理法作为一种新型的水处理技术日益受到人们的重视。已有研究报道利用生物处理技术，对去除重金属污染的废水可达较好的效果。
化学处理法除去重金属效果好，但是产生副产物，容易造成二次污染。物理法处理重金属成本高，重金属容易在物理处理模块中积累，不适合处理重金属浓度高的原水，不能有效应对水质的突然变化。生物处理法采用的去除重金属的菌种具有一定危害，常需要进一步的除菌处理。
发明内容
针对上述净化水处理工艺的不足，本发明提供一种成本可控、除重金属效果确切、能适应水质剧烈变化的饮用水处理设备及处理方法。
一方面，本发明提供一种去除水中重金属的饮用水处理设备，包括原水监测模块，化学处理模块、物理处理模块、控制系统;
其特征在于：控制系统根据监测模块对原水中重金属含量的监测结果对管道上的电磁阀进行控制，使原水经过相应的处理模块。
本发明所述去除水中重金属的饮用水处理设备，其特征在于原水监测模块包括重金属在线监测装置，能够实时监测进入水处理设备的原水中重金属的种类和浓度。
本发明所述去除水中重金属的饮用水处理设备，其特征在于化学处理模块包括：投料口、管道混合器、混凝反应器、斜板、排污管;所述投料口用于添加化学处理剂，管道混合器使化学处理剂在水中混匀，混凝反应器中化学处理剂与水中重金属充分反应，斜板分离出化学处理产生的不溶性杂质，排污管用于排出化学处理步骤产生的不溶性杂质。
本发明所述去除水中重金属的饮用水处理设备，其特征在于物理处理模块包括依次连接的梯度磁场活化装置、一个或多个天然矿料吸附装置、二次磁场活化装置，其中每个天然矿料吸附装置的出水端设置有抑菌金属网。
所述物理处理模块中的各装置以模块化设置、可拆卸连接。
所述抑菌金属网为铜、银金属网，优选纳米银金属网。
本发明所述去除水中重金属的饮用水处理设备，其特征在于在水处理设备的出水口设置有出水水质检测口，连接出水水质检测装置。
另一方面，本发明提供一种去除水中重金属的饮用水处理方法，包括以下步骤：
(1)原水监测步骤，监测原水中重金属的种类和浓度;
(2)化学处理步骤，所述化学处理包括氧化还原法、中和沉淀法、化学沉淀法;
(3)物理处理步骤;
其特征在于：根据原水监测结果，选择具体的水处理方法，当原水中重金属严重超标时，对原水先进行化学处理，除掉大量重金属，再进入物理处理模块进行物理处理;如果原水中含有痕量重金属，省略化学处理步骤对原水进行纯物理处理。
本发明所述去除水中重金属的工艺，其特征在于，根据原水中重金属的种类和浓度，选择化学处理的具体方法。
本发明所述去除水中重金属的工艺，其特征在于，所述物理处理步骤包括使水依次经过梯度磁场活化装置、一个或多个天然矿料吸附装置、二次磁场活化装置，其中每个天然矿料吸附装置的出水端设置有抑菌金属网。
本发明所述去除水中重金属的工艺，其特征在于，还包括出水水质检测步骤，对出水水质的安全指标进行检测，如检测合格则直接出水，如检测不合格则进一步处理。
本发明所述去除水中重金属的工艺，其特征在于，使用本发明所述去除水中重金属的水处理设备实施所述去除水中重金属的工艺。
本发明所述去除水中重金属的饮用水处理设备及处理方法的工作原理和设计思路如下：
对原水进行重金属在线监测，实现饮用水突发性重金属污染的第一时间反馈，方便第一时间做出应对。如果出现突发性重金属污染，原水进入强化混凝模块，去除大量的重金属物质。对于含有痕量重金属的饮用水，直接进入梯度磁场活化模块，运用梯度复合磁场将原水分子簇团解开，使簇团水形成单个或双个水分子状态，并呈规则排列;并且使水分子与重金属离子等物质进行分离，使其以游离形式存在，减小水分子与无机络合物之间的分子作用，便于下一步吸附处理，除此之外杀死部分微生物。
物理处理模块的具体工作原理：在天然矿石吸附模块，不同矿石对重金属离子的吸附作用不同。矿石对重金属的吸附机制主要是通过离子交换吸附和络合吸附两种方式。将具有吸附不同的重金属的矿石进行组合，使其有效地吸附水体中的有机物、无机物、重金属离子以及微生物胶质体等，降低水体中重金属及污染物含量。
金属网的作用机制：研究发现，每升水中只要含亿万分之二毫克的银离子，即可杀死水中大部分细菌。作用机理为带正电的铜、银离子和带负电的有害微生物(如细菌、病毒、藻类)的细胞表面结合成静电键，这种静电键的形成改变了细胞壁的渗透性，从而破坏了有害微生物养分的正常摄取，从而导致有害微生物的细胞死亡。
矿化、磁化处理的效果：经过矿化作用的水，水体中负氧离子、溶解氧含量比较高(通过测定，溶解氧的含量最高可以达到12mg/L)。而水在被饱和磁化后，当外加磁场被取消时，其磁化效应不会立即消失，而会弛豫一段时间，这称为记忆效应。而经过磁化后的水，水中氧的溶解度会增加。利用二者的有机结合，使高含量的负氧、溶解氧的水有效的阻断微生物和细菌的滋生条件，破坏其生长环境，使其在管网中无法生存。
本发明取得以下有益的技术效果：
(1)结合了化学法和物理法的优点，原水适应范围广，重金属去除效果确切。本发明将饮用水的化学处理法和物理处理法相结合，通过对原水的监测合理确定水处理方案。既能避免滥用化学处理法导致的二次污染，又弥补了单纯物理处理法成本高、高浓度重金属去除效果不佳的缺点。无论原水中重金属含量过高或过低，使用该设备通过工艺的优化和调整使出水水质达到了《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)的安全指标。
(2)操作简单，自动化、智能化程度高，根据水质的变化实时调整水处理方案。重金属在线监测装置与水处理设备管道中的电磁阀联动，可通过预先设定阈值的方式实现自动控制。当重金属含量高时，依次实施化学处理和物理处理，化学处理中产生且未能彻底去除的二次污染物在物理处理步骤中进一步除去;当重金属含量低时，可以完全省略化学处理法通过纯物理方法处理。
(3)兼顾饮用水的多个质量指标，模块化设计确保出水水质合格。本发明通过采用矿化模块、磁化模块、抗菌金属网等手段，抑制管网中微生物的滋生，确保管网系统洁净，保证出水水质微生物、矿物质等指标合格。通过模块化设计，可根据原水水质、出水需求、工艺成本等具体需要组合多个处理模块，并且本发明在出水口处设置出水水质检测装置，如出水水质不合格可进一步通过串联于出水口下游的备用纯化模块进行处理。
