CN104118952A - 污水同步混凝-吸附-膜浓缩资源化预处理装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污水同步混凝-吸附-膜浓缩资源化预处理装置及其方法，属于水处理技术领域，该装置包括同步混凝-吸附混合单元、膜分离浓缩单元和气体反冲控制单元，同步混凝-吸附混合单元包括进水细格栅、混凝剂投药池、吸附剂投药池及三个水泵；膜分离浓缩单元包括膜浓缩反应池，所述反应池内设有膜组件；气体反冲控制单元包括空气压缩机、空气调压阀、控制器、进气电磁阀；该方法包括原污水、混凝溶液以及吸附混合液在管道内同步混合后泵入到膜浓缩反应池的进水口，与膜浓缩反应池内的浓缩液进行接触混合并抑制膜污染的快速生长；混合有混凝剂与吸附剂的污水进入膜浓缩反应池后经膜组件实现清液与富集碳源分离和气体反冲；本发明实现了高效碳源浓缩。

Description

污水同步混凝-吸附-膜浓缩资源化预处理装置及其方法

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种城市污水同步混凝-吸附-膜浓缩资源化预处理装置及其方法。

背景技术

目前城市污水多采用好氧活性污泥法处理工艺，由于该工艺具有能耗高、构筑物占地大、CO₂排放量大等缺陷，所以挖掘城市污水中的潜在资源成为污水处理领域发展的重要趋势。厌氧技术可以将城市污水中的主要有机碳源转化成甲烷，产出清洁二次能源，并将氮磷资源稳定富集在沼液沼渣中利于农业回用，是一种极有前景的污水处理技术。我国城市污水的特点是有机污染物浓度低，不利于厌氧技术优势的发挥。因此，对城市污水中的有机碳源进行富集浓缩是一种有效的辅助厌氧技术实现城市污水资源回用的手段。

传统的沉淀或离心浓缩效率较低，难以满足庞大的城市污水处理需求。近年来，微滤或超滤膜技术以其分离速度快、固液分离率高和出水水质好等优点在污水处理领域得到了广泛的应用，但利用微滤或超滤膜直接对城市污水进行浓缩会产生严重的膜污染问题，并无法截留溶解态有机物，因而污水碳源浓缩效率和水处理效率都受到较大影响。S.K.Lateef等人在文章Direct membrane filtration of municipal wastewater withchemical lyenhanced backwash for recovery of organic matter中公开的化学辅助反冲洗的污水膜浓缩技术，获得了一定效果，但化学氧化剂的辅助反冲洗会消耗有机碳源，减少原污水中可用于回收的碳源比例，尚存在浓缩效率上的缺陷。

发明内容

本发明的目的是为了克服微滤或超滤膜直接浓缩城市污水存在的技术缺陷，提供一种城市污水同步混凝-吸附-膜浓缩资源化预处理装置及其方法，基于微滤或超滤膜技术采用耦合工艺实现城市污水碳源有效浓缩预处理，从而利用厌氧技术实现城市污水资源与能源回收利用。为后续资源化利用提供有力保障。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案如下：

本发明提出的一种污水同步混凝-吸附-膜浓缩资源化预处理装置，用于城市污水资源化处理，其特征在于：包括同步混凝-吸附混合单元、膜分离浓缩单元和气体反冲控制单元，所述同步混凝-吸附混合单元包括进水细格栅、混凝剂投药池、吸附剂投药池及多个水泵；所述膜分离浓缩单元包括膜浓缩反应池，所述反应池内设有膜组件，反应池两侧底部分别设有污水进水管道及带有阀门的浓缩液出水管道；所述气体反冲控制单元包括空气压缩机、空气调压阀、控制器、进气电磁阀，出水电磁阀和气体反冲及清水出水泵；其中，进水细格栅1的入口与待处理的污水管相连，进水细格栅的出口与进水泵相连；混凝剂投药池的下端口与混凝剂加药泵相连，吸附剂投药池的下端口与吸附剂加药泵相连，三个水泵的出口均与膜浓缩反应池的进口管道相连；该膜浓缩反应池内的膜组件的一端经进气电磁阀和空气调压阀与空气压缩机连接，膜组件的另一端经出水电磁阀与出水泵连接；控制器连接在进气电磁阀和出水电磁阀之间，同时控制器与出水泵相连，气体反冲及出水泵的运行和停止由控制器进行调控。

所述的混凝剂投药池内置有不连续工作搅拌器，吸附剂投药池内设置有连续工作搅拌器。

所述的膜组件由带内衬的PVDF亲水性中空纤维微滤膜和中空ABS固定件所构成，该中空纤维微滤膜两端用环氧树脂与中空ABS固定件接合，两端的固定件分别与进气电磁阀和出水电磁阀连接。

所述膜组件为由带内衬的PVDF亲水性中空纤维超滤膜和中空ABS固定件所构成，该中空纤维超滤膜两端用环氧树脂与中空ABS固定件接合，两端的固定件分别与进气电磁阀和出水电磁阀连接。

所述的控制器包含一个电控箱和两个ZN-48型智能双数显时间继电器，一个控制进气电磁阀,以实现气体反冲的运行和停止，一个控制出水电磁阀以辅助实现气体反冲过程并实现出水泵的运行和停止，通过人为设定调节控制器中两个时间继电器的电路开闭时间间隔，以实现膜组件出水和气体反冲的交替进行，达到间歇运行的要求。

本发明还提出一种采用权利要求1所述的装置的污水同步混凝-吸附-膜浓缩资源化预处理方法，用于城市污水资源化处理，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一，在混凝剂投药池中配置有10g/L聚合氯化铝溶液构成混凝溶液，吸附剂投药池中配置有10g/L粉末活性炭构成吸附混合液，混凝剂投药池仅在添加药剂时进行搅拌，吸附剂投药池中保持连续搅拌，通过运行进水泵、混凝剂加药泵和吸附剂加药泵使混凝溶液和吸附混合液中投药浓度维持恒定，其中混凝剂投药浓度为20～40mg/L，吸附剂投药浓度为10～30mg/L，原污水、混凝溶液以及吸附混合液在管道内同步混合后泵入到膜浓缩反应池下部的进水口，与膜浓缩反应池内的浓缩液进行接触混合并抑制膜污染的快速生长；

步骤二，混合有混凝剂与吸附剂的污水进入膜浓缩反应池后经膜组件实现清液与富集碳源分离，膜分离采用间歇抽停模式，出水泵运行时保持进气电磁阀关闭，并打开出水电磁阀，水力停留时间为0.5～0.85h；出水泵停止时，通过打开进气电磁阀，并关闭出水电磁阀，进行气体反冲，空气调压阀将空气压缩机7提供的反冲气压范围控制在0.05～0.1MPa，控制器控制气体反冲时长范围为0.5～1min，出水泵运行时长为10～12min，出水泵停止时长范围为2～3min；

步骤三，膜浓缩反应池内浓缩液碳源混合浓度达到所述浓度时，膜浓缩反应池内的浓缩液通过排水阀门排出以维持浓缩过程的连续稳定运行，排放模式为少量连续排放或中量间歇排放，使得污泥浓缩液在膜浓缩反应池内停留时间控制在1～1.5d或1.5～3d。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和有益效果：

本发明中使用化学混凝剂可以将城市污水原水中的胶体态碳源聚集成颗粒态，使用吸附剂可以将城市污水原水中的溶解态碳源转移到固相中，进而提高城市污水原水中的碳源截留，混合化学污泥在膜反应器中还可以抑制膜污染的快速生长而保持较高的预浓缩效率，同时，气体反冲的使用取代了长期连续大量的曝气和化学氧化剂的频繁使用从而减少了由生物作用和氧化还原作用导致的城市污水碳源损失，提高了资源利用率，而因此形成的可控滤饼层可以辅助微滤膜进一步提升污水碳源的截留比例，从而实现了高效碳源浓缩。

附图说明

图1是本发明实施例的城市污水同步混凝-吸附-膜浓缩资源化预处理装置的结构示意图；

图2是本发明实施例的城市污水同步混凝-吸附-膜浓缩资源化预处理工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的结构和工作原理做详细叙述。

为解决膜浓缩预处理技术中存在的膜污染严重、我国城市污水厌氧处理工艺中碳源利用率低等问题，本发明提供一种城市污水同步混凝-吸附-膜浓缩资源化预处理装置及工艺，所述装置及工艺的同步混凝-吸附混合单元和膜分离浓缩单元在相互耦合作用下，尽可能抑制生物引起的碳源损失、实现城市污水有机碳源的高效截留浓缩和膜污染控制，充分挖掘城市污水碳源的可利用潜力，达到减轻膜污染、提高预浓缩效率、降低运行能耗等目的。

本发明实施例提供的一种城市污水同步混凝-吸附-膜浓缩资源化预处理装置，如图1所示，主要包括同步混凝-吸附混合单元、膜分离浓缩单元和气体反冲控制单元。所述同步混凝-吸附混合单元主要包括进水细格栅1、化学混凝剂投药池5和吸附剂投药池6，以及三个水泵2、3、4，混凝剂投药池5通过加药水泵3连接在进水泵2之后的管道上，吸附剂投药池6通过加药水泵4连接在加药泵3之后的管道上，使用化学混凝剂可以将城市污水原水中的胶体态碳源聚集成颗粒态，使用吸附剂可以将城市污水原水中的溶解态碳源转移到固相中，进而有效提高城市污水原水中的碳源截留，并通过减少溶解性和胶体态有机物与膜表面相互作用而有效控制膜污染，城市污水原水经进水细格栅1去除影响膜分离工艺运行的大块及不规则形状杂物后，由污水进水泵2泵入管道，在管道内与混凝剂加药泵3添加的混凝剂和吸附剂加药泵4添加的吸附剂发生同步混合，同时固定进水泵2、加药泵3和加药泵4的流量，通过固定的流量比使混凝剂与吸附剂的投药浓度保持恒定，混合液在管道内混合后接入膜浓缩反应池13下部的进水口，其中混凝剂可选用聚合氯化铝，吸附剂可选用粉末活性炭。所述膜分离浓缩单元主要包括膜浓缩反应池13和设于反应池13内的膜组件12，混合有混凝剂与吸附剂的城市污水原水由膜浓缩反应池13下部进入后与膜浓缩反应池13内的浓缩液先行接触混合，通过与已浓缩的化学污泥的接触反应进一步转化残留的溶解态与胶体态有机物到颗粒态，从而抑制由溶解态和胶体态物质形成的不可逆膜污染的快速生长而保持较高的预浓缩效率，并通过颗粒态物质形成的动态滤饼层提高截留效果，富集的颗粒态碳源物质被膜组件12截留在浓缩反应池13内，经由膜组件12过滤后的清水进入后续工艺进一步处理，浓缩液浓度达到所需要求后由膜浓缩反应池13另一侧下部排水口的排水阀门15定期排出以维持浓缩过程的连续稳定运行，排放模式为少量连续排放或中量间歇排放，以不显著影响浓缩液浓度为宜。所述气体反冲控制单元主要包括空气压缩机7、空气调压阀8、控制器9、进气电磁阀10，出水电磁阀11和出水泵14，膜组件12的一端经进气电磁阀10和空气调压阀8连通空气压缩机7，过膜后出水由膜组件12的另一端经出水电磁阀11连通出水泵14泵出，气体反冲及出水泵14的运行或停止由控制器9进行调控。气体反冲的使用取代了长期连续大量的曝气和化学氧化剂的频繁使用从而减少了由生物作用和氧化还原作用导致的城市污水碳源损失，提高了资源利用率，而因此形成的可控滤饼层可以辅助微滤膜进一步提升污水碳源的截留比例和进一步减轻膜污染。

所述的同步混凝-吸附混合单元中，混凝剂投药池5内设置搅拌器，仅在添加药剂时进行短时间搅拌，其余时间不工作以节省搅拌能耗，吸附剂投药池6设置连续搅拌器，维持药剂混合液的均一性。

所述的控制器9包含一个电控箱和两个ZN-48型智能双数显时间继电器，均为常规产品，一个控制进气电磁阀10以实现气体反冲的运行和停止，一个控制出水电磁阀11以辅助实现气体反冲过程并实现出水泵14的运行和停止，通过人为设定调节控制器9中两个时间继电器的电路开闭时间间隔，以实现膜组件出水和气体反冲的交替进行，达到间歇运行的要求。

所述的膜组件12为常规产品，可以为带内衬的PVDF亲水性中空纤维微滤膜或超滤膜，中空纤维膜两端利用环氧树脂与中空ABS固定件接合，两端的ABS固定件分别与进气电磁阀10和出水电磁阀11连接。

本发明装置的水泵、空气压缩机、空气调压阀、进气电磁阀、和出水电磁阀均为常规产品。化学混凝剂投药池和吸附剂投药池均根据生产规模确定具体尺寸，膜浓缩反应池根据生产规模及选用的膜组件12的大小确定尺寸。

本发明的城市污水同步混凝-吸附-膜浓缩资源化预处理方法实施例流程如图2所示；包括以下步骤：

步骤一，在混凝剂投药池中配置有10g/L聚合氯化铝溶液构成混凝溶液，用以将城市污水原水中的胶体态碳源聚集成颗粒态，吸附剂投药池中配置有10g/L粉末活性炭构成吸附混合液，用以将污水中的溶解态碳源转移到固相中从而提高碳源截留效率，混凝剂投药池仅在添加药剂时进行搅拌，其余时间不工作以降低系统运行能耗，吸附剂投药池中保持连续搅拌防止吸附剂沉淀以保持所投药剂的均一性，通过运行进水泵2、混凝剂加药泵3和吸附剂加药泵4使混凝溶液和吸附混合液中投药浓度维持恒定，其中混凝剂投药浓度为20～40mg/L，吸附剂投药浓度为10～30mg/L，原污水、混凝溶液以及吸附混合液在管道内同步混合后泵入到膜浓缩反应池13下部的进水口，与膜浓缩反应池13内的浓缩液进行接触混合并抑制膜污染的快速生长；

步骤二，混合有混凝剂与吸附剂的污水进入膜浓缩反应池后经膜组件12实现清液与富集碳源分离，膜分离采用间歇抽停模式，出水泵14运行时保持进气电磁阀10关闭，并打开出水电磁阀11，水力停留时间为0.5～0.85h；出水泵14停止时，通过打开进气电磁阀11，并关闭出水电磁阀10，进行气体反冲，空气调压阀8将空气压缩机7提供的反冲气压范围控制在0.05～0.1MPa，控制器9控制气体反冲时长范围为0.5～1min，出水泵运行时长为10～12min，出水泵停止时长范围为2～3min；

步骤三，膜浓缩反应池13内浓缩液碳源混合浓度达到所述浓度时，膜浓缩反应池13内的浓缩液通过排水阀门15排出以维持浓缩过程的连续稳定运行，排放模式为少量连续排放或中量间歇排放，使得污泥浓缩液在膜浓缩反应池13内停留时间控制在1～1.5d或1.5～3d。

本发明提供三个实施例的具体工况如表1所示。

表1三个实施例的具体工况

下面结合表1和图2对本发明实施例一进一步说明。

实施例一

本实施例选择使用帘式中空纤维微滤膜组件，长400mm，宽200mm，中空纤维膜丝外径2.45mm，膜面积0.33m²；膜浓缩反应池有效工作体积3.3L。

本实施例包括以下步骤：

步骤一，事先在混凝剂投药池5中配置10g/L的聚合氯化铝溶液，在吸附剂投药池6中配置10g/L的粉末活性炭混合液，吸附剂投药池6中保持连续搅拌防止粉末活性炭沉淀，同时运行进水泵2、混凝剂加药泵3和吸附剂加药泵4，固定各泵的流量比使混凝剂投药浓度为30mg/L、吸附剂投药浓度为20mg/L，并维持恒定，经管道内短暂混合后泵入膜浓缩反应池13下部的进水口，同膜浓缩反应池13内的浓缩液进行混合,以进一步增加转化成颗粒态的有机物比例而提高截留效果；

步骤二，混合药剂的污水进入膜浓缩反应池13后，经膜组件12实现清液与富集碳源的分离，膜分离采用间歇抽停模式，出水泵14抽吸时进气电磁阀10关闭而出水电磁阀11打开，水力停留时间为0.5h，膜通量为20L/m²h，出水泵14停抽时进行气体反冲，进气电磁阀10打开而出水电磁阀11关闭，空气调压阀8控制空气压缩机7提供的反冲气压范围为0.05～0.1MPa，控制器9控制气体反冲时长为0.5min，出水泵14抽吸时长为10min，出水泵14停抽时长为2min，膜后出水由后续工艺进一步处理；

步骤三，膜浓缩反应池13内浓缩液碳源混合浓度达到所述浓度时，通过排水阀门15获得浓缩液，排水模式为中量间歇排放，浓缩液在膜浓缩反应池13内停留时间为1～3d。

采用本实施例的技术方案，效果如下：平均进水COD浓度为450mg/L，出水COD浓度小于50mg/L，浓缩液COD浓度达15000mg/L，COD生物消耗比例小于5％。对比S.K.Lateef的实验结果，在更短的浓缩时间获得了更高的浓缩液浓度，并减少了生物消耗的COD比例，体现了浓缩效率上的显著提升。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种污水同步混凝-吸附-膜浓缩资源化预处理装置，用于城市污水资源化处理，其特征在于：包括同步混凝-吸附混合单元、膜分离浓缩单元和气体反冲控制单元，所述同步混凝-吸附混合单元包括进水细格栅、混凝剂投药池、吸附剂投药池及多个水泵；所述膜分离浓缩单元包括膜浓缩反应池，所述反应池内设有膜组件，反应池两侧底部分别设有污水进水管道及带有阀门的浓缩液出水管道；所述气体反冲控制单元包括空气压缩机、空气调压阀、控制器、进气电磁阀，出水电磁阀和气体反冲及清水出水泵；其中，进水细格栅1的入口与待处理的污水管相连，进水细格栅的出口与进水泵相连；混凝剂投药池的下端口与混凝剂加药泵相连，吸附剂投药池的下端口与吸附剂加药泵相连，三个水泵的出口均与膜浓缩反应池的进口管道相连；该膜浓缩反应池内的膜组件的一端经进气电磁阀和空气调压阀与空气压缩机连接，膜组件的另一端经出水电磁阀与出水泵连接；控制器连接在进气电磁阀和出水电磁阀之间，同时控制器与出水泵相连，气体反冲及出水泵的运行和停止由控制器进行调控。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的混凝剂投药池内置有不连续工作搅拌器，吸附剂投药池内设置有连续工作搅拌器。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的膜组件由带内衬的PVDF亲水性中空纤维微滤膜和中空ABS固定件所构成，该中空纤维微滤膜两端用环氧树脂与中空ABS固定件接合，两端的固定件分别与进气电磁阀和出水电磁阀连接。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述膜组件为由带内衬的PVDF亲水性中空纤维超滤膜和中空ABS固定件所构成，该中空纤维超滤膜两端用环氧树脂与中空ABS固定件接合，两端的固定件分别与进气电磁阀和出水电磁阀连接。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的控制器包含一个电控箱和两个ZN-48型智能双数显时间继电器，一个控制进气电磁阀,以实现气体反冲的运行和停止，一个控制出水电磁阀以辅助实现气体反冲过程并实现出水泵的运行和停止，通过人为设定调节控制器中两个时间继电器的电路开闭时间间隔，以实现膜组件出水和气体反冲的交替进行，达到间歇运行的要求。

6.一种采用权利要求1所述的装置的污水同步混凝-吸附-膜浓缩资源化预处理方法，用于城市污水资源化处理，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一，在混凝剂投药池中配置有10g/L聚合氯化铝溶液构成混凝溶液，吸附剂投药池中配置有10g/L粉末活性炭构成吸附混合液，混凝剂投药池仅在添加药剂时进行搅拌，吸附剂投药池中保持连续搅拌，通过运行进水泵、混凝剂加药泵和吸附剂加药泵使混凝溶液和吸附混合液中投药浓度维持恒定，其中混凝剂投药浓度为20～40mg/L，吸附剂投药浓度为10～30mg/L，原污水、混凝溶液以及吸附混合液在管道内同步混合后泵入到膜浓缩反应池下部的进水口，与膜浓缩反应池内的浓缩液进行接触混合并抑制膜污染的快速生长；

步骤二，混合有混凝剂与吸附剂的污水进入膜浓缩反应池后经膜组件实现清液与富集碳源分离，膜分离采用间歇抽停模式，出水泵运行时保持进气电磁阀关闭，并打开出水电磁阀，水力停留时间为0.5～0.85h；出水泵停止时，通过打开进气电磁阀，并关闭出水电磁阀，进行气体反冲，空气调压阀将空气压缩机7提供的反冲气压范围控制在0.05～0.1MPa，控制器控制气体反冲时长范围为0.5～1min，出水泵运行时长为10～12min，出水泵停止时长范围为2～3min；

步骤三，膜浓缩反应池内浓缩液碳源混合浓度达到所述浓度时，膜浓缩反应池内的浓缩液通过排水阀门排出以维持浓缩过程的连续稳定运行，排放模式为少量连续排放或中量间歇排放，使得污泥浓缩液在膜浓缩反应池内停留时间控制在1～1.5d或1.5～3d。