天然水和废水处理方法与流程

天然水和废水处理方法
[0001]
本发明属于天然水和废水处理的物理化学方法，并且可用于能源工程、化工、石化、食品和其他行业，特别是用于对工艺用水、生活用水、降水、矿井水、油田水、矿泉水和尾矿库水的处理。
[0002]
存在带膨胀聚苯乙烯移动床的压力和重力过滤器。压力过滤器具有带上部分配装置和下部分配装置的圆柱体、中型排放装置和带有用于流的供应和排放的截止阀的管线。给水的过滤和利用给水的床冲洗是以下行流的形式进行的。在冲洗过程中，床膨胀20％-30％(参见water treatment plant design handbook(《水处理设备设计手册》)snip 2.04.02-84，1989，第65-69页)。
[0003]
这些过滤器的缺点是给水处理等级较低，因为它们设计用于澄清不含化学品的地表水，因此该装备主要用于水处理的初期阶段。而且，与处理后的水量相比，冲洗水的流量是重要的部分。
[0004]
存在一种过滤器移动床的再生方法及实现该方法的装置(参见日期为1997年02月18日的专利ru 2112579)，其包括：具有移动床的过滤器主体；用于供应原水和排放已处理水的管线；阀门；以及排放和分配装置。以通过移动床的上行流的形式来过滤给水，并且利用冲洗水的下行流对移动床进行定期清洁。为了提高清洁移动床的污染物的效率，提供了真空效果。
[0005]
该发明的缺点还在于给水的非化学处理等级较低，并且在移动床的处理过程中，真空效果在某些复杂的操作中产生的作用较小。
[0006]
有一种单室过滤器(参见1989年12月05日的专利us 4885083)，该过滤器主体包括上部排放和分配装置以及下部排放和分配装置，其中装有密度为0.7-0.9g/cm3的移动床颗粒。以通过移动床的上行流的形式来处理给水而无需化学品。为了清洁移动床，以下行流的形式来提供脉冲和压缩的空气和冲洗水。
[0007]
该装置的缺点也是给水的非化学处理级别较低。
[0008]
有一种移动床过滤器(参见日期为2007年09月18日的专利us 7270745)，该移动床过滤器由一个或两个移动床压力过滤器以及球形颗粒组成，该球形颗粒具有0.5-1mm的粒径和0.05-0.3g/cm3的低密度，由塑料、泡沫玻璃或陶瓷制成。以通过移动床的上行流的形式来处理给水而无需化学品。定期清洁移动床是通过下述来进行的：将压力过滤器排干并通过特殊喷嘴用水冲洗，直到过滤器中完全充满水。
[0009]
该装置的缺点还在于给水的非化学处理等级较低，由泡沫玻璃或陶瓷制成的移动床颗粒易碎。
[0010]
有一种用于广泛水处理的双层床压力过滤器(参见2009年06月01日的实用新型专利ru 105185)，该过滤器的一个主体具有至少一组用于不同性质的过滤材料的腔室、用于反冲洗的床膨胀室、用于供应给水的滤网喷嘴排放系统、滤液和冲洗水排放系统，其中具有不同性质的过滤材料的腔室组由上腔室和下腔室组成，该上腔室包含代表膨胀聚苯乙烯移动床的滤床，该下腔室包含由比水重的吸附材料制成的滤床，其中用于反冲洗的床膨胀室位于该组具有不同性质的过滤材料的上腔室和下腔室之间。
[0011]
该过滤器的缺点是过滤器的容量较低，因为通过移动床的过滤是以下行流的形式进行的，这导致床膨胀、污染物渗透到下腔室、以及通过被污染且因此应被更换的吸附颗粒床进行过滤。
[0012]
最接近的等效技术方案原型是一种水处理设备(参见文章“experience of the implementation of dynamic clarifiers for the treatment of natural and waste water(用于处理天然水和废水的动态澄清器的实施经验)”/water supply and sanitary engineering(《供水与卫生工程》)，2013年第12期，第46-53页)，该水处理厂包括以下处理阶段：将给水与凝结剂混合；利用下行流在加压罐中絮凝5-10分钟；将给水与絮凝剂混合；以通过压力澄清器中的移动床的上行流的形式进行过滤，该移动床的粒径为3-5mm并且密度为0.8-0.9g/cm3；如果通过双层颗粒床过滤并用次氯酸钠对处理过的水消毒，则进行最终处理。
[0013]
该设备由于对给水进行初步化学处理因而确保了处理水的高质量。同时，该技术的实施经验表明存在许多缺点：
[0014]
1.在给水的处理过程中，粒径为3-5mm的移动床被迅速污染，这导致频繁地对其清除污染物。利用压缩空气清洁移动床，然后再用相反方向的水清洁，这不能对移动床进行高度清洁。同时，这种清洁会导致损坏压力澄清器的上部分配装置。
[0015]
2.在低于10℃的温度下处理给水的情况下，由于絮凝时间延长，所以无法在加压罐中以下行流的形式在5-10分钟内絮凝，这导致给水处理的效果降低。
[0016]
3.该设备也无法处理含有轻质污染物的给水，该轻质污染物的密度低于水的密度，即石油烃和油类。
[0017]
4.缺点之一还在于该设备的容量有限。
[0018]
本发明旨在实现的技术结果是扩大移动床压力过滤器的应用范围，从而确保高效处理低度污染的天然水和高度污染的废水两者。
[0019]
本发明的目的在于：
[0020]-提高水处理效率，
[0021]-强化处理，
[0022]-开发出一种有效的方法来清除移动床中滞留的污染物，
[0023]-选择移动床的材料及其颗粒性能，从而使移动床具有较长的使用寿命，
[0024]-增加移动床压力过滤器的污染物容量，即增加在定期清洁移动床的间隔时间中滞留在给水中的污染物的体积和数量，
[0025]-选择移动床的最佳高度，
[0026]-降低用于处理水的化学品的成本。
[0027]
通过将用于破坏有机污染物的氧化剂和凝结剂相继地添加到给水中来实现设定的目标。然后，给水在压力下流至中压以进行絮凝，絮凝的体积应确保在2-30分钟内将给水保持在其中，以生成微小的污染物絮凝物。给水在絮凝反应器中的保持时间取决于给水的温度和污染程度。如果给水温度低于10℃，则其在絮凝反应器中的保持时间为10-30分钟，而温度高于10℃时，则保持时间为2-10分钟。为压力絮凝反应器的装备提供了一种全新的方法。提供了对该装备的三种修改。
[0028]
在第一和第二种情况下，压力絮凝反应器是具有上部分配装置和下部分配装置的
立式压力容器，以确保给水的均匀流动。如果给水温度超过10℃，建议使给水向下流过絮凝反应器，因为在此温度下絮凝是最有效的。
[0029]
在第二种情况下，如果给水温度低于10℃，并且在处理低浊度和深色水的情况下，建议使给水向上流动。由于在低温下絮凝过程变慢，因此该解决方案会提高絮凝效果。在上行流的情况下，絮凝能力增强的效果将通过微小絮凝物来产生，这些微小絮凝物是在之前生成的且会悬浮，这与第一变型相比可以减少凝结剂的消耗。
[0030]
在第三种情况下，可以将给水供应到立式絮凝反应器的中间。该解决方案对于处理含有轻组分污染物的给水来说是最佳选择，该轻组分污染物的密度小于水的密度，即石油烃和油类。在这种情况下，絮凝反应器是立式压力容器，其具有上部分配装置、中间分配装置和下部分配装置。给水经过化学品即氧化剂和凝结剂处理后被供应到中间分配装置。然后，给水向下流到下部分配装置。密度低于水密度的轻质污染物，诸如石油烃，从中间分配装置分离并上升到絮凝反应器的顶部。当轻质污染物在絮凝反应器的顶部积聚时，可以连续地或定期地通过上部分配装置去除轻质污染物。
[0031]
为了提高从给水中分离轻质污染物的效率，可以在絮凝反应器中进行处理之前在给水中添加破乳剂。
[0032]
然后，在絮凝反应器中进行处理后，将絮凝剂添加到给水中，以使微小絮凝物聚集。在给水被石油烃或其他有机物质严重污染的情况下，还可以在将絮凝剂添加到给水中之前添加粉末吸附剂的水溶液，该粉末吸附剂是粉末活性炭或其他吸附剂。在添加最后一种化学品后，给水流入移动床压力过滤器，并以通过移动床的上行流的形式被过滤，由于使用絮凝剂而产生的聚集作用，污染物的微小絮凝物粘附在移动床的颗粒上。
[0033]
在使用粉末活性炭或其他吸附剂的水溶液的情况下，该粉末活性炭或其他吸附剂的微粒也粘附在移动床颗粒的表面上，这引起在移动床颗粒的表面上形成膜，从而提供了吸附能力以从给水中去除有机化合物和石油烃。
[0034]
由于移动床位于压力过滤器中，该过滤器具有上部分配装置和下部分配装置，这些装置带有已知的防止从过滤器中去除移动床颗粒的开槽装置，并且给水以上行流的形式进行处理，所以移动床将处于夹紧状态，因此，可以对给水进行高度处理，这是因为床颗粒与污染物的微小絮凝物之间具有大量的孔接触，并且絮凝剂引起微小絮凝物在移动床颗粒表面上聚集。
[0035]
使用了具有已知设计的开槽装置的塔盘板型上部分配装置和下部分配装置或收集器，以及径向型上部分配装置和下部分配装置。
[0036]
在对给水进行处理的情况下，移动床上会积聚污染物，这些污染物会粘结在移动床上(堵塞效应)，并因此在给水过滤过程中会产生一定的阻力，结果，过滤程度降低。因此，需要定期清洁压力过滤器中的移动床，并且传统上这是通过水的向下流动来进行的。实际上，这种移动床的清洁并非有效。由于移动床处于夹紧状态，因此也无法利用向上流动的压缩空气来清洁移动床。
[0037]
开发用于清除移动床中滞留污染物的有效方法的目的是通过以下事实来实现的：对压力过滤器进行部分排空，以使移动床下降并位于压力过滤器中间，并且该部分排空使移动床的下边界与下部分配装置之间的距离大于10cm，并且移动床的上边界与上部分配装置之间的距离也大于10cm。提出这一要求所基于的事实是，在下一次清洁移动床时，由于在
较小的距离处供应上行流形式的压缩空气，所以可能由于移动床颗粒在水层中的随机运动而损坏上部分配装置和下部分配装置。并且只有在完成压力过滤器的部分排空之后且当移动床不再处于夹紧状态时，压缩空气才会通过下部分配装置在2-10巴的压力下供应3-30分钟，该压缩空气的上行流会破坏移动床的“粘结”(堵塞)，并且同时，移动床颗粒在水层中随机移动并相互摩擦，另一方面，可以强化清除移动床颗粒表面粘附的污染物。在2巴的压缩空气压力下需要20-30分钟，而在10巴的压力下只需要3-10分钟就足够了。
[0038]
下一步是通过向上或向下流动的水向压力过滤器中注水，在此步骤中，移动床上升并填充压力过滤器的顶部。
[0039]
在压力过滤器中注满水后，供应方向向下的冲洗水，该冲洗水可以清洗移动床颗粒并确保去除所有密度大于水的污染物。因此，用向下流动的水进行短时间冲洗，即冲洗2到20分钟，因而减小了冲洗水量。冲洗水的线速度为15-40m/h(4-11l/s*m2)。如果以15m/h的速度供应冲洗水，则需要15-20分钟，而对于40m/h的速度，则需要2-7分钟。冲洗水通过带已知开槽装置的下部分配装置从压力过滤器中排出，这防止了移动床颗粒从过滤器中排出，但是允许污染物随冲洗水渗透。
[0040]
为了强化水处理过程，即增加移动床过滤器的容量，开发了一种用于通过移动床过滤给水的新方法。该方法如下。在给水经过用化学品即氧化剂、凝结剂和絮凝剂处理的阶段并通过压力絮凝反应器后，给水分别沿向上和向下两个方向供应至移动床压力过滤器，给水以下行流和上行流的形式通过移动床颗粒进行过滤。给水通过附加的中间分配装置排放，该中间分配装置带有位于移动床中间的已知开槽装置。该解决方案确保了移动床过滤器的容量增加两倍。同时，在完成水处理循环之后，并且如果移动床被完全污染(堵塞效应)且给水的过滤程度降低，则必须清洁移动床。
[0041]
该程序执行如下。首先，通过下部分配装置排放水来进行对移动床压力过滤器的部分排空，以使移动床下降并位于下部分配装置和附加的中间分配装置之间的中间。底部移动床与下部分配装置之间的距离应大于10cm，并且顶部移动床与附加的中间分配装置之间的距离也应大于10cm。该要求是基于以下事实提出的：在下一次清洁移动床的情况下，由于在较小的距离处供应向上流动形式的压缩空气，所以可能由于移动床颗粒在水层中的随机运动而损坏上部分配装置和下部分配装置。
[0042]
然后停止部分排空，并向移动床压力过滤器的下部分配装置供应处于2至10巴压力下的压缩空气3-30分钟，该压缩空气的上行流会破坏移动床的“粘结”(堵塞)，并确保移动床颗粒在水层中随机运动，这引起了颗粒的摩擦效应，因而可以强化清除移动床颗粒表面粘附的污染物。
[0043]
下一步是通过向上或向下流动的水向压力过滤器中注水，在此步骤中，移动床上升并填充压力过滤器的顶部。
[0044]
在压力过滤器中注满水后，供应方向向下的冲洗水，该冲洗水可以清除移动床表面未粘附的颗粒并确保将这些颗粒从压力过滤器中排出。由于污染物的密度大于水的密度，所以去除这种污染物需要的冲洗水较少且水冲洗时间较短，即2-20分钟。冲洗水的线速度为15-40m/h(4-11l/s*m2)。因此，与处理水量相比，所提供的冲洗水量较少。冲洗水通过带已知开槽装置的下部分配装置从压力过滤器中排出，这防止了移动床颗粒从过滤器中排出，但是允许污染物随冲洗水渗透。
[0045]
所提出的用压缩空气清洁移动床的方法，一方面确保了高效地清除移动床颗粒表面的污染物，但另一方面导致了对移动床颗粒的破坏。
[0046]
选择移动床颗粒材料来提供压力过滤器中具有较长使用寿命的移动床的既定目标是通过以下事实来实现的：颗粒密度为0.3至0.98g/cm3的聚合物材料，其密度小于水的密度。不建议使用密度小于0.3g/cm3的颗粒，因为其孔隙率较高，并且因此具有不可逆压缩性且强度较低，不能保证其耐久性。不建议使用密度大于0.98g/cm3的颗粒，因为存在其因重力落到压力过滤器底部因而降低给水处理效率的风险。
[0047]
使用这种材料作为基于膨胀聚苯乙烯和颗粒密度小于0.3g/cm3的辊料或其他等效材料的移动床的经验表明以下事实：这些材料仅在无需用凝结剂和絮凝剂进行初步处理的情况下对水处理是有效的。在化学处理(凝结剂、絮凝剂)的情况下，由于污染物颗粒粘附在表面上，所以在压力过滤器中对上行流形式的给水进行过滤的过程中，这些材料被不可逆地压缩和破坏，这急剧地降低了其使用寿命。
[0048]
为了提供所需的移动床颗粒密度，提出了将这样的基材作为基础材料，该基材由高低压聚乙烯、聚丙烯、各种复合材料及其等效物(包括其膨胀度)组成。
[0049]
使用在其表面上带有孔或具有较大夹杂物的移动床颗粒会导致在给水的过滤过程和床的称重过程中这些孔中充满污染物，从而导致移动床转变成较重的床，即颗粒通过重力落到压力过滤器底部并且损失给水处理效率。在这方面，选择移动床颗粒形状的问题是非常实际的。因此，可以使用具有光滑表面或具有较小夹杂物的颗粒，该较小夹杂物的总体积不超过颗粒体积的最后10％。颗粒的形状可以是不同的，即球形、半球形、柱形以及其他形状。
[0050]
如下解决了增加压力过滤器的移动床的污染物容量的问题，即增加在定期清洁移动床的间隔时间中滞留的给水污染物的体积和数量的问题。
[0051]
如果使用单个床，即在使用相同密度的颗粒时，使用大小在3-10mm范围内的颗粒。在这种情况下，与使用3-5mm大小的颗粒的情况相比，由于移动床的颗粒之间的孔径较大，所以滞留了大量的给水污染物。
[0052]
增加移动床污染物容量并同时确保对给水进行高级别处理的第二个解决方案是在压力过滤器中使用双移动床。
[0053]
可以使用0.3-0.8g/cm3范围内的低密度颗粒和1-5mm的较小尺寸范围内的颗粒作为顶部移动床。建议将具有0.8-0.98g/cm3范围内的较高密度和3-20mm的较大粒径的颗粒用作底部移动床。
[0054]
如果过滤向上流动的给水，则使用双移动床可以使底部大颗粒移动床中滞留较大量的污染物，并且顶部小颗粒床将确保使所有的给水污染物滞留。
[0055]
如果根据所要求保护的方法来处理移动床，则在清洁双层床的过程中利用压缩空气来混合并清洁该双层床，而如果用下行流水冲洗移动床，则由于顶部和底部移动床的颗粒密度不同，所以会设置床的交替。
[0056]
移动床的高度将取决于给水的污染程度、压力过滤器的直径以及通过移动床的给水的过滤速率。因此，对于具有3-10mm粒径的单个移动床的过滤器，床的高度将为0.5至2.3米。对于具有双移动床的压力过滤器，床的总高度将为1.0至2.5米，其中，顶部床的高度为0.3至1.5米，并且底部床的高度为0.5至1.5米。双流移动床压力过滤器的总高度应考虑为
1.0至3.5米，并且中间分配装置位于该高度的中间。
[0057]
在给水通过压力絮凝反应器后，以及将粉末吸附剂和絮凝剂的水溶液加入给水后，为了降低用于处理给水的化学品的成本，使给水流到第二级絮凝反应器，然后流到移动床压力过滤器。
[0058]
第二级压力絮凝反应器用于3种修改。
[0059]
在第一和第二种情况下，压力絮凝反应器是具有上部分配装置和下部分配装置的立式压力容器，以确保给水的均匀流动。如果给水的温度高于10℃，则建议使给水向下流过絮凝反应器，因为在该温度下絮凝是最有效的。
[0060]
在第二种情况下，如果给水温度低于10℃，并且在处理低浊度和深色水的情况下，建议使给水向上流动。由于在低温下絮凝过程变慢，因此该解决方案会提高絮凝效果。在上行流的情况下，絮凝能力增强的效果将通过微小絮凝物来产生，这些微小絮凝物是在之前生成的且会悬浮，这与第一变型相比可以减少凝结剂的消耗。
[0061]
在第三种情况下，可以将给水供应到立式絮凝反应器的中间。该解决方案对于处理含有轻组分污染物的给水来说是最佳选择，该轻组分污染物的密度小于水的密度，即石油烃和油类。在这种情况下，絮凝反应器是立式压力容器，其具有上部分配装置、中间分配装置和下部分配装置。
[0062]
将用化学品即氧化剂和凝结剂处理后的给水供应到中间分配装置。然后，给水向下流到下部分配装置。密度低于水密度的轻质污染物，诸如石油烃，从中间分配装置分离并上升到絮凝反应器的顶部。当轻质污染物在絮凝反应器的顶部积聚时，可以连续地或定期地通过上部分配装置去除轻质污染物。为了提高从给水中分离轻质污染物的效率，可以在絮凝反应器中进行处理之前在给水中添加破乳剂。
[0063]
第二级絮凝反应器的不同之处在于，将给水保留在该第二级反应器中的时间更短，即1-10分钟，取决于给水的污染程度及其温度。如果给水的温度低于10℃，则将其保留在第二级絮凝反应器中的时间为5-10分钟，而在高于10℃的温度下为1-5分钟。
[0064]
使用第二级絮凝反应器确保了由于预先添加絮凝剂而高效地形成给水污染物的较大絮凝物，并且将给水保留在该反应器中的附加时间为1-10分钟，从而减少了化学品(凝结剂、絮凝剂)的消耗。
[0065]
还值得注意的是，如果给水中的重污染物浓度较高，则移动床压力过滤器会迅速受到污染，并且需要频繁清洁移动床，从而导致冲洗废水量急剧增加。因此，为确保对含有密集污染物(具有不同分散度的悬浮固体、粘土、沙子、煤尘等)的给水的处理，在给水通过第二级压力絮凝反应器后，使具有污染物的较大絮凝物的给水首先流到具有已知设计的加压水力旋流器，然后流到移动床压力过滤器。该解决方案能够通过已知类型的加压水力旋流器的下部锥形装置去除重污染物，包括絮凝的重污染物，从而使渗透移动床压力过滤器的污染物的数量急剧减少，从而延长了清洁移动床的时间间隔。
[0066]
图1示出了使用包括双流移动床压力过滤器的压力过滤器来清洁给水的选项(选项1)。
[0067]
图2-压力絮凝反应器(选项1)。
[0068]
图3-压力絮凝反应器(选项2)。
[0069]
图4-压力絮凝反应器(选项3)。
[0070]
图5-移动床压力过滤器。
[0071]
图6-清洁压力过滤器移动床的方法。
[0072]
图7-双流移动床压力过滤器。
[0073]
图8-清洗双流压力过滤器移动床的方法。
[0074]
图9-使用包括双流移动床压力过滤器的压力过滤器来处理给水的选项(选项2)。
[0075]
图10-使用过滤器包括双流移动床压力过滤器来处理给水的选项(选项3)
[0076]
图1示出了使用移动床过滤器来处理给水的选项。选项1。
[0077]
压力为2至16巴的给水从泵1通过管道2供应到压力絮凝反应器3中。在来自凝结剂泵4的压力下，将凝结剂溶液预先从相应的罐5添加到管线2。该设备的不同之处在于将氧化溶液添加到管道2中，该氧化溶液是借助于泵6从相应的罐7添加的。在添加凝结剂之前添加氧化溶液能够氧化和破坏给水中的复杂有机污染物，并提高絮凝的效果。已知的混合装置8安装在管线2中，以更好地混合给水和氧化剂和凝结剂形式的化学品。
[0078]
压力絮凝反应器的各种选项如图2、图3和图4所示。
[0079]
原则上，压力絮凝反应器是这样的容器：给水在与氧化剂和凝结剂混合之后流到该容器，并且在保留在该容器中的情况下，给水中生成微小的污染物絮凝物。
[0080]
压力絮凝反应器的容积应提供一定时间来保留给水。该时间为2至30分钟，其取决于给水的温度和污染程度。
[0081]
图2示出了常规的(已知的)压力絮凝反应器3(选项1)，其由柱形的立式本体15以及分别地上部球形头16和下部球形头17组成。在上部球体16中设有上部分配装置18，该上部分配装置连接到用于将给水供应到压力絮凝反应器的管线2。
[0082]
在下部球体17中设有下部分配装置19，该下部分配装置连接到用于从压力絮凝反应器中排出给水的管道9。
[0083]
上部分配装置18和下部分配装置19确保了给水均匀的下行流，并且反应器容器的内部容积确保了给水在压力絮凝反应器中的保留时间，以便在给水中形成絮凝的微小的污染物絮凝物。
[0084]
同时，压力絮凝反应器的这种设计具有若干缺点。
[0085]
尤其是在温度低于10℃时清洁给水的情况下，絮凝过程会被削弱，并且未形成微小污染物絮凝物(其密度大于水密度)的给水的下行流会通过压力絮凝反应器，从而导致在通过压力过滤器的移动床进行过滤的下一阶段中损失给水的清洁效率。
[0086]
因此，可以将给水的流动方向从向下改变为向上。图3示出了压力絮凝反应器(选项2)，其具有与图2所示的装置相同的装置，唯一的区别是。给水流通过管道2供应到压力絮凝反应器3的下部分配装置19，并通过上部分配装置18排出，然后水通过管道9流到移动床过滤器。
[0087]
由于先前形成的微小絮状物是悬浮的并且将充当絮凝过程的催化剂，因此该解决方案能够提高絮凝效果。
[0088]
图4示出了压力絮凝反应器(选项3)，建议将其用于具有密度低于水密度的轻质污染物的给水，特别是含有石油烃和油类的污染物。
[0089]
该装置与图2和图3所示的装置的不同之处在于这样的事实：在与化学品即氧化剂和凝结剂混合后，给水通过管道2通过附加的中间分配装置20供应到压力絮凝反应器3。
[0090]
装置20使得可以从给水中分离出密度小于水密度的轻质污染物，诸如石油烃和油类，这些污染物由于这样的密度而倾向于从分配装置20上升。
[0091]
只要轻质污染物在压力絮凝反应器3的本体的上部积聚，就通过连接到外部管线21的上部分配装置18且在阀22正常打开的情况下将其去除。
[0092]
给水在通过中间分配装置20转角(comer，倒圆角)之后向下流到下部分配装置19，然后通过外部管线9排到下一个处理阶段，即移动床压力过滤器。
[0093]
给水通过压力絮凝反应器3(图1)后，通过管线9流到移动床压力过滤器14。
[0094]
之前，借助于泵10将絮凝剂溶液11从絮凝剂溶液罐11通过混合装置8添加到管线9。
[0095]
如果给水被矿物油或其他有机物质严重污染，则可以借助于泵12将粉末活性炭或其他吸附剂的水溶液从吸附剂罐13通过混合装置8添加到管线9，其是在添加絮凝剂溶液之前提供的。
[0096]
图5示出了具有移动床29的压力过滤器14，该压力过滤器由立式柱体23以及分别地上部球形头24和下部球形头25组成。在下部球体25中设有下部分配装置26，该下部分配装置连接到用于在给水通过压力絮凝反应器3(图1)之后供应给水的管线9。
[0097]
在上部球体24中设有上部分配装置27，该上部分配装置连接到给水排放管道28。在压力过滤器14内设有移动床29。
[0098]
在管线9上分别设有用于供应给水30、排放和部分排放冲洗水31以及供应压缩空气32的阀。
[0099]
在管线28上分别设有用于排出给水33和供应冲洗水34的阀。在上部球体24上设有废气排放装置，即阀35。
[0100]
在具有移动床29的压力过滤器14运行的情况下，给水通过打开的阀30供应到下部分配装置26，该下部分配装置提供给水沿着压力过滤器14的部分的均匀上行流。接下来，已利用各种化学品即氧化剂、凝结剂、絮凝剂和粉末状吸附剂溶液处理过的给水(图1)通过移动床29进行过滤，污染物将以之前在压力絮凝反应器3中形成的微小絮凝物(图1)的形式滞留在该移动床的颗粒表面上。
[0101]
给水通过上部分配装置27并通过具有打开的阀33的管线28从移动床29中排出。
[0102]
只要移动床29被污染，就会对给水的过滤过程产生阻力，这导致压力过滤器14的容量降低。可以借助于位于出口管线28上在阀33之后的流量计36来执行对压力过滤器14的可操作性的控制。对流量计36的该位置进行设置以延长其使用寿命。请勿将流量计39安装在出口管道9上，因为该出口管道会因为给水的微小絮凝物造成的污染而失效。
[0103]
另外还可以根据压力传感器的信号，特别是根据入口管线9和出口管线28之间的压力下降来关闭压力过滤器14，以清洁移动床29。
[0104]
图6表示清洁移动床的方法，该方法在根据本发明的四个步骤中执行。
[0105]
在第一阶段(图6a)对带有移动床29的压力过滤器14进行部分排空。如果阀31和35打开，则由于水从压力过滤器14中排出，移动床29下降。
[0106]
如果下部床29距下部分配装置26的距离为10cm或更大，并且顶部移动床距上部分配装置27的距离为10cm或更大，则完成了过滤器14的部分排空。之后，关闭阀31。
[0107]
在部分排放的情况下，为了控制水从压力过滤器14中部分排出的阶段，使用了窥
视孔37，其中的下部窥视孔示出底部移动床29，并且上部窥视孔示出顶部移动床29。中间窥视孔示出在过滤给水期间(图5)以及在用冲洗水冲洗移动床29期间(图6d)的底部移动床29。
[0108]
在自动化过程的情况下，可以安装液位计38，该液位计会提供与利用移动床29完成压力过滤器14的部分排空有关的信息。
[0109]
在第二阶段(图6b)，压力为2-10巴的压缩空气通过打开的阀32供应到下部分配装置26，此后压缩空气的上行流破坏了移动床29的“粘结”(堵塞)并提供了移动床颗粒在水层中的随机运动，引起颗粒摩擦，并且因此可以强化去除粘附在移动床29颗粒表面上的污染物。压缩空气通过打开的阀35排放到大气中。
[0110]
在3至30分钟内供应压缩，此后关闭阀32。
[0111]
在第三阶段(图6c)将具有移动床29的压力过滤器14注满水，因此打开用于供应给水的阀30。在填充压力过滤器14的情况下，移动床29上升并排出上部球体24中的空气，该空气通过阀35排到大气中。如果压力过滤器14被完全注满，则移动床29占据上部球体24和压力过滤器14的柱形体23的一部分。然后，关闭阀30和35。
[0112]
在第四阶段(图6d)供应冲洗水，该冲洗水在压力下通过打开的阀34、管线28和上部分配装置27进行供应。然后，冲洗水的下行流冲洗污染物，该污染物与移动床29的颗粒表面脱离，并在其自重和冲洗水流的作用下通过下部分配装置26并利用打开的阀31通过管线9从压力过滤器14被去除。该操作持续2-20分钟，然后关闭阀34和31。
[0113]
当通过移动床29的上述处理阶段时，带有移动床29的压力过滤器14开始运行或处于待机状态。
[0114]
为了强化水处理过程，特别是增加移动床过滤器的容量，提供了一种新的装置，即双流移动颗粒床压力过滤器，如图7所示。
[0115]
实际上，该过滤器39类似于具有移动床29的压力过滤器14(图5)，并且包括立式柱形主体23，并且因此包括上部球形头24和下部球形头25。在下部球体25中设有下部分配装置26，该下部分配装置连接到用于供应通过压力絮凝反应器3(图1)的给水的下部管线9。
[0116]
在上部球体24中设有上部分配装置27，该上部分配装置连接到用于供应通过压力絮凝反应器3(图1)的给水的上部管线9。
[0117]
在双流压力过滤器39的本体内部设有移动床29。
[0118]
在下部管线9上分别设有用于供应给水的阀30、用于排放和部分排放冲洗水的阀31、以及用于供应压缩空气的阀32。
[0119]
在上部管线9上设有相关的用于供应给水的阀30a和用于供应冲洗水的阀34。设有排气装置，即上球体24上的阀35。
[0120]
将处理过的水从位于移动床29中间的中间分配装置40中移除。中间分配装置40连接到管线28和处理水排放阀33。在管线28上在阀33之后还设有流量计36。
[0121]
在带有移动床29的双流压力过滤器39工作的情况下，给水通过带有打开的阀30和30a的上部和下部管线9供应到上部分配装置27和下部分配装置26。
[0122]
然后，将之前用各种化学品即氧化剂、凝结剂、絮凝剂和粉末吸附剂溶液(图1)处理过的给水，以通过移动床29的上行流和下行流的形式进行过滤，该移动床的表面会滞留之前在压力絮凝反应器3中生成的微小絮凝物形式的颗粒(图1)。
[0123]
经过处理的水通过中间分配装置40并通过带有打开的阀33的管线28从移动床29中排出。
[0124]
只要移动床29被污染，就会对给水的过滤过程产生阻力，这会导致带有移动床29的双流压力过滤器39的容量下降。可以借助于位于出口管线28上在阀33之后的流量计36来执行对压力过滤器39的可操作性的控制。对流量计36的该位置进行设置以延长其使用寿命。请勿将流量计39安装在出口上部和下部管线9上，因为该出口上部和下部管线会因为给水的微小絮凝物造成的污染而失效。
[0125]
另外还可以根据压力传感器的信号，特别是根据入口管线9和出口管线28之间的压力下降来关闭双流压力过滤器14，以清洁移动床29。
[0126]
图8表示清洁双流压力过滤器的移动床的方法，该方法在根据本发明的四个步骤中执行。
[0127]
在第一阶段(图8a)，由于阀31和35打开且由于排水而使移动床29下降，对带有移动床29的双流压力过滤器39进行部分排空。
[0128]
如果下部床29距下部分配装置26的距离为10cm或更大，并且顶部移动床29距处于分配装置26和40之间的中间的中间分配装置40的距离为10cm或更大，则完成了过滤器的部分排空。之后，关闭阀31。
[0129]
在部分排放的情况下，为了控制水部分排出的阶段，使用了窥视孔37，其中的下部窥视孔示出底部移动床29，并且上部窥视孔示出顶部移动床29。中间窥视孔示出在过滤给水期间(图7)以及在用冲洗水冲洗移动床29期间(图8d)的底部移动床29。
[0130]
在自动化过程的情况下，可以安装液位计38，该液位计会提供与利用移动床40完成双流压力过滤器39的部分排空有关的信息。
[0131]
在第二阶段(图8b)，压力为2-10巴的压缩空气通过打开的阀32供应到下部分配装置26，此后压缩空气的上行流破坏了移动床29的“粘结”(堵塞)并提供了移动床颗粒在水层中的随机运动，引起颗粒摩擦，并且因此可以强化去除粘附在移动床29颗粒表面上的污染物。压缩空气通过打开的阀35排放到大气中。
[0132]
在3至30分钟内供应压缩，此后关闭阀32。
[0133]
在第三阶段(图8d)将具有移动床29的双流压力过滤器39注满水，因此打开用于通过下部管道9和下部分配装置26供应给水的阀30。在通过上行流供应给水的情况下，移动床29上升并从立式柱形体23的上部和上部球体24排出空气，空气通过阀35排到大气中。
[0134]
当双流压力过滤器39完全注满水时，移动床29占据上部球体24和柱形体23的上部，然后关闭阀30和35。
[0135]
在第四阶段(图8d)，用冲洗水清洁移动床29，该冲洗水在压力下通过打开的阀34，然后通过上部分配装置27来供应。然后，冲洗水的下行流冲洗污染物，该污染物与移动床29的颗粒表面脱离，并在其自重和冲洗水流的作用下通过下部分配装置26、通过管线9并通过打开的阀31被去除。该操作持续2-20分钟，然后关闭阀34和31。当通过移动床29的上述处理阶段时，带有移动床29的双流压力过滤器39开始运行或处于待机状态。
[0136]
图9示出了使用包括双流移动床压力过滤器的压力过滤器来处理给水的选项。选项2。
[0137]
该选项与选项1(图1)的不同之处在于这样的事实：第二级压力絮凝反应器41安装
在压力絮凝反应器3之后且在压力过滤器14之前或在双流移动床压力过滤器39之前。
[0138]
该解决方案确保了在给水中高效地生成微小的污染物絮凝物，还确保了减少用于处理给水的化学品的消耗，这会降低运行成本。
[0139]
关于第二级压力絮凝反应器的设计，可以如图2、3、4所示进行三种修改。
[0140]
第二级压力絮凝反应器的不同之处在于，将给水保留在该第二级反应器中的时间更短，即1-10分钟，取决于给水的污染程度及其温度。
[0141]
给水通过第二级压力絮凝反应器41后，流到移动床压力过滤器14或双流压力过滤器39。以上在图5、图6、图7、图8中示出了对包括双流移动床压力过滤器的压力过滤器和移动床的清洁方法的修改。
[0142]
图10示出了使用包括双流移动床压力过滤器的压力过滤器来处理给水的选项。选项3。
[0143]
该选项与图9所示的选项2的不同之处在于这样的事实：已知设计的压力水力旋流器42安装在第二级压力絮凝反应器41之后且在压力过滤器14之前或在双流移动床压力过滤器39之前。该解决方案能够通过压力水力旋流器42的下部锥形装置去除包括凝结重质杂质在内的给水中最严重的污染物，因此使渗透到压力过滤器或双流移动床压力过滤器39中的污染物的量减少，从而延长了清洁移动床之间的时间间隔。
[0144]
图1、图9和图10所示的用于水处理设备各种修改的压力絮凝反应器、压力水力旋流器和移动床压力过滤器的数量是取决于设备的容量、装备的尺寸和容积、装备的数量来选择的，其处于运行、冲洗或待机状态。
[0145]
通过以下实施例来说明本发明。
[0146]
实施例1
[0147]
如果对水库中的水进行处理以产生80m3/h的饮用水，则在处理设备中使用以下连续的水处理阶段：
[0148]-将凝结剂溶液(硫酸铝)添加到给水的压力管道中；
[0149]-将絮凝水以下行流的形式供应到直径为2.0米且高度为3.0米的立式压力絮凝反应器(pfr)中，将水保留在其中的时间为7分钟；
[0150]-将絮凝剂溶液(seurvey)添加到在pfr之后的管线中；
[0151]-将以上行流的形式经过化学处理的给水供应到直径2.6米的移动床压力过滤器(mbpf)。在这种情况下，设有两个mbpf过滤器，其中一个运行，并且第二个处于清洁移动床的状态或处于待机状态；
[0152]-通过添加次氯酸钠对处理过的水进行消毒，然后供应该处理后的水作为饮用水供家庭使用。
[0153]
移动床在mbpf的运行过程中被污染，因此，由于预先供应了上行流形式的压缩空气，然后以150m3/h的流量供应下行流形式的冲洗水15分钟，所以每天要对其进行清洁。
[0154]
在设备运行一个月后，水处理设备的容量从80m3/h降至30m3/h。对移动床进行了检查，发现其容积的30％被“粘结”(堵塞)。移动床的反复清洁并没有增加设备的容量。
[0155]
建议在四个阶段内清洁移动床，即部分排空移动床，然后供应上行流形式的压缩空气，用水填充压力过滤器，然后用下行流形式的水进行冲洗(图6)。经过这些阶段后，移动床得到了彻底清洁，并且该设备获得了80m3/h的额定容量。
[0156]
如表1所示，在水库的冬季和夏季开花期间，还存在不能满足sanpin“饮用水”的标准目标参数的问题。
[0157]
表1
[0158][0159]
为了改善絮凝过程，pfr中的下行流变为上行流，这使得由于之前生成的悬浮在pfr中且作为使它们扩大的催化剂的微小絮凝物，在给水的低温(3-5℃)下可以改善絮凝过程。
[0160]
除此之外，在夏季期间在添加凝结剂之前将氧化剂(次氯酸钠)添加到给水中，这确保了水库在开花期间有机铁络合物的氧化并改善了絮凝过程。
[0161]
采取这些措施后的给水和处理水的品质如表2所示。
[0162]
表2
[0163][0164][0165]
实施例2
[0166]
在处理含有20-50mg/dm3石油烃且容量为200m3/h的工业废水的情况下，以下连续
的水处理阶段可用于向炼油厂的循环水周期中供应给水：
[0167]-向压力管线和废水管线中添加凝结剂溶液(聚氧氯化铝)；
[0168]-向2个立式压力絮凝反应器(pfr)供应下行流形式的絮凝水，其各自的直径为3.0米，且高度为3.0米，将水保持在其中的时间为13分钟；
[0169]-将絮凝剂溶液(seurvey)添加到在pfr之后的管线中；
[0170]-向3个移动床压力过滤器(mbpf)供应上行流形式的处理水，其各自的直径为3.0米，且高度为3米。在这种情况下，两个mbpf处于清洁状态，并且第三个mbpf处于清洁移动床的状态或待机状态。
[0171]-通过添加次氯酸钠对处理过的水进行消毒，然后供应处理过的水以供给循环水周期。
[0172]
在mbpf的操作过程中，由于余留的石油烃而面临着处理水品质较低的问题。
[0173]
表3给出了废水和处理水的品质，以及循环水周期的补充水的要求。
[0174]
表3
[0175][0176]
为了改善废水处理过程中石油烃的去除，pfr中提供了附加的中间分配装置，该中间分配装置位于pfr的中间。另外，在添加凝结剂之后，在通过pfr之前添加基于表面活性剂的破乳剂。
[0177]
结果，废水经凝结剂和破乳剂处理后流到pfr的中间分配装置，之后，石油烃上升到pfr的上部并通过上部分配装置从pfr去除(图4)，并且石油烃含量较低(8-15mg/dm3)的主流通过下部分配装置从pfr向下流出。
[0178]
在通过pfr之后，将絮凝剂添加到处理后的废水中，然后流入mbpf。
[0179]
作为该解决方案的结果，在mbpf处进行了废水处理，并且处理后的水中的石油烃含量小于5mg/dm3。
[0180]
实施例3
[0181]
如果要处理主要由煤尘组成的具有高含量悬浮固体(500-1500mg/dm3)的采矿废水，可使用以下步骤来处理容量为1000m3/h的废水以符合表面蓄水标准：
[0182]-向废水压力管线中添加凝结剂溶液(聚氧氯化铝)；
[0183]-向5个立式压力絮凝反应器(pfr)供应下行流形式的絮凝水，其各自的直径为3.4米，且高度为4.5米，将水保持在其中的时间为12分钟；
[0184]-将絮凝剂溶液(seurvey)添加到在pfr之后的压力管线中；
[0185]-向8个移动床压力过滤器(mbpf)供应上行流形式的处理过的废水，其各自的直径为3.4米，且高度为3.0米。在这种情况下，七个mbpf过滤器处于清洁状态，并且第八个mbpf处于清洁移动床的状态或处于待机状态。将颗粒组成为5-8mm且密度为0.9g/cm3的聚合物
颗粒用作移动床，移动床的高度为2.0米；
[0186]-通过添加次氯酸钠对处理过的水进行消毒，然后进行表面蓄水(河流)。
[0187]
在处理矿井水的该设备运行期间，根据所有标准参数确保了处理后的水具有高品质。
[0188]
唯一的问题是在清洁移动床之间的每个mbpf处，水处理的周期(过滤器周期)很短(少于两个小时)，并且冲洗的废水量高达设备容量的30％。
[0189]
表4给出了采矿废水、处理后的水的品质以及处理后的水的排放要求。
[0190]
表4
[0191][0192][0193]
为了解决上述问题，安装了两个直径分别为3.4米且高度为4.5米的立式第二级压力絮凝反应器(第二级pfr)，在通过pfr之后，向其中供应经絮凝剂处理的水，以便扩大悬浮物质的絮凝物。
[0194]
水通过第二级pfr后供应到两个新安装的直径分别为0.8米的压力水力旋流器，通过其下部的锥形装置去除絮凝的污染物(悬浮的固体)。
[0195]
在通过水力旋流器至现有的mbpf(8个)之后，具有10-30mg/dm3的残留量的悬浮固体的部分澄清的水向上流动，通过其之后的处理水符合表面蓄水要求。在这种情况下，清洁移动床之间的每个mbpf的水处理时间(过滤器周期)从1.5-2小时增加到23-28小时，并且废水冲洗量从设备容量的30％减少到2-3％，确保了采矿废水处理设备的高效运行。
[0196]
实施例4
[0197]
为了增加移动床的污染物容量(通过一定容积的移动床滞留的水污染物的数量)以及改善处理，对单床和双层床进行了对比实验室测试。
[0198]
在实验室规模的设备中，使用了给水的以下连续处理阶段进行测试：
[0199]-将凝结剂添加到给水的压力管线中；
[0200]-向立式压力絮凝反应器(pfr)供应下行流形式的絮凝水，其直径为0.2米且高度为2.0米，将水保持在该pfr中的时间为13分钟；
[0201]-絮凝剂通过pfr后添加到给水中，然后流到直径为0.2米且高度为2.5米的移动床压力过滤器(mbpf)；
[0202]-通过上部分配装置从mbpf中去除给水。
[0203]
间通过实验室规模设备的流量保持在300-400l/h的范围内。
[0204]
进行了两个系列的测试。在第一系列测试中，将颗粒组成为3-5mm且密度为0.9g/cm3的聚合物颗粒用作移动床。移动床的高度为1.8米。
[0205]
在第二系列测试中使用了双移动床，顶部床由尺寸为2-3mm且密度为0.7g/cm3的聚合物颗粒组成，并且底部床由尺寸为5-7mm且密度为0.9g/cm3的聚合物颗粒组成。双层床的总高度也为1.8米，其中顶部床为0.9米，并且底部床为0.9米。
[0206]
表5给出了根据一系列执行的测试在清洁移动床(过滤器循环)之间的给水和处理水的品质以及处理水量。
[0207]
在每个测试系列中完成了五个过滤器周期，以公正地评估添加化学品(凝结剂、絮凝剂)的相似条件。在上游/下游压力差大于1巴的压降下，关闭mbpf进行清洁。
[0208]
表5
[0209][0210]
表5的结果得出以下结论：双移动床对给水的处理更有效，并且与单移动床相比，还可以使处理后的水量几乎增加两倍。
[0211]
可以解释为以下事实：双层床的底部床由于颗粒较大(5-7mm)而具有较高的污染容量，而顶部床由于颗粒较小(2-3mm)确保了处理水具有高品质。顶部床中的粒径为3-5mm。
[0212]
实施例5
[0213]
为了强化通过移动床压力过滤器的过滤，即增加其在实施例4中所示的实验室设备的容量，还进行了两个系列的实验室测试。
[0214]
以与实施例4中的第一系列测试相同的方式执行第一系列的测试。
[0215]
第二系列测试的不同之处在于，使用了直径为0.2米的mbpf，但其高度增加到3.5米而不是2.5米。在mbpf中距离上部分配装置0.9米的高度处安装有附加的中间分配装置。在第一系列和第二系列测试中，将尺寸为3-5mm且密度为0.9g/cm3的聚合物颗粒用作移动床，并且移动床的高度为1.8米。
[0216]
在每个测试系列中完成了五个过滤器周期，以进行公正评估。关闭mbpf，以在上游/下游压力差大于1.0巴的压力差下清洁移动床。
[0217]
表6给出了两个系列实验室测试的结果，即给水和处理后的水的品质、清洁mbpf移动床之间的过滤器周期以及mbpf的额定容量和最大容量。
[0218]
表6
[0219][0220]
实验室测试的比较结果得出以下结论：双流mbpf优于单流mbpf：
[0221]-处理后的水的品质是相同的；
[0222]-容量增加了一倍；
[0223]-处理过的水量(过滤器周期)增加了两倍；
[0224]-在清洁移动床期间冲洗的水量是相同的，但是就处理后的水量而言减少了两倍。