CN110981001A

CN110981001A - 用于印染废水预处理的浸没式高强度膜过滤工艺及系统

Info

Publication number: CN110981001A
Application number: CN201911174907.9A
Authority: CN
Inventors: 许以农; 王海涛; 王哲成; 莫嘉琪; 陆斌; 王建峰; 孙非; 阿如汗
Original assignee: Zhejiang Jinmo Environment Technology Co ltd
Current assignee: Zhejiang Jinmo Environment Technology Co ltd
Priority date: 2019-11-26
Filing date: 2019-11-26
Publication date: 2020-04-10

Abstract

本发明涉及用于印染废水预处理的浸没式高强度膜过滤工艺及系统，包括产水阶段、停歇阶段、反洗阶段和化学增强清洗阶段：产水阶段将印染废水抽吸到中空纤维帘式超滤膜过滤，膜底部采用曝气风机连续曝气，同时调节回流比，进行连续产水；停歇阶段暂停过滤产水，利用曝气风机连续曝气，持续气擦洗膜丝表面，降低膜丝表面污染；反洗阶段为膜系统运行一段时间后，膜产水经反洗泵反向清洗的过程；化学增强清洗阶段为降低多个产水周期所累积的膜污染而设定，膜系统离线清洗，在清洗过程中投加酸碱或氧化剂，对膜丝进行强化清洗。本发明的工艺使得印染废水的处理较传统方法更节能，简化工艺，出水稳定，降低成本，有利于延长反渗透膜或者纳滤膜使用寿命。

Description

用于印染废水预处理的浸没式高强度膜过滤工艺及系统

技术领域：

本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种用于印染废水预处理的浸没式高强度膜过滤工艺及系统。

背景技术：

纺织印染是我国发展最早且具有国际竞争力的传统优势产业之一，但也是典型的高能耗、高水耗行业。据统计，纺织印染行业能耗约占全国产业总量的4.4％，水耗约占8.5％。同时印染行业是我国重点污染行业之一，其污染主要体现在废水方面，其废水排放量占全国废水排放的11％左右，每年排放约18～20亿吨。从污染物质来看，印染废水污染物主要来自纤维材料、纺织用浆料、印染加工所用的染料、化学药剂、后整理废水、设备冲洗水等，废水pH在9～11之间，有机物含量高，COD约800～2000mg/L，含盐量高(电导率5000μS/cm以上)，同时有约10％未成功上色的染料残留在废水中。总体来看印染废水具有污染物浓度高、种类多、碱性大、毒害大及色度高等特点，属于难处理的工业废水。

目前，印染废水预处理的方法主要有“沉淀+砂滤+自清洗过滤器+超滤”，该工艺适合单一稳定的来水，并且要求水质较好。尽管如此，现有的方法仍存在反洗频繁、系统回收率低，流程长、故障概率高、能耗高以及占地面积大等缺点，严重阻碍了印染行业废水的深度处理及资源化利用发展，有鉴于此，发明人提出一种替代传统废水处理的方法。

高强度膜过滤技术(以下简称HMF技术)是在传统膜生物反应器技术的基础上开发出来，主要用于替代传统工艺中沙滤、自清洗过滤器和超滤部分，目的是减少工艺流程。该工艺可以耐受极高的悬浮物和污泥浓度，并且抗冲击能力极强，出水水质好，运行成本较低，特别适合作为后续反渗透和纳滤处理的预过滤技术。

发明内容：

本发明首先提供一种用于印染废水预处理的浸没式高强度膜过滤工艺，采用该工艺能够为后续工艺提供满足反渗透膜或者纳滤膜进水要求的过滤水，有利于延长后续反渗透膜或纳滤膜使用寿命。为了实现该发明目的，本发明所采用的具体技术方案如下：

用于印染废水预处理的浸没式高强度膜过滤工艺，包括产水阶段、停歇阶段、反洗阶段以及化学增强清洗阶段；

所述产水阶段是将流入膜池内的印染废水通过膜过滤装置进行过滤，膜过滤装置包括多组中空纤维帘式膜组件，过滤后的产水流入产水池，膜组件浸没在膜池印染废水中，供气管道伸入膜池印染废水内的膜组件底部进行连续曝气，膜池底部的浓缩液在产水阶段连续回流至生化系统；

所述停歇阶段是在暂停产水阶段时，对浸没的膜组件表面连续曝气进行在线气擦洗；

所述反洗阶段是将产水池内的产水回送到膜池中的膜组件表面，回送产水流向与过滤后产水流向相反，回送产水对膜组件进行反向清洗；

所述化学增强清洗阶段是将产水池中的产水输送至清洗池作为清洗水使用，并在清洗池内添加化学清洗剂，然后将膜池内的膜组件取出放入清洗池内浸泡清洗，清洗时供气管道伸入清洗池内的膜组件表面处进行连续曝气，离线清洗完毕后对膜组件产水通量进行检测，检测合格离线清洗结束，清洗池内的清洗水排入污泥池；

产水阶段运行5～15分钟后暂停产水1～5分钟进入停歇阶段，此为一个产水周期，运行10～25个产水周期后进行一次反洗阶段，反洗阶段持续1～5分钟；安装在膜池与产水池之间产水管道上的压力表监测到产水压力数值小于设定阈值时，需将膜池中的膜组件取出放入清洗池进行化学增强清洗阶段。

所述中空纤维帘式膜组件中的中空纤维帘式膜膜元件的过滤孔径为0.05-0.3μm，产水通量为15～30L/m²·h，回流量为产水量的20～50％，曝气强度为0.06帘/(Nm³/min)，运行跨膜压差≤0.05MPa，产水压力≤0.25MPa。

所述化学增强清洗阶段中化学清洗剂浓度为100～500ppm，清洗时间为10～30分钟，浸泡时间4～24小时。

所述膜过滤装置采用多组PVDF中空纤维帘式膜组件并联组成一个膜处理单元，多组膜处理单元并联组成膜过滤装置。

所述膜过滤装置包括膜架，膜架采用单层或双层结构，采用单层结构时，一个膜处理单元由52个膜组件组成；采用双层结构时，一个膜处理单元由104个膜组件组成。

所述产水池与加药装置连通，加药装置定期向产水池内加药进行杀菌处理。

本发明同时还公开了采用上述过滤工艺的过滤系统，该过滤系统具体采用如下技术方案实现：

用于印染废水预处理的浸没式高强度膜过滤系统，包括供气装置、膜过滤装置、反洗装置、回流装置、加药装置、清洗装置、膜池、产水池以及清洗池，所述膜过滤装置采用多组PVDF中空纤维帘式膜组件并联组成一个膜处理单元，多组膜处理单元并联组成膜过滤装置；所述供气装置分别向膜池内以及清洗池内输送气体，膜过滤装置产水时浸没在膜池内，印染废水流入膜池中并经过膜过滤组件过滤后的产水流入产水池中，膜池与产水池之间的产水输送管道上安装压力表监测产水压力值，膜池底部与回流装置连通，膜池内的污泥由回流装置输送至生化系统处理；所述反洗装置将产水池中的产水回送到膜池中用于对膜过滤装置进行反向在线清洗，产水池与清洗池之间通过输送管道连通，产水池中的产水回送到清洗池作为清洗水使用，清洗池内投放清洗剂用于对膜过滤装置进行离线清洗，加药装置与产水池连通向产水池内加药杀菌；所述清洗装置底部与污泥池连通将清洗水排出，膜过滤装置离线清洗时浸没在清洗池中，清洗检查泵将清洗池内的水经由膜过滤装置过滤后引出，通过观察过滤出水压力值来检测清洗效果，检测后清洗水回流至清洗池中。

所述膜池内和产水池内均安装有液位计，液位计监测水位作为控制信号，控制膜池与产水池之间产水的输送。

所述加药装置中的药桶补水来自于产水池中的产水。

所述产水池向清洗池输送产水的管道还连通清洗检查泵，将产水引向清洗检查泵。

本发明根据印染废水自身的特点，采用HMF工艺并设计了配套的过滤系统，采用气擦洗、反向水洗、化学增强清洗三种气水联合工艺对膜过滤装置进行物理化学清洗，保证了产水浊度小于1NTU，SDI小于5，有利于延长后续反渗透膜或纳滤膜的使用寿命，保障废水处理系统的稳定运行。为了避免产水阶段过滤膜表面污染影响产水质量，本发明采用连续回流、间歇产水、连续曝气的工作模式，使得过滤膜的膜丝表面在产水时水流始终保持一定的切向流速，有利于污泥从膜丝上脱落，避免污染物在过滤膜表面的堆积；本发明回流比和曝气量较小，相比传统膜生物反应器更加节能；考虑到印染废水的悬浮物含量以及高黏度使得过膜阻力较大，过滤中需要更高的跨膜压差，因此本发明采用浸没式高强度膜过滤膜组件进行过滤，在跨膜阻力较大的时候可以通过增压提供过滤必须的动力，从而保障后续工艺的正常进行。

以下通过附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述。

附图说明：

图1为本发明实施例中过滤系统的原理图；

图2为某印染厂采用本发明过滤系统及工艺对废水预处理时，跨膜压差与设计通量的试验结果示意图。

具体实施方式：

本实施例公开一种用于印染废水预处理的浸没式高强度膜过滤系统，包括供气装置、膜过滤装置8、反洗装置、回流装置、加药装置、清洗装置、膜池7、产水池20以及清洗池46。下面结合图1对上述过滤系统的结构展开详细介绍：

膜过滤装置8采用多组PVDF中空纤维帘式膜组件并联组成一个膜处理单元，多组膜处理单元并联组成本发明的膜过滤装置，中空纤维帘式膜膜元件的过滤孔径为0.05-0.3μm。膜过滤装置还包括膜架，膜架可以采用单层结构，也可以采用双层结构，当采用单层结构时，优选一个膜处理单元由52个膜组件组成；当采用双层结构时，优选一个膜处理单元由104个膜组件组成。这种膜架结构的设计、以及膜组件的排布方式，均是充分考虑到印染废水的特点而专设，可以显著降低印染废水预处理的浑浊度。

膜池7用于引入印染废水，膜过滤装置8需浸没在膜池7内的废水中。供气装置与膜池之间设有输气管道一，输气管道一上依次设有罗茨风机1、安全阀2、止回阀3、手动蝶阀4、涡街流量计5、手动蝶阀6，输气管道一出气端连接膜池7内膜过滤装置8的曝气管为其供气。供气装置与清洗池46之间设有输气管道二，输气管道二上设有手动蝶阀54，供气装置通过手动蝶阀54为清洗池46供气。

膜池7内膜过滤装置的产水管(出水端口)与产水池20之间设有产水输送管道一，产水输送管道一上依次设有球阀9、压力表11、电动蝶阀12、手动蝶阀13、产水泵14、压力表15、塑料转子流量计16、止回阀17、手动蝶阀18、电磁流量计19，膜池7内设有液位计10，产水池内设有液位计21。液位计10为整个过滤系统提供安全可靠的过滤条件，液位计21为控制前面产水和后面供水提供安全可靠的条件。

膜池7底部与前端生化系统之间通过回流装置连接，回流装置从膜池7至生化系统依次包括手动蝶阀33、污泥回流泵34、止回阀35、压力表36、手动蝶阀37、电磁流量计38，回流装置将膜池7底部的浓缩液回送到前端生化系统。

膜池7与产水池20之间还设有反洗装置，反洗装置包括连接产水池与输送管道一的反洗水输送管道，反洗水输送管道上沿反洗水输送方向依次设有手动蝶阀22、反洗泵23、止回阀24、压力表25、手动蝶阀26、塑料转子流量计27、压力表28、Y型过滤器29、压力表30、手动蝶阀31、电动蝶阀32。反洗水输送管道将产水池20中的产水回送到膜池7内对膜过滤装置8进行反向清洗。

加药装置的加药桶39底部出水口与产水输送管道一靠近产水池20的出水口之间设有加药管道，加药管道上自加药桶39向产水池20方向依次设有球阀41、Y型过滤器42、球阀43、计量泵44、球阀45，加药桶39内设有液位开关61，加药桶39用于存储杀菌剂，加药桶39另一侧底部还设有排放管道，排放管道上设有球阀40，产水输送管道一与加药桶39顶部注水口之间设有注水通道，可以将产水池20内的产水引入加药桶39配置药剂。

清洗池46中设有清洗装置，清洗池46与产水池20之间设有产水输送管道二，产水输送管道二上安装球阀52将产水池20中的产水引入清洗池46作为清洗水使用。清洗池46底部设有连通污泥池的排污管道，该排污管道用于将清洗水排放。自清洗池46向污泥池方向的排污管道上依次设有手动蝶阀47、排污泵48、压力表49、止回阀50、手动蝶阀51。为了检测膜过滤装置在清洗池46离线清洗后的效果是否达标，在清洗装置中设置了检测水流通管道，检测水流通管道的进水端连接膜过滤装置中膜组件的产水出水口，检测水流通管道的出水端仍回流到清洗池46中。沿检测水的流向，检测水流通管道上依次设有球阀55、压力表56、清洗检测泵57、止回阀58、球阀59、塑料转子流量计60。产水输送管道二与清洗检测泵57之间设有引水管道，引水管道上安装球阀53，产水池20通过球阀52为清洗池46供水，通过球阀53为清洗检查泵57引水清洗检查泵57。膜过滤装置离线清洗完毕后，通过观测经由膜组件过滤后的清洗水压力值来判断清洗效果是否达标。

上述过滤系统的工作过程以及采用该过滤系统的过滤工艺具体如下：

(1)准备阶段：系统开启前分别清理膜池7、清理产水池20、清理清洗池46，并检查所有泵、阀门、管路状况。当所有池子、泵、阀门、清洗和检测正常后，将安全阀2打开，将手动阀4打开，手动蝶阀6打开，涡街流量计5打开，开启风机1给膜池7供气，供气量根据水质、回流、膜材质等情况调到一定的大小，使膜过滤装置8在产水的情况下抖动，抖掉由于产水泵14的抽吸作用而附在膜丝表面的附着物。膜池7的液位计10控制印染废水进水，当液位计10处于低液位时，废水供水系统开始向膜池7供水。将产水输送管道一上的手动蝶阀13和手动蝶阀18打开，将反洗水输送管道上的手动蝶阀31打开，将回流通道上的手动蝶阀33、手动蝶阀37打开。

(2)产水阶段：当膜池7到达系统的启动液位时，电动阀12打开，膜过滤装置8开始产水，同时污泥回流泵34开启，将膜池浓缩液回流至生化系统。按照膜材质和水质情况，产水阶段相关参数设置如下：产水阶段时间为5～15分钟，通量为15～30L/m²·h，水温为20-45℃，回流量为产水量的20～50％，曝气强度为0.06帘/(Nm³/min)，运行跨膜压差≤0.05MPa，产水压力≤0.25MPa。产水阶段保持连续曝气和连续回流。

产水过程：手动蝶阀13、18切换成开路，电动蝶阀12根据膜池7的液位计10控制开关，当液位到达启动液位时，电动蝶阀12开启，产水泵14开启，根据塑料转子流量计16和压力表15来确定膜组件的污堵和断丝，产水水量经过电磁流量计19传输给电脑累计产水量，产水流入产水池20，产水池20中的液位计21和产水系统联动，当产水池20处于高液位时，产水系统自动关闭，当产水池20处于低液位时，产水系统自动打开。

回流过程：膜组件的主要作用是去除水中悬浮物，将大颗粒物质拦截在膜丝外面，水通过错流过滤和抽吸力从膜丝外到内流动，悬浮物则拦截在外面，根据进水的浊度、COD、污泥浓度等设置出适合膜组件运营的最佳回流比。通过控制手动蝶阀33、37的阀门开度，根据污泥回流泵34的频率确定最优回流比。

(3)停歇阶段：系统产水5～15分钟后停止产水1～5分钟，停歇过程中风机持续连续曝气，对膜组件进行气擦洗动作。

(4)反洗阶段：当系统运行一段时间后，膜组件表面形成污染，此时需要进行反洗，反洗采用产水反向冲洗，执行一次产水阶段+一个停歇阶段即为一个产水周期，经过10～25个产水周期后进入一次反洗阶段，反洗时间为1～5分钟。本发明实施例推荐采用产水8分钟，停歇2分钟作为一个产水周期，经过10个产水周期后反洗一次的运行模式。反洗程序运营前，反洗水输送管道上手动蝶阀22、手动蝶阀26、手动蝶阀31切换至开启状态。回流流量，产水量，反洗时间，反洗周期都可以根据水质水量和现场情况设置成适合现场工艺的参数来选出最优比。

反洗过程：当设备运行一定周期后，系统自动反洗，首先反洗电动蝶阀32打开，产水电动蝶阀12关闭，反洗泵23打开开始对膜过滤装置8反向清洗，从膜丝内到外的清洗冲洗过程，保证了膜的运营负荷和膜丝表面负荷，反洗流量根据塑料转子流量计27和反洗泵23的频率控制达到最佳清洗水量和压力。反洗系统受液位计21控制，当液位处于低液位时，反洗系统自动关闭。

(5)离线化学增强清洗阶段：该阶段是为降低多个产水周期所累计的膜污染而设定的。在化学增强清洗中投加清洗剂注入膜丝内侧，对膜过滤装置8进行浸泡。清洗剂浓度为100～500ppm，中空纤维帘式膜浸没于离线清洗池46，清洗时间为10～30分钟，浸泡时间4～24小时。

产水时当压力表11达到-0.03Mpa时，说明产水量下降，需要对膜过滤装置8进行离线化学增强清洗。在清洗池46中配好药剂，一般的结垢用酸洗，一般的微生物细菌导致污堵用碱或者次氯酸钠清洗，实际清洗方案需要根据现场水质分析确定。首先将膜过滤装置8从膜池7中取出，吊装至清洗池46浸泡清洗，清洗过程中打开手动蝶阀54为清洗池46供气，通过曝气来加快清洗过程。清洗结束后，将膜过滤装置8的产水端口连接至清洗检测泵57上进行通量的检测，打开手动球阀59、手动球阀55，开启清洗检测泵57，根据压力表56和塑料转子流量计60的读数确定清洗恢复程度。清洗并检测完毕，手动蝶阀47、手动蝶阀51打开，开启排污泵48将清洗后的清洗水排入污泥池。

本发明过滤工艺在产水、反洗、化学增强清洗、清洗周期及单次清洗时间上，与反渗透或者纳滤处理同步进行。离线化学增强清洗可以采用循环/浸泡交替运行方式。

(6)产水池杀菌处理：当产水池20的水需要进一步利用时，需要对产水池20的产水进行杀菌处理，将球阀45、43打开，开启计量泵44将杀菌剂按一定的比例加入到产水池20中进行消毒处理。

为了验证本发明所提供过滤工艺及过滤系统的实际效果，浙江绍兴某印染废水处理项目采用了本发明上述的工艺及系统进行预处理，预处理后的废水与处理前在COD和浊度指标上对比如下：

水质指标	预处理前的原水	预处理后的膜产水
			浊度(NTU)	6856	0.71
COD	5465	329.6

上表中的数据浊度0.71NTU，COD 329.6mg/L，可见预处理后完全符合反渗透或纳滤进水要求，预处理效果显著。

通过中空纤维帘式膜组件过滤印染废水，还同时对中空纤维帘式膜组件去除效果及过滤系统运行稳定性进行了评价，过滤系统运行情况如图2所展示出来的跨膜压差与设计通量的试验结果所示。图2中所示过滤工艺及系统在设计通量20L/m².h下采样进行运行，过滤系统运行压力稳定，跨膜压力维持在40～50kPa，并且在运行45个周期(约48h)后通过化学增强清洗阶段使压力恢复到清洗前的较低水平，说明过滤系统整体运行平稳。中试进行中还曾考察了中空纤维帘式膜组件在设计通量15～25L/m².h时的运行情况，整体运行平稳，TMP维持在40～50kPa。通过试验对比，采用本发明公开的中空纤维帘式膜组件过滤方法对印染废水进行预处理后，反渗透膜或纳滤膜污染速度明显减缓，清洗周期至少延长1倍。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims

1.用于印染废水预处理的浸没式高强度膜过滤工艺，其特征在于：包括产水阶段、停歇阶段、反洗阶段以及化学增强清洗阶段；

2.根据权利要求1所述的用于印染废水预处理的浸没式高强度膜过滤工艺，其特征在于：所述中空纤维帘式膜组件中的中空纤维帘式膜膜元件的过滤孔径为0.05-0.3μm，产水通量为15～30L/m²·h，回流量为产水量的20～50％，曝气强度为0.06帘/(Nm³/min)，运行跨膜压差≤0.05MPa，产水压力≤0.25MPa。

3.根据权利要求1所述的用于印染废水预处理的浸没式高强度膜过滤工艺，其特征在于：所述化学增强清洗阶段中化学清洗剂浓度为100～500ppm，清洗时间为10～30分钟，浸泡时间4～24小时。

4.根据权利要求1所述的用于印染废水预处理的浸没式高强度膜过滤工艺，其特征在于：所述膜过滤装置采用多组PVDF中空纤维帘式膜组件并联组成一个膜处理单元，多组膜处理单元并联组成膜过滤装置。

5.根据权利要求4所述的用于印染废水预处理的浸没式高强度膜过滤工艺，其特征在于：所述膜过滤装置包括膜架，膜架采用单层或双层结构，采用单层结构时，一个膜处理单元由52个膜组件组成；采用双层结构时，一个膜处理单元由104个膜组件组成。

6.根据权利要求1所述的用于印染废水预处理的浸没式高强度膜过滤工艺，其特征在于：所述产水池与加药装置连通，加药装置定期向产水池内加药进行杀菌处理。

7.用于印染废水预处理的浸没式高强度膜过滤系统，其特征在于：包括供气装置、膜过滤装置、反洗装置、回流装置、加药装置、清洗装置、膜池、产水池以及清洗池，所述膜过滤装置采用多组PVDF中空纤维帘式膜组件并联组成一个膜处理单元，多组膜处理单元并联组成膜过滤装置；所述供气装置分别向膜池内以及清洗池内输送气体，膜过滤装置产水时浸没在膜池内，印染废水流入膜池中并经过膜过滤组件过滤后的产水流入产水池中，膜池与产水池之间的产水输送管道上安装压力表监测产水压力值，膜池底部与回流装置连通，膜池内的污泥由回流装置输送至生化系统处理；所述反洗装置将产水池中的产水回送到膜池中用于对膜过滤装置进行反向在线清洗，产水池与清洗池之间通过输送管道连通，产水池中的产水回送到清洗池作为清洗水使用，清洗池内投放清洗剂用于对膜过滤装置进行离线清洗，加药装置与产水池连通向产水池内加药杀菌；所述清洗装置底部与污泥池连通将清洗水排出，膜过滤装置离线清洗时浸没在清洗池中，清洗检查泵将清洗池内的水经由膜过滤装置过滤后引出，通过观察过滤出水压力值来检测清洗效果，检测后清洗水回流至清洗池中。

8.根据权利要求7所述的用于印染废水预处理的浸没式高强度膜过滤系统，其特征在于：所述膜池内和产水池内均安装有液位计，液位计监测水位作为控制信号，控制膜池与产水池之间产水的输送。

9.根据权利要求7所述的用于印染废水预处理的浸没式高强度膜过滤系统，其特征在于：所述加药装置中的药桶补水来自于产水池中的产水。

10.根据权利要求7所述的用于印染废水预处理的浸没式高强度膜过滤系统，其特征在于：所述产水池向清洗池输送产水的管道还连通清洗检查泵，将产水引向清洗检查泵。