CN103626321A

CN103626321A - 一种在线水质监测仪器膜过滤预处理系统

Info

Publication number: CN103626321A
Application number: CN201310655832.2A
Authority: CN
Inventors: 邱勇; 施汉昌; 庞洪涛
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2013-12-06
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2014-03-12

Abstract

本发明涉及一种在线水质监测仪器膜过滤预处理系统，其特征在于：它包括过滤装置、控制柜和在线水质监测仪；过滤装置包括浸没在反应池中待采样的混合液中的框架，框架的四周和底部均设置有滤网，框架内设置有膜组件，膜组件的下方和一侧设置有曝气管；控制柜内设置有空压机、计量泵、水箱和时间继电器，控制柜上还设置有控制面板；空压机通过空气管与曝气管相连通，计量泵的进水端通过抽水管与膜组件相连通，计量泵的出水端通过水管与水箱相连通，水箱还通过进样管与在线水质监测仪相连通；时间继电器电连接并控制计量泵的启停，控制面板电连接并控制空压机和时间继电器的启停。本发明可以广泛用于水样预处理领域。

Description

一种在线水质监测仪器膜过滤预处理系统

技术领域

本发明涉及一种环境监测系统，特别是关于一种在线水质监测仪器膜过滤预处理系统。

背景技术

在线水质监测仪器能够对水中污染物进行实时和连续的在线监测，对于提高污染物总量控制和环境管理能力具有重要的意义。随着科技的发展和国家环保政策日益完善，在线水质监测仪器在实际监测中得到广泛应用，污水处理厂即是其应用最多的领域之一。截至2011年底，全国已建成并投运城镇污水处理厂三千多座，处理能力超过1.3亿立方米/日。大量的在线水质监测仪器用于污水厂进、出水的水质监测，以及时获取水质参数，指导污水厂运行，并保证处理出水能够达标排放。在线水质监测仪器不仅能够提供实时数据，指导日常的工艺运行，若将其与过程控制技术结合，还能够实现对工艺单元的智能控制，优化运行效果，降低运行成本。

污水处理工艺的核心单元是生化系统，生化系统通常会安装溶解氧仪、氧化还原电位计、pH计（pH，potential of Hydrogen，酸碱度）、污泥浓度计等在线仪表测量活性污泥中的溶解氧、氧化还原电位、酸碱度、悬浮物浓度等工艺参数，而能够测量氨氮、总氮、总磷等营养盐水质参数的在线仪器监测却很少使用。氨氮和磷酸盐等营养盐水质参数仪表不仅价格昂贵、维护复杂，而且一般都需要预处理过程使待测样品不含有悬浮物（Suspended Solids，SS）。因此，除去价格和维护量方面的因素外，常见预处理手段达不到样品测试的要求也是营养盐水质参数仪表不能在某些场合（比如生化池内）使用的重要原因。例如，生化池内的混合液组成十分复杂，除了各种污染物外，还有毛发、纤维、漂浮物等杂质，以及高浓度的活性污泥悬浮物（SS浓度通常大于2000mg/L），一般分离手段难以达到预处理要求。因此预处理装置的过滤性能是营养盐类在线水质监测仪器能否在生化系统中正常工作并提供准确有效数据的关键因素之一。

目前，国内用于在线水质监测仪器的预处理装置主要有两种类型：一种是滤网与滤芯结合的过滤装置，一种是滤网加重力沉淀装置。但是，滤网与滤芯结合技术和滤网加重力沉淀技术都不适合含高浓度悬浮物污水的预处理。原因如下：滤网与滤芯结合的过滤装置，滤芯在使用过程中会很快被高浓度的悬浮物堵塞，无法长期使用；而滤网加重力沉淀装置虽然能够有效去除水中的悬浮物，但沉淀效果会明显受到活性污泥沉降性能的影响，且沉淀所需时间较长，无法满足在线监测仪器连续快速测试的要求。因此，这两类预处理装置还仅限于污水处理厂进水或出水的水样预处理，不能用于污水处理工艺的生化反应单元，无法实时反映污水处理工艺的过程信息和水质数据。

为了解决污水处理厂生化段高悬浮物浓度条件下的过滤问题，部分国外产品为营养盐在线仪器（如氨氮、磷酸盐仪表等）配备了价格昂贵的单级平板膜过滤预处理装置，比如哈希公司的Filtrax过滤器。但是在实际应用中，这些预处理装置还存在膜组件的通量小、抗污染能力差和膜组件易损坏等问题，影响了其在生化单元的正常使用。因此，由于维护的工作量很大（通常1～2天就需要全面清洗一次膜组件）、膜组件的工作环境缺乏保护措施、配件的更换周期短和费用高等缺点，单级平板膜过滤装置难以在污水厂生化单元中大规模应用。因此，有必要设计一种膜组件的通量大、抗污染能力强和维护的工作量很小的在线水质监测仪器膜过滤预处理系统。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种结合金属滤网和膜组件的预处理装置，针对含有高浓度悬浮物的混合液进行自动和连续的过滤，为在线水质仪表提供合格水样的在线水质监测仪器膜过滤预处理系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种在线水质监测仪器膜过滤预处理系统，其特征在于：它包括过滤装置、控制柜和在线水质监测仪；所述过滤装置包括浸没在反应池中待采样的混合液中的框架，所述框架的四周和底部均设置有滤网，所述框架内设置有膜组件，所述膜组件的下方和一侧设置有曝气管；所述控制柜内设置有空压机、计量泵、水箱和时间继电器，所述控制柜上还设置有控制面板；所述空压机通过空气管与所述曝气管相连通，所述计量泵的进水端通过抽水管与所述膜组件相连通，所述计量泵的出水端通过水管与所述水箱相连通，所述水箱还通过进样管与所述在线水质监测仪相连通；所述时间继电器电连接并控制所述计量泵的启停，所述控制面板电连接并控制所述空压机和时间继电器的启停。

所述框架为长方体钢制框架，所述钢制框架滑动设置在所述反应池内壁的安装支架上，且所述钢制框架能够沿所述安装支架上下移动。

所述膜组件由两个一端封闭的竖直管和一个分别连接两所述竖直管另一端的横管组成，两所述竖直管之间连接若干中空纤维膜。

所述中空纤维膜的过滤孔径为0.45微米。

所述滤网采用不锈钢滤网，且所述不锈钢滤网孔径为2～10目。

所述控制柜设置在所述反应池走道和地面上其中之一。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用不锈钢滤网和中空纤维膜组件两级连续过滤，能够稳定处理高浓度悬浮物的混合液，使最终处理的水样中不含粒径大于0.45微米的悬浮物。第一级过滤采用不锈钢滤网过滤，用于去除水中的毛发、纤维、和漂浮物等杂质，有效地保障膜组件的工作环境；第二级过滤使用高通量的超滤或微滤中空纤维膜的膜组件过滤，去除水中粒径大于0.45微米的悬浮物。经过以上处理后，水样送至在线水质监测仪器完成测试。因此，本发明系统能够处理污水厂的生化单元中100～10000mg/L浓度范围的悬浮物的水质，还可以为COD（Chemical Oxygen Demand，化学需氧量）、氨氮、硝酸盐和磷酸盐等营养盐在线分析仪器提供满足要求的预处理水样，保护在线分析仪器，减少仪器的故障率。还可以根据不同的在线监测仪器的需求采用不同过滤孔径的不锈钢滤网和膜组件，水质过滤形式简单灵活，且只需1～2周用清水冲洗1次不锈钢滤网和膜组件，维护工作量小，因此能够在污水厂生化池中长期使用。2、本发明由于在膜组件底部设置与空压机相连的曝气管，在过滤过程中连续曝气，冲刷附着在膜组件上的杂质，因此确保了膜通量的稳定和膜表面的清洁。并且中空纤维膜有效过滤面积大，低通量条件下容易控制膜污染，可以克服膜组件易堵塞问题，延长了使用寿命。3、本发明设置的时间继电器通可以实现计量泵连续抽取水样或与在线水质监测仪器同周期的间歇式抽水，满足不同在线水质监测仪器的需求。本发明可以广泛用于水样预处理领域。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述。

如图1所示，本发明包括过滤装置1、控制柜2和在线水质监测仪3。其中，过滤装置1包括滑动设置在反应池4内壁的安装支架5上的长方体钢制框架11，且钢制框架11可沿安装支架5上下移动。钢制框架11的四周和底部均设置有不锈钢滤网（图中未示出），钢制框架11内设置有膜组件12，膜组件12的下方和一侧设置有曝气管13。控制柜2设置在反应池4走道或者地面上，其内设置有空压机21、计量泵22、水箱23和时间继电器24，控制柜2上还设置有控制面板25。空压机21通过一空气管6与曝气管13相连通，计量泵22的进水端通过一抽水管7与膜组件12相连通，计量泵22的出水端通过一水管8与水箱23相连通，水箱23还通过一进样管9与在线水质监测仪3相连通。时间继电器24电连接并控制计量泵22的启停，控制面板25电连接并控制空压机21和时间继电器24的启停，此为常规设置，不再赘述。

上述实施例中，膜组件12由两个一端封闭的竖直管和一个分别连接两竖直管另一端的横管组成，两个竖直管之间连接若干中空纤维膜，且中空纤维膜的过滤孔径为0.45微米。

上述实施例中，不锈钢滤网孔径为2～10目。

本发明工作时，通过在线水质监测仪3设定测量间隔和需水量，在时间继电器24中设定与在线水质监测仪3相同的测量间隔，测量周期根据在线水质监测仪3的需水量和计量泵22的额定流量而定。过滤装置1浸没在反应池4中待采样的混合液面以下，不锈钢滤网拦截水中毛发、纤维和漂浮物，避免缠绕膜组件12，始终启动的空压机21通过空气管6传输空气对膜组件12底部曝气，曝气挟裹水流从钢制框架11底部和四周进入，连续曝气冲刷附着在膜组件12上的杂质，冲刷过膜组件12上杂质的水从钢制框架11上部流出，由此确保了膜组件12膜表面的清洁和膜通量的稳定，过滤后的水样经计量泵22的负压抽吸后存放至水箱23，水箱23中的水样又通过进样管9流入在线水质监测仪3检测水质情况。

上述实施例中，计量泵22还可以不间断持续抽水。

下面结合具体实施例对本发明进行进一步的描述：

某污水处理厂AAO（Anaerobic Anoxic Oxic，厌氧-缺氧-好氧法）工艺生化段末尾，使用本发明为在线磷酸盐仪表提供过滤水样（即在线水质监测仪3选用在线磷酸盐仪表），生化单元终端混合液的悬浮物浓度约为3500mg/L，在线磷酸盐仪表要求水样清澈不含颗粒物。选用4目不锈钢滤网（孔径约5mm）、0.45微米孔径的中空纤维膜组件12、额定流量18L/hr（升/小时）的计量泵22和额定流量30L/hr的空压机21。

根据在线磷酸盐仪表要求设定时间继电器24，控制计量泵22抽吸间隔为15min，每次抽吸持续时间为5min。始终启动的空压机21通过空气管6传输空气对膜组件12底部曝气来形成水循环，连续曝气冲刷附着在膜组件12上的杂质，经过滤的水样通过中空纤维膜流入膜组件12的两旁竖直管，经过计量泵22的负压抽吸放至水箱23，水样通过进样管9流入在线磷酸盐仪表，检测水质情况。经过预处理过滤后水样清澈透明，满足在线磷酸盐仪表的要求。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims

1.一种在线水质监测仪器膜过滤预处理系统，其特征在于：它包括过滤装置、控制柜和在线水质监测仪；

所述过滤装置包括浸没在反应池中待采样的混合液中的框架，所述框架的四周和底部均设置有滤网，所述框架内设置有膜组件，所述膜组件的下方和一侧设置有曝气管；所述控制柜内设置有空压机、计量泵、水箱和时间继电器，所述控制柜上还设置有控制面板；所述空压机通过空气管与所述曝气管相连通，所述计量泵的进水端通过抽水管与所述膜组件相连通，所述计量泵的出水端通过水管与所述水箱相连通，所述水箱还通过进样管与所述在线水质监测仪相连通；所述时间继电器电连接并控制所述计量泵的启停，所述控制面板电连接并控制所述空压机和时间继电器的启停。

2.如权利要求1所述的一种在线水质监测仪器膜过滤预处理系统，其特征在于：所述框架为长方体钢制框架，所述钢制框架滑动设置在所述反应池内壁的安装支架上，且所述钢制框架能够沿所述安装支架上下移动。

3.如权利要求1所述的一种在线水质监测仪器膜过滤预处理系统，其特征在于：所述膜组件由两个一端封闭的竖直管和一个分别连接两所述竖直管另一端的横管组成，两所述竖直管之间连接若干中空纤维膜。

4.如权利要求2所述的一种在线水质监测仪器膜过滤预处理系统，其特征在于：所述膜组件由两个一端封闭的竖直管和一个分别连接两所述竖直管另一端的横管组成，两所述竖直管之间连接若干中空纤维膜。

5.如权利要求3或4所述的一种在线水质监测仪器膜过滤预处理系统，其特征在于：所述中空纤维膜的过滤孔径为0.45微米。

6.如权利要求1或2或3或4所述的一种在线水质监测仪器膜过滤预处理系统，其特征在于：所述滤网采用不锈钢滤网，且所述不锈钢滤网孔径为2～10目。

7.如权利要求5所述的一种在线水质监测仪器膜过滤预处理系统，其特征在于：所述滤网采用不锈钢滤网，且所述不锈钢滤网孔径为2～10目。

8.如权利要求1或2或3或4或7所述的一种在线水质监测仪器膜过滤预处理系统，其特征在于：所述控制柜设置在所述反应池走道和地面上其中之一。

9.如权利要求5所述的一种在线水质监测仪器膜过滤预处理系统，其特征在于：所述控制柜设置在所述反应池走道和地面上其中之一。

10.如权利要求6所述的一种在线水质监测仪器膜过滤预处理系统，其特征在于：所述控制柜设置在所述反应池走道和地面上其中之一。