CN109292921A - 一种用于自来水处理的重介质粉的配方及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于自来水处理的重介质粉的配方，其创新点在于：技术指标包括主要物质配料成分、磁性物含量和粒径分布三个方面。本发明的重介质粉的使用方法，其创新点在于：待处理的微污染的原水依次流经一级混合池、二级混合池、三级混合池、沉淀池、砂滤池，最后经消毒池消毒后出水。重介质粉配合混凝剂、活性炭和助凝剂使用，三级混合池逐步产生的重介质复合絮体随水流进入沉淀池进行沉淀，上清液进入砂滤池过滤，过滤出水经消毒池消毒后出水，含重介质复合絮体的污泥在沉淀池沉淀后一部分直接回流进二级混合池，一部分经解絮机、重介质回收机对重介质粉进行回收，回收后的重介质粉进入二级混合池循环使用。本发明所述重介质粉可满足政府卫生部门对涉及饮用水的技术要求，且比常规重介质粉生产成本和使用成本都更低。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，尤其适用于自来水处理的物化处理领域，具体涉及一种用于自来水处理的重介质粉的配方及使用方法。
背景技术
混凝沉淀是一种水处理领域里广泛应用的工艺方法。该工艺在待处理的原水中投加具有凝聚能力的药剂（混凝剂/助凝剂），通过吸附架桥等机理作用使水中的细微悬浮粒子、胶体粒子等杂质或污染物形成絮团并沉淀，从而达到净水效果。该技术广泛应用于污水处理和自来水处理过程。
重介质混凝沉淀工艺（也称磁介质混凝沉淀工艺）是近些年刚刚发展起来并迅速得到广泛关注的一种极速混凝沉淀技术，相关专利迄今为止已近100件。该技术在水处理的混凝过程中投加重介质粉（也称磁介质粉），形成高密度复合絮凝体后可以加速沉降，提高沉淀效率。重介质粉通过后续回收工序经回收后循环使用。由于重介质粉在自来水领域应用时存在重金属离子超标等潜在可能，涉及到国家卫生行政主管部门的涉水许可，重介质混凝沉淀工艺在中国目前仅在污水处理领域里有应用，在自来水处理领域只有研究但尚无规模化的实际应用案例。
由于是全新技术，目前市场上适合用于污水处理的重介质粉存在以下问题：
1.重介质粉货源还非常少，现有的重介质粉粒径分散度大，磁性物含量低，较细的重介质粉以及非磁性物细微颗粒随污水漂往水处理混凝沉淀的后道工序，对后道工序中的关键设备，如深床滤池、滤布滤池、离心污泥脱水机等，有着较大的不良影响，造成设备堵塞、磨损严重等后果。
2.重介质粉成品存在非磁性杂质多，重介质粉在实际使用过程中回收率低，既对后道工序造成不良影响，又增加了用户运行成本。
由于没有涉水许可，市场上可以用于自来水处理领域的重介质粉目前更是找不到。专利201710223746.2提供了一种水处理用的重介质粉的生产和使用方法，可以用于自来水处理领域，但是由于其生产过程过长，技术要求过于严苛，特别是对重介质粉的粒径分布严格要求在200~300目之间，使得重介质粉在实际生产过程中产生的废料太多，产品成本高，不利于重介质混凝沉淀技术的推广和应用。
发明内容
本发明的目的在于针对市场急需和现有技术的不足，提供一种适用于水处理，尤其是自来水处理的重介质粉的配方及重介质粉在自来水处理领域的使用方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种用于自来水处理的重介质粉的配方，其主要创新点在于：本发明的重介质粉成品中磁性物含量占比达到99.9%，本发明的重介质粉粒径范围为25~63μm，该粒径范围内的所述重介质粉占总质量的85~100%，本发明的重介质粉按重量百分比主要由以下组分组成：
四氧化三铁（Fe3O4） 72.00~93.00%
二氧化硅（SiO2） 1.00~10.00%
二氧化钛（TiO2） 0.50~5.00%
三氧化二铝（Al2O3） 0.10~5.00%
氧化钙（CaO） 0.10~5.00%
配料物质 0.01~5.00%。
该配方中各比例都是指在重介质粉烘干后计量，按照该配方生产出来的重介质粉成品，磁性物含量更高。
进一步的，本发明的配料物质为氧化镍（NiO）或者三氧化二铬（Cr2O3）或者氧化锰（MnO）或者氧化锌（ZnO）或者氧化钠（NaO）或者铁硅铝（FeSiAl）或者铁铝（FeAl）或者铁硅（FeSi）或者铁镍钼FeNi（Mo）中的一种或者几种。
进一步的，本发明的重介质粉经由破碎、研磨、分筛、磁分离等多道工序制备得到。
一种用于自来水处理的重介质粉的使用方法，其创新点在于：包括以下步骤：
（a）将待处理的微污染的原水通过泵力或自流进入一级混合池，在一级混合池中投加混凝剂和粉末活性炭，开启搅拌机进行搅拌；
（b）经a步骤处理后，含有混凝剂和粉末活性炭的原水自流进入二级混合池，在二级混合池中投加重介质粉，开启搅拌机进行搅拌；
（c）b步骤处理结束后，含有重介质粉、混凝剂和粉末活性炭的水自流进入三级混合池，在三级混合池中投加混凝剂，开启搅拌机进行搅拌，以重介质粉为核的重介质复合絮体在三级混合池中逐步生成；
（d）c步骤处理结束后，含有重介质复合絮体的水进入沉淀池中进行沉淀；
（e）沉淀结束后，分为上清液和含重介质复合絮体的污泥，所述上清液进入砂滤池过滤，并经后续消毒池消毒后形成自来水成品；
（f）含重介质复合絮体的污泥在沉淀池沉淀后一部分直接回流进二级混合池，一部分经解絮机和重介质回收机回收重介质粉，回收后的重介质粉进入二级混合池循环使用。
进一步的，本发明的步骤a中的搅拌机的G值为300~1000s-1，搅拌时间为1~4min，本发明的混凝剂选用铁盐或铝盐或聚合盐类的一种或几种，本发明的混凝剂的投加浓度为4～10%。
进一步的，本发明的步骤b中的搅拌机的搅拌G值为150~550s-1，搅拌时间为1~4min；本发明的重介质粉的质量浓度保持为1~10%。
进一步的，本发明的步骤c中搅拌机的搅拌G值为40~250s-1，搅拌时间为2~7min，本发明的助凝剂选用聚丙烯酰胺，本发明的聚丙烯酰胺的投加量为0.5 mg/L～2.5mg/L。
进一步的，本发明的步骤a、b、c中的一、二、三级混合池可分别设置为两格或多格形式，每格配置一台或多台搅拌机。
进一步的，本发明的步骤f中解絮机的电机转速为700~3000r/min，本发明的重介质回收机的滚筒表面的最大磁感应强度大于400mT，回收重介质的时候滚筒的旋转速度为10~60r/min。
本发明的有益效果
1.本发明的用于自来水处理的重介质粉适用于自来水和污水处理、粒径在25~63μm，使得重介质粉在生产过程中产生的废料更少因而生产成本更低，易于回收利用、对后续工序影响更小，提高饮用水处理效率。
2.本发明的用于自来水处理的重介质粉按照本发明配方生产出来的重介质粉磁性物含量为99.9%，在实际使用过程中重介质粉的回收率会更高，因此自来水处理的运行成本也会更低，且对混凝沉淀的后道工序的影响也更小。
3.本发明的用于自来水处理的重介质粉的配方中，配料物质为氧化镍（NiO）或者三氧化二铬（Cr2O3）或者氧化锰（MnO）或者氧化锌（ZnO）或者氧化钠（NaO）或者铁硅铝（FeSiAl）或者铁铝（FeAl）或者铁硅（FeSi）或者铁镍钼FeNi（Mo）中的一种或者几种，既可以有效保证重介质粉的温度性能特性，使得重介质粉在一年四季不同环境下经由重介质回收机的回收效率高；同时还使得重介质粉微粒表面充分钝化，避免极少量的悬浮重介质粉絮体在随水流流失进入后续超滤工艺阶段，对超滤膜表面形成伤害，有效延缓了超滤膜的使用寿命。
4.本发明使用重介质粉作为絮核逐步参与絮凝反应，加快了絮凝反应速度，缩短了絮体形成时间，提高了絮体的质量密度，以至于絮体进入沉淀池后也加快了絮体沉降速度，提高了处理效果。而由于重介质回收机利用高梯度永磁场对重介质粉进行高效回收，使得重介质粉可以循环使用，节省了运行成本。
5.本发明的用于自来水处理的重介质粉的使用方法中，同时一、二、三级混合池设置为两格或多格形式，适当延长了水力停留时间，使得搅拌更充分，强化了混凝效果。由于重介质粉参与了混凝沉淀过程，使得絮体形成、沉降所需要的时间比常规混凝沉淀少很多，因此，即使两格或多格形式设置的混合池结构适当延长了水力停留时间，总体上，重介质混凝沉淀比常规混凝沉淀仍然可以节省30~80%的时间。
6. 用本发明的重介质粉处理的自来水，自来水的出水指标中重金属离子或其他杂质的含量满足《生活饮用水卫生标准》GB 5749-2006、重金属离子或其他杂质的增加量满足《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范》GB/T 17219的要求。
附图说明
附图1为本发明一种用于自来水处理的重介质粉的使用方法在实际使用中的一种工艺流程图。
1-一级混合池；2-二级混合池；3-三级混合池；4-沉淀池；5-砂滤池；6-消毒池；7-重介质回收机；8-解絮机。
具体实施方式
本发明的目的在于针对市场急需和现有技术的不足，提供一种适用于自来水处理的重介质粉的配方及重介质粉在自来水处理领域的使用方法。
实施例1
一种用于自来水处理的重介质粉的配方，按重量百分比主要由以下组分组成：
四氧化三铁（Fe3O4） 85.00%
二氧化硅（SiO2） 7.50%
二氧化钛（TiO2） 2.90%
三氧化二铝（Al2O3） 1.70%
氧化钙（CaO） 1.50%
氧化镍（NiO） 0.05%
其它组分 1.25%
按照上述配方通过破碎、研磨、分筛、磁分离等多道工序制备得到的重介质粉成品中磁性物含量占比达到99.9%，其中重介质粉粒径范围为25μm，该粒径范围内的所述重介质粉占总质量的88%。
实施例2
一种用于自来水处理的重介质粉的配方，按重量百分比主要由以下组分组成：
四氧化三铁（Fe3O4） 93.00%
二氧化硅（SiO2） 2.00%
二氧化钛（TiO2） 0.50%
三氧化二铝（Al2O3） 0.10%
氧化钙（CaO） 0.20%
三氧化二铬（Cr2O3） 4.20%。
按照上述配方通过研磨分筛制备得到的重介质粉成品中磁性物含量占比达到99.9%，其中重介质粉粒径范围为63μm，该粒径范围内的所述重介质粉占总质量的92.3%。
实施例3
一种用于自来水处理的重介质粉的配方，按重量百分比主要由以下组分组成：
四氧化三铁（Fe3O4） 82.50%
二氧化硅（SiO2） 5.50%
二氧化钛（TiO2） 2.75%
三氧化二铝（Al2O3） 2.55%
氧化钙（CaO） 2.55%
氧化锰（MnO） 4.15%。
按照上述配方通过研磨分筛制备得到的重介质粉成品中磁性物含量占比达到99.9%，其中重介质粉粒径范围为44μm，该粒径范围内的所述重介质粉占总质量的99.9%。
由实施例1~3可知，本发明所提供的一种用于自来水处理的重介质粉，通过对本配方成分的恰当把控，可以使重介质粉在水中形成的重金属离子渗析，用本发明的重介质粉处理的自来水，自来水的出水指标中重金属离子或其他杂质的含量满足《生活饮用水卫生标准》GB 5749-2006、重金属离子或其他杂质的增加量满足《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范》GB/T 17219的要求。
实施例4
以长江下游某段江水作为待处理的原水，该原水的浊度为50-60NTU、COD为3~5mg/L，依次流经一级混合池1、二级混合池2、三级混合池3、沉淀池4、砂滤池5后，经消毒后出水，做两组对比试验，分别为实验组和对照组，每组实验重复三次，具体步骤如下：
（a）在实验组和对照组的一级混合池1中分别加入10mg/L铁盐与活性炭，开启搅拌机进行搅拌，搅拌机的G值为400s-1，搅拌时间为2min。
（b）在二级混合池2中，对照组加入100mg/L的普通重介质粉，而实验组加入本发明配方的重介质粉，其余条件一样，开启搅拌机进行搅拌，搅拌机的G值为200s-1，搅拌时间为2min。
（c）在三级混合池3中，对照组和实验组分别加入加入0.5mg/L聚丙烯酰胺，搅拌时间为4min。
（d）随后实验组和对照组原水进入沉淀池中沉淀4，原水中的污泥、胶体杂质等污染物在各级混合池中逐步凝聚形成絮体后，在沉淀池4实现絮体沉淀，沉淀池4停留时间为10min，设计上向流流速20m/h，取沉淀池出水、砂滤出水进行分析，试验结果如下表1所示。
（e）沉淀结束后，分为上清液和重介质粉的污泥，所述上清液进入砂滤池过滤5，经消毒池6消毒后出水。
（f）含重介质粉的污泥在沉淀池4沉淀后一部分直接回流进二级混合池2，一部分经解絮机8和重介质回收机7回收重介质粉，回收后的重介质粉进入二级混合池2循环使用
表1实验组和对照组分析结果
| 技术指标 | 对照组 | 实验组 |
| 沉砂出水浊度 （NTU） | 1.5~1.9 | 1.1~1.5 |
| 沉砂出水COD （mg/L） | 2.7~2.9 | 2.0~2.2 |
| 砂滤出水浊度 （NTU） | 0.08~0.22 | 0.04~0.06 |
| 消毒池出水浊度（NTU） | 0.11~0.15 | 0.04~0.05 |
对比上表可知，采用本发明中配方的重介质粉进行水处理时，与普通重介质粉相比，具有更好的水处理效果。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案或应用，均应视为落入本专利的权利保护范围。
Claims (9)
1.一种用于自来水处理的重介质粉的配方，其特征在于：所述重介质粉成品中磁性物含量占比达到99.9%，所述重介质粉粒径范围为25~63μm，该粒径范围内的所述重介质粉占总质量的85~100%，所述重介质粉按重量百分比主要由以下组分组成：
四氧化三铁（Fe3O4） 72.00~93.00%
二氧化硅（SiO2） 1.00~10.00%
二氧化钛（TiO2） 0.50~5.00%
三氧化二铝（Al2O3） 0.10~5.00%
氧化钙（CaO） 0.10~5.00%
配料物质 0.01~5.00%。
2.根据权利要求1所述的一种用于自来水处理的重介质粉的配方，其特征在于：所述配料物质为氧化镍（NiO）或者三氧化二铬（Cr2O3）或者氧化锰（MnO）或者氧化锌（ZnO）或者氧化钠（NaO）或者铁硅铝（FeSiAl）或者铁铝（FeAl）或者铁硅（FeSi）或者铁镍钼FeNi（Mo）中的一种或者几种。
3.根据权利要求1所述的一种用于自来水处理的重介质粉的配方，其特征在于：所述重介质粉经由破碎、研磨、分筛、磁分离等多道工序制备得到。
4.一种用于自来水处理的重介质粉的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
（a）将待处理的微污染的原水通过泵力或自流进入一级混合池，在一级混合池中投加混凝剂和粉末活性炭，开启搅拌机进行搅拌；
（b）经a步骤处理，含有混凝剂和粉末活性炭的原水自流进入二级混合池，在二级混合池中投加重介质粉，开启搅拌机进行搅拌；
（c）b步骤处理结束后，含有重介质粉、混凝剂和粉末活性炭的水自流进入三级混合池，在三级混合池中投加混凝剂，开启搅拌机进行搅拌，以重介质粉为核的重介质复合絮体在三级混合池中逐步生成；
（d）c步骤处理结束后，含有重介质复合絮体的水进入沉淀池中进行沉淀；
（e）沉淀结束后，分为上清液和含重介质复合絮体的污泥，所述上清液进入砂滤池过滤，并经后续消毒池消毒后形成自来水成品；
（f）含重介质复合絮体的污泥在沉淀池沉淀后一部分直接回流进二级混合池，另一部分经解絮机和重介质回收机回收重介质粉，回收后的重介质粉进入二级混合池循环使用。
5.根据权利要求4所述的一种用于自来水处理的重介质粉的使用方法，其特征在于：所述步骤a中的搅拌机的G值为300~1000s-1，搅拌时间为1~4min，所述混凝剂选用铁盐或铝盐或聚合盐类的一种或几种，所述混凝剂的投加浓度为4～10%。
6.根据权利要求4所述的一种用于自来水处理的重介质粉的使用方法，其特征在于：所述步骤b中的搅拌机的搅拌G值为150~550s-1，搅拌时间为1~4min；所述重介质粉的质量浓度保持为1~10%。
7.根据权利要求4所述的一种用于自来水处理的重介质粉的使用方法，其特征在于：所述步骤c中搅拌机的搅拌G值为40~250s-1，搅拌时间为2~7min，所述助凝剂选用聚丙烯酰胺，所述聚丙烯酰胺的投加量为0.5 mg/L～2.5mg/L。
8.根据权利要求4所述的一种用于自来水处理的重介质粉的使用方法，其特征在于：所述步骤a、b、c中的一、二、三级混合池可分别设置为两格或多格形式，每格配置一台或多台搅拌机。
9.根据权利要求4所述的一种用于自来水处理的重介质粉的使用方法，其特征在于：所述步骤f中解絮机的电机转速为700~3000r/min，所述重介质回收机的滚筒表面的最大磁感应强度大于400mT，回收重介质的时候滚筒的旋转速度为10~60r/min。
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