CN103896455B - 一种用于海水反渗透法的生物预处理工艺 - Google Patents
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Abstract
一种用于海水反渗透法的生物预处理工艺,包括生物絮凝环节与多介质过滤环节,将经格栅处理后的海水送入生物絮凝池,生物絮凝池采用下流式设计,内充填料烁石,滤料层高度3m,设计水力负荷为10m3/(m2·h),停留时间8~12min,利用海水中原有微生物,通过填料富集后,在去除海水中有机物的同时产生生物絮凝作用;经过生物絮凝处理后的海水送入多介质过滤系统,进而去除海水中的SS,满足反渗透系统进水要求,本发明以生物絮凝技术为基础,通过投加填料,富集海水中有益微生物,降低了进料海水的SS值和总有机物含量,减少了设备和药剂成本,避免了残留药剂对反渗透膜的腐蚀,处理后出水水质指标可达到反渗透膜进水要求。
Description
技术领域
本发明属于海水淡化预处理技术领域,特别涉及一种用于海水反渗透法的生物预处理工艺。
背景技术
原海水中含有大量的悬浮颗粒、胶体、大颗粒有机物、藻类、微生物和大量的金属盐等。原海水直接进入反渗透系统会污染反渗透膜,影响反渗透膜的使用寿命。对海水进行预处理是减缓膜污染,延长膜使用寿命,降低清洗次数,保证反渗透系统长期稳定运行的关键。常规预处理工艺的方案包括杀菌灭藻、混凝沉淀、过滤除浊、脱气、软化等工艺步骤,过程繁琐、工艺复杂,成了束缚膜法海水淡化发展的一个重要因素。现有反渗透法海水淡化前端进水预处理工艺,多采用投加化学药剂结合超滤技术降低海水的SS值和总有机物含量,该技术存在设备投资和药剂成本较高,残留的药剂对反渗透膜有一定的腐蚀性等问题。
现有预处理工艺分为一级预处理工艺和二级预处理工艺,一级预处理工艺包括混凝沉淀、气浮、吸附等,二级预处理工艺包括多介质过滤、微滤、超滤、纳滤等。国外海水水质好的地区,常采用多介质过滤作为主要预处理工艺;我国的海水SS值高,有机物含量高,若处理效果达不到反渗透系统进水要求,会污染反渗透膜系统,缩减反渗透膜的使用寿命。国内外流行的预处理工艺只能去除SS,无法去除海水中的溶解性有机物,这对我国海水淡化工艺的预处理技术带来了挑战。为保证反渗透系统海水进水的水质,我国的海淡预处理技术基本以加药杀菌+混凝沉淀+DAF+UF为主,不仅工艺复杂,工程投资较高,运行费用(超滤膜更换、化学药剂投加量大)也较高。同时,为避免水藻等水生生物在进水口富集生长问题,需要投加氧化剂,防止生物生长。投加的氧化剂一般要求过量投加,但氧化剂又会对反渗透膜产生不可逆损伤,造成膜损坏。因此,在反渗透膜前又需要投加还原剂,额外增加了运行成本。生物死亡后被氧化成有机物残留在进料海水中,这部分有机物在反渗透膜系统积累,在还原条件下,成为微生物的生长碳源,导致反渗透膜的生物污染,降低反渗透系统的性能。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种用于海水反渗透法的生物预处理工艺,以污水处理工艺中的生物絮凝技术为基础,根据反渗透膜进水水质的要求和我国海水的实际情况,通过投加填料,富集海水中有益微生物,实现降低进料海水的SS值和总有机物含量,与现有主流技术相比,减少了设备和药剂成本,避免了残留药剂对反渗透膜的腐蚀,同时,能有效降低进料海水中的有机物含量,处理后出水水质指标可达到反渗透膜进水要求。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种用于海水反渗透法的生物预处理工艺,包括生物絮凝环节与多介质过滤环节,所述生物絮凝环节中,将经格栅处理后的海水送入生物絮凝池,生物絮凝池采用下流式设计,内充填料烁石,滤料层高度3m,设计水力负荷为10m3/(m2·h),停留时间8~12min,利用海水中原有微生物,通过填料富集后,在去除海水中有机物(COD)的同时产生生物絮凝作用;所述多介质过滤环节中,将经过生物絮凝处理后的海水送入多介质过滤系统,进而去除海水中的SS,保证海水经过预处理系统后,满足反渗透系统进水要求(SDI<5,浊度<0.5NTU)。
所述格栅处理中,在取水口设置间距10mm的格栅,海水通过所述格栅,然后通过提升泵提升送入生物絮凝池,利用重力下流,穿过填料层,通过控制水中溶解氧DO>7mg/L,pH=7.5~8.5,对微生物进行选择性培养,并通过烁石填料实现微生物的富集。
所述生物絮凝环节中,生物絮凝池设置有反冲洗装置,利用反冲洗过程去除絮凝装置中产生的污泥,控制池中污泥沉积不大于4~9kg/m2。
所述生物絮凝环节中,控制池中C/N>10。
所述生物絮凝环节中,控制池中温度在20℃~25℃之间。
所述多介质过滤环节中,控制进水中总悬浮固体量不高于50mg/L。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)工艺简单:通过生物絮凝+多介质过滤预处理技术可以同时去除SS和有机物。
(2)高效性:在用量相同的情况下,微生物絮凝的速度大于常规絮凝剂,并且其絮凝物采取过滤等比较简单的操作即可除去。
(3)无需加药,降低运行成本:通过微生物自身分泌的胞外多聚物等形成生物絮凝作用,同时,微生物生长过程可有效去除原海水中的有机物,不仅减少了药剂费支出,还可避免残留药剂对反渗透膜的腐蚀,有效提高了反渗透系统进水水质。
(4)安全无毒性,无环境污染:由于没有加药,所有生物均来自于原海水生态环境,预处理系统反冲洗水不会造成环境污染。
(5)无需长时间曝气:相比于污水,海水往往处于富氧状态,溶解氧浓度高,不需要长时间曝气即可满足微生物生长所需氧气,降低了工程运行费用和设备维护费用。
附图说明
图1是本发明生物絮凝池结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示,一种用于海水反渗透法的生物预处理工艺,包括生物絮凝环节与多介质过滤环节,生物絮凝环节中,将经格栅处理后的海水送入生物絮凝池,利用海水中原有微生物,通过填料富集后,产生生物絮凝作用;多介质过滤环节中,将经过生物絮凝处理后的海水送入多介质过滤系统,进而去除海水中的SS,保证海水经过预处理系统后,满足反渗透系统进水要求(SDI<5,浊度<0.5NTU)。
本发明生物絮凝环节中,在取水口设置间距10mm的格栅,防止藻类、鱼类等生物进入系统,通过提升泵提升送入生物絮凝池,生物絮凝池结构如图1,采用下流式设计,池顶部设置溢流槽1,原海水加药后经过溢流槽1流入池中,池中填充砾石填料,曝气头6位于池底,并在池底设置反冲洗装置。原海水通过提升泵提升进入生物絮凝池,对原海水pH、ORP和DO进行在线监测,确保pH与DO值在控制范围内,图中加药装置用来调节pH值。在重力作用下,海水从上往下穿过填料层,填料层厚度3m,填料材质烁石,在底部通过集水管收集,进入二级预处理系统(多介质过滤)。
海水中存在多种类型的微生物,不同类型微生物生长最佳环境有所差异,进入生物絮凝池的海水利用重力下流,穿过砾石填料层,通过控制水中溶解氧(DO>7mg/L)、pH(7.5~8.5)、水力负荷(10m3/(m2·h))和水力停留时间(8~12min)等,对微生物进行选择性培养,并通过烁石填料实现微生物的富集。微生物在好氧新陈代谢的过程中,可去除海水中的有机物,同时,其胞壁分泌出多糖类产物,微生物死亡后分解出蛋白质、多肽和纤维素类物质,这些物质在水体中通过电中和、吸附架桥、沉淀网捕等作用,在相互作用中逐渐长大,形成粒径分布在0.5~1mm区间、具有较大表面积的颗粒物,这些颗粒物具有较高的表面电势,可有效捕获水体中其他的不溶性悬浮颗粒如泥沙、固体颗粒物等,实现生物絮凝作用。
生物絮凝池有效水深为1m,并增设反冲洗系统,反冲洗进水管5接在池底的处理水排管4上,反冲洗进气管7与曝气头6共用气源,在反冲洗进气管7和反冲洗进水管5的作用下进行气水混合反冲洗,气冲强度15L/(s·m2),冲洗时间4min;气水同时反冲时,水冲强度4L/(s·m2),冲洗时间4min;最后水冲强度仍为4L/(s·m2),冲洗时间2min,总的反冲时间约10min。通过调节反冲洗空气管道的进气量来控制不同的反冲洗强度,以保证最佳的絮凝条件,反冲洗后的用水从池上部的反冲洗水排放管2以及中间排水管3排出。
根据有益微生物生长的最佳环境,通过对海水的以下调节,实现有益微生物的优势生长,并使之按照目标进行新陈代谢活动:
1.足够的混合度。需要提供足够的水体混合强度,才能创造颗粒物、细菌、溶解有机物的接触机会,形成絮凝体。在实施过程中,通过控制水力负荷、停留时间,来实现混合的效果。
2.氧气含量。有益微生物新陈代谢的活动属于好氧代谢,由于海水中存在浮游植物,海水中氧气含量较为充足(DO>7mg/L),基本无需曝气或放置增氧机,仅需控制海水在絮凝装置中停留的时间,以保证好氧代谢占主导地位。为防止溶解氧过低,在絮凝池下部设有曝气装置。
3.污泥。通过反冲洗过程可以去除絮凝装置中产生的污泥,在装置中,控制污泥沉积不大于4~9kg/m2。
4.碳源和C/N。作为细菌的能量来源,碳源的种类和数量很大程度上决定了絮体的形成。根据研究表明,形成良好生物絮体的C/N>10。
5.温度。温度是微生物代谢的主要因素,水温不是容易调节的因素,特别是外部气候条件决定了温度,限制了絮体的形成。研究发现絮体的强度和形态同温度有密切的关系。一般情况下,在20℃~25℃是絮体形成的最佳温度条件,也是该工艺最佳运行条件。
6.pH。pH可以改变水体中絮体颗粒的正负电荷,导致颗粒间形成絮体的能力改变。反渗透进水要求也限制了pH的范围。本方法中,进行生物絮凝的pH范围保持在7.5~8.5比较合适。
7.总悬浮固体量。水环境中总的悬浮固体量(Total suspended solids,TSS)是影响絮体形成的重要因素之一。水体中TSS浓度会影响絮体的形成,一般来说,总悬浮固体量高,易形成絮体,但过高会影响处理效果。本装置进水TSS浓度不高于50mg/L。
经生物絮凝处理后的海水进入多介质过滤池,可去除水中的SS值,多介质过滤池的出水可进入反渗透系统,污泥水可回流至生物絮凝池。
本发明工艺原理是以污水处理工艺中的生物絮凝技术为基础,对海水中的有益微生物的选择性培养,通过其生长代谢去除水体中的有机物,从而降低原海水中总有机物的含量;同时在微生物的生长代谢过程中,通过控制微生物保持在对数生长期后期,让细胞不断增殖,同时也产生各种胞外多聚物等大分子,借助离子键、氢键和范德华力,吸引多个胶体颗粒,在颗粒中起“中间桥梁”的作用,形成一种网状三维结构而沉淀下来而产生絮凝沉淀作用,从而通过后端的多介质过滤系统,有效降低进水的SS值。
Claims (6)
1.一种用于海水反渗透法的生物预处理工艺,其特征在于,包括生物絮凝环节与多介质过滤环节,所述生物絮凝环节中,将经格栅处理后的海水送入生物絮凝池,生物絮凝池采用下流式设计,内充填料砾石,滤料层高度3m,设计水力负荷为10m3/(m2·h),停留时间8~12min,利用海水中原有微生物,通过填料富集后,在去除海水中有机物的同时产生生物絮凝作用;所述多介质过滤环节中,将经过生物絮凝处理后的海水送入多介质过滤系统,进而去除海水中的SS,保证海水经过预处理系统后,满足反渗透系统进水要求,即SDI<5,浊度<0.5NTU。
2.根据权利要求1所述的生物预处理工艺,其特征在于,所述格栅处理中,在取水口设置间距10mm的格栅,海水通过所述格栅,然后通过提升泵提升送入生物絮凝池,利用重力下流,穿过填料层,通过控制水中溶解氧DO>7mg/L,pH=7.5~8.5,对微生物进行选择性培养,并通过砾石填料实现微生物的富集。
3.根据权利要求1所述的生物预处理工艺,其特征在于,所述生物絮凝环节中,生物絮凝池设置有反冲洗装置,利用反冲洗过程去除絮凝装置中产生的污泥,控制池中污泥沉积不大于4~9kg/m2。
4.根据权利要求1所述的生物预处理工艺,其特征在于,所述生物絮凝环节中,控制池中C/N>10。
5.根据权利要求1所述的生物预处理工艺,其特征在于,所述生物絮凝环节中,控制池中温度在20℃~25℃之间。
6.根据权利要求1所述的生物预处理工艺,其特征在于,所述多介质过滤环节中,控制进水中总悬浮固体量不高于50mg/L。
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