[發明專利]亞鐵離子活化過硫酸鹽預處理提升超濾膜凈水效能的裝置及應用方法

在審

• 申請號: 201710249845.8
• 申請日: 2017-04-17
• 公開（公告）號: CN106865717A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 梁恒;成小翔;朱學武;甘振東;唐小斌
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學水資源國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: C02F1/52
• 分類號: C02F1/52;C02F1/72
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及亞鐵離子活化過硫酸鹽預處理提升超濾膜凈水效能的裝置及應用方法。

背景技術

超濾膜能有效地截留水體中的顆粒物、膠體、大分子有機污染物和微生物等，因而逐漸成為水處理領域研究的熱點，并在大型水廠中得到了規模化應用。但在實際應用中，以超濾為核心的膜法水處理技術仍存在一定的局限性，如長期運行過程中存在的膜污染問題，這關系著大型水廠生產運行的穩定性；此外，超濾膜對于水體中存在的內分泌干擾物、藥物和個人護理品、抗生素等微量污染物去除效果有限，這也限制了超濾技術的進一步發展。

目前，為了緩解超濾膜污染、提升膜凈水效能，普遍采用的方法是在膜前進行預處理，主要預處理方式包括混凝、吸附和氧化等，但這些常用的預處理方式在實際應用時會存在一些問題。例如，Zhang等人(Journal ofMembrane Science，2015，493:683-689)研究表明，羥鋁基氯化物混凝預處理能夠有效緩解藻源型有機物引發的膜污染，但對微囊藻毒素的去除能力有限；Shao等人(Journal ofMembrane Science，2016，500:99-105)發現采用粉末活性炭(PAC)作為膜前預處理時，在PAC與腐殖酸的協同作用下，超濾膜表面會形成嚴重的復合污染；Cheng等人(Journal ofMembrane Science，2016，505:15-25)發現，臭氧氧化預處理雖然能在一定程度上緩解超濾膜有機污染，但卻增加了出水中有機物含量。

發明內容

本發明是要解決超濾膜運行中存在的膜污染及微量有機物去除效果較差，常規預處理技術不能有效緩解超濾膜污染和強化污染物去除的問題，而提供亞鐵離子活化過硫酸鹽預處理提升超濾膜凈水效能的裝置及利用該裝置進行水處理的方法。

本發明亞鐵離子活化過硫酸鹽預處理提升超濾膜凈水效能的裝置由原水管路、亞鐵離子投加裝置、過硫酸鹽投加裝置、氧化混凝反應池、沉淀池和超濾膜組件組成；所述原水管路上沿水流方向依次設置有亞鐵離子投加裝置和過硫酸鹽投加裝置，所述原水管路的出口與氧化混凝反應池的進水口相連，所述氧化混凝反應池的出水口與所述沉淀池的進水口相連，所述沉淀池的出水口與所述超濾膜組件的進水口相連。

亞鐵離子活化過硫酸鹽預處理提升超濾膜凈水效能的裝置的應用方法，按以下步驟進行：一、將原水通入到原水管路中，通過亞鐵離子投加裝置向原水中投加亞鐵離子溶液；然后通過過硫酸鹽投加裝置向原水中投加過硫酸鹽溶液，控制原水中過硫酸鹽和亞鐵離子的摩爾比為1:1，得到含有亞鐵離子和過硫酸鹽的水體；所述亞鐵離子溶液為硫酸亞鐵溶液或氯化亞鐵溶液；所述過硫酸鹽溶液的投加量為0.05mmol/L～0.2mmol/L；

二、將含有亞鐵離子和過硫酸鹽的水體送入氧化混凝反應池中，水力停留時間為10min～20min，經氧化混凝后的水體送入沉淀池進行沉淀，經沉淀處理后的出水送入超濾膜組件中進行處理。

本發明的原理為：

(1)亞鐵離子可以活化過一硫酸鹽或過二硫酸鹽，反應同時生成三價鐵離子(Fe³⁺)和硫酸根自由基(SO₄·-)，SO₄^·-在水體中可以轉換成羥基自由基(·OH)，具體反應式如下：

Fe²⁺+HSO^5-→Fe³⁺+SO₄^·-+OH^-；

Fe²⁺+S₂O₈^2-→Fe³⁺+SO₄^·-+SO₄^2-；

SO₄^·-+OH^-→·OH+SO₄^2-；

(2)Fe³⁺可用作混凝劑，通過絮凝作用與水體中顆粒物、膠體及大分子有機物等反應形成絮體，SO₄^·-和·OH的氧化作用能夠強化混凝效果，增加絮體粒徑而改善沉降性能，從而更好的去除引起超濾膜污染的大分子有機物，緩解膜污染。

(3)SO₄^·-和·OH具有強氧化性，可以將水體中存在的微量有機污染物氧化成中間產物或部分降解，從而降低其生物毒性。