一种臭氧预氧化水处理设备及其水处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水处理技术领域，特别是涉及微污染饮用水水源净化的技术领域，特别是涉及一种臭氧预氧化水处理设备及其水处理方法。
【背景技术】
[0002]近年来，由于大量生活污水、工业废水、农渔牧水的排入，使大部分水体遭受不同程度的污染，对城市供水造成严重影响。由于工业污水的排放，农业化肥使用量的增加特别是渔业饲料的广泛应用造成氮磷营养物的大量流失。湖泊富营养化的程度日趋严重，已成为突出的环境污染问题。城市自来水的取水口周围的湖面被大量的藻类包围，直接恶化了人们赖以生存的自来水的水质。据调查，我国430个城市中有90%以上的饮用水源受到污染，导致水体的富营养化，而富营养化最明显的特征就是藻类的过度繁殖，给供水工程带来很大影响。
[0003]现有技术中的水处理有物理方法和化学方法两大类，其中诸如过滤、分离等物理方法无法对水中的可溶性有机物等进行净化处理，化学方法如水源通常采用氯进行消毒，但水源的污染使用氯消毒后会产生氯仿、溴二氯甲烷、四氯化碳等有致癌性氯化有机物(THM)，即会带来二次污染。
[0004]另外，水中的物质除了溶解性的有机物之外，还有多种颗粒物，如藻类、硅藻土、有机颗粒，等等，是构成微细胶体和浊度的主要结构体。砂滤是饮用水处理过程中去除颗粒物的关键步骤，尤其是以地表水为水源的处理过程，但是在净水处理厂经常会出现滤池堵塞的现象。很多研宄发现藻是滤池堵塞的罪魁祸首，甚至有一些大型藻会导致滤池运行周期的大大缩短，给水厂的运行带来严峻的挑战。虽然其他大型的藻类也会影响过滤过程，但是硅藻是造成滤池堵塞的主要藻种，例如，丝状硅藻导致滤池运行周期从30小时缩短至8小时，针杆藻(Synedra)导致滤池运行周期从35小时缩短至3.5小时。
[0005]现有技术中，杀菌灭藻并抑制藻类大量繁殖的技术主要有:1)滤网捞集、2)超声技术、3)高压灭藻、4)生物治理、5)生态治理和6)氧化除藻等。其中，首推化学氧化法，且用于杀菌除藻的化学氧化剂非常多，如液氯、臭氧、二氧化氯、次氯酸钠等。液氯虽然能使藻细胞死亡，但并不能分解藻细胞的尸体和藻毒素，产生消毒副产物三卤甲烷、卤代烃等对人体及环境有害的三致物质，且有氯臭味和腥臭味，因此尽管价格便宜，也应当慎重使用。臭氧作用速度快，不具有抑制藻类大量繁殖的效果，在灭藻一段时间之后，其中的藻细胞又开始生长。二氧化氯难以解决大量的藻类死亡之后沉积在水底被微生物分解消耗水中的溶解氧而导致水体变质的问题。次氯酸钠的杀菌除藻效果低于二氧化氯，而且其杀生能力随PH值的升高而明显下降，因此，目前在国内外都没有得到广泛的应用。诸如超声波除藻技术，臭氧与高锰酸钾联用除藻技术，双场式除藻杀菌消毒器等等。物理法费时费力，效率很低；化学法虽然见效快，如控制不好投加量，易引起二次污染；常规生物法工程投资大、操作较困难、除藻效率低、不适用于大规模的水域治理。少量或微量的含藻自来水达不到国家规定的生活用水和饮用水的标准。
[0006]因此，在本领域，需要一种不仅能够高效去除水中的颗粒、包括藻类的有机物等杂质的水处理设备，使得水质达到饮用水标准，而且不会造成水处理设备运行周期缩短、能够快速有效地进行水处理。
[0007]本发明提供的水处理设备及其方法与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果:
[0008]I)本发明采用臭氧预氧化反应部分、混合部分、凝聚部分、沉淀部分以及过滤部分联合净化除藻，避免了现有技术中的化学方法产生的二次污染等问题，避免了物理方法的处理时间长、净化效果不好等问题，也避免了单一使用臭氧抑制时效短的缺点，有效抑制藻类再生，预防水华。
[0009]2)本发明通过电控单元对臭氧量进行调节，控制氧化效果，并且臭氧氧化和凝聚作用、过滤作用产生倍增效应，超声波振动和搅拌机搅拌结合促进了凝聚作用和破碎作用，多层不同材料的过滤层从多个维度进行过滤等技术手段显著地提高了本发明的水处理的净化效果。
[0010]3)本发明工艺简单，成本低廉、净化效果显著且能够长周期运行。本发明不需要各种成本高昂的化学药剂或生物药剂等，通过电控单元可精确配比凝聚溶液，节约成本，本发明的各个部分的相互影响和作用，显著地提高了净化效果，本发明能够对藻类有效去除，维护好水处理的长周期运行。使得处理后的水达到了国家生活用水和饮用水的标准。
【发明内容】
[0011]根据本发明的第一方面，提供了一种臭氧预氧化水处理设备，其包括臭氧预氧化反应部分、混合部分、凝聚部分、沉淀部分以及过滤部分。
[0012]带有第一进水口和第一出水口的所述臭氧预氧化反应部分包括臭氧发生器、臭氧扩散器和电控单元，从所述第一进水口输入的待处理原水通过设有臭氧扩散器的流体通道传送到所述第一出水口，带有进气电磁阀的导气管将设在臭氧预氧化反应部分底部的臭氧发生器产生的臭氧传输到带有钛板微孔的臭氧扩散器，带有可设定进气流量的内嵌式气体流量计的所述臭氧扩散器在流体通道中氧化来自第一进水口的待处理原水；气体流量计将气体流量数据发送至电控单元；设在所述第一出水口的ORP传感器检测经过第一出水口的氧化后的水并将ORP数据发送电控单元。
[0013]带有第二进水口和第二出水口的混合部分包括设在其上部的聚合氯化铝溶液输入口、从所述混合部分的顶部垂下的第一可调节搅拌机和设在其下部的超声波振动阵列，来自第一出水口的氧化后的水经过第二进水口输入混合部分，所述第一可调节搅拌机将氧化后水和聚合氯化铝溶液混合搅拌并通过所述超声波振动阵列振动。
[0014]所述凝聚部分包括位于其底部的第三进水口、从其顶部垂下的第二、第三和第四可调节搅拌机和从其上部输出水的第三出水口，来自所述第二出水口的所述水经过第三进水口输入凝聚部分，所述第二、三可调节搅拌机之间和所述第三、四可调节搅拌机之间设有第一、第二隔板，所述第一可调节搅拌机的转速大于第二可调节搅拌机的转速，所述第二可调节搅拌机的转速大于第三可调节搅拌机的转速，所述第三可调节搅拌机的转速大于第四可调节搅拌机的转速。
[0015]沉淀部分包括位于其上部的一侧的第四进水口和另一侧的第四出水口，两块设在所述沉淀部分底部的斜板超中心位置倾斜且在相互间隔10毫米处向下延伸，所述斜板的向下延伸部分通过可拆卸密封件密封形成容纳槽。
[0016]所述过滤部分包括设在上部的第五进水口和设在底部的第五出水口，在所述第五出水口上方设有过滤层，所述过滤层从上到下依次为粒径为4-8毫米的厚度0.2米的粗砂层、粒径在0.8-1.5毫米的厚度为0.4米的活性炭层、粒径在0.9-1.4毫米厚度为0.7米的石英砂层和微米级的反渗透膜层。
[0017]所述电控单元可根据气体流量数据、ORP数据控制所述进气电磁阀，所述电控单元可调节所述第一、第二、第三和第四可调节搅拌机的转速以及所述超声波振动阵列的振动强度。
[0018]本发明的臭氧预氧化水处理设备通过对水进行臭氧处理、搅拌及超声波振动、凝聚沉淀和过滤等有机结合的处理流程能够大幅改进作为评价有机污染物去除效果的表征指标DOC、CODsfa, UV254等指标，提高对水的有机物、颗粒等净化效果。其中，DOC是水体中溶解性有机碳总量，CODsfa是各种在特定条件下能被高锰酸钾氧化的有机物的总和，而UV 254代表的是如腐殖酸类具有不饱和键、在254nm处有特征吸收的有机物。这三个指标是最常用的用以表征水体中有机污染物含量的指标。浊度和不同粒径的颗粒含量表征水体中颗粒残留的指标。本发明能够显著地改进去除水体中颗粒残留的能力。
[0019]在臭氧预氧化部分，第一，适当浓度的臭氧氧化UV254类有机物后过滤去除；第二，对于COD-类有机物，适当浓度的臭氧使其聚合成高聚物，提高了在混合部分和凝聚部分的混凝效果，臭氧具有良好的助凝作用；第三，适当浓度的臭氧氧化使水的PH值发生了变化，从而提高了混凝效率，改善了沉淀效果；第四，适当的臭氧浓度能够使得过滤过程中形成生物膜，生物膜延长砂滤运行周期并提高对颗粒物及浊度的去除率，另外，生物膜对有机物的分解去除也可能发挥了一定的作用，从而提高过滤效果，本发明处理的水的浊度远远低于现有技术处理的水的浊度，也就是说本发明的设备的运行负荷得到了明显的提高；第五，对于硅藻等DOC有机物，由于硅藻在混沉阶段很难去除，直接导致大量的硅藻进入过滤部分中。粒径较大的硅藻无法过滤至过滤部分填料的孔隙中，只是被滤料堵塞在表层，很快堵塞了过滤部分的过滤。本发明的臭氧预氧化部分将藻细胞破坏成小颗粒物，使得进入过滤工艺段后，粒径较小的颗粒物可以通过过滤部分的孔隙慢慢地向下层转移，从而使得过滤部分的有效过滤厚度增加，从而提高过滤部分的过滤效果。因此，臭氧氧化对混合部分、凝聚部分、沉淀部分以及过滤部分存在多种机制的交叉作用从而促进有机物的净化。
[0020]在混合部分，通过可控的快速搅拌和超声波振荡能将水中的有机物、颗粒等进一步粉碎，而且有助于臭氧氧化后的水和凝聚溶液的充分混合，有助于下一步的凝聚作用。超声波振荡和快速搅拌的有机结合能够显著地提高对中中尺寸较大的有机物、颗粒的作用，进一步提高下一步的凝聚作用和沉淀作用，
[0021]在凝聚部分，通过不同转速的搅拌机搅拌水和凝聚溶液，能够提高凝聚作用，有利于提高净化效果。通过上述的作用，本发明对水处理的杂