权利要求

包括快速沉淀步骤、然后直接在微过滤或超过滤膜 上过滤的步骤的水处理方法以及相应装置技术领域[01】本发明的领域是水处理领域。更确切的说，本发明涉及包括一液-固分离步骤和至少一过滤步骤的水处理方法。[02】本发明特别但不专门用于水的预处理，所述水用于随后进行反渗 透或纳米过滤膜处理。[03】更广泛的说，本发明特别用于：[04】-用于各种用途的废水再利用领域（工业处理水、微电子工艺用 水、地下水位渗透、饮用水等）；[05】-海水或盐水的脱盐；[06】-浊度和/或有机物变化很大的地表水处理；[07】-藻类或任何其它具有堵塞能力的有机或无机物质变化很大的地 表水处理。背景技术[08】普通地表水（河水、湖水或水库水）有时在纳米过滤膜上经过过 滤处理，以减少杀虫剂和其他可被纳米过滤除去的有机微污染物含量。[09】纳米过滤也可除去二价阴离子如磷酸盐，并降低其它盐类例如硝 酸盐的含量。[10]反渗透使用与这些纳米过滤的膜类似的膜，但是其具有更高的分 离能力。它可从水中去掉几乎所有的有机和无机污染物。反渗透特别用于 利用海水或盐水生产人类消耗用水、工艺用水或锅炉水。[11】反渗透还越来越多地用于作为废水再利用时的处理，以便在它经 过废水处理厂后生产工艺用水。[12】反渗透膜和纳米过滤膜一样对堵塞非常敏感，并且要求对水加以 预处理以降低堵塞能力。用于纳米过滤或反渗透的水的堵塞能力常常通过它的泥砂密度指数（SDI)进行度量， 一般希望通过预处理将该指数限制 到尽可能低的值，并且在任何情况下，将该指数限制在小于或等于4的值 (SDI^4)。[13】实际上，例如大于4的高SDI值会导致反渗透膜或纳米过滤膜的 过度堵塞，从而要求经常对膜进行化学清洗，因此降低了它们的寿命。[141目前在反渗透膜和纳米过滤膜处理的上游所釆用的预处理，通常 将低速的液-固分离（在低于15m/h的速度下的单一的或层状的沉淀或浮 选）与砂和/或碳过滤相结合。[15】经常在液-固分离的上游进行絮凝凝结。[16】但是，通过这些传统技术进行过预处理的水的SDI常常是波动的， 从而很难控制并且很难使其连续保持在小于或等于4的值。【17】而且，传统的预处理要求大容量的设备（在低于15m/h下沉淀， 一级式的颗粒材料上的过滤、甚至有时二级式过滤），并且不能连续生产 或很困难地产生需要的小于4的SDI值。发明内容[18】本发明的目的尤其是克服现有技术的缺点。[19】更确切的说，本发明的目的是提出可以比现有技术的方法更好地 控制经过处理的水的堵塞指数（或SDI)的处理方法，即，使该指数相对 于已知技术得到的指数降低。[20】本发明的目的还在于提出这样一种可降低相应设备体积的方法。 [21】本发明的目的还在于提出一种实施符合本发明的方法的装置。 [22】本发明的另一目的是提出设计简单并且容易实施的这样的方法和 装置。[23】通过本发明将达到这些目的和下面将出现的其它目的，本发明涉 及一种水处理方法，该方法包括一液-固分离步骤、然后至少一过滤步骤， 其特征在于，所述液-固分离步骤包括以大于15m/h的表面速度进行的沉淀 步骤；并且，所述过滤步骤直接在至少一微过滤膜或超过滤膜上进行。[25】因此，本发明与本领域技术人员以前的认识——即在预处理中， 只有釆用慢沉淀并将该沉淀与砂和/或碳过滤结合才能得到足够低的SDI——相矛盾。【26】但是申请人意外地发现，使用在高于15m/h并可达到30m/h以上、 甚至卯m/h至200m/h的速度下进行的快速液-固分离技术、然后在微过滤 或超过滤膜上进行直接过滤，而不插置初步的砂或无烟煤过滤，这种方式 可以紧凑并经济地连续得到SDI低于4甚至达到小于3、甚至小于2的水。[27】本发明克服了现有技术的两个缺陷，其包括：【28】•由于在低于15m/h的速度下操作的沉淀器与一个或更多的在颗 粒材料（通常为砂或砂-无烟煤结合）上过滤的步骤相结合而缺乏紧凑性；[29】-很难连续得到小于4的SDI。[30】根据第一实施例，所述液-固分离步骤通过利用密度大于水密度的 细惰性颗粒材料的加重絮凝沉淀（ballasted floe settling)进行。 [31】在这种情况下，所述加重絮凝沉淀步骤优选使用细砂进行。 [32】申请人进行的试验的确表明，连续得到SDI低于4并甚至常常低 于2可通过对水采用以下方式进行预处理来实现：在^^开号为FR-2 553 082和US-4 388 195的专利申请中所描述的加重泥渣絮凝沉淀器中在大于 15m/h的速度下进行第一液-固分离步骤，而当使用公开号为FR-2 627 704 和FR-2 719 234的专利中所描述的加重絮凝沉淀器时则通过在30m/h以上 和30m/h-90m/h甚至更快的浮选进行该第一液-固分离步骤；然后在加压或 浸入模块中进行第二微过滤（MF)或超过滤（UF)步骤。 【33】根据第二实施例，所述液-固分离步骤通过浮选进行。 [34】根据第三实施例，所述液-固分离步骤通过泥渣再循环利用加重絮 凝沉淀进行。【35]根据一有利的方案，该方法包括至少一解除所述膜堵塞的解堵步 骤，其中解堵水再循环到所述液-固分离步骤的上游。[36】才艮据一可能变型，该方法包括在所述液-固分离步骤期间在水中注 入属于以下组类的试剂中的至少一种的步骤：【37】-有机凝结剂；[38]-无机凝结剂；[39】画有机絮凝剂； [40】-无机絮凝剂； [41】-有机吸附剂； [42】-无才几吸附剂。【43】根据另一有利变型，该方法包括在所述液-固分离步骤与所述膜过 滤步骤之间在水中注入至少 一氧化试剂的至少 一 步骤。【44】在这种情况下，所述氧化试剂包括属于以下组类的试剂中的至少 一种：[45】-臭氧；【46】-含氯的氧化剂；[47】-过氧化氢。【481根据另一有利变型，该方法包括在所述液-固分离步骤与所述膜过 滤步骤之间进行的紫外线（UV)处理步骤。[49】根据另一变型，该方法包括至少一在液-固分离步骤与膜过滤步骤 之间向水中注入活性碳粉的步骤。【50】该方法优选包括在所述膜过滤步骤的下游进行的反渗透处理步[51】该方法包括在所述膜过滤步骤下游进行的纳米过滤步骤。 [52】本发明还涉及包括液-固分离部件和过滤部件的水处理装置，其特 征在于，所述液-固分离部件包括至少一在大于15m/h的表面速度运行的沉 淀槽，所述过滤部件包括第一过滤构件，所述第一过滤构件设置成使得： 在液-固分离步骤后利用至少 一微过滤膜或超过滤膜进行第 一过滤步骤。[53]根据第一实施例，所述液-固分离部件包括：凝结试剂注入部件； 至少一絮凝槽，所述絮凝槽与将细砂注入到所述絮凝槽中或该絮凝槽上游 的部件相结合；至少一沉淀槽，其与沉清7jc提取部件和澄清泥渣提取部件 相结合。[54】在这种情况下，该装置优选包括用于使澄清泥渣和砂的混合物再 循环到所述絮凝槽内或该絮凝槽上游的部件。[55]根据第二实施例，所述液-固分离部件包括至少一絮凝槽，所述至 少一絮凝槽与至少一孩史泡产生装置相结合。[56】该装置优选包括使膜解除堵塞的解堵水注入部件、和使所述解堵 水再循环到所述液-固分离部件处或该液-固分离部件上游的部件。[57】根据一有利方法，该装置包括在所述液-固分离部件的下游或上游 注入臭氧的部件。[58】该装置优选包括在所述第一过滤构件下游的纳米过滤部件或反渗 透膜过滤部件。[59】才艮据一有利方法，该装置包括用于绕过所述液-固分离部件的旁通 部件。[60】根据另一有利方法，该装置包括绕过所述臭氧注入部件的旁通部件。[61】因此，如果原水的多变质量能够进行这样的直接膜处理，就可以 进行直接的超过滤或微过滤处理，并且注入或不注入凝结剂或絮凝剂。附图说明【62】阅读下面参照附图对本发明的两个作为非限定示例给出的优选实 施例的描述，本发明的其它特征和优点将更加清楚地体现出来，附图如下： [63】-图l是根据一简化型式的本发明第一实施例的示意图； [64]-图2是根据一优选型式的本发明第二实施例的示意图。具体实施方式[65】如上所述，本发明的原理在于使用包括至少一液-固分离步骤然后 是至少一微过滤膜或超过滤膜过滤步骤的方法进行预处理水，其中液-固分 离步骤在大于15m/h的表面速度下进行，并且在所述超过滤或微过滤步骤 的上游没有进行惰性颗粒块过滤。[66]根据要处理的原水的性质和组成，通过加入以下试剂中的一种或 多种来改进预处理：[67]-无机凝结剂如铁盐或铝盐，或有机凝结剂如聚合物，其包括聚-己二烯二曱基氯化铵（diallyldimethyl ammonium chloride)(阳离子有机 聚合物），主要在液-固分离的上游，但作为选择，也可在MF膜或UF膜 的上游；[68】-有机絮凝剂，如丙烯酸聚合物，也可是无机絮凝剂，如粘土，主要在液-固分离的上游；[69】-氧化试剂或杀菌剂（优选为臭氧，但也可为氯和它的衍生物、 过氧化氢，或者甚至为紫外射线），在液-固分离与MF或UF过滤之间；[70】-有机的或无机的吸附剂，如活性碳粉，或在液-固分离的上游或 在所述分离与MF膜或UF膜步骤之间。[71】这些试剂主要用于以下情况：[72】-凝结剂和絮凝剂将用于有机物、胶质或悬浮颗粒浓度高的水；[73】-臭氧将用于带有藻类、浮游生物或其它活的微有机物的原水的 情况，例如在海藻生长步骤，也将用于含铁或锰的水或用于浑浊水的情况；【74】-活性碳粉将用于会影响水的堵塞能力的具有高烃浓度和溶解的 微污染物的水的情况。[75】该方法还可使微过滤膜或超过滤膜解除堵塞，并且解堵水优选再 循环到液-固分离装置的头部。[76】最后可能的反渗透或纳米过滤步骤在微过滤或超过滤步骤的下 游，对经过预处理的、因此连续显示SDI低于4的水进行。[77】根据图1所示的简化型式，用于实施上述方法的装置包括在单一 的或层状的沉淀技术或浮选中选择的高速（大于15m/h)液-固分离装置1， 然后是微过滤或超过滤膜过滤部件2。[78】优选在液-固分离步骤的上游设置有凝结剂注入部件3和絮凝剂注 入部件4。[79】使膜解堵的水的再循环部件5存在于液-固分离步骤的上游，以将 水的损失降至最低。[80】在图2示意性表示的优选型式中，本发明包括凝结部件3、絮凝部 件4和微砂加重絮凝沉淀部件1，其沉淀速度在15m/h到200m/h之间， 优选在30m/h到90m/h之间。[81】液-固分离部件包括在絮凝槽4下游的沉淀槽1,该沉淀槽与提取 经过沉清的水的部件lbl和提取澄清泥渣的部件lb2结合，这些部件设置 用于保证槽4(或其上游）中的澄清出的泥渣/砂的混合物进行再循环，并 保证将泥渣lb3抽提到泥渣处理装置。絮凝槽和沉淀槽的下游设有臭氧注 入部件6，以便按0.5 mg 03/1-5 mg 03/1的速度注入臭氧，然后设有用于超过滤膜或微过滤膜的过滤部件，解堵水通过循环管线5返回到絮凝-沉淀 部件的头部。[821絮凝槽优选包括微泡产生装置。[83】处理系统优选配设有旁通线路，用以绕过7液-固分离步骤并绕过 8选择性的臭氧处理步骤，从而在有或没有注入凝结剂或絮凝剂的情况下， 如果原水的可变质量允许这样的直接膜处理，则允许进行直接的超过滤或 微过滤处理。[84】可以利用注入部件10在液-固分离的头部注入化学试剂。[85】还可通过注入部件10或11在液-固分离的头部、在液-固分离与超过滤或微过滤步骤之间注入活性碳粉。[86】如果这是处理的最后目的，则通过反渗透膜过滤或纳米过滤处理9完成处理。[87]用上面描述的方法和装置进行了试验。 [88】列于表l中的结果如下。[89】地表原水：有色并含有有机物，试验期间浊度高达2000NTU，并 且5分钟的SDI大于15,该原水经过第一步骤：凝结（以每升水10 mg Al -12 mg Al的硫酸铝）、絮凝和在ACTIFLO (注册商标）加重絮凝沉淀器 中使用砂加重的沉淀。[卯l然后将浊度小于5 NTU并且15分钟的SDI小于6的净化水送往 阻断能力为O.lnm的微过滤模块。离开微过滤的水的浊度小于0.2 NTU， 并连续表现出SDI低于4。 table see original document page 11表l[91]在"ACTIFLO"净化步骤之后通过增加臭氧处理步骤来进行补充 试验（列于表2)。[92]当原水中的颗粒数大于2000 u/ml，而净化水中的颗粒数低于500u/ml时，臭氧处理可以使经过臭氧处理的净化水中的颗粒数保持在50u/ml -100u/ml，相当于15分钟的SDI低于5 (而不是没经过臭氧处理的净化水 的6)。[93】值得注意的是，对经过臭氧处理的净化水进行微过滤后得到的 SDI小于3 (小于没有经过臭氧处理得到的SDK 4的值）。 原水 净化水 经过微过滤的水颗粒数 u/ml >2000 <500 < 50-100SDI > 15 ( 5分钟） < 6 (15分钟） <5 (15分钟）表2

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