CN118055803A - 在膜过滤系统中定量给料混凝剂和吸附剂的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于膜过滤水的方法，所述方法包括向膜上游的水中交替在管线中添加混凝剂和吸附剂，其中每次添加时间在10秒至1小时的范围内。
Description
技术领域
本发明总体上涉及一种用于在膜过滤系统中将混凝剂和活性炭定量给料至水中的方法。
背景技术
废水的膜过滤之前的混凝剂定量给料是众所周知的方法，用于稳定和改善低压膜的终端操作中的膜性能，典型地应用于富含有机物的水源。混凝剂的添加可以通过产生可去除且可逆的污垢层来提供稳定的运行，并且还可以由于溶解的有机物而减少总有机碳(TOC)。混凝剂典型地是基于铁或铝的无机金属，这可能是超滤厂运行成本的主要部分。在经处理的水被分配到不同的过滤单元或过滤架之前，它们典型地在中央管道中被连续定量给料。使用低压膜进行的膜过滤的终端操作中的过滤周期由过滤时间和水力清洗时间组成。JP 5349378 B2公开了一种在膜过滤器之前将化学混凝剂和活性炭定量给料至混合罐的方法，但是没有公开在这种类型的系统中直接在管线中有效地定量给料混凝剂和吸附剂二者的有效方法。
发明内容
一种用于膜过滤水的方法，所述方法包括向膜上游的水中交替在管线中添加混凝剂和吸附剂，其中每次添加时间在10秒至1小时的范围内。
具体实施方式
优选地，本发明中待过滤的水是含有使用超滤(UF)可去除的杂质的水，例如具有高于膜截留值的分子量的有机物、颗粒物质、微生物等。优选地，水是来自水处理工艺的废水，优选来自城市废水处理厂的水性流出液。除非另外说明，优选地本文所述的所有操作均在环境温度下进行。
优选地，在添加吸附剂或混凝剂之前，管线中的水具有在5至8.5、优选6至7.8范围内的pH。优选地，在添加吸附剂或混凝剂之前，管线中的水的温度是5℃至40℃、优选至少8℃；优选不超过35℃、优选不超过30℃、优选不超过25℃。优选地，在添加吸附剂或混凝剂之前，管线中的水具有1至300NTU、优选至少1.5、优选至少2、优选不超过100NTU、优选不超过50NTU的浊度。
将混凝剂和吸附剂交替添加至管线中的水的时间段为10秒至1小时，即添加混凝剂的时间段为10秒至10分钟，随后在相同范围的时间段添加吸附剂(不含混凝剂)，然后随后再次添加混凝剂等。添加混凝剂的时间段和添加吸附剂的时间段不一定相同，只要各自在规定的范围内即可。添加任一组分的时间段也可以在该范围内变化，例如，单独的混凝剂添加可以在该范围内的不同时间段内进行，和/或单独的吸附剂添加可以在该范围内的不同时间段内进行。优选地，时间段是至少30秒、优选至少1分钟、优选至少1.5分钟、优选至少2分钟；优选不超过30分钟、优选不超过15分钟、优选不超过10分钟、优选不超过8分钟、优选不超过6分钟、优选不超过5分钟、优选不超过4.5分钟、优选不超过4分钟。优选地，混凝剂添加的中值时间段与吸附剂添加的中值时间段的比率是3:1至1:3、优选2:1至1:2、优选1.5:1至1:1.5、优选1.3:1至1:1.3。优选地，混凝剂添加与吸附剂添加之前或之后之间的任何间隔不超过1分钟、优选不超过30秒、优选不超过15秒。
将混凝剂和吸附剂添加到管线中的水中，即直接添加到与膜过滤器流体连通的管线中，而不使用用于将混凝剂或吸附剂与水混合的中间罐。在优选的实施例中，在将混凝剂或吸附剂分散体添加到管线中的水之前，使用小罐将混凝剂或吸附剂分散在水中。
优选地，混凝剂以基于管线中的水的体积0.1至20mg/L、优选至少1mg/L、优选至少1.5mg/L、优选不超过15mg/L、优选不超过10mg/L的量添加。对于无机混凝剂，以mg计的质量是金属离子的质量。优选地，吸附剂以基于管线中的水的体积5至100mg/L、优选至少8mg/L、优选至少10mg/L、优选不超过50mg/L、优选不超过30mg/L的量添加。在优选的实施例中，混凝剂可以在以基于分散体的重量5-15wt％的量添加至管线中的水之前分散在水中。在优选的实施例中，吸附剂在以1至100g/L、优选5至20g/L的水的量添加至管线中的水之前分散在水中。
优选的混凝剂包括无机混凝剂、有机聚合物混凝剂和无机-聚合物络合物。优选的有机聚合物混凝剂是聚胺和聚DADMAC(二烯丙基二甲基氯化铵)。优选的无机混凝剂是三氯化铁、聚(氯化铝)、硫酸铝、和氯化铝。
优选的吸附剂是活性炭和离子交换树脂，优选活性炭。活性炭的优选形式是粉状活性炭(PAC)。优选地，活性炭的平均粒度是1至200μm、优选5至50μm、优选5至20μm。优选地，活性炭的平均表面积是800至2000m2/g、优选900至1500m2/g。
优选地，膜是UF膜。优选地，膜是适合用于“由内向外”构造的膜，即水穿过膜内部的通道并且经处理的水流到外部，优选在单根纤维中含有若干毛细管的多孔纤维膜。优选地，毛细管的内径是0.2mm至2mm、优选0.5mm至1.5mm。优选地，膜包含聚醚砜(PES)。通常UF膜在废水处理领域是众所周知的。
实例
对交替添加混凝剂和吸附剂的组合进行测试，用于处理城市废水处理厂的流出液。城市废水处理厂的处理工艺由过滤器、澄清池、硝化和反硝化生物处理、以及最终澄清池组成。二级流出液具有以下水质参数：
吸附剂是粉状活性炭(PAC)，其颗粒平均直径为10μm，其中90％小于45μm，并且碘值为1020mg/g。在定量给料期间添加15mg/L(在废水流中的浓度)的PAC。使用具有65％碱度的聚合氯化铝(PACl)作为混凝剂，并且在定量给料期间以4mg/l的Al3+浓度添加。
用于研究的UF模块含有由内向外的纤维，其具有七个表面积为80m2的毛细管。每个毛细管的内层(内径为0.9mm)表示非常薄的活性过滤器表面。过滤层的孔径约为20纳米。/>纤维的材料是改性聚醚砜(PES)。UF在80l/(m2·h)流量下运行，并且过滤时间为45min，得到91％的回收率。
采用的定量给料模式是交替定量给料，其中PAC或PACl在UF之前交替添加，在此在管线中添加和与膜接触之间有20秒的延迟。对于PAC以及PAC，在此选择的时间间隔为3min。
在3天的时间段内，在20℃下的归一化渗透率在120至250L/(m2·h·bar)的范围内保持稳定，相关的跨膜压力(TMP)为400至750毫巴。
相比之下，仅添加PAC而不添加混凝剂导致不稳定运行，仅在12小时内达到1500毫巴的TMP，而有机污垢占主导地位，以至于物理清洗无法能恢复渗透性。
UF膜之前对选定微污染物的短期吸附去除效率可以参见以下概述：
对于吸附性低和吸附性良好的有机微污染物，交替方法示出更好的效果，而对于吸附性非常好的有机微污染物，单独PAC和交替方法的去除效率是相当的，但通过连续添加PAC/聚(氯化铝)可以更有效地去除。此处未示出先前生物处理步骤的额外去除率。
总之，在PES超滤膜上游交替定量给料吸附剂(PAC)和混凝剂，在可控污垢层方面实现稳定的UF性能，并且实现最高的有机微污染物去除率。另一方面，仅添加PAC也可以实现足够的微污染物去除率，但是观察到TMP的急剧增加和不可逆的污垢层的结果。
Claims (11)
1.一种用于膜过滤水的方法，所述方法包括向膜上游的水中交替在管线中添加混凝剂和吸附剂，其中每次添加时间在10秒至1小时的范围内。
2.如权利要求1所述的方法，其中，混凝剂添加的中值添加时间与吸附剂添加的中值添加时间的比率为3:1至1:3。
3.如权利要求2所述的方法，其中，每次添加时间不超过30分钟。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述吸附剂是活性炭。
5.如权利要求4所述的方法，其中，每次添加时间是至少1分钟。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述混凝剂是无机混凝剂。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述活性炭具有5至50μm的平均粒度和800至2000m2/g的表面积。
8.如权利要求1所述的方法，其中，每次添加时间在1分钟至10分钟的范围内。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述吸附剂是活性炭。
10.如权利要求9所述的方法，其中，混凝剂添加的中值添加时间与吸附剂添加的中值添加时间的比率为2:1至1:2。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述混凝剂是无机混凝剂。
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