申請日2017.11.09
公開(公告)日2018.01.26
IPC分類號C02F9/12; C02F101/20
摘要
本發(fā)明涉及一種去除水中重金屬的飲用水處理設(shè)備及處理方法，所述飲用水處理設(shè)備包括原水監(jiān)測模塊，化學(xué)處理模塊、物理處理模塊、控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測模塊對原水中重金屬含量的監(jiān)測結(jié)果對管道上的電磁閥進(jìn)行控制，使原水經(jīng)過相應(yīng)的處理模塊。
摘要附圖
權(quán)利要求書
1.一種去除水中重金屬的飲用水處理設(shè)備，包括原水監(jiān)測模塊，化學(xué)處理模塊、物理處理模塊、控制系統(tǒng);
其特征在于：控制系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測模塊對原水中重金屬含量的監(jiān)測結(jié)果對管道上的電磁閥進(jìn)行控制，使原水經(jīng)過相應(yīng)的處理模塊。
2.如權(quán)利要求1所述去除水中重金屬的飲用水處理設(shè)備，其特征在于所述原水監(jiān)測模塊包括重金屬在線監(jiān)測裝置，能夠?qū)崟r監(jiān)測進(jìn)入水處理設(shè)備的原水中重金屬的種類和濃度。
3.如權(quán)利要求1所述去除水中重金屬的飲用水處理設(shè)備，其特征在于所述化學(xué)處理模塊包括：投料口、管道混合器、混凝反應(yīng)器、斜板、排污管;所述投料口用于添加化學(xué)處理劑，管道混合器中使化學(xué)處理劑與水混勻，混凝反應(yīng)器中化學(xué)處理劑與水中重金屬充分反應(yīng)，斜板用于分離化學(xué)處理產(chǎn)生的不溶性雜質(zhì)，排污管用于排出化學(xué)處理產(chǎn)生的不溶性雜質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1所述去除水中重金屬的飲用水處理設(shè)備，其特征在于物理處理模塊包括依次連接的梯度磁場活化裝置、一個或多個天然礦料吸附裝置、二次磁場活化裝置，其中每個天然礦料吸附裝置的出水端都設(shè)置有抑菌金屬網(wǎng);物理處理模塊中的各裝置以模塊化設(shè)置、可拆卸連接。
5.如權(quán)利要求1-4任一所述去除水中重金屬的飲用水處理設(shè)備，其特征在于所述水處理設(shè)備的出水口還設(shè)置有出水水質(zhì)檢測口，連接出水水質(zhì)檢測裝置。
6.一種去除水中重金屬的飲用水處理方法，包括以下步驟：
(1)原水監(jiān)測步驟，監(jiān)測原水中重金屬的種類和濃度;
(2)化學(xué)處理步驟，所述化學(xué)處理包括氧化還原法、中和沉淀法、化學(xué)沉淀法;
(3)物理處理步驟;
其特征在于：根據(jù)原水監(jiān)測結(jié)果，對水處理的方法進(jìn)行選擇，當(dāng)原水中重金屬嚴(yán)重超標(biāo)時，對原水先進(jìn)行化學(xué)處理除掉大量重金屬，再進(jìn)入進(jìn)行物理處理;如果原水中含有痕量重金屬，省略化學(xué)處理步驟直接對原水進(jìn)行純物理處理。
7.如權(quán)利要求6所述去除水中重金屬的工藝，其特征在于，根據(jù)原水中重金屬的種類和濃度，選擇化學(xué)處理的具體方法，包括化學(xué)處理劑的種類和添加量。
8.如權(quán)利要求6所述去除水中重金屬的工藝，其特征在于，所述物理處理步驟包括使水依次經(jīng)過梯度磁場活化裝置、一個或多個天然礦料吸附裝置、二次磁場活化裝置，其中每個天然礦料吸附裝置的出水端都設(shè)置有抑菌金屬網(wǎng)。
9.如權(quán)利要求6所述去除水中重金屬的工藝，其特征在于，在物理處理步驟之后還包括出水水質(zhì)檢測步驟，對出水水質(zhì)的安全指標(biāo)進(jìn)行檢測，如檢測合格則直接出水，如檢測不合格則進(jìn)一步處理。
10.如權(quán)利要求6-9所述去除水中重金屬的工藝，其特征在于，使用權(quán)利要求1-5任一項所述去除水中重金屬的水處理設(shè)備實施所述工藝。
說明書
一種去除水中重金屬的飲用水處理設(shè)備及處理方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于水處理領(lǐng)域，具體涉及一種飲用水凈化處理設(shè)備及凈化處理方法，尤其涉及一種通過物理和化學(xué)方法組合去除飲用水中重金屬的飲用水處理設(shè)備及處理方法。
背景技術(shù)
飲用水水源是保證城市和農(nóng)村供水安全和社會正常運行的重要公共基礎(chǔ)設(shè)施，也是生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的重要組成部分，水源水質(zhì)的好壞會直接影響到城市供水水質(zhì)和人們的飲水安全。我國現(xiàn)行供水廠的水處理工藝大都為傳統(tǒng)的混凝-沉淀-過濾-消毒工藝，其主要去除對象是水中的懸浮物和膠體物質(zhì)，應(yīng)對突發(fā)性重金屬污染的能力較差。近年來城市飲用水源地的突發(fā)性重金屬污染事件頻發(fā)，且發(fā)生頻率和危害程度都有增大的趨勢。飲用水水源的突發(fā)性重金屬污染具有不確定性、緊急性、威脅性和流域性等特點，如果處理不當(dāng)，會帶來供水管網(wǎng)水質(zhì)污染、城市供水中斷、居民飲用水中毒等事故，造成重大經(jīng)濟(jì)損失和不良社會影響。
飲用水水質(zhì)安全直接關(guān)系到公民的身體健康，經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展，社會穩(wěn)定和長治久安。因此建立健全我國飲用水水源地突發(fā)性重金屬污染事件的應(yīng)急處理體系已迫在眉睫。目前，國家還沒有專門負(fù)責(zé)飲用水水源突發(fā)性重金屬污染事件的應(yīng)急管理機(jī)構(gòu)，突發(fā)性重金屬污染事件的預(yù)警機(jī)制和處理技術(shù)體系還沒有建立，應(yīng)急處理重金屬污染在大部分地區(qū)的供水系統(tǒng)中都沒有設(shè)置，水廠的應(yīng)急處理演練水平較低，不能解決實際行問題。因此，生活飲用水水源突發(fā)性重金屬污染的去除的應(yīng)急預(yù)案急需建立和完善。
目前，國內(nèi)外對飲用水原水受到重金屬污染的處理方法已經(jīng)有較多研究，其最主要是由廢水中重金屬的凈化方法延伸過來。經(jīng)過多年的研究發(fā)展，國內(nèi)已開發(fā)并得以應(yīng)用的重金屬污染物去除方法主要有化學(xué)法、物理法和生物法。對應(yīng)用水原水中重金屬的去除方法主要包含氧化還原法、中和沉淀法、化學(xué)沉淀、吸附劑吸附、離子交換、膜分離等。
化學(xué)法去除重金屬的原理是使水溶液中呈溶解態(tài)的重金屬離子轉(zhuǎn)化為不溶性的物質(zhì)，經(jīng)過沉淀、氣浮、過濾或者其他途徑從水溶液中分離出去，或是使重金屬毒性大的價態(tài)轉(zhuǎn)變成毒性小的價態(tài)，主要包括氧化還原法、中和沉淀法、化學(xué)沉淀法。氧化還原法主要是向水中投加的氧化劑或還原劑將重金屬離子氧化或還原成為低毒或無毒狀態(tài)，以達(dá)到消除污染的處理方法。中和沉淀法主要是通過投加堿性物質(zhì)進(jìn)行酸堿中和反應(yīng)，使重金屬生成不溶于水的氫氧化物沉淀形式得以去除。化學(xué)沉淀法主要是通過投加化學(xué)沉淀劑，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成難溶解的沉淀物質(zhì)，使重金屬以沉淀析出得以分離去除
物理法去除重金屬的原理是不改變原水中重金屬的化學(xué)形態(tài)的條件下進(jìn)行濃縮分離，主要包括吸附、離子交換、膜分離方法。吸附法實質(zhì)上是吸附劑活性表面對重金屬離子的吸引。離子交換法利用離子交換劑本身的特點，使水中重金屬與交換樹脂接觸并發(fā)生離子交換反應(yīng)，在此過程中將重金屬除去。膜分離法是利用半透膜本身的特性，通過滲透作用將溶液中的溶質(zhì)或溶劑分離的目的。
近年來，生物處理法作為一種新型的水處理技術(shù)日益受到人們的重視。已有研究報道利用生物處理技術(shù)，對去除重金屬污染的廢水可達(dá)較好的效果。
化學(xué)處理法除去重金屬效果好，但是產(chǎn)生副產(chǎn)物，容易造成二次污染。物理法處理重金屬成本高，重金屬容易在物理處理模塊中積累，不適合處理重金屬濃度高的原水，不能有效應(yīng)對水質(zhì)的突然變化。生物處理法采用的去除重金屬的菌種具有一定危害，常需要進(jìn)一步的除菌處理。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述凈化水處理工藝的不足，本發(fā)明提供一種成本可控、除重金屬效果確切、能適應(yīng)水質(zhì)劇烈變化的飲用水處理設(shè)備及處理方法。
一方面，本發(fā)明提供一種去除水中重金屬的飲用水處理設(shè)備，包括原水監(jiān)測模塊，化學(xué)處理模塊、物理處理模塊、控制系統(tǒng);
其特征在于：控制系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測模塊對原水中重金屬含量的監(jiān)測結(jié)果對管道上的電磁閥進(jìn)行控制，使原水經(jīng)過相應(yīng)的處理模塊。
本發(fā)明所述去除水中重金屬的飲用水處理設(shè)備，其特征在于原水監(jiān)測模塊包括重金屬在線監(jiān)測裝置，能夠?qū)崟r監(jiān)測進(jìn)入水處理設(shè)備的原水中重金屬的種類和濃度。
本發(fā)明所述去除水中重金屬的飲用水處理設(shè)備，其特征在于化學(xué)處理模塊包括：投料口、管道混合器、混凝反應(yīng)器、斜板、排污管;所述投料口用于添加化學(xué)處理劑，管道混合器使化學(xué)處理劑在水中混勻，混凝反應(yīng)器中化學(xué)處理劑與水中重金屬充分反應(yīng)，斜板分離出化學(xué)處理產(chǎn)生的不溶性雜質(zhì)，排污管用于排出化學(xué)處理步驟產(chǎn)生的不溶性雜質(zhì)。
本發(fā)明所述去除水中重金屬的飲用水處理設(shè)備，其特征在于物理處理模塊包括依次連接的梯度磁場活化裝置、一個或多個天然礦料吸附裝置、二次磁場活化裝置，其中每個天然礦料吸附裝置的出水端設(shè)置有抑菌金屬網(wǎng)。
所述物理處理模塊中的各裝置以模塊化設(shè)置、可拆卸連接。
所述抑菌金屬網(wǎng)為銅、銀金屬網(wǎng)，優(yōu)選納米銀金屬網(wǎng)。
本發(fā)明所述去除水中重金屬的飲用水處理設(shè)備，其特征在于在水處理設(shè)備的出水口設(shè)置有出水水質(zhì)檢測口，連接出水水質(zhì)檢測裝置。
另一方面，本發(fā)明提供一種去除水中重金屬的飲用水處理方法，包括以下步驟：
(1)原水監(jiān)測步驟，監(jiān)測原水中重金屬的種類和濃度;
(2)化學(xué)處理步驟，所述化學(xué)處理包括氧化還原法、中和沉淀法、化學(xué)沉淀法;
(3)物理處理步驟;
其特征在于：根據(jù)原水監(jiān)測結(jié)果，選擇具體的水處理方法，當(dāng)原水中重金屬嚴(yán)重超標(biāo)時，對原水先進(jìn)行化學(xué)處理，除掉大量重金屬，再進(jìn)入物理處理模塊進(jìn)行物理處理;如果原水中含有痕量重金屬，省略化學(xué)處理步驟對原水進(jìn)行純物理處理。
本發(fā)明所述去除水中重金屬的工藝，其特征在于，根據(jù)原水中重金屬的種類和濃度，選擇化學(xué)處理的具體方法。
本發(fā)明所述去除水中重金屬的工藝，其特征在于，所述物理處理步驟包括使水依次經(jīng)過梯度磁場活化裝置、一個或多個天然礦料吸附裝置、二次磁場活化裝置，其中每個天然礦料吸附裝置的出水端設(shè)置有抑菌金屬網(wǎng)。
本發(fā)明所述去除水中重金屬的工藝，其特征在于，還包括出水水質(zhì)檢測步驟，對出水水質(zhì)的安全指標(biāo)進(jìn)行檢測，如檢測合格則直接出水，如檢測不合格則進(jìn)一步處理。
本發(fā)明所述去除水中重金屬的工藝，其特征在于，使用本發(fā)明所述去除水中重金屬的水處理設(shè)備實施所述去除水中重金屬的工藝。
本發(fā)明所述去除水中重金屬的飲用水處理設(shè)備及處理方法的工作原理和設(shè)計思路如下：
對原水進(jìn)行重金屬在線監(jiān)測，實現(xiàn)飲用水突發(fā)性重金屬污染的第一時間反饋，方便第一時間做出應(yīng)對。如果出現(xiàn)突發(fā)性重金屬污染，原水進(jìn)入強(qiáng)化混凝模塊，去除大量的重金屬物質(zhì)。對于含有痕量重金屬的飲用水，直接進(jìn)入梯度磁場活化模塊，運用梯度復(fù)合磁場將原水分子簇團(tuán)解開，使簇團(tuán)水形成單個或雙個水分子狀態(tài)，并呈規(guī)則排列;并且使水分子與重金屬離子等物質(zhì)進(jìn)行分離，使其以游離形式存在，減小水分子與無機(jī)絡(luò)合物之間的分子作用，便于下一步吸附處理，除此之外殺死部分微生物。
物理處理模塊的具體工作原理：在天然礦石吸附模塊，不同礦石對重金屬離子的吸附作用不同。礦石對重金屬的吸附機(jī)制主要是通過離子交換吸附和絡(luò)合吸附兩種方式。將具有吸附不同的重金屬的礦石進(jìn)行組合，使其有效地吸附水體中的有機(jī)物、無機(jī)物、重金屬離子以及微生物膠質(zhì)體等，降低水體中重金屬及污染物含量。
金屬網(wǎng)的作用機(jī)制：研究發(fā)現(xiàn)，每升水中只要含億萬分之二毫克的銀離子，即可殺死水中大部分細(xì)菌。作用機(jī)理為帶正電的銅、銀離子和帶負(fù)電的有害微生物(如細(xì)菌、病毒、藻類)的細(xì)胞表面結(jié)合成靜電鍵，這種靜電鍵的形成改變了細(xì)胞壁的滲透性，從而破壞了有害微生物養(yǎng)分的正常攝取，從而導(dǎo)致有害微生物的細(xì)胞死亡。
礦化、磁化處理的效果：經(jīng)過礦化作用的水，水體中負(fù)氧離子、溶解氧含量比較高(通過測定，溶解氧的含量最高可以達(dá)到12mg/L)。而水在被飽和磁化后，當(dāng)外加磁場被取消時，其磁化效應(yīng)不會立即消失，而會弛豫一段時間，這稱為記憶效應(yīng)。而經(jīng)過磁化后的水，水中氧的溶解度會增加。利用二者的有機(jī)結(jié)合，使高含量的負(fù)氧、溶解氧的水有效的阻斷微生物和細(xì)菌的滋生條件，破壞其生長環(huán)境，使其在管網(wǎng)中無法生存。
本發(fā)明取得以下有益的技術(shù)效果：
(1)結(jié)合了化學(xué)法和物理法的優(yōu)點，原水適應(yīng)范圍廣，重金屬去除效果確切。本發(fā)明將飲用水的化學(xué)處理法和物理處理法相結(jié)合，通過對原水的監(jiān)測合理確定水處理方案。既能避免濫用化學(xué)處理法導(dǎo)致的二次污染，又彌補了單純物理處理法成本高、高濃度重金屬去除效果不佳的缺點。無論原水中重金屬含量過高或過低，使用該設(shè)備通過工藝的優(yōu)化和調(diào)整使出水水質(zhì)達(dá)到了《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)的安全指標(biāo)。
(2)操作簡單，自動化、智能化程度高，根據(jù)水質(zhì)的變化實時調(diào)整水處理方案。重金屬在線監(jiān)測裝置與水處理設(shè)備管道中的電磁閥聯(lián)動，可通過預(yù)先設(shè)定閾值的方式實現(xiàn)自動控制。當(dāng)重金屬含量高時，依次實施化學(xué)處理和物理處理，化學(xué)處理中產(chǎn)生且未能徹底去除的二次污染物在物理處理步驟中進(jìn)一步除去;當(dāng)重金屬含量低時，可以完全省略化學(xué)處理法通過純物理方法處理。
(3)兼顧飲用水的多個質(zhì)量指標(biāo)，模塊化設(shè)計確保出水水質(zhì)合格。本發(fā)明通過采用礦化模塊、磁化模塊、抗菌金屬網(wǎng)等手段，抑制管網(wǎng)中微生物的滋生，確保管網(wǎng)系統(tǒng)潔凈，保證出水水質(zhì)微生物、礦物質(zhì)等指標(biāo)合格。通過模塊化設(shè)計，可根據(jù)原水水質(zhì)、出水需求、工藝成本等具體需要組合多個處理模塊，并且本發(fā)明在出水口處設(shè)置出水水質(zhì)檢測裝置，如出水水質(zhì)不合格可進(jìn)一步通過串聯(lián)于出水口下游的備用純化模塊進(jìn)行處理。
