CN109331660B - 一种水处理超滤系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水处理超滤系统，属于水处理技术领域。一种水处理超滤系统，包括：原水池、至少两组并列设置的超滤膜过滤系统、产水池以及反洗系统；原水池与超滤膜过滤系统连通，超滤膜过滤系统分别连通净水输出管，净水输出管的一端与产水池连通，净水输出管的另一端与反洗系统连通；反洗系统和产水池将多个超滤膜过滤系统分别连通，使多个超滤膜过滤系统之间并列设置。本发明可以通过反洗系统使两个超滤膜过滤系统之间实现交互反洗，不需要设置反洗水箱，节约了水资源，避免水箱呼吸作用影响而给超滤膜带来二次污染。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种水处理超滤系统。
背景技术
近些年膜分离技术凭借分离效率高，能耗低，操作简单等优点，已在电力、冶金、石油石化、医药、食品、水源治理、市政工程、污水回用及海水淡化等领域得到广泛应用。超滤膜除应用于以上一些领域外，它作为一种高精度、节能、环保的过滤技术具有极强的应用拓展性。可以和一种或多种技术相结合，来替代传统工艺，促使传统技术及产业升级。在水处理中可通过高截留实现对水中各类悬浮物、大分子颗粒以及胶体污染物的分离滤除，满足水质净化及后续深度处理的要求。尽管超滤膜在水处理应用中有传统过滤法无法比拟的优势，但是膜污染在一定程度上限制了超滤膜的使用：膜污染引起膜通量衰减致使清洗维护频繁，增加了药剂投加量及清洗水排放量；药剂投加及膜更换费用增加了运行成本。
超滤膜过滤系统的设计一般遵循膜制造商提供的一套标准化设计方案，其中包括当膜遭受深层污堵的情况下，通过反洗恢复通量，但这种反洗实际上也存在着一定的缺陷。首先，从反洗水箱经反洗泵将反洗用水注入超滤膜系统时，受水箱呼吸作用影响易给超滤膜带来二次污染；其次，超滤膜的深层污堵在一定程度上受膜表面微孔分布的均匀性和孔结构影响，为此常规设计中的反洗压力、流量和流速要求都较高，过高的反洗压力和数倍于产水能力的反洗水量容易对膜丝造成机械损伤；再者，类似的反洗设计水量消耗过大，直接影响系统产能和水利用率，加之能耗过大使得制水成本有所上升。此外，常规设计的反洗过程中，会对已破损的膜造成更大的损伤，反洗频度越高，系统漏点越多。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水处理超滤系统，以解决现有超滤膜过滤系统的反洗会对超滤膜带来二次污染等问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种水处理超滤系统，包括：原水池、至少两组并列设置的超滤膜过滤系统、产水池以及反洗系统；
原水池通过原水输入管和进水阀与超滤膜过滤系统连通，每一个超滤膜过滤系统分别连通净水输出管，净水输出管的一端通过产水阀与产水池连通，净水输出管的另一端与反洗系统连通；
反洗系统包括通过管道首尾连通的第一反洗阀、第二反洗阀、第三反洗阀和第四反洗阀，连接第一反洗阀与第二反洗阀的管道以及连接第三反洗阀与第四反洗阀的管道分别与净水输出管连通，连接第一反洗阀与第四反洗阀的管道通过反洗泵与连接第二反洗阀和第三反洗阀的管道连通。
本发明可以通过反洗系统使两组超滤膜过滤系统之间实现交互反洗，不需要设置反洗水箱，节约了水资源，避免水箱呼吸作用影响而给超滤膜带来二次污染，可以在较短时间内完成反洗维护。通过两组超滤膜过滤系统之间实现反洗，超滤膜的两侧在浓度差以及压力差产生的势能作用使得膜微孔内的污染物更快速地离开膜微孔，继而通过高速循环被带走排出，同时，由于是低压冲洗，不会对膜本身造成机械损伤。
过滤过程：两组超滤膜过滤系统并联，并且两根净水输出管之间通过一个反洗系统连接。在进行过滤时，反洗系统中的第一反洗阀、第二反洗阀、第三反洗阀和第四反洗阀均关闭，原水从原水池经原水输入管进入超滤膜过滤系统，原水在各超滤膜过滤系统中被超滤膜进行过滤后经净水输出管进入产水池中。
反洗过程：(1)根据需要进行反洗的超滤膜过滤系统，根据反洗泵的流向选择性关闭第一反洗阀和第三反洗阀或第二反洗阀和第四反洗阀，使另一个超滤膜过滤系统净化后的水能够进入待反洗的超滤膜过滤系统中；关闭与待反洗的超滤膜过滤系统相对应的进水阀和产水阀；(2)启动反洗泵，将另一个超滤膜过滤系统中产生的净水加压进入待反洗的超滤膜过滤系统中，使得待反洗的超滤膜过滤系统中超滤膜两侧具有浓度差以及压力差，实现膜微孔内的污染物更快速地离开膜微孔。其它超滤膜过滤系统的反洗均按上述步骤即可实现，从而实现来年各个超滤膜过滤系统之间的交互式反洗。
进一步地，上述超滤膜过滤系统包括多个并排设置的超滤膜组件；超滤膜组件的底部设有进水口和回流口，超滤膜组件的顶部设有净水出水口和浓水出水口；进水口与原水输入管连通，净水出水口与净水输出管连通；浓水出水口连通回流管，回流管通过溶气泵和回流阀与回流口连通。
本发明在正常工作过程中，溶气泵处于工作状态，此时溶气泵中只有原水水流，部分原水通过溶气泵重新进入超滤膜组件中，提高膜进水流速，使液体在膜壳内形成湍流，溶质呈悬混状态，污染物不易在膜表面粘附。在反洗时，溶气泵的气阀打开，气体进入溶气泵中并与水流一起进入超滤膜组件中，气液混合循环在膜壳产生张力错流，加大了膜表面冲刷力度，对膜丝的擦洗更彻底，膜表面污染得到抑制。通过溶气泵将原水回流实现超滤膜的清理，原水利用率可以达到98％以上，系统运行排废量大幅度降低。
进一步地，连接溶气泵与回流口的管道设有单向阀。
本发明的单向阀可以防止原水倒流从而冲击溶气泵，防止溶气泵的损坏。
进一步地，上述回流管与原水池连通。
本发明在反洗时，可以将正在进行反洗的超滤膜过滤系统中多余的水排入原水池中，提高原水的利用率。
进一步地，上述回流管设有安全阀。
本发明在反洗过程中，超滤膜组件中的压力会逐渐增大，其中的气体压缩后产生较高的气压，安全阀用于排掉管道中的气体。气压超过安全阀的起跳压力后，会自动打开安全阀，泄放较高的气压，避免较高的气压带来危险。
进一步地，上述还包括化学清洗系统；化学清洗系统包括串联的加药箱和计量泵，加药箱通过开关阀与净水输出管连通，计量泵与连接第二反洗阀和第三反洗阀的管道连通。
本发明在反洗系统上连接化学清洗系统，将化学药剂带入超滤膜过滤系统中对超滤膜进行化学清洗，化学药剂借助超滤膜两侧势能，缩短化学清洗时间，避免常规化学清洗需要长浸泡时间的问题。同时，加药箱与净水输出管连通，化学药剂需要的水不需要从外界添加，通过计量泵进行加药，药剂的使用能够定量，节约了水、药等资源，同时减轻环境的负担。此外，加药箱与净水输出管连通后，化学药剂进入超滤膜组件中进行化学反应后，可以从净水输出管流回加药箱，提高化学药剂回收率。
进一步地，上述化学清洗系统的数量至少为1组。
本发明设置至少一个化学清洗系统可以添加不同的药剂，如柠檬酸、氢氧化钠、盐酸、草酸等，还可以减轻管道的负担，改变药剂的使用量。
进一步地，在沿原水池至超滤膜过滤系统的方向，上述原水输入管依次设有原水泵和保安过滤器。
本发明的原水泵用于将原水泵入后续装置中。保安过滤器用于初步除去细小微粒，以减小细小微粒对超滤膜的负担。
进一步地，上述保安过滤器为叠片过滤器。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明可以通过反洗系统使两组超滤膜过滤系统之间实现交互反洗，不需要设置反洗水箱，节约了水资源，避免水箱呼吸作用影响而给超滤膜带来二次污染。
(2)本发明在两组超滤膜过滤系统之间实现反洗，超滤膜的两侧在浓度差以及压力差产生的势能作用使得膜微孔内的污染物更快速地离开膜微孔，同时，由于是低压冲洗，不会对膜本身造成机械损伤。
(3)本发明采用溶气泵使部分原水进行回流，提高膜进水流速，使液体在膜壳内形成湍流，溶质呈悬混状态，污染物不易在膜表面粘附；同时，气液混合循环在膜壳产生张力错流，加大了膜表面冲刷力度，对膜丝的擦洗更彻底，膜表面污染得到抑制。
(4)本发明的反洗系统连接化学清洗系统，能够避免常规化学清洗需要长浸泡时间的问题，同时节约了水、药等资源，减轻了环境的负担。
附图说明
图1为本发明的水处理超滤系统的流程示意图；
图2为本发明的超滤膜过滤系统的流程图；
图3为本发明的超滤膜组件的结构示意图；
图4为本发明的反洗系统的流程图；
图5为本发明的化学清洗系统的流程图；
图6和图7为本发明的反洗原理图。
图中：10－原水池；11－原水输入管；12－保安过滤器；20－超滤膜过滤系统；21－超滤膜组件；22－进水口；23－回流口；24－净水出水口；25－浓水出水口；26－回流管；27－安全阀；30－产水池；31－净水输出管；40－反洗系统；50－化学清洗系统；51－加药箱；52－计量泵。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例
请参照图1，一种水处理超滤系统，包括：原水池10、2组并列设置的超滤膜过滤系统20a和20b、产水池30、反洗系统40以及2组化学清洗系统50。
原水池10通过原水输入管11分别与超滤膜过滤系统20a和20b连通，原水从原水输入管11进行分流分别进入2组超滤膜过滤系统20中，使2组超滤膜过滤系统20形成并列关系。原水输入管11沿原水池10至超滤膜过滤系统20的方向依次设有原水泵P04、保安过滤器12和进水阀F01。在本实施例中，保安过滤器12为叠片过滤器。
请参照图1至图3，超滤膜过滤系统20包括多个并排设置的超滤膜组件21，超滤膜组件21中设有用于过滤的超滤膜。超滤膜组件21的底部设有进水口22和回流口23，顶部设有净水出水口24和浓水出水口25。进水口22与原水输入管11连通。净水出水口24与净水输出管31连通，净水输出管31还通过产水阀F02与产水池30连通，净水输出管31还与反洗系统40连通，即反洗系统40将2根净水输出管31连通。浓水出水口25与回流管26连通，回流口23通过回流阀F07、溶气泵P03以及单向阀F08与回流管26连通，回流阀F07、溶气泵P03以及单向阀F08沿回流管26到回流口23的方向依次设置，溶气泵P03上设有气阀，并且溶气泵P03的流向为回流管26到回流口23的方向，回流管26上还设有安全阀27并且回流管26还与原水池10连通。
请参照图1和图4，反洗系统40包括首尾通过管道连通的第一反洗阀F03、第二反洗阀F04、第三反洗阀F05和第四反洗阀F06，连接第一反洗阀F03与第二反洗阀F04的管道通过净水输出管31与超滤膜过滤系统20a连通，连接第三反洗阀F05与第四反洗阀F06的管道通过净水输出管31与超滤膜过滤系统20b连通。连接第一反洗阀F03与第四反洗阀F06的管道通过反洗泵P02和单向阀与连接第二反洗阀F04和第三反洗阀F05的管道连通，反洗泵P02的流向为连接第二反洗阀F04和第三反洗阀F05的管道至连接第一反洗阀F03与第四反洗阀F06的管道的方向。连接第二反洗阀F04和第三反洗阀F05的管道还与化学清洗系统50连通。
请参照图1和图5，化学清洗系统50包括串联的加药箱51和计量泵52，2个加药箱51均添加柠檬酸，计量泵52用于控制泵入的药量。加药箱51通过开关阀F09通过净水输出管31与超滤膜过滤系统20a连通，计量泵52与连接第二反洗阀F04和第三反洗阀F05的管道连通。显然，加药箱51可以与任意一根净水输出管31连通，加药箱51中可以添加柠檬酸、氢氧化钠、盐酸、草酸等药剂中的任意一种。在本发明的其它实施例中，化学清洗系统50的数量还可以是1组、3组、4组等。
在本发明的其它实施例中，超滤膜过滤系统20的数量还可以是3组、4组、5组等，超滤膜过滤系统20可以两两通过反洗系统40连通；也可以只设置1个反洗系统40，第一反洗阀F03与第二反洗阀F04之间连接的管道和第三反洗阀F05与第四反洗阀F06之间连接的管道均可以连接一个或多个超滤膜过滤系统20，即一个或多个超滤膜过滤系统20对其它超滤膜过滤系统20进行反洗。溶气泵P03上的气阀根据超滤膜两侧的压差自动开关，即超滤膜净水侧的压力大于原水侧的压力时，溶气泵P03上的气阀自动打开，反之则自动关闭，具体地，在超滤膜组件21中设置用于检测超滤膜两侧压差的压差传感器，压差传感器与溶气泵P03上的气阀通信连接后，气阀可以通过压差信号实现自动开关。
请参照图6和图7，以下结合本实施例对过滤过程、反洗过程、化学反洗过程等过程的原理进行说明。
过滤过程：(1)关闭第一反洗阀F03、第二反洗阀F04、第三反洗阀F05和第四反洗阀F06，回流阀F07，单向阀F08以及开关阀F09，打开进水阀F01和产水阀F02；(2)启动原水泵P04，原水经过原水输入管11进入超滤膜过滤系统20中进行过滤；(3)过滤后的净水通过净水输出管31进入产水池30中。
对超滤膜过滤系统20b的反洗过程：(1)关闭第一反洗阀F03和第三F05，打开第二反洗阀F04和第四反洗阀F06，关闭开关阀F09，关闭与超滤膜过滤系统20b对应的进水阀F01和产水阀F02；(2)启动反洗泵P02，超滤膜过滤系统20a产水的部分净水通过反洗泵P02进入超滤膜过滤系统20b；(3)当超滤膜过滤系统20b中的超滤膜两侧压力为：净水侧压力大于原水侧压力时，与超滤膜过滤系统20a相对应的溶气泵P03、回流阀F07和单向阀F08打开，部分原水通过溶气泵P03从浓水出水口25回流至回流口23，多余的原水经浓水出水口25回流至原水池10。超滤膜两侧在反洗泵P02的作用下具有浓度差和压力差，使得膜微孔内的污染物更快速地离开膜微孔；超滤膜组件21的进水口22处在溶气泵P03的作用下形成湍流，溶质呈悬混状态，污染物不易在膜表面粘附；超滤膜组件21内的气液混合循环在膜壳产生张力错流，加大了膜表面冲刷力度，对膜丝的擦洗更彻底。
对超滤膜过滤系统20a的反洗过程：(1)打开第一反洗阀F03和第三F05，关闭第二反洗阀F04和第四反洗阀F06，关闭开关阀F09，关闭与超滤膜过滤系统20a对应的进水阀F01和产水阀F02；(2)(2)启动反洗泵P02，超滤膜过滤系统20b产水的部分净水通过反洗泵P02进入超滤膜过滤系统20a；(3)当超滤膜过滤系统20a中的超滤膜两侧压力为：净水侧压力大于原水侧压力时，与超滤膜过滤系统20a相对应的溶气泵P03、回流阀F07和单向阀F08打开，部分原水通过溶气泵P03从浓水出水口25回流至回流口23，多余的原水经浓水出水口25回流至原水池10。
对超滤膜过滤系统20b的化学反洗过程：在对超滤膜过滤系统20b的反洗过程中，(1)打开开关阀F09，将超滤膜过滤系统20a产生的部分净水输送至加药箱51中；(2)关闭开关阀F09，向加药箱51中添加化学药剂，使化学药剂充分与溶解，形成药液；(3)打开计量泵52，将药液输送至反洗管道中，药液跟随超滤膜过滤系统20a产生的部分净水进入超滤膜过滤系统20b中，药液对超滤膜进行化学清洗。在反洗过程的作用下，化学反洗能够借助超滤膜两侧势能，缩短化学清洗时间。
对超滤膜过滤系统20a的化学反洗过程与对超滤膜过滤系统20b的化学反洗过程相反，此时在对超滤膜过滤系统20a的反洗过程中，进行上述步骤即可实现对超滤膜过滤系统20a的化学反洗。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种水处理超滤系统，其特征在于，包括：原水池(10)、至少两组并列设置的超滤膜过滤系统(20)、产水池(30)以及反洗系统(40)；所述原水池(10)通过原水输入管(11)和进水阀与所述超滤膜过滤系统(20)连通，每一个所述超滤膜过滤系统(20)分别连通净水输出管(31)，所述净水输出管(31)的一端通过产水阀与所述产水池(30)连通，所述净水输出管(31)的另一端与所述反洗系统(40)连通；所述反洗系统(40)包括通过管道首尾连通的第一反洗阀(F03)、第二反洗阀(F04)、第三反洗阀(F05)和第四反洗阀(F06)，连接第一反洗阀(F03)与第二反洗阀(F04)的管道以及连接第三反洗阀(F05)与第四反洗阀(F06)的管道分别与所述净水输出管(31)连通，连接第一反洗阀(F03)与第四反洗阀(F06)的管道通过反洗泵(P02)与连接第二反洗阀(F04)和第三反洗阀(F05)的管道连通；所述超滤膜过滤系统(20)包括多个并排设置的超滤膜组件(21)；所述超滤膜组件(21)的底部设有进水口(22)和回流口(23)，所述超滤膜组件(21)的顶部设有净水出水口(24)和浓水出水口(25)；所述进水口(22)与所述原水输入管(11)连通，所述净水出水口(24)与所述净水输出管(31)连通；所述浓水出水口(25)连通回流管(26)，所述回流管(26)通过溶气泵(P03)和回流阀(F07)与所述回流口(23)连通，
连接所述溶气泵(P03)与所述回流口(23)的管道设有单向阀(F08)，
对第一超滤膜过滤系统(20b)的反洗过程：(1)关闭第一反洗阀(F03)和第三反洗阀(F05)，打开第二反洗阀(F04)和第四反洗阀(F06)，关闭开关阀(F09)，关闭与第一超滤膜过滤系统(20b)对应的进水阀(F01)和产水阀(F02)；(2)启动反洗泵(P02)，第二超滤膜过滤系统(20a)产水的部分净水通过反洗泵(P02)进入第一超滤膜过滤系统(20b)；(3)当第一超滤膜过滤系统(20b)中的超滤膜两侧压力为：净水侧压力大于原水侧压力时，与第二超滤膜过滤系统(20a)相对应的溶气泵(P03)、回流阀(F07)和单向阀(F08)打开，部分原水通过溶气泵(P03)从浓水出水口(25)回流至回流口(23)，多余的原水经浓水出水口(25)回流至原水池(10)，超滤膜两侧在反洗泵(P02)的作用下具有浓度差和压力差，使得膜微孔内的污染物更快速地离开膜微孔；超滤膜组件(21)的进水口(22)处在溶气泵(P03)的作用下形成湍流，溶质呈悬混状态，污染物不易在膜表面粘附；超滤膜组件(21)内的气液混合循环在膜壳产生张力错流，加大了膜表面冲刷力度，对膜丝的擦洗更彻底；
对第二超滤膜过滤系统(20a)的反洗过程：(1)打开第一反洗阀(F03)和第三反洗阀(F05)，关闭第二反洗阀(F04)和第四反洗阀(F06)，关闭开关阀(F09)，关闭与第二超滤膜过滤系统(20a)对应的进水阀(F01)和产水阀(F02)；(2)启动反洗泵(P02)，第一超滤膜过滤系统(20b)产水的部分净水通过反洗泵(P02)进入第二超滤膜过滤系统(20a)；(3)当第二超滤膜过滤系统(20a)中的超滤膜两侧压力为：净水侧压力大于原水侧压力时，与第二超滤膜过滤系统(20a)相对应的溶气泵(P03)、回流阀(F07)和单向阀(F08)打开，部分原水通过溶气泵(P03)从浓水出水口(25)回流至回流口(23)，多余的原水经浓水出水口(25)回流至原水池(10)；
还包括化学清洗系统(50)；所述化学清洗系统(50)包括串联的加药箱(51)和计量泵(52)，所述加药箱(51)通过开关阀(F09)与所述净水输出管(31)连通，所述计量泵(52)与连接第二反洗阀(F04)和第三反洗阀(F05)的管道连通。
2.根据权利要求1所述的水处理超滤系统，其特征在于，所述回流管(26)与所述原水池(10)连通。
3.根据权利要求2所述的水处理超滤系统，其特征在于，所述回流管(26)设有安全阀(27)。
4.根据权利要求1所述的水处理超滤系统，其特征在于，所述化学清洗系统(50)的数量至少为1组。
5.根据权利要求1至4任一项所述的水处理超滤系统，其特征在于，在沿所述原水池(10)至所述超滤膜过滤系统(20)的方向，所述原水输入管(11)依次设有原水泵和保安过滤器(12)。
6.根据权利要求5所述的水处理超滤系统，其特征在于，所述保安过滤器(12)为叠片过滤器。
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2018
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