一种用于降低膜污染的水处理方法及装置

摘要

本发明涉及水处理技术领域，具体公开一种用于降低膜污染的水处理方法及装置。所述用于降低膜污染的水处理方法包括：向待处理水中加入混凝剂进行混凝，控制混凝颗粒的粒径和电位均达到预期值后，再进行滤膜过滤；所述滤膜的孔径≤100nm。所述装置包括混凝池和过滤装置。本发明提供的用于降低膜污染的水处理方法通过采用特定的滤膜孔径，并控制混凝体系中的混凝颗粒同时达到特定的粒径和电位值，可有有效降低水处理过程中的膜污染，在省去了沉淀过程的情况下，还能显著提高滤膜的使用周期、使用寿命和膜的产水通量，在膜法水处理技术中具有极高的推广和应用价值。

说明书

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种用于降低膜污染的水处理方法及装置。

背景技术

近年来，膜法水处理技术得到快速发展并在实际工程中得到了广泛的应用，但膜污染问题一直是限制其进一步发展应用的主要原因。膜污染是指在过滤过程中由于溶液中的杂质(物理、化学和生物类物质)在膜材料表面或膜内部的积累而导致膜渗透性下降的现象。膜污染会导致膜分离性能下降并增大工艺运行成本、降低运行效率。因此，为了降低膜污染，在膜过滤之前采取预处理技术尤为重要。

现有的预处理工艺一般由“投加药剂-混凝-沉淀-膜滤”这几个步骤组成，操作步骤较多。在预处理过程中，为了降低膜的污染率，需要在混凝处理后再进行沉淀处理，而沉淀处理又存在如下问题：沉淀池的占地面积较大，直接增加成本；水力停留时间较长，降低了整个工艺的产水效率，削弱了膜法处理的竞争力。同时也有研究表明在混凝、沉淀、膜过滤的联用工艺过程中，由于混凝处理形成的大絮体沉降能力较好，经沉淀处理后，只有体积较小且不易沉淀的絮凝体进入膜过滤过程中，可以减小滤饼层的污染，但该工艺过程会增大膜孔内部的污染，膜孔内的污染一般为不可逆污染，会直接减小膜的使用寿命。

发明内容

针对现有膜法水处理技术存在的膜污染问题，本发明提供一种用于降低膜污染的水处理方法及装置，该方法简化了膜法水处理工艺，在提高了水处理效率的情况下，还同时降低了膜孔内污染率，延长了膜的使用寿命，显著降低了膜法水处理工艺的运行成本。

为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：

一种用于降低膜污染的水处理方法，包括：向待处理水中加入混凝剂进行混凝，控制混凝颗粒的粒径和电位均达到预期值后，再进行滤膜过滤；所述滤膜的孔径≤100nm；

当所述滤膜的孔径≤60nm时，控制所述混凝颗粒的粒径达到所述滤膜孔径的2-3倍、电位达到-20mV～20mV时，再进行滤膜过滤；

当所述滤膜的孔径＞60nm时，控制所述混凝颗粒的粒径达到所述滤膜孔径的1.5-2倍、电位达到-20mV～20mV时，再进行滤膜过滤。

相对于现有技术，本发明提供的用于降低膜污染的水处理方法采用特定的滤膜孔径，并相应滤膜孔径下控制混凝体系中的混凝颗粒同时达到特定的粒径和电位值，再进行滤膜过滤，可显著降低过滤过程中水中的混凝颗粒对滤膜膜孔的堵塞情况，同时还省去了沉淀过程及相应设备，在混凝处理后不经过沉淀的情况下，在滤膜一侧生成结构疏松多孔的滤饼层，在较低的反冲洗强度或较长的反冲洗周期下就可快速去除。即本发明提供的用于降低膜污染的水处理方法不仅省去了水处理过程中的沉淀过程，还能显著提高膜的使用周期、使用寿命和膜的产水通量，在膜法水处理技术中具有极高的推广和应用价值。

优选的，所述混凝剂为无机混凝剂，所述无机混凝剂的加入量为0.5～15mg/L。

优选的，所述无机混凝剂为氯化铝、氯化铁、硫酸铝、硫酸铁、PAC和PFS中的至少一种。

上述无机混凝剂的加入可以更好的控制水体中混凝颗粒的粒径并保证混凝颗粒粒径的均匀性。

优选的，通过调节搅拌转速及混凝时间控制所述混凝颗粒的粒径。

优选的，通过添加HCl或NaOH来调节所述混凝颗粒的电位。

当混凝颗粒表面的zeta电位高于+20mV时，则需延长混凝时间或向混凝体系中加入NaOH进行调节；当所述混凝颗粒表面的zeta电位低于-20mV时，则需延长混凝时间或向混凝体系中加入HCl进行调节。

本发明还提供了所述用于降低膜污染的水处理方法的装置，该装置包括混凝池和过滤装置；所述混凝池顶部设有混凝剂加入口、电位调节口，内部设有搅拌器，底部连通有进水管和第一放空管，侧壁上连通有出水管；所述过滤装置与所述出水管的另一端连通，底部连通第二放空管，内部设有膜组件，所述膜组件的清液出口与所述过滤装置的滤液出口连通。

相对于现有技术，本发明提供的用于降低膜污染的水处理方法的装置省去了沉淀设备，简化了结构，降低了设备占地面积，缩短了水处理过程的周期，极大降低了水处理过程的运行成本，有效提高了膜法水处理的效率。

可选的，所述混凝剂加入口与混凝剂药箱连通，用于向所述混凝池中投加所述混凝剂。

可选的，所述搅拌器为与粒度仪连用的搅拌器，用于控制和监测所述混凝池中的混凝颗粒的粒径。

可选的，所述混凝池顶部还设有电位监测仪，用于实时检测所述混凝池中的混凝颗粒表面的电位。

可选的，所述进水管的另一端延伸至所述混凝池内部所述混凝池高度的3/4-4/5之间的位置；

可选的，所述出水管设置在所述混凝池高度的1/2-3/4之间的位置。

附图说明

图1是本发明实施例1中的用于降低膜污染的水处理方法的装置的结构示意图；其中，1、混凝池，11、进水管，12、出水管，13、第一放空管，14、搅拌器，15、粒度仪，16、混凝剂药箱，17、电位调节口，18、电位监测仪，2、过滤装置，21、膜组件，22、滤液出口，23、第二放空管；

图2是本发明实施例1中的用于降低膜污染的水处理方法的工艺流程框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种用于降低膜污染的水处理方法的装置，如图1所示，该装置包括混凝池1和过滤装置2；混凝池1顶部设有混凝剂加入口和电位调节口17，内部设有搅拌器14，底部连通有进水管11和第一放空管13，侧壁上连通有出水管12；过滤装置2与出水管12的另一端连通，底部连通第二放空管23，内部设有膜组件21，膜组件21的清液出口与过滤装置2的滤液出口22连通，膜组件21中的膜孔为30nm；

其中，混凝剂加入口与混凝剂药箱16连通，用于向混凝池1中投加混凝剂；

搅拌器14为与粒度仪15连用的搅拌器，用于控制和监测混凝池1中的混凝颗粒的粒径；

混凝池1顶部还设有电位监测仪18，用于实时检测混凝池1中的混凝颗粒表面的电位；

进水管11的另一端延伸至混凝池1内部混凝池1高度的4/5的位置；

出水管12设置在混凝池1高度的1/2的位置。

利用上述装置进行水处理方法，具体包括以下步骤：

通过进水管11向混凝池1中通入待处理水(河水，TOC含量为3mg/L，主要污染物为腐殖质)，当混凝池1中的液位达到混凝池1高度的2/3的位置时，停止向混凝池1中通入待处理水，然后通过混凝剂药箱16按照0.5mg/L的加入量向待处理水中加入氯化铝进行混凝，通过调节搅拌器14的转速及混凝时间控制混凝颗粒的粒径，当粒度仪15显示混凝颗粒的粒径达到60nm时，通过电位调节口17向混凝池1中缓慢滴加NaOH溶液，直到电位监测仪18显示混凝颗粒的zeta电位达到-20mV，然后使混凝体系通过出水管12进入过滤装置2中进行滤膜过滤，在膜组件21的作用下，絮凝颗粒被阻挡在膜组件21的外侧形成滤饼层，清液穿过膜组件21后通过依次经过膜组件21的清液出口和过滤装置2的滤液出口22排出，得到产出水，具体工艺流程如图2所示。

在连续处理过程中，向混凝池1中通入多少的待处理水，就需向混凝池1中加入相应要求量的混凝剂，混凝池1和过滤装置2中的沉积物分别通过第一放空管13和第二放空管23排出。

实施例2

利用实施例1中的装置进行水处理，其中过滤层装置中的膜组件21更换成膜孔为60nm的膜组件，具体方法包括以下步骤：

通过进水管11向混凝池1中通入待处理水(实施例1中的河水)，当混凝池1中的液位达到混凝池1高度的2/3的位置时，停止向混凝池1中通入待处理水，然后通过混凝剂药箱16按照5mg/L的加入量向待处理水中加入氯化铁进行混凝，通过调节搅拌器14的转速及混凝时间控制混凝颗粒的粒径，当粒度仪15显示混凝颗粒的粒径达到180nm时，通过电位调节口17向混凝池1中缓慢滴加NaOH溶液，直到电位监测仪18显示混凝颗粒的zeta电位达到5mV，然后使混凝体系通过出水管12进入过滤装置2中进行滤膜过滤，在膜组件21的作用下，絮凝颗粒被阻挡在膜21组件的外侧形成滤饼层，清液穿过膜组件21后通过依次经过膜组件21的清液出口和过滤装置2的滤液出口22排出，得到产出水。

在连续处理过程中，向混凝池1中通入多少的待处理水，就需向混凝池1中加入相应要求量的混凝剂，混凝池1和过滤装置2中的沉积物分别通过第一放空管13和第二放空管23排出。

实施例3

利用实施例1中的装置进行水处理，其中过滤层装置中的膜组件21更换成膜孔为80nm的膜组件，具体方法包括以下步骤：

通过进水管11向混凝池1中通入待处理水(实施例1中的河水)，当混凝池1中的液位达到混凝池1高度的2/3的位置时，停止向混凝池1中通入待处理水，然后通过混凝剂药箱16按照10mg/L的加入量向待处理水中加入PAC(聚合氯化铝)进行混凝，通过调节搅拌器14的转速及混凝时间控制混凝颗粒的粒径，当粒度仪15显示混凝颗粒的粒径达到120nm时，通过电位调节口17向混凝池1中缓慢滴加HCl溶液，直到电位监测仪18显示混凝颗粒的zeta电位达到20mV，然后使混凝体系通过出水管12进入过滤装置2中进行滤膜过滤，在膜组件21的作用下，絮凝颗粒被阻挡在膜组件21的外侧形成滤饼层，清液穿过膜组件21后通过依次经过膜组件21的清液出口和过滤装置2的滤液出口22排出，得到产出水。

在连续处理过程中，向混凝池1中通入多少的待处理水，就需向混凝池1中加入相应要求量的混凝剂，混凝池1和过滤装置2中的沉积物分别通过第一放空管13和第二放空管23排出。

实施例4

利用实施例1中的装置进行水处理，其中过滤层装置中的膜组件21更换成膜孔为100nm的膜组件，具体方法包括以下步骤：

通过进水管11向混凝池1中通入待处理水(实施例1中的河水)，当混凝池1中的液位达到混凝池1高度的2/3的位置时，停止向混凝池1中通入待处理水，然后通过混凝剂药箱16按照15mg/L的加入量向待处理水中加入PFS(聚合硫酸铁)进行混凝，通过调节搅拌器14的转速及混凝时间控制混凝颗粒的粒径，当粒度仪15显示混凝颗粒的粒径达到200nm时，通过电位调节口17向混凝池1中缓慢滴加HCl溶液，直到电位监测仪18显示混凝颗粒的zeta电位达到20mV，然后使混凝体系通过出水管12进入过滤装置2中进行滤膜过滤，在膜组件21的作用下，絮凝颗粒被阻挡在膜组件21的外侧形成滤饼层，清液穿过膜组件21后通过依次经过膜组件21的清液出口和过滤装置2的滤液出口22排出，得到产出水。

在连续处理过程中，向混凝池1中通入多少的待处理水，就需向混凝池1中加入相应要求量的混凝剂，混凝池1和过滤装置2中的沉积物分别通过第一放空管13和第二放空管23排出。

对比例1

控制实施例1中的混凝颗粒的粒径达到50nm，其它条件和方法不变的情况下，进行过滤得到产出水。

对比例2

控制实施例1中的混凝颗粒的zeta电位达到+70mV时，其它条件和方法不变的情况下，进行过滤得到产出水。

试验例

在实验室小试过程中，当连续运行得到3L的产出水后，检测实施例1-4和对比例1-2的产水出情况和膜污染情况，检测结果如表1所示。

表1产水出情况和膜污染情况

根据表1中的数据可知，处理3L河水后，对比例1-2中的膜通量低于实施例1-4，膜污染堵塞情况要比实施例1-4严重，产水效率较低，且经过反冲洗后，实施例1-4中的滤饼层极易脱落，而对比例1-2中的滤饼层则较难洗脱。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。