CN102895820A - 一种用于水处理的动态膜过滤器 - Google Patents

Abstract

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种用于水处理的动态膜过滤器。它包括清水区、过滤区、集泥区以及外循环管路。过滤区是本过滤器的核心，内有塑料支撑骨架及不锈钢滤网作支撑，在进水中加入涂膜材料溶液后，经过水力循环，会在不锈钢滤网上形成一层涂膜材料动态膜。利用所形成的膜对原水直接过滤，出水进入清水区，然后溢流出设备。经过周期性反冲洗，失效的涂膜材料及吸附杂质被截留在集泥区，经底部排泥管排放。

Description

一种用于水处理的动态膜过滤器

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种用于水处理的动态膜过滤器。

背景技术

动态膜是在一定条件下含有某种固体颗粒悬浮物或胶体的溶液通过过滤介质时，在介质表面形成的具有分离性能的滤饼层或膜。

动态膜作为一种超滤膜和微滤膜抗污染技术在20世纪80年代开始有研究报道，随着膜技术的推广应用，近年来动态膜的研究报道有所增多。动态膜是分离膜中比较特殊的一种，因其具有渗透通量大且易于清洗的优点受到广泛关注。动态膜根据其形成的方式分为两类：一类是预涂膜，其中又分为使用悬浮液和胶体溶液两种；另一类是原液形成膜，即将所处理的废液作为动态膜制备液来过滤制得。

预涂动态膜的制备是通过使用过滤装置对悬浮液或胶体溶液过滤来形成，它包含着动态膜的载体及动态膜分离层本身。动态膜的载体指用来承载动态膜的大孔径材料，目前研究中常见的有不锈钢丝网、普通筛网、工业滤布、筛绢等多孔材料和一些高分子材料，如烧结聚氯乙烯管等。动态膜分离层则是粒子在载体表面形成的具有微滤或超滤性质的滤饼层。它是通过错流过滤或死端过滤的方式将某种固体或胶体微粒沉淀在载体表面上形成的。

涂膜材料包括无机粒子和几乎所有的无机和有机聚电解质。无机粒子有ZrO₂、SiO₂、TiO₂ 等金属氧化物；无机电解质有Al³⁺、Fe³⁺、Si⁴⁺、Zr⁴⁺、V⁴⁺、Th⁴⁺、Mn⁴⁺、U⁴⁺ 等水合氧化物或氢氧化物；有机电解质有聚丙烯酸、聚马来酸、聚苯乙烯磺酸、聚乙烯胺、聚乙烯基吡啶等；某些非电解质如甲基纤维素、聚氧化乙烯、聚丙烯酰胺等。某些天然胶体（如黏土、硅藻土、腐殖酸），生物聚合物（如卵清蛋白），还有纸浆废液和一些工业废水等都可作为动态膜材料。

动态膜过滤装置的净水原理有两种：一种是物理过滤，即将硅藻土等粉体预涂在不锈钢丝网、工业滤布等支撑材料上，用来对原水过滤，其去除机理是吸附和筛滤；另一种是将动态膜与生物处理相结合，做成动态膜生物反应器。

在目前的专利和文献中，所涉及的动态膜过滤装置主要有以下三方面问题：一是操作复杂，预涂膜的过程对自控的要求较高；二是稳定性差，运行过程中出水水质波动大；三是受设备产品化限制，难成规模。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于水处理的动态膜过滤器。

本发明提出的用于水处理的动态膜过滤器从上至下依次由清水区、过滤区和集泥区组成，并设有外循环管路，其中：

过滤区由膜组件及多孔板组成，其中膜组件的支撑材料为滤网，膜组件沿垂直方向设置，下端封闭，上端与多孔板上的孔相接；

外循环管路由进水管、回流管和涂膜材料溶液储存池组成，其中进水管与过滤区相连，回流管与清水区底部相连，回流管连接至进水管上，形成一个结点，涂膜材料溶液储存池连接至进水管上，并且连接在结点与过滤区之间，回流管上设回流控制阀；

过滤区外壁设置压力计；

优选地，该过滤器为圆筒状，膜组件为圆筒形且多孔板上的孔为圆孔，滤网目数为350-450目。

优选地，涂膜材料溶液储存池内液位在多孔板高度以下，涂膜材料溶液储存池内设置有机械搅拌装置以保证涂膜材料溶液处于悬浮状态。

优选地，集泥区设置于过滤区垂直下方，集泥区为上宽下尖的锥形斗，底部设有排泥管和排泥阀；清水区设置于过滤区垂直上方，清水区上部设有溢流堰，溢流堰与出水管相接。

优选地，涂膜材料溶液为粉末活性炭溶液。更优选地，所述粉末活性炭溶液含粒径为50~200μm的粉末活性炭颗粒，并且由所述的粉末活性炭颗粒溶于水中形成质量分数为8%-12%的粉末活性炭溶液。

优选地，涂膜材料溶液储存池与过滤区之间设置缓冲罐，缓冲罐的容积等于所述涂膜材料溶液储存池中涂膜材料溶液的体积，且缓冲罐的长度与直径比不小于4，这是为了保证缓冲罐内水流为层流；涂膜材料溶液储存池的出水管上设止回阀，其作用在于防止水流进入涂膜材料溶液储存池；进水泵出水管上设置进水止回阀，其作用在于防止水流倒流至原水池；所述过滤区内壁为池壁，整个动态膜过滤器还设有支撑柱以作支撑之用。

本发明的工作过程如下：

涂膜材料溶液随原水一起进入过滤区，涂膜材料溶液中的涂膜材料颗粒被截留在滤网的外表面，形成涂膜材料滤膜层。具体过程为：在运行前，先把涂膜材料溶液储存池内配制好涂膜材料溶液，然后启动进水泵，原水从原水池流出，打开闸阀，涂膜材料溶液随原水一起进入过滤器。随着过滤区内的水位上升，当液位超过涂膜材料溶液储存池的液位时，涂膜材料溶液停止进入系统，进水则会穿过膜组件的滤网，从而进入清水区。在此过程中，由于涂膜材料颗粒的大小不同，细小的涂膜材料颗粒从滤网的孔眼穿过，部分不能穿过的大颗粒被截留在滤网的外表面。细小的涂膜材料颗粒进入清水区，经回流管重新回至进水泵前端的进水管上，从而又进入过滤区内。由于滤网已经截留部分涂膜材料颗粒，致使其网眼变小，从而更小尺寸的涂膜材料颗粒被截留，如此循环，水中的涂膜材料颗粒最终将全部附在滤网外表面，形成涂膜材料滤膜层（动态滤膜）。

压力计可设置相对稳定值，该相对稳定值由涂膜材料的粒径确定，当涂膜材料选择平均粒径为50μm的粉末活性炭时，该值具体为0.03MPa。在涂膜的过程中，过滤区内的压力会逐渐上升，直至涂膜完成后，压力会达到预先设定的相对稳定值。压力计达到相对稳定值后，会将信号通过继电器传给回流控制阀，使其关闭，清水区内的水位会逐渐上升，直至经出水堰、出水管排出。

压力计还可设置最大设定值，该最大设定值由滤网孔径及涂膜材料粒径确定，当涂膜材料选择粉末活性炭时，该值具体为0.1MPa。在过滤过程中，随着滤膜截留的杂质或胶体颗粒越来越多，过滤区内的压力也会越来越大，当达到最大设定值时，压力计将信号通过继电器传递给排泥阀及进水泵，进水泵停止，排泥阀打开，开始排泥。同时清水区内的水会逆向流入膜组件使前面所形成的涂膜材料滤膜层脱落，沉入集泥区底部。当过滤区液位低于涂膜材料溶液储存池内的液位时，涂膜材料溶液储存池内的溶液又会流出，慢慢充满缓冲罐。待液位低于膜组件底部高度时，反冲及排泥结束，启动进水泵进水，开始下一轮处理。

本发明的有益效果：与以往的预涂膜相比，本发明不需要设单独的预涂膜泵，只需通过初期产水回流就可以实现涂膜；另外，本发明也不需要反冲洗泵，反冲洗时只需关停进水泵，开启排泥阀，在重力作用下，靠清水区内的清水回流实现反冲洗，所以本过滤器操作简单。本发明还发现采用粉末活性炭作为动态膜涂膜材料时，与采用硅藻土动态膜相比，涂膜时间更短，只需要5分钟即可完成；粉末活性炭的颗粒粒径小于硅藻土，所形成的膜厚度更薄，起始厚度约为1毫米；过滤精度更高，在进水浑浊度小于50NTU的情况下，过滤出水浊度在0.2NTU左右；另外，利用粉末活性炭的吸附作用，本过滤器可以吸附去除原水中的部分有机物。

附图说明

图1为本发明的装置工艺流程图。1为原水池，2为进水管，3为进水泵，4为进水止回阀，5为缓冲罐，6为过滤区，7为膜组件，8为清水区，9为溢流堰，10为出水管，11为排泥阀，12为排泥管，13为回流控制阀，14为回流管，15为涂膜材料溶液储存池，16为闸阀，17为止回阀，18为池壁，19为支撑柱，20为集泥区，21为多孔板，22为压力计。

图2为图1所示装置的过滤区6及清水区8部分轴侧图。9为溢流堰，18为池壁，21为多孔板。

图3为图1所示装置中膜组件7的轴测图。23为滤网，24为支撑骨架。

具体实施方式

实施例1： 

如图1-图3所示，本装置为一个圆筒状滤池，该过滤器从上至下依次由清水区8、过滤区6、集泥区20组成，并设有外循环管路。过滤区6由膜组件7及多孔板21组成。膜组件7为圆筒形，内部有不锈钢支撑骨架24，支撑骨架24外是滤网23，滤网23的材质为不锈钢，目数为400目。膜组件7沿垂直方向设置，下端封闭，上端与多孔板21上的圆孔相接。集泥区20设置于过滤区6垂直下方，为上宽下尖的锥形斗，底部设有排泥管12和排泥阀11；清水区8设置于过滤区6垂直上方，上部设有溢流堰9，与出水管10相接。进水管2与过滤区6相连，回流管14与清水区8底部相连，回流管14连接至进水管2上，形成一个结点，涂膜材料溶液储存池15连接至进水管2上，并且连接在结点与过滤区6之间，回流管14上设回流控制阀13；涂膜材料溶液储存池15的出水管上设止回阀17，涂膜材料溶液储存池15与过滤区6之间设置缓冲罐5。

过滤区6外壁设置压力计22，相对稳定值设置为0.03MPa，最大设定值设置为0.1MPa。

涂膜材料溶液使用粉末活性炭溶液，配制方法为将粒径为50~200μm的粉末活性炭颗粒溶于自来水的水中形成质量分数为10%的粉末活性炭溶液。

用浑浊度为50NTU，CODMn为3.2mg/L的河水作为原水，使用上述的动态膜过滤器进行处理，运行的周期为2h，最大跨膜压差为82kPa，平均出水浊度为0.25NTU，平均出水CODMn为2.5mg/L。采用原水加混凝剂直接过滤的方式处理同一原水，所采用砂滤装置的石英砂滤层厚度为1m，滤速8m/h，混凝剂投加量为5mg/L，平均出水浊度为0.5NTU，平均出水CODMn为2.8mg/L。因此采用动态膜过滤器的处理效果要优于石英砂过滤。

Claims (10)

1.一种用于水处理的动态膜过滤器，从上至下依次由清水区（8）、过滤区（6）和集泥区（20）组成，并设有外循环管路，其特征在于：

过滤区（6）由膜组件（7）及多孔板（21）组成，其中膜组件（7）的支撑材料为滤网（23），膜组件（7）沿垂直方向设置，下端封闭，上端与多孔板（21）上的孔相接；

外循环管路由进水管（2）、回流管（14）和涂膜材料溶液储存池（15）组成，其中进水管（2）与过滤区（6）相连，回流管（14）与清水区（8）底部相连，回流管（14）连接至进水管（2）上，形成一个结点，涂膜材料溶液储存池（15）连接至进水管（2）上，并且连接在结点与过滤区（6）之间，回流管（14）上设回流控制阀（13）；

过滤区（6）外壁设置压力计（22）；

涂膜材料溶液随原水一起进入过滤区（6），涂膜材料溶液中的涂膜材料颗粒被截留在滤网（23）的外表面，形成涂膜材料滤膜层。

2.根据权利要求1所述的动态膜过滤器，其特征在于：涂膜材料溶液含有粒径大小不一的涂膜材料颗粒，细小的涂膜材料颗粒从滤网（23）的孔眼穿过，部分不能穿过的大颗粒被截留在滤网（23）的外表面；细小的涂膜材料颗粒进入清水区（8），经回流管（14）重新回流至进水管（2）上，从而又进入过滤区（6）内；由于滤网（23）已经截留部分涂膜材料颗粒，致使其网眼变小，从而使更小尺寸的涂膜材料颗粒被截留，如此循环，水中的涂膜材料颗粒最终将全部附在滤网（23）外表面，形成涂膜材料滤膜层；上述过程形成涂膜过程。

3.根据权利要求2所述的动态膜过滤器，其特征在于：压力计（22）可设置相对稳定值，在涂膜过程中，过滤区（6）内的压力会逐渐上升，直至涂膜过程完成时压力计（22）达到预先设定的相对稳定值，并且将信号传给回流控制阀（13），使其关闭，清水区（8）内的水位会逐渐上升直至排出。

4.根据权利要求1所述的动态膜过滤器，其特征在于滤网（23）目数为350-450目。

5.根据权利要求1所述的动态膜过滤器，其特征在于该过滤器为圆筒状，膜组件（7）为圆筒形，多孔板（21）上的孔为圆孔。

6.根据权利要求1所述的动态膜过滤器，其特征在于涂膜材料溶液储存池（15）内液位在多孔板（21）高度以下，涂膜材料溶液储存池（15）内设置有机械搅拌装置以保证涂膜材料溶液处于悬浮状态。

7.根据权利要求1所述的动态膜过滤器，其特征在于：集泥区（20）设置于过滤区（6）垂直下方，集泥区（20）为上宽下尖的锥形斗，底部设有排泥管（12）和排泥阀（11）；清水区（8）设置于过滤区（6）垂直上方，清水区（8）上部设有溢流堰（9），溢流堰（9）与出水管（10）相接。

8.根据权利要求1所述的动态膜过滤器，其特征在于所述涂膜材料溶液为粉末活性炭溶液。

9.根据权利要求8所述的动态膜过滤器，其特征在于所述粉末活性炭溶液含粒径为50~200μm的粉末活性炭颗粒，并且由所述的粉末活性炭颗粒溶于水中形成质量分数为8%-12%的粉末活性炭溶液。

10.根据权利要求1所述的动态膜过滤器，其特征在于涂膜材料溶液储存池（15）与过滤区（6）之间设置缓冲罐（5），缓冲罐（5）的容积等于所述涂膜材料溶液储存池（15）中涂膜材料溶液的体积，且缓冲罐（5）的长度与直径比不小于4。

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