一種濾料表面活性氧化膜的原位剝離方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于飲用水處理技術領域，主要涉及一種水廠中具備催化氧化去除氨氮功能的濾池濾料表面活性氧化膜原位剝離的技術方法，具體涉及一種技術可行、操作簡單、成本低廉、效果顯著的濾料表面活性氧化膜剝離的技術方法。
【背景技術】
[0002]近年來，我國水污染日趨嚴重，飲用水水源也受到不同程度的污染，尤其是近年來全國各地飲用水水源Fe、Mn和氨氮等復合微污染問題的加劇，對飲用水水質安全造成了直接威脅，而常規的飲用水凈化工藝已難以保證處理后飲用水的達標供應。
[0003]水廠過濾裝置中加入石英砂濾料形成濾料層，隨著水處理過程的進行，石英砂濾料表面會形成一層濾膜，濾膜會隨著時間增長，該濾膜即濾料表面活性氧化膜。研究表明，在特定條件下，石英砂濾料表面形成的Fe/Mn氧化物活性氧化膜具有催化氧化去除水中氨氮的能力，其原理認為通過活性氧化膜的催化作用降低了化學氧化所需的反應活化能，從而大大提高了對氨氮的氧化速度和氧化效率。該技術合理集成了傳質充氧、自然氧化、化學氧化、截留過濾、物理化學吸附、接觸催化氧化等多種作用機理和功能，可協同、有效地去除水中氨氮、Fe、Mn、色度和濁度，具有運行成本低、處理效率高、運行穩定、水質安全性高等優勢。
[0004]但是，利用該技術的水廠在持續運行幾年后，濾料表面的活性氧化膜會越來越厚，過厚的活性氧化膜會導致濾層的孔隙率大大降低，增大了濾池的水頭損失，降低了濾池的截污和納污能力，導致濾池的過濾周期縮短，產水量下降。目前，恢復常規濾池過濾能力最常用的的方法主要是反沖洗，但對于濾料表面形成結構致密緊實的Fe/Mn復合氧化物膜的催化氧化濾池而言，常規的氣水反沖洗條件不能使氧化膜有效剝離，而單靠增大氣水反沖洗強度不但剝離效果很差，而且用水量和運行成本大幅提高，濾料大量流失。若將濾料移出濾池進行剝膜再生，又會影響水廠生產，工程量和處理費用大大提高。
【發明內容】
[0005]針對現有技術的不足，本發明的目的在于，提供一種濾料表面活性氧化膜有效剝離的技術方法，不僅能夠實現活性氧化膜的有效剝離，恢復濾池的過濾周期，同時還能保證剝離后濾料表面氧化膜的活性不受影響，實現技術可行、操作簡單、成本低廉、效果顯著之目的。
[0006]為了實現上述任務，本發明采用如下技術方案予以實現:
[0007]—種濾料表面活性氧化膜的原位剝離方法，該方法在過濾裝置中接入一套藥液投加裝置，通過藥液投加裝置向濾料中加入剝膜劑浸泡濾料，實現濾料表面活性氧化膜的原位剝離。
[0008]本發明還具有如下區別技術特征:
[0009]所述的濾料表面活性氧化膜為濾料表面形成的Fe/Mn復合氧化物膜。
[0010]所述的剝膜劑為質量濃度為0.5g/L?1.5g/L的HCl溶液或質量濃度為1.0g/L?
1.5g/L 的 H2SO4溶液。
[0011]所述的剝膜劑淹沒濾料后，剝膜劑的液面高出濾料頂面0.2m?0.4m。
[0012]所述的過濾裝置通過反沖洗管道與氣水反沖洗裝置相連通，所述的剝膜劑浸泡濾料過程中采用氣水反沖洗裝置向過濾裝置中通入反沖洗氣體。
[0013]所述反沖洗氣體的氣沖強度在剝膜階段中為常規砂濾池反沖洗氣沖強度的1/2?2/3，在剝膜階段完成后進行的反沖洗階段中的氣沖強度與常規砂濾池反沖洗氣沖強度相同。
[0014]當濾料表面活性氧化膜的厚度大于等于ΙΟΟμπι時，開始向過濾裝置中加入剝膜劑，進行剝膜階段；當濾料表面活性氧化膜的厚度小于等于40 μ m時，停止向水過濾裝置中加入剝膜劑，完成剝膜階段，通過反沖洗階段將剝膜劑和剝離下來的濾料表面活性氧化膜沖洗掉。一般情況下，剝膜過程結束的最終標志為活性氧化膜厚度剝至20?40 μ m左右。
[0015]所述的過濾裝置通過反沖洗管道與藥液投加裝置相連通；所述的藥液投加裝置包括配藥罐，配藥罐與投藥栗連通，投藥栗與流量計連通，流量計通過閥門與投藥管連通，投藥管與反沖洗管道連通。
[0016]具體的，所述的過濾裝置包括濾料層、承托層、布水/布氣裝置、排水渠、閥門與排水管，濾料層下方設置有承托層，承托層下方設置有布水/布氣裝置，布水/布氣裝置與反沖洗管道連通；濾料層上方設置有與濾料層連通的排水渠，排水渠通過閥門與排水管連通。
[0017]所述布水/布氣裝置主要用于過濾系統反沖洗過程的均勻布水和配氣，可采用穿孔管、濾磚、濾頭等形式。
[0018]具體的，所述的氣水反沖洗裝置包括兩條并聯的支路，一條支路上依次串聯有鼓風機、流量計、閥門和氣水分離器，另一條支路上依次串聯有反沖洗水栗、流量計和閥門，兩條支路并聯后通過配水/配氣管與反沖洗管道連通。
[0019]反沖洗水主要用于清洗去除濾料表面剝落的活性氧化膜，同時將濾料清洗干凈，水沖強度與常規砂濾池的反沖洗強度相同。
[0020]反沖洗氣的作用主要有兩個目的:一是在剝膜階段，用于攪動濾層，利用空氣上升擾動使濾料和剝膜劑充分攪拌、混合、接觸和反應，加快剝膜速率，氣沖強度為常規砂濾池反沖洗氣強度的1/3?1/2，以濾層輕微膨脹為宜；二是在反沖洗階段，用于過濾裝置的氣水反沖洗時提供氣源，氣沖強度與常規砂濾池的反沖洗氣強度相同。
[0021]本發明的有益效果在于:
[0022]( I )提供了一種濾料表面活性氧化膜原位剝離的工藝方法，既實現了濾料表面活性氧化膜在原有濾池中進行高效剝離，又保證了濾料活性不被破壞，大大延長了濾池的過濾周期。
[0023]( II )本發明所采用的技術方法僅需在現狀或新建濾池中增加一套藥液投加裝置，無需改造現有系統，實施簡單、投資節省及運行方便。
[0024]( III)此發明所采用的剝膜劑原料為普通的酸溶液，原料具有成本低廉、來源廣泛、易于保存等優點。
[0025]( IV )該系統模塊化程度高，能夠實現各子系統的精確控制和運行，從而能夠根據環境變化實時調節運行工況，使整個系統始終處于最高效的運行狀態，大大加快了濾料的剝膜速率。
[0026]( V )剝膜過程的氣沖主要作用是既實現濾料與剝膜劑的充分混合接觸反應，又可保留原有的氣水反沖洗裝置，無需外加其他攪拌混合反應裝置，使系統能耗降低。
【附圖說明】
[0027]圖1是剝膜過程的示意圖。
[0028]圖2是剝膜劑的投加系統示意圖。
[0029]圖3是不同浸泡時間下的脫膜率。
[0030]圖4是成熟的活性濾料的SEM圖像(X 5000)。
[0031]圖5是石英砂生料的SEM圖像(X 3000)。
[0032]圖6是成熟的活性濾料被HCl脫膜后的濾料的SEM圖像(X 5000)。
[0033]圖7是成熟的活性濾料被H2SOJ^膜后的濾料的SEM圖像(X 5000)。
[0034]圖中各個標號的含義為:a、過濾裝置；b、氣水反沖洗裝置；c、藥液投加裝置；1、濾料層；2、承托層；3、布水/布氣裝置；4、排水渠；5、反沖洗水栗；6、鼓風機；7、配藥罐；8、投藥栗；9-1、9-2、9-3均為流量計；10-1、10-2、10-3、10-4均為閥門；11、反沖洗管道；12、配水/配氣管，12-1、配水管，12-2、配氣管；13、投藥管；14、排水管；15、氣水分離器。
[0035]以下結合附圖和實施例對本發明的具體內容作進一步詳細地說明。
【具體實施方式】
[0036]針對【背景技術】中的難題，需要解決的一個技術問題就是:提出一種適宜、高效的濾料表面氧化膜的原位剝膜方法，以解決現有工藝技術中存在的問題，不僅能夠實現活性氧化膜的有效剝離以恢復濾池的過濾周期，同時還要保證不降低濾料表面氧化膜的催化氧化活性。
[0037]遵從上述技術方案，如圖1和圖2所示，本發明給出一種濾料表面活性氧化膜的原位剝離方法，該方法在過濾裝置a中接入一套藥液投加裝置C，通過藥液投加裝置c向過濾裝置a中加入剝膜劑浸泡濾料，實現濾料表面活性氧化膜的原位剝離。
[0038]具體的，濾料表面活性氧化膜為濾料表面形成的Fe/Mn復合氧化物膜。
[0039]具體的，所述的剝膜劑為質量濃度為0.5g/L?1.5g/L的HCl溶液或質量濃度為
1.0g/L ?1.5g/L 的 H2SO4溶液。
[0040]優選的，剝膜劑淹沒濾料后，剝膜劑的液面高出濾料頂面0.2m?0.4m。
[0041]優選的，過濾裝置a通過反沖洗管道11與氣水反沖洗裝置b相連通，所述的剝膜劑浸泡濾料過程中采用氣水反沖洗裝置b向過濾裝置a中通入反沖洗氣體。
[0042]更優選的，所述反沖洗氣體的氣沖強度在剝膜階段中為常規砂濾池反沖洗氣沖強度的1/2?2/3，在剝膜階段完成后進行的反沖洗階段中的氣沖強度與常規砂濾池反沖洗氣沖強度相同。
[0043]進一步地，當濾料表面活性氧化膜的厚度大于等于100 μ m時，開始向過濾裝置中加入剝膜劑，進行剝膜階段；當濾料表面活性氧化膜的厚度小于等于40 μπι時，停止向水過濾裝置中加入剝膜劑，完成剝膜階段，通過反沖洗階段將剝膜劑和剝離下來的濾料表面活性氧化膜沖洗掉。
[0044]具體的，過濾裝置a通過反沖洗管道11與藥液投加裝置c相連通；所述的藥液投加裝置c包括配藥罐7，配藥罐7與投藥栗8連通，投藥栗8與流量計9-3連通，流量計9-3通過閥門10-3與投藥管13連通，投藥管13與反沖洗管道11連通。
[0045]具體的，過濾裝置a包括濾料層1、承托層2、布水/布氣裝置3、排水渠4、閥門10_4與排水管14，濾料層I下方設置有承托層2，承托層2下部設置有布水/布氣裝置3，布水/布氣裝置3與反沖洗管道11連通；濾料層I上方設置有與濾料層I連通的排水渠4