CN102949874A

CN102949874A - 一种絮体自过滤装置及其使用方法

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Publication number: CN102949874A
Application number: CN2012104553264A
Authority: CN
Inventors: 陈亦力; 文剑平; 李天玉; 李锁定; 郭莎莎
Original assignee: Beijing Originwater Membrane Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Originwater Membrane Technology Co Ltd; Beijing Originwater Technology Co Ltd
Priority date: 2012-11-13
Filing date: 2012-11-13
Publication date: 2013-03-06

Abstract

本发明公开了一种絮体自过滤装置，包括若干并联连接的自过滤单元，自过滤单元包括一支撑结构，支撑结构的外表面包裹有多孔过滤材料层，多孔过滤材料层的外侧有絮体层，支撑结构内有一水管连接至外部的虹吸出水管。絮体层为多孔过滤材料层自身的毛絮截留污泥形成。将本发明的自过滤装置的出水，通过虹吸方式进入后续的细孔膜过滤系统，保证后续系统的高效运行。由于廉价简单的自过滤装置进行了泥水分离的预处理，出水水质优良，降低了整个工艺的总运行成本。尤其将本发明的自过滤装置与浸没式超滤系统结合，替代传统的MBR，用来深度处理污废水，其吨水处理成本仅占传统MBR工艺处理成本的20-30%，且出水水质优于传统MBR出水水质。

Description

一种絮体自过滤装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及水体净化及污废水处理技术领域，尤其是涉及一种零污染零能耗的絮体自过滤装置及其使用方法。

背景技术

背景技术基于MBR技术和动态膜技术。MBR技术是将活性污泥法水处理技术与膜分离技术结合的工艺，被认为21世纪最有发展前景的污水处理和回用技术，但MBR技术推广应用中存在着投资和运营成本较大，膜污染严重，清洗恢复性不高等问题，这些问题迫使水处理工作研究发明新的水处理工艺替代之。在MBR工艺，膜的主要作用是过滤，即对污泥混合液进行泥水分离，研究发现，活性污泥形成絮体层对颗粒物有很好的截留作用，藉此，研究者发明了动态膜来实现混合液的泥水分离过程；而在各种细孔膜（如微滤、超滤、纳滤等）的应用过程中，污泥颗粒是导致膜污染的主要因素。对此，设想采用一种有效的动态膜对混合液进行泥水分离，然后将滤后液再通过细孔膜的深度过滤，可以大大降低细孔膜处理工艺的成本。

许多水处理工作者对动态膜做了大量的研究，如：

中国专利CN100349805C动态膜微滤膜组件及水处理方法，将膜组件置于混合液中，在一定的表面错流下，使微生物在滤网表面粘附形成动态膜。反洗方式为气泡冲刷后进行水力反洗。该方法仅依靠表面吸附形成动态膜，速度很慢；气水联合清洗。由于动态膜基材孔径较大，水力反洗耗水水量会很大，且需较大压力，造成清洗能耗较高，实际对外产水量减少很多。

中国专利CN102616986A提出一种适用于生活污水处理动态膜自流出水固液分离方法。它是通过向活性污泥中投加具有良好透水性能的粉体颗粒，形成生物强化粉体混合液，改善活性污泥结构。动态膜的过滤通量稳定在20-60L/m²*h,反洗时进气压力为9.8-49Kpa。该动态膜分离技术需要添加粉体颗粒，动态膜培养阶段需要欲涂驯化，稳定周期较长，处理通量低，气体反洗时所需压力较高，动态膜组件的基网不易清洗彻底。

中国专利CN102452717A提出一种污水处理用无纺布絮体动态膜生物反应器。该反应器包括反应区、絮体成长区和无纺布膜组件，无纺布膜组件内设有无纺布膜，在无纺布膜表面及内部设有污水中胶体物质凝聚产生的絮体构成的动态膜。该专利技术需要投加絮凝剂等化学药剂，无纺布位于膜组件的内部，固定工序复杂且易被积泥压扁，无纺布孔径较小，污染后不易被清洗恢复原状。

由此可见，目前现有的动态膜专利技术存在的种种问题，使其不能工业化推广应用，对于泥水分离的动态膜技术中存在的诸多问题，及其推广应用方面相关问题还需进一步的完善优化。

针对现有技术存在的缺陷，提出本发明。

发明内容

鉴于现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种泥水分离尤其是涉及一种零污染零能耗的自过滤装置，该装置可与细孔膜工艺联合使用，可保证整体系统运行稳定、能耗低、出水品质高，并易于工业化推广应用。尤其是与浸没式超滤工艺联合使用代替传统MBR。

为实现上述发明目的，本发明提供的一种絮体自过滤装置的技术方案是：一种絮体自过滤装置，包括若干并联连接的自过滤单元，所述的自过滤单元包括一支撑结构，支撑结构的外表面包裹有多孔过滤材料层，多孔过滤材料层的外侧有絮体层，支撑结构内有一水管连接至外部的虹吸出水管。

所述的絮体层为多孔过滤材料层自身的毛絮截留污泥形成。

所述的支撑结构为管材结构，管材的外壁均布有进水孔。

所述的管材结构的进水孔的开孔率为50-90%，其中，开孔率定义为进水孔的总面积与管材外壁面积的比值。

所述的支撑结构为框架型结构，框架形状为长方体、正方体或柱状体。

所述的多孔过滤材料层为表面疏松多絮状堆积型材料。其目的是疏松多絮的多孔性过滤材料容易截留污泥，能够快速形成过滤性的絮体层，达到出水水质良好且稳定。采用无纺布、棉麻、涤纶布或纤维堆丝中的一种，其材质可以为PET（涤纶）、PA（尼龙）、PP（聚丙烯）、PU（聚氨脂）、不锈钢、合金或做过防锈处理的铁类。本发明中，多孔性过滤材料呈疏水性。其目的是形成的絮体不会牢固地粘附在过滤材料中间，容易清洗。

所述的多孔过滤材料层的孔径为1-1000μm。

所述的自过滤单元内还设有一液位计。当液位计显示出过滤装置的内外液位差大于100cm时，即表示絮体堆积较厚，此时采用好氧池中的高曝气量对其进行曝气清洗，高曝气强度为70-100m³/m²·h，时间为2-10min。自过滤装置表面的污泥堆积过厚，需要离线清洗时，可以采用外接进水流淋洗污泥表面或进行反洗即可。

本发明还提供了一种絮体自过滤装置的使用方法，将絮体自过滤装置设置在细孔膜过滤工艺的预处理工艺中，絮体自过滤装置的虹吸出水管连接在后续细孔膜过滤工艺的入水装置中。

优选的，絮体自过滤装置运行初期采用运行通量为2-20倍临界通量，实现1min内出水水质稳定、洁净；水质稳定后，转入正常运行，运行通量降低为0.7-0.95倍的临界通量。其中，临界通量按照过滤膜行业的恒流量阶梯法或恒压力阶梯法测定得出。

另外，本发明提供的一种絮体自过滤装置优选使用方法是，将本发明的絮体自过滤装置设置在浸没式超滤膜过滤工艺或者纳滤膜过滤工艺的预处理工艺中，絮体自过滤装置的虹吸出水管连接在浸没式超滤膜过滤工艺或者纳滤膜的入水装置中。

本发明提供了另外一种絮体自过滤装置的使用方法，絮体自过滤装置设置在好氧池中，好氧池内设有曝气装置，利用好氧池内的曝气装置对絮体自过滤装置的污泥进行在线冲洗。

本发明的有益效果是：

1、零能耗；

本发明的自过滤装置放置于好氧池中，好氧池的低曝气量即可满足需要，无需额外的曝气，节省了曝气成本；自过滤装置的出水方式采用虹吸出水，无需额外增加新的动力能耗。

2、容易清洗；

本发明所用的多孔性过滤材料不易堵塞和粘附积泥；污染时采用常规曝气（或水洗）进行在线清洗即能彻底恢复，清洗恢复能力较强，使用寿命长。

3、零污染；

本发明所提出的自过滤装置在整个使用过程中，无需生物填料或絮凝剂等化学试剂或材料，对环境零污染。

4、处理量大；

本发明的有效过滤面积较大，出水通量可以高达100-150L/m²*h；每次清洗后，1min内出水水质即可稳定，处理量很大。

5、占地面积小；

本发明自过滤装置直接放置于好氧池中，节省占地面积；同时因自过滤装置的通量较大，不需要很大的过滤装置。

6、提高生物脱氮作用；

将自过滤装置放置于好氧池中，在泥水分离的过程中，可以提高好氧池的污泥浓度，降低污泥负荷，促进生化作用。

7、便于与其它工艺联合使用，易于工业化推广应用；

水质可调控，可灵活与后续其他细孔膜工艺联合使用，由于廉价简单的自过滤装置进行了泥水分离的预处理，出水水质优良，并大大降低了整个工艺的总运行成本。比如，自过滤装置与浸没式超滤膜联合使用，具体地，将本发明所述的自过滤装置的出水，通过虹吸出水的方式进入浸没式超滤系统中，替代传统的MBR，用来深度处理污废水，其吨水处理成本仅占传统MBR工艺处理成本的20-30%，且出水水质优于MBR出水水质。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：

图1为本发明一种絮体自过滤装置中的自过滤单元的结构示意图；

图2为本发明自过滤装置与细孔膜联合使用的工艺流程示意图；

图3为本发明自过滤装置与二沉池的效果对比示意图；

其中：1—进水；2—液位计；3—虹吸出水管；4—支撑结构；5—多孔过滤材料层；6—絮体层；7—鼓风机；8—曝气管；9—排泥管；10—细孔膜膜池；11—细孔膜；12—压力表；13—抽吸泵；14—液体流量计；15—细孔膜出水；16—气体流量计；17—好氧池；18—控制阀门；19—回流管。

具体实施方式

以下参照图对本发明的实施例进行说明。

参照附图1、图2，本发明的一种絮体自过滤装置，包括若干并联连接的自过滤单元，自过滤单元包括一支撑结构4，支撑结构4的外表面包裹有多孔过滤材料层5，多孔过滤材料层5的外侧有絮体层6，支撑结构5内有一水管连接至外部的虹吸出水管3，其中絮体层为多孔过滤材料层5自身的毛絮截留污泥形成。多孔过滤材料层5为疏松多絮状堆积型材料。采用无纺布、棉麻、涤纶布或纤维堆丝中的一种，其材质可以为PET（涤纶）、PA（尼龙）、PP（聚丙烯）、PU（聚氨脂）、不锈钢、合金或做过防锈处理的铁类。本发明中，多孔性过滤材料呈疏水性。其目的是形成的絮体不会牢固地粘附在过滤材料中间，容易清洗。多孔过滤材料层5的孔径为1-1000μm之间。自过滤单元内还设有一液位计2

本发明的支撑结构4可以采用管材结构，管材的外壁均布有进水孔（图中未示出），管材结构的进水孔的开孔率为50-90%，其中，开孔率定义为进水孔的总面积与管材外壁面积的比值。

本发明的支撑结构4还可以采用框架型结构，框架形状为长方体、正方体或柱状体，本实施例中不予赘述。

具体实例1：

采用长为3m、内径为2mm的PVC管网作为自过滤装置的支撑结构4，其外层包裹着孔径为0.8mm的无纺布多孔过滤材料层5，无纺布多孔过滤材料层5的厚度为0.1mm，作为自过滤装置的一个自过滤单元，将如此6支自过滤单元并联组成一个完整的自过滤装置，放入好氧池17中，好氧池浓度为1.2g/L，曝气强度为10m³/m²*L，通过管道阀门切换进入自过滤装置的过滤出水阶段，过滤出水由虹吸出水管3流出，通过控制阀门18，设置初始阶段自过滤装置出水量为300L/m²*h，出水0.5min后，接取水样观测出水水质情况如表1所示。在初期出水水质不好的情况下，可以通过控制阀门18和回流管19，使水回流至好氧池17中，进行重新过滤。

当出水浊度小于10NTU，且水质稳定后，将出水流量稳定在150L/m²*h，连续运行5天，观察液体流量计14的数值，检测自过滤单元内的液位计2的液位变化。试验结果发现自过滤装置内的液位变化小于50cm，通量稳定，且出水水质水量如表1所示。

表1自过滤装置在好氧池中的运行情况

由表1可以看出，自过滤装置放入好氧池中，0.5min的出水就能够达到《城市污水处理厂污染物排放标准》二级标准(GB18918-2002)，出水通量可高达150L/m²*h，能够稳定运行5天通量未发现衰减。

具体实例2：

按照附图1描述的自过滤单元，并联连接后放置好氧池17中进行，未处理的污水自进水1进入好氧池17中。

采用

的ABS网管作为自过滤单元的支撑结构4，其外层包裹着孔径为1μm的丙纶布材质的无纺布多孔过滤材料层5，多孔过滤材料层5厚度为2mm，如此6支长为3m的自过滤单元并联连接作为一个自过滤装置，放入好氧池17中，好氧池浓度为1.0g/L，曝气强度为50m³/m²*h，通过管道阀门切换进入自过滤装置的过滤出水阶段，过滤出水由虹吸出水管3流出，通过控制阀门18，设置初始阶段自过滤装置出水量为500L/m²*h，出水0.2min后，接取水样观测出水水质情况如表1所示，当出水浊度小于0.1NTU，且水质稳定后，将出水流量稳定在50L/m²*h，连续运行10天，观察液体流量计14的数值，检测自过滤装置内的液位计2的液位变化。当自过滤装置内的液位变化小于50cm时，对自过滤装置进行在线清洗，采用与鼓风机7连接的曝气管8进行曝气，通过气体流量计16测得曝气强度为150m³/m²*h，清洗1min，然后取样观测水质情况，如此反复5个周期，其每个时间节点处出水的水质水量如表2所示。

表2自过滤装置在好氧池中的运行情况

由表2可以看出，自过滤装置放入好氧池17中，0.2min的出水就能够出水达到稳定，经过清洗后，装置过滤情况能够恢复原状。如此进行了100个清洗周期，大约运行了286天，自过滤膜装置处理混合污泥时，通量衰减不严重，这表明本发明的自过滤装置清洗后恢复率较高，使用寿命长，能够工业化推广应用。

具体实例3：

按照附图2描述的自过滤装置与细孔膜联合使用的工艺实例，本实施例的细孔膜具体采用的是浸没式超滤膜。

采用不锈钢棒作为自过滤装置的支撑结构4，做成500mm×10mm×2000mm的长方体支撑结构单元，其外层包裹着孔径为100μm，厚度为0.2mm混纺纱纤维布匹作为多孔过滤材料层5，如此6支自过滤装置单元作为一个自过滤装置，放入好氧池17中，好氧池浓度为1.0g/L，曝气强度为20m³/m²*h，通过管道阀门切换进入自过滤装置的过滤出水阶段，过滤出水由虹吸出水管3流出，通过控制阀门18，设置初始阶段自过滤装置出水量为800L/m²*h，出水1min，当出水浊度小于5NTU，且水质稳定后，将出水流量稳定在80L/m²*h，并将自过滤装置的出水进入细孔膜膜池10（本实施例为浸没式超滤膜池）中，细孔膜11采用浸没式超滤膜系统，即超滤膜组器浸没在细孔膜膜池10水中，靠抽吸泵13抽吸并通过细孔膜出水15实现出水。超滤膜的运行通量为30L/m²*h,超滤运行周期为45min，其中连续抽吸44min，气水反冲洗1min，该系统的运行压力通过压力表12控制在0-0.4Mpa之间。在初期出水水质不好的情况下，可以通过控制阀门18和回流管19，使水回流至好氧池17中，进行重新过滤。好氧池17和细孔膜膜池10的污泥，通过排泥管9排除。

为了对比本发明的自过滤装置及其应用效果，采用二沉池的出水代替自过滤装置的出水，与浸没式超滤系统联用，其超滤膜的运行条件完全等同于上述试验条件，观察两种情况下超滤膜的运行污染情况，见附图3所示。

同时将自过滤装置与浸没式超滤系统联合工艺的处理成本与新兴的MBR系统处理成本做一比较。

由图3所示，采用本发明所述的自过滤装置的出水再进入浸没式超滤膜，长期运行一年之后，浸没式超滤膜的运行压力远远低于二沉池出水-浸没式超滤膜的压力，这表明本发明的自过滤装置预处理+浸没式超滤膜联合工艺的运行状况良好。对其运行一年的经济成本进行计算，其絮体自过滤装置预处理-浸没式超滤膜联合工艺的运行成本仅占传统MBR处理成本的20-30%。

具体实例4：

按照附图2描述的自过滤装置与细孔膜联合使用的工艺实例，本实施例的细孔膜具体采用的是纳滤膜系统替代实施例3中浸没式超滤膜池系统。

采用PVC作为自过滤装置的支撑结构4，做成500mm×10mm×2000mm的圆柱体支撑结构单元，其外层包裹着孔径为10μm，厚度为0.5mm混纺纱纤维布匹作为多孔过滤材料层5，如此5支自过滤装置单元作为一个自过滤装置，放入好氧池17中，好氧池浓度为1.0g/L，曝气强度为20m³/m²*h，通过管道阀门切换进入自过滤装置的过滤出水阶段，过滤出水由虹吸出水管3流出，通过控制阀门18，设置初始阶段自过滤装置出水量为700L/m²*h，出水1min，当出水水质稳定后，将出水流量稳定在30L/m²*h，并将自过滤装置的出水进入纳滤膜系统中，纳滤膜采用卷式芳香聚酰胺纳滤膜，纳滤设备有北京碧水源公司安装，单质膜组件，一级一段连续式配置，浓缩液直接排放。膜面积为0.5m²，过滤采用向下流式工作方式，反冲洗周期为一天一次，纳滤膜反冲洗强度为2.5~9.0L/m²·s,产水率为30%，纳滤膜通量为25LMH，该系统的运行压力通过压力表12控制在0.3-0.4Mpa之间。在初期出水水质不好的情况下，可以通过控制阀门18和回流管19，使水回流至好氧池17中，进行重新过滤。好氧池17的污泥，通过排泥管9排除。

实验结果表明，采用本发明所述的自过滤装置的出水再进入纳滤膜系统，稳定运行10d后，纳滤膜的通量从25LMH缓慢降低至22LMH，下降幅度仅为12％，产水率为50%，这表明本发明的自过滤装置预处理+纳滤膜联合工艺的运行状况良好。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种絮体自过滤装置，包括若干并联连接的自过滤单元，其特征在于，所述的自过滤单元包括一支撑结构，支撑结构的外表面包裹有多孔过滤材料层，多孔过滤材料层的外侧有絮体层，支撑结构内有一水管连接至外部的虹吸出水管。

2.根据权利要求1所述的絮体自过滤装置，其特征在于，所述的絮体层为多孔过滤材料层自身的毛絮截留污泥形成。

3.根据权利要求1所述的絮体自过滤装置，其特征在于，所述的支撑结构为管材结构，管材的外壁均布有进水孔，进水孔的开孔率为50-90%。

4.根据权利要求1所述的絮体自过滤装置，其特征在于，所述的支撑结构为框架型结构，框架形状为长方体、正方体或柱状体。

5.根据权利要求1所述的絮体自过滤装置，其特征在于，所述的多孔过滤材料层表面为疏松多絮状，采用无纺布、棉麻、涤纶布或纤维堆丝中的一种。

6.根据权利要求5所述的絮体自过滤装置，其特征在于，所述的多孔过滤材料层的孔径为1-1000μm。

7.根据权利要求1所述的絮体自过滤装置，其特征在于，所述的自过滤单元内还设有一液位计。

8.一种如权利要求1所述的絮体自过滤装置的使用方法，其特征在于，所述的絮体自过滤装置设置在细孔膜过滤工艺的预处理工艺中，絮体自过滤装置的虹吸出水管连接在后续细孔膜过滤工艺的入水装置中。

9.根据权利要求8所述的一种絮体自过滤装置的使用方法，其特征在于，所述的絮体自过滤装置运行初期采用运行通量为2-20倍通量实现1min内出水水质稳定；水质稳定后，正常运行通量为0.7-0.95倍的临界通量。

10.一种如权利要求1所述的絮体自过滤装置的使用方法，其特征在于，所述的絮体自过滤装置设置在好氧池中，好氧池内设有曝气装置，利用好氧池内的曝气装置对絮体自过滤装置的污泥进行在线冲洗。