CN105293777B - 混凝‑高效沉淀‑气浮/气提‑膜一体化装置及减轻膜污染的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝‑高效沉淀‑气浮/气提‑膜一体化装置，包括混凝反应器、壳体、外压式中空纤维膜组件、曝气组件、反冲洗水进水管、絮体排放管、出水管、排气管和斜板沉淀组件，斜板沉淀组件由重叠摞接的空心圆台或空心正棱台和支撑杆组成，斜板沉淀组件沿壳体的轴向布置，套接在外压式中空纤维膜组件外，或者外压式中空纤维膜组件套接在斜板沉淀组件外。本发明还公开了一种减轻膜污染的方法，该方法在原水中投加混凝剂并施加水力条件进行混凝处理后，采用上述一体化装置在曝气条件下进行气提/气浮、沉淀和膜过滤处理。上述一体化装置能有效缓解曝气引起的絮体破裂对膜性能造成的不利影响，降低膜组件的清洗频率，延长膜组件的使用寿命。

Description

混凝-高效沉淀-气浮/气提-膜一体化装置及减轻膜污染的 方法

技术领域

本发明属于水处理的膜组合工艺方法及装置技术领域，具体涉及一种混凝-高效沉淀-气浮/气提-膜一体化装置及减轻膜污染的方法。

背景技术

近年来，为满足日益严格的生活饮用水卫生标准，膜处理领域的微滤、超滤、反渗透等技术得到了越来越多的研究与应用。在饮用水处理中，中空纤维式的微滤膜和超滤膜的应用较为广泛。膜过滤过程中，水中的微粒、胶体颗粒或者溶质大分子等与膜接触并与膜发生物理化学作用或机械作用，这些微粒、胶体颗粒或者溶质大分子容易造成膜表面污染、膜孔收缩，甚至是膜孔堵塞，引起膜通量减小以及膜的分离性能降低，导致膜发生不可逆的污染。因而在膜组合工艺领域，出现了很多能提高膜滤效果、减轻膜污染的组合工艺，如：混凝-膜、气泡-膜和混凝-气提-膜等。

CN 101774731 A公开了一种减轻膜污染的强化混凝-气提-膜的一体化方法及装置，该方法是向原水中投加混凝剂和助凝剂并施以水力条件进行强化混凝反应，然后将混凝后的原水输送到外压式中空纤维膜组件中过滤并施以气流循环提升处理。虽然采用该工艺和一体化装置可在一定程度上减轻膜污染的程度，但是，采用所述一体化装置进行水处理时，由于絮体与膜表面是直接接触的，容易引起膜孔堵塞，而在曝气产生的气泡的撞击作用下，絮体会破碎成更小的絮体，这些小的絮体会严重加剧膜孔收缩和膜孔堵塞污染，因此，使用该一体化装置进行水处理存在着无法有效地避免膜污染、容易造成膜的使用寿命缩短的问题，为了延长膜的使用寿命并保证水处理的效果和效率，需要频繁清洗膜组件，这将造成设备的运行和维护成本过高等问题。因此，若能在该混凝-气提-膜一体化装置的基础上，开发出能够减轻曝气产生的气泡对膜产生的副作用、提升膜的抗污染能力的装置和方法，将对水处理领域产生重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，首先提供一种混凝-高效沉淀-气浮/气提-膜一体化装置，以有效缓解曝气引起的絮体破裂对膜性能造成的不利影响。本发明的另一目的是在前述装置的基础上提供一种减轻膜污染的方法。

本发明提供的混凝-高效沉淀-气浮/气提-膜一体化装置，包括混凝反应器、壳体、外压式中空纤维膜组件、曝气组件、反冲洗水进水管、絮体排放管和出水管，混凝反应器的出水口通过管件与壳体底部的进水口连通，曝气组件由空气扩散器和鼓风机组成，空气扩散器位于外压式中空纤维膜组件的下方，鼓风机通过管件与位于壳体底部内的空气扩散器连通，反冲洗水进水管和絮体排放管分别连通于壳体底部，外压式中空纤维膜组件位于壳体内且沿壳体的轴向布置，其上端部设有第一隔板，外压式中空纤维膜组件的净化水出口位于第一隔板之上，第一隔板上部的壳体内腔为出水区，出水区与位于壳体顶部的出水管相通；

该装置还包括位于壳体内部的斜板沉淀组件和第一隔板上设置的与壳体外部连通的排气管，位于壳体内部的斜板沉淀组件由重叠摞接的空心圆台或者空心正棱台和位于各空心圆台或者空心正棱台之间的支撑杆组成，各空心圆台或者空心正棱台的上、下底开放，重叠摞接的各空心圆台均按照上底开口朝上、下底开口朝下且位于同一轴线的方式固定在下方空心圆台侧面伸出的支撑杆上，或者重叠摞接的各空心正棱台均按照上底开口朝上、下底开口朝下且位于同一中心线的方式固定在下方空心正棱台侧面伸出的支撑杆上，各空心圆台或者空心正棱台侧面伸出的支撑杆至少为三根；

斜板沉淀组件沿壳体的轴向布置，套接在外压式中空纤维膜组件外且斜板沉淀组件的外边缘与壳体的内壁之间设有供絮体下沉的缝隙，或者外压式中空纤维膜组件套接在斜板沉淀组件外且斜板沉淀组件与外压式中空纤维膜组件之间设有筒状的第二隔板，斜板沉淀组件的外边缘与第二隔板内壁之间设有供絮体下沉的缝隙，第二隔板的下端与壳体底部相连，其上开有缺口，上端与第一隔板之间形成出水缝。

上述一体化装置的斜板沉淀组件中，空心圆台的侧面上沿空心圆台母线的方向设有开口于空心圆台侧面上、下边缘的空心管；空心正棱台的侧面上沿空心正棱台的斜高方向设有开口于空心正棱台侧面的上、下边缘的空心管。

上述一体化装置的斜板沉淀组件中，相邻的空心圆台的下底面之间的距离D₁为40～100mm，空心圆台的母线与水平面的夹角α为55～60°；相邻的空心正棱台的下底面之间的距离D₂为40～100mm，空心正棱台的斜高与水平面的夹角β为55～60°。

上述一体化装置的斜板沉淀组件中，空心圆台的母线长度L₁为250～500mm；空心正棱台的斜高L₂为250～500mm。

上述一体化装置中，第二隔板上端与第一隔板之间形成的出水缝处设置有滤网，该滤网能有效阻止水中的絮体从出水缝进入外压式中空纤维膜组件中。上述一体化装置中，当外压式中空纤维膜组件套接在斜板沉淀组件外时，斜板沉淀组件的下方还设有空气扩散器。优选的方案为，当外压式中空纤维膜组件套接在斜板沉淀组件外时，斜板沉淀组件的下方还设有空气扩散器，同时在第二隔板上端与第一隔板之间形成的出水缝处设置有滤网，这样在空气扩散器的作用下，絮体更容易随水流上升，而滤网能有效阻止随水流和气泡上升的絮体进入外压式中空纤维膜组件中，该优选方案尤其适用于原水浊度较高，混凝时产生的絮体较多的情况。

上述一体化装置中，所述空气扩散器为扩散板、平板型空气扩散器、膜片式空气扩散器、凸形曝气盘或者环形曝气头；所述混凝反应器为带混合设备的反应池、管道混合器或者为二者的组合。

上述一体化装置中，第二隔板的下端开设的缺口作用是让从外压式中空纤维膜组件上滑落的絮体通过该缺口进入斜板沉淀组件下方由絮体排放管排出。

本发明提供的减轻膜污染的方法是在使用上述一体化装置的基础上，按照以下步骤操作：

将原水通入混凝反应器中，先按10～80mg/L投加混凝剂并依次施加这样的水力条件进行混凝处理，快速搅拌阶段的G值为100～1000s^-1，搅拌时间为10s～2min，慢速搅拌阶段的G值为20～70s^-1，搅拌时间为20～25min，然后将混凝处理后的水输入所述一体化装置中，在曝气条件下进行气提/气浮、沉淀和膜过滤处理即可。

上述方法中，在投加混凝剂之前，先向混凝反应器中按0.02～30mg/L投加粉末活性炭或者硅胶。

上述方法中，在快速搅拌阶段后，按1～2.5mg/L投加粒径为0.1～0.15mm的砂粒再进行慢速搅拌。投加砂粒的作用是使混凝形成的絮体的质量和密度增加，使絮体更密实，从而提高沉降效果。

上述方法中，混凝剂为氯化铝、硫酸铝、聚合铝盐、聚合铁盐、聚合氯化铝铁或聚丙烯酰胺中的至少一种。

上述方法中，由于气泡可产生气浮、气提作用，带动水流在膜组件内进行循环、扰动，同时气泡也能在膜表面产生剪切作用，减轻水中絮体和残余小粒径颗粒在膜表面造成的污染，延长膜组件的运行周期，故控制曝气产生的气泡直径为10μm～10mm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.由于本发明提供了一种新型结构的混凝-高效沉淀-气浮/气提-膜一体化装置，该一体化装置是将中空纤维膜组件、斜板沉淀组件和曝气组件有机结合，其中斜板沉淀组件能够使进水中的絮体与气泡得以及时分离，大大降低絮体与膜直接接触和絮体破裂的几率，从而有效减轻因絮体破裂对膜表面造成的污染和膜孔堵塞；同时，曝气组件产生的气泡可产生气浮、气提作用，带动水流在膜组件内进行循环、扰动，或者是在膜表面产生剪切作用，从而减轻浓差极化、降低浓差极化阻力，减少水中絮体、残余小粒径颗粒对在膜上的吸附造成膜表面污染，因此，使用该一体化装置进行水处理，可有效降低膜组件的清洗频率，延长膜组件的使用寿命并降低设备的运行和维护成本。

2.由于本发明提供的一体化装置中的斜板沉淀组件是由重叠摞接的空心圆台或者空心正棱台和支撑杆组成，它们能够在有限的空间中大幅有效增加絮体的沉淀面积，特别是在所述空心圆台和空心正棱台的侧面上设置了开口于空心圆台或者空心正棱台侧面的上下两边缘的空心管后，絮体的沉淀面积得以进一步有效提升，因此，水中的絮体通过斜板沉淀组件能实现高效的沉淀，加之本发明提供的一体化装置中能同时实现混凝和膜过滤，在这种情况下，水厂不必另设沉淀池，可降低初期的设备投资成本。

3.由于本发明提供的一体化装置所需的水处理构筑物少，占地面积小，投资、运行和维护成本低，因此，该一体化装置更具市场竞争力，既可用于新建水处理系统中，也可用于对已建设备的改造和扩建，应用前景广阔，尤其适用于水处理工艺不完善，处理规模较小的广大城镇、农村地区。

4.由于本发明提供的使用上述一体化装置的减轻膜污染的方法不仅在对原水进行混凝处理时，投加了混凝剂并配合了适当的水力条件，还可根据原水水质情况的不同，采取进一步加强的处理技术措施，例如，当原水中有机物含量较高时，投加粉末活性炭或者硅胶进行吸附，当原水浊度较低时，投加砂粒使絮体质量和密度增加，强化其沉降效果，混凝沉淀后的水体进入壳体中进行处理时，同时又配合了适当的曝气操作，因此本发明所述方法在保证污染物去除率的同时还能减轻膜污染，提高了水处理效率和水处理效果。

5.采用本发明提供的减轻膜污染的方法与现有技术公开的方法同样在曝气条件下进行水处理，本发明所述方法能够有效的降低跨膜压差平均增长速和明显降低膜污染指数，因而说明本发明方法能够有效地减轻膜污染程度，延长装置的运行周期，减小膜组件清洗的频率。

附图说明

图1是实施例1所提供的混凝-高效沉淀-气浮/气提-膜一体化装置的剖视结构示意图；

图2是图1的A-A向结构示意图；

图3是本发明所用斜板沉淀组件的一种结构形式示意图；

图4是图3的俯视结构示意图；

图5是图3的a-a向结构示意图；

图6是实施例2所提供的混凝-高效沉淀-气浮/气提-膜一体化装置的剖视结构示意图；

图7是图6的A-A向结构示意图；

图8是实施例3提供的混凝-高效沉淀-气浮/气提-膜一体化装置的剖视结构示意图；

图9是实施例4提供的混凝-高效沉淀-气浮/气提-膜一体化装置的剖视结构示意图；

图10是实施例5提供的混凝-高效沉淀-气浮/气提-膜一体化装置的剖视结构示意图；

图11是本发明所用斜板沉淀组件的第二种结构形式示意图；

图12是图11所示斜板沉淀组件中的侧面设有空心管的空心圆台的结构示意图；

图13是本发明所用斜板沉淀组件的第三种结构形式示意图；

图14是图13的俯视结构示意图；

图15是图13的b-b向结构示意图；

图16是本发明所用斜板沉淀组件的第四种结构形式示意图；

图17是本发明实施例10与对比例1、对比例2与对比例3的膜污染程度情图，其中，图(a)为跨膜压差平均增长速率，图(b)为膜污染指数。

以上图中：1—混凝反应器，2—壳体，3—外压式中空纤维膜组件，4—反冲洗水进水管，5—絮体排放管，6—出水管，7—空气扩散器，8—鼓风机，9—斜板沉淀组件，10—空心圆台，11—空心正棱台，12—支撑杆，13—第一隔板，14—排气管，15—出水区，16—供絮体下沉的缝隙，17—第二隔板，18—出水缝，19—缺口，20—空心管，21—滤网，22—凹形挡气罩，23—管道混合器，24—带搅拌的反应池，D₁—相邻的空心圆台的下底面之间的距离，D₂—相邻的空心正棱台的下底面之间的距离，L₁—空心圆台的母线长度，α—空心圆台的母线与水平面的夹角，L₂—空心正棱台的斜高，β—空心正棱台的斜高与水平面的夹角。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明所述混凝-沉淀-气浮/气提-膜一体化装置及减轻膜污染的方法作进一步说明，但所给出的实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的熟练技术人员根据上述本发明的内容和设计思想所作出的非本质的改进和调整也应属于本发明的保护范围。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例混凝-高效沉淀-气浮/气提-膜一体化装置，包括混凝反应器1、壳体2、外压式中空纤维膜组件3、曝气组件、反冲洗水进水管4、絮体排放管5、出水管6、排气管14和斜板沉淀组件9。

混凝反应器1为带搅拌的反应池，混凝反应器的出水口通过管件与壳体2底部的进水口连通，曝气组件由空气扩散器7和鼓风机8组成，空气扩散器7为凸形曝气盘，鼓风机8为罗茨鼓风机，凸形曝气盘设置在位于壳体内底部的凹形挡气罩22中，且凹形挡气罩位于外压式中空纤维膜组件3的下方，罗茨鼓风机通过管件与所述凸形曝气盘连通，反冲洗水进水管4和絮体排放管5分别连通于壳体底部，外压式中空纤维膜组件3位于壳体内且沿壳体的轴向布置，其上端部设有第一隔板13，外压式中空纤维膜组件的净化水出口位于第一隔板之上，第一隔板上部的壳体内腔为出水区15，出水区与位于壳体顶部的出水管6相通，第一隔板上设置有与壳体外部连通的排气管14。

如图3～图5所示，斜板沉淀组件9由重叠摞接的空心圆台10和位于各空心圆台之间的支撑杆12组成，各空心圆台均的上、下底开放，重叠摞接的各空心圆台均上底开口朝上、下底开口朝下且位于同一轴线的方式固定在下方空心圆台侧面伸出的支撑杆上，各空心圆台侧面伸出的支撑杆为四根；斜板沉淀组件中，相邻的空心圆台的下底面之间的距离D₁为40mm，空心圆台的母线长度L₁为250mm，空心圆台的母线与水平面的夹角α为60°。斜板沉淀组件9沿壳体的轴向布置，斜板沉淀组件套接在外压式中空纤维膜组件3外且斜板沉淀组件的外边缘与壳体的内壁之间设置有供絮体下沉的缝隙16。

装置运行时，将原水通入混凝反应器中，根据原水的水质情况，向混凝反应器中投加适量的混凝剂，然后开启搅拌进行混凝操作，混凝操作分两个阶段进行：第一阶段为快速混合阶段，此阶段快速搅拌使混凝剂和原水快速均匀混合，第二阶段为絮凝阶段，此阶段慢速搅拌使混凝剂与原水中的悬浮的微粒、胶体粒子或溶质大分子充分反应形成较大的絮体。混凝反应器的出水通过管件经壳体的进水口进入壳体中的外压式中空纤维膜组件下方的曝气区，开启鼓风机使凸形曝气盘曝气，曝气产生的气泡在上升过程中带动水流和絮体沿着中空纤维膜组件的膜丝向上运动，在水流和絮体向上运动的过程中，水在压力作用下从膜丝外进入膜丝内而被净化，净化的水在出水区汇集后通过壳体上的出水管排出，而絮体和其他杂质颗粒则被拦截在膜丝外。在水流上升过程中，絮体逐渐沉淀在斜板沉淀组件的空心圆台的侧面上并逐渐滑落，然后通过供絮体下沉的缝隙沉淀至壳体的底部并经絮体排放管定期排出，上升至斜板沉淀组件上部的气体经排气管排放至壳体外，凹形挡气罩的作用是避免凸形曝气盘产生的气体影响絮体的沉积和排放。斜板沉淀组件促进了水中絮体的沉降，实现了絮体与气泡的分离，能有效减少气泡冲击造成的絮体破碎以及絮体和膜丝接触的机会，从而减轻絮体造成的膜表面污染和膜孔堵塞，同时，曝气产生的气泡在膜表面附近还引起了剪切压，也具有抑制膜表面污染的作用。该装置在使用一段时间后，可从反冲洗水进水管通入纯水并通过曝气组件曝气进行清洗。

实施例2

如图6和图7所示，混凝-高效沉淀-气浮/气提-膜一体化装置，包括混凝反应器1、壳体2、外压式中空纤维膜组件3、曝气组件、反冲洗水进水管4、絮体排放管5、出水管6、排气管14、斜板沉淀组件9。

混凝反应器1为带搅拌反应池，混凝反应器的出水口通过管件与壳体底部的进水口连通，曝气组件由空气扩散器7和鼓风机8组成，空气扩散器7为凸形曝气盘，鼓风机8为回转式鼓风机，凸形曝气盘分别设置在外压式中空纤维膜组件的下方和斜板沉淀组件的下方的凹形挡气罩22中，各凸形曝气盘通过管件与回转式鼓风机连通，反冲洗水进水管4和絮体排放管5分别连通于壳体底部，外压式中空纤维膜组件3位于壳体内且沿壳体的轴向布置，其上端部设有第一隔板13，外压式中空纤维膜组件的净化水出口位于第一隔板之上，第一隔板上部的壳体内腔为出水区15，出水区与位于壳体顶部的出水管6相通，第一隔板上设置有与壳体外部连通的排气管14。

斜板沉淀组件9由重叠摞接的空心圆台10和位于各空心圆台之间的支撑杆12组成，各空心圆台均的上、下底开放，重叠摞接的各空心圆台均按照上底开口朝上、下底开口朝下且位于同一轴线的方式固定在下方空心圆台侧面伸出的支撑杆上，各空心圆台侧面伸出的支撑杆为四根；斜板沉淀组件中，相邻的空心圆台的下底面之间的距离D₁为100mm，空心圆台的母线长度L₁为500mm，空心圆台的母线与水平面的夹角α为55°。斜板沉淀组件9沿壳体的轴向布置，外压式中空纤维膜组件3套接在斜板沉淀组件9外且斜板沉淀组件与外压式中空纤维膜组件之间还设置有筒状的第二隔板17，斜板沉淀组件的外边缘与第二隔板内壁之间设置有供絮体下沉的缝隙16，第二隔板17的下端与壳体底部相连，上端与第一隔板13之间形成出水缝18，第二隔板的下端开有缺口19，该缺口19设置在第二隔板靠近絮体排放管5的位置上。

装置运行时，将原水通入混凝反应器1中，根据原水的水质情况，向混凝反应器中投加适量的混凝剂，然后开启搅拌进行混凝操作，混凝操作分两个阶段进行：第一阶段为快速混合阶段，此阶段快速搅拌使混凝剂和原水快速均匀混合，第二阶段为絮凝阶段，此阶段慢速搅拌使混凝剂与原水中的悬浮的微粒、胶体粒子或溶质大分子充分反应形成较大的絮体。混凝反应器的出水通过管件经壳体的进水口进入壳体中的斜板沉淀组件下方的曝气区，开启鼓风机使凸形曝气盘曝气，曝气产生的气泡在上升过程中带动水流和絮体沿着斜板沉淀组件向上运动，在水流和絮体向上运动的过程中，絮体被斜板沉淀组件的各空心圆台截留并逐渐沉淀和滑落，然后通过供絮体下沉的缝隙16沉淀至壳体的底部并经絮体排放管定期排出；水流上升至斜板沉淀组件的上部时，水中的大部分絮体已被斜板沉淀组件沉淀去除，含有少量絮体的水流通过出水缝18进入到第二隔板与壳体内壁之间的外压式中空纤维膜组件中进行过滤；上升至斜板沉淀组件上部的气体经排气管排放至壳体外。凹形挡气罩的作用是避免凸形曝气盘产生的气体影响絮体的沉积和排放。该装置使用一段时间后，可从反冲洗水进水管通入纯水并通过中空纤维膜组件下方的凸形曝气头进行曝气来清洗外压式中空纤维膜组件。

实施例3

如图8所示，混凝-高效沉淀-气浮/气提-膜一体化装置的结构与实施例1中的一体化装置的结构基本相同，不同之处仅在于：混凝反应器1是由管道混合器23和带搅拌的反应池24串联而成，带搅拌反应池的出水口与壳体的进水口通过管件连通；曝气组件的空气扩散器7为环形曝气头。

实施例4

如图9所示，混凝-高效沉淀-气浮/气提-膜一体化装置的结构与实施例2中的一体化装置的结构基本相同，不同之处仅在于：在斜板沉淀组件9的下方不设置空气扩散器7。

实施例5

如图10所示，混凝-高效沉淀-气浮/气提-膜一体化装置的结构与实施例2中的一体化装置的结构基本相同，不同之处仅在于：第二隔板17上端与第一隔板13之间形成的出水缝18处设置有滤网21。本实施例的一体化装置特别适合用于原水浊度较高，混凝时产生的絮体较多的情况，滤网21能够有效阻止絮体从出水缝18进入外压式中空纤维膜组件中。

实施例6

本实施例中，混凝-高效沉淀-气浮/气提-膜一体化装置的结构与实施例5中的一体化装置的结构基本相同，不同之处仅在于：混凝反应器1为管道混合器，曝气组件的空气扩散器7为扩散板，斜板沉淀组件中，各空心圆台侧面伸出的支撑杆为三根，相邻的空心圆台的下底面之间的距离D₁由下至上逐渐增大，位于斜板沉淀组件最下端的两相邻空心圆台的上底面之间的距离D₁为40mm，位于斜板沉淀组件最上端的两相邻空心圆台的上底面之间的距离D₁为100mm。

实施例7

本实施例中，混凝-高效沉淀-气浮/气提-膜一体化装置的结构与实施例2中的一体化装置的结构基本相同，不同之处仅在于：曝气组件的空气扩散器7为平板型空气扩散器，斜板沉淀组件9的各空心圆台10的侧面上沿空心圆台母线的方向设有开口于空心圆台侧面上、下边缘的空心管20，如图11～12所示，所述空心管的截面呈正六边形。

实施例8

本实施例中，混凝-高效沉淀-气浮/气提-膜一体化装置的结构与实施例5中的一体化装置的结构基本相同，不同之处仅在于：斜板沉淀组件的结构如图13～15所示，斜板沉淀组件9由重叠摞接的空心正棱台11和位于各空心正棱台之间的四根支撑杆12组成，各空心正棱台的上、下底开放，重叠摞接的各空心正棱台均按照上底开口朝上、下底开口朝下且位于同一中心线的方式固定在下方空心正棱台侧面伸出的四根支撑杆上，相邻的空心正棱台的上底面之间的距离D₂为40mm，空心正棱台的斜高L₂为250mm，空心正棱台的斜高与水平面的夹角β为55°，所述空心正棱台11为空心正四棱台。

实施例9

本实施例中，混凝-高效沉淀-气浮/气提-膜一体化装置的结构与实施例8中的一体化装置的结构基本相同，不同之处仅在于：曝气组件的空气扩散器7为膜片式空气扩散器，斜板沉淀组件中各空心正四棱台的侧面上沿空心正四棱台的斜高方向设有开口于空心正四棱台侧面的上、下边缘的空心管20，如图16所示，所述空心管的截面呈正六边形，相邻的空心正四棱台的上底面之间的距离D₂为100mm，空心正四棱台的斜高L₂为500mm，空心正四棱台的斜高与水平面的夹角β为60°。

实施例10

采用实施例1的一体化装置进行原水净化处理，先在进入混凝反应器的原水中按70mg/L投加硫酸铝，快速搅拌1min，快速搅拌阶段的G值为170s^-1，然后慢速搅拌20min，慢速搅拌阶段的G值为20s^-1，将混凝反应器的出水通入壳体并进行曝气操作，含絮体的水流经外压式中空纤维膜组件过滤，净化的水在出水区汇集后通过壳体上的出水管排出，被拦截在膜丝外的絮体沉淀在空心圆台的侧面上并从侧面上逐渐滑落，然后沉淀至壳体的底部并经絮体排放管定期排出，上升至斜板沉淀组件上部的气体经排气管排放至装置外部。曝气操作所用气体为空气，曝气产生的气泡的直径为1～3mm。

对比例1

本对比例的操作与实施例10基本相同，不同之处仅在于不进行曝气操作。

对比例2

本对比例采用CN101774731A的实施例1所述一体化装置，按照实施例10中的混凝和曝气参数进行原水净化处理。

对比例3

本对比例与对比例2的操作基本相同，不同之处仅在于不进行曝气操作。

实施例10与对比例1，对比例2与对比例3的膜污染程度情如图17所示，其中，图17(a)为不同曝气量条件下的跨膜压差平均增长速率，图17(b)为不同曝气量条件下的膜污染指数。

跨膜压差平均增长速率越大，说明膜被污染得越快，即膜污染程度越严重。由图17(a)可知，对于不进行曝气操作的对比例1与对比例3，跨膜压差平均增长速率相差很小，但对于进行曝气量操作的实施例10和对比例2，实施例10的跨膜压差平均增长速率明显低于对比例2，即实施例10的膜污染程度更轻，采用本发明的一体化装置能够有效促进絮体沉淀。

膜污染指数越大，说明膜污染越严重。由图17(b)可知，实施例10与对比例1的膜污染指数均明显小于对比例2和对比例3，说明采用本发明的一体化装置能有效减轻膜污染。

实施例11

采用实施例1～9中任意一种一体化装置进行原水净化处理，先在进入混凝反应器的原水中按10mg/L投加聚丙烯酰胺，快速搅拌10s，快速搅拌阶段的G值为1000s^-1，然后按投2.5mg/L投加粒径为0.1～0.15mm的砂粒，慢速搅拌25min，慢速搅拌阶段的G值为70s^-1，将混凝反应器的出水通入壳体并进行曝气操作，净化的水在出水区汇集后通过壳体上的出水管排出。曝气操作所用气体为空气，曝气产生的气泡的直径为5～10mm。投加砂粒的作用是使混凝形成的絮体的质量和密度增加，使絮体更密实，从而提高沉降效果。

实施例12

采用实施例1～9中任意一种一体化装置进行原水净化处理，先在进入混凝反应器的原水中按5mg/L投加硅胶，按30mg/L投加氯化铝、50mg/L投加聚合氯化铝，快速搅拌2min，快速搅拌阶段的G值为100s^-1，然后慢速搅拌22min，慢速搅拌阶段的G值为35s^-1，将混凝反应器的出水通入壳体并进行曝气操作，净化的水在出水区汇集后通过壳体上的出水管排出。曝气操作所用气体为空气，曝气产生的气泡的直径为10μm～1mm。

实施例13

采用实施例1～9中任意一种一体化装置进行原水净化处理，先在进入混凝反应器的原水中按15mg/L投加粉末活性炭，按20mg/L投加聚合铁盐，快速搅拌1min，快速搅拌阶段的G值为500s^-1，然后按投1mg/L投加粒径为0.1～0.15mm的砂粒，再慢速搅拌25min，慢速搅拌阶段的G值为35s^-1，将混凝反应器的出水通入壳体并进行曝气操作，净化的水在出水区汇集后通过壳体上的出水管排出。曝气操作所用气体为空气，曝气产生的气泡的直径为2～6mm。投加砂粒的作用是使混凝形成的絮体的质量和密度增加，使絮体更密实，从而提高沉降效果。

实施例14

采用实施例1～9中任意一种一体化装置进行原水净化处理，先在进入混凝反应器的原水中按0.02mg/L投加硅胶，按35mg/L投加聚合氯化铝铁，快速搅拌90s，快速搅拌阶段的G值为700s^-1，再慢速搅拌20min，慢速搅拌阶段的G值为30s^-1，将混凝反应器的出水通入壳体并进行曝气操作，净化的水在出水区汇集后通过壳体上的出水管排出。曝气操作所用气体为空气，曝气产生的气泡的直径为1～5mm。

实施例15

本实施例采用实施例7、9中任意的一体化装置对浊度较高的原水进行净化处理，先在进入混凝反应器的原水中按30mg/L投加粉末活性炭，按60mg/L投加聚丙烯酰胺，同时快速搅拌50s，快速搅拌阶段的G值为800s^-1，再慢速搅拌25min，慢速搅拌阶段的G值为20s^-1，将混凝反应器的出水通入壳体并进行曝气操作，净化的水在出水区汇集后通过壳体上的出水管排出。曝气操作所用气体为空气，曝气产生的气泡的直径为10μm～1mm。

Claims (7)

1.混凝-高效沉淀-气浮/气提-膜一体化装置，该装置包括混凝反应器(1)、壳体(2)、外压式中空纤维膜组件(3)、曝气组件、反冲洗水进水管(4)、絮体排放管(5)和出水管(6)，混凝反应器(1)的出水口通过管件与壳体底部的进水口连通，曝气组件由空气扩散器(7)和鼓风机(8)组成，空气扩散器(7)位于外压式中空纤维膜组件(3)的下方，鼓风机通过管件与位于壳体底部内的空气扩散器连通，反冲洗水进水管(4)和絮体排放管(5)分别连通于壳体底部，外压式中空纤维膜组件(3)位于壳体内且沿壳体的轴向布置，其上端部设有第一隔板(13)，外压式中空纤维膜组件的净化水出口位于第一隔板之上，第一隔板上部的壳体内腔为出水区(15)，出水区与位于壳体顶部的出水管(6)相通，其特征在于：

该装置还包括位于壳体内部的斜板沉淀组件(9)和第一隔板上设置的与壳体外部连通的排气管(14)，位于壳体内部的斜板沉淀组件(9)由重叠摞接的空心圆台(10)或者空心正棱台(11)和位于各空心圆台或者空心正棱台之间的支撑杆(12)组成，各空心圆台或者空心正棱台的上、下底开放，重叠摞接的各空心圆台均按照上底开口朝上、下底开口朝下且位于同一轴线的方式固定在下方空心圆台侧面伸出的支撑杆上，或者重叠摞接的各空心正棱台均按照上底开口朝上、下底开口朝下且位于同一中心线的方式固定在下方空心正棱台侧面伸出的支撑杆上，各空心圆台或者空心正棱台侧面伸出的支撑杆至少为三根；

斜板沉淀组件(9)中，空心圆台(10)的侧面上沿空心圆台母线的方向设有开口于空心圆台侧面上、下边缘的空心管(20)；空心正棱台(11)的侧面上沿空心正棱台的斜高方向设有开口于空心正棱台侧面的上、下边缘的空心管(20)；斜板沉淀组件中，空心圆台的母线长度(L₁)为250～500mm，空心正棱台的斜高(L₂)为250～500mm；

斜板沉淀组件(9)沿壳体的轴向布置，套接在外压式中空纤维膜组件(3)外且斜板沉淀组件的外边缘与壳体的内壁之间设有供絮体下沉的缝隙(16)，或者外压式中空纤维膜组件(3)套接在斜板沉淀组件(9)外，且斜板沉淀组件与外压式中空纤维膜组件之间设有筒状的第二隔板(17)，斜板沉淀组件的外边缘与第二隔板内壁之间设有供絮体下沉的缝隙(16)，第二隔板的下端与壳体底部相连，其上开有缺口(19)，上端与第一隔板之间形成出水缝(18)；当外压式中空纤维膜组件(3)套接在斜板沉淀组件(9)外时，斜板沉淀组件的下方还设有空气扩散器(7)。

2.根据权利要求1所述混凝-高效沉淀-气浮/气提-膜一体化装置，其特征在于斜板沉淀组件中，相邻的空心圆台的下底面之间的距离(D₁)为40～100mm，空心圆台的母线与水平面的夹角(α)为55～60°；相邻的空心正棱台的下底面之间的距离(D₂)为40～100mm，空心正棱台的斜高与水平面的夹角(β)为55～60°。

3.根据权利要求1所述混凝-高效沉淀-气浮/气提-膜一体化装置，其特征在于第二隔板(17)上端与第一隔板(13)之间形成的出水缝(18)处设置有滤网(21)。

4.根据权利要求1所述混凝-高效沉淀-气浮/气提-膜一体化装置，其特征在于所述混凝反应器为带混合设备的反应池、管道混合器或者为二者的组合。

5.一种减轻膜污染的方法，其特征在于该方法是在使用权利要求1至4中任一项所述一体化装置的基础上，按照以下步骤操作：

将原水通入混凝反应器中，先按10～80mg/L投加混凝剂并依次施加这样的水力条件进行混凝处理，快速搅拌阶段的G值为100～1000s^-1，搅拌时间为10s～2min，慢速搅拌阶段的G值为20～70s^-1，搅拌时间为20～25min，然后将混凝处理后的水输入所述一体化装置中，在曝气条件下进行气提/气浮、沉淀和膜过滤处理即可。

6.根据权利要求5所述减轻膜污染的方法，其特征在于在投加混凝剂之前，先向混凝反应器中按0.02～30mg/L投加粉末活性炭或者硅胶。

7.根据权利要求5或6所述减轻膜污染的方法，其特征在于在快速搅拌阶段后，按1～2.5mg/L投加粒径为0.1～0.15mm的砂粒再进行慢速搅拌。