CN104386775B - 内循环联合膜分离的吸附反应器、水处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种内循环联合膜分离的吸附反应器、水处理装置，包括反应器本体(1)，该反应器本体(1)上设有与外部连通的进水装置(2)和出水装置(3)，该反应器本体(1)的顶部设有吸附剂投加装置(14)，该出水装置(3)的位于该反应器本体(1)内部的一端安装有用于过滤吸附剂的膜组件(31)，该反应器本体(1)内纵向位于所述膜组件(31)的下方设有空气扩散装置(4)。通过设置膜组件，使颗粒较小的吸附剂可被膜组件隔离在吸附反应器内，同时由于空气扩散装置排出气体，与水共同作用在膜组件表面，使膜组件一直处于被擦洗的状态，可有效控制膜组件表面的污染进程，使膜组件可长期保持稳定运行。本发明还提供了一种水处理装置。

Description

内循环联合膜分离的吸附反应器、水处理装置

技术领域

本发明涉及水处理设备领域，具体地说，涉及内循环联合膜分离的吸附反应器、水处理装置。

背景技术

吸附法是一种基本的水处理方法，可去除一些物理、生物、化学方法难以去除的物质，如难降解有机物、重金属、色度、一些有害的非金属离子等，被广泛应用于饮水净水工艺、污水深度处理及工业废水处理。目前吸附法所采用的反应器主要为固定床反应器等。普通的固定床反应器中，若吸附剂粒径过小则容易产生吸附剂流失、滤层水头损失大、滤层堵塞等问题，因此吸附剂粒径不宜过小，这样便限制吸附容量的发挥，此外固定床反应器对配水均匀性要求较高，吸附剂与水之间的传质作用差，固定床反应器吸附剂饱和后再生、更换吸附剂的工程量较大。流化床反应器可以解决固定床反应器存在的一些弊端，但是普通的流化床面临吸附剂与水分离困难，水力负荷控制不当，造成吸附剂流失等问题，实际应用困难。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明提供了一种内循环联合膜分离的吸附反应器，用以改善吸附剂颗粒过小而随水流失的问题。

为了实现上述目的，本发明提出的内循环联合膜分离的吸附反应器，包括反应器本体，所述反应器本体上设有与外部连通的进水装置和出水装置，所述反应器本体的顶部设有吸附剂投加装置，所述出水装置的位于所述反应器本体内部的一端安装有用于过滤吸附剂的膜组件，所述反应器本体内纵向位于所述膜组件的下方设有空气扩散装置。

优选地，所述反应器本体内部纵向设有将所述反应器本体内腔分隔为回水腔和气水混合腔的隔板，所述回水腔和所述气水混合腔的顶部连通，所述隔板的靠近所述反应器本体下方的位置形成有连通所述回水腔和所述气水混合腔的开口，所述进水装置与所述回水腔连通，所述吸附剂投加装置位于所述回水腔顶部，所述膜组件与所述空气扩散装置位于所述气水混合腔内。

优选地，所述空气扩散装置位于所述气水混合腔的底部。

优选地，所述气水混合腔的底部设有用于排出吸附剂的排放口。

优选地，还包括与所述反应器本体固定的循环装置，所述循环装置包括第一管路、第二管路以及连接在所述第一管路与第二管路之间的管道泵，所述第一管路的自由端位于所述气水混合腔的底部，所述第二管路的自由端位于所述气水混合腔纵向方向的中部以上。

优选地，所述管道泵为叶片泵。

优选地，还包括第三管路，所述第三管路的一端与所述第一管路连通，另一端延伸至所述回水腔的底部。

优选地，还包括第四管路，所述第四管路的一端与所述第二管路连通，另一端延伸至所述回水腔纵向方向的中部以上。

优选地，所述管道泵为活塞泵。

优选地，所述进水装置包括设置在所述反应器本体外部的恒位水箱，以及一端与所述恒位水箱连通，另一端与所述回水腔连通的进水管。

本发明实施方式还提供了一种水处理装置，包括吸附反应器，该吸附反应器为上述实施方式中所述的内循环联合膜分离的吸附反应器。

本发明提出的内循环联合膜分离的吸附反应器，通过设置膜组件，使得颗粒较小的吸附剂可以被膜组件隔离在吸附反应器内，因此可使用吸附容量更好的小粒径的吸附剂。同时由于空气扩散装置排出气体，与水共同作用在膜组件表面，使得膜组件一直处于被擦洗的状态，保证了膜组件表面不受污染，进一步提升出水水质。由于膜组件中膜的截留作用，避免了吸附剂的损耗，节约了成本。在低水力负荷下实现吸附剂的流化状态，有利于减少反应器容积。由于该吸附反应器不存在膜组件堵塞的问题，因此无需反冲洗，吸附剂也可及时更新。

附图说明

图1为本发明实施方式提供的第一种内循环联合膜分离的吸附反应器的内部结构示意图；

图2为本发明实施方式提供的第二种内循环联合膜分离的吸附反应器的内部结构示意图。

附图标记说明

1反应器本体11回水腔

12气水混合腔13隔板

131开口14吸附剂投加装置

15排放口2进水装置

21恒位水箱22进水管

3出水装置31膜组件

4空气扩散装置5循环装置

51第一管路52第二管路

53第三管路54第四管路

55管道泵

具体实施方式

下面参考附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其他附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件或处理的表示和描述。

下面结合附图对本发明做进一步描述。

如图1所示，本发明提供的内循环联合膜分离的吸附反应器，包括反应器本体1，反应器本体1上设有与外部连通的进水装置2和出水装置3，反应器本体1的顶部设有吸附剂投加装置14，出水装置3的位于反应器本体1内部的一端安装有用于过滤吸附剂的膜组件31，反应器本体1内纵向位于膜组件31的下方设有空气扩散装置4。

在净水设备中需要投放吸附剂以净化水质，在以往的应用中，低粒度的吸附剂在投放后常随净水一起流失，造成吸附剂的损耗，同时也污染了净化后的水质，而投放颗粒较大的吸附剂，虽然不会随净水流失，但吸附容量较低，吸附效果没有低粒度的吸附剂好。目前这类问题还未得到较好的解决。本发明中，在吸附反应器中加装膜组件31，采用的膜组件31可过滤掉低粒度的吸附剂，从而避免吸附剂的流失，进而有条件使用小粒径吸附剂，提升吸附效果。实际使用中，膜组件31的过滤膜可选用中空纤维超滤膜、微滤膜等。

本发明中，进一步应用了空气扩散装置4，在净化水的过程中，膜组件31的外表面过滤出吸附剂，位于膜组件31底部的空气扩散装置4鼓入适量空气形成气水混合液，作用在膜组件31的表面，形成擦洗效果。在膜组件31表面的吸附剂被气泡及水的擦洗后脱离，继续回到净水循环系统中，继续吸附水中杂质，空气扩散装置4不断对膜组件31进行擦洗，使其表面不会粘连吸附剂颗粒，保证了出水的顺畅，从根本上改变了以往水过滤系统存在的弊端。

本发明的一个实施方式中示出：反应器本体1内部纵向设有将反应器本体1内腔分隔为回水腔11和气水混合腔12的隔板13，回水腔11和气水混合腔12的顶部连通，隔板13的靠近反应器本体1下方的位置形成有连通回水腔11和气水混合腔12的开口131，进水装置2与回水腔11连通，吸附剂投加装置14位于回水腔11顶部，膜组件31与空气扩散装置4位于气水混合腔12内。。

反应器本体1内被隔板13分隔为回水腔11和气水混合腔12，原水从进水装置2流入回水腔11内，通过隔板13底部形成的开口131流入汽水混合腔内。水位没过空气扩散设备、膜组件31，直至回水腔11与气水混合腔12的顶部连通处。在工作过程中，空气扩散装置4鼓入适量空气，与水形成气水混合液，水中包含了气体，其密度小于回水腔11内水的密度，必然，气水混合腔12内的水位的高度会高于回水腔11内的水位。因此，在气水混合腔12与回水腔11顶部的连通处，气水混合腔12中的水会溢出排到回水腔11内，气体在气水混合腔12的顶部与水分离，水再次循环流入回水腔11内，这样就形成了如图1所示的内循环。附加剂投放装置向回水腔11内投加低粒度的吸附剂，通过控制气水混合腔12内水的气含量，使反应器本体1内部产生适当的循环流速，吸附剂随水一起循环，无需借助高水力负荷变可处于流化状态，与水充分混合接触，产生较好的传质效果。

需要说明的是，可以将膜组件31置于气水混合腔12靠近底部的位置，出水装置3借助水位压力差以及出水装置3抽吸作用产生跨膜压差，使水经过膜组件31的过滤后流出，吸附剂被截留在吸附反应器内，实现吸附剂和水的有效分离

进一步，空气扩散装置4可以与膜组件31保持一定距离，空气扩散装置4可设置在气水混合腔12的底部，这样可增加气泡与水混合后的冲击力，由于气体的摩擦及水流的剪切作用，使吸附剂扩散回吸附反应器内，避免其聚积在膜组件31表面，起到更好的擦洗效果。

进一步，吸附饱和的吸附剂需要排出，本发明的一个实施方式中列举出，在气水混合腔12的底部设有用于排出吸附剂的排放口15，在设备停止运转后，开启排放口15，可以依靠静水压作用将沉积在底部的吸附剂排出。

更进一步，沉积在反应器本体1底部的吸附剂不能继续吸附杂质，因此本发明的一个实施方式中列举出：内循环联合膜分离的吸附反应器还包括与反应器本体1固定的循环装置5，循环装置5包括第一管路51、第二管路52以及连接在第一管路51与第二管路52之间的管道泵55，第一管路51的自由端位于气水混合腔12的底部，第二管路52的自由端位于气水混合腔12纵向方向的中部以上。在吸附反应器间断运行后重新启动时，可以打开管道泵55产生循环，循环水流从气水混合腔12内被管道泵55通过第二管路52抽入循环装置5内，高速水流由管道泵加压产生，利用水力作用将底部的吸附剂冲起，使沉淀于底部的吸附剂瞬间返回反应器本体1内的主反应区，使吸附剂再次与循环水接触，继续吸附杂质。

根据以上实施方式中列举的循环装置5的工作原理，通常可以选用叶片泵作为管道泵55，水流通过叶片泵的加压从第一管路51排出，进而使沉淀在气水混合腔12底部的吸附剂重新归入循环进程。

另外，如图2所示，本发明还提供了另一种工作方式的循环装置5。

在本实施方式中，管道泵55为活塞泵，采用的循环方式是利用第一管路51从气水混合腔12底部抽水，并通过第二管路52向气水混合腔12内部排水。这样，位于气水混合腔12底部的吸附剂会通过循环装置5被抽吸至循环水区域，从而重新参与净水过程。

进一步，循环装置5还可以包括第三管路53，第三管路53的一端与第一管路51连通，另一端延伸至回水腔11的底部，这样可以同时将回水腔11与气水混合腔12底部沉淀的吸附剂全部抽出，并排放到气水混合腔12的循环水系统中，充分实现内循环吸附杂质过程。

更进一步，还可以包括第四管路54，第四管路54的一端与第二管路52连通，另一端延伸至回水腔11纵向方向的中部以上，将沉淀的吸附剂排放到两个反应器本体1内腔中，进一步增大扩散范围。

作为循环装置5，可安装在反应器本体1外部，作为外循环设备，也可设置在反应器本体1内部，例如，设置在气水混合腔12内或回水腔11内，只要能够实现抽吸沉淀的吸附剂的目的即可。另外，循环装置5也可以分别在回水腔11或气水混合腔12的内部或外部单独设置，可以有多种设置方式，在此处不再赘述。

作为进水装置2，通常可以选用水箱作为原水出处，本发明的一个实施方式中示出：进水装置2包括设置在反应器本体1外部的恒位水箱21，以及一端与恒位水箱21连通，另一端与回水腔11连通的进水管22。

另外，本发明实施方式还提供了一种水处理装置，包括吸附反应器，该吸附反应器为上述实施方式中的内循环联合膜分离的吸附反应器。

虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本申请的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (7)

1.一种内循环联合膜分离的吸附反应器，包括反应器本体(1)，所述反应器本体(1)上设有与外部连通的进水装置(2)和出水装置(3)，所述反应器本体(1)的顶部设有吸附剂投加装置(14)，其特征在于，所述出水装置(3)的位于所述反应器本体(1)内部的一端安装有用于过滤吸附剂的膜组件(31)，所述反应器本体(1)内纵向位于所述膜组件(31)的下方设有空气扩散装置(4)；所述反应器本体(1)内部纵向设有将所述反应器本体(1)内腔分隔为回水腔(11)和气水混合腔(12)的隔板(13)，所述回水腔(11)和所述气水混合腔(12)的顶部连通，所述隔板(13)的靠近所述反应器本体(1)下方的位置形成有连通所述回水腔(11)和所述气水混合腔(12)的开口(131)，所述进水装置(2)与所述回水腔(11)连通，所述吸附剂投加装置(14)位于所述回水腔(11)顶部，所述膜组件(31)与所述空气扩散装置(4)位于所述气水混合腔(12)内；所述空气扩散装置(4)位于所述气水混合腔(12)的底部；所述气水混合腔(12)的底部设有用于排出吸附剂的排放口(15)；所述反应器还包括与所述反应器本体(1)固定的循环装置(5)，所述循环装置(5)包括第一管路(51)、第二管路(52)以及连接在所述第一管路(51)与第二管路(52)之间的管道泵(55)，所述第一管路(51)的自由端位于所述气水混合腔(12)的底部，所述第二管路(52)的自由端位于所述气水混合腔(12)纵向方向的中部以上。

2.根据权利要求1所述的内循环联合膜分离的吸附反应器，其特征在于，所述管道泵(55)为叶片泵。

3.根据权利要求1所述的内循环联合膜分离的吸附反应器，其特征在于，还包括第三管路(53)，所述第三管路(53)的一端与所述第一管路(51)连通，另一端延伸至所述回水腔(11)的底部。

4.根据权利要求3所述的内循环联合膜分离的吸附反应器，其特征在于，还包括第四管路(54)，所述第四管路(54)的一端与所述第二管路(52)连通，另一端延伸至所述回水腔(11)纵向方向的中部以上。

5.根据权利要求3或4中所述的内循环联合膜分离的吸附反应器，其特征在于，所述管道泵(55)为活塞泵。

6.根据权利要求1中所述的内循环联合膜分离的吸附反应器，其特征在于，所述进水装置(2)包括设置在所述反应器本体(1)外部的恒位水箱(21)，以及一端与所述恒位水箱(21)连通，另一端与所述回水腔(11)连通的进水管(22)。

7.一种水处理装置，包括吸附反应器，其特征在于，该吸附反应器为权利要求1～6中任意一项所述的内循环联合膜分离的吸附反应器。