申请日2017.12.04
公开(公告)日2018.04.24
IPC分类号C02F9/04; C02F101/10
摘要
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、曝气系统、纳滤分离系统、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)。
权利要求书
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：开启曝气系统，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所述的曝气系统的曝气强度为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、曝气系统、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;曝气系统由曝气泵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。
说明书
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
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系统疾病和皮肤病，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系统应用于吸附-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：开启曝气系统，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所述的曝气系统的曝气强度为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、曝气系统、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;曝气系统由曝气泵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。曝气系统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。
