CN113697903A - 零药剂短流程膜直滤系统及污水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种零药剂短流程膜直滤系统及污水处理方法，该膜直滤系统包括膜直滤过滤器和输送系统；膜直滤过滤器包括自下而上依次连通的储泥区、过滤区和清液区；过滤区内悬置有膜组件，膜组件为多个过滤膜管单端集合而成，并且过滤区通过膜组件的集合的一端与清液区连通，过滤区与清液区完全贯穿；过滤区或储泥区设置有进液口；储泥区设置有排泥口；清液区设置有出液口；输送系统用于将待处理的废水依次经过进液口、过滤区、清液区、出液口。该系统可直接应用于未经预处理的废液，无需投加药剂，也无需采用多段多级去除设备的联用，达到了混凝沉淀+过滤+超滤三个单元的去除效果，且占地少、动力设备少、流程短、运维简便。

Description

零药剂短流程膜直滤系统及污水处理方法

技术领域

本发明涉及膜过滤技术领域，具体涉及一种零药剂短流程膜直滤系统及污水处理方法。

背景技术

当前去除悬浮物和浊度的技术已有较多，目前用的较多的技术主要有气浮、混凝沉淀、澄清、介质过滤和超滤膜过滤等，且一般为多种技术组合使用。例如气浮+混沉；混凝沉淀+石英砂过滤；混凝沉淀+多介质过滤；混凝沉淀+多介质过滤+超滤；气浮+混沉+过滤+超滤等。

其中，气浮主要去除细小不易重力沉降悬浮物，但去除效率需要受到溶气、气泡大小、时间、悬浮物性质等影响。

沉淀基本通过重力沉降的方式将悬浮物去除，为提高沉降效率，需投加絮凝和助凝药剂，从而使悬浮物形成较大絮体并增大相对密度。同时，去除效率与悬浮物性质及浓度、药剂投加量、沉淀池形式等也有较大关系。而且产水水质受进水水质波动影响较大。

介质过滤主要包括石英砂过滤、多介质过滤，滤池形式也有无阀滤池、V型滤池、石英砂过滤器、多介质过滤器等。过滤通常针对相对较好水质，例如悬浮物不高于100mg/L。

超滤膜过滤通常用作反渗透预处理技术，保证反渗透进水浊度和SDI值。超滤对进水也有较高要求，通常浊度不高于20NTU。因此，超滤很难直接针对悬浮物直接处理，通常都会以过滤作为预处理并配有自清洗过滤器等。

可见，常规的污水处理需要多种技术组合使用，而且还需要投加药剂以及增加沉淀+过滤等预处理技术以满足膜过滤要求，非常繁琐。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种零药剂短流程膜直滤系统及污水处理方法，该零药剂短流程膜直滤系统通过膜直滤过滤器的设置可直接应用于未经预处理的废液，无需投加药剂，也无需进行多段多级设备的联用去除，达到了混凝沉淀+过滤+超滤三个单元的去除效果，且该直滤系统占地少、动力设备少、流程短、运维简便，以解决现有技术中悬浮物及浊度的去除需投加药剂、采用多级多段设备联用的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种零药剂短流程膜直滤系统。

该零药剂短流程膜直滤系统包括膜直滤过滤器和输送系统；其中，

所述膜直滤过滤器包括自下而上依次连通的储泥区、过滤区和清液区；所述过滤区内悬置有膜组件，所述膜组件为多个过滤膜管单端集合而成，并且所述过滤区通过所述膜组件的所述集合的一端与所述清液区连通，所述过滤区与所述清液区完全贯穿；

所述过滤区或所述储泥区设置有进液口；所述储泥区设置有排泥口；所述清液区设置有出液口；

所述输送系统用于将待处理的废水依次经过所述进液口、所述过滤区、所述清液区、所述出液口。

进一步的，所述过滤膜管的材质为膨体聚四氟乙烯或乙烯-三氟氯乙烯共聚物。

进一步的，所述过滤膜管的管直径为4～20mm；所述过滤膜管的过滤孔径为0.05～0.5μm。

进一步的，所述过滤区和所述清液区之间设置有分隔板，并且所述分隔板上开设有连通孔；所述膜组件的所述集合的一端设置在所述分隔板上且连通所述连通孔，所述膜组件上远离所述分隔板的一端为自由端。

进一步的，所述输送系统包括输送泵、第一控制阀、第一管道以及用于盛放所述待处理的废水的第一箱体；所述第一箱体连接所述输送泵，所述输送泵通过所述第一管道连接所述进液口，所述第一控制阀设置在所述第一管道上。

进一步的，还包括收集系统，所述收集系统包括第二管道、第二控制阀以及用于收集清液的第二箱体；所述第二箱体通过所述第二管道连通所述出液口，并且所述第二控制阀设置在所述第二管道上。

进一步的，还包括排泥系统以及用于监测系统跨膜压差的压力变送器；所述排泥系统包括第三管道、第三控制阀以及用于监控所述储泥区内污泥浓度的污泥浓度计；所述第三管道连通所述排泥口，并且所述第三控制阀设置在所述第三管道上。

进一步的，还包括反洗系统，所述反洗系统包括第四管道、第四控制阀、第五管道和第五控制阀，所述第四管道连通所述出液口，并且所述第四控制阀设置在所述第四管道上；所述第五管道分别连通所述第一箱体和所述进液口，并且所述第五控制阀设置在所述第五管道上。

为了实现上述目的，根据本发明的第二方面，提供了一种污水处理方法。

基于上述的零药剂短流程膜直滤系统的污水处理方法，包括以下步骤：

通过输送系统将待处理的废水压力输送至膜直滤过滤器内，并通过所述膜组件；

在重力作用下，所述待处理的废水中重泥及较大颗粒物落入储泥区；

在所述膜组件的过滤作用下，所述待处理的废水中轻泥附着在膜组件表面形成滤饼层；同时，经膜组件过滤后得到的清液进入清液区。

进一步的，所述零药剂短流程膜直滤系统还包括输送系统、反洗系统、排泥系统以及用于监测系统跨膜压差的压力变送器；所述输送系统包括输送泵、第一控制阀、第一管道以及用于盛放所述待处理的废水的第一箱体；所述第一箱体连接所述输送泵，所述输送泵通过所述第一管道连接所述进液口，所述第一控制阀设置在所述第一管道上；所述反洗系统包括第四管道、第四控制阀、第五管道和第五控制阀，所述第四管道连通所述出液口，并且所述第四控制阀设置在所述第四管道上；所述第五管道分别连通所述第一箱体和所述进液口，并且所述第五控制阀设置在所述第五管道上；所述排泥系统包括第三管道、第三控制阀以及用于监控所述储泥区内污泥浓度的污泥浓度计；所述第三管道连通所述排泥口，并且所述第三控制阀设置在所述第三管道上；

所述污水处理方法还包括以下清洗操作：

对所述膜直滤过滤器定期进行反洗处理：采用气压反洗方式，压力≤0.1Mpa，时间≤10s；反洗处理时开启所述第四控制阀和所述第五控制阀；

对所述储泥区进行排泥处理：采用气压助排方式，压力≤0.1Mpa，当污泥浓度达到预设值时，开启所述第四控制阀和所述第三控制阀；

对所述膜组件进行化学清洗：当系统跨膜压差为0.1～0.2MPa时，系统停机并进入化学清洗程序。

本发明提出的膜直滤技术也是膜过滤的一种，但相比较超滤膜过滤，本发明由于膜直滤过滤器的设置不需要增加沉淀+过滤等预处理技术做保障，可直接面向沉淀前的待处理的废水，且产水可达到反渗透(RO膜)进水要求。并且，膜直滤技术无需增加絮凝及助凝药剂。

本发明的优势：

1、本发明中的膜直滤过滤器实现了混凝沉淀+过滤+超滤三个单元的去除效果，流程短，占地少，动力设备少，运维简便。本发明占地减少50％以上。

2、本发明可直接用于待处理的废水、海水及高浊给水的处理而无需投加药剂以及沉淀等操作，不仅节省投药设施建设费用，且节省药剂费用。其中，待处理废水包括矿井水处理、循环排污水处理、脱盐水预处理等需要进行悬浮物去除的废水。

3、相对于传统工艺产水水质受进水水质波动影响较大的不足，当进水悬浮物在0～10000mg/L范围内波动时，传统工艺产水水质也呈正相关波动，滤池出水浊度通常在2～100NTU波动，而本发明中产水浊度稳定小于0.5NTU。

4、本发明扩大了膜过滤应用范围，对进水水质要求降低，相比中空纤维超滤进水悬浮物控制在100mg/L以下，本发明中进水悬浮物可高达10000mg/L。

5、本发明中膜组件的抗污染能力强，相比中空纤维超滤膜过滤环境中悬浮物含量控制在1000mg/L以下，本发明中过滤膜组件所在的过滤环境中悬浮物可高达10万mg/L。

6、本发明还提高了膜过滤通量，相比传统中空纤维柱式或浸没式超滤，通量提高4～20倍，通量范围为200～1000L/m²·h。

7、本发明采用反气洗，操作简单，且降低了系统能耗。相比传统工艺而言，本发明吨水能耗降低30％以上，动力设备数量减少50％以上。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例中零药剂短流程膜直滤系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中膜组件的主视图；

图3为本发明实施例中膜组件与分隔板组合后的俯视图。

图中：

1、膜直滤过滤器；101、储泥区；102、过滤区；103、清液区；104、膜组件；105、进液口；106、出液口；107、排泥口；108、分隔板；109、过滤膜管；110、安装孔；111、连通孔；2、输送系统；201、第一箱体；202、输送泵；203、第一控制阀；204、第一管道；3、收集系统；301、第二箱体；302、第二管道；303、第二控制阀；4、排泥系统；401、污泥浓度计；402、第三管道；403、第三控制阀；5、反洗系统；501、第四管道；502、第四控制阀；503、第五管道；504、第五控制阀；6、压力变送器。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

根据本发明的实施方式，提供了一种用于去除高浓度、难沉淀悬浮物和浊度的零药剂短流程膜直滤系统，该零药剂短流程膜直滤系统主要包括膜直滤过滤器1和输送系统2。

结合图1和图2所示，膜直滤过滤器1内部自下而上依次设置为储泥区101、过滤区102和清液区103，并且过滤区102与储泥区101贯穿连通，过滤区102内悬置有膜组件104，膜组件104为多个过滤膜管109单端集合而成，并且过滤区102通过膜组件104的集合的一端与清液区103连通；

膜直滤过滤器1的侧壁上分别设置有进液口105、连通清液区103的出液口106以及连通储泥区101的排泥口107；其中，进液口105可以位于过滤区102、储泥区101或者过滤区102和储泥区101的中间位置；

输送系统2通过进液口105连通过滤区102，输送系统2用于待处理的废水的压力输送，将待处理的废水依次经过进液口105、过滤区102、清液区103、出液口106。

在上述实施例中，膜组件104采用悬挂式安装在过滤区102内，污泥不易在膜组件104上堆积，输送系统2将待处理的废水通过进液口105压力输送至膜直滤过滤器1内，并且待处理的废水未经预处理，也即无需向待处理的废水中投加药剂，也无需对待处理的废水进行沉淀处理等，并且采用外压过滤方式，待处理的废水由下至上进行过滤，基于重力作用待处理的废水中重泥或较大颗粒物(如砂石等)自然落入储泥区101；待处理的废水中轻泥在通过组件104时，附着在膜组件104表面形成滤饼层，在后续的反洗处理时滤饼层从膜组件104表面脱落，并落入储泥区101，最终随污泥并通过排泥口107排出系统；与此同时，经过膜组件104过滤后的清液进入清液区103，并通过出液口106进入第二箱体301中以进行收集。

而且，本发明中膜直滤过滤器1内储泥区101和过滤区102的设置，使得膜直滤过滤器1具有储泥及泥水分离功能，装置内固含量高达10％～20％，不需投加絮凝剂。

在本发明的实施例中，膜直滤过滤器1呈柱状，且其横截面可以为矩形或圆形。

如图1所示，储泥区101内部采用锥形设计，锥角在40°～65°之间，便于污泥的存储。

在本发明的实施例中，过滤区102高度可以为1.0～3.0m，在此高度区间内能够实现废水的有效过滤。

在本发明的实施例中，膜直滤过滤器1可以采用立柱式安装、落地式安装及悬挂式安装等，不作具体限定。

如图2所示，膜组件104为采用多个过滤膜管109单端集合而成。膜组件104的断面可以为方形、圆形等，不作具体限定。

在本发明实施例中，过滤膜管109为采用过滤膜形成的筒体。

如图2所示，过滤膜管109的底端封闭设置，顶端敞口设置，过滤后的清液经由顶端的敞口排出。

在本发明的实施例中，过滤膜管109可以为膨体聚四氟乙烯或乙烯-三氟氯乙烯共聚物材质，抗污染不堵塞，原水悬浮物可达10000mg/L。

在本发明的实施例中，过滤膜管109的管直径为4～20mm，管直径在此区间内可以实现较佳的过滤效果，当然也可以根据实际需要进行直径的调整。

在本发明的实施例中，过滤膜管109的过滤孔径为0.05～0.5μm，过滤孔径与管直径形成有效配合，达到较佳的过滤效果。

在本发明的实施例中，过滤膜管109(或称膜管)可以采用带支撑层过滤膜管109，也可采用不带支撑层过滤膜管109。

其中，带支撑层过滤膜管109的支撑层套设在管内部，形成对过滤膜管109的支撑，支撑层的材料可以为多孔疏松材料，如PP、PET、PE、碳纤维、树脂类、橡胶类、PVC、PVDF、ABS或PTFE等，待处理的废水能够通过支撑层。

如图1所示，过滤区102和清液区103之间设置有分隔板108，清液区103形成为封闭式结构，并且分隔板108上开设有连通孔111，如图3所示，膜组件104的集合的一端可以通过螺栓与分隔板108上的安装孔110固定，并且过滤膜管109的顶端敞口连通连通孔111，膜组件104上与分隔板108相对的一端为自由端，也即自由散开设置，因而使得过滤后的清液通过连通孔111进入清液区103内。

在发明的实施例中，螺栓可以采用钛合金、304SS、316L、2205、2507等材质。

如图1所示，输送系统2包括输送泵202、第一控制阀203、第一管道204以及用于盛放待处理的废水的第一箱体201；第一箱体201连接输送泵202，输送泵202通过第一管道204连接进液口105，第一控制阀203设置在第一管道204上，用于控制待处理的废水的输送。

待处理的废水(不需投加药剂及沉淀等)利用输送泵202经压力输送以水平方式进入膜直滤过滤器1内，经膜组件104过滤后进入清液区103，并通过出液口106进入第二箱体201内。

在本发明的实施例中，零药剂短流程膜直滤系统还包括收集系统3，收集系统3主要用于收集经过膜组件104处理后得到的清液。

如图1所示，收集系统3包括第二管道302、第二控制阀303以及用于收集清液的第二箱体301；第二箱体301通过第二管道302连通出液口106，并且第二控制阀303设置在第二管道302上，用于控制清液的输出。

在本发明的实施例中，零药剂短流程膜直滤系统还包括排泥系统4，排泥系统4主要用于储泥区101内污泥的排出。

如图1所示，排泥系统4包括第三管道402、第三控制阀403以及用于监控储泥区101内污泥浓度的污泥浓度计401；污泥浓度计401可以连接在储泥区101的侧壁上；第三管道402连通排泥口107，并且第三控制阀403设置在第三管道402上，用于控制污泥的排出。

在本发明的实施例中，排泥受储泥区101内污泥浓度的控制，当储泥区101内污泥的浓度值达到污泥浓度计401的浓度设定值，浓度值通常设定在5％～20％之间，则进入排泥程序。

需要说明的是，该浓度值表示为绝干污泥与过滤液的重量百分比。

在本发明的实施例中，零药剂短流程膜直滤系统还包括用于监测系统跨膜压差的压力变送器6，压力变送器6主要用于监测系统跨膜压差。

如图1所示，压力变送器6连接在过滤区102的侧壁上，当系统跨膜压差达到压力变送器6上的预设压差值，一般设置为0.1～0.2Mpa，则需要对膜组件104进行化学清洗。

在本发明的实施例中，化学清洗可以采用盐酸、氢氧化钠、次氯酸钠、柠檬酸等清洗药剂，而且也可以根据污染物不同而选取不同的且适宜的清洗药剂，不作具体限定。

在本发明的实施例中，零药剂短流程膜直滤系统还包括反洗系统5，反洗系统5主要是对正常运行的系统进行清洗。

如图1所示，反洗系统5包括第四管道501、第四控制阀502、第五管道503和第五控制阀504，其中，第四管道501连通出液口106，并且第四控制阀502设置在第四管道501上；第五管道503分别连通第一箱体201和进液口105，并且第五控制阀504设置在第五管道503上。

反洗时第四控制阀502和第五控制阀504打开，其余控制阀均关闭，附着在膜组件104表面的滤饼层脱落，进入储泥区101。

根据本发明的实施方式，还提供了一种污水处理方法，并且该处理方法是基于上述的零药剂短流程膜直滤系统。

污水处理方法包括以下步骤：

通过输送系统2将待处理的废水压力输送至膜直滤过滤器1内，并通过膜组件104；

在重力作用下，待处理的废水中重泥及较大颗粒物落入储泥区101；

在膜组件104的过滤作用下，待处理的废水中轻泥附着在膜组件104表面形成滤饼层；同时，经膜组件104过滤后得到的清液进入清液区103。

本发明中的污水处理方法，无需向待处理的废水中投加药剂即可去除悬浮物，且产水浊度＜0.5NTU。

在本发明的实施例中，污水处理方法还包括以下清洗操作：

对膜直滤过滤器1定期进行反洗处理：采用气压反洗方式，压力≤0.1Mpa，时间≤10s；反洗处理时开启第四控制阀502和第五控制阀504，其余控制阀均关闭；

对储泥区101进行排泥处理：采用气压助排方式，压力≤0.1Mpa，当污泥浓度达到5～20％时，开启第四控制阀502和第三控制阀403，其余控制阀均关闭；

对膜组件104进行化学清洗：当系统跨膜压差为0.1～0.2MPa时，系统关机并进入化学清洗过程中。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种零药剂短流程膜直滤系统，其特征在于，包括膜直滤过滤器和输送系统；其中，

所述膜直滤过滤器包括自下而上依次连通的储泥区、过滤区和清液区；所述过滤区内悬置有膜组件，所述膜组件为多个过滤膜管单端集合而成，并且所述过滤区通过所述膜组件的所述集合的一端与所述清液区连通，所述过滤区与所述清液区完全贯穿；

所述过滤区或所述储泥区设置有进液口；所述储泥区设置有排泥口；所述清液区设置有出液口；

所述输送系统用于将待处理的废水依次经过所述进液口、所述过滤区、所述清液区、所述出液口。

2.根据权利要求1所述的零药剂短流程膜直滤系统，其特征在于，所述过滤膜管的材质为膨体聚四氟乙烯或乙烯-三氟氯乙烯共聚物。

3.根据权利要求1或2所述的零药剂短流程膜直滤系统，其特征在于，所述过滤膜管的管直径为4～20mm；所述过滤膜管的过滤孔径为0.05～0.5μm。

4.根据权利要求1所述的零药剂短流程膜直滤系统，其特征在于，所述过滤区和所述清液区之间设置有分隔板，并且所述分隔板上开设有连通孔；所述膜组件的所述集合的一端设置在所述分隔板上且连通所述连通孔，所述膜组件上远离所述分隔板的一端为自由端。

5.根据权利要求1所述的零药剂短流程膜直滤系统，其特征在于，所述输送系统包括输送泵、第一控制阀、第一管道以及用于盛放所述待处理的废水的第一箱体；所述第一箱体连接所述输送泵，所述输送泵通过所述第一管道连接所述进液口，所述第一控制阀设置在所述第一管道上。

6.根据权利要求1所述的零药剂短流程膜直滤系统，其特征在于，还包括收集系统，所述收集系统包括第二管道、第二控制阀以及用于收集清液的第二箱体；所述第二箱体通过所述第二管道连通所述出液口，并且所述第二控制阀设置在所述第二管道上。

7.根据权利要求1所述的零药剂短流程膜直滤系统，其特征在于，还包括排泥系统以及用于监测系统跨膜压差的压力变送器；所述排泥系统包括第三管道、第三控制阀以及用于监控所述储泥区内污泥浓度的污泥浓度计；所述第三管道连通所述排泥口，并且所述第三控制阀设置在所述第三管道上。

8.根据权利要求5所述的零药剂短流程膜直滤系统，其特征在于，还包括反洗系统，所述反洗系统包括第四管道、第四控制阀、第五管道和第五控制阀，所述第四管道连通所述出液口，并且所述第四控制阀设置在所述第四管道上；所述第五管道分别连通所述第一箱体和所述进液口，并且所述第五控制阀设置在所述第五管道上。

9.基于权利要求1-5任一项所述的零药剂短流程膜直滤系统的污水处理方法，包括以下步骤：

通过输送系统将待处理的废水压力输送至膜直滤过滤器内，并通过所述膜组件；

在重力作用下，所述待处理的废水中重泥及较大颗粒物落入储泥区；

在所述膜组件的过滤作用下，所述待处理的废水中轻泥附着在膜组件表面形成滤饼层；同时，经膜组件过滤后得到的清液进入清液区。

10.根据权利要求9所述的零药剂短流程膜直滤系统的污水处理方法，其特征在于，所述零药剂短流程膜直滤系统还包括输送系统、反洗系统、排泥系统以及用于监测系统跨膜压差的压力变送器；所述输送系统包括输送泵、第一控制阀、第一管道以及用于盛放所述待处理的废水的第一箱体；所述第一箱体连接所述输送泵，所述输送泵通过所述第一管道连接所述进液口，所述第一控制阀设置在所述第一管道上；所述反洗系统包括第四管道、第四控制阀、第五管道和第五控制阀，所述第四管道连通所述出液口，并且所述第四控制阀设置在所述第四管道上；所述第五管道分别连通所述第一箱体和所述进液口，并且所述第五控制阀设置在所述第五管道上；所述排泥系统包括第三管道、第三控制阀以及用于监控所述储泥区内污泥浓度的污泥浓度计；所述第三管道连通所述排泥口，并且所述第三控制阀设置在所述第三管道上；

所述污水处理方法还包括以下清洗操作：

对所述膜直滤过滤器定期进行反洗处理：采用气压反洗方式，压力≤0.1Mpa，时间≤10s；反洗处理时开启所述第四控制阀和所述第五控制阀；

对所述储泥区进行排泥处理：采用气压助排方式，压力≤0.1Mpa，当污泥浓度达到预设值时，开启所述第四控制阀和所述第三控制阀；

对所述膜组件进行化学清洗：当系统跨膜压差为0.1～0.2MPa时，系统停机并进入化学清洗程序。

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