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1、10申请公布号CN102344180A43申请公布日20120208CN102344180ACN102344180A21申请号201010246890622申请日20100806C02F1/28200601C02F1/52200601C02F1/5820060171申请人中国科学院生态环境研究中心地址100085北京市海淀区双清路18号72发明人曲久辉刘锐平刘会娟兰华春田川李杰54发明名称一种强化微界面吸附作用去除水中天然有机物的吸附凝聚方法57摘要本发明属于饮用水处理技术领域，特别涉及一种强化微界面吸附去除天然有机物的吸附凝聚方法。本发明围绕混凝工艺，以强化去除天然有机物、控制消毒副产物为目。
2、标，提出一种强化微界面吸附过程、进而通过吸附/凝聚共同作用以有效去除水中天然有机物的方法。本发明可有效改善饮用水常规处理工艺对天然有机物去除效果，降低沉后水和滤后水的浊度及耗氧量等。此外，本发明还可改善低浊水、低温水、低温低浊水、高有机污染水的混凝沉淀效果，降低沉后水浊度及颗粒物浓度。本发明主要应用于饮用水厂净化，也可应用于以中水回用为目的的污水厂二级出水深度处理。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页CN102344199A1/1页21一种强化异相凝聚过程改善絮凝效果、提高絮体粒径的方法，其特征在于在常规混凝工艺中引入原位反应生成的INSITU。
3、MNO2和絮凝剂原位水解产物作为絮凝晶核，增大颗粒物浓度，进而改善絮凝效果并提高絮体的粒径。2根据权利要求1所述的絮凝晶核，其特征在于是指将高锰酸钾与絮凝剂的混合溶液共同投加至待处理水中后原位反应生成而得的极细小颗粒。3根据权利要求1所述的原位反应生成的INSITUMNO2，其特征在于是由高锰酸钾投加至待处理水中后与水中还原性物质反应后原位析出的水合二氧化锰极细小颗粒。4根据权利要求1所述的絮凝剂原位水解产物，其特征在于是指由铁盐絮凝剂投加至待处理水中后原位水解析出的氢氧化铁INSITUFEOH3极细小颗粒，或由铝盐絮凝剂投加至待处理水中后原位水解析出的氢氧化铝INSITUALOH3极细小颗粒。
4、。5根据权利要求1、2和4所述的絮凝剂，其特征在于絮凝剂种类的选择与水厂使用的絮凝剂种类有关当水厂使用铝盐絮凝剂时，则选择铁盐；当水厂使用铁盐絮凝剂时，则选择铝盐。6根据权利要求4和5所述的絮凝剂，其特征在于所述的铁盐可选自氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合硝酸铁等中的一种或大于一种以上的混合盐；所述的铝盐可选自硫酸铝、氯化铝、聚合硫酸铝、聚合氯化铝、硝酸铝、聚合硝酸铝、明矾等溶液中的一种或大于一种以上的混合物。7根据权利要求2所述的高锰酸钾与絮凝剂的混合溶液，其特征在于是高锰酸钾与根据权利要求5确定的絮凝剂在充分搅拌下溶解而得，且高锰酸钾与絮凝剂的摩尔比为51110。8根据。
5、权利要求1、2和7所述的高锰酸钾与絮凝剂的混合溶液，其特征在于投加点可以是一级泵站取水口，或一级泵站出水管至水厂混合单元之前的任意一个可投加液体药剂的位置。9根据权利要求1、2、7和8所述的高锰酸钾与絮凝剂的混合溶液，其特征在于混合溶液投加量为，以高锰酸钾的投量计算，由高锰酸钾与絮凝剂组成的混合溶液投加至待处理水中后高锰酸钾的浓度在025MG/L之间。10根据权利要求19所述的改善絮凝效果、提高絮体粒径的方法，其特征在于由INSITUMNO2与INSITUFEOH3组成的絮凝晶核，或由INSITUMNO2与INSITUFEOH3组成的絮凝晶核，在絮凝单元中强化异相凝聚过程形成大颗粒絮体后，最终。
6、通过沉淀与过滤单元得以去除。权利要求书CN102344180ACN102344199A1/4页3一种强化微界面吸附作用去除水中天然有机物的吸附凝聚方法技术领域0001本发明属于饮用水处理技术领域，特别涉及在饮用水混凝处理过程中通过强化微界面吸附作用以提高混凝对天然有机物去除效果的方法。背景技术0002混凝是饮用水处理的核心单元，混凝效果的好坏直接决定后续沉淀、过滤单元的运行效果。混凝工艺最初的控制目标是浊度、胶体颗粒物等，随着水源有机污染加剧以及控制消毒副产物的需求，混凝被赋予更多的功能，去除天然有机物及消毒副产物前驱物成为混凝的重要目标之一，而强化混凝也被美国国家环保局认为是去除消毒副产物前。
7、驱物、控制消毒副产物生成的最有效技术之一。0003以天然有机物为去除目标的强化混凝和以浊度、颗粒物为目标的传统混凝有本质的区别。传统混凝工艺以电中和、网捕、卷扫等为主要作用机制，通过压缩胶体表面双电层、胶体脱稳等完成水中胶体颗粒的凝聚絮凝过程。混凝剂投量主要通过胶体颗粒物表面电中和为重要依据，因此传统混凝工艺对腐殖酸、富里酸等溶解性天然有机物去除效果较差。在传统混凝工艺基础上提高天然有机物去除效果的方法主要包括1提高混凝剂投量，增大混凝水解产物如氢氧化铝ALOH3含量，充分发挥其对水中天然有机物的吸附去除作用；2调节PH值，一般将PH值降低至6左右以提高絮凝剂与天然有机物的相互作用，但此方法操。
8、作复杂且不易控制；3优化絮凝剂种类，例如采用AL13含量更高的絮凝剂；4利用软化过程中产生的CACO3、MGOH2等对天然有机物吸附作用，但此方法仅适合高硬度的水的处理。0004在上述方法中，提高混凝剂投量在工程中最为常用，在应用中仍存在以下问题1消耗水中碱度，PH值降低，出水对管网腐蚀性增强；2出厂水铝浓度存在超标风险；3药剂成本可能显著提高等等。由于该方法主要依靠絮凝剂本身的作用，忽略了混凝反应过程中絮凝剂的形态变化及其对天然有机物形态去除的影响，也未考虑天然有机物自身性质及其与絮凝剂不同形态的相互作用关系与反应过程，从而单独依靠絮凝剂水解产物如氢氧化铝的作用对天然有机物去除能力受到明显限。
9、制。反之，若在絮凝过程中引入与絮凝剂水解产物具有不同吸附特性的吸附剂，通过在微界面尺度上强化吸附去除天然有机物的作用，则有可能在较低的药剂投量下通过吸附凝聚的共同作用获得更佳的天然有机物去除效果。0005本发明围绕混凝工艺，以强化去除天然有机物、控制消毒副产物为目标，提出一种强化微界面吸附过程、进而通过吸附/凝聚共同作用以有效去除水中天然有机物的方法。本发明可有效改善饮用水常规处理工艺对天然有机物去除效果，降低沉后水和滤后水的浊度及耗氧量等。此外，本发明还可改善低浊水、低温水、低温低浊水、高有机污染水的混凝沉淀效果，降低沉后水浊度及颗粒物浓度。本发明主要应用于饮用水厂净化，也可应用于以中水回用。
10、为目的的污水厂二级出水深度处理。说明书CN102344180ACN102344199A2/4页4发明内容0006本发明目的是针对遭受天然有机物污染且采用常规处理工艺混凝沉淀过滤消毒的饮用水厂，提供一种性能高效、经济可行、易于在工程中应用的方法，以有效提高混凝去除天然有机物效果，进而控制后氯化消毒过程中消毒副产物生成量。0007本发明的技术原理在于，在混凝过程中利用原位反应的方法引入一种与絮凝剂水解产物不同的吸附剂及其微观尺度上的吸附界面，通过吸附剂的微界面吸附作用和絮凝剂的凝聚絮凝作用提高天然有机物去除效果。0008本发明所述的吸附剂及其微观尺度上的吸附界面，是由高锰酸钾与絮凝剂共同投加至待处。
11、理水中后反应生成的。其中，本发明中所采用的絮凝剂种类与水厂采用的絮凝剂种类相关当水厂采用的絮凝剂为铝盐时，则本发明采用铁盐；当水厂采用的絮凝剂为铁盐时，则本发明采用铝盐。高锰酸钾投加至处理水中后，与水中还原性物质反应生成原位生成的水合二氧化锰INSITUMNO2；铁盐投加至处理水中后，发生水解反应生成原位生成的氢氧化铁INSITUFEOH3；铝盐投加至处理水中后，发生水解反应生成原位生成的氢氧化铝INSITUALOH3。因此，当水厂采用铝盐絮凝剂时，高锰酸盐与铁盐共同投加至处理水中后，INSITUMNO2与INSITUFEOH3颗粒的表面电位与铝盐絮凝剂不同，从而显著提高铝盐絮凝剂异相凝聚过程。
12、颗粒物碰撞效率；当水厂采用铁盐絮凝剂时，高锰酸盐与铝盐共同投加至处理水中后，INSITUMNO2与INSITUALOH3颗粒的表面电位与铁盐絮凝剂不同。上述与絮凝剂水解产物不同的吸附剂，由于其表面性质的不同而表现出与絮凝剂水解产物不同的吸附性能；另一方面，上述吸附剂通过原位反应生成而得，具有颗粒极其细小、比表面积丰富等特点，可充分发挥微界面尺度上的吸附作用进而提高天然有机物去除效果。0009所述的铁盐可选自氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合硝酸铁等中的一种或大于一种以上的混合盐；所述的铝盐可选自硫酸铝、氯化铝、聚合硫酸铝、聚合氯化铝、硝酸铝、聚合硝酸铝、明矾等溶液中的一种或大。
13、于一种以上的混合物。0010本发明采取的技术方案如下00111、根据水厂采用的絮凝剂种类，确定采用的絮凝剂种类当水厂使用铝盐絮凝剂时，则选择铁盐；当水厂使用铁盐絮凝剂时，则选择铝盐。00122、将高锰酸钾与1中确定的絮凝剂在充分搅拌下溶解，形成由高锰酸钾与絮凝剂组成的混合溶液。其中高锰酸钾与絮凝剂的摩尔比为51110。00133、将由高锰酸钾与絮凝剂组成的混合溶液投加至待处理水中，投加点可以是一级泵站取水口，或一级泵站出水管至水厂混合单元之前的任意一个可投加液体药剂的位置。混合溶液投加量为，以高锰酸钾的投量计算，由高锰酸钾与絮凝剂组成的混合溶液投加至待处理水中后高锰酸钾的浓度在025MG/L之。
14、间。00144、由高锰酸钾与絮凝剂组成的混合溶液投加至水中后，通过原位反应生成INSITUMNO2与INSITUFEOH3极细小吸附剂或INSITUMNO2与INSITUFEOH3极细小吸附剂，这些吸附剂在混合单元经充分混合之后，在微界面尺度上与水中天然有机物充分接触并发生反应，将溶解性天然有机物吸附在其表面，并进一步在水厂絮凝剂的凝聚絮凝作用下形成大颗粒絮体，大颗粒絮体最终通过沉淀与过滤单元得以去除。0015本发明实现的技术效果如下说明书CN102344180ACN102344199A3/4页500161无需进行大规模工程改造即可方便地强化水厂絮凝过程对天然有机物去除效果，控制后氯化消毒过程。
15、中消毒副产物生成量，方法简单，工程投资成本低，易于在工程中实现；00172使用操作过程简便，在水厂日常运行管理基础上无需增加复杂的额外操作；00183采用药剂为水处理中常用的净水药剂或净水材料，成本低廉；00194对水中胶体颗粒物、浊度、颗粒物等去除也有良好促进作用。具体实施方式0020实施例10021某水厂原水耗氧量为50MG/L，经污染源排查确认为天然有机污染。水厂采用聚合氯化铝混凝剂，投量达到20MG/L混凝去除耗氧量效果仍不理想，出厂水耗氧量为34MG/L，超出国家生活饮用水卫生标准GB57492006要求当原水耗氧量6MG/L时，出厂水耗氧量3MG/L。0022采用本发明的吸附凝聚方。
16、法强化去除水中有机物1确定高锰酸钾与絮凝剂组成的混合溶液中的絮凝剂采用三氯化铁；2将高锰酸钾与三氯化铁在充分搅拌下溶解，获得高锰酸钾与三氯化铁组成的混合溶液，其中高锰酸钾与三氯化铁的摩尔比为11。3在聚合氯化铝投量仍为20MG/L的条件下，将高锰酸钾与三氯化铁组成的混合溶液投加至水厂一级泵站取水口处，且混合溶液投加量为以高锰酸钾的投量计04MG/L。4高锰酸钾与三氯化铁组成的混合溶液投加至水中后，通过反应生成INSITUMNO2与INSITUFEOH3极细小吸附剂；原位生成的吸附剂经水厂混合单元后，在絮凝单元中与水中腐殖酸、富里酸等有机物充分接触并发生反应，将溶解性天然有机物吸附在其表面，并进。
17、一步在水厂絮凝剂的凝聚絮凝作用下形成大颗粒絮体，大颗粒絮体最终通过沉淀与过滤单元得以去除。经上述处理之后，出厂水耗氧量降低至29MG/L，达到国家饮用水标准要求。0023实施例20024某水厂原水耗氧量为56MG/L，经污染源排查确认为天然有机污染。水厂采用硫酸铝混凝剂，投量达到40MG/L混凝去除耗氧量效果仍不理想，出厂水耗氧量为38MG/L，超出国家生活饮用水卫生标准GB57492006要求当原水耗氧量6MG/L时，出厂水耗氧量3MG/L。0025采用本发明的吸附凝聚方法强化去除水中有机物1确定高锰酸钾与絮凝剂组成的混合溶液中的絮凝剂采用硫酸铁；2将高锰酸钾与硫酸铁在充分搅拌下溶解，获得高。
18、锰酸钾与硫酸铁组成的混合溶液，其中高锰酸钾与硫酸铁的摩尔比为110。3在硫酸铝投量仍为40MG/L的条件下，将高锰酸钾与硫酸铁组成的混合溶液投加至水厂一级泵站取水口处，且混合溶液投加量为以高锰酸钾的投量计10MG/L。4高锰酸钾与硫酸铁组成的混合溶液投加至水中后，通过反应生成INSITUMNO2与INSITUFEOH3极细小吸附剂；原位生成的吸附剂经水厂混合单元后，在絮凝单元中与水中腐殖酸、富里酸等有机物充分接触并发生反应，将溶解性天然有机物吸附在其表面，并进一步在水厂絮凝剂的凝聚絮凝作用下形成大颗粒絮体，大颗粒絮体最终通过沉淀与过滤单元得以去除。经上述处理之后，出厂水耗氧量降低至28MG/L。
19、，达到国家饮用水标准要求。0026实施例3说明书CN102344180ACN102344199A4/4页60027某水厂原水耗氧量为65MG/L，经污染源排查确认为天然有机污染。水厂采用三氯化铁混凝剂，投量达到25MG/L混凝去除耗氧量效果仍不理想，出厂水耗氧量为52MG/L，超出国家生活饮用水卫生标准GB57492006要求当原水耗氧量6MG/L时，出厂水耗氧量5MG/L。0028采用本发明的吸附凝聚方法强化去除水中有机物1确定高锰酸钾与絮凝剂组成的混合溶液中的絮凝剂采用硫酸铝；2将高锰酸钾与硫酸铝在充分搅拌下溶解，获得高锰酸钾与硫酸铝组成的混合溶液，其中高锰酸钾与硫酸铝的摩尔比为51。3将。
20、高锰酸钾与硫酸铝组成的混合溶液投加至水厂静态混合器之前，且混合溶液投加量为以高锰酸钾的投量计50MG/L。4在三氯化铁投量仍为25MG/L的条件下，将高锰酸钾与硫酸铝组成的混合溶液投加至水中后，通过反应生成INSITUMNO2与INSITUALOH3极细小吸附剂；原位生成的吸附剂经水厂混合单元后，在絮凝单元中与水中腐殖酸、富里酸等有机物充分接触并发生反应，将溶解性天然有机物吸附在其表面，并进一步在水厂絮凝剂的凝聚絮凝作用下形成大颗粒絮体，大颗粒絮体最终通过沉淀与过滤单元得以去除。经上述处理之后，出厂水耗氧量降低至42MG/L，达到国家饮用水标准要求。0029实施例40030某水厂原水耗氧量为6。
21、5MG/L，经污染源排查确认为天然有机污染。水厂采用三氯化铝混凝剂，投量达到40MG/L混凝去除耗氧量效果仍不理想，出厂水耗氧量为55MG/L，超出国家生活饮用水卫生标准GB57492006要求当原水耗氧量6MG/L时，出厂水耗氧量5MG/L。0031采用本发明的吸附凝聚方法强化去除水中有机物1确定高锰酸钾与絮凝剂组成的混合溶液中的絮凝剂采用聚合硫酸铁；2将高锰酸钾与聚合硫酸铁在充分搅拌下溶解，获得高锰酸钾与聚合硫酸铁组成的混合溶液，其中高锰酸钾与聚合硫酸铁的摩尔比为110。3在三氯化铝投量仍为40MG/L的条件下，将高锰酸钾与聚合硫酸铁组成的混合溶液投加至水厂混合单元管式静态混合器前端的药剂加注口，且混合溶液投加量为以高锰酸钾的投量计08MG/L。4高锰酸钾与硫酸铁组成的混合溶液投加至水中后，通过反应生成INSITUMNO2与INSITUFEOH3极细小吸附剂；原位生成的吸附剂经水厂混合单元后，在絮凝单元中与水中腐殖酸、富里酸等有机物充分接触并发生反应，将溶解性天然有机物吸附在其表面，并进一步在水厂絮凝剂的凝聚絮凝作用下形成大颗粒絮体，大颗粒絮体最终通过沉淀与过滤单元得以去除。经上述处理之后，出厂水耗氧量降低至40MG/L，达到国家饮用水标准要求。说明书CN102344180A。