CN102874902A - 一种饮用水有机污染物污染的应急处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种饮用水有机污染物污染的应急处理系统及方法，系统包括预处理单元、相互并联并位于预处理单元下游的纳膜处理单元和反渗透膜处理单元；纳滤膜处理单元和反渗透膜处理单元相互并联后通过一输水总管与预处理单元相连；纳滤膜处理单元包括依次连接的纳滤进水调节阀、纳滤膜装置和纳滤产水电磁阀；反渗透膜处理单元包括依次连接的反渗透进水调节阀、反渗透膜装置和反渗透产水电磁阀；输水总管上自预处理单元依次设有第二调节阀、保安过滤器和进水切换阀。将被有机污染物污染的饮用水进行预处理后，根据所述有机污染物的分子量将预处理后的饮用水选择性的进行纳滤处理或反渗透处理。
Description
技术领域
本发明涉及饮用水深度处理技术领域，具体涉及一种饮用水水源地遭受突发性有机物污染事故情况下的安全、高效应急处理系统及方法。
背景技术
近年来，我国接连发生多起突发性水污染事件，事件发生频率及带来的危害呈逐年上升之势，给居民的饮水安全带来了隐患。据统计，我国2001年到2004年间发生水污染事故3988件，2005年松花江重大污染事故以后，水污染事故平均两至三天发生一起。2008年，经环保部直接调度处理的突发环境事件达135起，其中威胁群众饮用水源安全的有46起。可以说，我国正处于环境突发事件的高发期。
我国多数水厂采用“混凝+过滤+沉淀+消毒”的处理工艺，这种工艺可以满足常规状况下持续性污染或微污染水源处理的需要，但是水厂现有工艺措施的抗冲击能力差，难以应对突发性、难处理、短时间高浓度的水质污染状况。另一方面，我国多数城市采用单一水源，一旦发生突发性水源污染，水源水质在短时间内可能无法满足供水水质的需要，而水厂的内储水能力通常只能维持几小时的供水。
突发性水污染事件的污染物种类多样，应当根据污染物的特性采取相应的处理方法。对于颗粒污染物，可采用强化混凝和沉淀的方法；对于有机污染物，可采用吸附或者氧化的技术；对于生物污染，可采用氧化灭活、澄清等方法去除；对于重金属污染物和一般无机有毒有害物质，可采用吸附、化学沉淀、离子交换等方法去除。
例如，申请号为200910197861.2的中国发明专利申请公布了一种饮用水强化处理去除水中有机污染物的方法，具体步骤为：向待处理水中投加具有氧化性的化学药剂，反应0.5分钟～10分钟，采用改性颗粒滤料滤床过滤；其中：每升待处理水中化学药剂的加入量为0.2～5mg。使用经铁、锰、铝等金属的氧化物进行表面改性的石英砂、沸石、堇青石、陶粒等滤床过滤颗粒滤料，在过滤前向待过滤的水中加入一定浓度的氧化性混合药剂，水在滤床中停留一定时间后流出滤床时，水中天然有机物和微量有机污染物能够被高效去除，同时投加的药剂不会穿透滤层。该发明方法对水中天然有机物、尤其是在一般情况下高锰酸钾、臭氧、双氧水难以快速氧化去除的难降解微量有机污染物去除效果较好。
面对日益严峻的水安全形势，应尽早完善我国突发性水污染事件的应急体系，包括水源地的保护、应急管理机构、相关法律法规、应急监测设备、应急处理方法以及应急供水预案等。面对日益恶化的水源水质状况和随时可能发生的突发性水污染事件，水厂应当增加必要的应急措施，制定相应的应急方案。
发明内容
本发明提供了一种饮用水有机污染物污染的应急处理系统及方法，对饮用水水源地发生有机污染物污染时，根据有机污染物的分子量对饮用水进行应急处理，安全、高效。
一种饮用水有机污染物污染的应急处理系统，包括预处理单元、相互并联且位于所述预处理单元下游的纳滤膜处理单元和反渗透膜处理单元；所述纳滤膜处理单元和反渗透膜处理单元相互并联后通过一输水总管与所述预处理单元相连；所述纳滤膜处理单元包括依次连接的纳滤进水调节阀、纳滤膜装置和纳滤产水电磁阀；所述反渗透膜处理单元包括依次连接的反渗透进水调节阀、反渗透膜装置和反渗透产水电磁阀；所述输水总管上自所述预处理单元依次设有第二调节阀、保安过滤器和进水切换阀。
本发明的系统用于饮用水水源地受有机污染物污染后的应急处理，若水源水遭受的有机污染物分子量大于或等于200道尔顿时，将预处理单元的出水切换至纳滤膜处理单元进行深度处理，去除水中的有机污染物，产水存于相应的储水池中；若水源水遭受的有机污染物分子量小于200道尔顿时，将预处理单元的出水切换至反渗透膜处理单元进行深度处理，去除水中的有机污染物，产水存于相应的储水池中。
设置预处理单元的目的是为了去除水中的悬浮物、颗粒物、胶体和细菌等，就所述预处理单元本身而言，可以是现有的常规预处理工艺，本发明中，优选地，所述预处理单元包括依次连接的自清洗过滤器、超滤装置和水箱，所述输水总管与水箱相连。
所述自清洗过滤器使用微孔膜，膜孔径为50-150μm，自清洗过滤器具有结构紧凑，标准模块化设计，灵活方便，占地面积小等特点。
所述的超滤装置中使用的超滤膜材质包括聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚砜、聚醚砜、聚丙烯、聚乙烯膜，超滤膜孔径为0.01-0.1μm，超滤膜形式为中空纤维膜。
为了减少水的用量，控制处理成本，所述预处理单元设有一套自清洗系统，用超滤处理后的清水反冲洗超滤装置，即：
所述水箱与超滤装置间设有超滤反冲洗水管，所述超滤反冲洗水管上沿水流方向依次设有反冲洗进水调节阀和反冲洗水泵。
更优选地，所述超滤反冲洗水管上还设有清洗剂投加装置。
所述的超滤装置采用全量过滤，自动反洗，恒流控制运行方式，运行中定期对超滤膜进行反冲洗和化学强化反洗，根据进入超滤系统的水质情况，确定反冲洗频率、反冲洗时间和反冲洗强度，反冲洗频率一般为1-2次/hr，反冲洗时间为30-60s/次，反冲洗强度为30-60L/m2.hr。根据进入超滤系统的水质情况，确定化学强化反洗频率和合适的化学清洗剂，化学强化反洗频率一般为6-12次/年，化学清洗剂一般为酸及氧化性清洗剂，如盐酸或有机酸，次氯酸钠和氢氧化钠溶液。在化学强化反洗过程中，将化学清洗液的pH值控制在2-12之间，温度不超过45℃，通过短时间(5-15min)的浸泡和循环清洗后将化学清洗液排出，超滤膜的性能得以恢复。
所述的纳滤膜处理单元和反渗透膜处理单元也设置自动反洗，其反洗系统可以是每个处理单元独立设置，也可以是两个处理单元共用一套，本发明中，采用后一种方案，即：
还包括一自清洗系统，所述自清洗系统包括依次连接的清洗水箱、第三调节阀、化学清洗泵和清洗保安过滤器，所述清洗保安过滤器的出水管一路连接所述纳滤膜装置，一路连接所述反渗透膜装置，在连接所述纳滤膜装置和反渗透膜装置的管路上均设有调节阀，所述纳滤膜装置和反渗透膜装置上均设有浓水排放电磁阀。
所述的纳滤膜装置中使用的纳滤膜为市售的Dow、GE、Hydranautics、东丽、北斗星、时代沃顿的4英寸或8英寸卷式纳滤膜组件，膜材质为芳香聚酰胺或聚哌嗪酰胺。
纳滤膜组件在运行一定时间后会受到污染，造成膜性能的下降，如此需要对纳滤膜进行化学清洗，以恢复其正常的性能。根据进入纳滤膜处理系统的水质情况，确定化学清洗的频率和合适的化学清洗剂，化学清洗频率一般为3-6次/年，化学清洗剂一般为盐酸或有机酸或氢氧化钠溶液。在化学清洗过程中，将化学清洗液的pH值控制在2-12之间，温度不超过45℃，通过短时间(5-10min)的浸泡和循环清洗后将化学清洗液排出，纳滤膜的性能得以恢复。
反渗透膜装置中使用的反渗透膜为市售的Dow、GE、Hydranautics、东丽、北斗星、时代沃顿的4英寸或8英寸卷式反渗透膜组件，膜材质为芳香聚酰胺。
反渗透膜组件在运行一定时间后会受到污染，造成膜性能的下降，如此需要对反渗透膜进行化学清洗，以恢复其正常的性能。根据进入反渗透膜处理系统的水质情况，确定化学清洗的频率和合适的化学清洗剂，化学清洗频率一般为3-6次/年，化学清洗剂一般为盐酸或有机酸或氢氧化钠溶液。在化学清洗过程中，将化学清洗液的pH值控制在2-12之间，温度不超过45℃，通过短时间(5-10min)的浸泡和循环清洗后将化学清洗液排出，反渗透膜的性能得以恢复。
更优选地，所述输水总管上还设有阻垢剂投加装置。阻垢剂投加装置中投加的阻垢剂为市售纳滤膜用阻垢剂。
优选地，所述自清洗过滤器前设有混凝剂投加装置。混凝剂投加装置中投加的混凝剂包括三氯化铁、硫酸铝和聚合铝，增强自清洗过滤器的过滤效果。
本发明还提供了一种饮用水有机污染物污染的应急处理方法，包括：
将被有机污染物污染的饮用水进行预处理，根据所述有机污染物的分子量将预处理后的饮用水选择性的进行纳滤处理或反渗透处理；
当所述有机污染物的分子量≥200时，所述预处理后的饮用水进行纳滤处理，当所述有机污染物的分子量＜200时，所述预处理后的饮用水进行反渗透处理。
所述的预处理为在水中加入混凝剂，初步过滤后，再采用超滤处理，去除水中的悬浮物、颗粒物、胶体和细菌等。
本发明利用纳滤膜或反渗透膜对有机物的高去除特性，在饮用水水源地遭受突发性有机物污染事故情况下，能及时、高效的获得安全、合格的饮用水。
附图说明
图1是本发明的工艺流程简图；
图2是本发明的结构示意图。
图中所示附图标记如下：
1-污染水储水池 2-第一进水调节阀 3-第一增压水泵
4-自清洗过滤器 5-排水调节阀 6-超滤进水调节阀
7-超滤装置 8-超滤产水电磁阀 9-反冲洗排水阀
10-水箱 11-第二进水调节阀 12-第二增压水泵
13-保安过滤器 14-高压水泵 15-进水切换阀
16-纳滤进水调节阀 17-纳滤膜装置 18-纳滤产水电磁阀
19-纳滤浓水排放电磁 20-反渗透进水调节阀 21-反渗透膜装置
阀
22-反渗透产水电磁阀 23-反渗透浓水排放电 24-饮用水储水池
磁阀
25-混凝剂投加装置 26-反冲洗进水调节阀 27-清洗剂投加装置
28-反冲洗水泵 29-阻垢剂投加装置 30-清洗水箱
31-第三进水调节阀 32-化学清洗泵 33-清洗保安过滤器
34-第四进水调节阀 35-第五进水调节阀。
具体实施方式
如图2所示，一种饮用水有机物污染的应急处理系统，包括污染水储水池1、预处理单元、位于预处理单元下游且相互并联的纳滤膜处理单元和反渗透膜处理单元、饮用水储水池24。
预处理单元包括自清洗过滤器4和超滤膜处理单元，超滤膜处理单元包括超滤装置7和水箱10及反清洗设备，污染水储水池1、自清洗过滤器4、超滤装置7和水箱10之间依次通过输水管连接，在污染水储水池1和自清洗过滤器4之间的输水管上沿水流方向依次设置第一进水调节阀2、混凝剂投加装置25和第一增压水泵3，通过第一进水调节阀2调节进入自清洗过滤器4中的水量，通过第一增压水泵3将污染水储水池1中的水泵入自清洗过滤器4中，通过混凝剂投加装置25向该部分输水管中投加混凝剂。
自清洗过滤器4带有排水调节阀5，在自清洗过滤器4与超滤装置7之间的输水管上设置超滤进水调节阀6，超滤进水调节阀6调节进入超滤装置7中的水量，在超滤装置7与水箱10之间的输水管上设置超滤产水电磁阀8。
水箱10与超滤装置7之间还设置一根超滤反冲洗水管，通过该超滤反冲洗水管向超滤装置7中输送反清洗水，在超滤反冲洗水管上且沿反清洗水流动方向依次设置反冲洗进水调节阀26、清洗剂投加装置27和反冲洗水泵28，超滤装置7带有反冲洗排水阀9，反冲洗进水调节阀26调节反冲洗水的流量，清洗剂投加装置27向超滤反冲洗水管中投加清洗剂，反冲洗水泵28将水箱10中的清水泵入超滤装置7中对超滤装置7进行反冲洗，反冲洗后的浓水由反冲洗排水阀9流出。
水箱10通过一根输水总管连接至并联的纳滤膜处理单元和反渗透膜处理单元，在该输水管总上沿水流方向依次设置第二进水调节阀11、阻垢剂投加装置29、第二增压水泵12、保安过滤器13、高压水泵14和进水切换阀15，该进水切换阀15采用球阀，在进水切换阀15处通过两输水支管并联纳滤膜处理单元和反渗透膜处理单元，两输水支管并联后汇总连接至饮用水储水池24。
纳滤膜处理单元包括纳滤膜装置17，在纳滤膜装置17进水测的输水支管上设有纳滤进水调节阀16，在纳滤膜装置17出水测的输水支管上设置纳滤产水电磁阀18。
反渗透膜处理单元包括反渗透膜装置21，在反渗透膜装置21进水侧的输水支管上设置反渗透进水调节阀20，在反渗透膜装置21出水侧的输水支管上设置反渗透产水电磁阀22。
纳滤膜处理单元和反渗透处理单元共用一套自清洗系统，自清洗系统包括由清洗水管依次连接的清洗水箱30、第三进水调节阀31、化学清洗泵32和清洗保安过滤器33，清洗保安过滤器33的出水分两路清洗水支管，分别连接纳滤膜装置17和反渗透膜装置21，在连接纳滤膜装置17的清洗水支管上设置第四进水调节阀34，在连接反渗透膜装置21的清洗水支管上设置第五进水调节阀35，纳滤膜装置17上设有纳滤浓水排放电磁阀19，反渗透膜装置21上设有反渗透浓水排放电磁阀23。
在超滤装置7、纳滤膜装置17和反渗透膜装置21处均设有电控系统，本实施方式的应急处理系统，可以设置为手动控制方式，也可以设置为自动控制方式，自动控制方式通过安装PLC控制系统实现。
本发明的工艺流程如下：
如图1、图2所示，受有机物污染的水源水经常规自来水处理工艺处理后，存于污染水储水池1中，经第一增压水泵3泵入自清洗过滤器4和超滤装置7，出水储存于水箱10。
根据进水水质情况，向自清洗过滤器4进水管中投加混凝剂，以提高自清洗过滤器4的过滤效果，减缓超滤膜的污染。采用超滤出水，通过反冲洗水泵28对超滤装置7的超滤膜进行定期反冲洗。必要时，通过向超滤反冲洗水管中投加化学清洗剂对超滤膜进行化学清洗。
根据水源水遭受化学污染的有机物分子量大小，以确定是采用纳滤膜处理单元或反渗透膜处理单元作进一步的深度处理。当水源水遭受的有机污染物分子量大于或等于200道尔顿时，经第二进水调节阀11、第二增压水泵12、保安过滤器13、高压水泵14、再通过进水切换阀15将储于水箱10中的水引入纳滤膜装置17，纳滤产水经纳滤产水电磁阀18流入饮用水储水池24，纳滤浓水经纳滤浓水排放电磁阀19回流至污染水储水池1或排放。
当水源水遭受的有机污染物分子量小于200道尔顿时，经第二进水调节阀11、第二增压水泵12、保安过滤器13、高压水泵14、再通过进水切换阀15将储于水箱10中的水引入反渗透膜装置21，反渗透产水经反渗透产水电磁阀22流入饮用水储水池24，反渗透浓水经反渗透浓水排放电磁阀23回至污染水储水池1或排放。
实施例
邻苯二甲酸酯(Phthalic acid esters，PAEs)作为增塑剂广泛应用于塑料制品的加工，另外还可作为食品包装、农药、化妆品、儿童玩具、以及医药产品的生产原料。邻苯二甲酸酯在生产和使用过程中将不可避免的进入水环境，特别是生产和使用企业及运输工具在遭受突发事故时，进入水环境的风险更大。邻苯二甲酸酯是一类典型的内分泌干扰物，对人体有很强的危害作用。我国新的饮用水国家标准(GB5749-2006)中就包含有邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、和邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯3项指标。
根据本发明提供的方法和系统，设计并制造了一套处理能力为500m3/d的基于纳滤或反渗透为核心的安全、高效饮用水应急处理设备，用于水源水遭受突发性邻苯二甲酸酯污染情况下的安全饮用水处理。
应急处理设备中的自清洗过滤器选用北京洁明之晨新能源技术有限公司的JY2-3型盘式过滤器，过滤精度为100μm。超滤膜处理单元中的超滤膜采用北京坎普尔环保技术有限公司生产的SVU-1060-C型膜组件。超滤膜处理单元的出水水质：浊度≤0.5NTU，SDI≤3，悬浮物＜5mg/L。运行中超滤膜的反冲洗频率为2次/hr，反冲洗时间为30秒/次，反洗强度为45L/m2.hr。运行中超滤膜的化学强化反洗频率一般为0.5次/天，化学清洗剂为200ppm次氯酸钠溶液。在化学强化反洗过程中，通过1min的浸泡和1min循环清洗后将化学清洗液排出，超滤膜的性能得以恢复。
当水源水遭受邻苯二甲酸二乙酯污染，水中邻苯二甲酸二乙酯浓度为1mg.L-1时，由于邻苯二甲酸二丁酯的分子量是222.2道尔顿，大于200道尔顿，因此采用纳滤膜处理系统进行深度处理。纳滤膜选用GE公司的DK4040膜组件，采用一级二段法，一段的运行压力为1.8MPa，水的回收率≥70％，邻苯二甲酸二乙酯的去除率≥75.0％。
采用以DK8040纳滤膜为核心制造的应急处理设备处理后的饮用水中邻苯二甲酸二乙酯的浓度小于0.25mg.L-1，低于我国生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)中设定的邻苯二甲酸二乙酯指标值。纳滤处理后的饮用水相关水质参数与GB5749-2006标准的对比结果如表1。
表1
当水源水遭受邻苯二甲酸二甲酯污染，水中邻苯二甲酸二甲酯浓度为1mg.L-1时，由于邻苯二甲酸二甲酯的分子量是194.2，小于200道尔顿，因此采用反渗透膜处理系统进行深度处理。反渗透膜选用杭州北斗星膜制品有限公司生产的BDX8040B-375膜组件，采用一级二段法，一段的运行压力为1.8MPa，水的回收率≥70％，邻苯二甲酸二甲酯的去除率≥95.0％。处理后的饮用水中邻苯二甲酸二甲酯的浓度小于0.05mg.L-1。反渗透处理后的饮用水相关水质参数与GB5749-2006标准的对比结果如表2。
表2
由表1和表2的结果可知，由本发明的应急处理系统和工艺处理水源受有机污染物污染的饮用水，方便快捷，处理后的饮用水均符合GB5749-2006的标准。
Claims (9)
1.一种饮用水有机污染物污染的应急处理系统，其特征在于，包括预处理单元、相互并联且位于所述预处理单元下游的纳滤膜处理单元和反渗透膜处理单元；
所述纳滤膜处理单元和反渗透膜处理单元相互并联后通过一输水总管与所述预处理单元相连；
所述纳滤膜处理单元包括依次连接的纳滤进水调节阀、纳滤膜装置和纳滤产水电磁阀；
所述反渗透膜处理单元包括依次连接的反渗透进水调节阀、反渗透膜装置和反渗透产水电磁阀；
所述输水总管上自所述预处理单元依次设有第二调节阀、保安过滤器和进水切换阀。
2.根据权利要求1所述的应急处理系统，其特征在于，所述预处理单元包括依次连接的自清洗过滤器、超滤装置和水箱，所述输水总管与水箱相连。
3.根据权利要求2所述的应急处理系统，其特征在于，所述水箱与超滤装置间设有超滤反冲洗水管，所述超滤反冲洗水管上沿水流方向依次设有反冲洗进水调节阀和反冲洗水泵。
4.根据权利要求3所述的应急处理系统，其特征在于，所述超滤反冲洗水管上还设有清洗剂投加装置。
5.根据权利要求1～4任一权利要求所述的应急处理系统，其特征在于，还包括一自清洗系统，所述自清洗系统包括依次连接的清洗水箱、第三调节阀、化学清洗泵和清洗保安过滤器，所述清洗保安过滤器的出水管一路连接所述纳滤膜装置，一路连接所述反渗透膜装置，在连接所述纳滤膜装置和反渗透膜装置的管路上均设有调节阀，所述纳滤膜装置和反渗透膜装置上均设有浓水排放电磁阀。
6.根据权利要求5所述的应急处理系统，其特征在于，所述输水总管上还设有阻垢剂投加装置。
7.根据权利要求6所述的应急处理系统，其特征在于，所述自清洗过滤器前设有混凝剂投加装置。
8.一种饮用水有机污染物污染的应急处理方法，其特征在于，包括：
将被有机污染物污染的饮用水进行预处理，根据所述有机污染物的分子量将预处理后的饮用水选择性的进行纳滤处理或反渗透处理；
当所述有机污染物的分子量≥200时，所述预处理后的饮用水进行纳滤处理，当所述有机污染物的分子量＜200时，所述预处理后的饮用水进行反渗透处理。
9.根据权利要求8所述的应急处理方法，其特征在于，所述预处理为在水中加入混凝剂，初步过滤后，再采用超滤处理。
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