CN106861445B - 基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理技术 - Google Patents

基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理技术 Download PDF

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Abstract

一种基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理工艺，该工艺采用一体式膜混凝反应器，所述反应器主要包括：膜池，以及设置于同一膜池内的低压膜组件和曝气装置，膜池通过管路串联抽吸泵与混凝剂投加池相连；膜池底部还设置有排泥阀；混凝剂通过混凝剂投加池注入膜池内，通过间歇式分批投加的方式使混凝剂水解絮体在膜表面形成“三明治”式松散保护层，原水进入膜池内经过絮体层吸附和膜处理后出水。该处理技术能够在保证出水水质的同时，有效减缓膜污染，尤其是小分子有机物引起的膜污染。该技术采用吸附工艺与膜工艺一体化处理装置，有效地降低了占地面积。

Description

基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理技术
技术领域
本发明属于水处理和膜污染控制技术领域，具体涉及一种基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理技术。
背景技术
膜在水处理中的应用越来越广泛。截至目前，膜的应用几乎呈指数增长。但随着运行时间的增加，污染物会逐渐在膜孔或膜表面累积，导致膜的污染不可避免，尤其小分子有机污染物。膜污染后不仅水力阻力增大，且跨膜压差增长迅速，进而较大程度地增加了膜过滤过程中的能耗。
以往的研究表明，膜孔吸附、膜孔堵塞和膜表面滤饼层是引起低压膜污染的重要原因，而膜孔吸附和膜孔堵塞往往成为过滤初期膜污染的主要因素。过滤初期膜通量下降越严重，表明膜孔堵塞的概率越大。随着运行时间的增加，滤饼层逐渐成为主要污染因素，膜通量下降速率相对降低。
为了有效减缓膜污染，膜前预处理非常重要。专利申请CN101279805A公开了《膜法饮用水处理工艺方法与设备》，一种膜法饮用水处理设备，包括：预处理单元、混凝池、膜分离池。混凝/吸附是水处理过程中传统的污染物去除技术，并在实际水厂运行过程中得到了广泛应用，但经过沉淀单元后，小分子有机污染物并不能有效去除，大多数进入膜池并吸附于膜孔，或形成致密的滤饼层进而引起严重的膜污染。相对而言，基于传统混凝或吸附技术的膜法水处理技术占地面积较大。为了有效解决上述问题，开发了无沉淀单元的短流程膜处理工艺。然而，已有的工程实践表明该工艺膜池内排泥量较大，运行过程中需进行频繁地排泥，且膜池内易滋生微生物。因此，将吸附剂与低压膜直接结合的一体式膜组合工艺逐渐受到重视。
专利申请CN103566762A公开了《一种浸没式超滤系统》，混凝剂投加在浸没式超滤膜进水泵的吸水口处，投加混凝剂的原水进入浸没式超滤膜池内进行过滤。采用在线混凝与浸没式超滤膜的组合工艺，同时超滤膜反冲洗水再回入原水管路中，进行回用。而且浸没式超滤系统底部设有排泥槽，可定期排出污泥，保证了浸没式超滤膜的稳定运行。专利申请CN105948236A公开了《一体式膜混凝反应器(MCR)和水处理工艺》，其中一体式膜混凝反应器(MCR)，包括：膜池，以及设置于同一膜池内的膜组件和曝气装置；膜池通过管路串联抽吸泵与混凝剂投加池相连接；膜池底部还设置有排泥阀；反应器还设置有膜池出水口。实现了混凝工艺与膜工艺一体化，在保证污染物去除效率的同时，有效地降低了占地面积。
对一体式膜组合工艺而言，一方面，目前报道所用吸附剂价格较高，如活性氧化铝、活性氧化铁、碳纳米管、纳米零价铁等。另一方面，部分吸附剂长期运行时易刮伤超滤膜，如粉末活性炭。此外，尽管大量吸附剂注入膜池，但由于所用吸附剂多为颗粒性，较难在膜表面形成保护层，或仅在超滤膜表面形成单一保护层。随着运行时间的增加，小分子有机污染物仍能穿过吸附剂保护层到达膜表面，同时污染物逐渐在吸附剂保护层表面又形成较致密的污染层，加剧了膜污染。
基于此，有必要进一步探索合适的吸附剂及有效减缓膜污染的方法。大量工程实践表明，铝盐和铁盐是水处理中常用的混凝剂或吸附剂。由于絮体较强的吸附能力，可高效地去除污染物且絮体本身几乎不导致膜污染。絮体以其松散性易在膜表面形成保护层。因此，通过在膜池底部曝气，将絮体注入膜池并充分悬浮于膜池内，以逐渐在膜表面形成松散的絮体保护层。通过松散絮体保护层的吸附/截留性能，有效去除污染物。为了有效克服单一保护层的弊端，将絮体分批次注入，以在超滤膜表面形成“三明治”松散絮体保护层，充分发挥吸附剂作用的同时高效去除小分子有机污染物，以此有效地减缓膜污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理技术，该处理技术能够在保证出水水质的同时，有效减缓膜污染，尤其是小分子有机物引起的膜污染。该技术采用吸附工艺与膜工艺一体化处理装置，有效地降低了占地面积。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理工艺，该工艺采用一体式膜混凝反应器，所述反应器主要包括：膜池，以及设置于同一膜池内的低压膜组件和曝气装置，膜池通过管路串联抽吸泵与混凝剂投加池相连；膜池底部还设置有排泥阀；
混凝剂通过混凝剂投加池注入膜池内，通过间歇式分批投加的方式使混凝剂水解絮体在膜表面形成“三明治”式松散保护层，原水进入膜池内经过絮体层吸附和膜处理后出水。
进一步地，所述混凝剂优选为铝盐混凝剂或铁盐混凝剂。
进一步地，根据原水中总有机碳含量确定混凝剂的投加量及投加频率。投加量以混凝剂所含铝或铁计，总有机碳含量＞20mg/L时，每次投加使得膜池内待处理水中(投加时间间隔内水量)混凝剂含量＞20mg/L，投加间隔不超过12h；总有机碳含量为10-20mg/L时，每次投加使得膜池内待处理水中(投加时间间隔内水量)混凝剂含量为5-20mg/L，投加间隔不超过24h；总有机碳含量＜10mg/L时，每次投加使得膜池内待处理水中(投加时间间隔内水量)混凝剂含量为0-5mg/L，投加间隔不超过48h。
进一步地，根据膜处理工艺的需求，所述膜组件还通过管路与真空压力表相连。
进一步地，膜池与混凝剂投加池相连的管路上还串联有继电器，通过继电器控制混凝剂向膜池中分批注入。
进一步地，所述的曝气装置为曝气头，且曝气头的平均间隔为0.5-1m。
进一步地，为保证污染物去除效果，待处理水在膜池内停留时间优选0.5-3h。
进一步地，所述工艺的排泥频率为1-15d/次，混凝剂投加量或投加频率越大时排泥频率越大。每次排泥时，膜池内停止曝气，静置30min后排泥，水位下降不宜低于膜组件顶端5cm。
进一步地，所述的低压膜组件为浸没式膜组件，包括微滤膜或超滤膜，且末端为自由端，以方便排泥。
进一步地，物理性反冲洗时间为20-30min，反冲洗水速率2倍于进水速率。维护性清洗频率为5-10d/次。当膜通量下降至初始膜通量的60-70％时，须对膜组件进行化学清洗。
本发明具有如下优点：
1、利用分批次注入形成的“三明治”式松散絮体保护层，有效去除污染物，尤其是小分子有机污染物，进而有效减缓膜污染。利用絮体易溶于强酸的特性，方便原位化学清洗。
2、利用膜池内絮体吸附后颗粒物密度较大的特点，方便排泥且泥量较小。
3、占地面积小、产水率高及水头损失小，适合于老水厂改造和新水厂建设。运行成本低廉，且运行管理方便。
附图说明
图1：一种实施方式中的一体式膜混凝反应器示意图；
其中，1-真空压力表，2-继电器，3-抽吸泵，4-膜组件，5-混凝剂投加池，6-膜池，7-排泥阀，8-曝气装置。
图2：本发明“三明治”式絮体保护层减缓膜污染示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施方案，并结合附图，进一步叙述本发明。除非特别说明，实施方式中未描述的技术手段均可以用本领域技术人员所公知的方式实现。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分、用量、尺寸、形状进行的各种修改、替换、改进也属于本发明的保护范围，并且本发明所限定的具体参数应有可允许的误差范围。
为了更好地理解本发明，对图中涉及的主要部位或部件进行了编号。相同的编号表示相同或相似的部位或部件，具有基本相同的功能，但其在不同图或实施例中具体的尺寸、形状、结构不一定相同。
作为本发明的一种示例性实施方式，参考图1所示的一种一体式膜混凝反应器，反应器主要包括：膜池6，以及设置于同一膜池内的膜组件4和曝气装置8，膜池6通过管路串联继电器2和抽吸泵3与混凝剂投加池5相连；膜池底部还设置有排泥阀7。膜池分别设有原水进水管路和处理水出水管路。根据膜处理工艺的需求，所述膜组件还通过管路与真空压力表1相连接。
以下实施方式除非特别说明，均可基于图1所示的一体式膜混凝反应器实施，或者在不背离其主要结构及功能的前提下，对其适当改动以实施。
实施例1：
本实施例以腐殖酸(HA)为例。待处理水中腐殖酸总有机碳含量7.8mg/L。采用一体式超滤膜组合工艺，不投加混凝剂。将原水以1L/h进入膜池，膜池内水力停留时间为2.2h。膜池内未进行排泥。连续运行8天后跨膜压差增至55.3kPa，出水HA去除率为32.3％，其中小分子HA(<3kDa)去除率为7.9％。运行结束后对超滤膜进行水洗，跨膜压差降至10.1kPa。
实施例2：
本实施例以腐殖酸(HA)为例。待处理水中腐殖酸总有机碳含量7.8mg/L。采用一体式超滤膜组合工艺，每48h投加一次，共计4次，每次投加氯化铝1000mg(以铝计2.33mg/L)。将原水以1L/h进入膜池，膜池内水力停留时间为2.2h。膜池内未进行排泥。连续运行8天后跨膜压差增至15.2kPa，出水HA去除率为52.7％，其中小分子HA(<3kDa)去除率为24.8％。运行结束后对超滤膜进行水洗，跨膜压差降至3.7kPa。
实施例3：
本实施例以腐殖酸(HA)为例。待处理水中腐殖酸总有机碳含量7.8mg/L。采用一体式超滤膜组合工艺，每24h投加一次，共计8次，每次投加氯化铝500mg(以铝计2.33mg/L)。将原水以1L/h进入膜池，膜池内水力停留时间为2.2h。膜池内未进行排泥。连续运行8天后跨膜压差增至14.6kPa，出水HA去除率为58.6％，其中小分子HA(<3kDa)去除率为30.7％。运行结束后对超滤膜进行水洗，跨膜压差降至3.2kPa。
实施例4：
本实施例以腐殖酸(HA)为例。待处理水中腐殖酸总有机碳含量15.6mg/L。采用一体式超滤膜组合工艺，不投加混凝剂。将原水以1L/h进入膜池，膜池内水力停留时间为2.2h。膜池内未进行排泥。连续运行8天后跨膜压差增至69.6kPa，出水HA去除率为38.1％，其中小分子HA(<3kDa)去除率为10.2％。运行结束后对超滤膜进行水洗，跨膜压差降至13.4kPa。
实施例5：
本实施例以腐殖酸(HA)为例。待处理水中腐殖酸总有机碳含量15.6mg/L。采用一体式超滤膜组合工艺，每24h投加一次，共计8次，每次投加氯化铝1500mg(以铝计6.98mg/L)。将原水以1L/h进入膜池，膜池内水力停留时间为2.2h。膜池内未进行排泥。连续运行8天后跨膜压差增至20.8kPa，出水HA去除率为57.9％，其中小分子HA(<3kDa)去除率为29.7％。运行结束后对超滤膜进行水洗，跨膜压差降至4.5kPa。
实施例6：
本实施例以腐殖酸(HA)为例。待处理水中腐殖酸总有机碳含量15.6mg/L。采用一体式超滤膜组合工艺，每12h投加一次，共计16次，每次投加氯化铝750mg(以铝计6.98mg/L)。将原水以1L/h进入膜池，膜池内水力停留时间为2.2h。膜池内未进行排泥。连续运行8天后跨膜压差增至17.4kPa，出水HA去除率为62.3％，其中小分子HA(<3kDa)去除率为35.1％。运行结束后对超滤膜进行水洗，跨膜压差降至5.3kPa。
实施例7：
本实施例以腐殖酸(HA)为例。待处理水中腐殖酸总有机碳含量23.4mg/L。采用一体式超滤膜组合工艺，不投加混凝剂。将原水以1L/h进入膜池，膜池内水力停留时间为2.2h。膜池内未进行排泥。连续运行8天后跨膜压差增至95.1kPa，出水HA去除率为47.3％，其中小分子HA(<3kDa)去除率为18.4％。运行结束后对超滤膜进行水洗，跨膜压差降至24.1kPa。
实施例8：
本实施例以腐殖酸(HA)为例。待处理水中腐殖酸总有机碳含量23.4mg/L。采用一体式超滤膜组合工艺，每12h投加一次，共计16次，每次投加氯化铝2400mg(以铝计22.36mg/L)。将原水以1L/h进入膜池，膜池内水力停留时间为2.2h。膜池内未进行排泥。连续运行8天后跨膜压差增至29.2kPa，出水HA去除率为70.2％，其中小分子HA(<3kDa)去除率为37.3％。运行结束后对超滤膜进行水洗，跨膜压差降至6.1kPa。
实施例9：
本实施例以腐殖酸(HA)为例。待处理水中腐殖酸总有机碳含量23.4mg/L。采用一体式超滤膜组合工艺，每6h投加一次，共计32次，每次投加氯化铝1200mg(以铝计22.36mg/L)。将原水以1L/h进入膜池，膜池内水力停留时间为2.2h。膜池内未进行排泥。连续运行8天后跨膜压差增至25.8kPa，出水HA去除率为78.7％，其中小分子HA(<3kDa)去除率为49.9％。运行结束后对超滤膜进行水洗，跨膜压差降至5.8kPa。

Claims (8)

1.一种基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理工艺，其特征在于，该工艺采用一体式膜混凝反应器，所述反应器主要包括：膜池，以及设置于同一膜池内的低压膜组件和曝气装置，膜池通过管路串联抽吸泵与混凝剂投加池相连；膜池底部还设置有排泥阀；
混凝剂通过混凝剂投加池注入膜池内，膜池与混凝剂投加池相连的管路上还串联有继电器，通过继电器控制混凝剂向膜池中间歇式分批注入,使混凝剂水解絮体在膜表面形成“三明治”式松散保护层，原水进入膜池内经过絮体层吸附和膜处理后出水。
2.如权利要求1所述的基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理工艺，其特征在于，所述混凝剂为铝盐混凝剂或铁盐混凝剂。
3.如权利要求1或2所述的基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理工艺，其特征在于，根据原水中总有机碳含量确定混凝剂的投加量及投加频率；投加量以混凝剂所含铝或铁计，总有机碳含量＞20mg/L时，每次投加使得膜池内待处理水中混凝剂含量＞20mg/L，投加间隔不超过12h；总有机碳含量为10-20mg/L时，每次投加使得膜池内待处理水中混凝剂含量为5-20mg/L，投加间隔不超过24h；总有机碳含量＜10mg/L时，每次投加使得膜池内待处理水中混凝剂含量为0-5mg/L，投加间隔不超过48h；待处理水量以投加时间间隔内水量计。
4.如权利要求1所述的基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理工艺，其特征在于，所述膜组件还通过管路与真空压力表相连。
5.如权利要求1所述的基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理工艺，其特征在于，所述的曝气装置为曝气头，且曝气头的平均间隔为0.5-1m。
6.如权利要求1所述的基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理工艺，其特征在于，所述工艺中待处理水在膜池内停留时间为0.5-3h。
7.如权利要求1所述的基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理工艺，其特征在于，所述工艺的排泥频率为1-15d/次,混凝剂投加量或投加频率越大时排泥频率越大；每次排泥时，膜池内停止曝气，静置30min后排泥，水位下降不宜低于膜组件顶端5cm。
8.如权利要求1所述的基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理工艺，其特征在于，所述低压膜组件为浸没式膜组件，包括微滤膜或超滤膜，且末端为自由端，以方便排泥。
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