CN102249372A - 一种浸没式超滤方法、装置及纯水的制备系统 - Google Patents

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施杰
张宜莓
朱荣健
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Abstract

本发明涉及一种超滤方法，特别涉及一种浸没式超滤方法，还涉及实现这种方法的装置及采用该装置的纯水的制备系统。一种浸没式超滤方法，包括以下步骤：在超滤水池内安装浸没式超滤膜，由设置在所述超滤水池外的抽吸泵抽吸形成负压，使所述浸没式超滤膜外的水进入所述浸没式超滤膜的膜腔内，进行超滤膜处理。一种浸没式超滤装置，包括：超滤水池、浸没式超滤膜、抽吸泵。一种纯水的制备系统，其超滤系统包括上述的浸没式超滤装置。本发明主要解决了现在使用压力式超滤膜纯水制备工艺存在的膜难以清洗的问题。

Description

一种浸没式超滤方法、装置及纯水的制备系统
技术领域
本发明涉及一种超滤方法，特别涉及一种浸没式超滤方法，还涉及实现这种方法的装置及采用该装置的纯水的制备系统。
背景技术
在钢铁企业生产过程中，需要使用大量的纯水，用于设备的冷却、锅炉蒸汽补给水和冷轧板坯清洗、产品冷却等。纯水的品质与设备的安全运行和产品质量密切相关，目前在水处理技术中，纯水的制备工艺和方法主要有离子树脂交换法、蒸馏法、电吸附法、膜处理法以及电渗析等，处理工艺均有其各自的特点，离子树脂交换法，是一种传统的纯水制备工艺，系统运行相对稳定，处理水质与系统装备、控制水平和运行操作密切相关，离子交换法存在的主要问题是树脂再生后产生大量的酸碱废液，其含盐量高，直接排放对环境影响大，如要回收利用，需要较高的深度处理投资及运行费用，该技术现已逐步淘汰；蒸馏法设备投资高，运行能耗也高，对大规模生产企业而言，采用蒸馏法制取纯水应用实例不多；电吸附和电渗析运行管理相对简便，但处理后纯水水质品质相对较低，运行成本主要为电耗，因此采用电吸附和电渗析制取纯水一般要与膜处理或离子树脂交换法配合使用；膜处理技术近几年发展很快，由于膜的投资成本逐年降低，处理出水水质相对稳定，该技术已成为这一领域的发展趋势。
授权公告号为CN2388197Y，授权公告日为2000年7月19日的中国实用新型专利说明书公开了一种高浊度水纯化设备。这种高浊度水纯化设备由机架、水泵、泥砂分离器、超滤膜过滤器、反渗透装置构成。
授权公告号为CN1218884C，授权公告日为2005年9月14日的中国发明专利说明书公开了一种部分双级反渗透纯水制造工艺，其特征在于它是利用一级反渗透装置，该装置包括多个串联方式连接的反渗透膜，所述的串联方式连接的反渗透膜分为前面部分和后面部分，多个反渗透膜的前面部分的纯水合并成系统纯水，前面部分的浓水进入后面部分的反渗透膜，后面部分纯水合并后全部或部分返回原水给水系统。
但是膜处理最大的缺陷存在着膜污堵问题，发生膜污堵后，影响系统的通水量，此时发生污堵的一组膜组必须停止运行，需要花几天时间进行清洗和再生，增加作业负荷并影响系统的产水量。同时由于超滤膜组的设置是采用压力式的，需要消耗必要的电能，增加运行成本。
发明内容
本发明的目的的第一方面在于提出一种浸没式超滤方法，以解决现在使用压力式超滤膜纯水制备工艺存在的膜难以清洗的问题。
本发明通过以下技术方案解决上述技术问题，达到本发明的目的。
一种浸没式超滤方法，包括以下步骤：
在超滤水池内安装浸没式超滤膜，由设置在所述超滤水池外的抽吸泵抽吸形成负压，使所述浸没式超滤膜外的水进入所述浸没式超滤膜的膜腔内，进行超滤膜处理。
进一步，所述抽吸泵的抽吸压力为5-12kpa。
本发明采用浸没式超滤膜，通过抽吸泵抽吸形成负压，将膜外部的水吸入膜组进行过滤，使水中的有机、胶体污物粘附在膜组的外表面，如此将压力式超滤处理改为负压式超滤处理工艺，这样清洗时利用很少的水量、压缩空气量就可以冲洗表面污物，使膜组恢复正常通水功能。
本发明的目的的第二方面在于提出一种浸没式超滤装置，以解决使用压力式超滤装置净化水存在的膜难以清洗的问题。
一种浸没式超滤装置，包括：
超滤水池；
浸没式超滤膜，所述浸没式超滤膜安装在所述超滤水池内；
抽吸泵，所述抽吸泵设置在所述超滤水池外，与所述浸没式超滤膜的膜管出水口通过管道连接。
本发明的浸没式超滤装置为实现上述浸没式超滤方法的负压式超滤装置，具有抗污堵的能力。
本发明的目的的第三方面在于提出一种纯水的制备系统，以解决现在的纯水的制备系统采用压力式超滤膜净化水存在的膜难以清洗的问题。
一种纯水的制备系统，包括：
预处理系统；
超滤系统，所述超滤系统与所述预处理系统连接；
反渗透处理系统，所述反渗透处理系统与所述超滤系统连接；
所述超滤系统包括如上所述的浸没式超滤装置。
所述预处理系统包括将原水进行混凝反应沉淀处理的装置和V型滤池，所述V型滤池的出水口与所述超滤系统通过管道连接。进一步，所述预处理系统还包括第一杀菌加药装置，所述第一杀菌加药装置的加药点管道设置在所述连接V型滤池的出水口与所述超滤系统的管道上。
所述超滤系统还包括送水泵、自清洗过滤器、超滤产水箱，所述送水泵的进水口与所述预处理系统连接，自清洗过滤器的进水口与所述送水泵的出水口通过管道连接，所述自清洗过滤器的出水口通过管道与所述超滤水池的进水口连接，所述超滤产水箱的进水口与所述抽吸泵的出水口通过管道连接，所述超滤产水箱的出水口与所述反渗透处理系统通过管道连接。进一步，所述超滤系统还包括第二杀菌加药装置，所述第二杀菌加药装置的加药点管道设置在所述超滤水池中。
所述反渗透处理系统包括一级反渗透系统和二级反渗透系统；所述一级反渗透系统包括一级高压泵组、一级反渗透装置、第一中间水箱、废水池，所述一级高压泵组的进水口与所述超滤系统连接，所述一级反渗透装置的进水口与所述一级高压泵组的出水口通过管道连接，所述第一中间水箱的进水口与所述一级反渗透装置的出水口通过管道连接，所述废水池的进水口与所述一级反渗透装置的废水出口通过管道连接；所述二级反渗透系统包括二级高压泵组、二级反渗透装置、纯水箱，所述二级高压泵组的进水口与所述第一中间水箱的出水口通过管道连接，所述二级反渗透装置的进水口与所述一级高压泵组的出水口通过管道连接，所述二级反渗透装置的出水口与所述纯水箱的进口通过管道连接。进一步，所述反渗透处理系统还包括反渗透送水泵、保安过滤器、阻垢剂加药装置和还原剂加药装置，所述反渗透送水泵的进水口与所述超滤系统通过管道连接，所述反渗透送水泵的出水口与所述保安过滤器的进水口通过管道连接，所述阻垢剂加药装置和所述还原剂加药装置的加药点管道均设置在所述连接反渗透送水泵的出水口与保安过滤器的进水口的管道上，所述保安过滤器的出水口与所述一级高压泵组的进水口通过管道连接。
与现有的纯水制备相比，本发明的纯水制备系统具有以下优点：
(1)常规的超滤膜处理工艺，采用密闭式系统设计，压力式进水，利用供水泵组提供的约0.2MPa的压力将水压入膜管进行过滤处理，由于供水压力较高，且压力式超滤膜抗污堵能力差，水中的有机胶体污物很容易渗入到膜孔内，导致膜污堵的情况发生，仅采用清水、压缩空气等物理方式清洗，很难将污堵消除，一般需停机采用化学方式处理，而化学处理时间视系统污堵情况而定，从几小时到几天不等，严重影响纯水制备系统的产水能力。而本发明的浸没式超滤装置采用开放式系统(所谓开放式系统相对于压力式而言，水池敞开静压，超滤膜放于水池中，利用抽吸泵很小的压力运行，而压力式是管道连接，利用泵的压力(一般0.2～.03MPa)将水送入膜管)设计，将浸没式超滤膜浸没在水中，利用抽吸泵抽吸使膜管内形成负压，外部水通过负压进入膜管进行过滤，抽吸压力仅是压力式超滤膜供水压力的1/3～1/5，水中的有机污物粘附在膜组表面，采用水洗和空气擦洗的方式就可将膜清洗干净，简单方便。
(2)压力式超滤膜采用单根膜组件装填密度高，过流通道小，采用死端过滤方式对进水水质要求高，对于较差的水质需要采用错流过滤方式，能耗高；而浸没式超滤膜采用的膜组件装填密度比压力式超滤膜低，过流通道宽，因此进水水质变化适用性强，产水稳定，能耗低。
(3)压力式超滤膜的使用寿命短，一般为2-5年；本发明中的浸没式超滤膜使用寿命长，一般为5～10年。
综上所述本发明的纯水制备系统，具有处理工艺简单，操作维护方便，系统运行稳定，与配置压力式膜组处理方法相比，有着抗污堵能力强，运行成本低，能耗少，膜使用寿命长等显著优点。处理后的纯水水质稳定，同时降低化学清洗频率，减少了废水排放。
附图说明
图1是具体实施方式中所述的纯水的制备方法的流程图。
具体实施方式
一种浸没式超滤方法，包括以下步骤：
在超滤水池内安装浸没式超滤膜，由设置在所述超滤水池外的抽吸泵抽吸形成负压，使所述浸没式超滤膜外的水进入所述浸没式超滤膜的膜腔内，进行超滤膜处理。抽吸泵的抽吸压力为5-12kpa。
一种浸没式超滤装置，包括：
超滤水池5；
浸没式超滤膜6，浸没式超滤膜6安装在超滤水池5内；
抽吸泵7，抽吸泵7设置在超滤水池5外，与浸没式超滤膜6的膜管出水口通过管道连接。
参见图1。一种纯水的制备系统，包括：预处理系统、超滤系统、反渗透处理系统。
预处理系统包括将原水进行混凝反应沉淀处理的折板反应池、混凝沉淀池和进行过滤的V型滤池1，第一杀菌加药装置3；V型滤池1的出水口与超滤系统通过管道连接。第一杀菌加药装置3的加药点管道设置在连接V型滤池1的出水口与超滤系统的管道上。
超滤系统包括前述浸没式超滤装置，还包括送水泵2、自清洗过滤器4、第二杀菌加药装置8、超滤产水箱9。送水泵2的进水口与超滤系统的V型滤池1的出水口通过管道连接，送水泵2的出水口与自清洗过滤器4的进水口通过管道连接，自清洗过滤器4的出水口与超滤水池5的进水口通过管道连接，超滤产水箱9的进水口与抽吸泵7的出水口通过管道连接，超滤产水箱9的出水口与反渗透处理系统通过管道连接。第二杀菌加药装置8的加药点管道设置在超滤水池中。
反渗透处理系统包括反渗透送水泵10、保安过滤器13、阻垢剂加药装置11、还原剂加药装置12、一级反渗透系统和二级反渗透系统。
反渗透送水泵10的进水口与超滤系统的超滤产水箱9通过管道连接，反渗透送水泵10的出水口与保安过滤器13的进水口通过管道连接，阻垢剂加药装置11和还原剂加药装置12的加药点管道均设置在连接反渗透送水泵10的出水口与保安过滤器13的进水口的管道上。
一级反渗透系统包括一级高压泵组14、一级反渗透装置15、第一中间水箱16、废水池21。一级高压泵组14的进水口与保安过滤器13的出水口通过管道连接。一级反渗透装置15的进水口与一级高压泵组14的出水口通过管道连接，第一中间水箱16的进水口与一级反渗透装置15的出水口通过管道连接，废水池21的进水口与一级反渗透装置15的废水出口通过管道连接。一级反渗透系统还可以包括对反渗透装置进行冲洗、清洗的第一冲洗系统、第一清洗系统，此属于本领域技术人员所熟知的常规技术，在此不赘述。
二级反渗透系统包括二级高压泵组17、二级反渗透装置18、纯水箱19、二级高压泵组17的进水口与第一中间水箱16的出水口通过管道连接，二级反渗透装置18的进水口与一级高压泵组14的出水口通过管道连接，二级反渗透装置18的出水口与纯水箱21的进口通过管道连接。二级反渗透系统还可以包括对反渗透装置18进行清洗的第二清洗系统，此属于本领域技术人员所熟知的常规技术，在此不赘述。
上述一种纯水的制备系统的工作原理如下。原水进行混凝反应沉淀处理后进入V型滤池1，在V型滤池1中过滤后得到过滤水。在V型滤池1内水与均质石英砂发生接触、吸附，进行深层过滤，将水中的悬浮物截留，达到接触过滤目的，V型滤池1的再生采用定时间或定压差，再生程序经过排水、气反、气水反、水反、静沉、满水后再次进入过滤制备状态，这样周而复始循环运行。V型滤池1采用单一均质滤料，由均一滤料组成的过滤层，具有空隙率大，截污能力强，过滤周期长，水头损失小，反冲洗耗水率低等的特点。
过滤水通过送水泵2送入自清洗过滤器4。自清洗过滤器4的精度为500μm，可以去除水中大于500μm以上的颗粒，这样能确保后续设备的运行安全。自清洗过滤器4自动反冲洗周期根据进出水压差或累计运行时间来设定，反冲洗后的水排入原水废水池(图中未显示)。过滤水在进入自清洗过滤器4之前，先由杀菌加药装置3投加杀菌剂进行杀菌处理，经过自清洗过滤器4过滤后的出水利用余压直接自流至超滤水池5，由安装在超滤水池5内的浸没式超滤膜6，对过滤水进行超滤膜处理。浸没式超滤装置是一种开放式设计、在负压状态下运行设备，其工作过程具体来说由设置在超滤水池5外的抽吸泵7抽吸形成负压，使浸没式超滤膜6外的水进入浸没式超滤膜6的膜腔内，达到过滤的目的，抽吸泵7的抽吸压力为5-12KPa。通过浸没式超滤膜6处理后的出水经过第二杀菌加药装置8加药杀菌后，流入超滤产水箱9。
浸没式超滤膜的运行方式为过滤、一般反洗、化学反洗和恢复性清洗四个过程。每一过程通过不同的泵及阀门(图中未显示)切换完成。一般反冲洗不需要投加任何化学药剂，持续时间短(反洗时间为15秒)，在反冲洗时，空气被引进到了超滤膜箱的底部，通过与水混合在超滤膜的表面形成涡流，使上升中的气泡擦洗并清洁超滤膜丝的外表面，去除过滤膜上吸附的污染物，提高浸没式超滤膜的处理效率。
化学反洗是为了恢复膜的透过率，对膜进行清洗的一种方式，也是为了延长恢复性清洗的频率。化学反洗时先对膜进行浸泡，再进行反冲洗来去除膜丝表面的颗粒物，一般膜浸泡时间约15分钟。
浸没式超滤膜在长时间运行后，黏附在膜表面的有机物采用一般反洗、化学清洗无法去除时，需要投加盐酸和次氯酸钠溶液对膜进行恢复性清洗，以去除堵塞膜孔的污物，恢复膜的过滤功能。
本发明在试用过程中，采用长江水经混凝、沉淀、过滤后，作为浸没式超滤膜的原水，通过浸没式超滤膜处理后，水质SDI≤3，产水率为95％，优于作为对比的压力式膜90％的产水率，可以作为后续反渗透膜组的水源。
超滤产水箱9中的水流出后，进入反渗透处理系统。反渗透是一种物理分离方法，利用压力将水透过反渗透膜，以去除水中溶解性固体、矿物质、溶解性有机物等，达到水的除盐，以获得需要的纯水。
为了有效保护反渗透膜的运行安全，在进入反渗透膜之前，系统设置精度为5μm的保安过滤器13，以截留水中大于5μm的微小颗粒。具体来说是超滤产水箱9中的水流出后，由反渗透送水泵10送入保安过滤器13。
保安过滤器13的出水经一级高压泵组14增压后，由一级反渗透装置15进行处理。高压泵组为反渗透膜组提供足够的进水压力，维持反渗透膜的正常运行。一级高压泵组设置变频控制节约能源。一级反渗透装置15主要作用是脱除水中的可溶性盐份、胶体、有机物及微生物。一级反渗透回收率为75％，脱盐率为97-99％。
一级反渗透装置15的出水流入中间水箱16，一级反渗透装置15产生的浓水排入废水池21，中间水箱16的水再由二级高压泵组17送入二级反渗透装置18。二级反渗透装置主要去除一级反渗透产水中残余的溶解盐类，反渗透回收率为90％。
一级反渗透装置、二级反渗透装置的清洗采用化学清洗，化学清洗是去除膜表面聚集污染物，恢复膜性能的维护程序。一级反渗透装置、二级反渗透装置的化学清洗通过不同的化学药剂，如酸、碱、表面活性剂、杀菌剂等来实现。化学药剂用量取决于污染物的特性。
二级反渗透装置的出水即可达到钢铁企业纯水用水水质标准，纯水进入纯水箱19，需要时通过纯水供水泵20对外供应纯水。利用本纯水的制备系统制备的纯水的水质指标见下表：
  水质项目 pH M-碱度 氯离子 硫酸根离子 全铁 可溶性SiO2 电导率   蒸发残渣(溶解)
  单位   mg/L(以CaCO3计)   mg/L(以Cl-计)   mg/L(以SO4 2-计)   mg/L(以Fe计)   mg/L(SiO2计) цs/cm mg/L
  纯水   6.5～9②   未检出   ＜1   未检出   微量   ＜0.1   ≤10   /
本发明的浸没式超滤膜与现有技术的压力式超滤膜的技术比较。
  项目   压力式   浸没(负压)式
  产水方式   压力式   负压抽吸式
  能耗(kwh/m3)   0.1-0.3   0.04-0.06
  膜使用寿命(年)   2-5   5-10
本发明的浸没式超滤膜与现有技术的压力式超滤膜在清洗膜方面的消耗比较(相同产水量625m3/h比较)
  项目   清洗频度   压力式   浸没(负压)式
  清洗用水量(m3/d)   1次/45分钟   1993   1144
  药剂量(Kg/d)   1次/45分钟   300   6.84
  空气量(m3/d)   1次/45分钟(每次20秒)   900   520
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的具体实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述具体实施方式的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (10)

1.一种浸没式超滤方法，其特征在于，包括以下步骤：
在超滤水池内安装浸没式超滤膜，由设置在所述超滤水池外的抽吸泵抽吸形成负压，使所述浸没式超滤膜外的水进入所述浸没式超滤膜的膜腔内，进行超滤膜处理。
2.根据权利要求1所述的浸没式超滤方法，其特征在于：所述抽吸泵的抽吸压力为5-12kpa。
3.一种浸没式超滤装置，其特征在于，包括：
超滤水池；
浸没式超滤膜，所述浸没式超滤膜安装在所述超滤水池内；
抽吸泵，所述抽吸泵设置在所述超滤水池外，与所述浸没式超滤膜的膜管出水口通过管道连接。
4.一种纯水的制备系统，包括：
预处理系统；
超滤系统，所述超滤系统与所述预处理系统连接；
反渗透处理系统，所述反渗透处理系统与所述超滤系统连接；
其特征在于：所述超滤系统包括如权利要求3所述的浸没式超滤装置。
5.根据权利要求4所述的一种纯水的制备系统，其特征在于：所述预处理系统包括将原水进行混凝反应沉淀处理的装置和V型滤池，所述V型滤池的出水口与所述超滤系统通过管道连接。
6.根据权利要求5所述的一种纯水的制备系统，其特征在于：所述预处理系统还包括第一杀菌加药装置，所述第一杀菌加药装置的加药点管道设置在所述连接V型滤池的出水口与所述超滤系统的管道上。
7.根据权利要求4所述的一种纯水的制备系统，其特征在于：所述超滤系统还包括送水泵、自清洗过滤器、超滤产水箱，所述送水泵的进水口与所述预处理系统连接，自清洗过滤器的进水口与所述送水泵的出水口通过管道连接，所述自清洗过滤器的出水口通过管道与所述超滤水池的进水口连接，所述超滤产水箱的进水口与所述抽吸泵的出水口通过管道连接，所述超滤产水箱的出水口与所述反渗透处理系统通过管道连接。
8.根据权利要求7所述的一种纯水的制备系统，其特征在于，所述超滤系统还包括第二杀菌加药装置，所述第二杀菌加药装置的加药点管道设置在所述超滤水池中。
9.根据权利要求4所述的一种纯水的制备系统，其特征在于，所述反渗透处理系统包括一级反渗透系统和二级反渗透系统；
所述一级反渗透系统包括一级高压泵组、一级反渗透装置、第一中间水箱、废水池，所述一级高压泵组的进水口与所述超滤系统连接，所述一级反渗透装置的进水口与所述一级高压泵组的出水口通过管道连接，所述第一中间水箱的进水口与所述一级反渗透装置的出水口通过管道连接，所述废水池的进水口与所述一级反渗透装置的废水出口通过管道连接；
所述二级反渗透系统包括二级高压泵组、二级反渗透装置、纯水箱，所述二级高压泵组的进水口与所述第一中间水箱的出水口通过管道连接，所述二级反渗透装置的进水口与所述一级高压泵组的出水口通过管道连接，所述二级反渗透装置的出水口与所述纯水箱的进口通过管道连接。
10.根据权利要求9所述的一种纯水的制备系统，其特征在于，所述反渗透处理系统还包括反渗透送水泵、保安过滤器、阻垢剂加药装置和还原剂加药装置，所述反渗透送水泵的进水口与所述超滤系统通过管道连接，所述反渗透送水泵的出水口与所述保安过滤器的进水口通过管道连接，所述阻垢剂加药装置和所述还原剂加药装置的加药点管道均设置在所述连接反渗透送水泵的出水口与保安过滤器的进水口的管道上，所述保安过滤器的出水口与所述一级高压泵组的进水口通过管道连接。
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