CN110204089A - 利用管式膜进行污水深度处理的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用管式膜进行污水深度处理的系统和方法，系统包括原水箱、混凝剂投加装置、粉末活性炭投加装置、U型管、管式膜分离装置、污泥罐；市政污水厂的尾水首先进入原水箱，对来水在线投加混凝剂以及粉末活性炭，通过U型管进行快速混合，对污水中的难降解污染物进行吸附，同时发生化学反应生成含磷的微絮体，末端采用管式膜分离装置对混合液中的颗粒、杂质进行截留，净水透过膜排出，出水水质可达到《地表水环境质量标准》Ⅳ类及以上标准；管式膜分离装置定期进行反洗，排出含有炭粉和微絮体的泥渣进入污泥罐中储存，将一部分污泥输送至混凝剂投加点之前，实现污泥的回流以强化处理效果。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体是指一种利用管式膜进行污水深度处理的系统和方法。
背景技术
目前国内外对于污水中总磷的去除，分为化学除磷和生物除磷。生物除磷工艺流程简单，既不投药，也无需考虑混合液回流，其建设费及运行费都较低，工艺比较成熟，但仅依靠生化法无法实现水中低浓度磷的去除，出水水质无法达到《地表水环境质量标准》中Ⅳ类水对于总磷的要求；目前针对污水厂尾水中低浓度磷元素的去除，常用的主要有：高密度沉淀池，磁混凝沉淀、加药气浮等。
高密度沉淀池工艺技术成熟、应用范围广、处理负荷高、出水总磷低；但存在占地面积较大、药剂费偏高等不足；磁混凝工艺处理负荷更高、占地面积更小、分离效果更好，但比传统混凝工艺增加了磁粉投加费用、同时磁粉需回收处置、工艺较复杂；气浮除磷工艺具有处理负荷高、占地面积小、分离效果好、出水总磷低等优点，但由于需要恒定供应空气导致电费较高、运营费用偏高、系统管理较复杂。
目前国内外对于污水中低浓度COD的去除，常见的有：活性炭吸附法、芬顿氧化法、双膜过滤法、臭氧氧化法。粉末活性炭吸附工艺具有吸附能力强、出水水质好、抗来水冲击力强等优点，但粉末活性炭需要回收处理；芬顿氧化工艺具有脱色效果好、出水COD浓度低等优点，但存在操作复杂、污泥量大、药剂费较高等缺点；双膜过滤工艺具有自控程度高、操作简单、出水水质好等优点，但存在投资费较高、能耗较高等缺点；臭氧氧化法具有氧化速度快、脱色效果好、出水COD浓度低等优点，但系统稳定性较差、能耗较高、臭氧本身危害性较大。
污水深度处理工艺的发展已不仅仅是要求较高的污染物去除率，而且要求工艺更多元化、集成性更强、功能性更强、更经济节能，为了能够同时稳定的去除污水中低浓度的总磷和COD，仅采用单一的处理工艺无法达到，因此寻找一种新型的、稳定可靠的、占地较小的、工艺控制灵活、运行维护管理方便、投资运行费用更节省的污水深度处理工艺就显得至关重要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种利用管式膜进行污水深度处理的系统和方法。
为实新上述目的，本发明一方面提供的利用管式膜进行污水深度处理的系统，其特征在于：包括原水箱、混凝剂投加装置、粉末活性炭投加装置、U型管、管式膜分离装置和污泥罐；还包括一级提升泵，所述一级提升泵通过进水管道与原水箱的进口连接，所述原水箱的出口与所述U型管的进口通过管道相连接；所述混凝剂投加装置、所述粉末活性炭投加装置分别依次通过加药管道、加炭管道与所述原水箱的出水管道相连接；
所述混凝剂投加装置包含混凝剂加药箱、混凝剂加药泵和混凝剂搅拌器；所述混凝剂搅拌器安装于混凝剂加药箱内，用于混凝剂加药箱内水与混凝剂粉末的搅拌溶解，所述混凝剂加药箱底部的出口与混凝剂加药泵的进口通过加药管道相连接；
所述粉末活性炭投加装置包含粉末活性炭加药箱、粉末活性炭加药泵和粉末活性炭搅拌器；所述粉末活性炭搅拌器安装于粉末活性炭加药箱内，用于粉末活性炭加药箱内水与粉末活性炭的搅拌混合均匀，所述粉末活性炭加药箱底部的出口与粉末活性炭加药泵的进口通过加炭管道相连接；所述U型管的出口通过二级提升泵与所述管式膜分离装置的进水管连接；所述管式膜分离装置的进水管和出水管均安装有压力表和流量计，管式膜分离装置的出水管与所述污泥罐的进口连接，所述污泥罐的出口与污泥泵连接以实现污泥的回流以强化处理效果，剩余污泥排入原有系统的污泥收集系统；所述污泥泵还通过管道与所述原水箱的出水管道相连接。
所述管式膜分离装置由多组超滤膜组件构成，且以超滤膜为过滤介质，过滤方式为错流过滤，超滤膜平均孔径范围0.03～1.0微米，操作压为0.2～0.3MPa，产水通量为500～550L/(m2.h)，水回收率94％～97％，产水浊度＜0.1NTU，超滤膜膜丝材质为高密度聚乙烯，超滤膜膜壳采用聚氯乙烯材质；
所述污泥罐内设有污泥搅拌器通过其持续搅拌以防止污泥中炭粉和微絮体的沉降。
进一步地，所述U型管由5～6个U字型结构的UPVC管件加工制成，单个U型管件由两根UPVC直管和一根UPVC弯管加工制成。
市政污水厂的尾水首先经过一级提升泵提升进入原水箱，原水箱与U型管通过管道相连接，混凝剂投加装置、粉末活性炭投加装置分别依次通过加药管道与所述原水箱的出水管道相连接，混凝剂投加装置包含混凝剂加药箱、混凝剂加药泵、混凝剂搅拌器，粉末活性炭投加装置包含粉末活性炭加药箱、粉末活性炭加药泵、粉末活性炭搅拌器，对来水在线投加混凝剂以及粉末活性炭，通过U型管进行快速混合，对污水中的难降解污染物进行吸附，同时发生化学反应生成含磷的微絮体，反应后含有大量炭粉及含磷微絮体的泥水混合物，通过二级提升泵的提升进入管式膜分离装置，对泥水混合液中的颗粒、杂质、胶体等进行过滤分离，净水透过膜表面排出，出水COD及总磷含量可达到《地表水环境质量标准》Ⅳ类及以上标准。
管式膜分离装置进水管和出水管均安装压力表和流量计，膜组件需定期进行反洗，长期运行累积并附着在膜表面的炭粉和微絮体被反冲排入污泥罐中储存，将一部分污泥通过污泥泵输送至混凝剂投加点之前，实现污泥的回流以强化处理效果，剩余污泥排入原有系统的污泥收集系统。污泥泵通过管道与所述原水箱的出水管道相连接。
本发明另一方面提供的利用管式膜进行污水深度处理的方法，其特征在于：它运用如权利要求1所述利用管式膜进行污水深度处理的系统，具体包括以下步骤：
步骤1)市政污水厂的尾水经一级提升泵提升进入原水箱，对来水在线投加混凝剂以及粉末活性炭，通过U型管进行快速混合，对污水中难降解的有机污染物进行吸附，同时发生化学反应生成含磷的微絮体；
步骤2)：步骤1)反应后所产生的含有大量炭粉及含磷微絮体的泥水混合物，通过二级提升泵的提升进入管式膜分离装置，对泥水混合液中的颗粒、杂质、胶体等进行过滤分离，净水透过膜表面排出，出水COD及总磷含量达到《地表水环境质量标准》Ⅳ类及以上标准；
步骤3)：所述管式膜分离装置定期反洗，频率为每运行10～20分钟反洗一次，利用膜的产水对膜组件进行反洗，使得长期运行累积并附着在膜表面的炭粉和微絮体被反冲排入污泥罐中储存；
步骤4)：将所述步骤3)污泥罐中储存的一部分污泥，通过污泥泵输送至混凝剂投加点之前，实现污泥的回流以强化处理效果，剩余污泥排入原有系统的污泥收集系统。
进一步地，所述步骤1)中，混凝剂的加药量为30～50mg/L，粉末活性炭的加药量为20～30mg/L；所述U型管内确保污水与粉末活性炭以及混凝剂的混合接触时间大于30秒。
更进一步地，所述步骤3)中，所述管式膜分离装置定期进行化学清洗和空气擦洗，清洗周期为7～45天/次；所述管式膜分离装置还设有自控系统，具体控制程序为：
a.将系统初始产水瞬时流量设为q0，当产水瞬时流量下降至0.5q0，自动启动反洗程序；
b.将系统进水初始压力设为P0,当进水压力升高至1.5P0，自动启动反洗、气洗程序；
c.将系统初始日累计产水总量设为Q0,当日累计产水总量降至0.75Q0，自动启动化学清洗。
更进一步地，所述步骤4)中，污泥回流比取值30％-50％。
本发明具有以下特点和有益效果：
对于污水处理厂尾水中低浓度的总磷及COD，采用在线加药混凝+粉末活性炭吸附+管式膜分离的组合工艺，集加药混凝、泥水分离、活性炭吸附、膜过滤为一体，对来水的总磷、COD、悬浮物均具有较好的去除效果，出水可满足地表水的排放标准。与传统工艺相比，本发明具有占地面积小、工艺灵活、工程投资省、出水水质高、操作维护简单、自动化程度高等有益效果。
附图说明
图1：本发明的系统结构图；
图2：本发明的方法流程图。
图中：原水箱1，混凝剂投加装置2，粉末活性炭投加装置3，U型管4，管式膜分离装置5，污泥罐6，一级提升泵7，混凝剂加药箱8，混凝剂加药泵9，混凝剂搅拌器10，粉末活性炭加药箱11，粉末活性炭加药泵12，粉末活性炭搅拌器13，二级提升泵14，污泥泵15，污泥搅拌器16。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示的利用管式膜进行污水深度处理的系统，包括原水箱1、混凝剂投加装置2、粉末活性炭投加装置3、U型管4、管式膜分离装置5、污泥罐6；
市政污水厂的尾水首先经过一级提升泵7提升进入原水箱1，原水箱1与U型管4通过管道相连接，混凝剂投加装置2、粉末活性炭投加装置3分别依次通过加药管道与原水箱1的出水管道相连接，混凝剂投加装置2包含混凝剂加药箱8、混凝剂加药泵9、混凝剂搅拌器10，粉末活性炭投加装置3包含粉末活性炭加药箱11、粉末活性炭加药泵12、粉末活性炭搅拌器13，对来水在线投加混凝剂以及粉末活性炭，通过U型管4进行快速混合，对污水中的难降解污染物进行吸附，同时发生化学反应生成含磷的微絮体，反应后含有大量炭粉及含磷微絮体的泥水混合物，通过二级提升泵14的提升进入管式膜分离装置5，对泥水混合液中的颗粒、杂质、胶体等进行过滤分离，净水透过膜表面排出，出水COD及总磷含量可达到《地表水环境质量标准》Ⅳ类及以上标准。
管式膜分离装置5进水管和出水管均安装压力表和流量计，膜组件需定期进行反洗，长期运行累积并附着在膜表面的炭粉和微絮体被反冲排入污泥罐6中储存，将一部分污泥通过污泥泵15输送至混凝剂投加点之前，实现污泥的回流以强化处理效果，剩余污泥排入原有系统的污泥收集系统。污泥泵15通过管道与原水箱1的出水管道相连接。
上述U型管4由5～6个U字型结构的UPVC管件加工制成，单个U型管件由两根UPVC直管和一根UPVC弯管加工制成。管式膜分离装置5由多组超滤膜组件构成，以超滤膜为过滤介质，过滤方式为错流过滤，膜平均孔径范围0.03～1.0微米，操作压为0.2～0.3MPa，产水通量为500～550L/(m2.h)，水回收率94％～97％，产水浊度＜0.1NTU，膜丝材质为高密度聚乙烯(HDPE)，膜壳采用聚氯乙烯(UPVC)材质。污泥罐6还配有污泥搅拌器16，通过持续搅拌以防止污泥中炭粉和微絮体的沉降。本实施例的系统可实现PLC全自动控制。
本发明采用了“在线加药混凝+粉末活性炭吸附+管式膜分离”的组合工艺对市政污水厂的尾水进行深度处理，集加药混凝、泥水分离、活性炭吸附、膜过滤为一体，技术原理如下：
通过向来水中投加一定量的混凝剂，破坏水中细小颗粒的稳定性，使其互相接触而凝聚在一起，形成絮状物，通过此种方式可使水中的总磷形成磷酸盐沉淀悬浮于水中；同时向来水投加一定量的粉末活性炭，对污水中难降解的有机物进行吸附，从而降低污水的COD含量，混凝剂与粉末活性炭投加以后，通过特殊结构的U型管，增加药剂与污水的接触时间，使之不小于30秒，经过充分反应的泥水混合物经提升后进入管式膜分离装置，在压力推动力下，污水流经膜表面，小于膜孔的水及小分子溶质透过膜，成为净水；大于膜孔的溶质及溶质集团(含磷絮体、粉末活性炭)被截留经反洗后排入污泥罐。管式膜分离装置所产净水中的总磷、COD含量、悬浮物含量被大大降低，出水水质可稳定达到地表Ⅳ类及以上标准。
如图2所示的利用管式膜进行污水深度处理的方法，包括以下步骤：
步骤1：市政污水厂的尾水经一级提升泵7提升进入原水箱1，对来水在线投加30～50mg/L的混凝剂以及20～30mg/L的粉末活性炭，通过U型管4进行快速混合，对污水中难降解的有机污染物进行吸附，同时发生化学反应生成含磷的微絮体，确保污水与粉末活性炭以及混凝剂的混合接触时间大于30秒。
步骤2：反应后所产生的含有大量炭粉及含磷微絮体的泥水混合物，通过二级提升泵14的提升进入管式膜分离装置5，对泥水混合液中的颗粒、杂质、胶体等进行过滤分离，净水透过膜表面排出，出水COD及总磷含量可达到《地表水环境质量标准》Ⅳ类及以上标准。
步骤3：管式膜分离装置5必须定期反洗，频率为每运行10～20分钟反洗一次，利用膜的产水对膜组件进行反洗，使得长期运行累积并附着在膜表面的炭粉和微絮体被反冲排入污泥罐6中储存；管式膜分离装置5还需要定期进行化学清洗和空气擦洗，清洗周期为7～45天/次。管式膜分离装置5还设有自控系统，具体控制程序为：a.将系统初始产水瞬时流量设为q0，当产水瞬时流量下降至0.5q0，自动启动反洗程序；b.将系统进水初始压力设为P0,当进水压力升高至1.5P0，自动启动反洗、气洗程序；c、将系统初始日累计产水总量设为Q0,当日累计产水总量降至0.75Q0，自动启动化学清洗。
步骤4：将污泥罐6中储存的一部分污泥，通过污泥泵15输送至混凝剂投加点之前，实现污泥的回流以强化处理效果，污泥回流比取值30％-50％，剩余污泥排入原有系统的污泥收集系统。
Claims (8)
1.一种利用管式膜进行污水深度处理的系统，其特征在于：包括原水箱(1)、混凝剂投加装置(2)、粉末活性炭投加装置(3)、U型管(4)、管式膜分离装置(5)和污泥罐(6)；
还包括一级提升泵(7)，所述一级提升泵(7)通过进水管道与原水箱(1)的进口连接，所述原水箱(1)的出口与所述U型管(4)的进口通过管道相连接；所述混凝剂投加装置(2)、所述粉末活性炭投加装置(3)分别依次通过加药管道、加炭管道与所述原水箱(1)的出水管道相连接；
所述混凝剂投加装置(2)包含混凝剂加药箱(8)、混凝剂加药泵(9)和混凝剂搅拌器(10)；所述混凝剂搅拌器(10)安装于混凝剂加药箱(8)内，用于混凝剂加药箱(8)内水与混凝剂粉末的搅拌溶解，所述混凝剂加药箱(8)底部的出口与混凝剂加药泵(9)的进口通过加药管道相连接；
所述粉末活性炭投加装置(3)包含粉末活性炭加药箱(11)、粉末活性炭加药泵(12)和粉末活性炭搅拌器(13)；所述粉末活性炭搅拌器(13)安装于粉末活性炭加药箱(11)内，用于粉末活性炭加药箱(11)内水与粉末活性炭的搅拌混合均匀，所述粉末活性炭加药箱(11)底部的出口与粉末活性炭加药泵(12)的进口通过加炭管道相连接；
所述U型管(4)的出口通过二级提升泵(14)与所述管式膜分离装置(5)的进水管连接；所述管式膜分离装置(5)的进水管和出水管均安装有压力表和流量计，管式膜分离装置(5)的出水管与所述污泥罐(6)的进口连接，所述污泥罐(6)的出口与污泥泵(15)连接以实现污泥的回流以强化处理效果，剩余污泥排入原有系统的污泥收集系统；所述污泥泵(15)还通过管道与所述原水箱(1)的出水管道相连接。
2.根据权利要求1所述的利用管式膜进行污水深度处理的系统，其特征在于：所述管式膜分离装置(5)由多组超滤膜组件构成，且以超滤膜为过滤介质，过滤方式为错流过滤，超滤膜平均孔径范围0.03～1.0微米，操作压为0.2～0.3MPa，产水通量为500～550L/(m2.h)，水回收率94％～97％，产水浊度＜0.1NTU，超滤膜膜丝材质为高密度聚乙烯，超滤膜膜壳采用聚氯乙烯材质；
所述污泥罐(6)内设有污泥搅拌器(16)通过其持续搅拌以防止污泥中炭粉和微絮体的沉降。
3.根据权利要求1或2所述的利用管式膜进行污水深度处理的系统，其特征在于：所述U型管(4)由5～6个U字型结构的UPVC管件加工制成，单个U型管件由两根UPVC直管和一根UPVC弯管加工制成。
4.一种利用管式膜进行污水深度处理的方法，其特征在于：它运用如权利要求1所述利用管式膜进行污水深度处理的系统，具体包括以下步骤：
步骤1)市政污水厂的尾水经一级提升泵(7)提升进入原水箱(1)，对来水在线投加混凝剂以及粉末活性炭，通过U型管(4)进行快速混合，对污水中难降解的有机污染物进行吸附，同时发生化学反应生成含磷的微絮体；
步骤2)：步骤1)反应后所产生的含有大量炭粉及含磷微絮体的泥水混合物，通过二级提升泵(14)的提升进入管式膜分离装置(5)，对泥水混合液中的颗粒、杂质、胶体等进行过滤分离，净水透过膜表面排出，出水COD及总磷含量达到《地表水环境质量标准》Ⅳ类及以上标准；
步骤3)：所述管式膜分离装置(5)定期反洗，频率为每运行10～20分钟反洗一次，利用膜的产水对膜组件进行反洗，使得长期运行累积并附着在膜表面的炭粉和微絮体被反冲排入污泥罐(6)中储存；
步骤4)：将所述步骤3)污泥罐(6)中储存的一部分污泥，通过污泥泵(15)输送至混凝剂投加点之前，实现污泥的回流以强化处理效果，剩余污泥排入原有系统的污泥收集系统。
5.根据权利要求4所述的利用管式膜进行污水深度处理的方法，其特征在于：所述步骤1)中，混凝剂的加药量为30～50mg/L，粉末活性炭的加药量为20～30mg/L；所述U型管(4)内确保污水与粉末活性炭以及混凝剂的混合接触时间大于30秒。
6.根据权利要求4或5所述的利用管式膜进行污水深度处理的方法，其特征在于：所述步骤3)中，所述管式膜分离装置(5)定期进行化学清洗和空气擦洗，清洗周期为7～45天/次；所述管式膜分离装置(5)还设有自控系统，具体控制程序为：
a.将系统初始产水瞬时流量设为q0，当产水瞬时流量下降至0.5q0，自动启动反洗程序；
b.将系统进水初始压力设为P0,当进水压力升高至1.5P0，自动启动反洗、气洗程序；
c.将系统初始日累计产水总量设为Q0,当日累计产水总量降至0.75Q0，自动启动化学清洗。
7.根据权利要求4或5所述的利用管式膜进行污水深度处理的方法，其特征在于：所述步骤4)中，污泥回流比取值30％-50％。
8.根据权利要求6所述的利用管式膜进行污水深度处理的方法，其特征在于：所述步骤4)中，污泥回流比取值30％-50％。
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