CN114604939A - 一种基于高强度浸没式膜的水处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于高强度浸没式膜的水处理系统，至少包括膜单元，澄清流在进入膜池后基于产水泵抽吸作用于高强度膜内形成的气体负压状态，在负压作用下通过高强度膜微孔进入高强度膜内部通道并通过产水泵进入产水池中，高强度膜包括后端压膜和超滤膜，后端压膜为分隔出至少两个过减空间的多层级过减膜，若干防腐蚀颗粒按照能够排布所述过减空间的朝向所述澄清流流动方向一侧并未填满所述过减空间的方式设置以降低所述超滤膜的后端压。澄清流从后端压膜流向超滤膜，其后端压膜设有的若干防腐蚀颗粒限定出了澄清流的流动水径，澄清流通过相邻两个防腐蚀颗粒之间的空隙流动，以最大限度减少澄清流的冲击力，增加流动水径，从而提高出水量。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种基于高强度浸没式膜的水处理系统及方法。
背景技术
随着当今社会的不断发展，工业浓盐水含有的高浓度无机盐以及大量难降解的有机物或污染物会对天然水源造成极大危害，影响到水中生物和生活用水。该废水需要进行多道工序处理，现有技术中采用多介质和超滤的方案进行过滤处理，而本发明优化为高强度膜过滤，膜产水通过抽吸方式，对大量细小悬浮物成功拦截，并且设计了后端压膜和超滤膜进行协同过滤，解决了后端压大，污染物堆积，沉降效果差，普通超滤膜易堵塞、断丝等问题。
中国专利CN112794500B公开了一种焦化废水浓盐水近零排放处理系统及其处理方法，所述处理系统包括依次连接的调节池，一级高效沉淀池，二级高效沉淀池，一级多介质过滤器，臭氧氧化接触池，二级多介质过滤器，超滤装置，弱酸性阳离子交换单元，纳滤单元，浓水纳滤单元，反渗透单元，浓水反渗透单元；废水经过纳滤单元，产水进入反渗透单元，浓水进入浓水纳滤单元，纳滤单元和浓水纳滤单元的产水进入反渗透单元，反渗透单元产生的浓水进入浓水反渗透单元，反渗透单元和浓水反渗透单元产水合并后回用；弱酸性阳离子交换单元出水进行纳滤之前，投入FeCl3和SnCl4共同改性的分子筛。本发明处理系统进行焦化废水浓盐水的处理，产水率达到80％以上，并且长时间运行膜系统保持稳定。该专利采用的整套水处理系统缺陷在于：首先对于前置的预处理采用多级沉淀池，而未使用高密池导致沉淀效果差，沉淀不完全；过滤后接超滤装置易将超滤膜堵塞甚至出现断丝，影响工业进程；反渗透单元作为工艺末尾处理，无法做到废水零排放。
此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。
发明内容
针对现有技术之不足，本发明的技术方案是提供一种基于高强度浸没式膜的水处理系统，至少包括位于澄清单元下游的膜单元，所述澄清单元被配置为：基于澄清池的高密度软化获得去除其中所含重金属离子以及硬度离子的澄清流，其中，所述膜单元被配置为：所述澄清流在进入膜池后基于产水泵抽吸作用于高强度膜内形成的气体负压状态，在负压作用下通过高强度膜微孔进入所述高强度膜内部通道并通过所述产水泵进入产水池中，其中，所述高强度膜包括后端压膜和超滤膜，所述澄清流依次通过所述后端压膜和超滤膜，所述后端压膜为分隔出至少两个过减空间的多层级过减膜，若干防腐蚀颗粒按照能够排布所述过减空间的朝向所述澄清流流动方向一侧并未填满所述过减空间的方式设置以降低所述超滤膜的后端压。澄清流从后端压膜流向超滤膜，其后端压膜设有的若干防腐蚀颗粒限定出了澄清流的流动水径，澄清流通过相邻两个防腐蚀颗粒之间的空隙流动，以最大限度减少澄清流的冲击力，增加流动水径，从而提高出水量。后端压膜作为超滤膜的前置，用于减小澄清流对超滤膜的后端压，同时也能进行初步过滤效果，以防止大量絮凝堆积在超滤膜造成超滤膜堵塞，还能够增加曝气模块和膜单元第二工作模式进行清除高强度膜外表面污染物的效率，有效降低膜单元第一工作模式和第二工作模式的切换频率，从而达到高产水、高过滤的目的。
根据一种优选的实施方式，所述过减空间的若干防腐蚀颗粒基于所述澄清流的流动作用于所述过减空间内动态移动且以未填满所述过减空间的方式始终存在于所述过减空间中，其中，若干所述防腐蚀颗粒占过减空间的百分比大于未填满空间占过减空间的百分比，沿所述澄清流的流动方向的至少两个过减空间，处于所述澄清流下游的过减空间的若干所述防腐蚀颗粒占过减空间的百分比依次增加。上述设置给予了若干防腐蚀颗粒移动的空间，同时也将若干防腐蚀颗粒限制在过减空间内，进而使得若干防腐蚀颗粒在过滤絮凝的同时防止其由于过多絮凝的堆积导致后端压膜被堵塞住。在过减空间中，若干防腐蚀颗粒在内部因澄清流推动呈现不规则运动，使得颗粒之间的接触状态是动态变化的，这种变化提高了污染物的截留率并且澄清流的流量不会因过多的若干防腐蚀颗粒而减少，增加澄清流的过减面积以及效率，进而保障进入产水池的产水水质。
根据一种优选的实施方式，所述膜单元还包括曝气模块，所述曝气模块的风机将气体通过管道引导至所述高强度膜竖向下底端释放，所述气体基于所述澄清流的混合作用于所述高强度膜形成涡流并上升清洁所述高强度膜的外表面以除去污染物，从而减少超滤膜的污染，延长其使用寿命，提高过减效率。曝气模块与后端压膜配合使用，后端压膜中的若干防腐蚀颗粒不仅将澄清流分出多个流动水径，同时将气体的流动路径分隔。气体流动路径分隔为多个小路径后，由于路径出口面积的减少，气体从中曝出的速度增加，从而使得清洁效果大大增加，即通过改变气体通过的湍流强度，增加曝气清洁超滤膜的效率。
根据一种优选的实施方式，基于所述产水泵抽吸方向的不同所述膜单元可分为第一工作模式和第二工作模式，其中，所述第一工作模式是指将所述澄清流从所述高强度膜竖向下端抽吸进入，从高强度膜竖向上端抽吸出去，并通过所述产水泵进入产水池中以进行过滤作用，所述第二工作模式是指将所述产水池中的产水流从所述高强度膜竖向上端抽吸进入，从所述高强度膜竖向下端抽吸出去，以所述产水流的反洗作用清洁所述超滤膜和后端压膜。第一工作模式即对澄清流进行过滤的正常工作方式，而第二工作模式则是通过产水流对高强度膜进行清洗。第二工作模式时，可与产水流中加入化学清洗药剂以去除有机、无机以及生物污堵。在本发明中，碱洗时加入次氯酸钠去除有机和生物污堵，酸洗时加入盐酸(例如柠檬酸)去除无机物污染。
根据一种优选的实施方式，在处于第二工作模式时，若干所述防腐蚀颗粒能够在所述产水流作用下以于所述过减空间内进行不规则运动的方式进行脱离移动以增加所述产水流的清洁面积。
根据一种优选的实施方式，所述澄清流和产水流的流动方向相反但其进水和/或出水位置均位于所述高强度膜竖向下端，所述高强度膜竖向上端与所述产水泵密封连接以使得所述澄清流含有的污染物和所述产水流清洁出的污染物均处于所述膜池底端。所述超滤膜在高盐、高PH、高硬度情况下膜丝不易断裂，出水浊度稳定耐受高盐、高PH、高硬度。上述第二工作模式通过产水流反洗清洗高强度膜，将高强度膜的膜丝附着的杂质冲洗掉，而产水流出来后直接留在膜池内，大幅度提高了水回收率，由于特殊的进水和排水模式，使得澄清流中的细小絮体等都是首先沉淀在悬空的膜箱底部，达到一定程度后直接排放，使得膜片污堵速度大幅度下降。
根据一种优选的实施方式，所述系统还包括用于进一步清除硬度离子、游离二氧化碳以及二氧化硅的处理单元，所述处理单元包括两级阳床、除碳器、第一反渗透膜和除硅模块，其中，由所述产水池流出的产水依次通过所述两级阳床、除碳器进入所述第一反渗透膜中，所述反渗透膜将来水分为第一产水和第一浓水并将所述第一浓水送入除硅模块。
根据一种优选的实施方式，所述除硅模块处理之后还设有用于清除处理后的出水的第二膜单元、纳滤单元和蒸发结晶单元，其中，所述第二膜单元被配置为与所述膜单元相同结构并于产水池设置有臭氧催化氧化模块，所述纳滤单元过滤经过所述第二膜单元的出水，其出水的二阶盐截留在第二浓水并送至所述蒸发结晶单元的硫酸钠模块，其出水的一阶盐透过到第二产水并送至所述蒸发结晶单元的氯化钠模块。
本发明还提供一种基于高强度浸没式膜的水处理方法，其特征在于，所述方法包括：获得去除其中所含重金属离子以及硬度离子的澄清流；所述澄清流基于产水泵抽吸作用于高强度膜内形成的气体负压状态，在负压作用下通过高强度膜微孔进入高强度膜内部通道并通过所述产水泵进入产水池中；其中，所述高强度膜包括后端压膜和超滤膜，所述后端压膜以将自身分隔出至少两个过减空间的方式形成多层级过减膜，若干防腐蚀颗粒按照能够排布所述过减空间的朝向所述澄清流流动方向一侧并未填满所述过减空间的方式设置以降低后端压。
根据一种优选的实施方式，所述方法还包括：所述过减空间的若干防腐蚀颗粒基于所述澄清流的流动作用于所述过减空间内动态移动且以未填满所述过减空间的方式始终存在于所述过减空间中，其中，若干所述防腐蚀颗粒占过减空间的百分比大于未填满空间占过减空间的百分比，沿所述澄清流的流动方向的至少两个过减空间，处于所述澄清流下游的过减空间的若干所述防腐蚀颗粒占过减空间的百分比依次增加。
本发明的有益技术效果：
(1)本发明通过后端压膜的多个过减空间形成的多层级过减膜设计，若干防腐蚀颗粒按照能够排布过减空间朝向澄清流流动方向一侧并且未填满过减空间的方式设置，从而降低超滤膜的后端压。澄清流从后端压膜流向超滤膜，其后端压膜设有的若干防腐蚀颗粒限定出了澄清流的流动水径，澄清流通过相邻两个防腐蚀颗粒之间的空隙流动，以最大限度减少澄清流的冲击力，增加流动水径，从而提高出水量。后端压膜作为超滤膜的前置，用于减小澄清流对超滤膜的后端压，同时也能进行初步过滤效果，以防止大量絮凝堆积在超滤膜造成超滤膜堵塞；
(2)通过设定若干所述防腐蚀颗粒占过减空间的百分比大于未填满空间占过减空间的百分比，给予了若干防腐蚀颗粒移动的空间，同时也将若干防腐蚀颗粒限制在过减空间内，进而使得若干防腐蚀颗粒在过滤絮凝的同时防止其由于过多絮凝的堆积导致后端压膜被堵塞住。在过减空间中，若干防腐蚀颗粒在内部因澄清流推动呈现不规则运动，使得颗粒之间的接触状态是动态变化的，这种变化提高了污染物的截留率并且澄清流的流量不会因过多的若干防腐蚀颗粒而减少，增加澄清流的过减面积以及效率，进而保障进入产水池的产水水质；
(3)通过曝气模块的风机将气体通过管道引导至高强度膜竖向下底端释放，气体基于澄清流的混合作用于高强度膜形成涡流并上升清洁高强度膜的外表面以除去污染物，从而减少超滤膜的污染，延长其使用寿命，提高过减效率。曝气模块与后端压膜配合使用，后端压膜中的若干防腐蚀颗粒不仅将澄清流分出多个流动水径，同时将气体的流动路径分隔。气体流动路径分隔为多个小路径后，由于路径出口面积的减少，气体从中曝出的速度增加，从而使得清洁效果大大增加，即通过改变气体通过的湍流强度，增加曝气清洁超滤膜的效率；
(4)本发明基于产水泵抽吸方向的不同将膜单元设计有第一工作模式和第二工作模式，第一工作模式即对澄清流进行过滤的正常工作方式，而第二工作模式则是通过产水流对高强度膜进行清洗。第二工作模式时，可与产水流中加入化学清洗药剂以去除有机、无机以及生物污堵。在本发明中，碱洗时加入次氯酸钠去除有机和生物污堵，酸洗时加入盐酸(例如柠檬酸)去除无机物污染，以恢复膜通量，增加高强度膜的使用寿命以及效率；
(5)本发明设计的防腐蚀颗粒和过减空间能够与曝气模块以及膜单元第二工作模式进行协调作用，增加曝气模块和膜单元第二工作模式进行清除高强度膜外表面污染物的效率，有效降低膜单元第一工作模式和第二工作模式的切换频率，从而达到高产水、高过滤的目的；
(6)通过若干防腐蚀颗粒于微观上改变澄清流的流动方向，扰动澄清流流动水径，从而减小澄清流对超滤膜的冲击效应，以增加膜单元的使用寿命，并且颗粒的粒径以及形状的改变提高了絮凝的截留率，减小超滤膜的后端压，减低膜单元过滤负荷，提高膜单元处理效率；
(7)本发明设计澄清流和产水流的流动方向相反但其进水和/或出水位置均位于所述高强度膜竖向下端，高强度膜竖向上端与产水泵密封连接以使得澄清流含有的污染物和产水流清洁出的污染物均处于膜池底端，从而大幅度提高了水回收率，由于特殊的进水和排水模式，使得澄清流中的细小絮体等都是首先沉淀在悬空的膜箱底部，达到一定程度后直接排放，使得膜片污堵速度大幅度下降；
(8)膜单元通过抽吸方式，对大量细小悬浮物成功拦截，解决了高盐水密度大，沉降效果差，普通超滤膜易堵塞、断丝等问题，并且膜单元能够截留部分COD、悬浮物、污泥浓度，很好的去除胶体，水回收率高达95％以上，而且反洗的排水仍然在高强度膜池内，抗冲击能力强，操作管理方便，高强度膜过滤池配套的加药，维护性清洗，恢复性清洗设施。
附图说明
图1是本发明的一种基于高强度浸没式膜的水处理系统的优选实施例的工艺流程示意图；
图2是本发明的膜单元的优选实施例的工艺结构示意图；
图3是本发明的膜单元的优选实施例的实际结构示意图；
图4是本发明的高强度膜的优选实施例的结构示意图。
附图标记列表
1：调节池；2：高密池；3：污泥模块；4：膜单元；5：产水池；6：两级阳床；7：除碳器；8：第一反渗透膜；9：除硅模块；10：第二膜单元；11：纳滤单元；12：氯化钠模块；13：冷冻模块；14：硫酸钠模块；401：澄清流；402：高强度膜；403：风机；404：产水泵；405：后端压膜；406：超滤模；a 1：第一产水；a2：第一浓水；b1：第二产水；b2：第二浓水；c：氯化钠；d：硫酸钠。
具体实施方式
下面结合附图进行详细说明。
实施例
本申请涉及一种基于高强度浸没式膜的水处理系统，至少包括位于澄清单元下游的膜单元，澄清单元被配置为：基于澄清池的高密度软化获得去除其中所含重金属离子以及硬度离子的澄清流，其中，膜单元被配置为：澄清流在进入膜池后基于产水泵抽吸作用于高强度膜内形成的气体负压状态，在负压作用下通过高强度膜微孔进入所述高强度膜内部通道并通过所述产水泵进入产水池中，其中，所述高强度膜包括后端压膜和超滤膜，所述澄清流依次通过所述后端压膜和超滤膜，所述后端压膜为分隔出至少两个过减空间的多层级过减膜，若干防腐蚀颗粒按照能够排布所述过减空间的朝向所述澄清流流动方向一侧并未填满所述过减空间的方式设置以降低所述超滤膜的后端压。澄清流从后端压膜流向超滤膜，其后端压膜设有的若干防腐蚀颗粒限定出了澄清流的流动水径，澄清流通过相邻两个防腐蚀颗粒之间的空隙流动，以最大限度减少澄清流的冲击力，增加流动水径，从而提高出水量。优选地，防腐蚀颗粒可采用方形、橄榄球形、圆形或各类不规则形状以改变澄清流的流动水径，例如将防腐蚀材料粉碎为粒径在一定范围内的颗粒，以阻挡澄清流的垂直流动效果。所述一定范围基于澄清流内的絮凝杂质可设置为0.5mm～1.5mm，从而在保障限定流动水径的同时，也能够进行过滤作用，增强高强度膜的过滤效果。所述防腐蚀材料可采用高强度、防腐蚀的研磨介质，即各类氧化物的陶瓷珠，例如掺杂氧化钇的氧化锆陶瓷珠。后端压膜作为超滤膜的前置，用于减小澄清流对超滤膜的后端压，同时也能进行初步过滤效果，以防止大量絮凝堆积在超滤膜造成超滤膜堵塞，还能够增加曝气模块和膜单元第二工作模式进行清除高强度膜外表面污染物的效率，有效降低膜单元第一工作模式和第二工作模式的切换频率，从而达到高产水、高过滤的目的。需要说明的是，之所以采用上述一定范围去限定防腐蚀颗粒，是因为过大粒径虽带来更好的过滤效果，但是同样带来了更高的后端压，导致超滤膜产水量降低，膜单元处理效率降低。而过小粒径虽后端压小，但是无法截留污染物，对应产水水质起不到提升作用，增加了膜单元的负荷。本发明中的超滤膜比普通超滤膜更耐受高盐、高PH、高硬度。该超滤膜在高盐、高PH、高硬度情况下膜丝不易断裂，出水浊度稳定耐受高盐、高PH、高硬度。
后端压膜的工作原理在于：澄清流的流动方向在以膜池为参照物时，是依次通过后端压膜和超滤膜进入到高强度膜内部通道中，其与后端压膜和超滤膜均呈现垂直关系，澄清流的流向导致对后端压膜和超滤膜的冲击效应大，使得膜单元的使用寿命减少。澄清流的流动方向在以高强度膜为参照物时，澄清流在后端压膜中，由于若干防腐蚀颗粒的阻挡，使得澄清流在其中的流动水径并不是完全垂直，而是随着防腐蚀颗粒的粒径以及形状的改变而改变的随机量，在冲击效应减小的同时扰动澄清流流动水径，并且颗粒的阻挡提高了絮凝的截留率。澄清流在宏观中是依次通过后端压膜和超滤膜，而在微观中由于若干防腐蚀颗粒的阻挡，呈现出具有随机量的变化，使得减小超滤膜的后端压，减低膜单元过滤负荷，提高膜单元处理效率。
根据一种优选的实施方式，所述过减空间的若干防腐蚀颗粒基于所述澄清流的流动作用于所述过减空间内动态移动且以未填满所述过减空间的方式始终存在于所述过减空间中，其中，若干所述防腐蚀颗粒占过减空间的百分比大于未填满空间占过减空间的百分比，沿所述澄清流的流动方向的至少两个过减空间，处于所述澄清流下游的过减空间的若干所述防腐蚀颗粒占过减空间的百分比依次增加。上述设置给予了若干防腐蚀颗粒移动的空间，同时也将若干防腐蚀颗粒限制在过减空间内，进而使得若干防腐蚀颗粒在过滤絮凝的同时防止其由于过多絮凝的堆积导致后端压膜被堵塞住。在过减空间中，若干防腐蚀颗粒在内部因澄清流推动呈现不规则运动，使得颗粒之间的接触状态是动态变化的，这种变化提高了污染物的截留率并且澄清流的流量不会因过多的若干防腐蚀颗粒而减少，增加澄清流的过减面积以及效率，进而保障进入产水池的产水水质。基于水处理需要标准的不同，可选用多个过减空间进行组合成为后端压膜，并基于水流方向，其防腐蚀颗粒所占体积比按流动方向依次增加，以提高污染物的过滤效果。
根据一种优选的实施方式，超滤膜选用寿命长的PVDF(聚偏氟乙烯)高强度膜片，质保期应不少于5年，保证膜单元的净出力和出水水质不变，膜元件的设计水通量应按照膜元件制造厂商《设计导则》中规定的水通量低值选取。超滤膜进水平均运行通量不大于25LMH。超滤膜pH运行范围应满足2～11，化学清洗PH范围2～12，运行压力小于-0.07MPa。超滤膜出水SDI指数应≤3(运行三年后)、浊度≤0.2NTU(运行三年后)、回收率≥95％。超滤膜过滤周期≥35分钟(运行三年后)，化学清洗周期≥30天。膜池出水管上应设置取样接口，取样点的数量和位置应能有效的诊断并确定系统的运行情况，取样接口应带取样阀。膜单元进出口应设置手动隔离阀门。
根据一种优选的实施方式，膜单元还包括曝气模块，所述曝气模块的风机将气体通过管道引导至所述高强度膜竖向下底端释放，所述气体基于所述澄清流的混合作用于所述高强度膜形成涡流并上升清洁所述高强度膜的外表面以除去污染物，从而减少超滤膜的污染，延长其使用寿命，提高过减效率。曝气模块与后端压膜配合使用，后端压膜中的若干防腐蚀颗粒不仅将澄清流分出多个流动水径，同时将气体的流动路径分隔。气体流动路径分隔为多个小路径后，由于路径出口面积的减少，气体从中曝出的速度增加，从而使得清洁效果大大增加，即通过改变气体通过的湍流强度，增加曝气清洁超滤膜的效率。
根据一种优选的实施方式，基于所述产水泵抽吸方向的不同所述膜单元可分为第一工作模式和第二工作模式，其中，所述第一工作模式是指将所述澄清流从所述高强度膜竖向下端抽吸进入，从所述高强度膜竖向上端抽吸出去，并通过所述产水泵进入产水池中以进行过滤作用，所述第二工作模式是指将所述产水池中的产水流从所述高强度膜竖向上端抽吸进入，从所述高强度膜竖向下端抽吸出去，以所述产水流的反洗作用清洁所述超滤膜和后端压膜。在处于第二工作模式时，若干所述防腐蚀颗粒能够在所述产水流作用下以于所述过减空间内进行不规则运动的方式进行脱离移动以增加所述产水流的清洁面积。第一工作模式即对澄清流进行过滤的正常工作方式，而第二工作模式则是通过产水流对高强度膜进行清洗。第二工作模式时，可与产水流中加入化学清洗药剂以去除有机、无机以及生物污堵。在本发明中，碱洗时加入次氯酸钠去除有机和生物污堵，酸洗时加入盐酸(例如柠檬酸)去除无机物污染。基于膜单元使用时间以及清洗程度的不同，第二工作模式下可分为维护性清洗和恢复性清洗。
维护性清洗的过程设定在清洗当天中的非高峰流量时段。该膜单元用次氯酸钠和柠檬酸对污染物进行维护性清洗。维护人员将氯酸钠和柠檬酸分别按照50mg/L和500mg/L的浓度加入产水流中，具体步骤在于：
S1：停止产水泵的抽吸作用，启动曝气模块进行气体清洁；
S2：停止曝气模块，将化学清洗药剂加入产水流中，反向启动产水泵清洗高强度膜的膜丝和内部管道(1min)；
S3：停歇-停止产水泵，保证化学清洗药剂与高强度膜的充分接触(2min)；
S4：重复4次步骤S2和步骤S3(12min)；
S5：启动曝气模块进行气体清洁，用不加化学清洗药剂的产水流反向冲洗高强度膜膜丝和内部管道的化学清洗药剂(10min)；
S6：正向启动产水泵，重新开始过滤澄清流。
恢复性清洗在于通过曝气、反洗和维护性清洗不能恢复膜通量的时候，需要对浸没式高强度膜进行恢复性化学清洗。恢复性清洗包括碱洗(次氯酸钠)和酸洗(柠檬酸)，碱洗主要是恢复有机物和微生物对膜造成的污染，酸洗主要是恢复无机物对膜造成的污染。本发明采用在线恢复性清洗，在线恢复性化学清洗与维护性化学清洗过程类似，但在线恢复性化学清洗通常为1000mg/L次氯酸钠和2000mg/L盐酸分别用于去除有机污染和无机污染物。需要说明的时，维护人员也可以根据实际情况选择合适的化学药剂浓度，在线恢复性化学清洗频率根据实际情况确定。恢复性清洗具体步骤在于：
A1：停止产水泵的抽吸作用，启动曝气模块进行气体清洁；
A2：停止曝气模块，将化学清洗药剂加入产水流中，反向启动产水泵清洗高强度膜的膜丝和内部管道(3min)；
A3：停歇-停止产水泵，保证化学清洗药剂与高强度膜的充分接触(2min)；
A4：重复9次步骤A2和步骤A3(45min)；
A5：静止浸泡(300min)；
A6：启动曝气模块进行气体清洁，用不加化学清洗药剂的产水流反向冲洗高强度膜膜丝和内部管道的化学清洗药剂(10min)；
A7：正向启动产水泵，重新开始过滤澄清流。
根据一种优选的实施方式，所述澄清流和产水流的流动方向相反但其进水和/或出水位置均位于所述高强度膜竖向下端，所述高强度膜竖向上端与所述产水泵密封连接以使得所述澄清流含有的污染物和所述产水流清洁出的污染物均处于所述膜池底端。所述超滤膜在高盐、高PH、高硬度情况下膜丝不易断裂，出水浊度稳定耐受高盐、高PH、高硬度。具体地，上述第二工作模式通过产水流反洗清洗高强度膜，将高强度膜的膜丝附着的杂质冲洗掉，而产水流出来后直接留在膜池内，大幅度提高了水回收率，由于特殊的进水和排水模式，使得澄清流中的细小絮体等都是首先沉淀在悬空的膜箱底部，达到一定程度后直接排放，使得膜片污堵速度大幅度下降。
根据煤化工行业高浓盐水的特点，由于系统含盐量高，大量细小悬浮物不易沉降的特点，对澄清单元的澄清流，将现有技术的原有的多介质和超滤的方案优化为高强度膜过滤，膜产水通过抽吸方式，对大量细小悬浮物成功拦截。高强度膜解决了高盐水密度大，它具有以下特点：(1)能截留部分COD；(2)耐较高的悬浮物；(3)耐较高的污泥浓度；(4)很好的去除胶体；(5)水回收率高达95％以上，而且反洗的排水仍然在高强度膜池内；(6)抗冲击能力强，操作管理方便。高强度膜过滤池配套的加药，维护性清洗，恢复性清洗设施。
根据一种优选的实施方式，澄清单元包括调节池、高密池和污泥模块。本发明中的高密度软化是指向高密池中投入PAC、石灰、NaOH、PAM、镁剂从而将水中的重金属离子、硬度离子和二氧化硅转化为难溶化合物沉淀出来，实现软化来水的目的。调节池配置在线及就地仪表。调节池进水管从设计最高水位以上进入。调节池池底设集水坑。调节池设计有混凝土顶盖。高密池为除硬高密池，除了配置在线及就地仪表以外，还包含混凝、澄清、中和等系统。完整的除硬高密池设计包括系统的工艺设计、相关测量仪表，加药、排泥、搅拌、回流等。除硬高密池性能要求：不同药剂设置不同搅拌区，从进水到絮凝结束HRT不小于40min，澄清区HRT不小于2小时。产水总硬度小于100mg/L(以碳酸钙计)，SiO2小于40mg/L。污泥脱水模块连接于高密池，其设一座有效容积60m3的污泥储存池，设备采用板框压滤机。压滤机滤液回流至高密池，以防止调节池内污泥沉积。污泥脱水后，含水率大于等于65％。压滤机设计自动洗布设施和自动拉板卸料设施，通过压滤机脱水处理后，自动拉板卸料设施将泥饼送至界区外。压滤机其它性能指标按HJ/T283《环境保护产品技术要求箱式压滤机和板框压滤机》执行。
根据一种优选的实施方式，所述系统还包括用于进一步清除硬度离子、游离二氧化碳以及二氧化硅的处理单元，所述处理单元包括两级阳床、除碳器、第一反渗透膜和除硅模块，其中，由所述产水池流出的产水依次通过所述两级阳床、除碳器进入所述第一反渗透膜中，所述反渗透膜将来水分为第一产水和第一浓水并将所述第一浓水送入除硅模块。
根据一种优选的实施方式，两级阳床为树脂交换器，材质选用碳钢衬胶材质，两级串联运行，按照ABBA模式运行(能前后交替顺序)。树脂进水总硬按200mg/L设计，采用有机物不易堵塞的大孔型氢型弱酸阳离子交换树脂，再生周期应不小于24h。树脂交换器处理后的水质硬度(以CaCO3计)检测不到。交换器额定出水量条件下工作时，再生剂耗量应不大于80g/mol树脂(1/2Ca计)；自耗水率应不大于5％。树脂交换器设计运行流速≯20m/h，再生方式为逆流再生，再生流速4～6m/h。树脂年损耗率不大于5％。
根据一种优选的实施方式，除碳器内装填填料，单位填料高度气阻<490Pa/m。除碳器吹脱用气源为0.3～0.4MPa、≤40℃的低压氮气(或成套配套风机)除碳器设计淋水密度50～60m3/m2·h，气水比为20～30m3/m3。
根据一种优选的实施方式，第一反渗透膜包括保安过滤器、高压泵、反渗透组件、配套仪表、就地控制以及加药、清洗系统等。其中，保安过滤器和清洗保安过滤器滤芯采用大通量滤芯，过滤精度至少为5μm，PP材质。根据本单元进水水质特点，选择抗污染性能好、机械强度高、化学稳定性能好、使用寿命长的聚酰胺膜，质保期应不少于3年，要求系统脱盐率达到98％(运行一年后)、95％(运行三年后)。膜元件的设计水通量按照膜元件的水通量低值选取，反渗透膜平均通量≤16LMH，系统回收率≥70％，并应选择合理的排列组合，保证膜元件正常运行和合理的清洗周期。每套反渗透都能单独运行，也可同时运行。反渗透膜pH运行范围应在4～11之间，pH清洗范围应在2～12之间。反渗透还原剂加药点设计时必须充分考虑还原剂能充分的混合并与氧化剂有充分的反应时间，使反渗透膜不被氧化。第一反渗透膜通过处理经过预处理的废水得到第一产水和第一浓水，由于处理后的第一浓水存在硅的富集，通过除硅模块和第二膜单元进行除硅处理，随后进入纳滤单元。
根据一种优选的实施方式，除硅模块采用除硅高密池。经过第一反渗透膜浓缩后，来水中的二氧化硅被富集，为了保证后续系统的稳定运行，本发明设置除硅高密池。在高密池配置合理的在线及就地仪表。高密池需包含混凝、澄清、中和等系统。完整的除硅高密池设计包括系统的工艺设计、相关测量仪表，加药、排泥、搅拌、回流等系统及相关测量仪表。
除硅高密池性能要求：不同药剂设置不同搅拌区(两格)，从进水到絮凝结束HRT不小于40min，澄清区HRT不小于2小时，除硅高密池产水二氧化硅小于40mg/L。
根据一种优选的实施方式，除硅模块处理之后还设有用于清除处理后的出水的第二膜单元、纳滤单元和蒸发结晶单元。其中，第二膜单元被配置为与所述膜单元相同结构并于产水池设置有臭氧催化氧化模块。纳滤单元过滤经过所述第二膜单元的出水，其出水的二阶盐截留在第二浓水并送至所述蒸发结晶单元的硫酸钠模块，其出水的一阶盐透过到第二产水并送至所述蒸发结晶单元的氯化钠模块。
根据一种优选的实施方式，第二膜单元与膜单元结构相同，区别在于第二膜单元在产水池后加入了固体颗粒非均相催化剂以进行臭氧催化氧化，并且其尾气设置了臭氧破坏器，从而对产水池出水进行COD的去除，去除率达到30％以上。
根据一种优选的实施方式，零排放装置采用具备一、二价盐分质作用的纳滤单元，即纳滤膜元件。其选型根据进膜水质特点选择透水量大、一、二价离子选择性高、化学稳定性好、机械强度好、极强抗污染、低能耗的工艺分离纳滤膜，膜表面呈电中性，材质为复合膜。纳滤膜流道＞30mil，正常使用寿命≥3年。根据纳滤膜的基本性能，通过优化设计，达到纳滤分盐效果，具体要求如下：纳滤单元包括保安过滤器、高压泵、段间增压泵、纳滤组件、配套仪表、就地控制以及加药、清洗系统等。膜元件的设计水通量应按照膜元件制造厂商《设计导则》中规定的水通量低值选取，纳滤膜运行平均通量一段16.9LMH，二段12.7LMH，并应选择合理的排列组合，保证膜元件正常运行和合理的清洗周期。保安过滤器和清洗保安过滤器滤芯采用大通量滤芯，过滤精度至少为5μm，并采用PP材质。采用耐受最高压力≤42bar规格的纳滤膜，pH运行范围应满足3～10，pH清洗范围应满足1～11，化学清洗周期≥30天，耐受最高温度50℃。
根据一种优选的实施方式，蒸发结晶单元包括硫酸钠模块和氯化钠模块。蒸发结晶单元用于对纳滤单元处理后的第二产水和第二浓水进行结晶处理。第二产水进入氯化钠模块进行蒸发结晶，第二浓水通过冷冻模块进入硫酸钠模块进行蒸发结晶。优选地，氯化钠模块以三效蒸发结晶的方式处理来水。冷冻模块包括一级预冷器和二级预冷器，一级预冷器将循环冷却水和第二浓水逆流换热降温，预冷后的第二浓水进入二级预冷器，将冷冻模块中的上清液与第二浓水逆流换热降温，换热后的上清液进入氯化钠模块。而剩余预冷后的第二浓水进入硫酸钠模块。硫酸钠结晶模块包括熔融结晶器和离心机，第二浓水经过冷冻模块处理后进入熔融结晶器进行蒸发结晶并得到硫酸钠结晶盐。硫酸钠结晶盐进入离心机中，得到硫酸钠。熔融结晶器与氯化钠模块结构类似，区别在于熔融结晶器采用强制循环单效蒸发结晶器。
在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种基于高强度浸没式膜的水处理系统，其特征在于，至少包括位于澄清单元下游的膜单元，所述澄清单元被配置为：基于澄清池的高密度软化获得去除其中所含重金属离子以及硬度离子的澄清流，其中，
所述膜单元被配置为：
所述澄清流在进入膜池后基于产水泵抽吸作用于高强度膜内形成的气体负压状态，在负压作用下通过高强度膜微孔进入所述高强度膜内部通道并通过所述产水泵进入产水池中，其中，所述高强度膜包括后端压膜和超滤膜，所述澄清流依次通过所述后端压膜和超滤膜，所述后端压膜为分隔出至少两个过减空间的多层级过减膜，若干防腐蚀颗粒按照能够排布所述过减空间的朝向所述澄清流流动方向一侧并未填满所述过减空间的方式设置以降低所述超滤膜的后端压。
2.如权利要求1所述的基于高强度浸没式膜的水处理系统，其特征在于，所述过减空间的若干防腐蚀颗粒基于所述澄清流的流动作用于所述过减空间内动态移动且以未填满所述过减空间的方式始终存在于所述过减空间中，其中，若干所述防腐蚀颗粒占过减空间的百分比大于未填满空间占过减空间的百分比，沿所述澄清流的流动方向的至少两个过减空间，处于所述澄清流下游的过减空间的若干所述防腐蚀颗粒占过减空间的百分比依次增加。
3.如权利要求2所述的基于高强度浸没式膜的水处理系统，其特征在于，所述膜单元还包括曝气模块，所述曝气模块的风机将气体通过管道引导至所述高强度膜竖向下底端释放，所述气体基于所述澄清流的混合作用于所述高强度膜形成涡流并上升清洁所述高强度膜的外表面以除去污染物。
4.如权利要求3所述的基于高强度浸没式膜的水处理系统，其特征在于，基于所述产水泵抽吸方向的不同所述膜单元可分为第一工作模式和第二工作模式，其中，
所述第一工作模式是指将所述澄清流从所述高强度膜竖向下端抽吸进入，从高强度膜竖向上端抽吸出去，并通过所述产水泵进入产水池中以进行过滤作用，
所述第二工作模式是指将所述产水池中的产水流从所述高强度膜竖向上端抽吸进入，从所述高强度膜竖向下端抽吸出去，以所述产水流的反洗作用清洁所述超滤膜和后端压膜。
5.如权利要求4所述的基于高强度浸没式膜的水处理系统，其特征在于，在处于第二工作模式时，若干所述防腐蚀颗粒能够在所述产水流作用下以于所述过减空间内进行不规则运动的方式进行脱离移动以增加所述产水流的清洁面积。
6.如权利要求5所述的基于高强度浸没式膜的水处理系统，其特征在于，所述澄清流和产水流的流动方向相反但其进水和/或出水位置均位于所述高强度膜竖向下端，所述高强度膜竖向上端与所述产水泵密封连接以使得所述澄清流含有的污染物和所述产水流清洁出的污染物均处于所述膜池底端，其中，所述超滤膜在高盐、高PH、高硬度情况下膜丝不易断裂，出水浊度稳定耐受高盐、高PH、高硬度。
7.如权利要求6所述的基于高强度浸没式膜的水处理系统，其特征在于，所述系统还包括用于进一步清除硬度离子、游离二氧化碳以及二氧化硅的处理单元，所述处理单元包括两级阳床、除碳器、第一反渗透膜和除硅模块，其中，
由所述产水池流出的产水依次通过所述两级阳床、除碳器进入所述第一反渗透膜中，所述反渗透膜将来水分为第一产水和第一浓水并将所述第一浓水送入除硅模块。
8.如权利要求7所述的基于高强度浸没式膜的水处理系统，其特征在于，所述除硅模块处理之后还设有用于清除处理后的出水的第二膜单元、纳滤单元和蒸发结晶单元，其中，所述第二膜单元被配置为与所述膜单元相同结构并于产水池设置有臭氧催化氧化模块，
所述纳滤单元过滤经过所述第二膜单元的出水，其出水的二阶盐截留在第二浓水并送至所述蒸发结晶单元的硫酸钠模块，其出水的一阶盐透过到第二产水并送至所述蒸发结晶单元的氯化钠模块。
9.一种基于高强度浸没式膜的水处理方法，其特征在于，所述方法包括：
获得去除其中所含重金属离子以及硬度离子的澄清流；
所述澄清流基于产水泵抽吸作用于高强度膜内形成的气体负压状态，在负压作用下通过高强度膜微孔进入高强度膜内部通道并通过所述产水泵进入产水池中；其中，
所述高强度膜包括后端压膜和超滤膜，所述后端压膜以将自身分隔出至少两个过减空间的方式形成多层级过减膜，若干防腐蚀颗粒按照能够排布所述过减空间的朝向所述澄清流流动方向一侧并未填满所述过减空间的方式设置以降低后端压。
10.如权利要求9所述的基于高强度浸没式膜的水处理方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述过减空间的若干防腐蚀颗粒基于所述澄清流的流动作用于所述过减空间内动态移动且以未填满所述过减空间的方式始终存在于所述过减空间中，其中，若干所述防腐蚀颗粒占过减空间的百分比大于未填满空间占过减空间的百分比，沿所述澄清流的流动方向的至少两个过减空间，处于所述澄清流下游的过减空间的若干所述防腐蚀颗粒占过减空间的百分比依次增加。
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