CN108341542A - 一种分置式磁混凝-膜蒸馏技术组合的污水处理系统 - Google Patents

一种分置式磁混凝-膜蒸馏技术组合的污水处理系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分置式磁混凝‑膜蒸馏技术组合的污水处理系统。该系统包括进水池、第一水管、进水泵、磁混凝系统、蠕动泵、第四水管、膜蒸馏系统、第五水管和出水池；进水池通过第一水管与磁混凝系统相通，进水泵设置在第一水管上，磁混凝系统通过第四水管与膜蒸馏系统相通，蠕动泵设置在第四水管上，膜蒸馏系统通过第五水管与出水池相通。本发明解决了膜蒸馏过程中膜表面易受有机物、微生物等物质污染，造成膜孔堵塞、通量下降，以至膜性能降低的问题。

Description

一种分置式磁混凝-膜蒸馏技术组合的污水处理系统
技术领域
本发明属于污水处理领域，特别涉及了一种分置式磁混凝-膜蒸馏技术组合的污水处理系统。
背景技术
膜蒸馏(Membrane Distillation,MD)技术是一种非等温的物理分离技术，以疏水性多孔膜两侧的蒸气压差为推动力，使热侧蒸汽分子穿过膜孔后在冷侧冷凝富集，可看作是膜过程与蒸馏过程的集合。由此可见，膜蒸馏分离的传质过程主要由3个阶段组成：①水分在膜的热料液侧蒸发；②水蒸气穿过膜孔的迁移过程；③水蒸气在膜的另一侧冷凝。作为一种新型的高效分离技术，与传统的蒸馏以及反渗透过程相比，膜蒸馏具有许多优点，如：设备所需体积小；较低的操作温度和压力；对不挥发性组分100％的理论截留率；良好的化学稳定性；可以与其他分离过程相整合；可处理分离热敏性物质和高浓度废水等。因此，自1963年被首次提出以来，一直备受关注。
膜蒸馏过程使用的膜主要有改性的聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚偏氟乙烯(PVDF)等，以胜任膜蒸馏过程所需的疏水性、渗透率、抗污染能力等。近年来，关于膜蒸馏用膜的开发研究越来越受到重视，许多学者都致力于膜的制备和改性研究方面，以期获得较好性能的膜材料。其中，膜的抗润湿与抗污染能力一直是研究的重点和难点。膜润湿和膜污染会增加传质的阻力，导致膜的通量和膜过程效率的降低，是制约膜蒸馏技术广泛应用的两个重要因素。在水处理过程中，原水中的金属化合物、有机物、微生物等污染物质都会对膜的性能造成不利的影响，其一般表现为膜孔的堵塞、细菌的沉积等。因此，可以设置一种前处理系统以减轻膜蒸馏系统的负荷、缓解对膜表面的污染。
混凝作为水与废水处理过程中的常规工艺，主要用于去除水体中的各种颗粒物和有机物等污染物。磁混凝是将混凝这一复杂的物理化学乃至生物过程与磁分离这一物理过程有机结合而产生的一项新兴的水处理工艺，在混凝前或混凝过程中，待处理水体与铁磁性物质混合而获得磁性，使磁分离成为可能。
磁混凝整个工艺的停留时间很短，因此对于包括TP在内的大部分污染物，出现反溶解过程的几率非常小，另外系统中投加的磁粉和絮凝剂对细菌、病毒、油及多种微小粒子都有很好的吸附作用，同时由于其高速沉淀的性能，使其与传统工艺相比，具有速度快、效率高、占地面积小、投资小等诸多优点。
发明内容
为了解决上述背景技术提出的技术问题，本发明旨在提供一种分置式磁混凝-膜蒸馏技术组合的污水处理系统，解决膜蒸馏过程中膜表面易受污染，造成膜孔堵塞、通量下降，以至膜性能降低的问题。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种分置式磁混凝-膜蒸馏技术组合的污水处理系统，包括进水池、第一水管、进水泵、磁混凝系统、蠕动泵、第四水管、膜蒸馏系统、第五水管和出水池；进水池通过第一水管与磁混凝系统相通，进水泵设置在第一水管上，磁混凝系统通过第四水管与膜蒸馏系统相通，蠕动泵设置在第四水管上，膜蒸馏系统通过第五水管与出水池相通。
进一步地，所述磁混凝系统包括混合池、絮凝剂投加器、助凝剂投加器、第二水管、澄清池、第三水管、过滤器、磁分离器、第一循环泵、第二循环泵、第一污泥管、第二污泥管、第三污泥管和第四污泥管；进水池通过第一水管将污水导入混合池，絮凝剂投加器和助凝剂投加器分别向混合池投入絮凝剂和助凝剂进行初步反应，将反应后的液体通过第二水管导入澄清池，进一步絮凝沉底，所得污泥通过第一污泥管进入磁分离器，回收磁粉和剩余污泥，磁粉通过第二污泥管回流到混合池，剩余污泥通过第三污泥管排出，澄清池的上层污水通过第三水管进入过滤器过滤，所得滤渣通过第四污泥管回流到混合池，滤液经蠕动泵抽吸排入第四水管。
进一步地，所述膜蒸馏系统包括热侧恒温槽、电导率测控仪、热测量计、热侧磁力循环泵、热侧进水温度仪、膜蒸馏组件、热侧出水温度仪和热侧循环水管；热侧恒温槽通过第四水管与磁混凝系统相通，热侧恒温槽通过热侧循环水管与膜蒸馏组件的外侧相通，电导率测控仪的接触探头伸入到热侧恒温槽液面以下，热测量计、热侧磁力循环泵、热侧进水温度仪和热侧出水温度仪设置在热侧循环水管上。
进一步地，所述膜蒸馏系统还包括冷侧出水温度仪、冷侧恒温槽、冷侧流量计、冷侧磁力循环泵、冷侧进水温度仪和冷侧循环水管；冷侧恒温槽通过冷侧循环水管与膜蒸馏组件的内侧相通，冷侧出水温度仪、冷侧流量计、冷侧磁力循环泵和冷侧进水温度仪设置在冷侧循环水管上，冷侧循环水管通过第五水管与出水池相通，使冷侧出水排入出水池中。
进一步地，热侧恒温槽保持温度在50-60℃，第四水管导入的液体经热侧恒温槽加热后，通过热侧循环水管泵入到膜蒸馏组件中膜丝或膜面的外侧，热侧磁力循环泵保持热侧循环流速为0.3-0.8m/s；冷侧恒温槽保持温度在15-25℃，制冷后的水通过冷侧循环水管泵入到膜蒸馏组件中膜丝或膜面的内侧，冷侧磁力循环泵保持冷侧循环流速为0.1-0.3m/s；膜蒸馏组件中热侧与冷侧的液体相逆流动。
进一步地，膜蒸馏系统通过电导率测控仪监控热侧恒温槽内液体的电导率，当其电导率上升至30-45ms/cm时投加药剂，形成沉淀。
进一步地，污水处理系统还包括设置在第四水管上的真空压力表。
采用上述技术方案带来的有益效果：
(1)本发明与单一的磁混凝工艺相比，可以稳定、高效地处理污水，总磷、总氮、有机物的去除率可以达到99％、98％、98％以上，同时对钙、镁等离子的去除率达到99％以上。处理后的污水可以达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅳ类水标准，其中高锰酸盐指数≤10mg/L，化学需氧量(COD)≤30mg/L，五日生化需氧量(BOD5)≤6mg/L，氨氮(NH3-N)≤1.5mg/L，总磷(以P计)≤0.3mg/L，总氮(以N计)≤1.5mg/L；
(2)本发明通过在膜蒸馏系统前设置磁混凝系统，有利于去除原水中的各种颗粒物、有机物、微生物等有机污染物，有效降低后续膜蒸馏系统的负荷，极大缓解膜表面的污染，增强膜蒸馏处理系统的性能，实现高效、可持续的污水处理过程；
(3)本发明中的磁混凝系统与膜蒸馏系统采用分置式而非浸没式，避免了膜蒸馏中的膜与微生物的接触，故可以避免膜产生生物污染，从而大大延长了膜蒸馏组件的寿命；同时在热侧设置电导率测控仪进行实时监控，避免膜蒸馏组件因沉淀物积聚而形成结垢，进一步延长了膜蒸馏组件的使用寿命；
(4)本发明膜蒸馏过程在常压下进行，且与传统蒸馏设备相比，无蒸馏池腐蚀问题，设备简单、占地小且易于操作，造价低。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明提出的一种分置式磁混凝-膜蒸馏技术组合的污水处理系统，包括进水池1、第一水管28、进水泵2、磁混凝系统13、真空压力表11、蠕动泵12、第四水管14、膜蒸馏系统34、第五水管32和出水池27。进水池1通过第一水管28与磁混凝系统13相通，进水泵2设置在第一水管28上，磁混凝系统通过第四水管14与膜蒸馏系统34相通，真空压力表11和蠕动泵12设置在第四水管14上，膜蒸馏系统34通过第五水管32与出水池27相通。整个污水处理系统与主控系统39相连，通过实时采集数据分析，获取膜通量等状态，实现对整个污水处理系统的操控。
在本实施例中，进水池1中的污水水质参数为：化学需氧量浓度为300-500mg/L，总氮为30-50mg/L，总磷为5-10mg/L。如此设置，模拟了典型的生活污水的水质。
磁混凝系统13包括混合池3、絮凝剂投加器4、助凝剂投加器5、第二水管29、澄清池6、第三水管38、过滤器7、磁分离器8、第一循环泵9、第二循环泵10、第一污泥管36、第二污泥管37、第三污泥管35和第四污泥管33。磁混凝系统13在室温下工作。进水池1通过第一水管28将污水导入混合池3，絮凝剂投加器4和助凝剂投加器5分别向混合池3投入絮凝剂和助凝剂进行初步反应，将反应后的液体通过第二水管29导入澄清池6，进一步絮凝沉底，所得污泥通过第一污泥管36进入磁分离器9，回收磁粉和剩余污泥，磁粉通过第二污泥管37回流到混合池3，剩余污泥通过第三污泥管35排出，澄清池6的上层污水通过第三水管38进入过滤器7过滤，所得滤渣通过第四污泥管33回流到混合池38，滤液经蠕动泵12抽吸排入第四水管14。通过真空压力表11可监测系统运行的压力状况。
膜蒸馏系统34包括热侧恒温槽15、电导率测控仪16、热测量计17、热侧磁力循环泵18、热侧进水温度仪19、膜蒸馏组件20、热侧出水温度仪21和热侧循环水管30。热侧恒温槽15通过第四水管14与磁混凝系统13相通，热侧恒温槽15通过热侧循环水管30与膜蒸馏组件20的外侧相通，电导率测控仪16的接触探头伸入到热侧恒温槽15液面以下，热测量计17、热侧磁力循环泵18、热侧进水温度仪19和热侧出水温度仪21设置在热侧循环水管30上。
膜蒸馏系统34还包括冷侧出水温度仪22、冷侧恒温槽23、冷侧流量计24、冷侧磁力循环泵25、冷侧进水温度仪26和冷侧循环水管31。冷侧恒温槽23通过冷侧循环水管31与膜蒸馏组件20的内侧相通，冷侧出水温度仪22、冷侧流量计24、冷侧磁力循环泵25和冷侧进水温度仪26设置在冷侧循环水管31上，冷侧循环水管31通过第五水管32与出水池27相通，使冷侧出水排入出水池27中。
热侧恒温槽15保持温度在50-60℃，第四水管14导入的液体经热侧恒温槽15加热后，通过热侧循环水管30泵入到膜蒸馏组件20中膜丝或膜面的外侧，热侧磁力循环泵18保持热侧循环流速为0.3-0.8m/s；冷侧恒温槽23保持温度在15-25℃，制冷后的水通过冷侧循环水管31泵入到膜蒸馏组件20中膜丝或膜面的内侧，冷侧磁力循环泵25保持冷侧循环流速为0.1-0.3m/s；膜蒸馏组件20中热侧与冷侧的液体相逆流动。
在本实施例中，热侧恒温槽15保持温度在50-60℃，冷侧恒温槽23保持温度在15-25℃，如此设置，可以保证膜通量处于最佳状态。热侧磁力循环泵18保持热侧循环流速为0.3-0.8m/s，冷侧磁力循环泵25保持热冷循环流速为0.1-0.3m/s，如此设置，能耗较低，同时流速对膜蒸馏通量基本无影响。
在本实施例中，膜蒸馏系统34通过电导率测控仪16监控热侧恒温槽15内液体的电导率，当其电导率上升至30-45ms/cm时投加药剂，形成如磷酸镁、磷酸钙等沉淀，避免膜蒸馏组件形成结垢，同时实现鸟粪石等资源的回收。
在本实施例中，膜蒸馏系统34中的膜采用疏水性膜，可选择聚四氟乙烯(PTFE)膜，氟乙烯(PVDF)膜或者聚丙烯(PP)膜。
实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种分置式磁混凝-膜蒸馏技术组合的污水处理系统，其特征在于：包括进水池(1)、第一水管(28)、进水泵(2)、磁混凝系统(13)、蠕动泵(12)、第四水管(14)、膜蒸馏系统(34)、第五水管(32)和出水池(27)；进水池(1)通过第一水管(28)与磁混凝系统(13)相通，进水泵(2)设置在第一水管(28)上，磁混凝系统通过第四水管(14)与膜蒸馏系统(34)相通，蠕动泵(12)设置在第四水管(14)上，膜蒸馏系统(34)通过第五水管(32)与出水池(27)相通。
2.根据权利要求1所述分置式磁混凝-膜蒸馏技术组合的污水处理系统，其特征在于：所述磁混凝系统(13)包括混合池(3)、絮凝剂投加器(4)、助凝剂投加器(5)、第二水管(29)、澄清池(6)、第三水管(38)、过滤器(7)、磁分离器(8)、第一循环泵(9)、第二循环泵(10)、第一污泥管(36)、第二污泥管(37)、第三污泥管(35)和第四污泥管(33)；进水池(1)通过第一水管(28)将污水导入混合池(3)，絮凝剂投加器(4)和助凝剂投加器(5)分别向混合池(3)投入絮凝剂和助凝剂进行初步反应，将反应后的液体通过第二水管(29)导入澄清池(6)，进一步絮凝沉底，所得污泥通过第一污泥管(36)进入磁分离器(9)，回收磁粉和剩余污泥，磁粉通过第二污泥管(37)回流到混合池(3)，剩余污泥通过第三污泥管(35)排出，澄清池(6)的上层污水通过第三水管(38)进入过滤器(7)过滤，所得滤渣通过第四污泥管(33)回流到混合池(38)，滤液经蠕动泵(12)抽吸排入第四水管(14)。
3.根据权利要求1或2所述分置式磁混凝-膜蒸馏技术组合的污水处理系统，其特征在于：所述膜蒸馏系统(34)包括热侧恒温槽(15)、电导率测控仪(16)、热测量计(17)、热侧磁力循环泵(18)、热侧进水温度仪(19)、膜蒸馏组件(20)、热侧出水温度仪(21)和热侧循环水管(30)；热侧恒温槽(15)通过第四水管(14)与磁混凝系统(13)相通，热侧恒温槽(15)通过热侧循环水管(30)与膜蒸馏组件(20)的外侧相通，电导率测控仪(16)的接触探头伸入到热侧恒温槽(15)液面以下，热测量计(17)、热侧磁力循环泵(18)、热侧进水温度仪(19)和热侧出水温度仪(21)设置在热侧循环水管(30)上。
4.根据权利要求3所述分置式磁混凝-膜蒸馏技术组合的污水处理系统，其特征在于：所述膜蒸馏系统(34)还包括冷侧出水温度仪(22)、冷侧恒温槽(23)、冷侧流量计(24)、冷侧磁力循环泵(25)、冷侧进水温度仪(26)和冷侧循环水管(31)；冷侧恒温槽(23)通过冷侧循环水管(31)与膜蒸馏组件(20)的内侧相通，冷侧出水温度仪(22)、冷侧流量计(24)、冷侧磁力循环泵(25)和冷侧进水温度仪(26)设置在冷侧循环水管(31)上，冷侧循环水管(31)通过第五水管(32)与出水池(27)相通，使冷侧出水排入出水池(27)中。
5.根据权利要求4所述分置式磁混凝-膜蒸馏技术组合的污水处理系统，其特征在于：热侧恒温槽(15)保持温度在50-60℃，第四水管(14)导入的液体经热侧恒温槽(15)加热后，通过热侧循环水管(30)泵入到膜蒸馏组件(20)中膜丝或膜面的外侧，热侧磁力循环泵(18)保持热侧循环流速为0.3-0.8m/s；冷侧恒温槽(23)保持温度在15-25℃，制冷后的水通过冷侧循环水管(31)泵入到膜蒸馏组件(20)中膜丝或膜面的内侧，冷侧磁力循环泵(25)保持冷侧循环流速为0.1-0.3m/s；膜蒸馏组件(20)中热侧与冷侧的液体相逆流动。
6.根据权利要求3所述分置式磁混凝-膜蒸馏技术组合的污水处理系统，其特征在于：膜蒸馏系统(34)通过电导率测控仪(16)监控热侧恒温槽(15)内液体的电导率，当其电导率上升至30-45ms/cm时投加药剂，形成沉淀。
7.根据权利要求1所述分置式磁混凝-膜蒸馏技术组合的污水处理系统，其特征在于：所述污水处理系统还包括设置在第四水管(14)上的真空压力表(11)。
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