发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种利用陶瓷膜与组合纳滤膜处理饮用水的方法，大大提高了地表水中土溴素、二甲基异莰醇的去除率，处理后的饮用水达到新版饮用水的标准，同时增大了陶瓷膜水通量，延长了清洗周期，提高了处理效率，降低了处理成本；本发明还提供其装置。

本发明所述的利用陶瓷膜与组合纳滤膜处理饮用水的方法，包括以下步骤：

（1）臭氧预氧化：在地表水中加入臭氧，进行预氧化；

（2）絮凝反应：在预氧化处理后的水中加入絮凝剂，进行絮凝反应；

（3）陶瓷膜催化氧化及过滤：在絮凝处理后的水中再次通入臭氧，然后经表面涂有二氧化钛烧结涂层的陶瓷膜过滤；

（4）纳滤过滤：经陶瓷膜过滤后的水进入纳滤装置进行过滤，纳滤装置包括三段串联的纳滤膜组件，其中一段纳滤膜组件的浓水进入二段纳滤膜组件，二段纳滤膜组件的浓水进入三段纳滤膜组件，一段、二段、三段纳滤膜组件的清水作为饮用水使用。

步骤（1）中，臭氧的加入量为0.1-10mg/L，优选为1-2mg/L。臭氧的加入可以杀死地表水中的藻类物质，使水中的微生物失去活性。臭氧的加入量太低，无法有效杀死水中的微生物，影响后续絮凝和过滤效果，若臭氧的加入量过高，就会产生较多的溴酸盐，增加后续纳滤的负荷，甚至无法得到有效去除，危害人体健康。

优选地，臭氧采用射流器方式加入，预氧化时间为1-10min。

步骤（2）中，絮凝剂为无机絮凝剂。例如含铝絮凝剂、含铁絮凝剂、或者含铝铁的复合絮凝剂；加入种类可以为一种，也可以为两种以上。絮凝剂加入量为0.5-50mg/L，优选为2.5-10mg/L。利用絮凝剂的网格捕捉作用，可以使水中的胶体物质形成大的颗粒。

优选地，絮凝反应时间为10-60min。

步骤（3）中，陶瓷膜为管状或中空纤维状，孔径为10-1000nm，优选20-200nm；陶瓷膜材质为氧化铝、氧化锆、氧化钛、碳化硅、堇青石、氧化硅中的一种或两种以上组合材料。

经预氧化和絮凝处理的水在进入陶瓷膜之前的管道中再次加入臭氧，臭氧的加入量为0.1-10mg/L，优选为2-5mg/L。

进入陶瓷膜后，絮凝剂和水中的胶体物质形成的大颗粒在陶瓷膜表面形成松散的滤饼层，可以有效防止小颗粒和藻类分泌物堵塞陶瓷膜孔。臭氧气体在水中形成微小的气泡，在陶瓷膜内部流道中形成湍流状态，使水流分布均匀，防止偏流和污染物堵塞流道，并在陶瓷膜表面起到震动和搅拌作用，防止污染物堵塞陶瓷膜表面的过滤孔。陶瓷膜表面的二氧化钛烧结涂层对臭氧起到催化作用，使臭氧产生羟基自由基，进一步杀灭和分解水中的藻类分泌物、土溴素及二甲基异莰醇等嗅味物质，同时防止陶瓷膜表面生物膜的形成。

利用陶瓷膜的筛分原理过滤掉水中的胶体颗粒，去除水中的部分土溴素和二甲基异莰醇等异味物质，经预氧化、絮凝及陶瓷膜催化氧化联合处理，水中土溴素去除率和二甲基异莰醇去除率提高，陶瓷膜运行一定时间后滤饼层会加厚，达到一定厚度后利用水力和气体反洗将滤饼层剥离掉，然后开启下一周期的运行。

利用陶瓷膜表面二氧化钛涂层的催化作用、臭氧的氧化作用、絮凝剂的混凝作用，三者联合使用既可以去除水中的嗅味物质，也增大了陶瓷膜的过滤通量，同时延长了陶瓷膜的清洗周期。

步骤（4）中，三段纳滤膜组件采用脱盐率为80-95%的高脱盐率纳滤膜，例如陶氏公司生产的NF90纳滤膜。

考虑到浓水含盐量不能超过下水道排放要求，一段纳滤膜组件和二段纳滤膜组件使用脱盐率为20-40%普通纳滤膜，例如陶氏公司生产的NF270。

其中，二段纳滤膜组件和三段纳滤膜组件之间增加段间泵，解决三段纳滤膜组件流量偏低的问题。

纳滤装置采用三段串联的纳滤膜组件，这种组合方式可以将水中的大部分有机物过滤掉，同时保留部分无机盐，对土溴素和二甲基异莰醇的去除率比普通纳滤装置有所提高。

本发明所述的利用陶瓷膜与组合纳滤膜处理饮用水的装置，包括依次相连的臭氧反应池、絮凝反应池、陶瓷膜组件、陶瓷膜产水池、一段纳滤膜组件、二段纳滤膜组件和三段纳滤膜组件，其中臭氧反应池进水口连接地表水输送管道，一段纳滤膜组件、二段纳滤膜组件和三段纳滤膜组件的清水出口连接饮用水输送管道；所述臭氧反应池和陶瓷膜组件的进水管连接臭氧发生器，所述絮凝反应池的进水管连接絮凝剂添加装置。

其中，絮凝反应池与陶瓷膜组件之间的管道上设有1#增压泵，陶瓷膜产水池与一段纳滤膜组件之间的管道上设有2#增压泵，二段纳滤膜组件与三段纳滤膜组件之间的管道上设有段间泵。

所述三段纳滤膜组件的浓水出口连接浓水排放管道。

所述装置的运行过程如下：

地表水在输送管道中加入臭氧，然后通入臭氧反应池进行预氧化反应，反应结束后，排水中混入絮凝剂，再通入絮凝反应池进行絮凝反应，反应结束后，排水经1#增压泵提高压力后加入臭氧，再通入陶瓷膜组件，经陶瓷膜过滤后的产水进入陶瓷膜产水池，经2#增压泵提高压力后通入一段纳滤膜组件，一段纳滤膜组件产生的浓水进入二段纳滤膜组件，二段纳滤膜组件产生的浓水经段间泵提高压力后进入三段纳滤膜组件，三段纳滤膜组件产生的浓水排放，一段纳滤膜组件、二段纳滤膜组件和三段纳滤膜组件产生的清水作为饮用水饮用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明采用陶瓷膜与臭氧组合工艺处理饮用水，用臭氧杀灭水中的藻类等微生物，利用陶瓷膜耐氧化的特点及陶瓷膜表面的二氧化钛涂层催化臭氧，进一步分解水中的土溴素及二甲基异莰醇等嗅味物质，经二氧化钛催化后的臭氧在去除水中嗅味物质的同时也防止在陶瓷膜表面形成生物膜，部分臭氧在陶瓷膜内部成喘流状态并在陶瓷膜表面起到震动和搅拌作用，从而使陶瓷膜的过滤通量增大；

（2）本发明采用陶瓷膜与臭氧及絮凝组合工艺处理饮用水，絮凝剂在陶瓷膜表面形成松散的滤饼层，从而防止小颗粒和藻类分泌物堵塞陶瓷膜孔，利用陶瓷膜催化臭氧进一步分解水中的嗅味物质，经预氧化、絮凝及陶瓷膜催化氧化联合处理，水中土溴素去除率可以达到46％，二甲基异莰醇去除率可以达到49％，同时也增大了陶瓷膜的过滤通量和延长了陶瓷膜的清洗周期，与单独采用陶瓷膜处理地表水相比，其水通量增加177％以上，清洗周期延长30倍；

（3）本发明纳滤装置采用一级三段设计，第一和第二段采用普通纳滤膜，第三段采用高脱盐率钠滤膜，第二段和第三段之间增加段间泵，这种组合纳滤装置大大提高了土溴素和二甲基异莰醇的去除率，土溴素去除率可以达到87％，二甲基异莰醇去除率可以达到84％；

（4）本发明采用陶瓷膜、臭氧及絮凝剂强化混凝与组合式纳滤相结合的工艺处理饮用水，经处理后水中土溴素和二甲基异莰醇的含量均能达到国家新版饮用水标准，即两种物质含量≤0.00001mg/L，水中硬度也能降低65％以上，含盐量降低37％以上，抗生素降低90-97％，纳滤浓水含盐量＜1600ppm，既符合排入下水道、海洋和河道标准，也符合景观用水等回用水标准。