CN102092884A - 一种磁化絮凝-膜过滤的运行方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁化絮凝-膜过滤的装置及运行方法，属于膜过滤处理技术领域，适用于饮用水净化及处理领域。其包括采用无外壳膜组件的浸没式磁化絮凝-膜过滤装置和有外壳膜组件的外压分离式磁化絮凝-膜过滤装置两种。采用有外壳膜组件的外压分离式磁化絮凝-膜过滤装置包括浸没式混凝-膜过滤反应单元、固定磁化装置，进水泵、出水泵、絮凝剂投加泵、磁种投加泵、磁絮体回流泵、磁种回收装置及对应的管路及阀门；采用有外壳膜组件的外压分离式磁化絮凝-膜过滤装置其特征是包括原水泵、絮凝剂投加泵，磁种投加泵，絮凝反应单元，搅拌装置，膜组件，磁化装置，磁种回收装置，加压泵，曝气泵及相应的管路和阀门。

Description

一种磁化絮凝-膜过滤的运行方法及装置

技术领域

本发明属于膜过滤处理技术领域，涉及一种磁化絮凝-膜过滤的运行方法及其装置。

背景技术

膜分离过程在常温下进行，无相变，不产生二次污染，是一种高效节能型分离净化技术，具有能耗低、设备简单且易操作、效益高等特点。膜过滤可直接用于处理市政饮用水、污水、中水回用、食品等多个领域。与常规饮用水处理工艺的滤池相比，它可有效且稳定的除去悬浮微粒、病原菌，各种有机、无机物，且占地面积小、运行效率高，随着材料和应用技术的不断完善和处理成本的下降，其在饮用水处理领域中的作用会日益突出，将成为未来饮用水处理的核心技术。

与其它方法相结合的膜组合工艺(如混凝一膜组合工艺、活性炭-膜工艺)能够强化对有机物的去除，是目前饮用水处理中的技术热点，尤其是混凝与膜过滤组合的工艺形式，许多研究表明，混凝可改变颗粒物表而的电性，降低悬浮颗粒在膜表面的电性吸附，因此滤饼层不会紧密附着在膜表面，减少膜滤饼层阻力和浓差极化阻力，提高膜通量。

膜污染是指处理料液中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积、造成膜孔变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性减弱的变化现象。膜污染是制约膜技术应用和运行的关键，如何有效地解决膜污染是膜过滤运行成败的关键。根据描述膜过滤行为的Carmen-Kozeny方程，如下：

$\mathrm{\α}=\frac{180(1-f)}{d_p^2{f}^3{\mathrm{\ρ}}_s}$

上式中，α为膜过滤的阻力系数，d_p为颗粒尺寸，p_s为颗粒密度，f为孔隙率，由Carmen-Kozeny方程可知，增加颗粒尺寸d_p可有效降低阻力系数α，提高膜通量改善膜污染。

磁絮凝技术是通过絮凝、吸附、架桥的作用将水中的微小悬浮物或不溶性污染物与粒径极小的磁性颗粒进行极有效率的结合，来增加絮体的体积和密度以改善絮凝效果的一种手段。在常规的絮凝处理上外加磁场可增大絮体的尺寸，提高絮体的沉淀性能。将磁絮凝技术与膜过滤技术相结合，既保留了絮凝-膜过滤组合工艺的特点，并通过施加外部磁场改善了絮体的状态，不但能提高絮凝过程中对原水中污染物的吸附、网捕及卷扫的作用，还可合理的调控絮体的尺寸以达到延缓膜污染提高膜通量的目的。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种在饮用水处理中处理效果优良，絮体的沉降性能好，膜污染缓慢，通量稳定的磁化絮凝-膜过滤的运行方法及装置。

本发明的技术方案概述如下：

本发明包括采用无外壳膜组件的浸没式磁化絮凝-膜过滤装置和有外壳膜组件的外压分离式磁化絮凝-膜过滤装置两种。

浸没式磁化絮凝-膜过滤装置其特征是包括一体絮凝-膜过滤反应单元、搅拌装置、浸没式膜组件、固定式的磁化装置、进水泵、出水泵、絮凝剂投加泵、磁种投加泵、磁絮体回流泵、磁种回收装置、曝气泵、管道静态混合器。还包括进水管路及控制阀门、絮凝剂投加管路及控制阀门、磁种回收管路及控制阀门、磁种投加管路及控制阀门、磁种补充管路及控制阀门、剩余絮体排出管路及控制阀门、曝气管路及控制阀门。

在浸没式磁化絮凝-膜过滤装置中，所述进水泵4通过进水管路5与絮凝剂投加管路1上的所述絮凝剂投加泵2，磁种投加管路11上的磁种投加泵8相连，并经所述静态混合器6与所述一体絮凝-膜过滤反应单元21相连。所述磁种投加管路11还与磁种补充管路9及控制阀门10相连。所述一体絮凝-膜过滤反应单元21前端设有搅拌装置23，后部安装膜组件22。在所述搅拌装置23所在位置的单元外部两侧和膜组件所在位置的单元外部两侧设有磁化装置20。所述一体絮凝-膜过滤反应单元21底部设有磁絮体回流管路11及控制阀门7和14，并与所述的磁种回收装置12和所述的磁絮体回流泵13相连接。所述一体絮凝-膜过滤反应单元21底部还设有剩余絮体排出管路18及控制阀门19。所述的浸没式膜组件22上部出水口通过管路24与出水泵25相连接。所述曝气泵17通过与位于所述膜组件22下部的曝气管路15连接，并在曝气管路15上设控制阀门16。

外压分离式磁化絮凝-膜过滤装置其特征是包括絮凝反应装置、搅拌装置、外压式膜组件、固定式的磁化装置、进水泵、出水泵、中间加压泵、絮凝剂投加泵、磁种投加泵、磁絮体回流泵、磁种回收装置、管道静态混合器。还包括进水管路及控制阀门、絮凝剂投加管路及控制阀门、絮凝剂投加管路及控制阀门、磁种回收管路及控制阀门、磁种投加管路及控制阀门、剩余絮体排出管路及控制阀门、组件排污管路及控制阀门。

在外压分离式磁化絮凝-膜过滤装置中，所述进水泵37通过管路39同时与管路40上的所述絮凝剂投加泵43和管路34上的所述磁种投加泵32相连，并经静态混合器38与所述的絮凝反应单元59相连。所述磁种投加管路34还与磁种补充管路36及控制阀门35相连。所述絮凝反应单元59内部设有搅拌装置58，且在两侧设有磁化装置56。所述絮凝反应单元59中下部设有管路46及控制阀门45，并与膜组件加压泵47进水口连接。所述加压泵47出水口通过管路46与膜组件57下部的进水口52连接。所述絮凝反应单元59底部侧还设有剩余絮体排出管路43及控制阀门44。所述膜组件57下部的排污口55与排污管路54及控制阀门53连接。所述膜组件57外侧设有两组共8个磁化装置。所述膜组件57上部一侧设有循环出液口28，并通过管路31与所述磁种回收装置32连接。所述磁种回收装置31通过磁种回流管路30与磁种投加管路34和磁种投加泵32连接。

本发明的磁化絮凝-膜过滤的运行方法及装置，将磁化絮凝技术与膜过滤技术结合在一起，针对不同的微污染原水水源特点，可应用浸没式和外压分离式两种的工艺组合形式，不但可利用磁场强化的技术保证在各种环境条件下絮体形态的稳定形成，由于磁化手段的引入也降低了絮凝剂的用量。同时利用絮凝与膜组件之间的滤饼形成的耦合作用，形成更为疏松和易清洗的污染层，不但提高了单独磁化絮凝方法的出水水质，也可以有效控制膜过滤环节形成的膜污染，使整套装置具有运行稳定和经济性好的特点。

附图说明

图1为本发明中浸没式磁化絮凝-膜过滤装置流程图；

图2为本发明中浸没式磁化絮凝-膜过滤装置工作单元俯视图；

图3为本发明中外压分离式磁化絮凝-膜过滤装置流程图；

图4为本发明中外压分离式磁化絮凝-膜过滤装置膜组件磁化装置安装图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

一种磁化絮凝-膜过滤净水处理方法，其运行方法与装置包括采用无外壳膜组件的浸没式磁化絮凝-膜过滤装置和有外壳膜组件的外压分离式磁化絮凝-膜过滤装置两种类型。

采用有外壳膜组件的外压分离式磁化絮凝-膜过滤其特征是包括浸没式混凝-膜过滤反应单元21、固定磁化装置20，进水泵4、出水泵25、絮凝剂投加泵2、磁种投加泵8、磁絮体回流泵13、磁种回收装置12及对应的管路及阀门组成。进水泵4通过进水管道5与絮凝剂投加管路1和磁种投加管路11相连，絮凝剂投加管路1之上设有絮凝剂投加泵2和絮凝剂管路控制阀门3，磁种投加管路11一端通过磁种投加泵8及其控制阀门7与进水管路5相连，另一端与磁种回收装置12相连。磁种回收管路11还与磁种补充管路9及控制阀门10相连。进水管路5与浸没式混凝-膜过滤反应单元19之间设管道混合器6，浸没式混凝-膜过滤反应单元19在前端搅拌装置两侧和膜组件22两侧均设有磁化装置20，装置底部还设有剩余絮体排出管路18及控制阀门19。单元内浸没式膜组件22上部出水口通过管路24与出水泵25相连接。

采用有外壳膜组件的外压分离式磁化絮凝-膜过滤装置其特征是包括原水泵37、絮凝剂投加泵42，磁种投加泵32，絮凝反应单元59，搅拌装置58，膜组件57，磁化装置56，磁种回收装置31，加压泵47，曝气泵51及相应的管路和阀门。原水在原水泵39作用下进入原水管路41，原水通过絮凝剂投加泵43和磁种投加泵34投加絮凝剂和磁种，最后经管道混合器40快速混合后进入絮凝反应单元59。絮凝反应单元59内设有搅拌器58，并在两侧设有磁化装置56。絮凝反应单元下部设有管路46与控制阀门45和加压泵47相连，加压泵47通过管路46与膜组件进水口52连接，并在管路上设控制阀门48。絮凝反应单元下部还设有剩余絮体排出管路43及控制阀门44。在与膜组件进水口52连接的管路46之上还连接有曝气泵50和51供气管路和控制阀门50。膜组件57上下部分别固定两组共8个磁化装置56，膜组件57上部一侧与磁种循环管路30相连，磁种循环管路30上设有磁种回收装置31及磁种投加泵32，磁种回收装置31与磁种投加泵32之间还设有磁种补充管路36和阀门35。膜组件57顶端出水口27与出水管路26相连。

对于膜组件有外壳的外压分离式和膜组件无外壳两种磁化絮凝-膜过滤装置来说，在正常运行状态下，原水通过进水泵在管道中与少部分絮凝剂和具有磁性的磁种混合，并经管道混合器充分混合后进入絮凝反应单元中，在絮凝反应单元中，原水、絮凝剂和磁种在内置搅拌装置的混合作用下，絮凝剂水解形成的絮体将原水中的微小悬浮物或不溶性污染物被吸附下来，同时投加的磁性颗粒对絮体的通过相互之间的磁性吸附作用，形成结构密实、尺寸较大的絮体，具有磁性的絮体在外加磁场的作用下强化了电性中和、吸附、卷扫等作用，提升了对原水中的污染物及颗粒性物质的去除效果。为了保证一定的磁化絮凝效果，磁化絮凝-膜过滤装置中在絮凝单元和膜组件外侧设置磁化装置的磁场强度应保证在6000Gs以上。吸附污染物后所微絮凝混合液再经过膜组件过滤。絮体混合液在出水泵的负压抽吸作用通过膜，絮凝体被截留在膜表面滤后获得净化的水。此时附着在膜面上的污染层由于絮体尺寸大且外加磁场的作用而较为疏松，且极易从膜面上清洗下来。在膜组件过滤中的剩余絮体会通过磁种回收管路进入特殊的磁种回收装置中，经回收磁种后的磁种可通过管路再投加至反应装置内，在运行中损失的部分磁种可通过管路定期补充以满足整个装置对磁种量的要求。磁种的投加量需根据不同的水质情况和絮凝剂投加量进行调节。为了保证反应单元内稳定的絮凝体浓度和工作状态，反应装置需定期排出剩余絮体。

经过一段时间运行后的膜组件表面会受到絮凝体、胶体、微生物等方面的污染，因此膜组件运行一段时间后，需要采用气体擦洗的方式对膜面进行清洗，以维护膜组件的长期稳定过滤性能。具体运行方式为，停止进水泵、絮凝剂投加泵、磁种投加泵及对应的控制阀门，停止出水泵，开启曝气管路控制阀门，通过设于膜组件底部的曝气泵向膜组件表面鼓入气泡，使膜表面上形成一定的上升流速(为了形成较好的磁化效果，应保证单位时间内鼓入气泡的量与膜组件产水量的比值大于30∶1)。由于形成的上向流动与置于膜组件外侧的磁化装置形成的磁力线相交，因此可对附着于膜表面的带有磁性的絮体产生一定的磁化影响，使其原有的磁场实现再分布，进而通过气、水两相流动的剪切作用使膜污染得以缓解。

Claims (3)

1.一种磁化絮凝-膜过滤净水处理方法，首先使用磁化单元的永磁装置，使原水经磁化后具有“活化”的功能，然后通过超滤/微滤的膜过滤单元，有效去除原水中的颗粒性物质、致病细菌等，达到水质卫生安全标准。

2.一种采用如权力要求1所述方法的浸没式磁化絮凝-膜过滤装置，其特征在于：进水泵(4)通过进水管路(5)分别与絮凝剂投加管路(1)上的絮凝剂投加泵(2)，磁种投加管路(11)上的磁种投加泵(8)相连，并经静态混合器(6)与一体絮凝-膜过滤反应单元(21)相连；磁种投加管路(11)还与磁种补充管路(9)及控制阀门(10)相连；一体絮凝-膜过滤反应单元(21)前端设有搅拌装置(23)，后部安装膜组件(22)；搅拌装置(23)所在位置的单元外部两侧和膜组件所在位置的单元外部两侧设磁化装置(20)；一体絮凝-膜过滤反应单元(21)底部设有磁絮体回流管路(11)及控制阀门(7)和(14)，并与磁种回收装置(12)和磁絮体回流泵(13)相连接；一体絮凝-膜过滤反应单元(21)底部还设有剩余絮体排出管路(18)及控制阀门(19)；膜组件(22)上部出水口通过管路(24)与出水泵(25)相连接；位于膜组件(22)下部的曝气管路(15)与曝气泵(17)连接，且曝气管路(15)上设控制阀门(16)。

3.一种采用如权力要求1所述方法的外压分离式磁化絮凝-膜过滤装置，其特征包括：进水泵(37)通过管路(39)同时与管路(40)上的絮凝剂投加泵(43)和管路(34)上的磁种投加泵(32)相连，并经静态混合器(38)与絮凝反应单元(59)相连；磁种投加管路(34)还与磁种补充管路(36)及控制阀门(35)相连；絮凝反应单元(59)内部设有搅拌装置(58)，且在两侧设有磁化装置(56)；絮凝反应单元(59)中下部设有管路(46)及控制阀门(45)，并与膜组件加压泵(47)进水口连接；加压泵(47)出水口通过管路(46)与膜组件(57)下部的进水口(52)连接；絮凝反应单元(59)底部一侧设有剩余絮体排出管路(43)及控制阀门(44)；膜组件(57)下部的排污口(55)与排污管路(54)及控制阀门(53)连接；膜组件(57)外侧设有两组共8个磁化装置；膜组件(57)上部一侧设有循环出液口(28)，并通过管路(31)与磁种回收装置(32)连接；磁种回收装置(31)通过磁种回流管路(30)与磁种投加管路(34)和磁种投加泵(32)连接。

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