特种水质净化技术

（1）地下水除铁除锰技术    　　中国市政工种东北设计院建院30多年来，在地下水除铁除锰方面完成了50多项设计任务，积累了许多技术经验，而且在除锰技术理论上有创造性的研究成果，在国内已推广应用。    　　技术理论的要点是：地下水含铁、含锰水质中，铁锰多是共存的，只是各自的浓度不同，因而所选用的除铁除锰工艺也有所不同，如对低含铁锰量（铁＜5mg/L、锰＜1.5mg/L），可采用曝气、单级生物接触滤池；对高含铁、锰量（铁＜10mg/L、锰＜3mg/L），可采用两级曝气、两级接触生物过滤工艺处理。但生产经验表明，曝气接触锰矿过滤工艺在投产初期只能除铁、不能除高锰，直到活性滤膜成熟后，才能见效。前者是于1986年在沈阳李宫堡和沈阳采油厂地下水深度处理试验研究中首次镜检确定的；而后者两级曝气、两级过滤工艺是1978年在吉林省海龙县试验中首次获得成功。    　　海龙县某部队水源的设计能力为2000 m3/d，由于水质为低铁、高锰，因而采用二级工艺，即一级工艺采用跌水曝气和无阀滤池，二级工艺采用喷淋曝气和压力滤罐。投产后，当原水含铁量为2~4mg/L，锰为5~10mg/L时，出水铁含量＜0.3mg/L，锰含量为0。水质一直良好，运行稳定。    　　沈阳采油厂水厂设计规模为2万m3/d，由于水源为低铁低锰水质，铁含量为4~5mg/L，锰为0.3mg/L，故采用跌水曝气，天然锰砂过滤工艺，初投产时测定，出水中铁、锰均未达到饮用水水质标准。后来，将滤层厚度从原来的800mm，加厚到1200mm，投产后出水中铁、锰含量一直稳定在0.04mg/L。这表明加大滤层厚度，成为接触过滤，至关重要。    　　1987年，在沈阳石佛寺水源工程设计（设计规模为20万m3/d）中，采用二级跌水曝气和二级锰砂过滤工艺，1989年竣工投产后，当原水中含铁为4.88~5.25mg/L，含锰为0.3~0.5mg/L，氨氮为0.9~1.06mg/L，出水中，铁＜0.3mg/L，锰＜0.1mg/L安全达到标准。经过一段时间运行，发现生产测定资料中表明，一级曝气和一级过滤后的出水也可达标，不需要二级曝气、二级过滤工艺。    　　中国市政工程中南设计院对中南地区地下水除铁技术也作过较多的试验研究，并通过对中南地区24套地下水除铁构筑物进行了调查测定和分析。着重对石英砂滤料和双层滤料、板条曝气塔、小孔淋水、叶轮表曝等多种曝气方法，以及对深井回灌地层除技术等进行了研究，并将成果应用于湛江、南宁等地下水除铁工程中，都取得了成效    　　（2）电渗析技术在水处理中的应用    　　电渗析是在离子交换的基础上发展起来的新技术，但是与离子交换法不同，不需要再生，而是使用离子交换膜，在电场作用下，把电解质溶液浓缩和淡化，因而属于隔膜分离技术。    　　中国市政工程西北设计院自1958年开展电渗析技术的研究工作，并在试验室中取得了初步成果。自1969年山西阳泉煤矿生活饮用水的电渗析淡化站投入运转以来，目前全国已有一百多个单位使用了电渗析器。    　　电渗析技术就是在两级之间交替排列着阳、阴离子选择性透过膜，膜间用隔板隔开，隔板槽起着导水和通过电流的作用。当两极接通直流电源之后，水中的离子发生定向迁移，而阳离子只能通过阳离子交换膜，阴离子只能通过阴膜，相应出现水中离子“只出不进”和“只进不出”的两种隔室。在“只出不进”的隔室中离子越来越少，水逐渐被淡化，在相反的“只进不出”的隔室中离子越来越多，水逐渐被浓缩。因此，使水达到浓缩与淡化的目的。    　　电渗析在水处理技术中主要是利用淡化的原理，去除水中的离子，使水软化和脱盐。    　　电渗析器也用于淡化苦、咸水。中国市政工程西北设计院于1972年曾在有关单位协助下，在甘肃省会宁县郭城进行了电渗析处理苦、咸水生产性试验，积累了不少经验，同时对电渗析器的运行操作技术进行了改进，使运转周期长达1000小时以上，相应也增加了产水量，设备生活能力提高26%~34%，并且还提供了满足不同水质和水量的合理组装。其主要经验之一是经常倒换电极的基础上，采取超级限电流密度运转，使交换膜上的结垢速度大大放慢；之二是改变浓、淡水的比例（1:1.1~2.0），降低运转水压（0.1~0.14Mpa），从而减少了漏水量并防止装置中浓、淡水互相串水现象；之三是加长隔板流程，以减少组装时分段的数目。    　　为经济合理地解决老区少数民族和边远地区苦、咸水淡化，改善村民饮用水条件，将电渗析技术合理而有机地组合安装在普通4吨汽车上，实行移动式淡化处理供水，简称“淡化车”。这种车投资省，成本低、适应分散村庄的村民饮用水，利用汽车发动机作电渗析的电源。该车最大淡化水量可达50 m3/h。1981年中国市政工程华北设计院，研制出TJ－1型苦咸水电渗析淡化器新产品，具有除氟和除盐的双重效果和效益    　　（3）臭氧、活性炭深度处理水质及活性炭再生技术    　　受轻度污染的水（如带有土腥味），虽通过常规净水工艺后，但未能达到饮用水的标准。北京市市政设计院针对永定河引水及京密水系水源的水质情况及北京用水水质要求高的特点，对水的深度处理工艺，进行试验研究，采用臭氧――活性炭联合工艺。该工艺结合工程设计于1985年用于北京田村山水厂，设计能力17万m3/d，投产后净化效果为：当臭氧投加量2mg/L，接触时间10min，活性炭层高1m时，处理后出水的色、臭、味、汞及有机磷等污染物质等，均能达到国家饮用水卫生标准。经与其他处理工艺比较，臭氧、活性碳联合工艺的净水成本最低。    　　活性炭用于水的深度处理目前在全国已普遍推广。早在1975年，中国市政工程西北设计院就曾为兰州白银地区饮用水设计了活性炭深度处理及活性炭再生装置，设计规模为3万m3/d，自1975年投产以来，运转效果良好。其工艺流程为：砂滤水自下而上逆流通过活性炭吸附塔，出水流入清水池供管网。吸附塔内的饱和废炭由塔底定期脉动排出，水力输送至废炭贮存脱水斗，经自然脱水后，由真空泵提升进入真空提炭罐，而后负压吸入沸腾干燥，经热风干燥后进入直接电流加热再生炉，在贫氧条件下加热至850℃左右进行活性再生，再生炭落入水急冷器，由水射器输送到冲洗罐洗去炭沫，然后再用水力输送回吸附塔。    　　吸附系统由六个钢制吸附塔组成，每塔产水5000 m3/d，吸附塔直径4.5m，总高7.6m，每塔新华8号炭30吨，工作滤速13.4m/h，吸附时间12.6min。    　　再生系统分干燥与再生两大部分。干燥部分设有碳硅棒热源炉和多室沸腾各一台，热源炉由可控硅调压供电。二次电压为350~370V，工作电流为130~150A。功率为88kW·h，热风湿度约200~220℃,沸腾床尾气温度约110℃，热效率45.4%，进炭湿度约10℃，出炭温度70~90℃，沸腾床将饱和炭含水量从70~80℃降到6%左右（干基）。再生部分的直接电流加热再生炉系耐火砖砌成，总高3.4m，有效高度3m，炉膛断面为110×110mm，炉膛体积为0.036 m3,沿高度分成三段三相角形接电。相间由耐火砖筑成绝缘体，电极由六块763mm×185mm×40mm优质石墨组成。再生炉由可控硅调压供电，二次电压为60~75V，工作电流为140~160A，功率为16.6kW·h，热效率95%，每台炉生产量为76kg/h，入炉炭温约90℃，出炭温度850℃，炭在炉内再生时间为14.2min，尾气除尘后排空。    　　再生炭碘值恢复率闭幕词达新炭的的92%~98%，吸附系统及再生系统炭损耗总值平均5%，每公斤炭再生耗热为1600大卡，饮用水的活性炭消耗费为0.0127元／m3，运行费为0.0362元／m3，每公斤炭再生费为0.163元，经吸附净化后，水质全部符合国家饮用水标准。    　　该项目工艺技术应用于饮用水及工业用水的精制方面有普遍意义，并适宜在污水深度处理中应用。白银地区生活饮用水活性炭深度净化工程建成后，接受了国内许多单位参观；湖南长岭炼油厂等五个炼油厂相继参观该工程后均已建成炼废水深度处理装置，大连染料厂，重庆铁路枢纽站货车清洗站等单位参观该工程后，对吸附及再生工艺已仿制应用于生产。