本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种一体化饮用水处理系统。
背景技术：
氯消毒以其广谱、有效的杀菌作用广泛应用于饮用水处理,但消毒过程中生成的副产物对人体的健康有害。美国国家癌症协会发现氯仿对动物具有致癌作用,流行病学家发现膀胱癌、直肠癌等的发病率和饮用氯消毒的水量之间有潜在相关性。因此寻找一种可以替代氯消毒的技术非常有必要。
而凭借高效、快速、无消毒副产物、操作简便等优势，紫外线消毒技术已被广泛应用于世界各地的给水厂以及污水处理厂，渐渐取代了传统的投药消毒。紫外消毒的原理是：c-波段的紫外线透过微生物的细胞壁或细胞膜，辐照其dna或rna，使之生成嘧啶二聚体进而失去自我复制的能力。
然而这并没有彻底杀死微生物，被紫外线灭活的微生物在自然光的照射下，其嘧啶二聚体会发生解聚，进而重新获得繁殖能力。这种现象被称为“光复活”现象，这给经紫外线消毒后的出水带来了一定的安全隐患。除此之外，紫外线消毒还有以下缺点：能耗大、无持久杀菌能力、浊度和水中悬浮物(ss)对杀菌效果影响较大、存在某些耐紫外线的病毒等。
光催化技术被认为是当今最具发展前景的新技术之一，中国发明专利提到一种臭氧催化氧化去除氯化消毒副产物三氯乙醛的方法，包括采用臭氧o3、过氧化氢(h2o2)和二氧化钛(ti02)催化氧化去除氯化消毒副产物三氯乙醛。该方法克服了单纯臭氧氧化氧化不彻底的问题，产生的·oh氧化性极强，几乎能够去除水体中所有的氯化消毒副产物三氯乙醛，该方法虽然采用臭氧进行氧化，解决了氯的消毒副产物，但是仍然存在的问题是当进水中存在溴酸盐时臭氧的投加也会导致消毒副产物的生成。
现有中国发明专利中公布了一种改进的纳米tio2光催化生物转盘，它是由叶片和位于叶片两侧的挡片构成，叶片和挡片内外侧面分别种植仿生水草和镀二氧化钛。该技术虽然光催化剂进行了负载，但仍存在以下问题：(1)目前的装置转盘的盘片催化剂利用率低，其通常只能利用载体一面所负载得二氧化钛，二氧化钛的覆盖面积少；(2)目前的催化剂需要紫外光激发，增加了能耗和不稳定性。
总的来说，现有技术存在的紫外消毒设备功能单一、能耗较大、杀菌能力较差、存在“光致复活”安全隐患、对微量或痕量有机污染物无法去除；氯氧化易导致消毒副产物的产生；光催化剂易团聚、难分离、难回收等问题。因此，有必要对现有技术进行改进。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种一体化饮用水处理系统，采用将饮用水处理工艺组合在一个池体中，具有空间利用率高、消毒杀菌效果好、陶瓷膜使用寿命长、建造与运行成本低、可降解水体中的微量甚至痕量有机污染物等优点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种一体化饮用水处理系统，将饮用水处理工艺组合在一个池体中，池体内从下到上依次设有混凝沉淀区、臭氧-活性炭区、消毒区和活化区，所述消毒区通过陶瓷膜紫外光进行深度处理。
根据以上方案，在进水管道处设置有流量调节装置和水质检测仪器。
根据以上方案，所述混凝沉淀区内设有加药管、隔板，折板和斜板，底部设有排污管，并且在混凝沉淀区设置有挡板将混凝沉淀区分为混凝区和沉淀区。加药管设置在混凝区的进水口处，在进水进行加药，并在混凝区的上端设置有与池壁成120°的大隔板，大隔板方向相对交替设置，在最开始的两个大隔板上设置有垂直于隔板的小隔板，小隔板通过不断的改变水流方向以确保水流中的有机物能与混凝剂充分混合。之后的两个隔板上同样设置小隔板，此时小隔板与大隔板之间的角度成120°，以减少水流的紊乱程度，最后两个大隔板上不设置小隔板，进一步降低水流紊乱程度，采用逐步减少水流紊乱程度的形式，有利于之后的沉淀。并在前4个大隔板的侧面设置有刮泥装置，定期进行清洁。在混凝区的上半部分填充水，使得隔板区域的水能以水流的形式进入，以保证混凝的顺利进行。在混凝沉淀区的下端设置有3个折板将沉淀区划分为4个部分，前2个部分主要是利用混凝物的自然沉淀进行去除，而后两个部分是利用斜板与混凝物的物理碰撞进行去除以保证的臭氧-活性炭处理和消毒处理可以顺利进行，。混凝区由于设置有隔板，所以水流的紊乱的程度大，有利于提高混凝效果，而混凝沉淀区的出水区由于折板和斜板的作用使得水流的紊乱程度低，有利于水中的混凝物的沉淀，并且在混凝沉淀区的下端设置的污泥管道，可以将混凝区的污泥进行排放。在沉淀区设置有阀门可以连通消毒区，并且可以通过阀门的大小控制进入消毒池的流量，当阀门打开时水会直接进入消毒区；当阀门关闭时水会通过溢流堰进入臭氧-活性炭区。
根据以上方案，所述臭氧-活性炭区设有臭氧曝气头、微孔板、活性炭，所述活性炭置于所述微孔板之上。所述的微孔板不仅可以对活性炭起到支撑作用，而且还可以对絮凝沉淀区中未沉淀的絮凝物进行过滤作用，臭氧-活性炭区主要是利用活性炭的吸附作用吸附水中微量的有机物，以及臭氧的氧化作用可以对大分子有机物进行降解。在活性炭上面设置臭氧曝气头，臭氧可以先将进水中的有机物进行氧化，氧化成易被活性炭所吸附的小分子的有机物，然后这些小分子有机物会被活性炭所吸附进一步被臭氧所氧化，此时臭氧氧化这些小分子有机物是为了可以进一步氧化达到矿化的效果，保证出水水质安全，整个过滤层的高度为1-2m，同时在活性炭下方设置有微孔板，可以对活性炭起到支撑作用，也可以对水体起到过滤的作用。
根据以上方案，所述微孔板为cu-zn合金材料微孔板，孔板厚度为2mm，孔径为2mm。
所述的臭氧-活性炭区的活性炭层采用气水反冲洗，通过打开设置在陶瓷膜下曝气头进行曝气，产生的气泡会对活性炭造成震动和擦洗作用，使得附着在活性炭上的污染物脱落，并从臭氧-活性炭区上端的排水管排出。
根据以上方案，所述消毒区设有陶瓷膜和紫外灯管，所述陶瓷膜上通过浸渍方式涂布有光催化剂。由于陶瓷膜的长期使用会在陶瓷膜的表面造成污染，因此陶瓷膜需要定期的清洗。所述的消毒区将光催化氧化和陶瓷膜技术结合起来，不仅提高了消毒效果，保证出水水质，而且通过光催化氧化技术产生的·oh延长了陶瓷膜的使用寿命。所述消毒区的陶瓷膜的上端和下端均设置有紫外灯管不仅可以对出水进行消毒，并通过紫外光的照射陶瓷膜上，陶瓷膜上负载的光催化剂会形成·oh，进水先经过·oh的氧化后，再经过陶瓷膜的进一步过滤，将微生物截留在陶瓷膜上，并通过光催化剂在紫外光的照射下产生的·oh氧化，通过陶瓷膜的截留作用延长微生物在消毒区的停留时间，从而达到最佳的消毒效果，并且·oh还可以氧化陶瓷膜上的有机物以延长陶瓷膜的使用寿命。
所述的陶瓷膜的清洗采用的是气水反冲洗，在陶瓷膜的下端设置有曝气装置，在反冲洗时打开曝气，这也不仅可以保证水中的溶解氧浓度，而且还可以加强陶瓷膜表面污染物的脱落提高反冲洗的效果。同时该曝气装置可以根据需求进行臭氧曝气，在水质情况较差的情况下可以进行臭氧曝气提高出水水质。
本发明的光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
1)在100ml异丙醇中加入异丙醇钛(3.86ml)和氧化石墨烯(0.2g)，制成异丙醇和go溶液
2)在蒸馏水(12mll)中加入醋酸锌(2.2g)，制得醋酸锌溶液
3)将2.71gm的naoh溶于50ml水(c溶液)中
4)将异丙醇钛与氧化石墨烯和醋酸锌混合在250ml烧杯中，超声处理30min。用连续搅拌法将50mlnaoh溶液(溶液c)缓慢加入到该溶液中
5)所得到的混合物再次声纳60分钟，，对反应混合物进行过滤，分离出产物rgo-zno-tio2复合材料，用水冲洗，在100℃下干燥5h，得到光催化剂
本发明中，在经过消毒区处理后的水会进入活化区，活化区设置有矿石，所述的矿石采用富含碳酸钙的石灰石，以增加水中活化度的目的，提高出水水质。
所述活化区设有岩石，岩石的组成可以通过水质的不同进行调整，活化区可以使水体具有生命体征并保持较高的活性，不仅可以提供人体所必需的矿物质，还可以调节人体体液的酸碱度平衡，活化人体细胞。
本发明的有益效果是：
1)本发明将饮用水处理工艺一体化，将混凝沉淀、臭氧-活性炭、消毒和活化结合在一个池体中，充分节约了空间的利用率；
2)本发明采用陶瓷膜臭氧的深度处理杀菌范围广，对耐氯、耐紫外线的一些致病菌也能保证好的去除效果；
3)本发明降低了传统紫外线消毒工艺中的光复活现象，通过负载光催化剂的陶瓷膜对出水进行深度处理，加强了紫外消毒杀菌的效果，增强了饮用水的生物安全性，减小安全隐患，并且负载着光催化剂的超滤膜产生的·oh也可以对陶瓷膜上的污染物进行分解以延长陶瓷膜的使用寿命；
4)本发明可降解水体中的微量甚至痕量的有机污染物，深度改善水质，增强了饮用水的化学安全性，减小了安全隐患；
5)本发明与传统紫外消毒相比，由于引入了石墨相改性的tio2光催化剂，可起到杀菌消毒和去除有机污染物的双重效果，此外可以实现紫外-可见光同时作用的效果。
6)本发明因为光催化剂的加入，不仅可使用较低的紫外辐照剂量，节省电能和紫外灯管的损耗，而且提高了消毒的效果。
7)本发明利用光催化陶瓷膜的技术，不仅保持光催化和膜分离两种技术的优点，并且还具有反应速度快，对污染物降解彻底的优点。
8)本发明采用了一种简单、经济的饮用水活化技术，有效的提高了出水水质。
9)本发明在陶瓷膜的下方设置的曝气头不仅可以进行气水反冲洗时的曝气，还可以根据出水水质的情况进行臭氧曝气，可以作为饮用水的应急措施，以确保出水水质的安全。
10)本发明的消毒区采用负载光催化剂的陶瓷膜和紫外光消毒技术的相结合，不仅有紫外光的消毒，还有负载在陶瓷膜上的光催化剂可以在紫外光的照射下产生·oh，进一步提高消毒效果，同时还利用陶瓷膜的截留过滤作用将微生物进一步截留，延长对水中微生物在消毒区的停留时间，以保证出水水质安全。
11)本发明在混凝部分利用水流的动能进行原水和混凝剂的混合，不采用额外的动能，既节约了能源又保证了混凝的效果。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1、进水管；2、加药管；3、隔板；4、排泥管；5、曝气头；6、活性炭；7、微孔板；8、负载光催化剂的陶瓷膜；9、岩石；10、出水管；11、紫外灯管；12、阀门；13、折板；14、隔板；15、排水口；16、排水口。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。
实施例1，见图1：
一种一体化饮用水处理系统，将饮用水处理工艺组合在一个池体中，池体内从下到上依次设有混凝沉淀区、臭氧-活性炭区、消毒区和活化区，所述消毒区通过负载着光催化剂的陶瓷膜和紫外光进行深度处理；所述混凝沉淀区内设有加药管2、隔板3，底部设有污泥管4，上部设有进水管1，进水首先会有加药管2进行加药，同时在在混凝区的上班部分的隔板3的作用下迅速的将混凝剂和进水混合，池底设置的污泥管4会将沉淀下去的聚合物排出，处理后的水会通过溢流堰流入臭氧-活性炭区或者通过阀门12进入消毒区；所述臭氧-活性炭区设有臭氧曝气头5、活性炭6、微孔板7，所述活性炭6置于所述微孔板7之上，所述微孔板7为cu-zn合金材料微孔板，孔板厚度为2mm，孔径为2mm，所述的臭氧曝气头5设置在活性炭的上方，进水先经过臭氧的氧化，氧化为易被活性炭6所吸附的小分子有机物，吸附在活性炭6的小分子有机物可以进一步被臭氧氧化，进而达到矿化的效果；所述消毒区设有负载光催化剂的陶瓷膜8、紫外灯管11和曝气头5，进水首先会经过紫外光的消毒，然后进入陶瓷膜8进行截留过滤，同时紫外光照射在负载在陶瓷膜上的光催化剂会产生·oh进一步对陶瓷膜8截留下来的污染物进行氧化，所述曝气头5的作用主要是进行气水反冲洗，但是当出水水质变差时，曝气头5可以进行臭氧曝气进一步提高处理效果；所述活化区设有岩石9，所述的岩石可以根据水质进行选择，进行活化处理后的出水提高水的活性，外部设有出水管10。
一种一体化饮用水处理系统的运行方法，包括常规运行方式、水质激变应急方式和清洗运行方式。
(1)常规运行方式
根据进水管设置的水质检测装置的数据耗氧量＜2mg/l、氨氮＜0.05mg/l、浊度＜5ntu时，将阀门12开启。进水首先会有加药管2进行加药，之后进入混凝区，在混凝区设置的隔板3会通过不断改变水流方向增加水流紊乱程度保证混凝的效果，经过了混凝区后到达沉淀区，底部设置有污泥管会将沉淀物排出，此时阀门12处于开启状态，沉淀后的水会直接进入消毒区此时在紫外灯管11的作用下会激发涂布在陶瓷膜8上的光催化剂进行高级氧化反应进行消毒，同时水经过陶瓷膜8时，还对水中的污染物进行过滤，陶瓷膜8的出水还有设置在陶瓷膜下部的臭氧曝气头5进行臭氧消毒。消毒后的水会进入活化区，此时这时在活化区的岩石9会对进水进行活化，提高出水水质后最终通过出水管10。
(2)水质激变应急方式
根据进水管设置的水质检测装置的数据耗氧量≥2mg/l、氨氮≥0.05mg/l、浊度≥5ntu时，将阀门12关闭。进水首先会有加药管2进行加药，之后进入混凝区，在混凝区设置的隔板3会通过不断改变水流方向增加水流紊乱程度保证混凝的效果，经过了混凝区后到达沉淀区，底部设置有污泥管会将沉淀物排出，此时阀门12处于关闭状态，沉淀后的水会经过出水堰进入臭氧-活性炭区。在臭氧-活性炭区大分子的有机物会先被臭氧曝气的臭氧进行分解，形成小分子有机物，之后被设置在微孔板7的活性炭6吸附去除。经过臭氧-活性炭区处理后的水会进入消毒区，在紫外灯管11的作用下会激发涂布在陶瓷膜8上的光催化剂进行高级氧化反应进行消毒，同时水经过陶瓷膜8时，还对水中的微污染物进行过滤，陶瓷膜8的出水还有设置在陶瓷膜下部的臭氧曝气头5进行臭氧消毒。消毒后的水会进入活化区，此时这时在活化区的岩石9会对进水进行活化，提高出水水质后最终通过出水管10。
(3)清洗运行方式
根据上述运行方式的不同所清洗的运行方式也不同，当对常规运行方法进行清洗时，先关闭阀门12和排水口15，并将出水管10改为进水，此时水会对超滤膜和活性炭进行反冲洗，反冲洗的水将会从排水口16排出，反冲时间一般设置为3-5天/次；当对水质激变应急方式进行清洗时，先关闭阀门12，打开排水口15，并将出水管10改为进水，此时水会对超滤膜进行反冲洗，反冲洗的水会从排水口15排出，反冲洗时间一般设置为1-2天/次。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的相关技术人员应当理解：可以对本发明进行修改或者同等替换，但不脱离本发明精神和范围的任何修改和局部替换均应涵盖在本发明的权利要求范围内。
技术特征：
1.一种一体化饮用水处理系统，其特征在于，将饮用水处理工艺组合在一个池体中，池体内从下到上依次设有混凝沉淀区、臭氧-活性炭区、消毒区和活化区，所述消毒区通过陶瓷膜紫外光进行深度处理。
2.根据权利要求1所述的一体化饮用水处理系统，其特征在于，所述混凝沉淀区内设有加药管、搅拌器，底部设有排污管。
3.根据权利要求1所述的一体化饮用水处理系统，其特征在于，所述臭氧-活性炭区设有臭氧曝气头、微孔板、活性炭，所述活性炭置于所述微孔板之上。
4.根据权利要求1或3所述的一体化饮用水处理系统，其特征在于，所述微孔板为cu-zn合金材料微孔板，孔板厚度为2mm，孔径为2mm，包括上层微孔板和下层微孔板。
5.根据权利要求1所述的一体化饮用水处理系统，其特征在于，所述消毒区设有陶瓷膜和紫外灯管，所述陶瓷膜上通过浸渍方式涂布有光催化剂。
6.根据权利要求1所述的一体化饮用水处理系统，其特征在于，所述活化区设有岩石。
7.根据权利要求1所述的一体化饮用水处理系统，其特征在于，可根据水质控制混凝沉淀区的出水进入臭氧-活性炭区或消毒区。
8.一种权利要求5所述的光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)在100ml异丙醇中加入异丙醇钛3.86ml和氧化石墨烯0.2g，制成异丙醇和go溶液；
2)在蒸馏水12mll中加入醋酸锌2.2g，制得醋酸锌溶液；
3)将2.71gm的naoh溶于50ml水中；
4)将异丙醇钛与氧化石墨烯和醋酸锌混合在250ml烧杯中，超声处理30min；用连续搅拌法将50mlnaoh溶液缓慢加入到该溶液中；
5)所得到的混合物再次声纳60分钟，，对反应混合物进行过滤，分离出产物rgo-zno-tio2复合材料，用水冲洗，在100℃下干燥5h，得到光催化剂。
技术总结
本发明提供一种一体化饮用水处理系统，将饮用水处理工艺组合在一个池体中，池体内从下到上依次设有混凝沉淀区、臭氧‑活性炭区、消毒区和活化区，所述消毒区通过陶瓷膜紫外光进行深度处理，所述混凝沉淀区内设有加药管、搅拌器，底部设有排污管，所述臭氧‑活性炭区设有臭氧曝气头、微孔板、活性炭，所述活化区设有岩石。本发明采用将饮用水处理工艺组合在一个池体中，具有空间利用率高、消毒杀菌效果好、超滤膜使用寿命长、建造与运行成本低、可降解水体中的微量甚至痕量有机污染物等优点。
技术开发人、权利持有人：李柏林;沙雪妮;刘红;李晔
