专利名称：多功能升流式颗粒活性炭吸附床及其去除水中有机污染物的方法
技术领域：
本发明涉及活性炭吸附床及其去除水中有机污染物的方法。
背景技术：
受城市化发展的影响，饮用水源污染问题日趋严重，水中除了含有天然有机和无机成分外，还含有大量人为排放的污染物。同时，由于饮用水水质标准的不断提高，我国大部分水厂现有常规处理工艺已无法满足深度处理的要求，水厂工艺升级改造的问题亟待解决。常规处理工艺可以去除水中的一部分污染物，但对于有机污染较严重的水源水， 特别是溶解性有机污染物占相当比例的情况下，单纯通过常规混凝沉淀去除有机污染物的能力是非常有限的。因此，对于有机污染较严重的水源水，对其进行深度处理的关键是寻找适宜的预处理工艺路线，强化有机污染物的去除。目前针对饮用水有机污染物的去除发展了一系列方法，主要可分为氧化法、膜法、 生物法、吸附法等几大类方法。通过以上方法与常规处理工艺的耦合，可以有效地去除水中的有机污染物。但现有水厂升级改造过程中，氧化法和膜法存在投资大、运行费用高的缺点；生物法具有停留时间长、占地面积大的缺点。相对而言，吸附法由于其投资小，运行管理方便，具有较高的可行性。吸附法主要指使用具有高比表面积的物质，通过吸附去除水中有机污染物的方法。活性炭表面具有丰富微孔结构和表面憎水性基团，其对水中某些污染物有极强的亲和力，是一种常用的水处理吸附剂。活性炭可以分为粉末炭和颗粒炭。粉末炭主要运用于水源水预处理工艺，通过投加粉末炭，有效去除水中有机污染物，降低后续常规处理工艺的有机负荷；但粉末炭存在活性炭难以回收，运行费用高的缺点，因此仅在突发污染时期使用。颗粒炭主要运用于水源水深度处理工艺，目前主要采用下向流活性炭滤床的形式，将其置于砂滤后或者取代现有的砂滤床，从而进一步吸附常规处理工艺无法去除的有机污染物，保障出水安全。
发明内容
本发明提供多功能升流式颗粒活性炭吸附床及其去除水中有机污染物的方法。多功能升流式颗粒活性炭吸附床它包括第一吸附单元、第二吸附单元和第三吸附单元；所述第一吸附单元中填充颗粒活性炭，底部安装曝气装置；第二吸附单元与第一吸附单元上下相通，中间使用隔板隔开；第三吸附单元与第二吸附单元用隔板隔开，下部相通；在第三吸附单元顶部设置出水堰、中部设置斜板、底部设置斜板。采用多功能升流式颗粒活性炭吸附床去除水中有机污染物的方法按以下步骤进行一、在第一吸附单元内填充80 120cm、20 150目的颗粒活性炭；二、原水经过进水管后，在第一吸附单元中上升流速为10 25m/h ；三、空气经进气管进入第一吸附单元，空气
3与水体积比为2 1 ；四、水流越过隔板上部开孔后，在第二吸附单元内向下流动，一部分水经隔板下部开孔回到第一吸附单元底部形成循环；五、另一部分水经隔板进入第三吸附单元，并向上流动通过斜板，进行颗粒活性炭和水分离；六、颗粒活性炭沉淀至第三吸附单元底部斜板回到第一吸附单元底部继续参与水流循环，上清液经过第三吸附单元上部出水堰汇集后，经配水管进入后续常规处理工艺，即完成多功能升流式颗粒活性炭吸附床去除水中有机污染物。本发明多功能升流式颗粒活性炭吸附床可通过水流和气体的向上剪切作用，提高活性炭表面与有机污染物的接触效果，大量吸附有机污染物，从而减少后续工艺的有机污染负荷。同时，多功能升流式颗粒活性炭吸附床具有水力提留时间短、占地面积小、投资省等优点，是一种较理想可运用于水厂升级改造的预处理工艺，但目前对这种装置的研究还比较少。本发明具有以下有益效果1.结构简单，使用方便，功能完善，便于集成化；2.通过水流和气体作用提高了颗粒活性炭与有机污染物的接触效果，同时解决了活性炭流失的问题；3.可与常规工艺进行多级耦合，应用范围广，既适用于水厂升级改造，又适用于实验室内开展小规模模拟实验。以多功能升流式颗粒活性炭吸附床去除水中有机污染物的方法简单，对有机污染物的去除率达80%。
图1为本发明装置示意图，其中1表示第一吸附单元，2表示第二吸附单元，3表示第三吸附单元，4表示进气管，5表示进水管，6表示斜板，7表示出水堰，8表示配水管，9表示隔板，10表示隔板，11表示斜板，12表示臭氧投加点，13表示高锰酸钾复合药剂投加点。图2为本发明实施例中对水中有机污染物处理效果图，其中■表示装置进水中 TOC含量，□表示装置出水中TOC含量。
具体实施例方式具体实施方式
一结合图1进行说明，本实施方式多功能升流式颗粒活性炭吸附床它包括第一吸附单元1、第二吸附单元2和第三吸附单元3 ；所述第一吸附单元1中填充颗粒活性炭，底部安装曝气装置；第二吸附单元2与第一吸附单元1上下相通，中间使用隔板9隔开；第三吸附单元3与第二吸附单元2用隔板10隔开，下部相通；在第三吸附单元3 顶部设置出水堰7、中部设置斜板6、底部设置斜板11。本实施方式中斜板6还可以为斜管6。本实施方式中通过水流和气体作用使颗粒活性炭与水混合后在第一吸附单元1 和第二吸附单元2中形成循环流动过程，并在第三吸附单元3中进行固液分离，颗粒活性炭在斜板6沉淀后，经底部斜板11回到第一吸附单元1继续参与水流循环，上清经过第三吸附单元3顶部的出水堰7汇集，经配水管8进入后续常规处理工艺。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一不同的是多功能升流式颗粒活性炭吸附床还包括进气管4、进水管5、进气管4上预留臭氧投加点12、进水管5上预留高锰酸钾复合药剂投加点13 ；所述进气管4与曝气装置相连通。其它与具体实施方式
一相同。
本实施方式中臭氧投加点12和高锰酸钾复合药剂投加点13，对于难降解大分子有机物，可以采用臭氧或者高锰酸钾预氧化的方式将其去除。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一不同的是多功能升流式颗粒活性炭吸附床还包括配水管8 ；所述配水管8与出水堰7的底部相连通。其它与具体实施方式
一相同。本实施方式配水管8的出水进入后续常规处理工艺，因此多功能升流式颗粒活性炭吸附床可以作为水厂常规工艺升级改造的预处理单元。
具体实施方式
四本实施方式采用多功能升流式颗粒活性炭吸附床去除水中有机污染物的方法按以下步骤进行一、在第一吸附单元1内填充80 120cm、20 150目的颗粒活性炭；二、原水经过进水管5后，在第一吸附单元1中上升流速为10 25m/h ；三、空气经进气管4进入第一吸附单元1，空气与水体积比为2 1 ；四、水流越过隔板9上部开孔后，在第二吸附单元2内向下流动，一部分水经隔板9下部开孔回到第一吸附单元1底部形成循环；五、另一部分水经隔板10进入第三吸附单元3，并向上流动通过斜板6，进行颗粒活性炭和水分离；六、颗粒活性炭沉淀至第三吸附单元3底部斜板11回到第一吸附单元1底部继续参与水流循环，上清液经过第三吸附单元3上部出水堰7汇集后，经配水管8进入后续常规处理工艺，即完成多功能升流式颗粒活性炭吸附床去除水中有机污染物。本实施方式步骤三中若在臭氧投加点12投加臭氧，臭氧与空气组成混合气体后， 经进气管4进入第一吸附单元1，混合气体与水体积比为2 1 ；所述臭氧与空气按任意比混合ο本实施方式步骤二中若在高锰酸钾复合药剂投加点13投加高锰酸钾复合药剂， 高锰酸钾复合药剂与原水混合后，经进水管5进入第一吸附单元1 ；所述高锰酸钾复合药剂由以下药剂中的一种或多种复合而成高锰酸钾、氧化钙、 氢氧化钙、磷酸二氢钠(钾)、磷酸氢二钠(钾)、磷酸钠(钾)、氯化铁、氯化镁、氯化钙、过氧化氢、氯、次氯酸钠、次氯酸钙、硅酸钙、活化硅酸、硫酸铜、硫酸亚铁、过硫酸钾、碘化钾、 高氯酸钾(钠)、醋酸钠(钾)、乙酸、高铁酸盐、聚丙稀酰胺、粘土、三氯化铁、聚合铝、硫酸招；所述高锰酸钾复合药剂的投加量为0. 1 12mg/L ；高锰酸钾复合药剂的应用条件为 ρΗ5· 2 9. 5。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤一中在第一吸附单元1内填充90 110cm、40 120目的颗粒活性炭。其它步骤及参数与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤一中在第一吸附单元1内填充100cm、80 100目的颗粒活性炭。其它步骤及参数与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤二中在第一吸附单元1中上升流速为12 23m/h。其它步骤及参数与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤二中在第一吸附单元1中上升流速为15m/h。其它步骤及参数与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤二中在第一吸附单元1中上升流速为18m/h。其它步骤及参数与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
四不同的是步骤二中在第一吸附单元1中上升流速为20m/h。其它步骤及参数与具体实施方式
四相同。实施例以多功能升流式颗粒活性炭吸附床去除水中有机污染物的方法按以下步骤进行 一、在第一吸附单元1内填充100cm、40 80目的颗粒活性炭；二、原水经过进水管5后，在第一吸附单元1中上升流速为15m/h ；三、空气经进气管4进入第一吸附单元1，空气与水体积比为2 1 ；四、水流越过隔板9上部开孔后，在第二吸附单元2内向下流动，一部分水经隔板9下部开孔回到第一吸附单元1底部形成循环；五、另一部分水经隔板10进入第三吸附单元3，并向上流动通过斜板6，进行颗粒活性炭和水分离；六、颗粒活性炭沉淀至第三吸附单元3底部斜板11回到第一吸附单元1底部继续参与水流循环，上清液经过第三吸附单元3上部出水堰7汇集后，经配水管8进入后续常规处理工艺，即完成多功能升流式颗粒活性炭吸附床去除水中有机污染物。本实施例配水管8出水有机污染物含量明显降低(见图2)，去除率高达80%。
权利要求
1.多功能升流式颗粒活性炭吸附床，它包括第一吸附单元(1)、第二吸附单元(2)和第三吸附单元(3)，其特征在于所述第一吸附单元(1)中填充颗粒活性炭，底部安装曝气装置；第二吸附单元O)与第一吸附单元(1)上下相通，中间使用隔板(9)隔开；第三吸附单元(3)与第二吸附单元(2)用隔板(10)隔开，下部相通；在第三吸附单元(3)顶部设置出水堰(7)、中部设置斜板(6)、底部设置斜板(11)。
2.根据权利要求1所述的多功能升流式颗粒活性炭吸附床，其特征在于多功能升流式颗粒活性炭吸附床还包括进气管(4)、进水管( 、进气管(4)上预留臭氧投加点(1 、进水管(5)上预留高锰酸钾复合药剂投加点(1 ；所述进气管(4)与曝气装置相连通。
3.根据权利要求1所述的多功能升流式颗粒活性炭吸附床，其特征在于多功能升流式颗粒活性炭吸附床还包括配水管(8)；所述配水管(8)与出水堰(7)的底部相连通。
4.采用权利要求1所述多功能升流式颗粒活性炭吸附床去除水中有机污染物的方法按以下步骤进行一、在第一吸附单元(1)内填充80 120cm、20 150目的颗粒活性炭； 二、原水经过进水管(5)后，在第一吸附单元(1)中上升流速为10 25m/h ；三、空气经进气管(4)进入第一吸附单元(1)，空气与水体积比为2 1 ；四、水流越过隔板(9)上部开孔后，在第二吸附单元O)内向下流动，一部分水经隔板(9)下部开孔回到第一吸附单元 (1)底部形成循环；五、另一部分水经隔板(10)进入第三吸附单元(3)，并向上流动通过斜板(6)，进行颗粒活性炭和水分离；六、颗粒活性炭沉淀至第三吸附单元C3)底部斜板(11) 回到第一吸附单元(1)底部继续参与水流循环，上清液经过第三吸附单元C3)上部出水堰 (7)汇集后，经配水管(8)进入后续常规处理工艺，即完成多功能升流式颗粒活性炭吸附床去除水中有机污染物。
5.根据权利要求4所述采用多功能升流式颗粒活性炭吸附床去除水中有机污染物的方法，其特征在于步骤一中在第一吸附单元(1)内填充90 110cm、40 120目的颗粒活性炭。
6.根据权利要求4所述采用多功能升流式颗粒活性炭吸附床去除水中有机污染物的方法，其特征在于步骤一中在第一吸附单元(1)内填充100cm、80 100目的颗粒活性炭。
7.根据权利要求4所述采用多功能升流式颗粒活性炭吸附床去除水中有机污染物的方法，其特征在于步骤二中在第一吸附单元(1)中上升流速为12 23m/h。
8.根据权利要求4所述采用多功能升流式颗粒活性炭吸附床去除水中有机污染物的方法，其特征在于步骤二中在第一吸附单元(1)中上升流速为15m/h。
9.根据权利要求4所述采用多功能升流式颗粒活性炭吸附床去除水中有机污染物的方法，其特征在于步骤二中在第一吸附单元(1)中上升流速为18m/h。
10.根据权利要求4所述采用多功能升流式颗粒活性炭吸附床去除水中有机污染物的方法，其特征在于步骤二中在第一吸附单元(1)中上升流速为20m/h。
全文摘要
多功能升流式颗粒活性炭吸附床及其去除水中有机污染物的方法，涉及活性炭吸附床及其去除水中有机污染物的方法。吸附床包括第一吸附单元、第二吸附单元和第三吸附单元。方法原水在第一吸附单元中与空气混合，然后在第二吸附单元内向下流动，一部分水经隔板下部开孔回到吸附床底部形成循环，另一部分水经隔板进入第三吸附单元，并向上流动通过斜板，进行颗粒活性炭和水分离；颗粒活性炭沉淀至斜板回到第一吸附单元底部继续参与水流循环，上清液经出水堰汇集后，经配水管进入后续常规处理工艺即完成。本发明结构简单，使用方便，便于集成化，解决了活性炭流失的问题，可与常规工艺进行多级耦合，应用范围广，对有机污染物的去除率高达80％。
文档编号B01J20/20GK102489251SQ20111040619
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月8日 优先权日2011年12月8日
发明者吕兴霖, 杨 一, 翟学东, 马军 申请人:哈尔滨工业大学