CN109231383A - 基于微电结构抗污金属膜组件滤池及其净水方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于微电结构抗污金属膜组件滤池及其净水方法，所述滤池包括絮凝调节池、金属膜分离池和反冲洗系统，絮凝调节池包括污水进水管、搅拌桨、排泥管、污泥泵和溢流孔；金属膜分离池包括池体、链条式刮泥机、金属膜组件、进水穿孔布水槽和外加电源；反冲洗系统包括反冲洗水泵、排水阀、清水收集支管和清水收集干管。本发明利用金属膜过滤组件代替滤布，并在外加电场的作用下使金属过滤面带负电荷，抑制带负电颗粒物、微生物在金属滤膜表面附着生长，提高抗污能力，延长金属滤膜的寿命和反冲洗周期，降低运行成本；金属膜组件与水平面成60°倾斜固定，配合顶部穿孔布水槽设计，提高分离性能，降低池体积，节省建设成本。

Description

基于微电结构抗污金属膜组件滤池及其净水方法

技术领域

本发明属于污水深度净化治理技术领域，涉及一种基于微电结构抗污金属膜组件滤池及其净水方法。

背景技术

随着我国经济的迅猛发展和城市化进程的加速，城市污水排放总量提高，环境污染加剧；城市生产生活需水量大幅上升，水资源短缺加剧。这种情势必将成为我国经济发展障碍，因此，提高污水处理效率，提高污水排放标准，实现中水回用，是保护生态环境、经济可持续发展的必要途径。为此，《水污染行动计划》指出：城市污水厂的污水排放标准由1B提高到1A，甚至部分地区要求达到五类水质及更高标准；中水回用率达到40%。这两个指标对污水处理技术工艺提出了更高的要求。污水处理技术创新是污水出水标准提高的重要手段，常规的沉淀池、砂滤池已经不能满足提标改造和中水回用的需求，滤布滤池应运而生。公知的滤布滤池选用尼龙针状结构滤布，在聚酯支撑下构建滤布过滤装置。该装置与传统石英砂滤池相比，操作简单、结构紧凑、占地面积和水头损失更小。工艺出水中的TP和浊度去除率分别高于50%和40%，为污水厂提标改造和中水回用提供了技术支持。但是公知滤布滤池选用合成纤维绒滤布，滤布绒毛在干燥状态下长 12.5 mm，绒毛很容易被污泥中的细菌和颗粒物粘附，污染造成滤布堵塞，12h必须进行自动反冲洗，频繁的反冲洗极大的降低了滤布的寿命，消耗大量的能源（公知V型砂滤池的冲洗周期24~36h）。

发明内容

本发明针对公知滤布滤池沉淀性能差、容易堵塞、频繁反冲洗能耗高的问题，提供了一种基于微电结构抗污金属膜组件滤池及其净水方法。本发明利用金属膜过滤组件代替滤布，并在外加电场的作用下使金属过滤面带负电荷，抑制带负电颗粒物、微生物在金属滤膜表面附着生长，提高抗污能力，延长金属滤膜的寿命，使反冲洗周期延长为20~30天，降低运行成本；穿孔布水槽顶布水配合金属膜组件60°倾斜安装结构，使滤池的水力流态更合理，过滤效能大幅提高，降低滤池的体积，节省建设成本。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于微电结构抗污金属膜组件滤池，包括絮凝调节池、金属膜分离池和反冲洗系统，其中：

所述絮凝调节池包括污水进水管、搅拌桨、排泥管、污泥泵和溢流孔；

所述金属膜分离池包括池体、链条式刮泥机、金属膜组件、清水收集干管、进水穿孔布水槽和外加电源；

所述反冲洗系统包括反冲洗水泵和排水阀；

所述污水进水管设置在絮凝调节池的前壁；

所述溢流孔设置在絮凝调节池的后壁顶部；

所述搅拌桨设置在絮凝调节池的内部；

所述排泥管设置在絮凝调节池的池底；

所述污泥泵与排泥管相连；

所述链条式刮泥机设置在池体内；

所述池体的前端底部设置有污泥坑，用于收集链条式刮泥机从池体底部刮出的污泥；

所述污泥坑与排泥管相连；

所述池体内从前到后平行排列放置有多个与水平面呈60°的金属膜组件；

所述金属膜组件为封闭的矩形金属板式腔体；

所述矩形金属板式腔体的前表面为纳米孔过滤金属膜面板，其余五个表面为金属面板；

所述纳米孔过滤金属膜面板的上部打孔，下部与金属面板组成清水收集空间；

所述矩形金属板式腔体的内部设置有多个等间距分布的支撑板；

所述矩形金属板式腔体的底部设置有清水收集支管；

所述清水收集干管沿池体长方向从前到后一侧贴池壁布置，并与每一个清水收集支管相连；

所述进水穿孔布水槽位于池体的顶部并从前到后贯穿金属膜分离池的池体；

所述进水穿孔布水槽通过溢流孔与絮凝调节池相连接，并在其两侧壁下部从前到后均匀开有多个布水孔；

所述纳米孔过滤金属膜面板和进水穿孔布水槽分别与外加电源的负极和正极相连接；

所述反冲洗水泵位于池体之外，与清水收集干管相连；

所述排水阀与清水收集干管相连接，位于反冲洗水泵后端。

一种利用上述滤池进行净水的方法，包括如下步骤：

步骤一、污水从污水进水管进入絮凝调节池，通过混凝和搅拌桨搅拌作用，使细颗粒物形成大的絮体，通过溢流孔流入金属滤膜分离池，实现颗粒物分离，与此同时，部分沉淀在絮凝调节池下部的污泥通过排泥管和排泥泵排出；

步骤二、污水在絮凝调节池中经过絮凝均质作用后，顶位通过溢流孔流入与其相连的进水穿孔布水槽，污水从进水穿孔布水槽的布水孔流出，水从上到下均匀的流到带负电的纳米孔过滤金属膜面板上，形成池顶布水的水力流态；清水透过纳米孔过滤金属膜面板表面的纳米孔进入金属膜组件内部被清水收集区收集，然后通过清水收集支管汇聚到清水收集干管排出；与此同时，污泥沿纳米孔过滤金属膜面板表面滑入池底部，被链条刮泥机刮入污泥坑，通过排泥泵排出；

步骤三、当金属膜分离池的水位上升超过设计高度，停止过滤工艺进水，关闭排水阀，反冲洗水泵抽取清水，利用清水收集支管和清水收集干管进行反冲洗，使清水从金属膜组件腔体内部反冲洗纳米孔，与过滤水流的方向相反，在水力剪切作用下，使堵住纳米孔的污染物剥落下来，然后被冲洗水带走，恢复纳米孔过滤金属膜面板的过滤能力，同步排泥泵排出反冲洗水，防止污水外溢。

本发明的工作原理如下：

污水通过絮凝调节池流入金属膜分离池，当包含有颗粒物的污水通经金属膜组件时，清水透过金属膜表面的纳米微孔进入组件内部被膜组件下部的清水收集管收集，并通过清水收集干管排出；分离掉的颗粒污染物沿金属膜表面滑落入池底，在刮泥机的作用下排入污泥斗，实现固液分离；当金属膜分离池内液面上升超过设计高度时，停止过滤工艺进水，关闭排水阀门，利用反冲洗系统实现反冲洗，恢复金属膜的过滤功能。

相比于公知技术，本发明具有如下优点：

1、本发明利用金属膜过滤组件代替滤布滤池高效分离颗粒物，同步提高除磷效率。

2、本发明在外加电场的作用下使金属膜面携带负电荷，抑制带负电颗粒物、微生物在金属滤膜表面附着生长，提高耐污能力，降低反冲洗频率。

3、本发明使用金属膜取代滤布，耐磨，延长使用寿命长。

4、本发明中金属膜组件与水平面成60°倾斜固定，配合顶部穿孔布水槽设计，提高分离性能，降低池体积，节省建设成本。

5、本发明的出水优于公知的滤布滤池，成为污水厂提标改造的有力工具。

附图说明

图1为本发明微电结构抗污金属膜组件滤池的结构示意图，箭头为过滤工艺水流动的方向；

图2为图1的A-A剖面图；

图3为金属膜组件的三视图；

图4穿孔布水槽的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一：结合图1说明本发明的基于微电结构抗污金属膜组件滤池。本实施方式中，基于微电结构抗污金属膜组件滤池由絮凝调节池1、金属膜分离池2和反冲洗系统构成，过滤工艺采取从前到后的运行模式，前端流入污水，后端排出清水，底部排出污泥；反冲洗工艺是在过滤工艺停止后启动，采取从后向前的运行模式，后面反冲水泵进水，前面污泥泵排水。

具体实施方式二：结合图1说明本发明的絮凝均质方式，絮凝调节池1位于金属膜分离池2的前端。所述絮凝调节池1包括污水进水管1-1、搅拌桨1-2、排泥管1-3、污泥泵1-4和溢流孔1-5，其中：

所述污水进水管1-1设置在絮凝调节池1的前壁；

所述溢流孔1-5设置在絮凝调节池1的后壁顶部；

所述搅拌桨1-2设置在絮凝调节池1的内部；

所述排泥管1-3设置在絮凝调节池1的池底；

所述污泥泵1-4与排泥管1-3相连。

污水从污水进水管1-1进入絮凝调节池1，通过絮凝剂混凝和搅拌桨1-2搅拌作用，使一些难以沉降的细颗粒物形成大的絮体，通过溢流孔1-5流入金属滤膜分离池2，实现颗粒物分离。部分沉淀在絮凝调节池1下部的污泥通过排泥管1-3和排泥泵1-4排出。

具体实施方式三：结合图1-4说明本发明的颗粒污染物分离方式，絮凝调节池1的后端为金属膜分离池2，金属膜分离池2通过溢流孔1-5与絮凝调节池1相连接。所述金属膜分离池2包括池体2-1、链条式刮泥机2-2、支撑梁2-3、金属膜组件2-4、清水收集干管2-5、进水穿孔布水槽2-6、支撑牛角2-7、外加电源2-8和固定工字钢2-9，其中：

所述池体2-1为矩形，其前端底部设置有与排泥管1-3相连的梯形污泥坑2-1-1，用于收集链条式刮泥机2-2从池体2-1底部刮出的污泥，刮出的污泥通过排泥管1-3和排泥泵1-4排出；

所述链条式刮泥机2-2设置在池体2-1内，链条式刮泥机2-2的链条由三个导向轴承2-2-2固定，牵引刮板2-2-3在电机2-2-1的带动下在池体2-1底部从后向前运动，将池体2-1底部沉积的污泥刮到污泥坑2-1-1中浓缩收集；

所述金属膜组件2-4与水平面呈60°从前到后多个平行排列放置，两个相邻的金属膜组件2-4要留有足够空间，使它们之间具有足够的污水通道；

所述金属膜组件2-4为封闭的矩形金属板式腔体，腔体的前表面为纳米孔过滤金属膜面板2-4-1，其余五个表面为金属面板2-4-2，腔体的内部从上到下2/3高度的设置有支撑板2-4-3，腔体的底部设置有清水收集支管2-5-1；所述纳米孔过滤金属膜面板2-4-1采用不锈钢材料，厚度为3mm，用激光进行打孔，孔形状为圆形、矩形、星型形中的一种或几种，孔径在0.05~1μm之间，开孔率为70%，打孔范围为膜面上部的2/3，下部的1/3不开孔，不开孔的1/3部分与金属面板2-4-2组成清水收集空间；所述金属面板2-4-2为不开孔不锈钢板材，厚度为5mm；所述支撑板2-4-3为不锈钢板材，其宽度与腔体厚度相同，板材为多个平行，并沿金属膜组件的宽度方向等间距分布，维持纳米孔过滤金属膜面板2-4-1形态，保证在污水的压力下不变形、破裂；

所述清水收集干管2-5沿池体2-1长方向从前到后一侧贴池壁布置，并与每一个清水收集支管2-5-1相连，清水通过纳米孔过滤金属膜面板2-4-1进入清水收集支管2-5-1，然后汇集到清水收集干管2-5最后排出；

所述金属膜组件2-4的底部利用沿池体2-1壁面浇筑的支撑牛角2-7支撑的槽钢支撑梁2-3支撑固定，顶部采用从前到后的工字钢2-9螺丝固定；

所述进水穿孔布水槽2-6位于池体2-1的顶部，通过溢流孔1-5与絮凝调节池1相连接，并从前到后贯穿金属膜分离池2的池体2-1；进水穿孔布水槽2-6的两侧壁底部开有均匀的孔径为3~5mm的布水孔，实现池体2-1顶部的均匀布水；

所述纳米孔过滤金属膜面板2-4-1和进水穿孔布水槽2-6分别与36V直流电源2-8的负极和正极相连接，使纳米孔过滤金属膜面板2-4-1带负电，实现抗污染功效。

污水在絮凝调节池1中经过絮凝均质作用后，顶位通过溢流孔1-5流入与其相连的进水穿孔布水槽2-6，污水从进水穿孔布水槽2-6的小孔流出，均匀的流到带负电的金属膜组件2-4的纳米孔过滤金属膜面板2-4-1，清水透过纳米孔过滤金属膜面板2-4-1表面的纳米孔进入金属膜组件2-4内部被清水收集区收集，然后通过清水收集支管2-5-1汇聚到清水收集干管2-5排出。金属膜组件2-4成60°多组平行安装，有利用于污泥滑落，提高分离性能。因为污水中的细菌、微藻、污泥絮体等带负电，带负电的纳米孔过滤金属膜面板2-4-1与污水中的细菌、微藻、污泥絮体等污染物相排斥，不会在纳米孔过滤金属膜面板2-4-1附着，而沿纳米孔过滤金属膜面板2-4-1表面滑入池底。通过链条式刮泥机2-2，污染物被排入污泥坑2-1-1，通过排泥管1-3和排泥泵1-4排出池体2-1。

具体实施方式三：结合图1-3说明本发明的反冲洗系统和反冲洗方式，反冲系统包含反冲洗水泵2-10和排水阀2-11，其中：

所述反冲洗水泵2-10位于池体2-1之外，与清水收集干管2-5相连；

所述排水阀2-11与清水收集干管2-5相连，位于反冲洗水泵2-10之后。

反冲洗开始时，污水进水停止，关闭排水阀2-11，反冲洗水泵2-10抽取清水，利用清水收集支管2-5-1和清水收集干管2-5进行反冲洗，使清水沿清水收集干管2-5经清水收集支管2-5-1流入金属膜组件2-4内腔室，从内部反冲洗纳米孔过滤金属膜面板2-4-1内表面，与过滤水流的方向相反，在水压力和剪切力作用下，使纳米孔过滤金属膜面板2-4-1表面的污染物剥落下来，然后被冲洗水带走，恢复纳米孔过滤金属膜面板2-4-1的过滤能力，同步开启排泥泵1-4排出反冲洗水，防止污水外溢。

Claims (10)

1.一种基于微电结构抗污金属膜组件滤池，其特征在于所述滤池包括絮凝调节池、金属膜分离池和反冲洗系统，其中：

所述絮凝调节池包括污水进水管、搅拌桨、排泥管、污泥泵和溢流孔；

所述金属膜分离池包括池体、链条式刮泥机、金属膜组件、清水收集干管、进水穿孔布水槽和外加电源；

所述反冲洗系统包括反冲洗水泵和排水阀；

所述污水进水管设置在絮凝调节池的前壁；

所述溢流孔设置在絮凝调节池的后壁顶部；

所述搅拌桨设置在絮凝调节池的内部；

所述排泥管设置在絮凝调节池的池底；

所述污泥泵与排泥管相连；

所述链条式刮泥机设置在池体内；

所述池体的前端底部设置有污泥坑，用于收集链条式刮泥机从池体底部刮出的污泥；

所述污泥坑与排泥管相连；

所述池体内从前到后平行排列放置有多个与水平面呈60°的金属膜组件；

所述金属膜组件为封闭的矩形金属板式腔体；

所述矩形金属板式腔体的前表面为纳米孔过滤金属膜面板，其余五个表面为金属面板；

所述纳米孔过滤金属膜面板的上部打孔，下部与金属面板组成清水收集空间；

所述矩形金属板式腔体的内部设置有多个等间距分布的支撑板；

所述矩形金属板式腔体的底部设置有清水收集支管；

所述清水收集干管沿池体长方向从前到后一侧贴池壁布置，并与每一个清水收集支管相连；

所述进水穿孔布水槽位于池体的顶部并从前到后贯穿金属膜分离池的池体；

所述进水穿孔布水槽通过溢流孔与絮凝调节池相连接，且穿孔布水槽的两侧壁下部从前到后开有多个布水孔；

所述纳米孔过滤金属膜面板和进水穿孔布水槽分别与外加电源的负极和正极相连接；

所述反冲洗水泵位于池体之外，与清水收集干管相连；

所述排水阀与清水收集干管相连接，位于反冲洗水泵后端。

2.根据权利要求1所述的基于微电结构抗污金属膜组件滤池，其特征在于所述池体为矩形，污泥坑为梯形。

3.根据权利要求1或2所述的基于微电结构抗污金属膜组件滤池，其特征在于所述链条式刮泥机的链条由三个导向轴承固定，牵引刮板在电机的带动下在池体底部从后向前运动。

4.根据权利要求1所述的基于微电结构抗污金属膜组件滤池，其特征在于所述纳米孔过滤金属膜面板采用不锈钢材料，厚度为3mm，打孔范围为膜面上部的2/3。

5.根据权利要求4所述的基于微电结构抗污金属膜组件滤池，其特征在于所述孔的形状为圆形、矩形、星型形中的一种或几种，孔径在0.05~1μm之间，采用激光开孔，开孔率为70%。

6.根据权利要求1所述的基于微电结构抗污金属膜组件滤池，其特征在于所述金属面板为不开孔不锈钢板材，厚度为5mm。

7.根据权利要求1所述的基于微电结构抗污金属膜组件滤池，其特征在于所述支撑板为不锈钢板材，其宽度与腔体厚度相同，并沿金属膜组件的宽度方向等间距分布。

8.根据权利要求1所述的基于微电结构抗污金属膜组件滤池，其特征在于所述布水孔的孔径为3~5mm。

9.根据权利要求1所述的基于微电结构抗污金属膜组件滤池，其特征在于所述金属膜组件的底部利用沿池体壁面浇筑的支撑牛角支撑的槽钢支撑梁支撑固定，顶部采用工字钢螺丝固定。

10.一种利用权利要求1-9任一权利要求所述的基于微电结构抗污金属膜组件滤池进行净水的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

步骤一、污水从污水进水管进入絮凝调节池，通过混凝和搅拌桨搅拌作用，使细颗粒物形成大的絮体，通过溢流孔流入金属滤膜分离池，实现颗粒物分离，与此同时，部分沉淀在絮凝调节池下部的污泥通过排泥管和排泥泵排出；

步骤二、污水在絮凝调节池中经过絮凝均质作用后，顶位通过溢流孔流入与其相连的进水穿孔布水槽，污水从进水穿孔布水槽的布水孔流出，水从上到下均匀的流到带负电的纳米孔过滤金属膜面板上，形成池顶布水的水力流态，清水透过纳米孔过滤金属膜面板表面的纳米孔进入金属膜组件内部被清水收集区收集，然后通过清水收集支管汇聚到清水收集干管排出；与此同时，污泥沿纳米孔过滤金属膜面板表面滑入池底部，被链条刮泥机刮入污泥坑，通过排泥泵排出；

步骤三、当金属膜分离池的水位上升超过设计高度，停止过滤工艺进水，关闭排水阀，反冲洗水泵抽取清水，利用清水收集支管和清水收集干管进行反冲洗，使清水从金属膜组件腔体内部反冲洗纳米孔与过滤水流的方向相反，在水力剪切作用下，使堵住纳米孔的污染物剥落下来，然后被冲洗水带走，恢复纳米孔过滤金属膜面板的过滤能力，同步排泥泵排出反冲洗水，防止污水外溢。