本发明公开了一种微污染水处理设备，包括进水泵、管道式混合器、液体流量计、药剂存储装置、计量泵、反应装置、初级过滤装置和膜过滤组件；本发明还提供了利用该微污染水处理设备处理水的方法。本发明微污染水处理设备结构简单紧凑、占地面积小、使用方便、成本低廉、运行管理方便，利用混凝/絮凝、两级过滤、臭氧氧化作用有效处理水中的污染物和细菌病毒，实现较好的净化水质的效果，处理效果好、处理效率高。
1.一种微污染水处理设备，其特征在于，进水泵(1)、管道式混合器(2)、液体流量计(3)、药剂存储装置(4)、计量泵(5)、反应装置(6)、初级过滤装置(7)和膜过滤组件(8)；
所述反应装置(6)内部设有初级过滤装置(7)，其两端分别密封连接反应装置(6)的顶部和底部，从而将反应装置(6)分割为内外两层，外层(6-1)为混凝沉淀区，设有侧壁进水口和底部排污口，内层(6-2)为膜过滤区，顶部设有出水管路；初级过滤装置(7)上部为多孔滤网，下部为隔水环形板，内部设有膜过滤组件(8)，其内部与上述出水管路相连通；
所述侧壁进水口外部依次连接有液体流量计(3)、管道式混合器(2)和进水泵(1)，管道式混合器(2)进液端还依次连接有计量泵(5)和药剂存储装置(4)；
所述初级过滤装置(7)底部还设有多孔曝气板(16)，并且下方设有底部进气口，进气口外依次连接有止回阀(15)、气体流量计(14)、臭氧浓度监测仪(13)、臭氧发生器(12)和气体干燥器(11)；反应装置(6)的外层(6-1)顶部还设有顶部出气口，出气口外依次连接有排气阀(17)和臭氧尾气破坏器(18)。
2.根据权利要求1所述的微污染水处理设备，其特征在于，所述底部排污口连接有排污泵(10)；所述出水管路连接有出水泵(9)，出水泵(9)能作为膜过滤组件(8)的抽滤泵，提高出水效率，也能作为膜过滤组件(8)和初级过滤装置(7)的反冲洗泵。
3.根据权利要求1所述的微污染水处理设备，其特征在于，还包括第一压力传感器(19)、第二压力传感器(20)、沉积物液位传感器(21)和自控单元(22)；所述第一压力传感器(19)设于反应装置(6)上端侧壁内，所述第二压力传感器(20)设于出水管路上，沉积物液位传感器(21)设于反应装置(6)下端侧壁内；所述自控单元(22)能接收所连接各部件的信号，然后再输出控制信号，从而控制整个设备的进水、出水、计量、排污或者气体产生输送。
4.根据权利要求1所述的微污染水处理设备，其特征在于，所述反应装置(6)中部和顶部为圆筒形，底部为渐缩结构，中部和顶部之间渐扩结构；初级过滤装置(7)为圆筒形。
5.根据权利要求1所述的微污染水处理设备，其特征在于，所述药剂存储装置(4)中装有混凝剂、絮凝剂和/或助凝剂，能通过计量泵(5)送至管道式混合器(2)与进水泵(1)进来的水体混合。
6.根据权利要求1所述的微污染水处理设备，其特征在于，所述初级过滤装置(7)上部的多孔滤网为不锈钢或钛过滤网，过滤精度0.02-2毫米；所述膜过滤组件(8)为陶瓷膜或中空纤维膜，过滤精度为微滤、超滤或纳滤。
7.利用权利要求1至6任一项所述的微污染水处理设备处理水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)通过进水泵(1)将待处理水体泵入反应装置(6)，并在进水管路中投加药剂；
(b)水体在反应装置外层(6-1)进行混凝、絮凝得到初步净化后，通过初级过滤装置(7)上部的多孔滤网进一步过滤后得初级净化水，进入反应装置内层(6-2)；
(c)在反应装置内层(6-2)，水体在臭氧氧化和膜过滤的同步作用下，从出水管路排出，即得净化水。
一种微污染水处理设备及利用其处理水的方法
技术领域
[0001] 本发明属于水处理设备领域，特别涉及一种微污染水处理设备，还涉及利用该设备进行水处理的方法。
背景技术
[0002] 随着现代工业的不断发展，水污染对环境的影响越来越严重，直接威胁着人类的健康和生态安全。传统的水处理方法由于受水质影响，往往很难达到满意的效果，并且能耗高、体积大，降解不完全，甚至会造成二次污染。因此，体积小、效率高、操作简便的一体化处理设备和技术一直是国内外水处理工作中的一个难点和研究热点。
[0003] 对水体进行过滤处理操作简便，无污染。然而，由于受水中杂质含量和种类等影响，单一方法的过滤往往效果较差，且滤网易堵塞，清污繁琐，不能进行连续流处理。混凝是一种高效的水处理技术，通过压缩双电层、吸附架桥、沉淀物的网捕等作用净化水体，常作为水处理过程中的预处理。臭氧是国际公认的绿色环保型氧化剂，兼具污染物去除和消毒作用。臭氧和膜技术联用时可提高膜通量，协同去除水中污染物。
[0004] 现有的水处理常通过构建串联式构筑物，实现不同工艺的组合应用，但占地大，运行管理繁琐。因此，寻求建立一种可以在常温常压下进行，高效、广谱的水处理技术，并设计出一体化的反应装置简化工艺并缩小体积是有效解决水处理难题及推动技术能够实际应用的关键。
发明内容
[0005] 发明目的：本发明的目的是提供了一种效率高、体积小、成本低的微污染水处理设备以及利用该设备进行水处理的方法。
[0006] 技术方案：本发明提供了一种微污染水处理设备，包括进水泵、管道式混合器、液体流量计、药剂存储装置、计量泵、反应装置、初级过滤装置和膜过滤组件；
[0007] 所述反应装置内部设有初级过滤装置，其两端分别密封连接反应装置的顶部和底部，从而将反应装置分割为内外两层，外层为混凝沉淀区，设有侧壁进水口和底部排污口，内层为膜过滤区，顶部设有出水管路；初级过滤装置上部为多孔滤网，下部为隔水环形板，内部设有膜过滤组件，其内部与上述出水管路相连通；
[0008] 所述侧壁进水口外部依次连接有液体流量计、管道式混合器和进水泵，管道式混合器进液端还依次连接有计量泵和药剂存储装置。
[0009] 设备通过进水泵将待处理原水送至反应装置；同步的，药剂存储装置内存储的药剂通过计量泵投加至进水管路中。在反应装置的外层反应区内，水体在混凝/絮凝等作用下得到初步处理后，通过初级过滤装置进一步净化后进入内层膜过滤区间。水体经膜过滤后从出水管路排出，即得到净化水，而混凝/絮凝后沉降至底部的沉积物通过底部排污口外排。其中，药剂投加至进水管路可通过进水混合泵或管道式混合器。
[0010] 作为改进，所述底部排污口连接有排污泵；所述出水管路连接有出水泵，出水泵能作为膜过滤组件的抽滤泵，提高出水效率，也能作为膜过滤组件和初级过滤装置的反冲洗泵。
[0011] 作为另一种改进，所述初级过滤装置底部还设有多孔曝气板，并且下方设有底部进气口，进气口外依次连接有止回阀、气体流量计、臭氧浓度监测仪、臭氧发生器和气体干燥器；反应装置的外层顶部还设有顶部出气口，出气口外依次连接有排气阀和臭氧尾气破坏器。
[0012] 通入所述气体干燥器的气体可为空气或氧气。臭氧化气体可促进污染物的降解，并具有消毒杀菌作用，可显著提高膜通量，防止膜组件堵塞。同时，利用气、液密度差，气泡在上升过程中反向通过初级过滤装置后经反应装置外层顶部排气阀排出，在此过程中使初级过滤装置得到类似反冲洗作用，防止其堵塞。
[0013] 作为另一种改进，还包括第一压力传感器、第二压力传感器、沉积物液位传感器和自控单元；所述第一压力传感器设于反应装置上端侧壁内，所述第二压力传感器设于出水管路上，沉积物液位传感器设于反应装置下端侧壁内；所述自控单元能接收所连接各部件的信号，然后再输出控制信号，从而控制整个设备的进水、出水、计量、排污或者气体产生输送。
[0014] 所述自控单元可以分别与进水泵、出水泵、计量泵、排污泵、第一压力传感器、第二压力传感器、沉积物液位传感器、臭氧发生器、臭氧浓度监测仪等连接；所述第一压力传感器、第二压力传感器、沉积物液位传感器、臭氧浓度监测仪等输出检测信号至自控单元，所述自控单元输出控制信号至进水泵、出水泵、计量泵、排污泵以及臭氧发生器。自控单元可根据需要设置参数，在第一压力传感器和第二压力传感器之间压差达到设定值或者设备运行设定时间后自动启动反冲洗程序。自控单元可进行软件编程，信号采集，信号分析，模拟计算，自动调控，错误报警，数据记录等功能，从而实现参数设定、调节、故障反馈、报警与记录等功能的智能化操作，提高了该设备的实用性。
[0015] 作为优选，所述反应装置中部和顶部为圆筒形，底部为渐缩结构，中部和顶部之间渐扩结构；初级过滤装置为圆筒形。
[0016] 所述反应装置中部和顶部为圆筒形，利于反应体系的均匀，并减小占地面积。反应装置底部为渐缩结构，利于混凝/絮凝体的沉降和存储。反应装置中部和顶部之间渐扩结构，利用渐扩结构使反应液上升速率降低，在该区间混凝/絮凝体能够和水体进行有效分离。
[0017] 作为另一种优选，所述药剂存储装置中装有混凝剂、絮凝剂和/或助凝剂，能通过计量泵送至管道式混合器与进水泵进来的水体混合。
[0018] 作为另一种优选，所述初级过滤装置上部的多孔滤网为不锈钢或钛过滤网，过滤精度0.02-2毫米；所述膜过滤组件为陶瓷膜或中空纤维膜，过滤精度为微滤、超滤或纳滤等。
[0019] 本发明还提供了利用所述微污染水处理设备处理水的方法，包括以下步骤：
[0020] (a)通过进水泵将待处理水体泵入反应装置，并在进水管路中投加药剂；
[0021] (b)水体在反应装置外层进行混凝、絮凝得到初步净化后，通过初级过滤装置上部的多孔滤网进一步过滤后得初级净化水，进入反应装置内层；
[0022] (c)在反应装置内层，水体在臭氧氧化和膜过滤的同步作用下，从出水管路排出，即得净化水。
[0023] 技术效果：本发明提供的一种微污染水处理设备结构简单紧凑、占地面积小、使用方便、成本低廉、运行管理方便，利用混凝/絮凝、两级过滤、臭氧氧化作用有效处理水中的污染物和细菌病毒，实现较好的净化水质的效果，处理效果好、处理效率高。
[0024] 本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0025] 一、利用特殊的流程和反应器结构设置，使药剂和水体能够充分混合和后续分离，避免了混凝搅拌装置的设置，并缩减了水力停留时间，节省了投资，减小了设备体积和占地面积。
[0026] 二、可在同一反应装置内实现混凝/絮凝分离、两级过滤，臭氧氧化等多种水处理过程，使反应器结构紧凑，提高处理效果的同时显著缩小反应器体积，使反应装置安装、使用更方便。
[0027] 三、利用工艺的合理选择和特殊的反应装置结构设计，使不同技术之间互补、协同，显著提高处理效果，实现单一工艺或一般工艺难以达到的水处理效果，降低处理成本，对水体净化彻底，避免产生二次污染，环保可靠，具有广阔的市场前景。
[0028] 四、通过自控单元与各部件相连接以及传感器数据反馈，可实现处理过程的全自动、智能化控制。
[0029] 本发明提供的水处理方法工艺简单、处理效率高，能够有效、经济、环保、一体化的通过混凝/絮凝分离、两级过滤、臭氧氧化进行水处理。该“一体化”即在同一反应区间实现各工艺的协同耦合作用，使其互补互促，克服各自单一作用时的缺点，显著提高处理效果并降低能耗，优化反应器结构，缩小占地面积。
附图说明
[0030] 图1是实施例1的微污染水处理设备的结构示意图；
[0031] 图2是实施例2的微污染水处理设备的结构示意图；
[0032] 图3是实施例3的微污染水处理设备的结构示意图。
具体实施方式
[0033] 根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
[0034] 实施例1
[0035] 微污染水处理设备，见图1，包括进水泵1、液体流量计3、药剂存储装置4、计量泵5、反应装置6、初级过滤装置7、膜过滤组件8、出水泵9和排污泵10。
[0036] 进水泵1出水端与反应装置6连接；液体流量计3设于进水管路上；初级过滤装置7设于反应装置6内，其两端分别密封连接反应装置6的顶部和底部，从而将反应装置6分割为内外两层，外层6-1为混凝沉淀区，设有侧壁进水口和底部排污口，内层6-2为膜过滤区，顶部设有出水管路；初级过滤装置7为圆筒形，上部为多孔滤网，下部为隔水环形板，内部设有膜过滤组件8，其内部与上述出水管路相连通；排污泵10与反应装置6排污口相连接。
[0037] 所述侧壁进水口外部依次连接有液体流量计3、管道式混合器2和进水泵1，管道式混合器2进液端还依次连接有计量泵5和药剂存储装置4。
[0038] 所述出水管路连接有出水泵9，出水泵9能作为膜过滤组件8的抽滤泵，提高出水效率，也能作为膜过滤组件8和初级过滤装置7的反冲洗泵。
[0039] 本发明中，反应装置6中部和顶部为圆筒形，底部为渐缩结构，中部和顶部之间渐扩结构。
[0040] 实施例2
[0041] 一种微污染水处理设备，见图2，与实施例1基本相同，不同之处在于：初级过滤装置7底部还设有多孔曝气板16，并且下方设有底部进气口，进气口外依次连接有止回阀15、气体流量计14、臭氧浓度监测仪13、臭氧发生器12和气体干燥器11；反应装置6的外层6-1顶部还设有顶部出气口，出气口外依次连接有排气阀17和臭氧尾气破坏器18。
[0042] 实施例3
[0043] 一种微污染水处理设备，见图3，与实施例1基本相同，不同之处在于：还包括第一压力传感器19、第二压力传感器20、沉积物液位传感器21和自控单元22；所述第一压力传感器19设于反应装置6上端侧壁内，所述第二压力传感器20设于出水管路上，沉积物液位传感器21设于反应装置6下端侧壁内；所述自控单元22分别与进水泵1、出水泵9、计量泵5、排污泵10、第一压力传感器19、第二压力传感器20、沉积物液位传感器21、臭氧发生器12、臭氧浓度监测仪13等连接；所述第一压力传感器19、第二压力传感器20、沉积物液位传感器21、臭氧浓度监测仪13等输出检测信号至自控单元22，所述自控单元22输出控制信号至进水泵1、出水泵9、计量泵5、排污泵10以及臭氧发生器12。
[0044] 实施例4
[0045] 利用实施例1至3所述的一种微污染水处理设备进行水处理，包括以下步骤：
[0046] (a)通过进水泵1将待处理水体泵入反应装置6，并在进水管路中投加药剂；
[0047] (b)水体在反应装置外层6-1进行混凝、絮凝得到初步净化后通过顶部初级过滤装置7过滤网进一步过滤后得初级净化水，进入反应装置内层6-2；
[0048] (c)在反应装置内层6-2，水体在臭氧氧化和膜过滤的同步作用下，从出水管路排出，得到净化水。
[0049] 采用聚合氯化铝混凝剂，0.1mm孔径不锈钢初级过滤网，PVC超滤膜，对微污染地表水体进行处理，处理参数及效果见表1。
[0050] 表1本发明微污染水处理设备进行水处理方法及效果
[0051]
