CN112426886A - 一种基于气液两相流的低耗高效型平板陶瓷膜微滤系统 - Google Patents

Abstract

一种基于气液两相流的低耗高效型平板陶瓷膜微滤系统，包括平板陶瓷膜装置、曝气系统、反洗系统、高压清洗系统和化学清洗系统。所述平板陶瓷膜装置包括微滤膜池、平板陶瓷膜组件、曝气装置、湍流促进装置和移动式高压清洗喷头等组成。本发明适用于高浊度废水处理后回用的系统，较传统的高效澄清工艺和电絮凝工艺出水水质更佳且稳定，检修维护量小，操作方便，耐水质水量冲击负荷能力强，具有良好的环保和经济效益。

Description

一种基于气液两相流的低耗高效型平板陶瓷膜微滤系统

技术领域

本发明属于水处理领域，具体涉及一种基于气液两相流的低耗高效型平板陶瓷膜微滤系统。

背景技术

火电厂生产过程中产生废水的种类很多，水质水量差异很大。其中，低含盐量、高浊度、含油的废水大约占比全厂废水量的10％左右，主要包括含煤废水、车间工业废水、生活污水及其他废水。近些年，随着国家对火电行业环保政策的收紧，国内新建机组均已配备较为完善的废水分质收集和处理系统。但对于目前在役的老旧机组，其原有工业废水大多为直排或收集方式较为粗放，无法实现分质收集，导致其水质除悬浮物含量高外，还具有COD含量偏高、pH不稳定等特点。

火电厂高浊度废水常规处理方案一般为经二级沉淀去除大颗粒悬浮物，上清液采用高效净水器或电絮凝装置进行处理。其中，高效净水器利用竖向空间将混凝反应、离心分离、重力分离、动态过滤和污泥浓缩等过程组合一体，装置罐体一般很高，难以监控其运行状况，维护及检修较困难，出水水质难以保证；电絮凝装置无需化学药剂的投加，但其耗电较多，分体式布置，占地较大，故障率高，且絮凝效果不理想。

平板式陶瓷膜具有过滤面积大、化学稳定性好、耐酸碱、耐高温、抗微生物能力强、分离精度高、机械强度大等特点，适用于各类高浊度废水处理。但常规陶瓷膜装置在处理高浊度废水时，往往存在膜片表面易出现浓差极化、反清洗不彻底等现象，导致在运行周期内膜通量衰减快，进而影响系统产水回收率、化学清洗频繁。为保证陶瓷膜装置连续稳定运行，需结合陶瓷膜的运行特点，开发出一种延长陶瓷膜运行周期、提高效率，同时符合低能耗要求的处理系统。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于气液两相流的低耗高效型平板陶瓷膜微滤系统，工艺流程简单，处理效果可靠，且运行维护简单，降低了一次投资和运行维护成本。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种基于气液两相流的低耗高效型平板陶瓷膜微滤系统，包括微滤膜池，微滤膜池一侧壁上开设有高浊废水入口，另一侧壁上开设有出水口，微滤膜池内设置有平板陶瓷膜组件，平板陶瓷膜组件底部设置有多孔曝气装置，平板陶瓷膜组件内部设置有湍流促进装置；微滤膜池一侧设置有产水泵和清洗系统，产水泵的入口与平板陶瓷膜组件产水侧相连，清洗系统与微滤膜池相连。

本发明进一步的改进在于，清洗系统包括膜内气水反洗系统和膜外高压清洗系统，膜内气水反洗系统包括反洗进水系统和反洗进气系统，平板陶瓷膜组件内设置有反洗进水管道和反洗进气管道，反洗进水系统与反洗进水管道相连，反洗进气系统与反洗进气管道相连。

本发明进一步的改进在于，膜外高压清洗系统包括移动式高压清洗喷头、清洗水系统和压缩空气系统，清洗水系统和压缩空气系统均与移动式高压清洗喷头相连，移动式高压清洗喷头设置在微滤膜池内顶部。

本发明进一步的改进在于，产水泵采用变频泵，产水泵入口管道上设置有压力变送器，压力变送器与膜内气水反洗系统联锁，产水泵出口管道上设置有在线流量计。

本发明进一步的改进在于，多孔曝气装置的曝气量通过下式计算：

式中，q1—曝气量；

Q—进水流量；

[SS]—进水悬浮物含量。

本发明进一步的改进在于，膜外高压清洗系统的清洗强度q2通过下式计算：

式中，q2—清洗强度；

Q—进水流量；

T—运行时间；

[SS]—悬浮物含量；

A—膜面积；

膜外高压清洗系统的清洗时间t通过下式计算：

式中，t—清洗时间；

ΔQ—运行周期内流量衰减值；

T—运行时间；

Q—进水流量；

本发明进一步的改进在于，微滤膜池底部设置有锥斗型泥斗和自动排污阀。

本发明进一步的改进在于，高浊废水入口与来水管道相连，来水管道上设置有悬浮物含量在线监测仪；

出水口与出水管道相连，出水管道上设置浊度表；

平板陶瓷膜组件包括并列设置的2组或多组组件式平板陶瓷膜。

本发明进一步的改进在于，微滤膜池一侧设置有化学清洗系统，微滤膜池侧壁上开设有清洗液入口，化学清洗系统与微滤膜池的清洗液入口相连；多孔曝气装置连接有曝气系统。

本发明进一步的改进在于，微滤膜池顶部设置有溢流管和液位计。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：

本发明提出了一种基于气液两相流的低耗高效型平板陶瓷膜微滤系统，区别于传统的电絮凝或混凝澄清过滤方法，通过设置平板陶瓷膜组件，采用平板陶瓷膜微滤技术处理含煤废水，出水水质稳定，且优于传统方法和回用标准；本发明基于气液双相流与膜面剪切力的相关性原理，采用气升式膜反应器即平板陶瓷膜组件，辅以湍流促进装置，并通过精准化计算控制曝气量，可明显延缓陶瓷膜通量衰减速率，清洗周期延长35min-40min，系统回收率水由原来的90％提高到95％以上。

进一步的，本发明提出了一种基于气液两相流的低耗高效型平板陶瓷膜微滤系统，除传统的气水反洗外，首次采用多角度高压喷头进行外表面清洗，并通过计算精准控制清洗强度，弥补了传统反洗方案清洗无法有效清洗外表面的不足。膜通量恢复值可由常规反洗的95％提升至98％。

附图说明

图1为本发明一种基于气液两相流的低耗高效型平板陶瓷膜微滤系统示意图。

图中，1-微滤膜池；2-平板陶瓷膜组件；3-产水泵；4-曝气装置；5-湍流促进装置；6-膜内气水反洗系统；7-膜外高压清洗系统；8-化学清洗系统。

具体实施方式

下面结合附图对本工艺作进一步详细描述。

参见图1，本发明的系统包括微滤膜池1，微滤膜池1一侧壁上开设有高浊废水入口，高浊废水入口与来水管道相连，来水管道上设置有悬浮物含量在线监测仪；另一侧壁上开设有出水口，出水口与出水管道相连；出水管道上设置浊度表，监测来水及产水水质。

微滤膜池1内设置有平板陶瓷膜组件2，平板陶瓷膜组件2为并列2组或多组设计。平板陶瓷膜组件2包括组件式平板陶瓷膜，采用组件式平板陶瓷膜作为微滤单元，便于拆卸及安装。平板陶瓷膜组件2底部设置有多孔曝气装置4，多孔曝气装置4连接有曝气系统，平板陶瓷膜组件2内部设置有湍流促进装置5。

微滤膜池1一侧设置有化学清洗系统8，微滤膜池1侧壁上开设有清洗液入口，化学清洗系统8与微滤膜池1的清洗液入口相连。利用化学清洗系统8，定期对平板式陶瓷膜组件2进行化学清洗，实现彻底恢复膜通量。微滤膜池1另一侧设置有产水泵3和清洗系统，产水泵3的入口与平板陶瓷膜组件2产水侧相连，清洗系统与微滤膜池1相连。清洗系统能够保证组件式平板陶瓷膜片内外侧清洗彻底。清洗系统包括膜内气水反洗系统6和膜外高压清洗系统7。膜内气水反洗系统6包括反洗进水系统和反洗进气系统，平板陶瓷膜组件2内设置有反洗进水管道和反洗进气管道，膜内气水反洗系统6的反洗进水系统与平板陶瓷膜组件2的反洗进水管道相连，膜内气水反洗系统6的反洗进气系统与平板陶瓷膜组件2的反洗进气管道相连，可实现气水联合反洗；膜外高压清洗系统7包括移动式高压清洗喷头及配套的清洗水系统和压缩空气系统，可清洗组件式平板陶瓷膜片表面附着污染物，提高膜通量恢复率。移动式高压清洗喷头设置在微滤膜池1内顶部，移动式高压清洗喷头和压缩空气系统均与清洗水系统相连。

产水泵3采用变频泵，产水泵3入口管道上设置有压力变送器，用于监测微滤系统跨膜压差，与膜内气水反洗系统6联锁，产水泵3出口管道上设置有在线流量计，产水流量与产水泵3频率联锁。

多孔曝气装置4的曝气量可根据水质水量变化实时调整，通过精确控制曝气量实现低耗能、高效率的曝气效果，曝气量计算参考下式：

式中，q1—曝气量，m³/h；

Q—进水流量，m³/h；

[SS]—进水悬浮物含量，mg/L。

本发明通过平板式陶瓷膜微滤系统配备多孔曝气装置，并在膜组件内设置湍流促进器，在膜表面形成气液两相流，增加剪切力，抑制浓差极化现象。

根据来水水质调整膜外高压清洗系统7的清洗强度q2及清洗时间t，如下式所示：

式中，q2—清洗强度，L/；

Q—进水流量，m³/h；

T—运行时间，h；

[SS]—进水悬浮物含量，mg/L；

A—膜面积，m²。

清洗时间t计算参考如下公式：

式中，t—清洗时间，s；

ΔQ—运行周期内流量衰减值，m³；

T—运行时间，h；

Q—进水流量，m³/h

微滤膜池1底部设置有锥斗型泥斗，微滤膜池1底部设置有自动排污阀，排泥频率可根据进水量和SS自动进行调节。

微滤膜池1顶部设置有溢流管和用于监测膜池内液位的液位计，液位与曝气系统4和产水泵3自动启停联锁。

采用气液两相流减少陶瓷膜的污堵，气相流量可根据水质水量自动调节。

采用压力变送器监测跨膜压差，并将跨膜压差值与反洗和高压清洗系统进行联锁，跨膜压差达到设定值时，可自动启动清洗。

微滤膜采用高压清洗喷头进行表面冲洗，快速恢复膜通量，清洗强度和流量可自动根据膜污堵程度进行调节，微滤膜池底部泥斗设计为锥斗型式，排泥口设置自动阀。

本发明具有如下特点：

1.本系统区别于传统电絮凝和高效净水装置，首次采用浸没式平板陶瓷膜微滤工艺，既提高了产水水质，同时规避了传统技术方案存在的占地面积大、运行操作复杂、检修维护工作量大、水质不稳定等不足。

2.本系统微滤单元采用浸没式陶瓷膜片，底部设置曝气装置，膜组件内设置湍流促进器。曝气量根据水质水量自动调整，既保证足够曝气强度以抑制膜片表面的浓差极化，同时又节省系统运行能耗。陶瓷膜箱内设置有高压清洗喷头，可冲洗陶瓷膜表面的污垢，减少了人为检修清理的难度和频率，清洗强度和清洗时间可根据水质水量自动调整。

3.本系统采用平板式中空陶瓷膜元件，孔径0.1μm，具有耐强酸碱、耐强氧化，耐有机溶剂，耐高温，耐磨损，孔径分布窄、分离精度高，强度高、经久耐用，通量高、可反冲、过滤效率高，抗污染性能强、抗微生物降解等特点。

本发明的工作过程为：高浊度废水来水进入微滤膜池1，来水管道上设置在线仪表，监测悬浮物含量。在曝气系统结合曝气装置4、湍流促进装置5的作用下，来水在膜池内实现充分混合，并于平板式陶瓷膜组件2的膜片表面形成气液两相流。在产水泵3抽吸形成的负压作用下，产水经膜片0.1μm微孔进入膜内侧收集，污染物被拦截在膜表面。在运行周期内，随着污染物在膜片表面的富集导致膜通量下降，产水流量下降，跨膜压差增大，在合理范围内，产水泵3通过提高运行频率，保持系统出力稳定；当跨膜压差增大至一定值时，系统自动停运，并进行反洗和高压清洗。反洗系统可进行气反洗和水反洗，高压清洗系统采用移动式高压清洗喷头，保证膜片两侧清洗到位，清洗顺序为：高压清洗—气洗—水洗—高压清洗。为保证陶瓷膜片运行效率和寿命周期，定期通过化学清洗系统8对膜组件进行维护。反洗及化学清洗完成后，膜池底部自动排污阀开启进行排污。

下面为具体实施例。

某火电厂含煤废水水量约为10t/h，系统设计最大水量为15t/h。设计进、产水水质指标见表1。

表1设计进及产水水质指标

注：“--”表示无明确要求。

该厂含煤废水经原有沉淀池收集、预沉后，经煤水提升泵输送至平板陶瓷膜微滤系统，来水管道设置悬浮物SS在线监测仪，监测SS含量基本维持在2500mg/L～4100mg/L。废水首先进入微滤膜池1，液位上升至运行液位后，启动曝气系统，曝气量根据SS含量自动调节，当SS＝3778mg/L时，参考公式计算曝气量q1＝0.859×10×log3778＝30.72m³/h。

微滤膜池液位至运行液位后，自动启动产水泵。产水泵通过自动变频调节维持系统出力稳定。产水泵入口设置压力变送器监测跨膜压差，当跨膜压差达到30kPa时，自动停运、排空后进行清洗：高压清洗—气反洗—水反洗。高压清洗强度q2及清洗时间t计算分别参考公式、公式。清洗完成后，自动进入待机状态或进行下一个运行周期。该系统维护性化学清洗周期为2个月/次。产水水质见表2。

表2平板陶瓷膜微滤系统产水水质

以上所述仅是本发明的实施步骤的举例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于气液两相流的低耗高效型平板陶瓷膜微滤系统，其特征在于，包括微滤膜池(1)，微滤膜池(1)一侧壁上开设有高浊废水入口，另一侧壁上开设有出水口，微滤膜池(1)内设置有平板陶瓷膜组件(2)，平板陶瓷膜组件(2)底部设置有多孔曝气装置(4)，平板陶瓷膜组件(2)内部设置有湍流促进装置(5)；微滤膜池(1)一侧设置有产水泵(3)和清洗系统，产水泵(3)的入口与平板陶瓷膜组件(2)产水侧相连，清洗系统与微滤膜池(1)相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于气液两相流的低耗高效型平板陶瓷膜微滤系统，其特征在于，清洗系统包括膜内气水反洗系统(6)和膜外高压清洗系统(7)，膜内气水反洗系统(6)包括反洗进水系统和反洗进气系统，平板陶瓷膜组件(2)内设置有反洗进水管道和反洗进气管道，反洗进水系统与反洗进水管道相连，反洗进气系统与反洗进气管道相连。

3.根据权利要求1所述的一种基于气液两相流的低耗高效型平板陶瓷膜微滤系统，其特征在于，膜外高压清洗系统(7)包括移动式高压清洗喷头、清洗水系统和压缩空气系统，清洗水系统和压缩空气系统均与移动式高压清洗喷头相连，移动式高压清洗喷头设置在微滤膜池(1)内顶部。

4.根据权利要求1所述的一种基于气液两相流的低耗高效型平板陶瓷膜微滤系统，其特征在于，产水泵(3)采用变频泵，产水泵(3)入口管道上设置有压力变送器，压力变送器与膜内气水反洗系统(6)联锁，产水泵(3)出口管道上设置有在线流量计。

5.根据权利要求1所述的一种基于气液两相流的低耗高效型平板陶瓷膜微滤系统，其特征在于，多孔曝气装置(4)的曝气量通过下式计算：

式中，q1—曝气量；

Q—进水流量；

[SS]—进水悬浮物含量。

6.根据权利要求1所述的一种基于气液两相流的低耗高效型平板陶瓷膜微滤系统，其特征在于，膜外高压清洗系统(7)的清洗强度q2通过下式计算：

式中，q2—清洗强度；

Q—进水流量；

T—运行时间；

[SS]—悬浮物含量；

A—膜面积；

膜外高压清洗系统(7)的清洗时间t通过下式计算：

式中，t—清洗时间；

ΔQ—运行周期内流量衰减值；

T—运行时间；

Q—进水流量。

7.根据权利要求1所述的一种基于气液两相流的低耗高效型平板陶瓷膜微滤系统，其特征在于，微滤膜池(1)底部设置有锥斗型泥斗和自动排污阀。

8.根据权利要求1所述的一种基于气液两相流的低耗高效型平板陶瓷膜微滤系统，其特征在于，高浊废水入口与来水管道相连，来水管道上设置有悬浮物含量在线监测仪；

出水口与出水管道相连，出水管道上设置浊度表；

平板陶瓷膜组件(2)包括并列设置的2组或多组组件式平板陶瓷膜。

9.根据权利要求1所述的一种基于气液两相流的低耗高效型平板陶瓷膜微滤系统，其特征在于，微滤膜池(1)一侧设置有化学清洗系统(8)，微滤膜池(1)侧壁上开设有清洗液入口，化学清洗系统(8)与微滤膜池(1)的清洗液入口相连；多孔曝气装置(4)连接有曝气系统。

10.根据权利要求9所述的一种基于气液两相流的低耗高效型平板陶瓷膜微滤系统，其特征在于，微滤膜池(1)顶部设置有溢流管和液位计。

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