CN102050501A - 微滤成膜处理设备及其微滤成膜处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微滤成膜处理设备，壳体内安装有穹形板，管式滤元垂直安装在穹形板上，穹形板的上部安装有拱形布水挡板，穹形板的下部为集水室，集水室开有出水口，进水口位于壳体底部，壳体内设有进水管，该进水管与进水口连接，进水管顶部设有顶部开口，顶部开口位于管式滤元上方，顶部开口上方设有挡板，进水管下部设有布水开口，拱形布水挡板位于布水开口上方，壳体的侧壁安装有进气管，壳体的顶部设置排气口，管式滤元表面均匀铺覆硅藻土阴树脂膜。该微滤成膜处理设备将粉末状硅藻土和阴树脂均匀地铺设在过滤器滤元的表面，使其形成具有特定性质的多孔过滤介质，由此截留水体中的悬浮物颗粒、胶体、溶解性有机物及细菌、藻类等微生物。

Description

微滤成膜处理设备及其微滤成膜处理方法

技术领域：

本发明涉及水处理技术领域，具体地说是一种微滤成膜处理设备。

背景技术：

微污染水体是当今世界范围所面临的普遍问题，尤其是富营养化污染以及工业污水排放引起的水中有机物含量较高问题。水中藻类也影响着给水处理效果，一些藻类(如蓝藻)在代谢过程中可产生藻毒素，威胁人畜健康，严重时甚至导致死亡。

我国近30年来在经济高速发展、生活水平显著提高的同时，也给水环境带来较大的污染。尤其是化学工业的突飞猛进，使得水体污染物的性质极其复杂，对常规净水工艺构成极大地挑战。另外，我国自2007年7月1日我国开始执行新的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)后，规定指标由原标准的35项增至106项。而且我国现阶段的经济发展水平决定了水源水质还不可能在短时间内有根本的好转，因此水质标准的提高和水源水质恶化的矛盾在一定的时期内还会更加突出。迫切需要开发有效的饮用水净化工艺，保障供水水质。

发明内容：

本发明的一个目的在于提供一种微滤成膜处理设备，克服现有常规水处理工艺对微污染水体中有机物净化的不足之处。

为实现上述目的，本发明的方案如下：一种微滤成膜处理设备，包括壳体，壳体设有进水口和出水口，其特征在于壳体内安装有穹形板，管式滤元垂直安装在穹形板上，穹形板的上部安装有拱形布水挡板，穹形板的下部为集水室，集水室开有出水口，进水口位于壳体底部，壳体内设有进水管，该进水管与进水口连接，进水管顶部设有顶部开口，顶部开口位于管式滤元上方，顶部开口上方设有挡板，进水管下部设有布水开口，拱形布水挡板位于布水开口上方，壳体的侧壁安装有进气管，壳体的顶部设置排气口，管式滤元表面均匀铺覆1.5～3.0mm厚的硅藻土阴树脂膜。硅藻土阴树脂膜由硅藻土粉末和阴离子交换粉末树脂制成，硅藻土粉末和阴离子交换粉末树脂的配比为1∶0.8～1.2。该微滤成膜处理设备的进水口与常规处理出水口连接，该微滤成膜处理设备的出水口与产水口连接，该微滤成膜处理设备的进气管与压缩空气罐连接，该微滤成膜处理设备的进水口还通过铺膜泵的出水口连接，铺膜泵的进水口与铺膜箱的出水口连接，铺膜箱的进水口与微滤成膜处理设备的出水口连接，铺膜箱的进水口还与反洗水箱连接，在线铺膜箱的出水口与在线铺膜泵的进水口连接，在线铺膜泵的出水口与铺膜泵的进水口连接，在线铺膜箱的进水口和反冲洗水箱连接，反冲洗水箱还通过冲洗水泵与微滤成膜处理设备的出水口连接。

本发明的另一目的在于提供一种微滤成膜处理方法，能克服现有常规水处理工艺对微污染水体中有机物净化的不足之处。

为实现上述目的，本发明的方案如下：一种微滤成膜处理方法，其特征在于该方法包括以下步骤：A、在铺膜箱内配制滤液，将硅藻土粉末和阴离子交换粉末树脂制成滤液，其中硅藻土粉末和阴离子交换粉末树脂的配比为1∶0.8～1.2；B、预铺膜，利用铺膜泵将该滤液通入微滤成膜处理设备进水口，对微滤成膜处理设备中的管式滤元进行预铺膜；C、过滤，常规处理过的水经过常规处理出水口通入微滤成膜处理设备进水口，利用管式滤元进行过滤，过滤后的水从微滤成膜处理设备出水口流出至产水口；D、在线铺膜，在线铺膜箱内配制滤液，其中硅藻土粉末和阴离子交换粉末树脂的配比为1∶0.8～1.2，在过滤的同时，将在线铺膜箱内的滤液通入微滤成膜处理设备进水口，对微滤成膜处理设备中的管式滤元进行在线铺膜。本发明还包括步骤E、爆膜，反冲洗水由微滤成膜处理设备出水口进入微滤成膜处理设备，同时从进气管打入压缩空气，将失效的硅藻土阴树脂膜从滤元表面脱落下来，冲洗水从进水口流出。

该微滤成膜处理设备利用水力学原理将粉末状硅藻土和阴树脂均匀地铺设在过滤器滤元的表面，使其形成具有特定性质的多孔过滤介质，由此截留水体中的悬浮物颗粒、胶体、溶解性有机物及细菌、藻类等微生物，使产水达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)的要求。

附图说明：

图1为微滤成膜处理设备结构示意图

图2为系统示意图

图3为阴树脂与活性炭二种过滤介质的吸附平衡曲线

图4为铺膜滤料改进后水体UV254随出水量的变化曲线

图5为铺膜滤料改进后水体有机物去除率随产水量的变化曲线

图6为在线铺膜阶段DE颗粒和阴树脂的比例对其去除有机物的影响曲线

图7在线铺膜量与初次铺膜量比例对运行周期的影响图

具体实施方式：

一种微滤成膜处理设备，包括壳体1，壳体1设有进水口9和出水口7，其特征在于壳体内安装有穹形板2，管式滤元4垂直安装在穹形板2上，穹形板2的上部安装有拱形布水挡板5，穹形板2的下部为集水室6，集水室6开有出水口7，进水口9位于壳体1底部，壳体1内设有进水管8，该进水管8与进水口9连接，进水管9顶部设有顶部开口，顶部开口位于管式滤元4上方，顶部开口上方设有挡板13，进水管8下部设有布水开口，拱形布水挡板5位于布水开口上方，壳体1的侧壁安装有进气管10，壳体1的顶部设置排气口12，管式滤元4表面均匀铺覆1.5～3.0mm厚的硅藻土阴树脂膜。硅藻土阴树脂膜由硅藻土粉末和阴离子交换粉末树脂制成，硅藻土粉末和阴离子交换粉末树脂的配比为1∶0.8～1.2。

该微滤成膜处理设备16的进水口与常规处理出水口15连接，该微滤成膜处理设备16的出水口与产水口17连接，该微滤成膜处理设备16的进气管与压缩空气罐24连接，该微滤成膜处理设备16的进水口还通过铺膜泵19的出水口连接，铺膜泵19的进水口与铺膜箱18的出水口连接，铺膜箱18的进水口与微滤成膜处理设备16的出水口连接，铺膜箱18的进水口还与反洗水箱22连接，在线铺膜箱20的出水口与在线铺膜泵21的进水口连接，在线铺膜泵21的出水口与铺膜泵19的进水口连接，在线铺膜箱20的进水口和反冲洗水箱22连接，反冲洗水箱22还通过冲洗水泵23与微滤成膜处理设备16的出水口连接。

微滤成膜处理装置16的完整运行周期分为铺膜、过滤及爆膜三个步骤。

(1)铺膜

硅藻土粉末滤料与阴离子交换粉末树脂滤料(SP3)介绍如表1所示。

表1硅藻土粉末滤料与阴离子交换粉末树脂滤料(SP3)性质表

预铺膜

预铺膜单元包括微滤成膜处理设备16、铺膜箱18及铺膜泵19。首先，在铺膜箱18中配置特定浓度的粉末硅藻土与阴树脂滤液，然后利用铺膜泵19使其循环通过微滤成膜处理设备16的管式滤元4，使得硅藻土阴树脂溶液在管式滤元4表面通过架桥作用富集起来，直到整个过滤区域形成1.5～3mm厚的预铺膜。预铺膜时，滤液的粉末浓度为20～40g/L，即在1L除盐水内加入20～40g硅藻土粉末和阴离子交换粉末树脂，硅藻土粉末和阴离子交换粉末树脂的配比为1∶0.8～1.2，处理100L原水需配0.6～1L滤液。

其中，粉末硅藻土与阴树脂浆液经进水口9和进水管8进入微滤成膜处理设备16。因进水管8是一连通管，所以粉末硅藻土阴树脂浆液可分别经拱形布水挡板5和挡板13分别进入微滤成膜处理设备16内部，实现两端铺膜。另外，挡板13分为上中下三个调节位置，可通过调节挡板的位置来实现均匀铺膜。

②在线铺膜

在线铺膜单元包括微滤成膜处理设备16、在线铺膜箱20及在线铺膜泵21。在线铺膜是将粉末状硅藻土和阴树脂于铺膜箱20中配置成滤液，经在线铺膜泵21与微污染水体或微污染水体经常规工艺后出水15混合，同时进入微滤成膜处理设备16的操作。在线铺膜时滤液的粉末浓度10-30g/L，即在1L除盐水内加入10～30g硅藻土粉末和阴离子交换粉末树脂。在线铺膜和预铺膜的比例一般为1∶2-1∶6。

本发明的主要机理是吸附、离子交换及过滤截留作用。当管式滤元4仅具有预铺膜时，预铺膜易被微污染水体中的细小颗粒、胶体及细菌、藻类等微生物分泌的粘性物质所堵塞，造成预铺膜孔隙率下降。为了维持微滤成膜处理设备16的设计水量，必须增加过滤水头，导致成本上升。本发明中的在线铺膜技术成功的解决了这一问题。

在线铺膜在微污染水体或微污染水体经常规工艺后出水15中添加一定量的硅藻土粉末和阴离子交换粉末树脂作为载体。I)可吸附水体中部分颗粒、胶体及细菌、藻类等微生物分泌的粘性物质；II)可实现对水体部分带电离子或基团的交换；III)可覆盖于预铺膜表面作为累积层对水体中悬浮颗粒物、胶体及细菌、藻类等微生物产生截留作用。从而使处理水满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)要求具有了可靠保障。

在线铺膜所需添加硅藻土阴树脂粉末的量与微污染水体中污染物的含量需成一定的比例。适当的硅藻土阴树脂粉末和悬浮物比例(通常用浊度表示)，可以延长硅藻土阴树脂粉末微滤成膜处理装置的运行时间，以达到更好的性价比。

铺膜过程需保持连续稳定的水流，以保证预铺膜与硅藻土阴树脂颗粒累积层能够良好地附着在滤元表面。铺膜过程水流只能缓慢变化。例如，在常规的饮用水处理条件下，铺膜率通常是1.0gpm/sf。再循环之后(即预铺膜完成后)，工艺流程可采用1.0～3.0gpm/sf。但这种铺膜率的改变必须是缓慢的才可保证铺膜的完好无损。如果在任何时候，通过微滤成膜处理设备16的水流停止了，即使仅有几秒，硅藻土阴树脂颗粒累积层也会从管式滤元4表面脱落。突然的水流和压力的变化均会扰乱硅藻土阴树脂颗粒累积层的完整性，导致微滤成膜处理设备16运行短路，出水水质恶化。

(2)过滤

如附图1所示，微污染水体或微污染水体经常规工艺后出水15由进水口9和进水管8进入至壳体1内部，通过下部拱形布水挡板5与上部可调节挡板13将水流均匀地分配到管式滤元4表面，水流进入滤元4内部，然后滤后水收集至管式滤元4的内部，最后由管式滤元4的底端排入微滤成膜处理设备16底部的集水室6，最后由底部的出水口7和出水管11排出微滤成膜处理设备16。

(3)爆膜

微滤成膜处理设备16运行一段时间后，滤膜失效，通过气水反冲洗将失效的硅藻土阴树脂完全从管式滤元4表面脱落下来，称为爆膜。反冲洗水由出水管10和出水口7进入到管式滤元4内部，从进水管8和进水口9排出；同时压缩空气从进气管10进入管式滤元4内部，由排气口11排出。爆膜之后将重新铺膜，管式滤元4恢复至初始的产水能力。

主要优点

(1)对微污染水体有机物具有显著处理效果

试验对比了改进的铺膜滤料为50％粉末硅藻土与50％粉末活性炭或粉末阴树脂的混合物对微污染水体有机物的去除情况。硅藻土颗粒越小，水头损失越大，因此运行周期短，但出水水质好。

对于铺膜量从0.73kg/m2增加至0.97kg/m2，不管是什么过滤材料，其水头损失不变。但是DE铺膜量的增加对于出水浊度有提高；而50％的活性炭和50％的阴树脂的铺膜量增加对出水浊度没有改善。

阴离子交换树脂吸附溶解性有机物要比活性炭的速度要快，同时证明其吸附容量也要比活性炭大许多。图3给出了阴树脂与活性炭二种过滤介质的吸附平衡曲线。

试验结果表明添加阴树脂的铺膜比纯硅藻土膜产生较小的水头损失。添加活性炭的铺膜产生较低的出水浊度，而添加阴树脂的铺膜产生较差的出水浊度。

阴树脂在对微污染水体有机物的去除方面比活性炭优越，而活性炭又比硅藻土优越，图4为铺膜滤料改进后水体UV254随出水量的变化曲线。

粉末活性炭对有机物的去除率一般恒定在15％；而阴树脂粉对有机物的去除率在60％左右，比活性炭高出约40％，阴树脂粉对有机物的去除率是粉末活性炭的四倍。图5为铺膜滤料改进后水体有机物去除率随产水量的变化曲线。

据试验分析，阴树脂上容易获得的交换基团很快被占领后，后来的腐殖酸没有时间去占领较少的交换基团，可能会导致所吸附有机物的缓慢释放。

在线铺膜中活性炭无法从原水中去除大量的有机物，即使接触的时间延长也没有良好的效果，而阴树脂在此阶段对有机物的吸附却有理想的效果。阴树脂负责铺膜中初始有机物的去除，同时在线铺膜阶段亦能够保持对有机物的去除。如图6示，在线铺膜阴树脂平均去除56％的有机物，而在线铺膜中的25％阴树脂却贡献了10％额外的去除率，使得总的去除率达到66％。

50％的阴树脂增至在线铺膜过程中，会使有机物的去除率总体增加至72％～77％；而50％的活性炭却最高仅能提供16％的有机物去除率。

以上表明，50％硅藻土与50％阴树脂混合铺膜对微污染水体有机物的去处具有理想的效果。

(2)对水体浊度与藻腥味具有良好的处理效果

在自来水厂常规过滤工艺之后采用微滤成膜处理技术对滤后水进行深度处理。由于硅藻土粉末与阴树脂分泌粒径小且均匀，比表面积大孔隙率高，能够通过吸附、离子交换及过滤截留作用去除水体悬浮颗粒、胶体杂质及细菌、藻类腐败分泌的腐质类物质与藻毒素类物质，从而基本上去除水中藻腥味，使进水(进微滤成膜处理设备16)浊度低于10NTU的水体出水浊度低于0.1NTU。

(2)实现在线铺膜技术

微滤成膜处理技术实现了在线铺膜技术。在线铺膜技术有效延长了微滤成膜处理设备16的运行周期，使出水水质亦得到更为可靠地保障。

在线铺膜量与初次铺膜量(预铺膜量)的比例对运行周期延长的影响如图7所示。

衡量微滤成膜处理设备16运行状况的两个重要指标分别为出水水质和微滤成膜处理设备16运行周期的长短。从图7知，合理的在线铺膜量与初次铺膜量比例可以很大程度延长微滤成膜处理设备16的运行周期。

(3)工艺适用性强

微滤成膜处理技术抗冲击负荷能力强，受水质、环境及温度变化的影响小。

(4)初投资成本与运营成本低

微滤成膜处理技术占地面积小，安装费用低，初投资成本低；电耗少，硅藻土与阴树脂粉廉价，运营费用低。

(5)产水率高

微滤成膜处理技术反冲洗水耗量一般少于总产水量的1％，即产水率高于99％。

(6)失效硅藻土、阴树脂粉及截留杂质可资源化利用

爆膜可将失效硅藻土、阴树脂粉及截留杂质较彻底从管式滤元上脱落下来，且硅藻土、阴树脂粉及截留杂质易于脱水，可用于改良土壤，能够资源化利用对环境无污染。

(7)性价比高

微滤成膜处理技术介于膜技术与传统砂滤技术之间。该技术较膜处理工艺经济，又可取得满意的处理效果；比传统砂滤处理效果好，无需投加凝聚剂，处理费用低于传统的“混凝+沉淀/澄清+过滤+消毒”工艺。综合评价微滤成膜技术性价比最高。

(8)自动化程度高

微滤成膜处理技术自动化程度高，可以实现无人值班。

Claims (6)

1.一种微滤成膜处理设备，包括壳体，壳体设有进水口和出水口，其特征在于壳体内安装有穹形板，管式滤元垂直安装在穹形板上，穹形板的上部安装有拱形布水挡板，穹形板的下部为集水室，集水室开有出水口，进水口位于壳体底部，壳体内设有进水管，该进水管与进水口连接，进水管顶部设有顶部开口，顶部开口位于管式滤元上方，顶部开口上方设有挡板，进水管下部设有布水开口，拱形布水挡板位于布水开口上方，壳体的侧壁安装有进气管，壳体的顶部设置排气口，管式滤元表面均匀铺覆硅藻土阴树脂膜。

2.根据权利要求1所述的微滤成膜处理设备，其特征在于：硅藻土阴树脂膜厚度为1.5～3.0mm，由硅藻土粉末和阴离子交换粉末树脂制成，硅藻土粉末和阴离子交换粉末树脂的配比为1∶0.8～1.2。

3.权利要求1所述的微滤成膜处理设备，其特征在于：该微滤成膜处理设备的进水口与常规处理出水口连接，该微滤成膜处理设备的出水口与产水口连接，该微滤成膜处理设备的进气管与压缩空气罐连接，该微滤成膜处理设备的进水口还通过铺膜泵的出水口连接，铺膜泵的进水口与铺膜箱的出水口连接，铺膜箱的进水口与微滤成膜处理设备的出水口连接，铺膜箱的进水口还与反洗水箱连接，在线铺膜箱的出水口与在线铺膜泵的进水口连接，在线铺膜泵的出水口与铺膜泵的进水口连接，在线铺膜箱的进水口和反冲洗水箱连接，反冲洗水箱还通过冲洗水泵与微滤成膜处理设备的出水口连接。

4.一种微滤成膜处理方法，其特征在于该方法包括以下步骤：A、在铺膜箱内配制滤液，将硅藻土粉末和阴离子交换粉末树脂成滤液，其中硅藻土粉末和阴离子交换粉末树脂的配比为1∶0.8～1.2；B、预铺膜，利用铺膜泵将该滤液通入微滤成膜处理设备进水口，对微滤成膜处理设备中的管式滤元进行预铺膜；C、过滤，常规处理过的水经过常规处理出水口通入微滤成膜处理设备进水口，利用管式滤元进行过滤，过滤后的水从微滤成膜处理设备出水口流出至产水口；D、在线铺膜，在线铺膜箱内配制滤液，其中硅藻土粉末和阴离子交换粉末树脂的配比为1∶0.8～1.2，在过滤的同时，将在线铺膜箱内的滤液通入微滤成膜处理设备进水口，对微滤成膜处理设备中的管式滤元进行在线铺膜。

5.根据权利要求3所述的微滤成膜处理方法，其特征在于：该方法还包括步骤E、爆膜，反冲洗水由微滤成膜处理设备出水口进入微滤成膜处理设备，同时从进气管打入压缩空气，将失效的硅藻土阴树脂膜从滤元表面脱落下来，冲洗水从进水口流出。

6.根据权利要求3所述的微滤成膜处理方法，其特征在于：步骤A中滤液的粉末浓度为20-40g/L；步骤D中滤液的粉末浓度10-30g/L。

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