CN102050529B

CN102050529B - 浸没式内循环膜混凝反应器水处理装置

Info

Publication number: CN102050529B
Application number: CN200910210215A
Authority: CN
Inventors: 张忠国; 刘丹; 程言君; 李继定; 宋云; 荣立明; 钱宇
Original assignee: Environmental Protection Institute of Light Industry
Current assignee: Environmental Protection Institute of Light Industry
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2029-10-28
Also published as: CN102050529A

Abstract

本发明公开了一种浸没式内循环膜混凝反应器水处理装置，属于水处理领域。本发明的浸没式内循环膜混凝反应器水处理装置，包括内循环膜混凝反应器，所述内循环膜混凝反应器的主体为一个反应池，所述反应池分为上、下两部分，上部分内设有上下两端开放的内循环筒；所述内循环筒内装有膜组件，所述膜组件上设有出水口，所述膜组件的下方设有曝气管或曝气盘；所述反应池的上部分设有扰流构件，所述扰流构件设置在所述反应池内壁与所述内循环筒的筒壁之间。本发明的水处理装置可高效缓解水处理装置中膜的污染，去除水中的污染物，并且占地面积小、建设投资以及运行成本低。

Description

浸没式内循环膜混凝反应器水处理装置

技术领域

本发明涉及一种浸没式内循环膜混凝反应器水处理装置，属于水处理领域。

背景技术

水是生命之源，是经济发展、工农业生产中不可或缺的元素之一，也是人类存在的物质基础。几十年来，随着我国的改革开放，工业化的迅速发展，各种成分复杂的工业废水和生活污水经常未达标就直接进入水体，导致饮用水水源水质急剧下降，传统饮用水净化技术面临着诸多的挑战。此外，我国是一个严重缺水的国家，人均水资源占有率仅为世界平均水平的1/4，且万元GDP的耗水量远远高于国际先进水平，目前水资源短缺已严重影响我国的经济发展和社会进步。因此，开发新型高效饮用水净化技术以及废(污)水深度处理技术对于保障饮用水安全、提高废(污)水重复利用率、降低水耗、促进社会和经济可持续发展具有重要的意义。

混凝是目前应用非常广泛的一种水及废水处理技术，不仅可以用于饮用水净化，也可用于废(污)水预处理或深度处理。传统的混凝工艺包括混凝-沉淀、混凝-深床过滤和混凝-气浮等，混凝能够显著提高沉淀、深床过滤以及气浮的分离效率。混凝一般分为混合和絮凝两个阶段。无机絮凝剂在混合阶段发生水解，并与原水中的悬浮颗粒及胶体等相互作用，使悬浮颗粒及胶体等脱稳并相互碰撞、聚结，形成微小絮体。絮凝是紧随混合阶段的一个重要反应阶段，混合阶段形成的微小絮体在水力作用下进一步通过吸附、网捕等作用逐渐增大，形成满足需要的较大絮体。相对絮凝过程而言，混合过程更为复杂，也更为重要。因此，强化混凝效果应首先从提高混合效果着手，这样能起到事半功倍的作用。目前常用的混合方式包括水泵混合、(机械)搅拌混合、隔板混合和管道混合(静态混合)等。静态混合器由于具有混合效果好、操作简单、占地面积小、能耗低、结构紧凑和制造安装方便等优点，近年应用比较普遍。根据搅拌方式的不同，絮凝主要可分为水力搅拌和机械搅拌两种方式，其中前者又可分为往复式隔板絮凝、回转式隔板絮凝、涡流式絮凝、网格絮凝、管式絮凝和旋流絮凝等。水力搅拌的运行成本较低，且设备简单、操作维护方便，在我国的应用较多。基于微涡旋理论的网格絮凝、旋流扰流絮凝等技术能够显著减少絮凝时间、节省药剂、提高絮凝效果，近年得到广泛关注，应用日益增多。

膜技术近些年来逐渐成为饮用水净化及废(污)水深度处理领域的研究与应用的热点问题。超滤或微滤能够最有效地去除水体中的天然有机物(NOM)和氯消毒副产物(DBPs)的前驱物，对浊度和细菌的去除率接近100％。而将膜分离与混凝过程有机结合的膜混凝反应器技术是近年来废(污)水处理与饮用水净化领域的一个重要发展方向。以膜分离代替常规混凝-沉淀工艺中的沉淀过程不仅可以显著缩短分离时间，减少占地面积；同时，混凝能够去除粒径＜5μm的胶体物质，从而降低膜污染，提高膜通量，延长膜的使用寿命。此外，二者的有机结合可以大大提高出水水质，提高病菌、天然有机物(NOM)、氟、磷等污染物的去除率。因此，膜混凝反应器技术在饮用水净化、废(污)水深度处理及回用等领域的应用研究十分广泛。

但是，现有的膜混凝反应器技术只是将混凝与膜分离简单组合，存在以下问题：①对于混凝反应和膜分离分别为两个独立单元的分体式膜混凝反应器技术，水体通过二者之间的管线时，混凝形成的较大絮体易于发生破碎现象，从而影响混凝作用的发挥，且存在装置占地面积较大的问题；对于混凝反应和膜分离完全置于一个反应器内的现有的一体化膜混凝反应器技术，由于混凝反应的混合阶段和絮凝阶段需要不同的水力条件，因而存在混合或絮凝效果不理想、混凝剂用量较大等问题；同时因混凝作用不充分而存在的易于导致膜污染的微细絮体或胶体因难于有效混凝而出现浓度逐渐增加的现象，易导致膜污染，影响膜通量和膜寿命。②对于分体式膜混凝反应器及现有的一体化膜混凝反应器，混凝形成的絮体全部进入膜分离部分，絮体浓度较高且逐渐升高，易导致膜污染，影响膜通量和膜寿命。

发明内容

本发明提供了一种浸没式内循环膜混凝反应器水处理装置，其目的是缓解水处理装置中膜的污染，延长膜使用寿命，同时提高水中的污染物的去除效率。

本发明的浸没式内循环膜混凝反应器水处理装置，包括内循环膜混凝反应器，其特征在于：所述内循环膜混凝反应器的主体为一个反应池，所述反应池分为上、下两部分，上部分内设有上下两端开放的内循环筒；所述内循环筒内装有膜组件，所述膜组件上设有出水口，所述膜组件的下方设有曝气管或曝气盘；所述反应池的上部分设有扰流构件，所述扰流构件设置在所述反应池内壁与所述内循环筒的筒壁之间。

所述的浸没式内循环膜混凝反应器水处理装置还可包括混合系统、进水系统、加药系统、出水系统、污泥排放系统、曝气系统和反冲洗系统；所述混合系统为静态混合器。

所述进水系统和所述加药系统通过管道与所述混合系统密封连接；所述混合系统通过管道经所述膜混凝反应器的进水口与所述膜混凝反应器密封相连。

所述扰流构件的形状为栅条结构、网型结构、镂空的球形、镂空的圆柱形等。

所述膜组件为中空纤维膜组件或平板式膜组件。

所述反应池上设有进水口、曝气口和排泥口。

有益效果：本发明的浸没式内循环膜混凝反应器水处理装置，集絮凝、沉淀与膜分离作用于一体，可减缓水处理过程中膜的污染，延长膜的使用寿命；使用本发明的浸没式内循环膜混凝反应器水处理装置处理水，可高效去除水中的污染物；本发明的浸没式内循环膜混凝反应器水处理装置占地面积小、建设投资以及运行成本低。

附图说明

图1为本发明的浸没式内循环膜混凝反应器纵剖面的示意图；

图2为图1沿A-A方向的剖面图；

图3为图1沿B-B方向的剖面图；

图4为本发明的浸没式内循环膜混凝反应器水处理装置的示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例结合图1至图4详细阐明本发明的浸没式内循环膜混凝反应器水处理装置。

本发明的浸没式内循环膜混凝反应器水处理装置，包括膜混凝反应器，膜混凝反应器的主体为一个反应池7，反应池7分为上(I)、下(II)两部分，上部分(I)主要发生絮凝和膜分离两个过程，为絮凝-膜分离区；下部分(II)主要发生絮体重力沉淀及重力浓缩过程，为沉淀区。上部分(I)内部空间设有内循环筒10，内循环筒10为两端均未完全封闭的圆筒(截面可以是方形或矩形)；内循环筒10内部为膜分离反应区，设有内部出水的膜组件8，膜组件8为中空纤维膜组件或平板式膜组件，本发明的膜混凝反应器通过膜组件8发生膜分离作用；膜组件8上的出水口22通过管道与外界连通，膜组件8的正下方设有曝气盘9，也可用曝气管替代曝气盘9，曝气范围不超过内循环筒10的内部截面范围；内循环筒10的侧壁与反应池7内壁之间的空间发生絮凝反应，为絮凝反应区，装有扰流构件23，扰流构件23的形状为栅条，也可以是网型结构、镂空的球形、镂空的圆柱形等，只要能起到扰流作用即可。扰流构件23可以由金属、塑料或陶瓷等材料制成。反应池7的上部分池壁上设有进水口21和曝气口；所述反应池的下部分池壁上设有排泥口，反应池上也可不设置进水口21、曝气口和排泥口，金属管道，曝气管道和排泥管道可从反应池上方进入反应池。

本发明的浸没式内循环膜混凝反应器水处理装置，除包括上述的膜混凝反应器水处理装置，还包括进水系统、加药系统、混合系统、出水系统、污泥排放系统、反冲洗系统和曝气系统。进水系统由水箱1、进水泵2、流量计3通过管道密封连接构成；加药系统由加药箱4、计量泵5通过管道密封连接构成；混合系统由静态混合器6构成；进水系统和加药系统通过管道与混合系统密封连接；混合系统通过管道经膜混凝反应器的进水口与膜混凝反应器密封连接，进水口21位于膜混凝反应器水处理装置的膜混凝反应器的上部分，混有混凝剂的原水切向进入膜混凝反应器的絮凝反应区；膜混凝反应器的曝气管或曝气盘9通过曝气管道24经曝气口密封连接气泵17，曝气管道与曝气口密封连接，同时曝气管道24上设有气体流量计16，曝气管道24、气泵17和气体流量计16构成了曝气系统；膜组件8的出水口22通过管道与出水泵13密封连接，膜组件8与出水泵13之间的管道上设有阀门12和真空压力表11。出水系统主要由阀门12、真空压力表11、出水泵13、阀门20等通过管道连接而成。出水泵13和阀门20之间的管道上连接一个支管，该支管的另一端连接在阀门12和膜组件8之间的管道上，该支管上设有阀门19，该支管为反冲洗水的通道。阀门12和出水泵13之间的管道上连接一个支管，该支管上设有阀门18，该支管也为反冲洗水的通道。反冲洗系统与膜组件出水口22密闭连接，主要由出水泵13、反冲洗阀门18和阀门19通过管道连接构成。反冲洗操作时，须开启反冲洗阀门18和阀门19，关闭阀门12和阀门20。而膜正常出水时，则须关闭反冲洗阀门18和阀门19，开启阀门12和阀门20。反应池7的下部分池壁上设有排泥管15和排泥阀，二者组成污泥排放系统，利用重力作用进行排泥。

以微污染河水、湖泊水或达标排放的生活污水、城市污水或工业废水为例进行水处理：

首先开启阀门12、阀门20，反冲洗阀门18、阀门19关闭，开启进水泵2、水泵13和气泵17，采用连续曝气方式曝气；待处理的原水，由水箱1经进水泵2的泵送作用进入静态混合器6，同时混凝剂经由计量泵5也进入静态混合器6。投加混凝剂可去除大分子有机物、悬浮物、总磷、色度等，混凝剂可选择目前应用较广泛的聚合氯化铝、聚合硫酸铁、硫酸铝、氯化铁等无机混凝剂以及各种复合絮凝剂，同时也可以选用高锰酸钾、粉末活性炭等材料；原水与混凝剂在静态混合器6中混合接触反应，随后通过管道切向进入膜混凝反应器的絮凝反应区，切向进入可形成旋流，利用旋流形成的离心力以及扰流构件的扰流作用形成的微涡旋可强化絮凝作用。由于曝气管或曝气盘9曝气所产生的气体提升作用，膜混凝反应器的进水围绕内循环筒10旋转向下流动，在自上而下旋流过程中，由于摩擦作用以及扰流构件的扰流作用，旋流速度逐渐降低，能够满足不断增大的絮体对水力条件的要求；絮凝反应后的原水自内循环筒10的下部端口进入内循环筒10后向上流动，进入膜分离区，通过膜完成分离过程；未穿过膜的原水自内循环筒10的上部端口流出后与混有混凝剂的原水混合而向下旋转流动，进一步发生絮凝反应，如此则形成内循环。絮凝反应区和膜分离区相邻，并且直接相联能够最大程度避免生成的较大絮体发生破碎现象，利于沉淀及膜分离。絮凝形成的粒径较大且密实的絮体由于能够克服上升水流的作用而沉降下来，从而可避免因污泥浓度太高而加剧膜污染；而粒径较小的絮体则随上升水流经膜分离区进入絮凝反应区，再次发生絮凝反应而增大。沉淀区设有排泥阀，根据污泥产生量定期进行排泥，控制反应器内污泥量，从而有利于进一步减缓膜污染。由于上升水流及上浮气泡的存在，原水在流经膜组件时发生所谓的“动态过滤”，从而可以减少絮体、尤其是微小絮体在膜表面的沉积与吸附，降低膜污染，缓解浓差极化，减小过滤阻力，从而提高膜通量。由于气泡的扰动，原水中将形成微小涡旋，利于絮体的相互碰撞及絮凝作用。

膜混凝反应器水处理系统运行一段时间后，通过排泥阀15对膜混凝反应器水处理系统进行排泥，根据原水水质的波动情况不同，排泥周期约为1～5天。根据膜污染的情况定期进行反冲洗，反冲洗时关闭出水阀12、20，开启阀门18、19，关闭进水泵2和气泵17，开启水泵13对膜组件8进行反冲洗。

按照上述方法进行水处理，出水水质与原水水质的各项指标的对比结果如表1所示。

表1中浊度测定参照水和废水监测分析方法(第四版)便携式浊度计法；pH测定参照水和废水监测分析方法(第四版)玻璃电极法；TOC测定采用总有机碳测定仪；UV₂₅₄通过通过分光光度计测定；COD_Mn测定参照水和废水监测分析方法(第四版)酸性法；通过离子色谱法测定水和废水中总磷。

表1

测试项目	原水水质	出水水质	去除率
				浊度(NTU)	11.3-81	＜0.1	＞99％
TOC(mg/L)	5.72-8.57	3.29-4.54	42％-51％
				UV₂₅₄(cm^-1)	0.084-0.108	0.032-0.045	58％-61％
COD_Mn(mg/L)	3.81-4.78	1.74-2.25	48％-54％
				总磷(mg/L)	0.162-0.183	0.002-0.003	98.4％-98.8％

上述结果说明使用本发明的水处理装置，能提高提高水中的污染物的去除效率。本发明的膜混凝反应器水处理装置能减缓水处理过程中膜的污染，延长膜的使用寿命。当跨膜压差为0.1MPa时，运行75小时后的膜通量仍为初始通量的70％以上，通量下降较为缓慢，能长时间维持较大出水量。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种浸没式内循环膜混凝反应器水处理装置，包括内循环膜混凝反应器，所述内循环膜混凝反应器的主体为一个反应池，所述反应池分为上、下两部分，上部分内设有上下两端开放的内循环筒，内循环筒截面是方形或圆形；所述内循环筒内装有膜组件，所述膜组件上设有出水口，所述膜组件的下方设有曝气管或曝气盘；所述反应池的上部分设有扰流构件，所述扰流构件设置在所述反应池内壁与所述内循环筒的筒壁之间；所述反应池上设有进水口、曝气口和排泥口；其特征在于：装置还包括混合系统、进水系统、加药系统、出水系统、污泥排放系统、曝气系统和反冲洗系统，所述混合系统为静态混合器；所述进水系统和所述加药系统通过管道与所述混合系统密封连接；所述混合系统通过管道经所述内循环膜混凝反应器的进水口与所述内循环膜混凝反应器密封相连。

2.根据权利要求1所述的浸没式内循环膜混凝反应器水处理装置，其特征在于：所述扰流构件的形状为栅条结构、网型结构、镂空的球形或镂空的圆柱形。

3.根据权利要求1或2所述的浸没式内循环膜混凝反应器水处理装置，其特征在于：所述膜组件为中空纤维膜组件或平板式膜组件。

4.一种利用权利要求1至3中任一所述的浸没式内循环膜混凝反应器水处理装置处理水的方法。