CN108658297A - 一种基于流化床mcr的低压膜水处理技术 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于流化床MCR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：形成悬浮泥渣层的膜池和泥渣浓缩室。膜池内设下部泥渣区和上部膜分离区，膜分离区设置低压膜组件和曝气装置，膜池通过管路串联抽吸泵出水，原水进入膜池前通过加药装置加入铁盐或铝盐混凝剂，通过气水分离器和配水管从底部进入膜池；膜池在泥渣区形成流化床，通过排泥窗口与污泥浓缩室相连，浓缩室底部设置有排泥阀。该处理技术能够在保证出水水质的同时，有效减缓膜污染，减少排泥量。该技术采用吸附过滤工艺与膜工艺一体化处理装置，有效地降低了占地面积。
Description
技术领域
本发明属于水处理和膜污染控制技术领域，具体涉及一种基于流化床MCR的低压膜水处理技术。
背景技术
常规的“混凝-沉淀-过滤-消毒”水处理工艺应用已近百年，但随着水质污染和对水质要求的不断提升，该常规工艺越来越不能适应需求。近年来膜法净化理论和应用已成为本领域的研究热点，膜处理技术也被日益广泛应用于实际水处理工程。然而大量的实践发现膜污染成为主要瓶颈因素。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。
为了有效地减缓与控制膜污染，通常在膜处理系统前进行一定程度的混凝预处理。截至目前，已探索了两种混凝膜组合工艺：(1)常规膜组合工艺，即预先混凝工艺,膜处理系统前有混凝和沉淀单元；(2)直接过滤膜组合工艺，即短流程MCR工艺。常规膜组合工艺中，污染物首先与混凝剂混凝，经沉淀单元后进入膜处理系统，即含有混凝和沉淀两个处理单元,占地面积较大，且由于沉淀池内污泥含水率较高，使得排泥量较大；MCR工艺则由于无沉淀单元，相比常规膜组合工艺，占地面积较小。但是污染物混凝后直接进入膜处理系统，颗粒浓度较大，粒径分布较大广，而较多较小的颗粒也容易直接进入膜处理系统，导致吸附/堵塞膜孔的概率增大，从而引起严重的膜污染。膜污染初期膜通量下降明显，随着运行时间的增加，膜通量下降速率相对降低。再者，直接过滤膜组合工艺膜池内颗粒易沉淀，导致排泥量增多和频繁排泥。
短程一体化方面，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。
降低膜污染方面，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。
对一体式膜组合工艺而言，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。利用吸附预除膜污染前驱物不失为一种方法，但是外加吸附剂一方面增加成本，另一方面吸附剂本身易导致膜损伤，且易在膜表面形成致密的污染层，加剧膜污染。专利申请CN106861445A公开了《基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理技术》，利用松散絮体保护层的吸附/截留性能，有效去除污染物。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。
综上所述，目前的MCR工艺虽然能够实现短程化操作，减少了占地，但是其在结构优化、改善混凝效率，降低膜污染程度，特别是污泥减量化方面仍然存在诸多不足，还有待大量工作去完善。因此，开发能够同时有效降低膜污染和减少污泥排放成为膜混凝反应器设计的重点。大量工程实践表明，铝盐和铁盐作为水处理中常用的混凝剂或吸附剂，其形成的絮体有较强的吸附和过滤能力，如果形成一层稳定的悬浮泥渣截留层，使得原水经过泥渣层吸附截留后再原位通过膜分离出水，既可高效地去除污染物又不导致膜污染，另外增加浓缩室的设计，使得过量的泥渣浓缩，实现污泥减量化，减少排泥频次。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于流化床MCR的低压膜水处理技术，该处理技术能够在缩短流程，保证出水水质的同时，有效减缓膜污染，减少排泥。该技术采用泥渣层吸附过滤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：一种基于流化床MCR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：形成悬浮泥渣层的膜池，膜池内设下部泥渣区和上部膜分离区，膜分离区设置低压膜组件和曝气装置，膜池通过管路串联抽吸泵出水，原水进入膜池前通过加药装置加入铁盐或铝盐混凝剂，通过气水分离器和配水管从底部进入膜池；泥渣区通过排泥窗口与污泥浓缩室相连，浓缩室底部设置有排泥阀。
膜池内絮体通过工艺参数的优化形成稳定悬浮的泥渣层，原水进入膜池底部，上向流经过泥渣层吸附过滤和膜处理后出 水。泥渣层老化污泥在浓缩室内压缩减量化后由底部排泥管排出。
进一步地，所述混凝剂优选为铝盐混凝剂或铁盐混凝剂，高岭土或石英砂为助凝剂。
进一步地，初期泥渣形成阶段，根据原水中浊度确定混凝剂、助凝剂的投加量；浊度>10 NTU时，投加混凝剂（以铝或铁盐含量计）含量为5-20 mg/L，高岭土助凝剂含量0-5mg/ L，浊度<10 NTU时，投加混凝剂（以铝或铁盐含量计）含量为5-30 mg/L，高岭土助凝剂含量0-20 mg/ L；正常运行期投加混凝剂（以铝或铁盐含量计）含量为3-10 mg/L，不需要助凝剂。
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，且曝气头的水平平均间隔为5-50cm。
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2-20d/次，每次排泥以水位下降不低于膜组件顶 端5cm为宜。
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。
进一步地，物理性反冲洗时间为15-30min，反冲洗水速率2倍于进水速率。维护性清洗频率为10-15d/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。
进一步地，浓缩室低于液面下3cm设置强制排水口，收集泥渣浓缩室的上清液，并在排泥窗口两侧造成水位差，以使膜池内的泥渣流入浓缩室。
进一步地，进水通过气水分离器使得水中空气分离，以免进入膜池扰动悬浮泥渣层。
本发明具有如下优点：1、利用拥挤沉淀原理形成稳定的悬浮泥渣层，有效去除污染物，进而有效减缓膜污染。2、利用浓缩室内污泥浓缩、密度较大的特点，泥量较少且方便排泥。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泥渣层助滤膜混凝反应器示意图；其中，1-投药装置，2-穿孔配水管，3-悬浮泥渣层，4-强制出水管，5-排泥窗口，6- 气水分离器，7-曝气装置，8-膜组件，9-真空压力表
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所示的一种流化床膜混凝反应器，反应器主要包括：泥渣浓缩室以及由泥渣区和膜分离区构成的膜池，膜分离区设膜组件8和曝气装置7。原水连接混凝药剂投药装置1和气水分离器6，经过配水管2后进入膜池底部；向上流经过悬浮泥渣流化床3（泥渣区）和膜分离区后出水。泥渣区新增泥渣通过排泥窗口5进入泥渣浓缩室，浓缩室底部设置有排泥管，上部设置强制出水管4。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9相连接。
以下实施方式除非特别说明，均可基于图1所示的流化床膜混凝反应器实施，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。本发明的MCR可以是圆柱体也可以是双池或三池联体。其中圆柱体可以是周边膜池进出水中心浓缩室排泥的布局，也可以中心膜池进出水周围浓缩室排泥的布局。联体亦然。
实施例1：本实施例以高岭土悬浊液配制浊度为8 NTU的模拟低浊度原水为例。采用流化床MCR膜混凝组合工艺，初期投加硫酸铝混凝剂12 mg/L(以铝计),投加高岭土助凝剂，将原水以1 L/h进入膜池，膜池内水力停留时间为2.2h，运行2 h形成流化床。后期投加聚合铝絮凝剂，剂量5 mg/L(以铝计)，连续运行10天后跨膜压差增至15.3kPa，出水浊度去除率为90％。运行结束后对超滤膜进行水洗，跨膜压差降至4.1kPa。
实施例2：本实施例以高岭土悬浊液配制浊度为50 NTU的模拟高浊度原水为例。采用流化床MCR膜混凝组合工艺，初期投加硫酸铝混凝剂20 mg/L(以铝计),不投助凝剂，将原水以1 L/h进入膜池，膜池内水力停留时间为2 .2h，运行2 h形成流化床。后期投加聚合铝絮凝剂，剂量6 mg/L(以铝计)，连续运行8天后跨膜压差增至11.3kPa，出水浊度去除率为98％。运行结束后对超滤膜进行水洗，跨膜压差降至3.3kPa。
实施例3：本实施例以高岭土+腐殖酸(HA)为例。处理水浊度为10 NTU, 腐殖酸含量（TOC计）7.8mg/L。采用流化床MCR超滤膜组合工艺，投加硫酸铝 (以铝计3.2mg/L)和高岭土5 mg/L。高岭土后期不加。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10天后跨膜压差增至18 .6kPa，出水HA去除率为60.1％，浊度去除率95%。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：本实施例以高岭土悬浊液配制浊度为50 NTU的模拟高浊度原水为例。采用流化床MCR膜混凝组合工艺，初期投加硫酸铝混凝剂25 mg/L(以铝计),投加高岭土5 mg/L，将原水以1 L/h进入膜池，膜池内水力停留时间为2 .2h，运行2 h形成流化床。后期投加聚合铝絮凝剂，剂量6 mg/L(以铝计)，连续运行15天后跨膜压差增至13.5kPa，出水浊度去除率为99％。运行结束后对超滤膜进行水洗，跨膜压差降至3.7kPa。
Claims (10)
1.一种基于流化床MCR（膜混凝反应器）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和泥渣浓缩室，
其中膜池又分为上下两部分：下部为悬浮泥渣形成的流化床，上部为膜分离区，
膜分离区设置低压膜组件和曝气装置，
浓缩室设置有强制排水管和排泥阀，
原水入膜池前经过气水分离，
在开始运转时依据拥挤沉淀规律，通过配水装置和间歇的混凝药剂投加方式，必要时使用助剂形成泥水界面清晰稳定的活性悬浮泥渣层，保持泥渣区的浓度和厚度不变，原水经过泥渣区后，有效降低膜污染负荷，再在膜分离区得以低压过膜出水，
正常运转时，不断新生成的泥渣通过排泥窗口进入泥渣浓缩室。
2.如权利要求1所述的基于流化床MCR的低压膜水处理工艺，其特征在于，所述流化床为通过优化运行参数得到的悬浮泥渣层，所用混凝剂为铝盐混凝剂或铁盐混凝剂，助凝剂为黏土矿或纳米二氧化硅。
3.如权利要求1或2所述的基于流化床MCR的低压膜水处理工艺，其特征在于，初期泥渣形成期间，根据原水中浊度确定混凝剂、助凝剂的投加量:浊度>10 NTU时，投加混凝剂（以铝或铁盐含量计）含量为5-20 mg/L，高岭土助凝剂含量0-5 mg/ L，浊度<10 NTU时，投加混凝剂（以铝或铁盐含量计）含量为5-30 mg/L，高岭土助凝剂含量0-20 mg/ L；正常运行期投加混凝剂（以铝或铁盐含量计）含量为3-10 mg/L,不需要助凝剂。
4.如权利要求1所述的基于流化床MCR的低压膜水处理工艺，其特征在于，所述配水装置为穿孔管。
5.如权利要求1所述的基于流化床MCR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，
膜组件在悬浮泥渣层上方，离泥渣层10-100 cm。
6.如权利要求1所述的基于流化床MCR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或曝气穿孔管，且曝气装置的水平平均间隔为5-50cm。
7.如权利要求1所述的基于流化床MCR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。
8.如权利要求1所述的基于流化床MCR的低压膜水处理工艺，其特征在于，所述浓缩室的排泥频率为2-20d/次；每次排泥以水位下降不宜低于膜组件顶端5cm。
9.如权利要求1所述的基于流化床MCR的低压膜水处理工艺，其特征在于，所述原水进入膜池前通过气水分离器。
10.如权利要求1所述的基于流化床MCR的低压膜水处理工艺，其特征在于，所述浓缩室设置有强制排水管。
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