CN205188007U - 一种利用浸没式超滤膜进行污水深度处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用浸没式超滤膜进行污水深度处理系统，包括粉末炭配炭罐、炭水预混合池、浸没式超滤膜分离池、出水储池、浓缩沉淀池和压滤设备；浸没式超滤膜分离池内设置有外压式浸没式膜，粉末炭配炭罐通过加炭管向浸没式超滤膜分离池输送粉末活性炭；工业污水处理厂尾水通过进水管道送入炭水预混合池，与从浸没式超滤膜分离池内通过回流管回流的炭浆进行炭水预混合；经浸没式超滤膜分离池分离出来的水通过出水管道一部分向外排出、另一部分存储到出水储池内；炭水预混合池的炭浆通过排炭管送入浓缩沉淀池浓缩后送入压滤设备中进行脱水回收。本实用新型工艺流程简单、自控程度高、处理效果稳定、活性炭可以回收再生的污水处理工艺。

Description

一种利用浸没式超滤膜进行污水深度处理系统

技术领域

本实用新型属于于污水深度处理领域，涉及一种污水深度处理系统，具体涉及一种采用粉末活性炭吸附与浸没式膜分离结合的污水深度处理系统。

背景技术

工业污水具有色度深、COD浓度高、难降解等特点。工业污水经过常规生化及化学沉淀法处理后依然难以达标排放，需要采用深度处理技术进一步进行处理。而常规二级生化及化学沉淀处理的工业污水处理厂所排放的尾水，通常具有难生化、难氧化、难絮凝等特性，传统方法难以凑效。高级氧化如臭氧氧化脱色效果好，但去除COD能力差；芬顿氧化脱色能力强、去除COD效果好，但产生污泥量大，污泥处置难度大，二次污染严重；膜分离技术由于膜污染及浓水处置问题也未能有效解决；深度生化技术如曝气生物滤池一般需要与高级氧化技术结合联用，导致投资大、工艺控制难度大、运行效果不稳定等，国内针对大规模工业污水深度处理的曝气生物滤池成功案例鲜见。

粉末活性炭具有表面积大、吸附力强等特点。因此，广泛适用于食品、医药、味精化工等产品的脱色、除杂精制，自来水工艺脱臭去除微污染，也可用于废水的深度处理。

由于粉末活性炭对有机物的吸附能力大，投加较方便，在自来水及废水深度处理中得到广泛的应用，环境应急处理中经常使用。自来水深度处理中用量较少，大规模应用工程化实例不多，一般一次性投加，粉末活性炭不容易回收利用。

关于粉末活性炭和水分离的技术，常用的有混凝沉淀过滤、微孔过滤、滤布过滤、填料过滤等等一系列传统工艺。主要投加粉末活性炭吸附污水中污染物，之后投加混凝剂聚合氯化铝等，捕获粉末活性炭颗粒，再经过过滤。粉末活性炭与水接触时间较短，投加浓度低，形成的粉末活性炭污泥含有大量的聚合氯化铝，不容易回收再生。

传统的分离工艺虽然技术成熟，但仍存在很多不足。如：过滤精度不高(一般0.1-10微米)，导致对粉末活性炭的截留率较低；容易堵塞，反洗频率高且反洗水量大，导致运行能耗大；出水悬浮物含量和浊度较高；对于来水波动较大的情况，系统不耐冲击造成出水水质不稳定；用炭量大，成套装置占地面积较大。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种采用粉末活性炭吸附与浸没式膜分离结合的污水深度处理系统。

本实用新型所采用的技术方案是：一种利用浸没式超滤膜进行污水深度处理系统，其特征在于：包括粉末炭配炭罐、炭水预混合池、浸没式超滤膜分离池、出水储池、浓缩沉淀池和压滤设备；

浸没式超滤膜分离池内设置有外压式浸没式膜，所述粉末炭配炭罐通过加炭管向所述浸没式超滤膜分离池输送粉末活性炭；工业污水处理厂尾水通过进水管道送入所述炭水预混合池，与从所述浸没式超滤膜分离池内通过回流管回流的炭浆进行炭水预混合；混合后的炭水经管道送入浸没式超滤膜分离池分离；经所述浸没式超滤膜分离池分离出来的水通过出水管道一部分向外排出、另一部分存储到所述出水储池内；

所述炭水预混合池的炭浆通过排炭管送入所述浓缩沉淀池浓缩后送入压滤设备中进行脱水回收。

作为优选，所述外压式浸没式膜采用外压式中空纤维增强丝膜，膜孔径为微米级，膜丝材质为聚偏氟乙烯，膜丝组成膜帘及膜组件。

作为优选，所述系统还配置有鼓风机，所述鼓风机利用连接管道分别与炭水预混合池和浸没式超滤膜分离池底部设置的穿孔曝气管连接，为炭水预混合池和浸没式超滤膜分离池提供搅拌所用空气源。

作为优选，所述系统还配置有反冲洗设备，包括反冲洗泵、气动阀和电磁流量计；所述反冲洗泵一端与所述出水储池连接，另一端依次连接气动阀和电磁流量计后通过出水管道向所述浸没式超滤膜分离池送水进行反冲洗。

作为优选，所述系统还配置有炭再生设备，所述炭水预混合池的炭浆通过排炭管送入所述压滤设备中进行脱水后利用连接管道送入炭再生设备中再生，最后利用连接管道送入所述粉末炭配炭罐中循环利用。

作为优选，所述工业污水处理厂尾水通过进水管道送入所述炭水预混合池，进水管道上配置有进水管道泵、电池阀和电磁流量计；所述粉末炭配炭罐通过加炭管向所述浸没式超滤膜分离池输送粉末活性炭，加炭管上配置有隔膜计量泵；所述浸没式超滤膜分离池内通过回流管与所述炭水预混合池连接，回流管上设置有球阀、循环管道泵和电磁流量计；所述浸没式超滤膜分离池分离出来的水通过出水管道一部分向外排出，出水管道上配置有真空压力表、气动阀和电磁流量计；所述炭水预混合池的炭浆通过排炭管送入所述压滤设备中进行脱水，排炭管上设置有球阀和气动隔膜泵。

本实用新型方法具有如下的特点和有益效果：

(1)膜池内炭浓度非常高，膜箱内粉末活性炭累积浓度高达5～100g/L，大量的粉末活性炭与来水迅速混合，对于来水冲击缓冲能力更强，吸附有机物污染物和脱色效果更好，活性炭利用效率提高；

(2)由于粉末活性炭的自粘性，大量的粉末活性炭除了吸附水中小分子及中等分子有机物，对高分子及悬浮物也有裹挟作用，从而不易污染堵塞超滤膜，不会有传统工艺堵塞问题。

(3)减少了膜的污染，膜的通量相比传统的膜生物反应器大3倍，相应膜投资成本是原有30％，水力停留时间1h，减少了构筑物占地；

(4)炭浆的排出浓度可高达3％，浓缩沉淀池占地少，脱水设施少，粉末活性炭可回收再生。

(5)该工艺出水水质稳定，色度低，悬浮物少的特点。

(6)该工艺具有自动化程度高，操作及运行管理简单，大规模工程化采用模块化组件，维护更换便利，大规模工程实施应用简单。

附图说明

图1：本实用新型实施例的系统结构图；

图2：本实用新型实施例的方法原理图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请见图1，本实用新型提供的一种利用浸没式超滤膜进行污水深度处理系统，包括粉末炭配炭罐、炭水预混合池、浸没式超滤膜分离池、出水储池、浓缩沉淀池、压滤设备、鼓风机、反冲洗设备、炭再生设备和自动控制设备；浸没式超滤膜分离池内设置有外压式浸没式膜，外压式浸没式膜采用外压式中空纤维增强丝膜，膜孔径为微米级，膜丝材质为聚偏氟乙烯，膜丝组成膜帘及膜组件；粉末炭配炭罐通过加炭管向浸没式超滤膜分离池输送粉末活性炭；工业污水处理厂尾水通过进水管道送入炭水预混合池，与从浸没式超滤膜分离池内通过回流管回流的炭浆进行炭水预混合；鼓风机利用连接管道分别与炭水预混合池和浸没式超滤膜分离池底部设置的穿孔曝气管连接，为炭水预混合池和浸没式超滤膜分离池提供搅拌所用空气源。混合后的炭水经管道送入浸没式超滤膜分离池分离；经浸没式超滤膜分离池分离出来的水通过出水管道一部分向外排出、另一部分存储到出水储池内；反冲洗设备包括反冲洗泵、气动阀和电磁流量计；反冲洗泵一端与出水储池连接，另一端依次连接气动阀和电磁流量计后通过出水管道向浸没式超滤膜分离池送水进行反冲洗；炭水预混合池的炭浆通过排炭管送入压滤设备中进行脱水后利用连接管道送入炭再生设备中再生，最后利用连接管道送入粉末炭配炭罐中循环利用。

本实施例的工业污水处理厂尾水通过进水管道送入炭水预混合池，进水管道上配置有进水管道泵、电池阀和电磁流量计；粉末炭配炭罐通过加炭管向浸没式超滤膜分离池输送粉末活性炭，加炭管上配置有隔膜计量泵；浸没式超滤膜分离池内通过回流管与炭水预混合池连接，回流管上设置有球阀、循环管道泵和电磁流量计；浸没式超滤膜分离池分离出来的水通过出水管道一部分向外排出，出水管道上配置有真空压力表、气动阀和电磁流量计；炭水预混合池的炭浆通过排炭管送入压滤设备中进行脱水，排炭管上设置有球阀和气动隔膜泵。

本实用新型的技术原理为：采用高浓度粉末活性炭与污水充分混合吸附水中污染物，采用外压式中空纤维增强丝微滤膜来分离水中的粉末活性炭，并将吸附过程约膜分离工程结合在一起。中空纤维膜丝组成膜帘，多个膜帘形成膜组件，组件底下布置穿孔管曝气，曝气气量参数为0.4～0.6m³/(m²水面min)，气流带动水流强烈扰动可使粉末活性炭与污水充分接触反应及更新膜表面。产水利用虹吸或者自吸泵形成负压抽出清水。整个运行周期含产水、静置、反冲洗过程，每个步骤时间水量由自动控制设备灵活设定。浸没式超滤膜分离池前设置一个炭水预混合池，从膜池内回流高浓度炭浆与进水混合，水力停留时间约20～40min，炭水预混合池末端设置排炭管连接排炭泵，排炭浓浆进浓缩沉淀池浓缩，浓炭浆再经隔膜泵排至压滤设备脱水。

请见图2，本实用新型的工作流程为：

步骤1：投加粉末活性炭，投加量10～1000mg/L，采用粉末活性炭射流吸入与水混合，配置成5％左右的炭浆。炭浆搅拌混合后由泵计量打入浸没式膜分离池(膜池)前端。

步骤2：炭水预混合，炭水预混合池，水力停留时间20～40min，来水与膜池分离后浓的炭浆回流后混合，完成预混合过程，回流炭浆与来水混合后炭浓度约30g/L。预混合可以通过穿孔管曝气或者推流搅拌器混合。

步骤3：浸没式超滤膜分离池内活性炭吸附及炭水分离，浸没式超滤膜分离池内布置外压式浸没式膜组件，膜组件由多个膜帘装配组成，一个膜帘固定有上千根中空纤维膜丝，膜组件下部安装有穿孔曝气管、集水管、出水管。在膜池前端投加新粉末活性炭配置好的炭浆，利用粉末活性炭吸附污水中有机污染物；多个膜组件的出水管接主出水管，产水是利用产水泵的负压或虹吸作用抽水，污水透过膜丝进入膜组件集水管、出水管、主出水管完成炭水的膜分离过程。运行周期为产水、静置、反洗，整个周期15分钟左右，反洗是通过离心泵将水与产水过膜的相反方向压出膜丝。整个过程曝气满足炭水混合目的和膜丝炭层表面更新。

膜采用外压式中空纤维增强丝膜，膜孔径为微米级。曝气膜池内配备穿孔管曝气装置，曝气气量参数为0.4～0.6m³/(m²水面min)，气流带动水流强烈扰动可使粉末活性炭与污水充分接触反应及更新膜表面，运行周期灵活设定，膜定期反洗以恢复性能，反洗流量为进水流量的1.5～2倍，反洗累积水量约产水量3～10％，运行真空度1～4m水压。在膜池内的粉末活性炭累积浓度高达5～100g/L并维持稳定。

步骤4：炭浆浓缩脱水，从预混合池末端设置排炭管连接排炭泵，排炭浓浆进浓缩沉淀池浓缩，浓炭浆经隔膜泵排至压滤设备脱水，浓缩沉淀池上清和压滤设备压滤出水收集用于配制新的炭浆。

本实用新型均是通过自动控制设备控制运行，下面通过两个实施例来进一步阐述本实用新型。

实施例1：

某大型印染工业园区污水处理厂的二期工程40万吨/天，采用水质调理+延时曝气工艺，水力停留时间72h，生化出水经二沉池沉淀后排放，针对排放废水做深度处理提标工程，中试规模200m3/d。进水CODcr值160～180mg/L,悬浮物70mg/L,色度80倍。

其工艺设备选型参数如下：

(1)炭水预混合池；

尺寸：长宽高1.8m×0.8m×4.0m，水力停留时间20min；回流管道离心泵，功率为1.1kw；扬程为12m，流量为12m³/h；DN40电磁流量计一台；

(2)没式超滤膜分离池；

功能：安装有帘式膜220m²，底部安装穿孔曝气管曝气搅拌，实现炭水充分接触，池体内安装的类似MBR的膜分离器(以下简称为C-UF)，以不锈钢为膜架，固定膜组件，负压抽吸时，实现炭水分离。采用自吸泵抽水，离心泵反洗，自吸泵开启8min停2min，离心泵开启30s，运行时间参数可以灵活调整。尺寸：长宽高1.8m×1.8m×4.0m，水力停留时间53min，运行水位：3.0m～3.5m；

设备：膜组件为220m²，通量为50L/m²h，抽吸真空度为0.01～0.04MPa；

抽吸泵：功率为1.5kw，H为8m，流量为15m³/h。

气动阀：Dn50，2台，用于控制自吸泵及反洗泵。

流量计：DN40，进水、反洗各1台；

反洗泵：离心泵功率为2.2kw，流量为25m³/h，H为14m；

风机：功率为5.5kw，压力为45kpa，气量为3.5m³/min，一用一备。

(3)出水储池；

功能：储池用于存储反洗泵反洗时用水量。参数：PE罐体2m³；

(4)加炭系统；

用于配置新的活性炭浆，采用进水为配炭水，加入粉末活性炭，开启搅拌器浆炭浆混匀，采用电动隔膜计量泵补充新炭。

设备：PE罐体：2m³，一台；搅拌机：转速为20r/min，3kw，一台；电动隔膜泵计量泵：1000L/H，370w，一台；电磁流量计：Dn20，一台；

(5)排炭系统；

(6)为预混合池底部排空阀接一小型隔膜泵，将炭浆排至板框压滤，经压滤脱水后，所排饱和炭用于炭再生。参数：气动隔膜泵：6000L/H，60m扬程，一台；电磁流量计：Dn20，一台；

(7)整机可实现PLC全自动控制；

工艺运行参数：

(1)加炭：日加炭两次，白天一次，晚上一次，保证配炭桶内的浓度在6％左右，日均加炭量约为700mg/L。

(2)排炭：中试工程排炭频率为一天一次，每次1～2小时，排炭量约8m³/d，浓度为15g/L，排炭量与加炭量维持平衡。

(3)C-UF系统炭浆循环量：通过C-UF系统内炭浆循环使其与进水一道混合，使未饱和的炭浆先期吸附污水中污染物，炭浆循环水量比进水量稍大。以便形成污染物浓度差，吸附更多污染物。炭浆循环量为进水流量的1.5～2倍。

(4)C-UF系统内的炭浓度：系统内的炭浓度可以高达10～100g/L，本次中试系统内的炭浓度保证在30g/L。

(5)抽吸压力：由于C-UF系统内保有较高的炭浓度，使得污染物被活性炭充分吸附，膜污染情况极小，抽吸压力为0.01～0.015MPa之间，一般为0.0125MPa。

(6)反洗压力及反洗水量：反洗压力为0.045MPa，反洗水流量为出水流量的1.5～2倍，每周期反洗时间为30s，反洗水量约占产水量的10％。

(7)曝气量：曝气的目的是使粉末活性炭在水中不沉积，并用气泡上升形成的水流扰动冲刷膜丝表面，避免在膜丝形成浓差极化，降低膜面污染，故冲刷扰动强度由单位水面积单位时间内气泡的鼓出强度决定。曝气量0.5m³/(m²水面min)。

(8)运行周期：运行周期为10分钟一个周期，具体运行周期为：运行8分钟，停机1分30秒，反洗30秒。

(9)炭再生：本中试工程炭再生情况如下，亚甲基蓝恢复率100％，损失率10％。

采取以上工艺处理后，结果如下，达到注入水标准，且水质稳定。本实施例结果如下表1所示。

表1处理后出水水质参数

类别	COD(mg/l)	SS(mg/l)	色度
				进水	160-180	70	80
出水	≦60	≦5	≦15

实施例2：

某大型印染工业园区污水处理厂的二期工程40万吨/天，采用水质调理+延时曝气工艺，水力停留时间72h，生化出水经二沉池沉淀后经气浮加药后排放，针对气浮排放尾水做深度处理提标工程，中试规模200m3/d。进水CODcr值120mg/L,悬浮物40mg/L,色度60倍。其工艺设备选型参数如下：

(1)活性炭投加量：日均加炭量约为500mg/L。

(2)排炭：中试工程排炭频率为一天一次，每次1～2小时，排炭量约3m³/d，浓度为35g/L，排炭量与加炭量维持平衡。

(3)C-UF系统炭浆循环量：为进水流量的1.5～2倍。

(4)C-UF系统内的炭浓度：系统内的炭浓度可以高达10～100g/L，中试系统内的炭浓度保证在70g/L。

(5)抽吸压力及产水量：由于C-UF系统内保有较高的活性炭浓度，使得污染物被活性炭充分吸附，膜污染情况极小，抽吸压力为0.01～0.015MPa之间，一般为0.0125MPa。流量主要受自吸泵出水阀控制，现场控制14.5m³/h。根据长时间运行记录的跨膜压差计水量分析，跨膜压差变化值很小，说明膜污染堵塞情况极小，稳定性高。

(6)反洗压力及反洗水量：停机静止时表显示压力0.025MPa,反洗时表显示压力0.045MPa,反洗压力为0.02MPa,反洗水流量为出水流量的1.5～2倍，每周期反洗时间为15s，反洗水量约占产水量的3.33％。

(7)曝气量：0.64m³/(㎡水面·min)，单位水面积内气泡翻出的量决定了扰动强度，决定了膜的冲刷强度。

(8)运行周期：运行周期为10分钟一个周期，具体运行周期为：运行8分钟，停机1分45秒，反洗15秒。

(9)炭再生：本中试工程炭再生情况如下，亚甲基蓝恢复率100％，损失率10％。

采取以上工艺处理后，结果如下，达到注入水标准，且水质稳定。本实施例结果如下表2所示。

表2处理后出水水质参数

本实用新型结合了污水处理中粉末活性炭物理化学吸附过程和浸没式膜分离污水单元相结合深度处理污水技术，将粉末活性炭吸附和浸没式超滤膜集中在一个膜池内，实现工艺流程简单、自控程度高、处理效果稳定、活性炭可以回收再生的污水处理工艺。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本实用新型专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本实用新型的保护范围之内，本实用新型的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种利用浸没式超滤膜进行污水深度处理系统，其特征在于：包括粉末炭配炭罐、炭水预混合池、浸没式超滤膜分离池、出水储池、浓缩沉淀池和压滤设备；

浸没式超滤膜分离池内设置有外压式浸没式膜，所述粉末炭配炭罐通过加炭管向所述浸没式超滤膜分离池输送粉末活性炭；工业污水处理厂尾水通过进水管道送入所述炭水预混合池，与从所述浸没式超滤膜分离池内通过回流管回流的炭浆进行炭水预混合，混合后的炭水经管道送入浸没式超滤膜分离池分离；经所述浸没式超滤膜分离池分离出来的水通过出水管道一部分向外排出、另一部分存储到所述出水储池内；

所述炭水预混合池的炭浆通过排炭管送入所述浓缩沉淀池浓缩后送入压滤设备中进行脱水回收。

2.根据权利要求1所述的利用浸没式超滤膜进行污水深度处理系统，其特征在于：所述外压式浸没式膜采用外压式中空纤维增强丝膜，膜孔径为微米级，膜丝材质为聚偏氟乙烯，膜丝组成膜帘及膜组件。

3.根据权利要求1所述的利用浸没式超滤膜进行污水深度处理系统，其特征在于：所述系统还配置有鼓风机，所述鼓风机利用连接管道分别与炭水预混合池和浸没式超滤膜分离池底部设置的穿孔曝气管连接，为炭水预混合池和浸没式超滤膜分离池提供搅拌所用空气源。

4.根据权利要求1所述的利用浸没式超滤膜进行污水深度处理系统，其特征在于：所述系统还配置有反冲洗设备，包括反冲洗泵、气动阀和电磁流量计；所述反冲洗泵一端与所述出水储池连接，另一端依次连接气动阀和电磁流量计后通过出水管道向所述浸没式超滤膜分离池送水进行反冲洗。

5.根据权利要求1所述的利用浸没式超滤膜进行污水深度处理系统，其特征在于：所述系统还配置有炭再生设备，所述炭水预混合池的炭浆通过排炭管送入所述压滤设备中进行脱水后利用连接管道送入炭再生设备中再生，最后利用连接管道送入所述粉末炭配炭罐中循环利用。

6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的利用浸没式超滤膜进行污水深度处理系统，其特征在于：所述工业污水处理厂尾水通过进水管道送入所述炭水预混合池，进水管道上配置有进水管道泵、电池阀和电磁流量计；所述粉末炭配炭罐通过加炭管向所述浸没式超滤膜分离池输送粉末活性炭，加炭管上配置有隔膜计量泵；所述浸没式超滤膜分离池内通过回流管与所述炭水预混合池连接，回流管上设置有球阀、循环管道泵和电磁流量计；所述浸没式超滤膜分离池分离出来的水通过出水管道一部分向外排出，出水管道上配置有真空压力表、气动阀和电磁流量计；所述炭水预混合池的炭浆通过排炭管送入所述压滤设备中进行脱水，排炭管上设置有球阀和气动隔膜泵。