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CN103946162B - 用于在饮用水生产中从原水中吹除气态污染物的方法和装置 - Google Patents

用于在饮用水生产中从原水中吹除气态污染物的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于在饮用水的生产中从原水中吹除气态污染物的方法。所述方法包括步骤：将待处理的水引入到受屏蔽曝气机的顶部以及使水流经夹置有冲孔板的成叠的管状元件，同时使水经受逆流抽吸。在第二方面中，提出了一种根据本发明的方法的用于从原水中吹除气态污染物的装置。

Description

用于在饮用水生产中从原水中吹除气态污染物的方法和装置
技术领域
本发明的第一方面涉及用于在饮用水生产中从原水中吹除气态污染物的方法。在第二方面中，本发明涉及根据本发明的第一方面的方法的装置，该装置用于在饮用水生产中从原水中吹除气态污染物。
背景技术
在全世界很多地区，由于在可利用的原水中存在有害的气态污染物，使得质量符合要求的饮用水的供应陷入困境。这可能是因为特定流域内的人类活动所造成，但是也可能是由于地下的自然构造而形成。
在原水的气态污染物中，较为普遍的是硫化氢、侵蚀性二氧化碳、挥发性农药以及甲烷。而侵蚀性二氧化碳可腐蚀供水网络，硫化氢和甲烷通常与细菌的过度生长以及氧的消耗相关联。
对于甲烷而言，甲烷单胞菌属的细菌通过反应CH4+2O2→CO2+H2O获得能量，因此导致乏氧或缺氧的情况，进而促进微氧或厌氧的微生物的持续生长而成为供水设施和待供应的水上的一层粘液。此外，氧消耗对于确保通过沉淀来充分清除痕量物质(例如，水中的铁和锰)是必须的。因此，理想的是，甲烷在早期处理阶段被清除出原水。通常采用的最终饮用水中的甲烷极限值是0.01mg/L，而所述水中的氧的一般的需求量为不少于5mg/L。
用于去除给水设备处的甲烷的传统方法是在2-3米深的氧化痕量池(oxygenationtrackbasin)中进行的处理，压缩空气的气泡从所述氧化痕量池的底部释放。
替代性地，可在所谓的INKA扩散系统中进行水处理，其中，水在曝气池中被预充气并且随后涌入到数厘米深的层中的大致20-30m2的宽阔区域，在所述数厘米深的层中经历从下方的强烈的粗气泡空气扩散。
这两种方法在宽敞的场所进行水处理，这必须强有力地通风但是依然需防止外界的生物性质的污染物和非生物性质的污染物。可被提及的另一些不利因素为：需要大量的能量消耗和频繁的清洁来防止生物污染、喷嘴阻塞以及多种沉淀物在广阔的水下区域中积聚。
国际专利申请WO99/52829建议了曝气设备的一种更加简单的布置，其公开了一种用于水处理的装置，其中设想液滴的多重分裂发生在可交替定向的管道布置内。但是，观测到汇流的趋势，因为尤其是在采用很多叠置的管道的布置时已经分裂的液滴被发现合并成有限数量的显著的液流。
在专利FR857376中描述了一种汽提塔，其中，在通过一系列散布盘被再次分散之前，水滴被允许混合并且在若干倾斜的斜坡元件上形成层。但是，倾斜的斜坡元件占据了汽提塔内的大部分的可用空间并且与其水重分配功能分离，它们难以为从水中去除气态污染物做出实质程度的贡献。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提出一种用于在饮用水的生产中从水中去除气态污染物的方法和设备，其中，实现了紧凑、强劲、节能并有效地将污染物清除到很低的级别。此外，该方法是经济、简单并且环保的。
为是实现这一目的，根据本发明的第一方面，提出了一种用于在饮用水的生产中从水中去除气态污染物的方法，所述方法包括步骤：将含有气态污染物的水引入到受屏蔽曝气机的顶部，所述曝气机包括用于在处理过程的初期形成液滴的装置，以及用于通过与液滴进行接触而使液滴分裂的装置，所述用于使液滴分裂的装置被布置在所述用于形成液滴的装置的下方，其中，所述用于使液滴分裂的装置包括多个呈具有网状管壁的管的形式的管状元件，所述管状元件布置在多个平行的管状元件水平层中，所述管状元件被叠置为使得一层中的管状元件的纵轴相对于一个或多个相邻层中的管状元件的纵轴成角度地偏移；以及使水在重力作用下流经所述曝气机直至所述曝气机的底部，其中，借助于所述曝气机顶部的泵，空气被引入到所述曝气机的底部并且被抽吸到所述曝气机的顶部，并且与被吹除的污染物一起排出，并且其中，随着水在流经所述曝气机期间穿过夹置在所述管状元件的多个水平层之间的一个或多个冲孔板，引起水的气泡的形成和水平方向再分配。
发明人惊奇地发现，供给向上抽吸的空气与管状元件之间的冲孔板相结合不仅改变所述管状元件的使液滴完全分裂的能力(归因于通过每个冲孔板对水流的均匀地再分配，并且这不会占据太多空间)，而且还尤其气泡在各个板冲孔处大量产生。这两种效果相结合的结果是：实现了对气态污染物的最合适并且最彻底地去除。
通过发明人的发现，提出了一种简单的方法，其中，使水穿过气体和使气体穿过水的结合在受限的空间中完成，而能量损耗相当低。
优选地，板中的冲孔为椭圆形，所述椭圆形的宽度呈1.5-10mm，优选为2mm，所述椭圆形的长度度呈12-50mm，最优选为20mm。有利地，所述板由不锈钢制成并且厚度为1-5mm，优选1.5mm。优选地，所述冲孔占所述板的表面积的30-60％，最优选地，所述冲孔占所述板的表面积的40-60％。
根据本发明的优选实施例，气态污染物为硫化氢、侵蚀性二氧化碳、挥发性农药或优选为甲烷。但是同样还考虑了其它的碳氢化合物污染物。在一个替代性的实施例中，所述方法的执行考虑了曝气和处理的水的氧化的其它有益效果。
在本发明的有益实施例中，在曝气机中保持真空，使得减小了菌膜形成在曝气机的各种内部部件上的风险。提供真空不仅限制了曝气机给定位置处的微生物同时对氧气和甲烷的可用性，并且使得易于保持其密封并且防止污染物颗粒和生物体的侵入。
有益地，经处理的水从曝气机的底部被引导至砂滤器，以便去除残余的污染物。替代性地，经处理的水被引导至另一类型的过滤器或进行沉淀步骤，其中，通过氧化形成的沉淀物可被移至合适的容器(可选地，位于所述曝气机的底部)中。
为了实现前述目的，根据本发明的第二方面，提出了一种用于在饮用水的生产中从原水中吹除气态污染物的装置。所述装置包括受屏蔽曝气机，所述曝气机包括位于所述曝气机顶部的用于在处理过程的初期形成液滴的装置，以及用于通过与液滴进行接触使液滴分裂的装置，所述用于使液滴分裂的装置被布置在所述用于形成液滴的装置的下方。其中，所述用于使所述液滴分裂的装置包括多个呈具有网状管壁的管的形式的管状元件，所述管状元件布置在多个平行的管状元件水平层中，所述管状元件被叠置为使得一层中的管状元件的纵轴相对于一个或多个相邻层中的管状元件的纵轴成角度地偏移；所述管状元件允许分裂的液滴在重力作用下流经所述曝气机直至所述曝气机的底部。所述装置进一步包括位于所述曝气机的顶侧外部的抽吸泵和位于所述曝气机底部的空气入口，还包括一个或多个夹置在所述管状元件的多个水平层之间的冲孔板。
所述装置提供了与本发明第一方面相同或相似的优点，并且由于其对能量、材料和空间的低的要求使得其适于在原始的和/或受限的条件下安装和维护。
根据一个特定的有益实施例，所述受屏蔽曝气机具有模块化结构并且包括：顶部模块，所述顶部模块保持所述用于在处理过程初期形成液滴的装置；一个、两个、三个或更多个处理模块，每个所述处理模块保持所述管状元件的多个水平层和所述冲孔板中的至少一个冲孔板；以及底部模块；其中，所有模块或它们的内含组件能够独立更换并且可被维护。
在一个实施例中，受屏蔽曝气机具有特别限制的尺寸，从而使得其可以被容置在外部尺寸为80cm×120cm×300cm(对应于标准托盘尺寸)的容置空间中
附图说明
在下文中，将通过参考非限制性的附图来说明本发明的优选实施例。
图1示出了根据本发明的第二方面的装置的实施例，所述装置用于执行根据本发明第一方面的方法。所述装置从高位、倾斜的视角以透视的形式绘出。在图中，所述装置的一部分外表面被绘制为透明的以便能够观察到其内部部分。
图2从略微不同的视角示出了所述装置的一个类似的实施例。示出了封闭的装置的外表面，使得可观察到本实施例的模块化构造。
具体实施方式
参考图1，示出的设备的主要特征由下列附图标记示出：1为用于接收待在装置中处理的水的入口；2为配置有狭孔(未示出)的管道，所述狭孔用于通过水流在处理过程的初期穿过所述狭孔而形成液滴；3为多个用于引起液滴分裂的许多管状元件之中的一个，其按照具有网状管壁的管道的形式；4为冲孔板，5为具有空气出口6的抽吸泵；7为空气过滤器，出于清楚的原因，所述空气过滤器以拆卸状态示出。
在图2中，示出的封闭的装置的主要的附加特征由下列附图标记示出：8为顶部模块，所述顶部模块保持用于在处理过程初期形成液滴的装置(未示出)；9a，9b和9c为保持管状元件和冲孔板(未示出)的处理模块，并且每个处理模块都配置有用于维修的闸门；10为底部模块，经过处理的水通过水出口11从所述底部模块离开。
现在将给出对根据本发明的方法的优选实施例的概述。
大量携带有气态污染物的原水通过入口1引入至管道2，所述管道2配置有多个狭孔，使得到达的水以液滴的形式进入曝气机。在液滴下落穿过曝气机的过程中，所述液滴撞击在相互偏移90度的网状的管状元件3的多个交错层上，使得液滴被分裂为微液滴。微液滴的形成使得对于液滴体积而言导致了十分大的液滴表面积，因此可加强氧的富集。在当前实施例中，网状的管状元件由塑料制成并且呈现70mm的外径。所述管状元件使用板条固定并且容置在处理模块9a、9b和9c中，在每个处理模块9a、9b和9c中布满六层所述元件。在这些层内或层间，所述管状元件相互邻接。
在每个所述处理模块的底部，水到达板4，所述板4由几毫米厚度的不锈钢制成并且配置有多个狭孔，每个狭孔为几毫米宽并且略长。椭圆形开口比圆形孔更优选，因为椭圆形开口不易被含铁或含钙的沉淀物堵塞。所述板被保持在引导架中，使得它们可像烤箱中的烘焙板那样被取出来清洁。为了适应供应的水的量的变化，可用具有不同数量开口的板来相互替换。
这些板起两重用途，即，均匀的散布水(否则，水在穿过管状元件的过程中会集中在曝气机的特定区域)以及成为气泡形成的温床，因此所述板在氧气富集和排出气态污染物中起到了重要作用。
抽吸泵5极大地促进了冲孔板处的气泡产生，所述抽吸泵5产生从空气过滤器7的入口到抽吸泵出口6的逆流空气流，这有助于吹除污染物并且对水进行进一步曝气。此外，通过曝气机内的抽吸产生了真空度，这就使得易于保持曝气机密封并且防止了污染物颗粒或微生物的侵入。抽吸泵被设置为使得每小时大约4000m3大气空气的空气流穿过曝气机，该空气流在当前实施例中呈现大约0.8m2的水平横截面面积。真空度还可通过改变空气过滤器7的入口的直径来调节。
最后，水到达底部模块10，水从所述底部模块10穿过出口11到达砂滤器以便清除残余的气态污染物。
示例
安装根据本发明的装置并且在两个测试运行中接收含有高水平甲烷的原水。所述装置装备有不锈钢夹置板，所述不锈钢夹置板厚度为1.5mm并且42％的表面积被冲出为椭圆形的冲孔。每个冲孔呈现2mm的宽度和20mm的最大长度。
在一个测试中，在水的流速为13m3/h的情况下，甲烷浓度从20mg/L降低至0.6mg/L。
在另一个测试中，在将水的流速维持在35m3/h的情况下，甲烷浓度从8mg/L降低至0.13mg/L。
在两个测试中，在冲孔处观测到气泡大量产生。

Claims (7)

1.一种用于在饮用水的生产中从原水中吹除气态污染物的方法，所述方法包括步骤：
将含有气态污染物的水引入到受屏蔽曝气机的顶部，所述曝气机包括用于在处理过程的初期形成液滴的装置，以及用于通过与液滴进行接触而使液滴分裂的装置，所述用于使液滴分裂的装置被布置在所述用于形成液滴的装置的下方，其中，所述用于使液滴分裂的装置包括多个呈具有网状管壁的管的形式的管状元件，所述管状元件布置在数个平行的管状元件水平层中，所述管状元件被叠置为使得一层中的管状元件的纵轴相对于一个或多个相邻层中的管状元件的纵轴成角度地偏移；以及
使水在重力作用下流经所述曝气机直至所述曝气机的底部，
其中，借助于所述曝气机顶部的泵，空气被引入到所述曝气机的底部并且被抽吸到所述曝气机的顶部，并且与被吹除的污染物一起排出，
并且其中，随着水在流经所述曝气机期间穿过夹置在所述管状元件的多个水平层之间的一个或多个冲孔板，引起水的气泡的形成和水平方向再分配。
2.根据权利要求1所述方法，其中，所述气态污染物为硫化氢、侵蚀性二氧化碳、挥发性农药或甲烷。
3.根据权利要求2所述方法，其中，所述气态污染物为甲烷。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，经处理的水从所述曝气机的底部被引导至砂滤器，以便去除残余的污染物。
5.一种用于在饮用水的生产中从原水中吹除气态污染物的装置，所述装置包括：
受屏蔽曝气机，所述曝气机包括位于所述曝气机顶部的用于在处理过程的初期形成液滴的装置，以及用于通过与液滴进行接触而使液滴分裂的装置，所述用于使液滴分裂的装置被布置在所述用于形成液滴的装置的下方，其中，所述用于使液滴分裂的装置包括多个呈具有网状管壁的管的形式的管状元件，所述管状元件布置在多个平行的管状元件水平层中，所述管状元件被叠置为使得一层中的管状元件的纵轴相对于一个或多个相邻层中的管状元件的纵轴成角度地偏移；所述管状元件允许分裂的液滴在重力作用下流经所述曝气机直至所述曝气机的底部，
所述装置进一步包括位于所述曝气机的顶侧外部的抽吸泵和位于所述曝气机底部的空气入口，还包括一个或多个夹置在所述管状元件的多个水平层之间的冲孔板。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述受屏蔽曝气机具有模块化结构并且包括：顶部模块，所述顶部模块具有所述用于在处理过程的初期形成液滴的装置；一个、两个、三个或更多个处理模块，每个所述处理模块具有所述管状元件的多个水平层和所述冲孔板中的至少一个冲孔板；以及底部模块；
其中，所有模块或它们的内含组件能够独立更换并且可被维护。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其中，所述受屏蔽曝气机被容置在外部尺寸为80cm×120cm×300cm的空间中。
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