申请日2017.03.14
公开(公告)日2017.06.20
IPC分类号B01D65/08; C02F9/04
摘要
一种基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理工艺，该工艺采用一体式膜混凝反应器，所述反应器主要包括：膜池，以及设置于同一膜池内的低压膜组件和曝气装置，膜池通过管路串联抽吸泵与混凝剂投加池相连;膜池底部还设置有排泥阀;混凝剂通过混凝剂投加池注入膜池内，通过间歇式分批投加的方式使混凝剂水解絮体在膜表面形成“三明治”式松散保护层，原水进入膜池内经过絮体层吸附和膜处理后出水。该处理技术能够在保证出水水质的同时，有效减缓膜污染，尤其是小分子有机物引起的膜污染。该技术采用吸附工艺与膜工艺一体化处理装置，有效地降低了占地面积。
权利要求书
1.一种基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理工艺，其特征在于，该工艺采用一体式膜混凝反应器，所述反应器主要包括：膜池，以及设置于同一膜池内的低压膜组件和曝气装置，膜池通过管路串联抽吸泵与混凝剂投加池相连;膜池底部还设置有排泥阀;
混凝剂通过混凝剂投加池注入膜池内，通过间歇式分批投加的方式使混凝剂水解絮体在膜表面形成“三明治”式松散保护层，原水进入膜池内经过絮体层吸附和膜处理后出水。
2.如权利要求1所述的基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理工艺，其特征在于，所述混凝剂为铝盐混凝剂或铁盐混凝剂。
3.如权利要求1或2所述的基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理工艺，其特征在于，根据原水中总有机碳含量确定混凝剂的投加量及投加频率;投加量以混凝剂所含铝或铁计，总有机碳含量>20mg/L时，每次投加使得膜池内待处理水中混凝剂含量>20mg/L，投加间隔不超过12h;总有机碳含量为10-20mg/L时，每次投加使得膜池内待处理水中混凝剂含量为5-20mg/L，投加间隔不超过24h;总有机碳含量<10mg/L时，每次投加使得膜池内待处理水中混凝剂含量为0-5mg/L，投加间隔不超过48h;待处理水量以投加时间间隔内水量计。
4.如权利要求1所述的基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理工艺，其特征在于，所述膜组件还通过管路与真空压力表相连。
5.如权利要求1所述的基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理工艺，其特征在于，膜池与混凝剂投加池相连的管路上还串联有继电器，通过继电器控制混凝剂向膜池中分批注入。
6.如权利要求1所述的基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理工艺，其特征在于，所述的曝气装置为曝气头，且曝气头的平均间隔为0.5-1m。
7.如权利要求1所述的基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理工艺，其特征在于，所述工艺中待处理水在膜池内停留时间为0.5-3h。
8.如权利要求1所述的基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理工艺，其特征在于，所述工艺的排泥频率为1-15d/次,混凝剂投加量或投加频率越大时排泥频率越大;每次排泥时，膜池内停止曝气，静置30min后排泥，水位下降不宜低于膜组件顶端5cm。
9.如权利要求1所述的基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理工艺，其特征在于，所述低压膜组件为浸没式膜组件，包括微滤膜或超滤膜，且末端为自由端，以方便排泥。
说明书
基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理技术
技术领域
本发明属于水处理和膜污染控制技术领域，具体涉及一种基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理技术。
背景技术
膜在水处理中的应用越来越广泛。截至目前，膜的应用几乎呈指数增长。但随着运行时间的增加，污染物会逐渐在膜孔或膜表面累积，导致膜的污染不可避免，尤其小分子有机污染物。膜污染后不仅水力阻力增大，且跨膜压差增长迅速，进而较大程度地增加了膜过滤过程中的能耗。
以往的研究表明，膜孔吸附、膜孔堵塞和膜表面滤饼层是引起低压膜污染的重要原因，而膜孔吸附和膜孔堵塞往往成为过滤初期膜污染的主要因素。过滤初期膜通量下降越严重，表明膜孔堵塞的概率越大。随着运行时间的增加，滤饼层逐渐成为主要污染因素，膜通量下降速率相对降低。
为了有效减缓膜污染，膜前预处理非常重要。专利申请CN101279805A公开了《膜法饮用水处理工艺方法与设备》，一种膜法饮用水处理设备，包括：预处理单元、混凝池、膜分离池。混凝/吸附是水处理过程中传统的污染物去除技术，并在实际水厂运行过程中得到了广泛应用，但经过沉淀单元后，小分子有机污染物并不能有效去除，大多数进入膜池并吸附于膜孔，或形成致密的滤饼层进而引起严重的膜污染。相对而言，基于传统混凝或吸附技术的膜法水处理技术占地面积较大。为了有效解决上述问题，开发了无沉淀单元的短流程膜处理工艺。然而，已有的工程实践表明该工艺膜池内排泥量较大，运行过程中需进行频繁地排泥，且膜池内易滋生微生物。因此，将吸附剂与低压膜直接结合的一体式膜组合工艺逐渐受到重视。
专利申请CN103566762A公开了《一种浸没式超滤系统》，混凝剂投加在浸没式超滤膜进水泵的吸水口处，投加混凝剂的原水进入浸没式超滤膜池内进行过滤。采用在线混凝与浸没式超滤膜的组合工艺，同时超滤膜反冲洗水再回入原水管路中，进行回用。而且浸没式超滤系统底部设有排泥槽，可定期排出污泥，保证了浸没式超滤膜的稳定运行。专利申请CN105948236A公开了《一体式膜混凝反应器(MCR)和水处理工艺》，其中一体式膜混凝反应器(MCR)，包括：膜池，以及设置于同一膜池内的膜组件和曝气装置;膜池通过管路串联抽吸泵与混凝剂投加池相连接;膜池底部还设置有排泥阀;反应器还设置有膜池出水口。实现了混凝工艺与膜工艺一体化，在保证污染物去除效率的同时，有效地降低了占地面积。
对一体式膜组合工艺而言，一方面，目前报道所用吸附剂价格较高，如活性氧化铝、活性氧化铁、碳纳米管、纳米零价铁等。另一方面，部分吸附剂长期运行时易刮伤超滤膜，如粉末活性炭。此外，尽管大量吸附剂注入膜池，但由于所用吸附剂多为颗粒性，较难在膜表面形成保护层，或仅在超滤膜表面形成单一保护层。随着运行时间的增加，小分子有机污染物仍能穿过吸附剂保护层到达膜表面，同时污染物逐渐在吸附剂保护层表面又形成较致密的污染层，加剧了膜污染。
基于此，有必要进一步探索合适的吸附剂及有效减缓膜污染的方法。大量工程实践表明，铝盐和铁盐是水处理中常用的混凝剂或吸附剂。由于絮体较强的吸附能力，可高效地去除污染物且絮体本身几乎不导致膜污染。絮体以其松散性易在膜表面形成保护层。因此，通过在膜池底部曝气，将絮体注入膜池并充分悬浮于膜池内，以逐渐在膜表面形成松散的絮体保护层。通过松散絮体保护层的吸附/截留性能，有效去除污染物。为了有效克服单一保护层的弊端，将絮体分批次注入，以在超滤膜表面形成“三明治”松散絮体保护层，充分发挥吸附剂作用的同时高效去除小分子有机污染物，以此有效地减缓膜污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理技术，该处理技术能够在保证出水水质的同时，有效减缓膜污染，尤其是小分子有机物引起的膜污染。该技术采用吸附工艺与膜工艺一体化处理装置，有效地降低了占地面积。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理工艺，该工艺采用一体式膜混凝反应器，所述反应器主要包括：膜池，以及设置于同一膜池内的低压膜组件和曝气装置，膜池通过管路串联抽吸泵与混凝剂投加池相连;膜池底部还设置有排泥阀;
混凝剂通过混凝剂投加池注入膜池内，通过间歇式分批投加的方式使混凝剂水解絮体在膜表面形成“三明治”式松散保护层，原水进入膜池内经过絮体层吸附和膜处理后出水。
进一步地，所述混凝剂优选为铝盐混凝剂或铁盐混凝剂。
进一步地，根据原水中总有机碳含量确定混凝剂的投加量及投加频率。投加量以混凝剂所含铝或铁计，总有机碳含量>20mg/L时，每次投加使得膜池内待处理水中(投加时间间隔内水量)混凝剂含量>20mg/L，投加间隔不超过12h;总有机碳含量为10-20mg/L时，每次投加使得膜池内待处理水中(投加时间间隔内水量)混凝剂含量为5-20mg/L，投加间隔不超过24h;总有机碳含量<10mg/L时，每次投加使得膜池内待处理水中(投加时间间隔内水量)混凝剂含量为0-5mg/L，投加间隔不超过48h。
进一步地，根据膜处理工艺的需求，所述膜组件还通过管路与真空压力表相连。
进一步地，膜池与混凝剂投加池相连的管路上还串联有继电器，通过继电器控制混凝剂向膜池中分批注入。
进一步地，所述的曝气装置为曝气头，且曝气头的平均间隔为0.5-1m。
进一步地，为保证污染物去除效果，待处理水在膜池内停留时间优选0.5-3h。
进一步地，所述工艺的排泥频率为1-15d/次，混凝剂投加量或投加频率越大时排泥频率越大。每次排泥时，膜池内停止曝气，静置30min后排泥，水位下降不宜低于膜组件顶端5cm。
进一步地，所述的低压膜组件为浸没式膜组件，包括微滤膜或超滤膜，且末端为自由端，以方便排泥。
进一步地，物理性反冲洗时间为20-30min，反冲洗水速率2倍于进水速率。维护性清洗频率为5-10d/次。当膜通量下降至初始膜通量的60-70%时，须对膜组件进行化学清洗。
本发明具有如下优点：
1、利用分批次注入形成的“三明治”式松散絮体保护层，有效去除污染物，尤其是小分子有机污染物，进而有效减缓膜污染。利用絮体易溶于强酸的特性，方便原位化学清洗。
2、利用膜池内絮体吸附后颗粒物密度较大的特点，方便排泥且泥量较小。
3、占地面积小、产水率高及水头损失小，适合于老水厂改造和新水厂建设。运行成本低廉，且运行管理方便。