CN106277205A

CN106277205A - 一种利用浸没式超滤膜进行水体净化的装置及方法

Info

Publication number: CN106277205A
Application number: CN201610837585.1A
Authority: CN
Inventors: 董俊; 刘鲁建; 周志伟; 方潇; 袁俊辉; 熊蔚
Original assignee: Hubei Junji Water Treatment Co Ltd
Current assignee: Hubei Junji Water Treatment Co Ltd
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2016-09-21
Publication date: 2017-01-04

Abstract

本发明公开了一种利用浸没式超滤膜进行水体净化的装置及方法，装置包括炭水预混合箱、浸没式超滤膜分离箱、出水储箱、陶瓷膜过滤器；浸没式超滤膜分离箱内设置有外压式浸没式膜组件；污染水体通过进水泵进泵入炭水预混合箱，与炭浆进行炭水预混合，混合后的炭水经底部开口自流进入浸没式超滤膜分离箱进行分离，然后通过抽吸泵输送扫出水储箱内；炭水预混合箱内的炭浆通过浓缩泵送输入陶瓷膜过滤器内进行脱水浓缩，浓缩的炭浆或继续送入炭水预混合箱内循环处理污染水体、或排除后再活化处理；浸没式超滤膜分离箱内炭浆通过循环泵送入炭水预混合箱内循环处理污染水体；本发明自动化程度高，操作及运行管理简单，维护更换便利，运输方便。

Description

一种利用浸没式超滤膜进行水体净化的装置及方法

技术领域

本发明属于水体净化处理领域，涉及一种水体净化的装置及方法，具体涉及一种采用粉末活性炭吸附与浸没式膜分离结合的污水深度处理系统及方法。

背景技术

现有微污染水体的由于溶解氧不足、氨氮、COD浓度较高，藻类繁殖快，导致水体透明度不高，生态效果不好，而加药混凝处理面临效果不可控，污泥沉在底部进一步厌氧发酵，水体又恢复污染。某些水体由于交通意外化学品污染水体，需要应急处理，采用活性炭吸附之后车载式移动浸没式膜过滤。

粉末活性炭具有表面积大、吸附力强等特点。因此，广泛适用于食品、医药、味精化工等产品的脱色、除杂精制，自来水工艺脱臭去除微污染，也可用于废水的深度处理和应急处理。

由于粉末活性炭对有机物的吸附能力大，投加较方便，在自来水及废水深度处理中得到广泛的应用，环境应急处理中经常使用。自来水深度处理中用量较少，大规模应用工程化实例不多，一般一次性投加，粉末活性炭不容易回收利用。

传统的水体净化工艺虽然技术成熟，但仍存在很多不足。如：过滤精度不高（一般0.1-10微米），导致对粉末活性炭的截留率较低；容易堵塞，反洗频率高且反洗水量大，导致运行能耗大；出水悬浮物含量和浊度较高；对于来水波动较大的情况，系统不耐冲击造成出水水质不稳定；用炭量大，成套装置占地面积较大，不便于运输，不适用水体水质。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种采用粉末活性炭吸附与浸没式膜分离结合的移动式水体净化装置及方法。

本发明的装置所采用的技术方案是：一种利用浸没式超滤膜进行水体净化的装置，其特征在于：包括炭水预混合箱、浸没式超滤膜分离箱、出水储箱、陶瓷膜过滤器；所述浸没式超滤膜分离箱内设置有外压式浸没式膜组件；

污染水体通过进水泵进泵入炭水预混合箱，与炭浆进行炭水预混合，混合后的炭水经底部开口自流进入所述浸没式超滤膜分离箱进行分离，然后通过抽吸泵输送扫所述出水储箱内；

所述炭水预混合箱内的炭浆通过浓缩泵送输入所述陶瓷膜过滤器内进行脱水浓缩，浓缩的炭浆排除后再活化处理；所述浸没式超滤膜分离箱内炭浆通过循环泵送入所述炭水预混合箱内循环处理污染水体。

作为优选，所述装置还设置有反冲洗结构，包括反冲洗泵、过滤器和冲洗头，所述出水储箱内的水一部分利用管道以此通过所述反冲洗泵和过滤器后送入所述外压式浸没式膜组件内，通过所述冲洗头对所述外压式浸没式膜组件进行反冲洗。

作为优选，所述装置还设置有曝气结构，包括曝气风机和曝气管，所述曝气管设置在所述浸没式超滤膜分离箱底部，用于通过所述曝气风机和曝气管向所述浸没式超滤膜分离箱内进行曝气。

作为优选，所述进水泵的吸水口处设置有加药管，用于投加次氯酸钠溶液，消毒抑制藻类附着增生。

作为优选，所述外压式浸没式膜组件中外压式浸没式膜采用外压式中空纤维增强丝膜，膜孔径为20~30纳米，膜丝材质为聚偏氟乙烯。

作为优选，所述装置还配置有自动控制柜，以及配套液位计、真空压力表、气动阀和电磁流量计；所述外压式浸没式膜组件设置由两个气动阀门，一个控制出水、一个控制反冲洗进水；所述浸没式超滤膜分离箱与出水储箱之间的管道设置有真空压力表和电磁流量计；所述水预混合箱、浸没式超滤膜分离箱、出水储箱内均设置有液位计。

本发明的方法所采用的技术方案是：一种利用浸没式超滤膜进行水体净化的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：配置活性炭、硅藻土炭浆；

取任意比例的活性炭、硅藻土，配置成炭浆，送入炭水预混合箱内；

步骤2：污染水体进行炭水混合处理；

通过加药管将次氯酸钠加入到进水泵吸水口内，进水泵抽送污染水体流入炭水预混合箱内，与从浸没式超滤膜分离箱内回流的炭浆进行充分混合，再流入浸没式超滤膜分离箱内；

步骤3：活性炭吸附及炭水分离；

风机开启向浸没式超滤膜分离箱底部曝气管充气，空气搅拌粉末活性炭和水；水透过外压式浸没式膜组件的膜丝进入膜管并通过抽吸泵送入出水储箱；

步骤4：炭浆浓缩脱水；

炭浆从炭水预混合箱中通过浓缩泵送入陶瓷膜过滤器内，经陶瓷膜过滤，清水流至出出水储箱，浓水回流至出水储箱；炭水预混合箱水位下降时，通过循环泵将浸没式超滤膜分离箱内炭水泵入补充，直到浸没式超滤膜分离箱水抽干。

作为优选，步骤1中，粉末活性炭计量为10～100mg/L，硅藻土计量为0~50mg/L，配置成的炭浆浓度为5%~15%左右。

作为优选，步骤4中，所述浸没式超滤膜分离箱液位超过外压式浸没式膜组件0.5m时关闭进水泵；抽吸泵前负压高于0.04MPa时联动控制关闭进水泵，开启反冲洗泵。

作为优选，步骤4中，所述陶瓷膜过滤器将炭浆逐步浓缩成15~20%的炭浆。

本发明方法具有如下的特点和有益效果：

（1）膜组件和设备间布置紧凑，处理规模大，对水体有机污染物、藻类、细菌都有去除，形成生物炭降解一部分氨氮，同时增加水体溶解氧；

（2）由于粉末活性炭的自粘性，大量的粉末活性炭除了吸附水中小分子及中等分子有机物，对高分子及悬浮物也有裹挟作用，从而不易污染堵塞超滤膜，不会有传统工艺堵塞问题。

（3）该工艺出水水质稳定，色度低，悬浮物少的特点。

（4）该工艺具有自动化程度高，操作及运行管理简单，采用模块化组件，维护更换便利，工程实施应用简单。运输方便。

附图说明

图1：本发明实施例的系统结构图；

图2：本发明实施例的方法原理图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

请见图1，本发明提供的一种利用浸没式超滤膜进行水体净化的装置，包括进水泵1、炭水预混合箱2、浸没式超滤膜分离箱3、外压式浸没式膜组件4、风机（5）、抽吸泵（6）、过滤器7、出水储箱8、反冲洗泵9、循环泵10、浓缩泵11、陶瓷膜过滤器12、反冲洗结构、曝气结构；浸没式超滤膜分离箱3内设置有外压式浸没式膜组件4；进水泵1的吸水口处设置有加药管，用于投加次氯酸钠溶液，消毒抑制藻类附着增生。污染水体通过进水泵1进泵入炭水预混合箱2，与炭浆进行炭水预混合，混合后的炭水经底部开口自流进入浸没式超滤膜分离箱3进行分离，然后通过抽吸泵6输送扫出水储箱8内；炭水预混合箱2内的炭浆通过浓缩泵11送输入陶瓷膜过滤器12内进行脱水浓缩，浓缩的炭浆排除后再活化处理；浸没式超滤膜分离箱3内炭浆通过循环泵10送入炭水预混合箱2内循环处理污染水体；

反冲洗结构包括反冲洗泵9、过滤器7和冲洗头，出水储箱8内的水一部分利用管道以此通过反冲洗泵9和过滤器7后送入外压式浸没式膜组件4内，通过冲洗头对外压式浸没式膜组件4进行反冲洗。曝气结构包括曝气风机5和曝气管，曝气管设置在浸没式超滤膜分离箱3底部，用于通过曝气风机5和曝气管向浸没式超滤膜分离箱3内进行曝气。

本实施例的装置还配置有自动控制柜，以及配套液位计、真空压力表、气动阀和电磁流量计；外压式浸没式膜组件4设置由两个气动阀门，一个控制出水、一个控制反冲洗进水；浸没式超滤膜分离箱3与出水储箱8之间的管道设置有真空压力表和电磁流量计；水预混合箱2、浸没式超滤膜分离箱3、出水储箱8内均设置有液位计。

本实施例的外压式浸没式膜组件4中的外压式浸没式膜采用外压式中空纤维增强丝膜，膜孔径为微米级，膜丝材质为聚偏氟乙烯，膜丝组成膜帘及膜组件。

本实施例的地表水通过进水泵1进入炭水预混合箱2，进水泵1吸水口连续投加次氯酸钠溶液，浸没式超滤膜分离箱3设置液位计控制进水泵1启停；粉末炭配置好15%的炭浆加入炭水预混合箱2；浸没式超滤膜分离箱3内炭水液体由循环泵回流至炭水预混合箱2，浸没式超滤膜分离箱3中外压式浸没式膜组件4上部设置出水管，由抽吸泵形成负压分离出来的清水通过出水储箱8再外排，出水管道上配置有真空压力表、气动阀和电磁流量计；反洗过程由反洗泵从出水储箱8抽吸清水，经过滤器7、气动阀泵入外压式浸没式膜组件4，依次单个膜组件进行反冲洗。炭水预混合箱2的炭浆可通过浓缩泵打入陶瓷膜过滤器12进行过滤脱水，浓缩至15~20%后外运。

本发明的技术原理为：采用高浓度粉末活性炭与污水充分混合吸附水中污染物，采用外压式中空纤维增强丝微滤膜来分离水中的粉末活性炭，并将吸附过程约膜分离工程结合在一起。中空纤维膜丝组成膜帘，多个膜帘形成膜组件，组件底下布置穿孔管曝气，曝气气量参数为0.4～0.6m³/（m²水面min），气流带动水流强烈扰动可使粉末活性炭与污水充分接触反应及更新膜表面。产水利用者自吸泵形成负压抽出清水。整个运行周期含产水、静置、反冲洗过程，每个步骤时间水量由自动控制设备灵活设定。浸没式超滤膜分离箱前设置一个炭水预混合箱，从膜箱内回流高浓度炭浆与进水混合，水力停留时间约20~40min，炭水预混合箱末端设置排炭管连接浓缩泵，经过陶瓷管式过滤器浓缩，浓炭浆再外运。

请见图2，本发明提供的一种利用浸没式超滤膜进行水体净化的方法，包括以下步骤：

步骤1：配置活性炭、硅藻土炭浆；

取任意比例的活性炭、硅藻土，配置成炭浆，送入炭水预混合箱2内；其中粉末活性炭计量为10～100mg/L，硅藻土计量为0~50mg/L，配置成的炭浆浓度为5%~15%左右。

步骤2：污染水体进行炭水混合处理；

通过加药管将次氯酸钠加入到进水泵1吸水口内，进水泵1抽送污染水体流入炭水预混合箱2内，与从浸没式超滤膜分离箱3内回流的炭浆进行充分混合，再流入浸没式超滤膜分离箱3内；

步骤3：活性炭吸附及炭水分离；

风机5开启向浸没式超滤膜分离箱3底部曝气管充气，空气搅拌粉末活性炭和水；水透过外压式浸没式膜组件4的膜丝进入膜管并通过抽吸泵6送入出水储箱8；

步骤4：炭浆浓缩脱水；

炭浆从炭水预混合箱2中通过浓缩泵11送入陶瓷膜过滤器12内，经陶瓷膜过滤，清水流至出出水储箱8，浓水回流至出水储箱8；炭水预混合箱2水位下降时，通过循环泵10将浸没式超滤膜分离箱3内炭水泵入补充，直到浸没式超滤膜分离箱3水抽干。

浸没式超滤膜分离箱3液位超过外压式浸没式膜组件40.5m时关闭进水泵1；抽吸泵6前负压高于0.04MPa时联动控制关闭进水泵1，开启反冲洗泵9。

膜采用外压式中空纤维增强丝膜，膜孔径为微米级。曝气膜箱内配备穿孔管曝气装置，曝气气量参数为0.4m³/（m²水面min），气流带动水流强烈扰动可使粉末活性炭与污水充分接触反应及更新膜表面，运行周期灵活设定，膜定期反洗以恢复性能，反洗流量为进水流量的1.5～2倍，反洗累积水量约产水量3~10%，运行真空度1~4m水压。在膜箱内的粉末活性炭累积浓度高达5～70g/L并维持稳定。

本发明均是通过自动控制柜控制运行，下面通过1个实施例来进一步阐述本发明。

实施例1：

某市内湖泊面积12800m²，水域水量20000m³，采用该移动式浸没式膜分离装置，水力停留时间25min，活性炭吸附后排放，针对改善该水域透明度，增加溶解氧，处理的效果。

主要设计参数：

（1）设计处理能力：Q=2000m³/d；

（2）地表进水水质

进水	COD（mg/L）	SS（mg/L）	色度	浊度
					指标	40≦	30	20	30≦

（3）拟达到的出水水质

出水	COD（mg/L）	SS（mg/L）	色度	浊度
					指标	≦18	≦2	≦5	1≦

（4）活性炭投加浓度：

地表水投加活性炭浓度50~100mg/L，可吸附0.1g×50=5mg/L~20mg/L的溶解性COD，控制膜箱箱的浓度为10000mg/L，则34.5m3，一次性投加约345kg，可处理3450~6870m³的地表水。

本实施例采用的自动控制柜是PLC系统，具备手动和自动控制操作界面，手动各个泵及阀能单独气动，自动控制根据液位计的数据控制进水泵的开启及关闭，使膜箱水位在合理范围内；抽吸泵及膜组件出水管的电磁阀，反洗泵及反洗电磁阀，根据程序时间开启及关闭，并与泵联动，水位低时报警及停止抽吸，水位高时停止反洗。本实施例的电气控制柜包括PLC、触屏、继电器、电流保护器、按钮开关、报警器等。

采取以上工艺处理后，结果如下，达到注入水标准，且水质稳定。本实施例结果如下表1所示。

表1 处理后出水水质参数

类别	COD（mg/L）	SS（mg/L）	溶解氧（mg/L）	浊度（NTU)
					进水	30	30	0.5	40
出水	≦18	≦2	≥4	≦2

本发明结合了污水处理中粉末活性炭物理化学吸附过程和浸没式膜分离污水单元相结合深度处理污水技术，将粉末活性炭吸附和浸没式超滤膜集中在一个膜箱内，实现工艺流程简单、自控程度高、处理效果稳定、活性炭可以回收再生的污水处理工艺。

本发明可以方便车载运输，有利于进行常规水体净化和应急净化处理。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种利用浸没式超滤膜进行水体净化的装置，其特征在于：包括炭水预混合箱（2）、浸没式超滤膜分离箱（3）、出水储箱（8）、陶瓷膜过滤器（12）；所述浸没式超滤膜分离箱（3）内设置有外压式浸没式膜组件（4）；

污染水体通过进水泵（1）进泵入炭水预混合箱（2），与炭浆进行炭水预混合，混合后的炭水经底部开口自流进入所述浸没式超滤膜分离箱（3）进行分离，然后通过抽吸泵（6）输送扫所述出水储箱（8）内；

所述炭水预混合箱（2）内的炭浆通过浓缩泵（11）送输入所述陶瓷膜过滤器（12）内进行脱水浓缩，浓缩的炭浆排除后再活化处理；所述浸没式超滤膜分离箱（3）内炭浆通过循环泵（10）送入所述炭水预混合箱（2）内循环处理污染水体。

2.根据权利要求1所述的利用浸没式超滤膜进行水体净化的装置，其特征在于：所述装置还设置有反冲洗结构，包括反冲洗泵（9）、过滤器（7）和冲洗头，所述出水储箱（8）内的水一部分利用管道以此通过所述反冲洗泵（9）和过滤器（7）后送入所述外压式浸没式膜组件（4）内，通过所述冲洗头对所述外压式浸没式膜组件（4）进行反冲洗。

3.根据权利要求1所述的利用浸没式超滤膜进行水体净化的装置，其特征在于：所述装置还设置有曝气结构，包括曝气风机（5）和曝气管，所述曝气管设置在所述浸没式超滤膜分离箱（3）底部，用于通过所述曝气风机（5）和曝气管向所述浸没式超滤膜分离箱（3）内进行曝气。

4.根据权利要求1所述的利用浸没式超滤膜进行水体净化的装置，其特征在于：所述进水泵（1）的吸水口处设置有加药管，用于投加次氯酸钠溶液，消毒抑制藻类附着增生。

5.根据权利要求1所述的利用浸没式超滤膜进行水体净化的装置，其特征在于：所述外压式浸没式膜组件（4）中外压式浸没式膜采用外压式中空纤维增强丝膜，膜孔径为20~30纳米，膜丝材质为聚偏氟乙烯。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的利用浸没式超滤膜进行水体净化的装置，其特征在于：所述装置还配置有自动控制柜，以及配套液位计、真空压力表、气动阀和电磁流量计；所述外压式浸没式膜组件（4）设置由两个气动阀门，一个控制出水、一个控制反冲洗进水；所述浸没式超滤膜分离箱（3）与出水储箱（8）之间的管道设置有真空压力表和电磁流量计；所述水预混合箱（2）、浸没式超滤膜分离箱（3）、出水储箱（8）内均设置有液位计。

7.一种利用浸没式超滤膜进行水体净化的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：配置活性炭、硅藻土炭浆；

取任意比例的活性炭、硅藻土，配置成炭浆，送入炭水预混合箱（2）内；

步骤2：污染水体进行炭水混合处理；

通过加药管将次氯酸钠加入到进水泵（1）吸水口内，进水泵（1）抽送污染水体流入炭水预混合箱（2）内，与从浸没式超滤膜分离箱（3）内回流的炭浆进行充分混合，再流入浸没式超滤膜分离箱（3）内；

步骤3：活性炭吸附及炭水分离；

风机（5）开启向浸没式超滤膜分离箱（3）底部曝气管充气，空气搅拌粉末活性炭和水；水透过外压式浸没式膜组件（4）的膜丝进入膜管并通过抽吸泵（6）送入出水储箱（8）；

步骤4：炭浆浓缩脱水；

炭浆从炭水预混合箱（2）中通过浓缩泵（11）送入陶瓷膜过滤器（12）内，经陶瓷膜过滤，清水流至出出水储箱（8），浓水回流至出水储箱（8）；炭水预混合箱（2）水位下降时，通过循环泵（10）将浸没式超滤膜分离箱（3）内炭水泵入补充，直到浸没式超滤膜分离箱（3）水抽干。

8.根据权利要求7所述的利用浸没式超滤膜进行水体净化的方法，其特征在于：步骤1中，粉末活性炭计量为10～100mg/L，硅藻土计量为0~50mg/L，配置成的炭浆浓度为5%~15%左右。

9.根据权利要求7所述的利用浸没式超滤膜进行水体净化的方法，其特征在于：步骤4中，所述浸没式超滤膜分离箱（3）液位超过外压式浸没式膜组件（4）0.5m时关闭进水泵（1）；抽吸泵（6）前负压高于0.04MPa时联动控制关闭进水泵（1），开启反冲洗泵（9）。

10.根据权利要求7所述的利用浸没式超滤膜进行水体净化的方法，其特征在于：步骤4中，所述陶瓷膜过滤器（12）将炭浆逐步浓缩成15~20%的炭浆。