多功能升流式顆粒活性炭吸附床及其去除水中有機汙染物的方法

2023-09-10 11:37:55 3

專利名稱：多功能升流式顆粒活性炭吸附床及其去除水中有機汙染物的方法
技術領域：
本發明涉及活性炭吸附床及其去除水中有機汙染物的方法。
背景技術：
受城市化發展的影響，飲用水源汙染問題日趨嚴重，水中除了含有天然有機和無機成分外，還含有大量人為排放的汙染物。同時，由於飲用水水質標準的不斷提高，我國大部分水廠現有常規處理工藝已無法滿足深度處理的要求，水廠工藝升級改造的問題亟待解決。常規處理工藝可以去除水中的一部分汙染物，但對於有機汙染較嚴重的水源水， 特別是溶解性有機汙染物佔相當比例的情況下，單純通過常規混凝沉澱去除有機汙染物的能力是非常有限的。因此，對於有機汙染較嚴重的水源水，對其進行深度處理的關鍵是尋找適宜的預處理工藝路線，強化有機汙染物的去除。目前針對飲用水有機汙染物的去除發展了一系列方法，主要可分為氧化法、膜法、 生物法、吸附法等幾大類方法。通過以上方法與常規處理工藝的耦合，可以有效地去除水中的有機汙染物。但現有水廠升級改造過程中，氧化法和膜法存在投資大、運行費用高的缺點；生物法具有停留時間長、佔地面積大的缺點。相對而言，吸附法由於其投資小，運行管理方便，具有較高的可行性。吸附法主要指使用具有高比表面積的物質，通過吸附去除水中有機汙染物的方法。活性炭表面具有豐富微孔結構和表面憎水性基團，其對水中某些汙染物有極強的親和力，是一種常用的水處理吸附劑。活性炭可以分為粉末炭和顆粒炭。粉末炭主要運用於水源水預處理工藝，通過投加粉末炭，有效去除水中有機汙染物，降低後續常規處理工藝的有機負荷；但粉末炭存在活性炭難以回收，運行費用高的缺點，因此僅在突發汙染時期使用。顆粒炭主要運用於水源水深度處理工藝，目前主要採用下向流活性炭濾床的形式，將其置於砂濾後或者取代現有的砂濾床，從而進一步吸附常規處理工藝無法去除的有機汙染物，保障出水安全。

發明內容
本發明提供多功能升流式顆粒活性炭吸附床及其去除水中有機汙染物的方法。多功能升流式顆粒活性炭吸附床它包括第一吸附單元、第二吸附單元和第三吸附單元；所述第一吸附單元中填充顆粒活性炭，底部安裝曝氣裝置；第二吸附單元與第一吸附單元上下相通，中間使用隔板隔開；第三吸附單元與第二吸附單元用隔板隔開，下部相通；在第三吸附單元頂部設置出水堰、中部設置斜板、底部設置斜板。採用多功能升流式顆粒活性炭吸附床去除水中有機汙染物的方法按以下步驟進行一、在第一吸附單元內填充80 120cm、20 150目的顆粒活性炭；二、原水經過進水管後，在第一吸附單元中上升流速為10 25m/h ；三、空氣經進氣管進入第一吸附單元，空氣
3與水體積比為2 1 ；四、水流越過隔板上部開孔後，在第二吸附單元內向下流動，一部分水經隔板下部開孔回到第一吸附單元底部形成循環；五、另一部分水經隔板進入第三吸附單元，並向上流動通過斜板，進行顆粒活性炭和水分離；六、顆粒活性炭沉澱至第三吸附單元底部斜板回到第一吸附單元底部繼續參與水流循環，上清液經過第三吸附單元上部出水堰匯集後，經配水管進入後續常規處理工藝，即完成多功能升流式顆粒活性炭吸附床去除水中有機汙染物。本發明多功能升流式顆粒活性炭吸附床可通過水流和氣體的向上剪切作用，提高活性炭表面與有機汙染物的接觸效果，大量吸附有機汙染物，從而減少後續工藝的有機汙染負荷。同時，多功能升流式顆粒活性炭吸附床具有水力提留時間短、佔地面積小、投資省等優點，是一種較理想可運用於水廠升級改造的預處理工藝，但目前對這種裝置的研究還比較少。本發明具有以下有益效果1.結構簡單，使用方便，功能完善，便於集成化；2.通過水流和氣體作用提高了顆粒活性炭與有機汙染物的接觸效果，同時解決了活性炭流失的問題；3.可與常規工藝進行多級耦合，應用範圍廣，既適用於水廠升級改造，又適用於實驗室內開展小規模模擬實驗。以多功能升流式顆粒活性炭吸附床去除水中有機汙染物的方法簡單，對有機汙染物的去除率達80%。


圖1為本發明裝置示意圖，其中1表示第一吸附單元，2表示第二吸附單元，3表示第三吸附單元，4表示進氣管，5表示進水管，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表示臭氧投加點，13表示高錳酸鉀複合藥劑投加點。圖2為本發明實施例中對水中有機汙染物處理效果圖，其中■表示裝置進水中 TOC含量，□表示裝置出水中TOC含量。
具體實施例方式具體實施方式
一結合圖1進行說明，本實施方式多功能升流式顆粒活性炭吸附床它包括第一吸附單元1、第二吸附單元2和第三吸附單元3 ；所述第一吸附單元1中填充顆粒活性炭，底部安裝曝氣裝置；第二吸附單元2與第一吸附單元1上下相通，中間使用隔板9隔開；第三吸附單元3與第二吸附單元2用隔板10隔開，下部相通；在第三吸附單元3 頂部設置出水堰7、中部設置斜板6、底部設置斜板11。本實施方式中斜板6還可以為斜管6。本實施方式中通過水流和氣體作用使顆粒活性炭與水混合後在第一吸附單元1 和第二吸附單元2中形成循環流動過程，並在第三吸附單元3中進行固液分離，顆粒活性炭在斜板6沉澱後，經底部斜板11回到第一吸附單元1繼續參與水流循環，上清經過第三吸附單元3頂部的出水堰7匯集，經配水管8進入後續常規處理工藝。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一不同的是多功能升流式顆粒活性炭吸附床還包括進氣管4、進水管5、進氣管4上預留臭氧投加點12、進水管5上預留高錳酸鉀複合藥劑投加點13 ；所述進氣管4與曝氣裝置相連通。其它與具體實施方式
一相同。
本實施方式中臭氧投加點12和高錳酸鉀複合藥劑投加點13，對於難降解大分子有機物，可以採用臭氧或者高錳酸鉀預氧化的方式將其去除。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是多功能升流式顆粒活性炭吸附床還包括配水管8 ；所述配水管8與出水堰7的底部相連通。其它與具體實施方式
一相同。本實施方式配水管8的出水進入後續常規處理工藝，因此多功能升流式顆粒活性炭吸附床可以作為水廠常規工藝升級改造的預處理單元。
具體實施方式
四本實施方式採用多功能升流式顆粒活性炭吸附床去除水中有機汙染物的方法按以下步驟進行一、在第一吸附單元1內填充80 120cm、20 150目的顆粒活性炭；二、原水經過進水管5後，在第一吸附單元1中上升流速為10 25m/h ；三、空氣經進氣管4進入第一吸附單元1，空氣與水體積比為2 1 ；四、水流越過隔板9上部開孔後，在第二吸附單元2內向下流動，一部分水經隔板9下部開孔回到第一吸附單元1底部形成循環；五、另一部分水經隔板10進入第三吸附單元3，並向上流動通過斜板6，進行顆粒活性炭和水分離；六、顆粒活性炭沉澱至第三吸附單元3底部斜板11回到第一吸附單元1底部繼續參與水流循環，上清液經過第三吸附單元3上部出水堰7匯集後，經配水管8進入後續常規處理工藝，即完成多功能升流式顆粒活性炭吸附床去除水中有機汙染物。本實施方式步驟三中若在臭氧投加點12投加臭氧，臭氧與空氣組成混合氣體後， 經進氣管4進入第一吸附單元1，混合氣體與水體積比為2 1 ；所述臭氧與空氣按任意比混合ο本實施方式步驟二中若在高錳酸鉀複合藥劑投加點13投加高錳酸鉀複合藥劑， 高錳酸鉀複合藥劑與原水混合後，經進水管5進入第一吸附單元1 ；所述高錳酸鉀複合藥劑由以下藥劑中的一種或多種複合而成高錳酸鉀、氧化鈣、 氫氧化鈣、磷酸二氫鈉(鉀)、磷酸氫二鈉(鉀)、磷酸鈉(鉀)、氯化鐵、氯化鎂、氯化鈣、過氧化氫、氯、次氯酸鈉、次氯酸鈣、矽酸鈣、活化矽酸、硫酸銅、硫酸亞鐵、過硫酸鉀、碘化鉀、 高氯酸鉀(鈉)、醋酸鈉(鉀)、乙酸、高鐵酸鹽、聚丙稀醯胺、粘土、三氯化鐵、聚合鋁、硫酸招；所述高錳酸鉀複合藥劑的投加量為0. 1 12mg/L ；高錳酸鉀複合藥劑的應用條件為 ρΗ5· 2 9. 5。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
四不同的是步驟一中在第一吸附單元1內填充90 110cm、40 120目的顆粒活性炭。其它步驟及參數與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
四不同的是步驟一中在第一吸附單元1內填充100cm、80 100目的顆粒活性炭。其它步驟及參數與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
四不同的是步驟二中在第一吸附單元1中上升流速為12 23m/h。其它步驟及參數與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
四不同的是步驟二中在第一吸附單元1中上升流速為15m/h。其它步驟及參數與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
四不同的是步驟二中在第一吸附單元1中上升流速為18m/h。其它步驟及參數與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
四不同的是步驟二中在第一吸附單元1中上升流速為20m/h。其它步驟及參數與具體實施方式
四相同。實施例以多功能升流式顆粒活性炭吸附床去除水中有機汙染物的方法按以下步驟進行 一、在第一吸附單元1內填充100cm、40 80目的顆粒活性炭；二、原水經過進水管5後，在第一吸附單元1中上升流速為15m/h ；三、空氣經進氣管4進入第一吸附單元1，空氣與水體積比為2 1 ；四、水流越過隔板9上部開孔後，在第二吸附單元2內向下流動，一部分水經隔板9下部開孔回到第一吸附單元1底部形成循環；五、另一部分水經隔板10進入第三吸附單元3，並向上流動通過斜板6，進行顆粒活性炭和水分離；六、顆粒活性炭沉澱至第三吸附單元3底部斜板11回到第一吸附單元1底部繼續參與水流循環，上清液經過第三吸附單元3上部出水堰7匯集後，經配水管8進入後續常規處理工藝，即完成多功能升流式顆粒活性炭吸附床去除水中有機汙染物。本實施例配水管8出水有機汙染物含量明顯降低(見圖2)，去除率高達80%。
權利要求
1.多功能升流式顆粒活性炭吸附床，它包括第一吸附單元(1)、第二吸附單元(2)和第三吸附單元(3)，其特徵在於所述第一吸附單元(1)中填充顆粒活性炭，底部安裝曝氣裝置；第二吸附單元O)與第一吸附單元(1)上下相通，中間使用隔板(9)隔開；第三吸附單元(3)與第二吸附單元(2)用隔板(10)隔開，下部相通；在第三吸附單元(3)頂部設置出水堰(7)、中部設置斜板(6)、底部設置斜板(11)。
2.根據權利要求1所述的多功能升流式顆粒活性炭吸附床，其特徵在於多功能升流式顆粒活性炭吸附床還包括進氣管(4)、進水管( 、進氣管(4)上預留臭氧投加點(1 、進水管(5)上預留高錳酸鉀複合藥劑投加點(1 ；所述進氣管(4)與曝氣裝置相連通。
3.根據權利要求1所述的多功能升流式顆粒活性炭吸附床，其特徵在於多功能升流式顆粒活性炭吸附床還包括配水管(8)；所述配水管(8)與出水堰(7)的底部相連通。
4.採用權利要求1所述多功能升流式顆粒活性炭吸附床去除水中有機汙染物的方法按以下步驟進行一、在第一吸附單元(1)內填充80 120cm、20 150目的顆粒活性炭； 二、原水經過進水管(5)後，在第一吸附單元(1)中上升流速為10 25m/h ；三、空氣經進氣管(4)進入第一吸附單元(1)，空氣與水體積比為2 1 ；四、水流越過隔板(9)上部開孔後，在第二吸附單元O)內向下流動，一部分水經隔板(9)下部開孔回到第一吸附單元 (1)底部形成循環；五、另一部分水經隔板(10)進入第三吸附單元(3)，並向上流動通過斜板(6)，進行顆粒活性炭和水分離；六、顆粒活性炭沉澱至第三吸附單元C3)底部斜板(11) 回到第一吸附單元(1)底部繼續參與水流循環，上清液經過第三吸附單元C3)上部出水堰 (7)匯集後，經配水管(8)進入後續常規處理工藝，即完成多功能升流式顆粒活性炭吸附床去除水中有機汙染物。
5.根據權利要求4所述採用多功能升流式顆粒活性炭吸附床去除水中有機汙染物的方法，其特徵在於步驟一中在第一吸附單元(1)內填充90 110cm、40 120目的顆粒活性炭。
6.根據權利要求4所述採用多功能升流式顆粒活性炭吸附床去除水中有機汙染物的方法，其特徵在於步驟一中在第一吸附單元(1)內填充100cm、80 100目的顆粒活性炭。
7.根據權利要求4所述採用多功能升流式顆粒活性炭吸附床去除水中有機汙染物的方法，其特徵在於步驟二中在第一吸附單元(1)中上升流速為12 23m/h。
8.根據權利要求4所述採用多功能升流式顆粒活性炭吸附床去除水中有機汙染物的方法，其特徵在於步驟二中在第一吸附單元(1)中上升流速為15m/h。
9.根據權利要求4所述採用多功能升流式顆粒活性炭吸附床去除水中有機汙染物的方法，其特徵在於步驟二中在第一吸附單元(1)中上升流速為18m/h。
10.根據權利要求4所述採用多功能升流式顆粒活性炭吸附床去除水中有機汙染物的方法，其特徵在於步驟二中在第一吸附單元(1)中上升流速為20m/h。
全文摘要
多功能升流式顆粒活性炭吸附床及其去除水中有機汙染物的方法，涉及活性炭吸附床及其去除水中有機汙染物的方法。吸附床包括第一吸附單元、第二吸附單元和第三吸附單元。方法原水在第一吸附單元中與空氣混合，然後在第二吸附單元內向下流動，一部分水經隔板下部開孔回到吸附床底部形成循環，另一部分水經隔板進入第三吸附單元，並向上流動通過斜板，進行顆粒活性炭和水分離；顆粒活性炭沉澱至斜板回到第一吸附單元底部繼續參與水流循環，上清液經出水堰匯集後，經配水管進入後續常規處理工藝即完成。本發明結構簡單，使用方便，便於集成化，解決了活性炭流失的問題，可與常規工藝進行多級耦合，應用範圍廣，對有機汙染物的去除率高達80％。
文檔編號B01J20/20GK102489251SQ20111040619
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月8日 優先權日2011年12月8日
發明者呂興霖, 楊 一, 翟學東, 馬軍 申請人:哈爾濱工業大學