電絮凝陶瓷微濾膜淨化微汙染水源水的耦合裝置及工藝的製作方法

2023-10-09 23:59:49

本發明涉及一種電絮凝陶瓷微濾膜淨化微汙染水源水的耦合裝置及工藝，屬於水汙染控制領域。

背景技術：

在給水處理行業中，以混凝、沉澱、過濾、消毒為基礎的傳統水淨化工藝處理的對象是符合飲用水水源水標準的水體，其對於水中的濁度、色度、膠體、懸浮顆粒、微生物等處理效果明顯，水質較易達標。但隨著人類社會的發展，各種有機物排放到水體中加速了水源的惡化，部分指標高於《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)中對Ⅲ類水體的標準限值要求，面對這類微汙染水源水，傳統的淨水工藝難以使出水滿足《生活飲用水衛生標準》(GB5749-2006)的要求，保證飲用水的安全。

膜技術作為第四代給水處理工藝憑藉其獨特的優勢越來越受到廣泛關注，特別是陶瓷微濾膜，具有化學性質穩定，耐酸鹼、有機溶劑和微生物侵蝕，機械強度高，能耗低，不易堵塞，使用壽命長，抗極端氣候等特點。但是實際操作運行中，陶瓷微濾膜用於處理池塘水、水庫水等有機物含量較高的水源水時，不但膜通量衰減迅速、膜孔堵塞嚴重、產水量急劇下降，而且對水中有機物的去除率低，威脅供水水質安全。現有採用膜前化學混凝法預處理，如微絮凝、膜過濾與氣浮一體化反應裝置及以其處理低濁微汙染水的方法(申請號：201010566493.7)，但其化學絮凝劑投加量較大，汙泥產量較大，易形成二次汙染，而且水力停留時間較長。

電絮凝技術用於水處理領域，優點有：設備簡單，結構緊湊，佔地面積小，操作維護方便，易於與其他工藝耦合；反應生成的金屬離子無雜質，成分純淨，汙泥產量小，電極金屬消耗量低；對原水的適應範圍廣，反應過程中不需投加化學藥劑，不存在藥劑的保存問題，不存在二次汙染的風險；電極溶解所生成的金屬離子活性高，絮凝性能強，形成的微小氣泡起到攪拌的同時還可以完成顆粒物的浮選，處理效率高。然而能耗過高、處理時間過長的缺陷一直制約著電絮凝技術的推廣應用。

將電絮凝作為陶瓷微濾膜的預處理，水中的雜質先通過電絮凝反應器，部分雜質被氧化去除，部分脫穩形成微小絮體，再由陶瓷微濾膜攔截過濾去除。不同於現有的一些以電絮凝-超濾膜技術為核心的水淨化裝置，如一種處理微汙染水的組合工藝及裝置(申請號：201410342465.5)，該專利中採用有機中空纖維超濾膜間歇運行，操作壓力大、能耗高，而且膜孔小易堵塞，同時內壓式中空纖維膜不易清洗，通量恢復較差，另外有機中空纖維膜易富集微生物，老化斷裂而不易察覺，汙染出水。相比之下，採用管式陶瓷微濾膜，工作壓力較低、節約能耗，膜孔較大不易阻塞，膜汙染後易於清洗，而且抗理化性裂化和微生物降解。因此，結合電絮凝技術與陶瓷微濾膜技術優勢的耦合工藝，既提高了陶瓷微濾膜出水水質，延緩了膜通量的衰減，又克服了電絮凝能耗高，固液分離時間長的缺陷，達到了優勢互補的目的。

技術實現要素：

針對上述現有技術中的不足之處，本發明提供一種結構緊湊、性能穩定、工藝簡單、處理效率高的電絮凝陶瓷微濾膜淨化微汙染水源水的耦合裝置。

為了實現上述目的，本發明提供以下技術方案：一種電絮凝陶瓷微濾膜淨化微汙染水源水的耦合裝置，包括潛水泵、原水箱、電絮凝反應器進水泵、電絮凝反應器、直流穩壓電源、中間儲水箱、陶瓷微濾膜組件進水泵、陶瓷微濾膜組件、反衝洗水罐、清水箱、空壓機、濃縮水排除管、濃縮水回流管、濃縮水管、滲透水/反洗水轉化管、反衝洗排水管和空氣管，所述原水箱的進水口通過管道與潛水泵連接，出水口經電絮凝反應器進水泵與電絮凝反應器連通，所述電絮凝反應器通過導線與直流穩壓電源連接，該電絮凝反應器的出水口與中間儲水箱的入水口相通，中間儲水箱的出水口經陶瓷微濾膜組件進水泵與陶瓷微濾膜組件連接，在所述陶瓷微濾膜組件的底部設置有與之連接的反衝洗排水管，所述陶瓷微濾膜組件頂端的濃縮水管通過三通與濃縮水排除管和濃縮水回流管相連，該濃縮水回流管與中間儲水箱連接，陶瓷微濾膜組件出水口經由滲透水/反洗水轉化管與反衝洗水罐相通，所述反衝洗水罐的出水口接清水箱、上端通過空氣管連接有空壓機。

作為優選，所述電絮凝反應器包括電極板、導電銅棒、有機玻璃外殼及用於放置電極板的託架，該電極板通過導電棒串聯並平行交錯排列於有機玻璃外殼內。

作為優選，在所述電絮凝反應器底部設置有底座和排汙管。

作為優選，所述陶瓷微濾膜組件採用管式內壓陶瓷微濾膜。

一種具有上述耦合裝置的工藝，包括如下步驟：

1)水源水經潛水泵注入原水箱，再通過電絮凝反應器進水泵壓入電絮凝反應器，電絮凝反應器進水泵出口裝有閥門和流量計用於調節電絮凝反應器的進水流量恆定為4L/min，進而控制電絮凝反應器中水體的停留時間為150s，電絮凝反應器中平行設置8塊3mm厚的純鋁板作為電極板，極板上端開Φ10的通孔通過導電銅棒單級式連接，極板下端置於託架上，極板間距10mm；

2)啟動直流穩壓電源，根據原水水質調節輸出電流使電流密度在0.5-3.0mA/cm2之間浮動；

3)經過電絮凝處理的水在重力作用下進入中間儲水箱，停留300s以形成微小絮體；

4)經步驟3)反應後的水體通過陶瓷微濾膜組件進水泵打入陶瓷微濾膜組件，陶瓷微濾膜組件採用錯流過濾模式，其中裝填兩支孔道管式內壓陶瓷微濾膜，每支膜長500mm，串聯連接，Al2O3材質，膜孔徑200nm，濃縮水部分經濃縮水排除管排除，部分通過濃縮水回流管回流至中間儲水箱，以充分利用未經反應的金屬離子，滲透水進入反衝洗水罐和清水箱，通過陶瓷膜組件進水管上閥門控制跨膜壓差為0.1MPa，調節濃縮水管兩分支管上的閥門控制回流比為20％；

5)當本裝置產水量衰減迅速時，關閉陶瓷微濾膜組件進水泵出口和清水箱進水管上的閥門，開啟反衝洗排水管和空氣管上的閥門，啟動空壓機反衝洗陶瓷微濾膜，同時打開排汙管排除電絮凝反應器底部的汙泥，並交換電極板的正負極。

通過以上技術方案可以看出，本發明與現有其他技術相比，具有以下優點：

(1)電絮凝技術的採用，能通過陽極形成的新生態羥基絡合物吸附、網捕水中的雜質；而且通過電絮凝中氧化還原作用，能降解、去除部分有機物；另外陰極產生的大量微小氣泡尺寸小、比表面積大對懸浮物、膠體和結構疏散的絮體吸附浮載能力強，可以提高膜技術對有機物的去除率，延緩膜汙染，增長膜清洗周期。

(2)管式陶瓷微濾膜的運用，能顯著提高電絮凝處理後固液體的分離效率，節約佔地面積，降低能耗；同時管式陶瓷微濾膜理化生性質穩定，機械強度高，使用壽命長，保存方便，反洗簡便。

(3)綜合了電絮凝和陶瓷微濾膜的優點，既提高了陶瓷微濾膜出水水質，延緩了膜通量的衰減，又克服了電絮凝能耗高，固液分離時間長的缺陷。裝置結構緊湊，水源適應性廣，處理效率高，易於實現自動化控制。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是本發明中電絮凝反應器的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例及附圖來進一步詳細說明本發明。

一種如圖1及圖2所示的電絮凝陶瓷微濾膜淨化微汙染水源水的耦合裝置，包括潛水泵1、原水箱2、電絮凝反應器進水泵3、電絮凝反應器4、直流穩壓電源5、中間儲水箱7、陶瓷微濾膜組件進水泵8、陶瓷微濾膜組件9、反衝洗水罐10、清水箱11、空壓機12、濃縮水排除管15、濃縮水回流管16、濃縮水管17、滲透水/反洗水轉化管18、反衝洗排水管19和空氣管20，所述原水箱2的進水口通過管道與潛水泵1連接，出水口經電絮凝反應器進水泵3與電絮凝反應器4連通，所述電絮凝反應器4通過導線13與直流穩壓電源5連接，該電絮凝反應器4的出水口與中間儲水箱7的入水口相通，所述電絮凝反應器4包括電極板21、導電銅棒22、有機玻璃外殼23及用於放置電極板21的託架24，該電極板21通過導電棒22串聯並平行交錯排列於有機玻璃外殼23內，根據處理水量可增減電極板21的塊數，調整電極板21的長寬比；根據原水水質可選用Fe、Al、Mg或者合金材質作為電極板21，電絮凝技術的採用，能通過陽極形成的新生態羥基絡合物吸附、網捕水中的雜質；而且通過電絮凝中氧化還原作用，能降解、去除部分有機物；另外陰極產生的大量微小氣泡尺寸小、比表面積大對懸浮物、膠體和結構疏散的絮體吸附浮載能力強，可以提高膜技術對有機物的去除率，延緩膜汙染，增長膜清洗周期，中間儲水箱7的出水口經陶瓷微濾膜組件進水泵8與陶瓷微濾膜組件9連接，所述陶瓷微濾膜組件9採用管式內壓陶瓷微濾膜，材質為Al2O3，錯流過濾模式，當需要增大產水量時可並聯多支陶瓷微濾膜，或選用多孔道數陶瓷微濾膜；當需要調高出水水質時可採用串聯多級過濾，或裝填小孔徑陶瓷微濾膜，管式陶瓷微濾膜的運用，能顯著提高電絮凝處理後固液體的分離效率，節約佔地面積，降低能耗；同時管式陶瓷微濾膜理化生性質穩定，機械強度高，使用壽命長，保存方便，反洗簡便，在所述陶瓷微濾膜組件9的底部設置有與之連接的反衝洗排水管19，所述陶瓷微濾膜組件9頂端的濃縮水管17通過三通與濃縮水排除管15和濃縮水回流管16相連，該濃縮水回流管16與中間儲水箱7連接，陶瓷微濾膜組件9出水口經由滲透水/反洗水轉化管18與反衝洗水罐10相通，所述反衝洗水罐10的出水口接清水箱11、上端通過空氣管20連接有空壓機12。

一種具有上述耦合裝置的工藝，包括如下步驟：

1)水源水經潛水泵1注入原水箱2，再通過電絮凝反應器進水泵3壓入電絮凝反應器4，電絮凝反應器進水泵3出口裝有閥門和流量計用於調節電絮凝反應器4的進水流量恆定為4L/min，進而控制電絮凝反應器4中水體的停留時間為150s，如圖2所示，電絮凝反應器4中平行設置8塊3mm厚的純鋁板作為電極板21，極板上端開Φ10的通孔通過導電銅棒22單級式連接，極板下端置於託架24上，極板間距10mm；

2)啟動直流穩壓電源5，根據原水水質調節輸出電流使電流密度在0.5-3.0mA/cm2之間浮動；

3)經過電絮凝處理的水在重力作用下進入中間儲水箱7，停留300s以形成微小絮體；

4)經步驟3)反應後的水體通過陶瓷微濾膜組件進水泵8打入陶瓷微濾膜組件9，陶瓷微濾膜組件9採用錯流過濾模式，其中裝填兩支19孔道管式內壓陶瓷微濾膜，每支膜長500mm，串聯連接，Al2O3材質，膜孔徑200nm，濃縮水部分經濃縮水排除管15排除，部分通過濃縮水回流管16回流至中間儲水箱7，以充分利用未經反應的金屬離子，滲透水進入反衝洗水罐10和清水箱11，通過陶瓷膜組件9進水管上閥門控制跨膜壓差為0.1MPa，調節濃縮水管兩分支管上的閥門控制回流比為20％；

5)當本裝置產水量衰減迅速時，關閉陶瓷微濾膜組件進水泵8出口和清水箱11進水管上的閥門，開啟反衝洗排水管19和空氣管20上的閥門，啟動空壓機12反衝洗陶瓷微濾膜，同時打開排汙管14排除電絮凝反應器4底部的汙泥，並交換電極板21的正負極。

採用上述電絮凝陶瓷微濾膜淨化微汙染水源水的耦合裝置及工藝處理某地湖水，經檢測原水水質為：溫度23℃，pH為8.2，濁度為9.61NTU，CODMn為6.29mg/L，UV254為0.169cm-1，出水水質如表1所示，由表1可知在其他條件相同情況下，電流密度為2.0mA/cm2時出水最好且達到《生活飲用水衛生標準》(GB5749-2006)的限值要求。

表1電絮凝—陶瓷微濾膜耦合工藝處理後出水水質

本發明構建了一種動態連續運行的組合工藝，綜合了電絮凝和陶瓷微濾膜的優點，既提高了陶瓷微濾膜出水水質，延緩了膜通量的衰減，又克服了電絮凝能耗高，固液分離時間長的缺陷。裝置結構緊湊，水源適應性廣，處理效率高，易於實現自動化控制，電絮凝技術的採用，能通過陽極形成的新生態羥基絡合物吸附、網捕水中的雜質；而且通過電絮凝中氧化還原作用，能降解、去除部分有機物；另外陰極產生的大量微小氣泡尺寸小、比表面積大對懸浮物、膠體和結構疏散的絮體吸附浮載能力強，可以提高膜技術對有機物的去除率，延緩膜汙染，增長膜清洗周期；管式陶瓷微濾膜的運用，能顯著提高電絮凝處理後固液體的分離效率，節約佔地面積，降低能耗；同時管式陶瓷微濾膜理化生性質穩定，機械強度高，使用壽命長，保存方便，反洗簡便；組合工藝可通過增減電極板塊數和陶瓷微濾膜根數，調整淨水規模和出水水質，實現工程應用。

以上對本發明實施例所提供的技術方案進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明實施例的原理以及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只適用於幫助理解本發明實施例的原理；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明實施例，在具體實施方式以及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。