CN112358119A - 一种分级微絮凝-活性氧化铝慢滤-重力驱动式超滤组合系统 - Google Patents

一种分级微絮凝-活性氧化铝慢滤-重力驱动式超滤组合系统 Download PDF

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Abstract

一种分级微絮凝‑活性氧化铝慢滤‑重力驱动式超滤组合系统，涉及水处理技术领域。通过时间控制开关和计量泵分级投加的无机、有机混凝剂，在活性氧化铝慢滤池的滤料上方形成微絮体。分级微絮凝后的水经过活性氧化铝的吸附和生物膜作用后，再以重力流的方式进入外压式超滤膜组件，在超滤的物理截留和生物膜作用下进一步优化。本申请可用于农村分散式水处理或建筑雨水净化，装置的药剂投加方式可以根据原水水质及其水量等实际条件灵活调节。本申请不仅膜通量下降速度低、产水量高、膜寿命长的优点，还具有易操作、运行方便和维护成本极低等优势，具有推广价值。

Description

一种分级微絮凝-活性氧化铝慢滤-重力驱动式超滤组合系统
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，尤其是分级微絮凝-活性氧化铝慢滤-重力驱动式超滤组合系统。
背景技术
随着我国现代化建设事业的迅猛发展，饮用水处理技术的研究和应用获得相应进展的同时，该领域也面临着传统污染物不能有效处理、新型污染物层出不穷、突发性水污染冲击水处理工艺等问题。采用常规水处理工艺无法快速高效地解决这些问题，因此开发应急水处理工艺是二十一世纪水处理领域的一个十分重要的战略发展方向。重力驱动式超滤膜组件(以下简称为重力膜)应运而生，该装置使用简单、价格便宜，不需要外加电源运行，并且对天然水体和建筑雨水有较好的处理效果，是一项极有可研究性和潜力的技术。目前重力膜系统已经被考虑作为生产饮用水的常见替代方案。然而，重力膜系统比常规的膜通量低，单独的重力膜系统易受膜污染导致产水量下降，需要采用预处理方式以保持膜通量。通过人为改变原水水质、膜表面改性、预处理组合工艺等方面能进一步提高超滤设备的效能。目前，常采用混凝和慢滤等预处理方式控制膜污染。混凝协同重力膜系统对原水水质的要求较高，当原水胶体颗粒浓度高时，需要提高反冲洗频率；当胶体颗粒浓度低时，混凝效果差。同时，无机混凝剂存在残余金属超标的问题，有机混凝剂存在生产成本较高的问题。因此，亟待开发一种分级微絮凝-慢滤作为重力膜系统的前处理工艺，不仅能维持膜通量稳定，还能保证出水水质达标。
发明内容
本发明的目的在于提出一种分级微絮凝-活性氧化铝慢滤-重力驱动式超滤组合系统，分散式处理天然水和建筑雨水。
本发明的目的是这样实现的：
将无机混凝剂和有机混凝剂按比例分级投入原水，原水中的污染物，通过微絮凝、曝气过程形成的污泥沉积在慢滤池上方，混凝后的水在慢滤池的吸附、生物膜作用下进一步预处理。预处理后的水在重力作用下流入超滤膜组件中，在超滤膜的物理截留和生物膜作用下净化成为最终出水。
本发明的实施方案是：
一种分级微絮凝-活性氧化铝慢滤-重力驱动式超滤组合系统，系统包括多个蝶阀(1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6、1-7、1-8、1-9)、水泵(2-1、2-2)、无机混凝剂储存罐(3-1)、有机混凝剂储存罐(3-2)、时间控制开关(4-1、4-2)、计量泵(5-1、5-2)、浮球阀(6)、气泵(7)、带孔空心支撑(8)、活性氧化铝滤料(9)、进水管(10)、活性氧化铝慢滤池A、重力驱动外压式超滤膜组件B、清水池C。
该发明专利的特征在于，无机混凝剂储备液装置(3-1)经由第一时间控制开关(4-1)、第一计量泵(5-1)与进水总管(10)连接，有机混凝剂储备液装置(3-2)经由第二时间控制开关(4-2)、第二计量泵(5-2)与进水总管(10)，原水经由第一蝶阀(1-1)和第一泵(2-1)与进水总管(10)连接；进水总管(10)经由浮球阀(6)的阀门与活性氧化铝慢滤池A底部连接；活性氧化铝慢滤池A内填充有活性氧化铝滤料(9)，浮球阀(6)的浮球对应浮于活性氧化铝慢滤池A内活性氧化铝滤料(9)上方的液面上，活性氧化铝滤料(9)浸没于活性氧化铝慢滤池A中的液体中；活性氧化铝慢滤池A底部下端设有带孔空心支撑(8)，气泵(7)与带孔空心支撑(8)连接；活性氧化铝慢滤池A上部侧面依次经由第二蝶阀(1-2)、第六蝶阀(1-6)、第二泵(2-2)、第五蝶阀(5)与清水池C底部连接；同时在第二蝶阀(1-2)、第六蝶阀(1-6)之间设有分支管路，分支管路经由第三蝶阀(1-3)与重力驱动外压式超滤膜组件B的进水口连通，重力驱动外压式超滤膜组件B的出水口经由第四蝶阀(1-4)与清水池C连接；同时活性氧化铝慢滤池A的侧面中部经由第七蝶阀(1-7)与排水管连接，活性氧化铝慢滤池A的侧面下部经由第八蝶阀(1-8)与排水管连接，重力驱动外压式超滤膜组件B的下部经由第九蝶阀(1-9)与排水管连接。
按原水流动方向，无机混凝剂储备液装置接入进水总管的位置位于有机混凝剂储备液装置接入进水总管的位置的后面。
采用上述装置的操作过程包括以下步骤：
在无机混凝剂储存罐(3-1)中加入无机混凝剂，在有机混凝剂储存罐(3-2)中加入有机混凝剂；
(1)调节第一时间控制开关(4-1)、第一时间控制开关(4-2)，能够使第一计量泵(5-1)、第二计量泵(5-2)能轮流运行，能分别将无机混凝剂储备液装置(3-1)中的无机混凝剂和有机混凝剂储备液装置(3-2)中的有机混凝剂切换投入原水中；与此同时，打开第一蝶阀(1-1)，启动第一泵(2-1)，混合药剂的原水从进水总管进入活性氧化铝慢滤池A下方，液位由浮球阀(6)控制；
(2)打开由气泵(7)和带孔空心支撑(8)组成的曝气装置，打开第二蝶阀(1-2)和第三蝶阀(1-3)，原水经活性氧化铝滤料(9)后流入重力驱动外压式超滤膜组件B；打开第四蝶阀(1-4)，超滤后的净水流入清水池C；
(3)在运行过程中，当重力驱动外压式超滤膜组件B的膜通量较低不能满足生产时，关闭第四蝶阀(1-4)，开启第九蝶阀(1-9)，将浓水排出；
(4)超滤结束后，停止第一泵(2-1)，先顺序关闭第一时间控制开关(4-1)、第一时间控制开关(4-2)、第一计量泵(5-1)、第二计量泵(5-2)之后，再顺序关闭第四蝶阀(1-4)、第三蝶阀(1-3)、第二蝶阀(1-2)、低压蝶阀(1-1)，气泵(7)；
(5)当活性氧化铝慢滤池A上方淤积较多污泥不能满足生产时，顺序打开第五蝶阀(1-5)、第六蝶阀(1-6)、第二蝶阀(1-2)，启动第二泵(2-2)，清水自清水池C流入活性氧化铝慢滤池A中，再顺序打开第七蝶阀(1-7)、第八蝶阀(1-8)，将活性氧化铝慢滤池A中的污泥冲出。
无机混凝剂的投量和有机混凝剂的投量的比为10：1～5：1，所用的无机混凝剂选自Al2(SO4)3，AlCl3，Fe2(SO4)3，FeCl3中的一种或几种，所用的有机混凝剂选自壳聚糖、聚丙烯酰胺中的一种或几种。
由第七蝶阀(1-7)、第八蝶阀(1-8)和第九蝶阀(1-9)中排出的污泥可短时间保存，当原水中胶体颗粒较低、慢滤池A中形成的污泥较少时，可适当回流以增加絮体核心。
活性氧化铝慢滤池A的水力停留时间为25～45min。滤池以24～48h/次的频率曝气以提供溶解氧，同时促进絮体的形成。
重力驱动外压式超滤膜组件B采用中空纤维膜，操作压力为50～100mbar，膜通量保持在10.4-18.2L/(m2·h)范围内。
本发明应用于处理天然水和建筑雨水，具有如下优点：
1.相比直接使用重力驱动外压式超滤膜组件，本发明的膜通量下降速度和排泥频率更低，产水量更高，超滤膜的不可逆污染更少，使用寿命长很多；
2.本发明只需少量水冲洗慢滤池中的污泥，无需对超滤膜进行反冲洗；
3.相比常规混凝工艺，本发明不使用混凝搅拌混合器而采用分级投加混凝剂的方式，不仅节省了30-40％的投药量，还能有效处理富营养化水和建筑雨水；
4.本发明能去除水中大部分天然有机物、藻细胞、胶体颗粒，以及部分总氮、总磷，混凝剂造成的残余金属含量较低，最终出水可达到《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)的Ⅱ类水标准；
5.发明具有易操作、运行方便和维护成本极低等优点，具有推广价值。
附图说明
图1是本发明方法的工艺流程图。
附图标记
第一蝶阀1-1、第二蝶阀1-2、第三蝶阀1-3、第四蝶阀1-4、第五蝶阀1-5、第六蝶阀1-6、第七蝶阀1-7、第八蝶阀1-8、第九蝶阀第一泵2-1、第二泵2-2、无机混凝剂储存罐3-1、有机混凝剂储存罐3-2、第一时间控制开关4-1、第二时间控制开关4-2、第一计量泵5-1、第二计量泵5-2、浮球阀6、气泵7、带孔空心支撑8、活性氧化铝滤料9、进水总管10、活性氧化铝慢滤池A、重力驱动外压式超滤膜组件B、清水池C。
具体实施方式：
下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明使用范围的限制。下列实施例中注明的参数均通过预实验得到的。
实施例1
山东某富营养化湖泊水为研究对象，水中的DOC为4.539mg/L，总氮为2.558mg/L，总磷为0.050mg/L，叶绿素a为0.077，浊度为3.72NTU。
采用本发明的方法：1)通过混凝六联试验，确定投加53.28mg/L的Al2(SO4)3(以Al计)和0.10mg/L的壳聚糖，计量泵的运行程序为：每投加10min的Al2(SO4)3后投加2min的壳聚糖，以此循环。2)活性氧化铝慢滤池的水力停留时间为42min。3)慢滤池液面到超滤膜组件的液面距离为0.7m，即超滤膜组件的操作压力为7KPa，初始膜通量为17.21L/(m2·h)。
按图1所示的工艺流程连续运行的100h内，膜通量缓慢下降至10.16-10.41L/(m2·h)的范围内，继续运行膜通量几乎不变。工艺最终出水的有机物为1.753mg/L，总氮为2.017mg/L，总磷为0.008mg/L，叶绿素a为0.008，浊度为0.11NTU，残余铝为0.08mg/L。最终出水达到《地表水环境质量标准》的Ⅱ类水标准。工艺运行400h后，将膜池的浓水排出，反冲洗慢滤池10min并排出污泥，膜通量恢复至16.07L/(m2·h)，最终出水水质与第100h时无显著差异。

Claims (6)

1.一种分级微絮凝-活性氧化铝慢滤-重力驱动式超滤组合系统，系统包括多个蝶阀、水泵、无机混凝剂储存罐(3-1)、有机混凝剂储存罐(3-2)、时间控制开关、计量泵、浮球阀(6)、气泵(7)、带孔空心支撑(8)、活性氧化铝滤料(9)、进水管(10)、活性氧化铝慢滤池A、重力驱动外压式超滤膜组件B、清水池C；
其特征在于，所述的无机混凝剂储存罐(3-1)经由第一时间控制开关(4-1)、第一计量泵(5-1)与进水总管(10)连接，有机混凝剂储存罐(3-2)经由第二时间控制开关(4-2)、第二计量泵(5-2)与进水总管(10)；原水经由第一蝶阀(1-1)和第一泵(2-1)与进水总管(10)连接；进水总管(10)经由浮球阀(6)的阀门与活性氧化铝慢滤池A底部连接；活性氧化铝慢滤池A内填充有活性氧化铝滤料(9)，浮球阀(6)的浮球对应浮于活性氧化铝慢滤池A内活性氧化铝滤料(9)上方的液面上，活性氧化铝滤料(9)浸没于活性氧化铝慢滤池A中的液体中；活性氧化铝慢滤池A底部下端设有带孔空心支撑(8)，气泵(7)与带孔空心支撑(8)连接；活性氧化铝慢滤池A上部侧面依次经由第二蝶阀(1-2)、第六蝶阀(1-6)、第二泵(2-2)、第五蝶阀(5)与清水池C底部连接；同时在第二蝶阀(1-2)、第六蝶阀(1-6)之间设有分支管路，分支管路经由第三蝶阀(1-3)与重力驱动外压式超滤膜组件B的进水口连通，重力驱动外压式超滤膜组件B的出水口经由第四蝶阀(1-4)与清水池C连接；同时活性氧化铝慢滤池A的侧面中部经由第七蝶阀(1-7)与排水管连接，活性氧化铝慢滤池A的侧面下部经由第八蝶阀(1-8)与排水管连接，重力驱动外压式超滤膜组件B的下部经由第九蝶阀(1-9)与排水管连接。
2.采用权利要求1所述的分级微絮凝-活性氧化铝慢滤-重力驱动式超滤组合系统，其操作过程包括以下步骤：
在无机混凝剂储存罐(3-1)中加入无机混凝剂，在有机混凝剂储存罐(3-2)中加入有机混凝剂；
(1)调节第一时间控制开关(4-1)、第一时间控制开关(4-2)，能够使第一计量泵(5-1)、第二计量泵(5-2)能轮流运行，能分别将无机混凝剂储备液装置(3-1)中的无机混凝剂和有机混凝剂储备液装置(3-2)中的有机混凝剂切换投入原水中；与此同时，打开第一蝶阀(1-1)，启动第一泵(2-1)，混合药剂的原水从进水总管进入活性氧化铝慢滤池A下方，液位由浮球阀(6)控制；
(2)打开由气泵(7)和带孔空心支撑(8)组成的曝气装置，打开第二蝶阀(1-2)和第三蝶阀(1-3)，原水经活性氧化铝滤料(9)后流入重力驱动外压式超滤膜组件B；打开第四蝶阀(1-4)，超滤后的净水流入清水池C；
(3)在运行过程中，当重力驱动外压式超滤膜组件B的膜通量较低不能满足生产时，关闭第四蝶阀(1-4)，开启第九蝶阀(1-9)，将浓水排出；
(4)超滤结束后，停止第一泵(2-1)，先顺序关闭第一时间控制开关(4-1)、第一时间控制开关(4-2)、第一计量泵(5-1)、第二计量泵(5-2)之后，再顺序关闭第四蝶阀(1-4)、第三蝶阀(1-3)、第二蝶阀(1-2)、低压蝶阀(1-1)，气泵(7)；
(5)当活性氧化铝慢滤池A上方淤积较多污泥不能满足生产时，顺序打开第五蝶阀(1-5)、第六蝶阀(1-6)、第二蝶阀(1-2)，启动第二泵(2-2)，清水自清水池C流入活性氧化铝慢滤池A中，再顺序打开第七蝶阀(1-7)、第八蝶阀(1-8)，将活性氧化铝慢滤池A中的污泥冲出。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，无机混凝剂的投量和有机混凝剂的投量的比为10：1～5：1，所用的无机混凝剂选自Al2(SO4)3，AlCl3，Fe2(SO4)3，FeCl3中的一种或几种，所用的有机混凝剂选自壳聚糖、聚丙烯酰胺中的一种或几种。
4.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，由第七蝶阀(1-7)、第八蝶阀(1-8)和第九蝶阀(1-9)中排出的污泥可短时间保存，当原水中胶体颗粒较低、慢滤池A中形成的污泥较少时，可适当回流。
5.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，活性氧化铝慢滤池A的水力停留时间为25～45min，以24～48h/次的频率曝气提供溶解氧并促进絮体的形成。
6.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，重力驱动外压式超滤膜组件B采用中空纤维膜，操作压力为50～100mbar，膜通量保持在10.4-18.2L/(m2·h)范围内。
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