申请日2004.04.28
公开(公告)日2005.01.26
IPC分类号C02F1/52
摘要
一种利用多相条件强化混凝的水处理方法，涉及一种对饮用水水源水、工业给水水源水、工业废水或生活污水进行处理的水处理方法。现有水处理方法存在着在低温低浊情况下絮体不容易形成、混凝效果不利和出水水质恶化的状况，还存在着消毒副产物高、出水的药剂含量高的缺点。本发明水处理方法为：首先在混凝反应器中加入颗粒状固体催化剂，然后使加了药剂的原水通过所述混凝反应器。本发明具有强化去除水中的悬浮态、胶体和溶解态的杂质、减少混凝剂的用量、减少消毒副产物、降低出水余铝的含量、减少占地面积、减少基建施工和动力运行费用等优点。
权利要求书
1、一种利用多相条件强化混凝的水处理方法，其特征在于首先在混凝反 应器中加入颗粒状固体催化剂，然后使加了药剂的原水通过所述混凝反应器。
2、根据权利要求1所述的一种利用多相条件强化混凝的水处理方法，其 特征在于所述颗粒状固体催化剂为金属氧化物。
3、根据权利要求2所述的一种利用多相条件强化混凝的水处理方法，其 特征在于所述金属氧化物为MnO2、Fe2O3、TiO2、FeOOH、Al2O3、NiO2、SiO2、 MgO、CaO、钛酸铝、氧化锆、碳化硅、堇青石、陶粒、沸石、无烟煤、莫来 石中的一种或几种的混合物。
4、根据权利要求3所述的一种利用多相条件强化混凝的水处理方法，其 特征在于所述金属氧化物的表面富含羟基，使金属氧化物表面富含羟基的办法 为：用氧化物或氢氧化物进行表面改性。
5、根据权利要求1、2、3或4所述的一种利用多相条件强化混凝的水处 理方法，其特征在于所述混凝反应器为上向流反应器，所述反应器的结构为从 下至上呈渐扩形状，或者，反应器的结构为中部和下部都为直筒形状，上端为 渐扩形状;颗粒状固体催化剂(1)设置在反应器的下部，在原水通入以后，颗粒 状固体催化剂(1)的数量及膨胀度应满足膨胀后的高度占反应器总高度的 1/3～1/2。
6、根据权利要求5所述的一种利用多相条件强化混凝的水处理方法，其 特征在于所述反应器为循环式反应器，它的结构为：在反应器底部中心位置设 有进水口2，在进水口(2)的上部设有散流板(3)和挡板(4)，散流板(3)为锥台形状， 在散流板(3)横切面的中心位置设置有挡板(4)，所述挡板(4)和散流板(3)都通过 连接条(5)与反应器的内壁相固接;在所述循环式反应器内使用的颗粒状固体催 化剂(1)为均质催化剂，催化剂(1)的粒径优选为0.1～1mm。
7、根据权利要求5所述的一种利用多相条件强化混凝的水处理方法，其 特征在于所述反应器为悬浮式反应器，它的结构为：反应器的下底面为布水板 (6)，布水板(6)下部为进水口(2)，布水板(6)上部为颗粒状固体催化剂(1);在所 述悬浮式反应器内使用的颗粒状固体催化剂(1)设置为防止催化剂被冲走的级 配，催化剂层的级配为：5～10mm，2～4mm，1～2mm，0.1～1mm，四者的高度 比例为2∶2∶3∶1.5。
8、根据权利要求5所述的一种利用多相条件强化混凝的水处理方法，其 特征在于所述反应器渐扩部分的水平倾角(β)为45°～75°之间，对于中部和下 部为直筒形状，上端为渐扩形状的反应器，渐扩部分的高度(H)占反应器总高度 (I)的1/6～1/4。
9、根据权利要求1、2、3或4所述的一种利用多相条件强化混凝的水处 理方法，其特征在于所述药剂为混凝剂、助凝剂、预氧化剂中的一种或几种的 复合。
10、根据权利要求1、2、3或4所述的一种利用多相条件强化混凝的水处 理方法，其特征在于原水通过颗粒状固体催化剂层的时间为10～30s。
说明书
一种利用多相条件强化混凝的水处理方法
技术领域：
本发明涉及一种对饮用水水源水、工业给水水源水、工业废水、生活污水 进行处理的水处理方法，也适合于城市污水的深度处理。
背景技术：
混凝是指通过某种手段(通常是加入混凝剂，水解产生高电荷低聚合度的 产物压缩双电层，降低胶体表面电荷)以及适当的混合、搅拌令水中的胶体颗 粒克服相互间的排斥力而凝聚到一起，以利于通过气浮或沉淀、过滤等方式被 去除的过程。混凝分为混合和絮凝两个步骤，混合是令混凝剂与原水充分接触， 以期有效地利用混凝剂完成电中和作用，并且混合也是新相形成的一个十分重 要的步骤。絮凝是混合阶段形成的微絮体长大的阶段，以便于后续的分离。混 合方式主要包括水力混合和机械混合的方式。水力混合的水头损失大，对水质、 水量的变化的适应性不如机械絮凝池，但水力絮凝池却可以很少有短流的情况。 在中国最常用的水力混合方式是静态混合器;机械混合(或称为机械搅拌)对 水质、水量变化的适应性强，水头损失相对较小，但容易出现短流的情况，而 且其机械设备常常不能配套，因此在中国主要应用的是水力混合的方式。而所 有存在的混凝池的混合都是宏观的混合，这种宏观混合，我们认为是一种浪费。 混合的实质产生大小不等的涡旋，大涡旋将能量输送给小涡旋，小涡旋又将一 部能量输送给更小的涡旋，并伴随着能量损失。在这些不同尺度的涡旋中，大 涡旋主要起两个作用：一是使流体各部分相互掺混，使颗粒均匀扩散于流体中; 二是将外界获得的能量输送给小涡旋。大涡旋往往使颗粒作整体移动而不会相 互碰撞。因此，当大涡旋产生的少而小涡旋产生的多时，由大涡旋到小涡旋的 能量输送而导致的能量损失就会减少，同时会减少因大涡旋产生的颗粒整体移 动而不会碰撞的无效能量损失，而能增加小涡旋对颗粒碰撞的相对有效的贡献。 混凝对于水中杂质的去除主要是利用：1.混凝剂及其水解产物对水中带电胶体 的双电层压缩使胶体之间的静电排斥力减弱以及排斥能峰降低到它们之间的引 力可以令它们聚集，这一作用又被称为电中和脱稳(destabilization coagulation); 2.利用混凝剂水解产物对胶粒间的链桥作用使杂质连在一起，这一作用被称为 架桥絮凝(bridge coagulation);3.;利用混凝剂形成的表面粗糙、多孔渗水的 絮体对杂质的卷扫、共沉淀作用，这又被称为扫沉淀絮凝(sweep coagulation)。 国外常常将架桥絮凝(bridge coagulation)归类到卷扫沉淀絮凝(sweep coagulation)。对于混凝池，世界上主要有水力絮凝池和机械絮凝池等方式。这 两种分法主要依混合方式的不同而命名。现有的絮凝方法还存在着消毒副产物 高、出水的药剂含量高等缺点。除了常规的絮凝方式，人们还研究了电絮凝、 磁絮凝等其他的絮凝形式，但由于电和磁的费用问题，而没有得到广泛的应用。 后来，人们又发明了利用接触絮凝原理的澄清池工艺，即在反应器中引入泥渣， 使加药后脱稳的杂质和絮体通过泥渣层时而被截流下来，也就是说澄清池利用 了过滤的原理。但是澄清池有不容忽视的弱点：一是对原水水量、水质变化的 适应性差;二是厚密的泥渣层中的泥渣对絮体的剪切作用会破坏絮体。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种强化混凝的方法，该方法为：首先在混凝反应 器中加入颗粒状固体催化剂，然后使加了药剂的原水通过所述混凝反应器。本 发明核心机理是在颗粒状固体催化剂存在的多相的条件下：1.利用进水经过反 应器下段的颗粒状固体催化剂时产生：强化的紊流脉动和强化的质点掺混;边 界层及尾流旋涡的微观尺度混合(microscale mixing);宏观混合等作用来达到 强化药剂(包括混凝剂、氧化剂等)与原水的混合、强化混凝剂的水解和强化 电中和絮凝;2.利用颗粒状固体催化剂的多相催化成核来强化混凝剂水解及促 进其水解产物的长大等作用而达到强化絮凝3.利用颗粒状固体催化剂提供的 成长位(crystal growth site)，形成絮体在催化剂提供的外来界面上的成长、絮 体包围催化剂的状况，变相地增加“絮体”的尺寸，并利用催化剂的重力强行 滞留这种絮体增加了反应器中的絮体的量，强化扫沉淀絮凝。这种包裹着催化 剂、呈团状的“絮体”的尺寸远超过常规混凝工艺产生的絮体。从而本发明具 有强化去除水中的悬浮态、胶体和溶解态的杂质、减少混凝剂的用量、减少消 毒副产物、降低出水余铝的含量、减少占地面积、减少基建施工和动力运行费 用等优点。本发明减少了消毒副产物，因为水中大部分的有机物都是腐殖质类 有机物，这类有机物被认为是消毒副产物的前驱物质。本发明通过强化混合而 强化电中和絮凝和通过被滞留的“超级絮体”的扫沉淀絮凝等一系列的作用起 到了用较少的投药量却获得高投药量的效果。从而强化了对有机物的去除，能 有效地减少了消毒副产物。通过强化电中和絮凝而强化了对有机物的去除。本 发明由于引入的催化剂的高效的混合作用，令混凝剂与原水充分快速的混合， 对水中带负电的有机物的电中和絮凝得到加强。比常规混凝强化了对有机物的 脱稳的作用。本发明强化了扫沉淀絮凝从而强化了对有机物的去除。催化剂提 供了混凝剂水解产物成长的基底，形成以催化剂为中心的变相增大絮体，这些 被滞留在反应器中的絮体通过不规则沉淀、共沉淀、吸附和粘附等一系列的作 用强化了扫沉淀絮凝。
