一种基于不同污水水质的动态膜污水直接过滤反应器及运行方法

摘要

本发明涉及一种基于不同污水水质的动态膜污水直接过滤反应器及运行方法，利用污水中固有的悬浮物，在大孔膜支撑材料表面形成动态膜，进行污水的直接过滤浓缩，产水可以满足城市污水回用景观灌溉用水标准，浓缩液排入市政管网或进一步处理回用；基于污水中悬浮物含量的不同，可以采用：(1)高浊度的原水条件下，开启污水调节池中的搅拌装置，污水经提升泵打入动态膜过滤反应器，直到浊度低于10NTU，完成动态膜的形成，初期出水返回污水调节池，而后正常运行产水；(2)低浊度的原水条件下，关闭污水调节池中的搅拌装置，沉淀污水经泵打入动态膜过滤反应器，动态膜形成过程与(1)相同，动态膜形成后开启污水调节池搅拌装置，而后正常运行产水。

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种基于不同污水水质的动态膜污水直接过滤反应器及运行方法。

背景技术

近来，水环境污染与水资源短缺严重影响到人们的日常生活与国民经济的发展。污水再生处理与回用是广泛关注的重要举措，而膜分离技术应用日益增长。

膜分离技术应用于污水二级处理与深度处理时，存在着流程长、投资高、能耗高、运行维护费用高的问题。而将膜分离技术(微滤或超滤)应用于原污水的直接过滤，国内外研究者已经进行了一定的探索，结果表明出水水质能够满足再生水绿化灌溉的要求，而严重的膜污染问题，会引起频繁的物理化学清洗、降低膜使用寿命、化学药剂成本增加及二次污染，最终导致运行维护的大幅增加，限制了工艺的推广应用。

动态膜(Dynamic membrane)技术是极具应用前景的水处理新技术，是指利用预涂剂或活性污泥在大孔膜支撑材料表面形成新膜，强化料液的分离效果。依据涂膜材料的不同可以分为预涂动态膜和自生动态膜两种。动态膜技术具有膜材料成本低、通量高、膜污染速率低且易控制、重力出水能耗低等系列优点。

中国专利200610044415强化混凝与动态膜一体式污水处理工艺，具体步骤如下：(1)污水首先进入反应器一侧的混凝反应区，在此区域内和同时投加的化学处理药剂进行完全混搅拌合；(2)反应器另一侧为过滤装置，该过滤装置由孔径为毫米级的基材覆盖，混凝处理后的污水通过基材，在基材表面逐步形成动态膜层，这一膜层由内而外是凝胶层和滤饼层，具有类似于 传统微滤膜的截留作用，可达到良好的固液分离的效果；(3)处理水由过滤装置内通往反应器上部的出水管排出。该专利是动态膜技术应用于污水直接过滤的代表性技术，不足之处在于：(1)投加混凝剂增加了处理成本，特别是对于低浊度污水，混凝剂投加量显著增加；(2)混凝剂的使用，特别是有机聚合物，易导致不可逆的膜污染，影响工艺的运行维护；(3)产生中残留的混凝剂的可能引起潜在的回用风险。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于不同污水水质的动态膜污水直接过滤反应器及运行方法，基于污水中浊度不同，采取不同的技术措施，利用污水中固有悬浮物实现动态膜的快速稳定形成，达到污水的原位分离效果；具有低成本、低能耗、操作简单易控制、处理效果优良的优点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于不同污水水质的动态膜污水直接过滤反应器，包括下部带有沉淀区的污水调节池3，污水调节池3设置至少两个出水口，其中一个位于池体上，另一个位于沉淀区，两个出水口均通过污水提升泵6与动态膜过滤反应器10连接，所述动态膜过滤反应器10包括反应器池体，反应器池体中设置穿孔曝气器9和动态膜过滤组件11，高浊度水质条件下，池体中污水打入动态膜过滤反应器10；低浊度条件下，沉淀区污水打入动态膜过滤反应器10，调节曝气量，利用污水中固有悬浮物实现动态膜的快速稳定形成。

所述污水调节池3配置有搅拌装置2，所述搅拌装置2为水上或水下搅拌器。

所述污水调节池3的池体为圆柱或方形，池体上出水口与污水提升泵6的连接管路上设置高位进水电动阀4，沉淀区出水口与污水提升泵6的连接管路上设置低位进水电动阀5。

所述污水提升泵6为离心泵，所述高位进水电动阀4和低位进水电动阀5连接自控装置实现快速启闭。

所述穿孔曝气器9布置在反应器池体两侧的底部，穿孔曝气器9连接曝气泵或鼓风机7且在连接管路上设置有气体流量计8以实现流量可调，所述动态膜过滤组件11设置在反应器池体的中间。

所述动态膜过滤组件11为双面平板式结构，由PVC板框架和大孔膜支撑材料依次组合固定而成。

所述大孔膜支撑材料为孔径为10-200μm的不锈钢网、尼龙网或无纺布。

所述穿孔曝气器9为穿孔管式曝气器，长度与反应器池体一致，孔眼直径3-5mm，孔眼间距1-3cm，方向侧下方45°。

本发明还提供了所述不同污水水质的动态膜污水直接过滤反应器的运行方式，其特征在于：

a、高浊度的原水条件下：

1.1开启污水调节池3中的搅拌装置2，污水经提升泵6打入动态膜过滤反应器10，低曝气条件下启动动态膜过滤反应器10，在重力水头或泵抽吸作用下开始产水，产水回流至污水调节池3。

1.2以产水浊度为指标，当浊度低于10NTU时，认为动态膜形成，调节穿孔曝气器9至高曝气量，连续进水、出水；

1.3当通量低于初始通量的10％时，进行水力反冲洗或气体反冲洗，反冲洗强度灵活调节，通量恢复率低于80％时采用化学清洗(酸洗、碱洗或氧化剂清洗)；

1.4清洗完成后，重复1.1-1.2；

b、低浊度的原水条件下：

2.1关闭污水调节池3中的搅拌装置2，沉淀污水经提升泵6打入动态膜过滤反应器10，低曝气条件下启动动态膜过滤反应器10，在重力水头或泵抽吸作用下开始产水，产水回流至调节池3；

2.2以产水浊度为指标，当浊度低于10NTU时，认为动态膜形成，调节穿孔曝气器9至高曝气量，开启污水调节池搅拌装置2，连续进水、出水；

2.3当通量低于初始通量的10％时，进行水力反冲洗或气体反冲洗，反 冲洗强度灵活调节，通量恢复率低于80％时采用化学清洗(酸洗、碱洗或氧化剂清洗)；

2.4清洗完成后，重复2.1-2.2。

其中：

所述高浊度的原水条件是指浊度>300NTU；低浊度的原水条件是指浊度＜300NTU；

所述低曝气条件是曝气量1-2m³/m²h；

所述重力水头为5cm-50cm；

所述高曝气量是4-6m³/m²h。

本发明中，浊度<10NTU为城市污水再生利用杂用水中灌溉用水的水质要求，使用于其他目的时，需要做相应的运行操作条件的调整。

本发明中动态膜污水直接过滤反应器运行方法的关键之一：在污水动态膜直接过滤工艺中，基于污水中浊度的不同采用不同的操作方法，利用原水中固有的的悬浮物做为涂膜材料，通过水位压差或抽象水泵作用在大孔支撑材料表明形成稳定的动态膜，初期产生因浊度高，可以返回污水调节池。同时可以达到较高的通量(20-80L/m²h)，周期运行时间超过6h，出水浊度小于10NTU，稳定达到城市污水再生利用杂用水中灌溉用水的水质要求。

本发明中动态膜污水直接过滤反应器运行方法的关键之二：工艺中采用的双面平板式膜组件，由PVC板框架和大孔膜支撑材料依次组合固定而成，拆卸更换方便，PVC板框架可以重复使用，必要时只需要更换支撑材料。

本发明中动态膜污水直接过滤反应器运行方法的关键之三：工艺的膜污染控制方法，采用连续的曝气冲刷抑制污染层的过度增长；当通量低于初始通量的10％时，可以采用逆出水方向的曝气反冲洗及水力反冲洗，恢复膜通量；必要时可以采用化学清洗有效去除不可逆膜污染问题。

本发明中动态膜污水直接过滤反应器运行方法的关键之四：运行控制全部可以实现自动化，可以实现工艺的长期稳定运行。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)动态膜污水直接过滤反应器中，动态膜的形成完全采用污水中固有的悬浮物，该方法无需投加混凝剂和其它悬浮颗粒，节约处理成本，经济可行。

(2)动态膜组件为双面平板式，由PVC板框、大孔膜支撑材料依次组合固定而成，方便拆卸和更换膜材料。

(3)灵活采用气反冲洗、水反冲洗清洗及化学清洗相结合的方法，有效控制膜污染。

(4)动态膜污水直接过滤技术，运行操作简单、出水效果好、成本及能耗低，同时可以实现连续自动化运行。

本发明利用污水中固有的悬浮物，在大孔膜支撑材料表面形成动态膜，进行污水的直接过滤浓缩，产水可以满足城市污水回用景观灌溉用水标准，浓缩液排入市政管网或进一步处理回用。

附图说明

图1是本发明动态膜污水直接过滤反应器的结构示意图。

具体实施方式

下面对照附图和具体的实施例对本发明做进一步的叙述。应当指出，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的适用范围。实施例中的实施条件可以根据实际情况(水质、设备及运行操作条件)做进一步的调整。

实施例1

如图1所示，将高浊度污水(浊度为300-400NTU)由进水管1打入污水调节池3，启动搅拌装置2，启动电动阀4(电动阀5关闭)，污水经提升泵6打入动态膜过滤反应器10，此时曝气设备7开启，调节气体流量计8至低曝气量(1-2m³/m²h)，污水经动态膜组件11，在水位压差作用下(10-10.5cm)流至出水管12，初期产水因浊度高返回污水调节池3，如此循环40-50min后，浊度低于10NTU，通量处在(20-80L/m²h)。动态膜形成后，调节气体流量计8至高曝气量(4-6m³/m²h)，持续冲刷膜组件表面，反应器稳定运行时间超过6h。而后采用气反冲洗或水反冲洗清洗，恢复通量，持续运行。

实施例2

如图1所示，将低浊度污水(浊度为70NTU)由进水管1打入污水调节池3，关闭搅拌装置2，启动电动阀5(电动阀4关闭)，沉淀污水(浊度达到350-450NTU左右)经提升泵6打入动态膜过滤反应器10，此时曝气设备7开启，调节气体流量计8至低曝气量(1-2m³/m²h)，污水经动态膜组件11，在水位压差作用下(10-10.5cm)流至出水管12，初期产水因浊度高返回污水调节池3，如此循环30-40min后，浊度低于10NTU，通量处在(20-80L/m²h)。动态膜形成后，启动搅拌装置2，保证污水调节池3中的污水混合均匀，同时调节气体流量计8至高曝气量(4-6m³/m²h)，持续冲刷膜组件表面，反应器稳定运行时间超过6h。而后采用气反冲洗或水反冲洗清洗，恢复通量，持续运行。