CN102963973A - 生物强化硅藻土动态膜超滤支撑分离工艺净化原水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生物强化硅藻土动态膜超滤支撑分离工艺净化原水的方法。将一定量精度较高、粒径较小（250目以上）的硅藻土投加到生物强化硅藻土-超滤膜池（生物强化膜箱）中，使生物强化膜箱中悬浮浓度达到6-8g/L；生物强化硅藻土-超滤净化技术采用浸没式组件，负压抽吸运行方式，设计水力停留时间为2h，设计通量为10～20L/m2.h。根据混合液浓度每日定量投加硅藻土、排出混合液并定期进行反洗。采用生物强化硅藻土动态膜超滤支撑分离工艺净化原水，出水通量大，工作周期长、出水浊度、耗氧量以及氨氮均可达到国家《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006中的限值要求。
Description
技术领域
本项发明涉及一种采用硅藻土作为载体的生物强化动态膜与超滤膜支撑固液分离技术相结合处理原水的方法，属于水处理膜分离技术领域，适用于中、小型给水处理系统，可以根据需要进行模块化设计组装。
背景技术
进入21世纪，超滤膜分离技术在水处理中的应用越来越广泛。它可以从水和其他液体中分离出很小的胶体和大分子。膜生物反应器( Membrane Bioreactor Reactor, 简称MBR) 多用于处理城市生活污水, 出水水质好, 可直接达到锅炉原水或工业循环水补充水标准; 工艺简单, 用膜组件代替了二沉池、沙滤、消毒单元; 操作运行简便,自动控制程度高; 污泥( VSS) 负荷低; 水力停留时间( HRT) 短; 污泥龄( SRT) 长; 抗冲击负荷能力强; 适应温度跨度大( 5～40℃) ; 占地面积小, 对传统污水处理工艺改造容易; 能耗低等, 被业界专家推崇为21 世纪理想的污水处理工艺。现今, 由于饮用水水源的恶化以及饮用水水质标准的提高, 低压膜技术在给水处理领域备受关注。但是直接的膜过滤不能取得满意的有机物去除效果, 而给水处理中带来的膜污染及相应的膜清洗往往主导了处理成本。所以一些研究将注意力集中于低压膜集成混凝、吸附、生化和高级氧化技术等组合工艺以达到提高出水水质或延缓膜污染的目标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用硅藻土作为载体的生物强化动态膜与超滤膜支撑固液分离技术相结合处理原水的方法。
本发明采用生物强化硅藻土动态膜降解原水有机物及氨氮，利用中空纤维超滤膜进行固液分离。此种分离方法只须对原水进行物理初沉预处理，除初期投加少量葡萄糖无须投加其他任何药剂，装置占地面积小且过滤通量大，出水浊度、耗氧量及氨氮均低于国家《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006中的上限值，可以大大提高出水水质。
本发明提出的生物强化硅藻土动态膜超滤支撑分离工艺净化原水的方法，采用生物强化硅藻土动态膜超滤支撑分离系统对原水进行处理，所述生物强化硅藻土动态膜超滤支撑分离系统包括进水箱1、生物强化膜箱2、超滤膜组件3、回流水箱4、清水箱5、原水增压泵6、进水流量计7、鼓风机9、空气流量计10、真空压力表17、抽吸泵18、出水流量计20和反洗流量计26，其中：原水增压泵6、进水流量计7、进水流量调节闸阀8依次通过管道连接，进水流量调节闸阀8连接进水箱1顶部的进水口，进水箱1上部设有溢流口，所述溢流口通过管道实现原水溢流；进水箱1中下部一侧通过管道连接1#连通水槽30，生物强化膜箱2位于1#连通水槽30和2#连通水槽31之间， 生物强化膜箱2内设有超滤膜组件3，生物强化膜箱2与回流水箱4之间构成循环回路，即1#连通水槽30底部通过管道连接回流水箱4，回流水箱4底部一侧依次通过2#调节阀15、混合液回流泵14、混合液回流止回阀13、混合液回流1#调节阀12和管道连接生物强化膜箱2；2#连通水槽31底部通过管道连接回流水箱4，生物强化膜箱2顶部依次通过出水气动阀29、出水流量1#调节阀16、真空压力表17、抽吸泵18、出水止回阀19、出水流量计20、出水流量2#调节闸阀21、出水流量4#调节闸阀34和管道连接清水箱5上部一侧；清水箱5上部一侧依次通过反冲洗1#调节闸阀23、反洗水泵24、反冲洗2#调节闸阀25、反洗流量计26、反洗气动阀27连接生物强化膜箱2顶部进水管；生物强化膜箱2通过管道鼓风机气动阀11、空气流量计10连接鼓风机9；生物强化膜箱2内设有悬浮硅藻土；具体步骤如下：
（1）开启原水增压泵6、并调节进水流量调节闸阀8的开度，控制进水流量计7为500L/h，将容积为1000L的生物强化膜箱2注满经过物理沉淀的原水；开启混合液回流1#调节阀12、混合液回流2#调节阀15达到最大开度，开启混合液回流泵14，使原水在生物强化膜箱2与回流水箱4的循环回路中不断循环；开启鼓风机气动阀11和鼓风机9，调节空气流量调节闸阀32的开度，控制空气流量计10为10m3/h，检查超滤膜组件3曝气空气量是否在要求范围内、以及是否为均匀曝气；若发现曝气空气量异常、且有明显的曝气不均一时，需检查安装情况，检查鼓风机以及调整曝气；当曝气量下降或停止曝气时，绝对不能过滤，否则会造成膜表面堵塞；
（2）检查出水流量2#调节闸阀21使其处于闭合状态，真空压力表17是否指零，开启出水气动阀29、出水流量1#调节阀16、出水流量3#调节闸阀22，开启出水抽吸泵18，缓慢调节出水流量2#调节闸阀21，使出水流量计20缓慢上升到500L/h；当初次启动时，需反复调节出水2#闸阀21，开启出水流量3#调节闸阀22，将中空纤维膜上残留的封入液以及管路中的空气通过排出生物强化硅藻土动态膜超滤支撑分离系统，此时真空压力表17指示-0.01MPa；电脑控制面板设定间歇过滤运转时间为8min运转，2min暂停，且当过滤暂停时曝气仍然继续，当抽吸时的曝气可以实现有效的膜面清洁；将250目以上的悬浮硅藻土投加到生物强化膜箱2中，使生物强化膜箱2中悬浮液浓度达到6-8 g/L；运行后第1-5d向生物强化膜箱2中投加5g的葡萄糖，启动第1天采用100 %出水回流，即关闭出水流量3#调节闸阀22、出水流量4#调节闸阀34，完全开启出水回流调节闸阀33；第2天开始每天必须监测进、出水耗氧量及氨氮值变化，当检测数据开始发生变化，有降低趋势，则适当减小出水回流调节闸阀33开度，打开出水流量3#调节闸阀22，出水回流比例可以向下调整，逐步引入进水直到回流量减小到0，此过程为5-10d；
（3）当真空压力表17负压值上升至0.05MPa即表征周期运行结束，生物强化硅藻土动态膜超滤支撑分离系统进入反冲洗阶段：开启排气气动阀28对生物强化硅藻土动态膜超滤支撑分离系统进行排气；之后关闭出水流量3#调节闸阀22、出水回流调节闸阀33，开启出水流量4#调节闸阀34，将清水箱5注满洁净出水；确定反冲洗2#调节闸阀25处于关闭状态，开启反洗气动阀27、反冲洗1#调节闸阀23、反洗水泵24，缓慢开启反冲洗2#调节闸阀25并调节，使反洗流量在500-1000L/h之间上下变动；反洗时，中空纤维超滤膜丝受力向外膨胀，膜丝外表面的微孔扩张，从而更彻底洗去可能进入膜孔的杂质，这是一种优化的反向过程。反洗时使用膜产水，反洗压力控制在50～100kPa；反洗流量：1～2 倍的产水量；反洗时间：1～5min。
本发明具有如下特点：
1．采用生物强化硅藻土超滤支撑动态膜分离装置净化原水，选硅藻土作为生物动态膜的附着载体，连续曝气，改善了生化处理过程，只需在培养初期需投加少量葡萄糖促进优势菌群生长繁殖，待生物生长稳定以后无须投加其他药剂及营养物质即可满足生物硅藻土混合液的生物活性；
2．采用生物强化硅藻土超滤支撑动态膜分离装置净化原水，利用硅藻土比表面积大等特点，选其作为生物动态膜的附着载体可大大增加生物动态膜与原水分子接触面积，从而提高水中有机物及氨氮的分解效率，利用原水水质特点快速选配出高效降解水中有机物及氨氮的优势菌群，采用此工艺可使得水中耗氧量去除率达到50-80%，氨氮去除率达到80-95%；另外，采用内置式负压抽吸中空纤维超滤膜分离装置净化原水，可以大大降低出水浊度（可控制在0.05-0.10NTU之间）；
3．本发明自动化运行程度高，简单易操作；产水量大，占地少且产水质量高，适合广泛应用于中、小型给水处理系统。
附图说明
图1为本发明错流动态膜装置图。
图中标号：1为进水箱；2为生物强化膜箱；3为超滤膜组件；4为回流水箱；5为清水箱；6为原水增压泵；7为进水流量计；8为进水流量调节闸阀；9为鼓风机；10为空气流量计；11为鼓风机气动阀；12为混合液回流1#调节阀；13为混合液回流止回阀；14为混合液回流泵；15为混合液回流2#调节阀；16为出水流量1#调节阀；17为真空压力表；18为抽吸泵；19为出水止回阀；20为出水流量计；21为出水流量2#调节闸阀；22为出水流量3#调节闸阀；23为反冲洗1#调节闸阀；24为反洗水泵；25为反冲洗2#调节闸阀；26为反洗流量计；27为反洗气动阀；28为排气气动阀；29为出水气动阀；30为1#连通水槽；31为2#连通水槽；32为空气流量调节闸阀；33为出水回流调节闸阀；34为出水流量4#调节闸阀。
具体实施方式
下面通过实例结合图1进一步说明本发明。
实施例1
如图1所示，原水依次通过原水增压泵6、进水流量计7、进水流量调节闸阀8进入进水箱1，而后通过1#连通水槽30进入生物强化膜箱2；生物强化膜箱2中的混合液在鼓风机9连续曝气以及混合液回流泵14双重作用下连续回流得到充分混合，且水中微生物在悬浮硅藻土上附着、繁殖、挂膜；生物强化膜箱2中混合液受到抽吸泵18的负压抽吸经过超滤膜组件3的固液分离之后，负压抽吸经过出水气动阀29、出水流量1#调节阀16、真空压力表17、抽吸泵18、出水止回阀19、出水流量计20、出水流量2#调节闸阀21、出水流量3#调节闸阀22路径泄流，或关闭出水流量3#调节闸阀22，使出水流向清水箱5作为反洗用水；反洗过程则是清水箱5中的净水在反洗水泵24的抽吸下依次经过反冲洗1#调节闸阀23、反洗水泵24、反冲洗2#调节闸阀25、反洗流量计26和反洗气动阀27进入超滤膜组件3的中空纤维膜丝内腔，膜丝受力向外膨胀，膜丝外表面的微孔扩张，在水流带动下从而将膜孔的杂质反冲进生物强化膜箱2中。首先，选择外压式中空纤维膜5帘，采用两端集水的方式组装成一套浸没式超滤膜组件，采用一套全自动电控设备，通过可触摸式电脑显示屏设定各阀门开启及关闭时间。生物强化硅藻土超滤支撑动态膜分离装置技术，主要有下述三个阶段组成。
（1）首先，开启原水增压泵6、并调节进水流量调节闸阀8的开度（进水流量计7指示500L/h）将容积为1000L的生物强化膜箱2注满经过物理沉淀的原水；开启混合液回流1#调节阀12、混合液回流2#调节阀15到最大开度，开启混合液的混合液回流泵14，使原水在生物强化膜箱与回流箱的循环回路中不断循环；开启鼓风机气动阀11、鼓风机9，调节空气流量调节闸阀32的开度（空气流量计10指示10m3/h），检查膜组件曝气空气量是否在要求范围内、以及是否为均匀曝气。发现曝气空气量异常、有明显的曝气不均一时，需采取必要的措施：如检查安装情况，检查鼓风机以及调整曝气等（注：曝气量下降或停止曝气时，绝对不能过滤，否则会造成膜表面堵塞）。
（2）检查出水流量2#调节闸阀21使其处于闭合状态、真空压力表17是否指零，开启出水气动阀29、出水流量1#调节阀16、出水流量3#调节闸阀22，开启出水抽吸泵18，缓慢调节出水流量2#调节闸阀21，使出水流量计20缓慢上升到500L/h（初次启动需反复调节出水2#闸阀21，开启出水流量3#调节闸阀22，将中空纤维膜上残留的封入液以及管路中的空气通过排出系统），此时真空压力表17指示-0.01MPa。电脑控制面板设定间歇过滤运转时间为8min运转，2min暂停，且当过滤暂停时曝气仍然继续，因为没有抽吸时的曝气可以实现有效的膜面清洁。将一定量精度较高、粒径较小（250目以上）的硅藻土投加到生物强化膜箱2中，使箱体中悬浮液浓度达到6-8 g/L；系统启动运行后第1-5d均向箱体中投加5g的食用葡萄糖用于提高微生物的增长速率，启动第1天采用100 %出水回流（即关闭出水流量3#调节闸阀22、出水流量4#调节闸阀34，完全开启出水回流调节闸阀33）；第2天开始每天检测原水、生物强化膜箱混合液以及出水的温度、MLSS、溶解氧（DO）、耗氧量、氨氮值变化，如果检测数据开始发生变化，有降低趋势，则适当减小出水回流调节闸阀33开度，打开出水流量3#调节闸阀22，出水回流比例可以向下调整，逐步引入进水直到回流量减小到0，此过程一般为5-10d。设定系统进、出水流量均为500L/h，平均膜通量约为15L/m2.h，测得膜箱混合液温度33℃，DO2.7mg/L，出水耗氧量为1.89mg/L，出水氨氮为0.23mg/L，出水浊度为0.09NTU，真空压力表17负压值为0.010-0.020Mpa之间；系统可连续运行1-3个月，防止膜组件在抽吸过滤过程中产生不可逆的牢固的污染层，通过定期的进行反冲洗和化学清洗，达到延缓膜污染，保持产水率的目的。
（3）当真空压力表17负压值上升至0.05MPa即表征周期运行结束，装置进入反冲洗阶段：开启排气气动阀28对系统进行排气；之后关闭出水流量3#调节闸阀22、出水回流调节闸阀33，开启出水流量4#调节闸阀34，将清水箱5注满洁净出水；确定反冲洗2#调节闸阀25处于关闭状态，开启反洗气动阀27、反冲洗1#调节闸阀23、反洗水泵24，缓慢开启反冲洗2#调节闸阀25并调节，使反洗流量在500-1000L/h之间上下变动。本工艺采用的中空纤维超滤膜丝由高分子材料制造，反洗时，膜丝受力向外膨胀，膜丝外表面的微孔扩张，从而更彻底洗去可能进入膜孔的杂质，这是一种优化的反向过程。反洗时使用膜产水，反洗压力控制在50～100kPa；反洗流量：500-1000L/h反复调节；反洗时间：3min。
Claims (1)
1.一种生物强化硅藻土动态膜超滤支撑分离工艺净化原水的方法，其特征在于采用生物强化硅藻土动态膜超滤支撑分离系统对原水进行处理，所述生物强化硅藻土动态膜超滤支撑分离系统包括进水箱(1)、生物强化膜箱(2)、超滤膜组件(3)、回流水箱(4)、清水箱(5)、原水增压泵(6)、进水流量计(7)、鼓风机(9)、空气流量计(10)、真空压力表(17)、抽吸泵(18)、出水流量计(20)和反洗流量计(26)，其中：原水增压泵(6)、进水流量计(7)、进水流量调节闸阀(8)依次通过管道连接，进水流量调节闸阀(8)连接进水箱(1)顶部的进水口，进水箱(1)上部设有溢流口，所述溢流口通过管道实现原水溢流；进水箱(1)中下部一侧通过管道连接1#连通水槽(30)，生物强化膜箱(2)位于1#连通水槽(30)和2#连通水槽(31)之间， 生物强化膜箱(2)内设有超滤膜组件(3)，生物强化膜箱(2)与回流水箱(4)之间构成循环回路，即1#连通水槽(30)底部通过管道连接回流水箱(4)，回流水箱(4)底部一侧依次通过2#调节阀(15)、混合液回流泵(14)、混合液回流止回阀(13)、混合液回流1#调节阀(12)和管道连接生物强化膜箱(2)；2#连通水槽(31)底部通过管道连接回流水箱(4)，生物强化膜箱(2)顶部依次通过出水气动阀(29)、出水流量1#调节阀(16)、真空压力表(17)、抽吸泵(18)、出水止回阀(19)、出水流量计(20)、出水流量2#调节闸阀(21)、出水流量4#调节闸阀(34)和管道连接清水箱(5)上部一侧；清水箱(5)上部一侧依次通过反冲洗1#调节闸阀(23)、反洗水泵(24)、反冲洗2#调节闸阀(25)、反洗流量计(26)、反洗气动阀(27)连接生物强化膜箱(2)顶部进水管；生物强化膜箱(2)通过管道鼓风机气动阀(11)、空气流量计(10)连接鼓风机(9)；生物强化膜箱(2)内设有悬浮硅藻土；具体步骤如下：
（1）开启原水增压泵(6)、并调节进水流量调节闸阀(8)的开度，控制进水流量计(7)为500L/h，将容积为1000L的生物强化膜箱(2)注满经过物理沉淀的原水；开启混合液回流1#调节阀(12)、混合液回流2#调节阀(15)达到最大开度，开启混合液回流泵(14)，使原水在生物强化膜箱(2)与回流水箱(4)的循环回路中不断循环；开启鼓风机气动阀(11)和鼓风机(9)，调节空气流量调节闸阀(32)的开度，控制空气流量计(10)为10m3/h，检查超滤膜组件(3)曝气空气量是否在要求范围内、以及是否为均匀曝气；若发现曝气空气量异常、且有明显的曝气不均一时，需检查安装情况，检查鼓风机以及调整曝气；当曝气量下降或停止曝气时，绝对不能过滤，否则会造成膜表面堵塞；
（2）检查出水流量2#调节闸阀(21)使其处于闭合状态，真空压力表(17)是否指零，开启出水气动阀(29)、出水流量1#调节阀(16)、出水流量3#调节闸阀(22)，开启出水抽吸泵(18)，缓慢调节出水流量2#调节闸阀(21)，使出水流量计(20)缓慢上升到500L/h；当初次启动时，需反复调节出水2#闸阀(21)，开启出水流量3#调节闸阀(22)，将中空纤维膜上残留的封入液以及管路中的空气通过排出生物强化硅藻土动态膜超滤支撑分离系统，此时真空压力表(17)指示-0.01MPa；电脑控制面板设定间歇过滤运转时间为8min运转，2min暂停，且当过滤暂停时曝气仍然继续，当抽吸时的曝气可以实现有效的膜面清洁；将250目以上的悬浮硅藻土投加到生物强化膜箱(2)中，使生物强化膜箱(2)中悬浮液浓度达到6-8 g/L；运行后第1-5d向生物强化膜箱(2)中投加5g的葡萄糖，启动第1天采用100 %出水回流，即关闭出水流量3#调节闸阀(22)、出水流量4#调节闸阀(34)，完全开启出水回流调节闸阀((33))；第2天开始每天必须监测进、出水耗氧量及氨氮值变化，当检测数据开始发生变化，有降低趋势，则适当减小出水回流调节闸阀(33)开度，打开出水流量3#调节闸阀(22)，出水回流比例可以向下调整，逐步引入进水直到回流量减小到0，此过程为5-10d；
（3）当真空压力表(17)负压值上升至0.05MPa即表征周期运行结束，生物强化硅藻土动态膜超滤支撑分离系统进入反冲洗阶段：开启排气气动阀(28)对生物强化硅藻土动态膜超滤支撑分离系统进行排气；之后关闭出水流量3#调节闸阀(22)、出水回流调节闸阀(33)，开启出水流量4#调节闸阀(34)，将清水箱5注满洁净出水；确定反冲洗2#调节闸阀(25)处于关闭状态，开启反洗气动阀(27)、反冲洗1#调节闸阀(23)、反洗水泵(24)，缓慢开启反冲洗2#调节闸阀(25)并调节，使反洗流量在500-1000L/h之间上下变动；反洗时，中空纤维超滤膜丝受力向外膨胀，膜丝外表面的微孔扩张，从而更彻底洗去可能进入膜孔的杂质，这是一种优化的反向过程；反洗时使用膜产水，反洗压力控制在50～100kPa；反洗流量：1～2 倍的产水量；反洗时间：1～5min。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20131016 Termination date: 20161210 |