申请日2014.04.25
公开(公告)日2014.08.13
IPC分类号C02F9/04; C02F1/44; C02F1/24
摘要
本发明公开了一种外循环式加压溶气气浮-膜分离水处理方法，包括如下步骤：a、将待处理废水加药，经混凝系统完成混凝反应;b、混凝后的废水进入气浮系统进行部分回流加压溶气气浮;c、经过气浮处理后的气浮出水进入膜分离系统，气浮出水在膜组件的作用下完成膜分离过程，得到处理后的净水和浓水，经膜分离后得到的浓水由膜分离池底部打入所述步骤b气浮系统的溶气罐中，形成溶气水。本发明的方法能够有效缓解膜污染，提高膜通量，并解决现有膜-气浮设备中气浮效率低的问题，更有效地发挥气浮作用，能够适用于较高浓度废水的深度处理。
权利要求书
1.一种外循环式加压溶气气浮-膜分离水处理方法，包括如下步骤：
a、将待处理废水加药，经混凝系统完成混凝反应;
b、混凝后的废水进入气浮系统进行部分回流加压溶气气浮;
c、经过气浮处理后的气浮出水进入膜分离系统，气浮出水在膜组件的作用 下完成膜分离过程，得到处理后的净水和浓水，经膜分离后得到的浓水由膜分 离池底部打入所述步骤b气浮系统的溶气罐中，形成溶气水。
2.如权利要求1所述的水处理方法，其特征在于，所述步骤a中混凝系统 包含三个混凝区，待处理废水依次流经第一混凝区、第二混凝区和第三混凝区， 所述第一混凝区的搅拌速度高于第二混凝区的搅拌速度，第二混凝区的搅拌速 度高于第三混凝区的搅拌速度。
3.如权利要求2所述的水处理方法，其特征在于，待处理废水流经第一混 凝区的搅拌速度为100-400s-1，废水流经第二混凝区的搅拌速度为50-200s-1， 废水流经第三混凝区的搅拌速度为20-100s-1。
4.如权利要求1所述的水处理方法，其特征在于，所述步骤b混凝系统中 溶气罐的工作压力为3-4bar。
5.如权利要求1所述的水处理方法，其特征在于，所述步骤b中所述部分 回流加压溶气气浮的回流比为20-50%。
6.一种外循环式加压溶气气浮-膜分离水处理装置，其特征在于，该装置包 括依次连接的混凝系统、气浮系统和膜分离系统;所述气浮系统包括气浮池、 溶气释放器、刮渣器和溶气罐，所示气浮池由导流挡板分隔成接触室和分离室， 所述接触室底部设置溶气释放器，溶气释放器同所述气浮池外部设置的溶气罐 连接，所述分离室顶部设置刮渣器;所述膜分离系统包括膜分离池和膜分离组 件，膜分离组件设置在膜分离池内，所述膜分离池的浓水出口同所述气浮系统 的溶气罐连接，以用于将经膜分离后的浓水打入溶气罐形成溶气水。
7.如权利要求6所述的水处理装置，其特征在于，所述混凝系统中设置三 个混凝区。
8.如权利要求6所述的水处理装置，其特征在于，所述气浮系统中，所述 溶气释放器为释放出的气泡直径为10-100微米的高效释放器。
9.如权利要求6所述的水处理装置，其特征在于，所述气浮系统中，所述 溶气释放器位于气浮池中废水进水口下方，且溶气释放器释放溶气水的方向与 废水进水口的进水方向垂直。
10.如权利要求6所述的水处理装置，其特征在于，该装置还包括膜清洗系 统，膜清洗系统由膜分离系统净水出水端同反冲洗阀、反冲洗泵和储水箱连接 构成。
说明书
一种外循环式加压溶气气浮-膜分离水处理方法及装置
技术领域
本发明涉及一种水处理方法，特别是涉及一种外循环式加压溶气气浮-膜分 离水处理方法，本发明还涉及一种外循环式加压溶气气浮-膜分离水处理装置。
背景技术
膜分离技术因其在水处理领域的诸多优势，如出水水质优良、占地面积小、 出水水质波动小、易于实现自动控制等，已成为目前研究与应用的热点。近年 来，随着膜分离技术的逐渐成熟和成本的下降，已被广泛地应用于水和废水的 处理中。不过，膜技术本身存在着一定的制约因素，如膜污染及膜材料本身的 劣化严重影响了产水率及出水水质。为保证膜分离过程的稳定性，一般需在膜 前设置预处理工艺，以控制膜前进水水质、最大程度地降低膜污染。
近年来，一些研究人员将气浮作为膜分离的预处理方法，开发气浮-膜分离 集成技术，以控制膜污染。气浮是污水及饮用水处理工艺中常用的方法之一， 主要用于去除密度与水相近、无法自然沉降又难于自然上浮的悬浮杂质，具有 分离效率高、设备简单等优点，现已被广泛应用于含油废水和印染废水的处理、 纸浆脱墨、土壤改良、藻类以及重金属离子的去除等。根据气泡产生方式，气 浮可分为溶气气浮、散气气浮、电气浮、生物及化学气浮等。而根据气泡从水 中析出时所处压力的不同，溶气气浮还可分为真空式气浮与加压溶气气浮两种。 其中加压溶气气浮是将空气在一定压力的作用下溶解于处理水中，然后骤然减 至常压，溶解于水的空气便以微小气泡(直径一般为10-100um)形式从水中逸 出，与水中的悬浮物粘附在一起浮至水面形成浮渣，实现固-液分离。加压溶气 气浮形成的气泡细微、粒度均匀、密集度大，因此处理效果好。此外，加压溶 气气浮还具有水力负荷高，池体结构紧凑，运行稳定，便于管理和维护等优点， 因此应用较为广泛。根据溶气水来源及水量的不同，加压溶气气浮又可分为全 流程加压溶气气浮、部分加压溶气气浮和部分回流加压溶气气浮三种。其中部 分回流加压溶气气浮由于具有能耗低、药剂利用率高、处理效果优良等特点， 应用最为广泛。气浮法不仅可以用作预处理技术，也可用于污(废)水的深度 处理。不过，用于深度处理时，气浮法处理后的出水水质不够优良，且受很多 因素影响，波动较大，不能满足对水质要求较高的回用场合。
气浮和膜分离技术的结合，一方面可以解决气浮出水水质差、出水水质波 动大等问题;另一方面可以缓解膜污染，提高膜出水的水质，保证膜分离过程 运行的稳定性。因此，气浮-膜分离集成技术具有广泛的应用前景。
不过，目前的研究以及有关专利大多采用一体式结构设计，如专利号为 200920167835.0的实用新型专利和专利号分别为201010171419.5、 201010566493.7的发明专利，即气浮分离系统与膜分离系统在同一个反应器内。 该设计具有设备集成程度高，占地面积小的优点，但处理污染物浓度较高的废 水时，膜污染十分严重，因此适用于处理微污染水。同时，也有专利将气浮分 离系统与膜分离系统分开设置，如专利号为201120273411.X的实用新型专利， 采用原水首先进入膜分离系统，浓水随后进入气浮分离系统的处理方式。该设 计仍然存在不能处理浓度较高废水的问题。此外，上述专利大多采用散气式气 浮，气泡较大，气浮分离效率低。针对这些问题，本发明提出一种可用于较高 浓度废水处理的部分回流加压溶气气浮-膜分离集成工艺及装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种外循环式加压溶气气浮-膜分离水处 理方法，能够有效缓解膜污染，提高膜通量，并解决现有膜-气浮设备中气浮效 率低的问题，更有效地发挥气浮作用，能够适用于较高浓度废水的深度处理。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种外循环式加压溶气气浮-膜分离水 处理方法，包括如下步骤：
a、将待处理废水加药，经混凝系统完成混凝反应;
b、混凝后的废水进入气浮系统进行部分回流加压溶气气浮;
c、经过气浮处理后的气浮出水进入膜分离系统，气浮出水在膜组件的作用 下完成膜分离过程，得到处理后的净水和浓水，经膜分离后得到的浓水由膜分 离池底部打入所述步骤b气浮系统的溶气罐中，形成溶气水。
上述水处理方法，其中，所述步骤a中混凝系统包含三个混凝区，待处理废 水依次流经第一混凝区、第二混凝区和第三混凝区，所述第一混凝区的搅拌速 度高于第二混凝区的搅拌速度，第二混凝区的搅拌速度高于第三混凝区的搅拌 速度。优选地，待处理废水流经第一混凝区的搅拌速度为100-400s-1，废水流 经第二混凝区的搅拌速度为50-200s-1，废水流经第三混凝区的搅拌速度为 20-100s-1。这样设置可以使混凝后产生的絮体结构紧实且容易上浮，提高气浮 分离效率，提高出水水质。由于气浮是通过产生的微气泡粘附包裹污染物的絮 体上升至分离池表面再被刮除从而达到分离的目的，气浮的去除原理要求絮体 结构紧实且易于上浮，若絮体尺寸过大或结构松散，在气浮过程中絮体可能会 在上浮过程中破碎，或者难于上浮，进而影响固液分离效果和出水水质指标。 本发明在第一混凝区采用快速搅拌，在第二混凝区采用中速搅拌，在第三混凝 区采用慢速搅拌，能够在第一混凝区内将混凝形成的大块絮体打散，形成结构 紧实且易于上浮的絮体，在第二和第三混凝区保持絮体的紧实结构，三个混凝 区的设置以及先快后慢的搅拌速度的设置既保证了废水在混凝系统中实现充分 混凝，又实现了保持形成结构紧实的絮体，能够为后续的气浮系统提供有利于 气浮操作的絮体，有效的提高了分离效果和出水水质。
上述水处理方法，其中，所述步骤b混凝系统中溶气罐的工作压力为3-4bar。
上述水处理方法，其中，所述步骤b中所述部分回流加压溶气气浮的回流比 为20-50%。本发明中所述回流比是指膜分离池中回流的浓水量同本发明水处理 方法中待处理的原水总量的比值。
本发明的外循环式加压溶气气浮-膜分离水处理方法具有如下有益效果：
1、本发明方法中采用的混凝系统、气浮系统和膜分离系统，均各自独立， 能够保证各处理单元的水力停留时间，提高分离效率，并且将气浮系统与膜分 离系统互相独立设置，污水经气浮后再进入膜分离系统，有效地缓解了膜污染， 提高出水水质;
2、本发明方法中将膜分离得到的浓水作为加压溶气气浮的溶气水，显著降 低了膜污染，提高了膜组件运行时间，并且解决了使用膜出水即膜分离净水或 其他水源作为溶气水造成的水资源消耗问题，不产生二次污染，现有技术中， 膜分离池内的浓水通常是采取连续排放或者根据膜污染的情况进行定期排放， 而本发明的方法中，采用膜分离浓水作为气浮的溶气水，无需再对膜分离池内 的浓水进行排放，有效解决了原有膜分离池内浓水排放造成的污染以及水资源 浪费问题;
3、本发明方法中的混凝系统中设置三个混凝区，在第一混凝区采用快速搅 拌，在第二混凝区采用中速搅拌，在第三混凝区采用慢速搅拌，能够在第一混 凝区内将混凝形成的大块絮体打散，形成结构紧实且易于上浮的絮体，在第二 和第三混凝区保持絮体的紧实结构，能够为后续的气浮系统提供有利于气浮操 作的絮体，有效的提高了分离效果和出水水质。
4、本发明的方法适于处理污染物浓度较高的废水，能够处理COD高达 1600mg/L的废水。
本发明还提供了一种外循环式加压溶气气浮-膜分离水处理装置，该装置包 括依次连接的混凝系统、气浮系统和膜分离系统;所述气浮系统包括气浮池、 溶气释放器、刮渣器和溶气罐，所示气浮池由导流挡板分隔成接触室和分离室， 所述接触室底部设置溶气释放器，溶气释放器同所述气浮池外部设置的溶气罐 连接，所述分离室顶部设置刮渣器;所述膜分离系统包括膜分离池和膜分离组 件，膜分离组件设置在膜分离池内，所述膜分离池的浓水出口同所述气浮系统 的溶气罐连接，以用于将经膜分离后的浓水打入溶气罐形成溶气水。
上述水处理装置，其中，所述混凝系统中设置三个混凝区。
上述水处理装置，其中，所述气浮系统中，所述溶气释放器为释放出的气泡 直径为10-100微米的高效释放器。
上述水处理装置，其中，所述气浮系统中，所述溶气释放器位于气浮池中废 水进水口下方，且溶气释放器释放溶气水的方向与废水进水口的进水方向垂直， 以使释放的微气泡能够与废水中的絮体得到充分接触，使絮体粘附在微气泡上， 提高气浮分离效果。
上述水处理装置，其中，该装置还包括膜清洗系统，膜清洗系统由膜分离系 统净水出水端同反冲洗阀、反冲洗泵和储水箱连接构成。
采用本发明的水处理装置进行水处理的过程中，待处理废水加药后在带有搅 拌的混凝系统内完成混凝过程，混凝液随后进入气浮池，混凝过程中产生的絮 体粘附于加压溶气释放器产生的微小气泡上，浮至水面上层，气浮出水经由气 浮池底部小孔导流管进入膜分离池，通过气泵对膜组件进行曝气，在曝气所产 生的上升水流和上升气泡的作用下，膜分离池内形成自导流框架内至框架外的 水流循环，被处理的废水平行于膜表面流动，有利于降低膜表面污染物的沉积 和吸附，缓解浓差极化现象。膜分离产生的浓水流入加压溶气气浮系统，作为 溶气水水源，膜分离净水进入储水箱，完成废水处理。
本发明外循环式加压溶气气浮-膜分离水处理装置采用分体式结构，能够保 证各处理单元的水力停留时间，采用加压溶气气浮提高了气浮效率。膜分离系 统处理的是气浮的出水，膜分离后的浓水经溶气后作为气浮系统的溶气水回流， 对于同样的原水，膜分离池的污染物浓度降低，能够有效控制膜污染，保证出 水水质，提高膜组件运行时间，而且，将膜分离浓水作为加压溶气气浮的水源， 解决了使用膜出水即膜分离净水或其他水源作为溶气水造成的水资源消耗问 题，不产生二次污染，同时也解决了浓水排放造成污染以及水资源浪费问题。 本发明的装置结构灵活，易于操作，能够适用于处理污染物浓度较高的废水。