CN209221879U - 一种浸没式超滤系统的水力冲刷装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种浸没式超滤系统的水力冲刷装置，包括水流搅拌装置，其用于带动水流作用在浸没式超滤膜池中的浸没式超滤膜组件上。本实用新型用于浸没式超滤系统正常抽吸时通过潜水旋流搅拌机带动水力流动，降低浓差极化现象，减缓膜丝在工业废水应用中堵塞程度，降低化学清洗周期。

Description

一种浸没式超滤系统的水力冲刷装置

技术领域

本实用新型涉及工业废水处理膜处理技术领域，具体涉及一种浸没式超滤系统的水力冲刷装置。

背景技术

中水回用指将生活废(污)水、工业废水等集中处理，达到国家规定的排放标准后在进行深度处理，达到一定的标准回用于绿化、工业生产等，从而达到节约用水的目的。超滤膜使用于水处理、尤其是大规模的水处理设施，能耗已经成为一个非常明显的重要指标。

浸没式超滤系统在工业废水中水回用中，通常为降低运行能耗而于正常抽吸产水过程停止开启鼓风曝气装置，然在这一过程中由于没有曝气冲刷作用水中污染物由于浓差极化现象将连续聚集、附和于膜丝表面，造成膜丝堵塞、产水量下降、跨膜压差上升等问题。

中国专利申请(201510715512.0)公开了一种旋转浸没式水处理超微滤方法及装置，该方法包括：膜组件外部不再设置壳体，使膜丝处于一种敞开的状态，直接接触流动的被过滤水体。采用驱动装置使膜组件在被处理水中进行正反旋转运动，水流与膜丝发生相对运动，由于膜丝表面受到水流的冲刷力，及时将膜丝表面的污垢冲掉。该专利是通过减速机、齿轮这一驱动装置带动整个浸没式超滤膜组件及膜架旋转，由膜组件去切割水流，造成冲刷，但是当减速机带动膜组件旋转时，会产生冲刷效果，但当水体流动随组件带动漩涡旋转时，水与组件两者均在相同运动，主动的是膜组件，从动的是水，冲刷效果不佳，且减速机能耗相当高。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种冲洗效果好，有效缓解浸没式超滤膜在工业废水应用中的堵塞，降低浓度极化现的浸没式超滤系统的水力冲刷装置。

一种浸没式超滤系统的水力冲刷装置，包括水流搅拌装置，其用于带动水流作用在浸没式超滤膜池中的浸没式超滤膜组件上。

优选的，所述水流搅拌装置带动穿过浸没式超滤膜组件的流水线速度在0.3～0.8m/s。

优选的，所述的浸没式超滤膜组件的浸没式超滤膜架的长宽比在2:1～3:1之间。

优选的，所述的浸没式超滤膜组件的浸没式超滤膜架之间的间距为0.3～0.6倍的浸没式超滤膜架的宽度。

优选的，所述的水流搅拌装置为潜水旋流搅拌机。

优选的，所述潜水旋流搅拌机安装在搅拌机网状护罩内，所述搅拌机网状护罩的开口端安装在与之相配的浸没式超滤膜池池底的凹槽上。

优选的，所述浸没式超滤膜池底部安装有一导轨钢管，所述导轨钢管上设有与之相配的浸没式超滤膜架导轨，所述浸没式超滤膜架导轨与所述浸没式超滤膜组件的浸没式超滤膜架固定连接。

本实用新型还提供了所述的水力冲刷装置在浸没式超滤系统中的使用方法，包括如下步骤：当浸没式超滤系统正常运行过程中，开启潜水旋流搅拌机；当需要进行曝气反洗时，关闭潜水旋流搅拌机，并于该次气水反洗结束后，将潜水旋流搅拌机的叶轮反向旋转水力冲刷所有浸没式超滤膜组件，并提高变频频率直至浸没式超滤系统达到回收率要求，浸没式超滤膜池排空补水后，恢复潜水旋流搅拌机的初始叶轮旋转方向及初始开启频率。

优选的，所述浸没式超滤系统达到回收率要求开启排空阀排空时，同时开启潜水旋流搅拌机，使水流穿过膜堆的流速达到1m/s，使得水体内颗粒残渣从膜丝上冲出，最终排出系统。

优选的，当浸没式超滤系统进行化学加药清洗时，反洗进药过程不进行冲刷，并静置10min，使得反洗入的药液于膜丝表面充分于污染物反应；接着进行循环清洗过程，开启潜水旋流搅拌机1并以最高频率运行，水流穿过膜堆流速达到1m/s，连续运行10min，接着静置10min；再次开启循环清洗膜池，反向旋转开启潜水旋流搅拌机并以最高频率运行，使水流穿过膜堆流速达到1m/s，连续运行10min，使得药液以一定的速度冲刷膜丝且正反向冲洗彻底；停止循环清洗过程，并再次静置10min，后开启曝气10min；最终开启排空程序。

本实用新型提供的一种废水进水系统的运行组件，具体是一种浸没式超滤系统的水力冲刷装置，缓解了浸没式超滤膜在工业废水应用中的堵塞，降低化学清洗周期。本实用新型用于浸没式超滤系统正常抽吸时通过潜水旋流搅拌机带动水力流动，降低浓差极化现象，减缓膜丝在工业废水应用中堵塞程度。是采用潜水旋流搅拌机带动水体流动，降低膜丝表面抽吸时造成的浓差极化现象。

本实用新型的用于浸没式超滤系统的水力冲刷装置，包括潜水旋流搅拌机(1)和搅拌机护罩(2)以及特殊结构设计的膜反应池(7)，其特征是：所述潜水旋流搅拌机(1)绑定置于搅拌机网状护罩(2)，固定于浸没式超滤膜池(7)内。

进一步的，所述潜水旋流搅拌机(1)通过活动绑定方式固定于搅拌机网状护罩(2)中，使得护罩提高重量。进一步的，所述的搅拌机网状护罩(2)采用不锈钢钢筋焊接而成，网格眼50×50mm，主要防止潜水旋流搅拌机(1)的叶轮碰撞膜架及膜丝。搅拌机网状护罩(2)具有一定的强度，足够支撑潜水旋流搅拌机(1)的重量而不变形。进一步的，浸没式超滤膜池(7)中心土建设计一圆形凹槽，槽深50mm，圆形大小与搅拌机网状护罩(2)投影匹配。

进一步的，浸没式超滤膜架(5)采用膜帘单排长条结构，采用首尾循环摆放成正方形形式，使得潜水旋流搅拌机(1)带动水流方向能辐射入膜帘间隙中而不被阻挡。浸没式超滤膜架(5)两侧的浸没式超滤膜架导轨(6)是用于固定浸没式超滤膜架所用，防止膜架于池内移动。导轨对应点需预先于浸没式超滤膜池(7)筑入预埋件或打上膨胀螺栓固定钢板(10)，并于对应点焊上导轨钢管(9)以固定浸没式超滤膜架(5)。

进一步的，浸没式超滤膜架(5)的浸没式超滤膜架产水法兰口(3)均处于外侧，以方便手动阀门控制及管道安装。进一步的，浸没式超滤膜池(7)上方应设置电动桁车一台，方便膜组件方位切换、检修以及潜水旋流搅拌机(1)及搅拌机保护罩(2)吊起检修。

1、本实用新型的工艺应用可使浸没式超滤在工业废水深度处理或中水回用工程(如印染废水中水回用、焦化废水“零排放”等)做反渗透系统的预处理，替代了砂滤+压力式超滤的工艺，减少了场地占用面积，减少运行管理成本。

2、本实用新型的目的可使相同浸没式超滤工艺应用于工业废水处理中，降低浸没式超滤膜组件污染风险，延缓堵塞速度。

3、通过采用上述技术方案，使得潜水旋流搅拌机(1)于浸没式超滤膜池通过叶轮转动内带动水流流动，流水穿越膜组件横面，冲刷靠近的高浓度悬浮颗粒物，降低浓差极化程度。

4、发明人发现当潜水旋流搅拌机(1)叶轮转动带动穿过膜堆流水线速度控制于0.3～0.8m/s之内，不仅能够浸没式超滤膜组件达到较好的冲洗效果，也使得系统运行能耗较少；不可低于该区间导致冲刷力度不够，效果不明显；不可过高于该区间导致潜水旋流搅拌机(1)功率过高，系统运行能耗过高。其中，膜堆是指由多个浸没式超滤膜组件组合而成。浸没式超滤膜组件包括浸没式超滤膜架和膜帘，所述浸没式超滤膜组件为现有公知技术。

5、发明人还发现，浸没式超滤膜架(5)长宽比设计需于2:1～3:1之间；若膜架长宽比小于2:1，则带动的旋流冲刷不到的膜堆盲区过多，冲刷效果下降；若膜架长宽比大于3:1，则导致膜池内膜堆的填充密度过低，膜池内清洗药耗上升以及占地空间上升。

6、在本实用新型中，发明人亦发现浸没式超滤膜架(5)之间的间距设计需于0.3～0.6倍膜架宽度之间；如设计比值小于0.3，则导致旋流冲刷不到的膜堆盲区过多，冲刷效果下降；若设计比值大于0.6，则导致膜池空间浪费。

7、通过采用上述技术方案，浸没式超滤膜架曝气法兰(4)依然保留，潜水旋流搅拌机(1)不替代系统曝气运行方式，用于正常抽吸产水不曝气时减缓污堵速率。

8、通过采用上述技术方案，浸没式超滤膜架(5)与池壁之间间距设计30cm左右，每次起吊及安放膜堆遵从膜架导轨(6)及导轨钢管(9)上下滑动，防止震荡损坏膜架及膜堆。

9、通过采用上述技术方案，潜水旋流搅拌机(1)及其网状护罩(2)需安装固定于膜池(7)设计的底部凹槽内，凹槽深度设计与5cm左右，既保证潜水旋流搅拌机(1)及其护罩(2)不会因电机旋转而移动，又不使排空时过多废液残留于膜池内。

10、通过采用上述技术方案，浸没式超滤膜池(7)设计为正方形形式，膜池组采用横排式或方排式，方便电动桁车安装，方便后续膜堆、搅拌机的吊起维护等运营工作。

11、浸没式超滤系统正常运行过程中，开启潜水旋流搅拌机(1)(变频控制)；当需要进行曝气反洗时，关闭潜水旋流搅拌机(1)，并于该次气水反洗结束后，反向旋转，以尽可能让水力冲刷所有膜组件，并适当提高变频频率；直至浸没式超滤系统达到回收率要求，膜池排空补水后，恢复潜水旋流搅拌机(1)的初始叶轮旋转方向及初始开启频率。

12、通过采用上述技术方案，浸没式超滤系统达到回收率要求开启排空阀排空时，同时开启潜水旋流搅拌机(1)并以最高频率运行，穿过膜堆流速达到1m/s，使得水体内颗粒残渣从膜丝上冲出，最终排出系统。

13、通过采用上述技术方案，浸没式超滤系统需要进行化学加药清洗时，反洗进药过程不进行冲刷，并静置10min，使得反洗入的药液于膜丝表面充分于污染物反应；接着进行循环清洗过程，开启潜水旋流搅拌机(1)并以最高频率运行，穿过膜堆流速达到1m/s，连续运行10min，接着静置10min；再次开启循环清洗膜池，反向旋转开启潜水旋流搅拌机(1)并以最高频率运行，穿过膜堆流速达到1m/s，连续运行10min，使得药液以一定的速度冲刷膜丝且正反向冲洗彻底；停止循环清洗过程，并再次静置10min，后开启曝气10min；最终开启排空程序，整个过程共耗时1小时，较曝气冲刷模式节能40％以上；

14、通过采用上述技术方案，浸没式超滤系统每次化学清洗后均进行一次膜架位置调整，保证每次清洗后膜堆前后侧均可被冲刷到，降低冲刷盲区。

15、通过采用上述技术方案，浸没式超滤系统于难处理工业废水中较持续曝气模式节能达40％以上，较间歇曝气模式膜丝化学清洗周期频率下降20％以上。

16、不同于中国专利申请201510715512.0中使用的方法及装置，本实用新型由旋流搅拌机这样的水流搅拌装置带动水体流动，由水主动冲刷膜组件，水为“动”，膜组件为“静”，由于此造成明显冲刷效果，且仅带动水流能耗较低。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图。(a是本实用新型实施例的俯视结构示意图，b是本实用新型本实用新型实施例的过滤膜结构组件安装在浸没式超滤膜池底部的结构示意图)

图2是本实用新型实施例中的浸没式超滤膜架和导轨钢管及浸没式超滤膜架导轨的连接结构示意图。

图3是本实用新型实施例的潜水旋流搅拌机在工作时叶轮反向旋转时带动的水流穿过浸没式超滤膜组件的示意图。

图4是本实用新型实施例在中式实验中的膜池布置尺寸标注图。

附图标记：1-潜水旋流搅拌机；2、搅拌机网状护罩；3-浸没式超滤膜架产水法兰口；4-浸没式超滤膜架曝气法兰口；5-浸没式超滤膜架；6-浸没式超滤膜架导轨；7-浸没式超滤膜池；8-浸没式超滤膜组件；9-导轨钢管；10-预埋钢板；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

一种浸没式超滤系统的水力冲刷装置，包括水流搅拌装置，所述水流搅拌装置为潜水旋流搅拌机1，潜水旋流搅拌机1通过叶轮转动带动浸没式超滤膜池7内水流流动，水流穿过浸没式超滤膜组件横面，冲刷靠近浸没式超滤膜组件的高浓度悬浮颗粒物，降低浓差极化程度，减缓膜丝在工业废水应用中堵塞程度。所述水力冲刷装置还包括搅拌机网状护罩2，所述潜水旋流搅拌机1安装在搅拌机网状护罩2内，搅拌机网状护罩2的开口端与浸没式超滤膜池7底部的凹槽相匹配，浸没式超滤膜池7中心土建设计的一圆形凹槽，槽深50mm，圆形大小与搅拌机网状护罩2投影匹配。所述的搅拌机网状护罩2采用不锈钢钢筋焊接而成，网格眼50×50mm，主要防止潜水旋流搅拌机1的叶轮碰撞浸没式超滤膜膜架及膜丝；搅拌机网状护罩2具有一定的强度，足够支撑潜水旋流搅拌机1的重量而不变形。

浸没式超滤膜池7中的浸没式超滤膜架5采用膜帘单排长条结构，采用首尾循环摆放成正方形形式，使得潜水旋流搅拌机1带动水流方向能辐射入膜帘间隙中而不被阻挡。浸没式超滤膜架5两侧的浸没式超滤膜架导轨6是用于固定浸没式超滤膜架所用，防止膜架于池内移动。浸没式超滤膜架导轨6对应点需预先于浸没式超滤膜池7筑入预埋件或打上膨胀螺栓固定钢板10，并于对应点焊上导轨钢管9以固定浸没式超滤膜架5。

在本实用新型的水力冲刷装置实际工作过程中，潜水旋流搅拌机1的叶轮带动水流穿过浸没式超滤膜组件的流水线速度应控制在0.3～0.8m/s，这是因为低于该速度区间导致冲刷力度不够，效果不明显；过高于该区间导致潜水旋流搅拌机1功率过高，系统运行能耗过高。

在本实用新型中，浸没式超滤膜架5长宽比设计需于2:1～3:1之间，若膜架5的长宽比小于2:1，则带动的旋流冲刷不到的膜堆盲区过多，冲刷效果下降；若膜架5的长宽比大于3:1，则导致膜池内膜堆的填充密度过低，膜池内清洗药耗上升以及占地空间上升。

此外，浸没式超滤膜池7中的浸没式超滤膜架5之间的间距设计需于0.3～0.6倍膜架宽度之间，这是因为如设计比值小于0.3，则导致旋流冲刷不到的膜堆盲区过多，冲刷效果下降；若设计比值大于0.6，则导致膜池空间浪费。

在某些实施例中，上述的潜水旋流搅拌机还可以用现有技术中能带动水流搅拌的装置代替。

本实用新型还提供了上述水力冲刷装置在浸没式超滤系统中的使用方法，包括如下步骤：当浸没式超滤系统正常运行过程中，开启潜水旋流搅拌机1；当需要进行曝气反洗时，关闭潜水旋流搅拌机1，并于该次气水反洗结束后，反向旋转水力冲刷所有膜组件，提高变频频率，直至浸没式超滤系统达到回收率要求，膜池排空补水后，恢复潜水旋流搅拌机1的初始叶轮旋转方向及初始开启频率。

所述浸没式超滤系统达到回收率要求开启排空阀排空时，同时开启潜水旋流搅拌机并以最高频率运行，穿过膜堆流速达到1m/s，使得水体内颗粒残渣从膜丝上冲出，最终排出系统。

当浸没式超滤系统需要进行化学加药清洗时，反洗进药过程不进行冲刷，并静置10min，使得反洗入的药液于膜丝表面充分于污染物反应；接着进行循环清洗过程，开启潜水旋流搅拌机1并以最高频率运行，穿过膜堆流速达到1m/s，连续运行10min，接着静置10min；再次开启循环清洗膜池，反向旋转开启潜水旋流搅拌机1并以最高频率运行，穿过膜堆流速达到1m/s，连续运行10min，使得药液以一定的速度冲刷膜丝且正反向冲洗彻底；停止循环清洗过程，并再次静置10min，后开启曝气10min；最终开启排空程序。

下面进一步通过实验说明本实用新型利用水流搅拌装置带动水流对浸没式超滤膜组件进行冲刷清洗的效果。

以中试试验为例

1、实验条件：

来水水源：绍兴某印染厂污水站尾水CODcr200mg/L 浊度20NTU 色度50倍 温度30℃

搅拌机：某国产品牌旋流搅拌机电机功率为1.5kw(变频控制)

浸没式超滤膜组件：某国产优质品牌浸没式超滤膜组件 制作工艺：湿法制膜、永久清水性工艺 孔径：0.03μm 拉伸断裂强度：200N

2、运行参数：

进水流量：120m³/h 浸没式超滤组件数量：4组 尺寸：2610×890×2820mm 单帘膜面积：30m² 单帘膜尺寸：824×46×2200mm 浸没式超滤总膜面积：3600m²

浸没式超滤膜运行通量：34.2LMH

3、膜池布置尺寸标注图：如图4所示：

4、实验数据记录

(1)流水的线速度(速度监测点为膜堆中心曝气法兰-4处)与潜水旋流搅拌机-1运行功率对照。

测试方法：将搅拌机频率设定于某一值，持续运行1h，记录该频率下经过曝气法兰-4处水流线速度与该时间段内电耗；并逐渐提高频率，测定线速度与能耗关系；重复多次以上测试，将平均能耗功率与平均线速度一一对应。

注：由于电表显示只保留到小数点后2位，因此可能会造成少量数据误差。本数据经过10次以上测试取得平均值保留小数点后4位，以降低仪表精度误差。

(2)流水的线速度(速度监测点为膜堆中心曝气法兰-4处)与浸没式超滤膜跨膜压差上升10kPa所需的时间对照表。

测试方法：浸没式超滤采用连续抽吸恒流运行模式，不反洗，不气洗，仅测试靠水流冲刷跨膜压差上升状况。每测试得出一组线速度与时间数据，则进行膜池排空及化学清洗，使膜恢复初始性能，以保证测试条件变量控制。数据重复测试3次以上，减少试验误差。

得出实验记录表：

5、数据分析

平均耗时越长则冲刷效果越好，膜污堵速度越慢。

(1)运行功率与平均线速度关系图：

由图可以看出，平均功率基本与平均线速度正比例呈线性关系，平均线速度越大则功率越高。

(2)平均线速度与平均耗时关系图：

由图可以看出，平均线速度于0.2～0.8m/s之间，平均耗时提升速度较快，处于该区间内，对膜系统水力冲刷效果提升较大，电机能耗效率更高。但电机不宜长时间处于过低频率运行，否则易造成电机损坏，因此得出结论水力线速度于0.3～0.8m/s能耗于冲刷效果性价比较高。

Claims (7)

1.一种浸没式超滤系统的水力冲刷装置，其特征在于：包括水流搅拌装置，其用于带动水流作用在浸没式超滤膜池中的浸没式超滤膜组件上。

2.根据权利要求1所述的一种浸没式超滤系统的水力冲刷装置，其特征在于：所述水流搅拌装置带动穿过浸没式超滤膜组件的流水线速度在0.3～0.8m/s。

3.根据权利要求1或2所述的一种浸没式超滤系统的水力冲刷装置，其特征在于：所述的浸没式超滤膜组件的浸没式超滤膜架的长宽比在2:1～3:1之间。

4.根据权利要求1或2所述的一种浸没式超滤系统的水力冲刷装置，其特征在于：所述的浸没式超滤膜组件的浸没式超滤膜架之间的间距为0.3～0.6倍的浸没式超滤膜架的宽度。

5.根据权利要求1或2所述的一种浸没式超滤系统的水力冲刷装置，其特征在于：所述的水流搅拌装置为潜水旋流搅拌机。

6.根据权利要求5所述的一种浸没式超滤系统的水力冲刷装置，其特征在于：所述潜水旋流搅拌机安装在搅拌机网状护罩内，所述搅拌机网状护罩的开口端安装在与之相配的浸没式超滤膜池池底的凹槽上。

7.根据权利要求6所述的一种浸没式超滤系统的水力冲刷装置，其特征在于：所述浸没式超滤膜池底部安装有一导轨钢管，所述导轨钢管上设有与之相配的浸没式超滤膜架导轨，所述浸没式超滤膜架导轨与所述浸没式超滤膜组件的浸没式超滤膜架固定连接。