CN115974305B - 一种集成式膜法水处理系统及处理方法 - Google Patents

Abstract

一种集成式膜法水处理系统及处理方法，它涉及水处理领域，本发明要解决水处理系统中无法有效去除难以去除污染物的问题，本发明专利集过滤、澄清、吸附、膜处理、高级氧化于一体，可满足不同水质的处理要求，保障出水水质，工艺流程短，减小了占地面积和建设周期，适用于各种规模的水处理厂或装备化制造。另外，本发明专利采用组合式气水反洗模式及高低位排污方法对装置各单元组件进行反洗，解决了多工艺组分清洗难题，可有效去除残留的悬浮物等污染物，延长滤料及膜的使用寿命。此外，选择适宜的膜材料、滤料类型，膜处理与吸附的组合工艺可去除水体中包括细菌在内的绝大部分污染物，通过膜过滤彻底解决细菌泄露问题，使水质达到高品质供水标准。

Description

一种集成式膜法水处理系统及处理方法

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种集成式膜法水处理系统及处理方法。

背景技术

对于原水的处理，传统的处理工艺是：将待处理的原水经絮凝池、沉淀池、滤池和活性炭/臭氧深度处理装置等来完成水处理的全过程。这种传统水处理工艺对污染物的去除效率有限，已经很难解决目前面临的许多水质问题，例如消毒的副产物、致病微生物、水浊度、水质不稳定、藻类和藻毒素、细菌泄漏等。并且，这种工艺各处理单元分别独立，设备占地面积大，对于一般的中小型企业具有一定的局限性。另外，沉淀后的出水进入滤池时多数采用上进水方式，受反洗水力分级影响，滤料截留效果较差，绝大部分污染物易被截留在滤料表面及内部，降低了滤料的使用寿命，增加运行成本。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种集过滤、澄清、吸附、膜处理、高级氧化工艺于一体的集成式膜法水处理工艺，以解决水处理系统中无法有效去除难以去除污染物的问题，本发明的一种集成式膜法水处理系统及方法具有占地面积小，使用寿命长，出水水质好的特点。

本发明的一种集成式膜法水处理系统，所述的系统包括配水单元、吸附过滤单元、膜处理单元和反洗单元；

所述的配水单元、吸附过滤单元、膜处理单元和反洗单元均设置在水处理反应器本体内；所述的水处理反应器本体顶部设置有顶盖；

所述的配水配气单元是由配水器和原水进水阀组成；

所述的膜处理单元是由膜组件、出水管、产水阀和上位水洗阀组成；

所述的反洗单元是由正洗排泥阀、气洗阀、下位水洗阀、下位集污渠、反洗排泥阀、出水管、上位水洗阀和上位集污渠组成；

所述的水处理反应器本体内的下部设置有承托层，所述的配水器设置于承托层上，所述的原水进水口以及气洗进气口均设置在承托层下方的水处理反应器本体一侧壁上，与原水进水口连通的进水管上设置有原水进水阀，与气洗进气口连通的进气管上设置有气洗阀；水处理反应器本体的另一侧壁上设置有排泥口和排水口，所述的排泥口通过管路与排泥沟连通，且管路上设置有正洗排泥阀；与排水口连通的管路上设置有下位水洗阀；

所述的承托层上表面设置有分割堰将水处理反应器本体分割成吸附过滤单元与下位集污渠；所述的吸附过滤单元内设置有滤料；吸附过滤单元正上方设置有膜组件，膜组件的出水口与出水管连通，所述的出水管上设置有产水阀，所述的水洗管路与出水管连通，水洗管路上设置有上位水洗阀；所述的下位集污渠一侧的水处理反应器本体上部设置有上位集污渠；所述的上位集污渠的出泥口通过溢流管与排泥沟连通；所述的下位集污渠出泥口通过管路与排泥沟连通，且管路上设置有反洗排泥阀。

进一步地，所述的膜组件中的各组件沿高度方向呈高低交错排布。

所述的膜组件中的膜可以选用有机膜或无机膜，安装方式为浸没式，运行方式上，可以采用重力式过滤或抽吸式过滤方式。优选为陶瓷膜，尤其是催化陶瓷膜。

进一步地，所述的膜组件上方的水处理反应器本体内的侧壁上设置有吹扫器，所述的吹扫器通过管路与鼓风机连通，管路上设置有吹扫阀；所述的吹扫器为风扇。

进一步地，所述的上位集污渠上方的水处理反应器本体顶部设置有臭氧尾气破坏器。

进一步地，所述的下位集污渠内设置有气囊，气囊的进气管道上设置有充气阀。

进一步地，所述的滤料的滤料为石英砂填料、无烟煤填料、沸石填料、锰砂填料或火山岩生物组合填料。

本发明的一种集成式膜法水处理系统的使用方法，是按照以下内容进行：

步骤一、水处理：

开启原水进水阀，将待处理原水或充入臭氧的待处理原水送入至水处理反应器本体的底部，原水经由配水器输送至吸附过滤单元内的滤料中，并经由滤料至膜组件处理后，开启产水阀处理后的水由出水管流出；所述的滤料7采用上向流过滤方式；

步骤二、正清洗

关闭原水进水阀和产水阀；开启正洗排泥阀，将水处理反应器本体底部的污泥排出；

步骤三、反清洗

正清洗后，关闭正洗排泥阀，开启原水进水阀、气洗阀和下位水洗阀；先开启充气阀，使气囊膨胀并充满下位集污渠；然后通过气洗阀和上位水洗阀向水处理反应器本体注入气体和清水；通过水汽对滤料进行扰动，使得滤料覆盖膜组件，对膜产生擦洗作用，反冲洗废水经由上位集污渠排出；

步骤四、深度反清洗

关闭充气阀，使气囊恢复到收缩状态，开启反洗排泥阀，将液位降低至下位集污渠堰头的高度，使得滤料反冲洗水经由下位集污渠从反洗排泥阀排出。

进一步地，步骤三中所述的通过气洗进气口和原水进水口向水处理反应器本体注入气体和清水，其中，注入气体分为两个阶段，第一阶段为间歇式注入气体，间歇时间为5-60s，气水比10～15:1；第二阶段为持续注入气体，气水比20～25:1。

进一步地，步骤三和步骤四反清洗中开启上位水洗阀，清水经由出水管流至膜组件，实现对膜组件的清洗。

本发明将各处理单元集成在一起，并引入了膜过滤工艺，其具备过滤、澄清、吸附、膜处理、高级氧化等功能。与传统水处理工艺相比，本发明的膜过滤技术具有以下优点：1)能保证出水水质稳定，剩余浊度不受原水水质的影响(控制在0.1NTU以下)；2)能保证出水微生物的安全性，可将水体中存在的病毒、贾第虫及细菌等完全截留住，解决臭氧活性炭深度处理工艺细菌泄露问题；3)降低氯消毒剂添加量，降低消毒副产物的生成量；4)供水规模灵活，只需根据实际情况增减膜组件即可；5)占地面积小，施工周期短。膜过滤技术更能够保证出水质量和安全性。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1、本发明通过设置的过滤单元、膜处理单元及高级氧化单元等实现了过滤、澄清、吸附、膜处理、高级氧化的协同处理，操作简单，处理效率高，可实现水体中各类污染物的有效去除。

2、本发明采用组合式气水反洗模式对各单元进行反洗，下方设置正洗排泥阀，开启后可通过向下过滤产生正洗作用，排出配水(气)单元(即配水单元)和配水器上拦截的污染物，防止配水器堵塞，提高净水效率；滤料清洗时，可进行常规反洗，通过大通量气水反洗，增大滤料的膨胀率，使滤料膨胀覆盖膜组件，在提高滤料清洗效果的同时，利用滤料的扰动对膜组形成擦洗作用。此过程开始前，开启充气阀使气囊膨胀，充满下位集污渠，有效地避免了滤料的大规模损失。滤料执行大反洗时，先进行常规反洗，在常规清洗后，降低气水反洗通量，采用常规膨胀率清洗滤料，同步关闭充气阀，开启反洗排泥阀，排放液位至下位集污渠堰头高度，以排除长时间累计的重粒杂质；在滤料反冲洗时，可通过膜内水方式对膜组进行清洗。

3、本发明采用高低位排污方式，有效排出在反洗过程中脱落的浮渣等污染物。

4、本发明采用新型膜过滤工艺，可将水体中难去除污染物高效的去除，避免细菌泄露，提高了出水水质。

5、本发明通过进水前端投加粉末活性炭或臭氧等物质，可实现吸附、澄清、高级氧化等协同作用去除污染物。

6、本发明上端设置可开闭式顶盖，不仅方便了设备的维修，而且可以形成避光、密闭的空间，在便于滤料及膜组维护的同时，实现了防止藻类滋生及臭氧尾气收集破坏的目的。

7、本发明提供的一种集成式膜法水处理系统及方法，各处理单元分布合理，设备紧凑，占地面积小，适用于各种规模的水处理厂。

附图说明

图1是本发明的一种集成式膜法水处理工艺的结构示意图；

图2为设备间示意图；

图中：1-原水进水阀；2-正洗排泥阀；3-气洗阀；4-下位水洗阀；5-承托层；6-配水器；7-滤料；8-下位集污渠；9-反洗排泥阀；10-充气阀；11-气囊；12-膜组件；13-出水管；14-产水阀；15-上位水洗阀；16-上位集污渠；17-吹扫阀；18-吹扫装置；19-臭氧尾气破坏器；20-可开闭式顶盖，21-水处理反应器本体。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将详细叙述本发明所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本发明内容的实施例后，当可由本发明内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明内容的精神与范围。

本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例

如图1所示，本实施例的一种集成式膜法水处理系统，它包括配水(气)单元、吸附过滤单元、膜处理单元、反洗单元、高级氧化单元等，同时从下至上依次设置原水进水阀1、正洗排泥阀2、气洗阀3、下位水洗阀4、承托层5、配水器6、滤料7、下位集污渠8、反洗排泥阀9、充气阀10、气囊11、膜组件12、出水管13、产水阀14、上位水洗阀15、上位集污渠16、吹扫阀17、吹扫装置18、臭氧尾气破坏器19、可开闭式顶盖20和水处理反应器本体21。另外，设备旁边同时配有设备间，里面根据需求安装各类设备，包括臭氧发生器、反洗泵、水洗泵、加药泵及活性炭投加装置等，此处不限于上述设备。

作为本实施例的一种集成式膜法水处理系统示例，请参阅图1：配水(气)单元包括原水进水阀1，配水器6。原水进水阀1位于水处理反应器本体21的底部位置，采用下进水的方式向装置内输送原水。配水器6置于承托层5之上，用于将原水及空气均匀分配到吸附过滤单元中。

在本实施例中，产水时，打开原水进水阀1，原水经进水管进入水处理反应器本体21底部空间，被配水器6分配进入滤料7，经滤料过滤吸附后，随后水持续上升，透过膜进入膜内完成净水过程，最后清水经膜组件12上方出水管13排出设备。

作为本实施例的一种集成式膜法水处理系统示例，请参阅图1：产水时，在吸附过滤单元中不装填滤料7时，可在进水端利用所述活性炭投加装置向原水中投加活性炭粉末，一方面通过粉末活性炭自身的吸附作用对原水污染物进行一定程度的吸附。另一方面，粉末活性炭随原水进入水处理反应器本体21的吸附过滤单元中，形成炭泥混合床，利用上向流碳吸附反应澄清池的原理对原水进行净化。随后，经炭泥混合床过滤后的水进入膜组件12，待膜过滤后排出设备。所述的膜组件12中的各组件沿高度方向呈高低交错排布。

作为本实施例的一种集成式膜法水处理系统示例，请参阅图1：产水时，在进水端利用臭氧发生器向原水中充入臭氧，对原水进行预氧化，并且臭氧可能与后续过滤单元中所选滤料7(采用颗粒活性炭)构成高级氧化工艺，实现水体的除臭、除味、脱色、杀菌消毒等目的。并对膜组件12(采用平板陶瓷膜)产生原位氧化清洗作用，在此过程完成后，未溶解的臭氧被可开闭式顶盖20封闭于设备之内，并通过上方臭氧尾气破坏器19取出转化成氧气排出。

作为本实施例的一种集成式膜法水处理系统示例，请参阅图1：过滤单元主要包括滤料7。经配水器6分配的原水步入滤料7后，在滤料的作用下对原水进行吸附、过滤等作用，去除水体中大部分污染物。

在本实施例中，过滤单元的滤料7主要为一些能够吸附、过滤水体中悬浮物的滤料，如石英砂组合填料、无烟煤组合填料、沸石组合填料、锰砂组合填料、火山岩生物组合填料及臭氧活性炭组合填料等，在滤料7的作用下，水中的悬浮物、有机物等被拦截、过滤、吸附，过滤后的水进入下一处理单元。可根据不同需求选择滤层填料类型。

在本实施例中，滤料7采用上向流过滤方式，滤料层的纳污能力更大，过滤周期更长。

作为本实施例的一种集成式膜法水处理系统示例，请参阅图1：膜处理单元主要包括膜组件12。下方原水经配水器6进入所选滤料7被过滤吸附后，持续上升进入膜处理单元。待经过膜组件12过滤后，清水汇集到膜组件上方的出水管13中，经产水阀14排出装置，即完成整个净水过程。

在本实施例中，膜组件12内的膜材料可根据需要选择适合的膜类型，可选择无机膜或有机膜类型。安装方式为浸没式，运行方式上，可以采用重力式过滤或抽吸式过滤方式。

作为本实施例的一种集成式膜法水处理系统示例，请参阅图1：反(正)洗单元主要包括正洗和反洗两步骤，配有位于水处理反应器本体21下部外侧管道上的正洗排泥阀2、气洗阀3及下位水洗阀4，配有位于吸附过滤单元及膜处理单元一侧的上位集污渠16、下位集污渠8以及连通下位集污渠8管道上的反洗排泥阀9和位于出水管13上的上位水洗阀15。

在本实施例中，关闭原水进水阀1，关闭产水阀14，打开正洗排泥阀2，将沉降聚积在水处理反应器本体21底部以及粘附在配水器6和承托层5上的污泥下向排污，实现正洗过程。

在本实施例中，滤料7执行常规反洗时，关闭正洗排泥阀2，打开气洗阀3和下位水洗阀4，开启供气、供水设备，气水在底部混合后，经由配水器6喷入滤料7，将滤料7内的滤料向上扰动，通过设置曝气参数(所述的曝气参数是通过调整气洗进气口和原水进水口向水处理反应器本体注入气体和清水实现的，其中，注入气体分为两个阶段，第一阶段为间歇式注入气体，间歇时间为1.0min，气水比15:1；第二阶段为持续注入气体，气水比25:1)，控制滤料层反洗膨胀率，使膨胀滤料覆盖膜组件，在此过程中，滤料的大幅扰动可以使吸附在滤料内部的污染物脱落下来，同时滤料流动对膜表面产生擦洗作用，配合膜内水洗作用，清洗掉膜表面堆积的污染物，在气流扰动和水流带动下，脱落的污染物随着水流进入上位集污渠16，通过溢流管排出至排泥沟。当污染物较多受空气扰动影响无法进入上位集污渠时，可开启吹扫阀17，在吹扫装置18的作用下，利用水的作用对装置内液位表面进行吹扫。在此过程中，为避免装置内滤料7大规模地流入下位集污渠8而造成损失，在下位集污渠8内设置气囊11装置，在充气阀10的作用下使气囊11膨胀并充满下位集污渠8空间，防止滤料的流入。

在本实施例中，滤料7执行深度反洗时，先进行常规反洗，常规反洗完成后，降低气水反洗通量，采用常规膨胀率清洗滤料，同步关闭充气阀10，使气囊11收缩，开启反洗排泥阀9，逐渐降低液位至下位集污渠8堰头高度，使无法通过上位集污渠16排出的重质污染物流入下位集污渠8中，随后经由下位集污渠8底部的反洗排泥阀9排出设施。

在本实施例中，滤料7执行常规反洗和深度反洗时，可以打开设备上方的上位水洗阀15，清水经由膜组件12上方出水管13进入膜组件内部，实现对膜的清洗。

在本实施例中，最终的正、反洗模式可根据实际污染情况、所选用膜性能、滤料的特性等来自行选择组合。模式多样，可满足各种清洗要求。

本实施例的方案占地面积为常规混凝+沉淀+过滤水处理系统的二分之一至三分之一。物理清洗周期根据进水水质条件不同，简易清洗周期延长至1～24h一次，深度清洗周期延长至1～2天一次，在线药剂清洗周期延长至2～4周一次，深度药剂清洗周期延长至1年以上。经过本实施例反清洗后膜通量恢复率可达96％左右。清洗后的系统内未检出大肠杆菌。

本实施例的一种集成式膜法水处理系统集过滤、澄清、吸附、膜处理、高级氧化于一体，经其处理后，不仅能够有效改善出水水质，而且与传统水处理工艺相比，有效减小了设备的占地面积和建设周期，不受场地限制，适用于各种规模的水处理厂；另外，本实施例采用组合式气水反洗模式及高低位排污方法对装置各单元进行反洗，清洗模式多样，可满足各方需求，能够有效去除残留在装置内部的悬浮物等，提高滤料及膜组件的使用寿命；此外，选择适宜的膜材料、滤料类型，膜处理与吸附的组合工艺可去除水体中包括细菌在内的绝大部分污染物，通过膜过滤彻底解决细菌泄露问题，去除常规水处理系统中难以去除的物质，使出水水质达到更加优质的水准。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明理念和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种使用集成式膜法水处理系统的水处理方法，其特征在于所述的系统包括配水单元、吸附过滤单元、膜处理单元和反洗单元；

所述的配水单元、吸附过滤单元、膜处理单元和反洗单元均设置在水处理反应器本体（21）内；所述的水处理反应器本体（21）顶部设置有顶盖（20）；

所述的配水单元是由配水器（6）和原水进水阀（1）组成；

所述的膜处理单元是由膜组件（12）、出水管（13）、产水阀（14）和上位水洗阀（15）组成；

所述的反洗单元是由正洗排泥阀（2）、气洗阀（3）、下位水洗阀（4）、下位集污渠（8）、反洗排泥阀（9）、出水管（13）、上位水洗阀（15）和上位集污渠（16）组成；

所述的水处理反应器本体（21）内的下部设置有承托层（5），所述的配水器（6）设置于承托层（5）上，原水进水口以及气洗进气口均设置在承托层（5）下方的水处理反应器本体（21）一侧壁上，与原水进水口连通的进水管上设置有原水进水阀（1），与气洗进气口连通的进气管上设置有气洗阀（3）；水处理反应器本体（21）的另一侧壁上设置有排泥口和排水口，所述的排泥口通过管路与排泥沟连通，且管路上设置有正洗排泥阀（2）；与排水口连通的管路上设置有下位水洗阀（4）；

所述的承托层（5）上表面设置有分割堰将水处理反应器本体（21）分割成吸附过滤单元与下位集污渠（8）；所述的吸附过滤单元内设置有滤料（7）；吸附过滤单元正上方设置有膜组件（12），膜组件（12）的出水口与出水管（13）连通，所述的出水管（13）上设置有产水阀（14），水洗管路与出水管（13）连通，水洗管路上设置有上位水洗阀（15）；所述的下位集污渠（8）一侧的水处理反应器本体（21）上部设置有上位集污渠（16）；所述的上位集污渠（16）的出泥口通过溢流管与排泥沟连通；所述的下位集污渠（8）出泥口通过管路与排泥沟连通，且管路上设置有反洗排泥阀（9）；

使用所述集成式膜法水处理系统的方法如下：

步骤一、水处理：

开启原水进水阀（1），将待处理原水或充入臭氧的待处理原水送入至水处理反应器本体（21）的底部，原水经由配水器（6）输送至吸附过滤单元内的滤料（7）中，并经由滤料（7）至膜组件（12）处理后，开启产水阀（14）处理后的水由出水管（13）流出；所述的滤料（7）采用上向流过滤方式；

步骤二、正清洗

关闭原水进水阀（1）和产水阀（14）；开启正洗排泥阀（2），将水处理反应器本体（21）底部的污泥排出；

步骤三、反清洗

正清洗后，关闭正洗排泥阀（2），开启原水进水阀（1）、气洗阀（3）和下位水洗阀（4）；先开启充气阀（10），使气囊（11）膨胀并充满下位集污渠（8）；然后通过气洗阀（3）和原水进水阀（1）向水处理反应器本体（21）注入气体和清水；通过水气对滤料（7）进行扰动，控制滤料层反洗膨胀率，使膨胀滤料覆盖膜组件，使得滤料（7）覆盖膜组件（12），对膜产生擦洗作用，反冲洗废水经由上位集污渠（16）排出；

步骤四、深度反清洗

降低气水反洗通量，采用常规膨胀率清洗滤料，同步关闭充气阀（10），使气囊（11）恢复到收缩状态，开启反洗排泥阀（9），将液位降低至下位集污渠（8）堰头的高度，使得滤料反冲洗水经由下位集污渠（8）从反洗排泥阀（9）排出；

步骤三中所述的通过气洗阀（3）和原水进水阀（1）向水处理反应器本体（21）注入气体和清水，其中，注入气体分为两个阶段，第一阶段为间歇式注入气体，间歇时间为5-60s，气水比10~15:1；第二阶段为持续注入气体，气水比20~25:1；

所述的下位集污渠（8）内设置有气囊（11），气囊（11）的进气管道上设置有充气阀（10）。

2.根据权利要求1所述的一种使用集成式膜法水处理系统的水处理方法，其特征在于所述的膜组件（12）中的各组件沿高度方向呈高低交错排布。

3.根据权利要求1所述的一种使用集成式膜法水处理系统的水处理方法，其特征在于所述的膜组件（12）上方的水处理反应器本体（21）内的侧壁上设置有吹扫器（18），所述的吹扫器（18）通过管路与鼓风机连通，管路上设置有吹扫阀（17）；所述的吹扫器（18）为风扇。

4.根据权利要求1所述的一种使用集成式膜法水处理系统的水处理方法，其特征在于所述的上位集污渠（16）上方的水处理反应器本体（21）顶部设置有臭氧尾气破坏器（19）。

5.根据权利要求1所述的一种使用集成式膜法水处理系统的水处理方法，其特征在于所述的滤料（7）为石英砂填料、无烟煤填料、沸石填料、锰砂填料或火山岩生物组合填料。

6.根据权利要求1所述的一种使用集成式膜法水处理系统的水处理方法，其特征在于步骤三和步骤四反清洗中开启上位水洗阀（15），清水经由出水管（13）流至膜组件（12），实现对膜组件（12）的清洗。