集吸附、降解、氣浮、膜分離於一體的水處理裝置及方法

2023-05-21 02:29:06

專利名稱：集吸附、降解、氣浮、膜分離於一體的水處理裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種飲用水處理裝置及方法。
背景技術：
隨著經濟的快速發展，越來越多的地表水受到城市汙水、工業廢水等的汙染，地表 水體富營養化程度增大，傳統的水處理工藝已經不能滿足現行的水質標準及使用要求。浸沒式膜生物反應器(SubmergedMembraneBioreactor，SMBR)結合了傳統活性汙 泥法和膜分離技術的優點，可以實現較高的汙泥停留時間和較短的水力停留時間，能達到 很好的固液分離，保證膜的出水濁度，可以達到高效除氨氮、除藻的效果，是一種有效應對 微汙染原水的水處理方法。由於活性汙泥的高濃度、胞外聚合物在膜表面的積累容易引起 膜生物反應器中膜汙染，須對所使用的膜進行頻繁衝洗或化學清洗，導致操作複雜和運行 成本高。

發明內容
本發明的目的是為解決現有飲用水處理採用浸沒式膜生物反應器進行水處理，膜 汙染現象嚴重，需對膜進行頻繁衝洗或化學清洗，導致操作複雜、運行成本高的問題，提供 一種集吸附、降解、氣浮、膜分離於一體的水處理裝置及方法。本發明的裝置包括外室、內室、超濾膜組件、一級導流件、二級導流件、三級導流 件、四級導流件、空氣釋放器、環形水槽、空壓機、雙向抽吸泵、淨水箱、提升泵、連接管、排泥 管、三個浮渣收集槽和三個擋流牆，內室設置在外室的內腔中心，超濾膜組件設置在內室 中，環形水槽固裝在外室的內腔，且環形水槽位於內室上端面的上方，一級導流件為錐形， 一級導流件設置在內室的上方，且一級導流件的錐形底面朝向內室，二級導流件、三級導流 件和四級導流件均為錐筒形，二級導流件和四級導流件由上至下依次固裝在內室的外壁 上，且二級導流件和四級導流件的大徑一端的錐口朝下，三級導流件位於二級導流件與四 級導流件之間，且三級導流件固裝在外室的內壁上，三級導流件的小徑一端的錐口朝下，空 氣釋放器設置在外室的底部，且空氣釋放器與內室底部的進水口正對，空氣釋放器的進氣 端通過管路與空壓機連接，與環形水槽對應的外室的側壁上設有進水口，提升泵通過管路 與進水口連接，連接管的輸入端通至內室中並與超濾膜組件連接，連接管的輸出端與雙向 抽吸泵的輸入端連接，雙向抽吸泵的輸出端通過管路與淨水箱連接，排泥管與外室底部的 排泥口連接，三個擋流牆均布設置在環形水槽中，三個浮渣收集槽均布設置在環形水槽的
3下方，且三個浮渣收集槽與三個擋流牆一一對應。本發明的方法是通過以下步驟實現的步驟一、先向外室與內室之間的腔體中投 放濃度為0. 5g/L 4g/L的粉末活性炭；步驟二、水庫的水源水經提升泵提升至進水口進入 環形水槽內，環形水槽內的水源水滿後從環形水槽的上端溢出，同時，空壓機和空氣釋放器 不斷向內室中釋放0. 2MPa 0. 6Mpa的高壓氣流，高壓氣流使粉末活性炭得到循環，高壓氣 流在衝刷超濾膜組件表面產生剪切力的同時向水體充氧並形成氣泡，氣泡循環至內室上端 與一級導流件之間的縫隙處時與水源水充分接觸並釋放出微小氣泡，微小氣泡將水源水中 的藻類物質及浮渣氣浮除掉，氣浮除去的藻類物質及浮渣被浮渣收集槽收集，被去除藻類 物質及浮渣的水源水在重力作用下向下沉降並與粉末活性炭充分接觸，二 級導流件、三級 導流件、四級導流件控制了粉末活性炭在外室中的停留時間，被去除藻類物質及浮渣的水 源水中的部分有機物及氨氮被生物降解；步驟三、高壓氣流帶動內室中的粉末活性炭上升 並在內室的腔體中形成氣、液、固三相流，該三相流經超濾膜組件過濾後產生淨水經連接管 和雙向抽吸泵進入淨水箱中。本發明的有益效果是一、本發明的高壓氣體的提升作用起到了氣浮除藻的功效， 可有效應對高藻水進行處理，抑制藻對膜的汙染；足夠的汙泥停留時間保證了粉末活性炭 對汙染物的吸附及微生物的降解功能，能夠去除常規水處理工藝無法去除的小分子有機 物、可生物降解有機物及部分人工合成有機物，同時減少了汙泥排放量，減少了二次汙染， 整個水處理過程中無需添加任何水處理化學藥劑，屬綠色水處理工藝，不產生任何化學性 質的副產物，操作簡單、運行成本低。二、本發明高壓氣體的提升作用，不僅保證了粉末活 性炭的循環使用，同時在內室形成氣、液、固三相流，在膜表面形成了有力的衝洗作用，可防 止汙泥餅的形成及部分有機物(如疏水性有機物)在膜表面的沉積或嵌入，從而減輕了膜汙 染，延長膜使用壽命。


圖1是本發明的整體結構示意圖(外室1和內室2為剖視圖)，圖2是圖1的A - A 剖視圖，圖3是圖1的B-B剖視圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結合圖1和圖3說明本實施方式，本實施方式包括外室1、內室 2、超濾膜組件3、一級導流件4、二級導流件5、三級導流件6、四級導流件7、空氣釋放器8、 環形水槽9、空壓機10、雙向抽吸泵12、淨水箱13、提升泵14、連接管15、排泥管16、三個浮 渣收集槽17和三個擋流牆18，內室2設置在外室1的內腔中心，超濾膜組件3設置在內室 2中，環形水槽9固裝在外室1的內腔，且環形水槽9位於內室2上端面的上方，一級導流 件4為錐形，一級導流件4設置在內室2的上方，且一級導流件4的錐形底面朝向內室2， 一級導流件4將內室2的頂端進口蓋住，二級導流件5、三級導流件6和四級導流件7均為錐筒形，二級導流件5和四級導流件7由上至下依次固裝在內室2的外壁上，且二級導流件 5和四級導流件7的大徑一端的錐口朝下，三級導流件6位於二級導流件5與四級導流件7 之間，且三級導流件6固裝在外室1的內壁上，三級導流件6的小徑一端的錐口朝下，空氣 釋放器8設置在外室1的底部，且空氣釋放器8與內室2底部的進水口 2-1正對，空氣釋放 器8的進氣端通過管路與空壓機10連接，與環形水槽9對應的外室1的側壁上設有進水口 1-2，提升泵14通過管路與進水口 1-2連接，連接管15的輸入端通至內室2中並與超濾膜 組件3連接，連接管15的輸出端與雙向抽吸泵12的輸入端連接，雙向抽吸泵12的輸出端 通過管路與淨水箱13連接，排泥管16與外室1底部的排泥口 1-1連接，三個擋流牆18均 布設置在環形水槽9中，三個浮渣收集槽17均布設置在環形水槽9的下方，且三個浮渣收 集槽17與三個擋流牆18 —一對應，以防進水影響浮渣收集。進水槽9為環形，可以保證進 水的均勻性。內室2與外室1通過每隔120度設置的支板連接。一級導流件4起到兩個作 用⑴、在一級導流件4與內室2上端的縫隙處，微小氣泡與環形水槽9溢出的水源水中的 藻類物質結合形成密度小於水的泡沫；⑵、引導在內室2循環的粉末活性炭向外室1流動， 水流進入外室1後，密度小的泡沫在表層形成浮渣通過浮渣收集槽17排出外室1，密度較 大以粉末活性炭為載體的活性汙泥在重力作用下向下沉降，依次通過二級導流件5、三級導 流件6、四級導流件7沉至底部，形成一次循環。二級導流件5、三級導流件6、四級導流件7 實現了粉末活性炭在外室1中的均勻分布且延長了粉末活性炭的停留時間，保證了粉末活 性炭的吸附功能及微生物降解作用。雙向抽吸泵12為兩向泵，正向運行為出水、反向運行 為由淨水箱抽水，對超濾膜組件3進行水力反衝洗。排泥管16在排泥時，可停止曝氣，進行 排泥。超濾膜組件3為市售產品。
具體實施方式
二 結合圖1說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
一不同 的是它還增加有壓力傳感器11，壓力傳感器11設置在連接管15上。壓力傳感器11用來監 測超濾膜組件3中的超濾膜的跨膜壓差，反映膜的汙染情況。其它組成及連接關係與具體 實施方式一相同。
具體實施方式
三結合圖1說明本實施方式，本實施方式是通過以下步驟實現的 步驟一、先向外室1與內室2之間的腔體中投放濃度為0. 5g/L 4g/L的粉末活性炭；步 驟二、水庫的水源水經提升泵14提升至進水口 1-2進入環形水槽9內，環形水槽9內的水 源水滿後從環形水槽9的上端溢出，同時，空壓機10和空氣釋放器8不斷向內室2中釋放 0. 2MPa 0. 6Mpa的高壓氣流，高壓氣流使粉末活性炭得到循環，高壓氣流在衝刷超濾膜組 件3表面產生剪切力的同時向水體充氧並形成氣泡，氣泡循環至內室2上端與一級導流件 4之間的縫隙處時與水源水充分接觸並釋放出微小氣泡，微小氣泡將水源水中的藻類物質 及浮渣氣浮除掉，氣浮除去的藻類物質及浮渣被浮渣收集槽17收集，氣浮除去的藻類物質 及浮渣順著收集槽17流至外室1的外面，被去除藻類物質及浮渣的水源水在重力作用下 向下沉降並與粉末活性炭充分接觸，二級導流件5、三級導流件6、四級導流件7控制了粉末 活性炭在外室1中的停留時間，被去除藻類物質及浮渣的水源水中的部分有機物及氨氮被 生物降解；步驟三、高壓氣流帶動內室2中的粉末活性炭上升並在內室2的腔體中形成氣、 液、固三相流，該三相流經超濾膜組件3過濾後產生淨水經連接管15和雙向抽吸泵12進入 淨水箱13中。水源水的各項指標為pH為7. 0 7. 8、溫度為15 22°C、濁度為4NTU 10NTU、高錳酸鹽指數(CODtfa)為4mg/L 6mg/L、有機物綜合指標(UV254 )為0. 080 0. 105、藻類為3000萬個/L。步驟一中的粉末活性炭可連續投加也可一次性投加，粉末活性炭起到 吸附有機物或微生物載體的作用；步驟三中粉末活性炭可作為微生物載體在外室1中長時 間停留，為微生物的生長提供了足夠的空間和時間，粉末活性炭在內室2上升過程中亦可 達到對汙染物水衝洗的作用。通過空氣釋放器8產生的高壓氣流作用進入內室2並在上升 流中進行衝洗的效果，內室2中呈氣、液、固三相流形態，在膜表面形成多相流，防止了泥餅 層的附著形成並減小了吸附類有機物在膜表面的沉積或嵌入。採用本方法得出的實驗結果是處理的淨水濁度< 0 . 2NTU，高錳酸鹽指數(CODtfa) <3mg/L,藻類未檢出(最低檢測限為2. 5萬個/L)，有機物綜合指標(UV254 )去除率為30 70%，上述淨水的指標能滿足GB5749-2006飲用水衛生標準。
具體實施方式
四結合圖1說明本實施方式，本實施方式的步驟三中所述超濾膜 組件3中的超濾膜為有機中空纖維膜，運行通量為20L/m2 · h 30L/m2 · h，運行壓力為 0. 15MPa 0. 06MPa,反衝洗強度為40L/m2 · h 100L/m2 · h,反衝洗周期為30分鐘 120 分鐘，反衝洗時間30秒 90秒。其它步驟與具體實施方式
三相同。
權利要求
一種集吸附、降解、氣浮、膜分離於一體的水處理裝置，所述裝置包括外室(1)和提升泵(14)，其特徵在於所述裝置還包括內室(2)、超濾膜組件(3)、一級導流件(4)、二級導流件(5)、三級導流件(6)、四級導流件(7)、空氣釋放器(8)、環形水槽(9)、空壓機(10)、雙向抽吸泵(12)、淨水箱(13)、連接管(15)、排泥管(16)、三個浮渣收集槽(17)和三個擋流牆(18)，內室(2)設置在外室(1)的內腔中心，超濾膜組件(3)設置在內室(2)中，環形水槽(9)固裝在外室(1)的內腔，且環形水槽(9)位於內室(2)上端面的上方，一級導流件(4)為錐形，一級導流件(4)設置在內室(2)的上方，且一級導流件(4)的錐形底面朝向內室(2)，二級導流件(5)、三級導流件(6)和四級導流件(7)均為錐筒形，二級導流件(5)和四級導流件(7)由上至下依次固裝在內室(2)的外壁上，且二級導流件(5)和四級導流件(7)的大徑一端的錐口朝下，三級導流件(6)位於二級導流件(5)與四級導流件(7)之間，且三級導流件(6)固裝在外室(1)的內壁上，三級導流件(6)的小徑一端的錐口朝下，空氣釋放器(8)設置在外室(1)的底部，且空氣釋放器(8)與內室(2)底部的進水口(2-1)正對，空氣釋放器(8)的進氣端通過管路與空壓機(10)連接，與環形水槽(9)對應的外室(1)的側壁上設有進水口(1-2)，提升泵(14)通過管路與進水口(1-2)連接，連接管(15)的輸入端通至內室(2)中並與超濾膜組件(3)連接，連接管(15)的輸出端與雙向抽吸泵(12)的輸入端連接，雙向抽吸泵(12)的輸出端通過管路與淨水箱(13)連接，排泥管(16)與外室(1)底部的排泥口(1-1)連接，三個擋流牆(18)均布設置在環形水槽(9)中，三個浮渣收集槽(17)均布設置在環形水槽(9)的下方，且三個浮渣收集槽(17)與三個擋流牆(18)一一對應。
2.根據權利要求1所述集吸附、降解、氣浮、膜分離於一體的水處理裝置，其特徵在於 所述裝置還包括壓力傳感器(11)，壓力傳感器(11)設置在連接管(15 )上。
3.一種利用權利要求1所述裝置實現集吸附、降解、氣浮、膜分離於一體的水處理方 法，其特徵在於所述方法是通過以下步驟實現的步驟一、先向外室(1)與內室(2)之間的 腔體中投放濃度為0. 5g/L 4g/L的粉末活性炭；步驟二、水庫的水源水經提升泵(14)提 升至進水口( 1-2)進入環形水槽(9)內，環形水槽(9)內的水源水滿後從環形水槽(9)的上 端溢出，同時，空壓機(10)和空氣釋放器8不斷向內室(2)中釋放0. 2MPa 0. 6Mpa的高壓 氣流，高壓氣流使粉末活性炭得到循環，高壓氣流在衝刷超濾膜組件(3)表面產生剪切力的 同時向水體充氧並形成氣泡，氣泡循環至內室(2)上端與一級導流件(4)之間的縫隙處時 與水源水充分接觸並釋放出微小氣泡，微小氣泡將水源水中的藻類物質及浮渣氣浮除掉， 氣浮除去的藻類物質及浮渣被浮渣收集槽(17)收集，被去除藻類物質及浮渣的水源水在重 力作用下向下沉降並與粉末活性炭充分接觸，二級導流件(5)、三級導流件(6)、四級導流 件(7)控制了粉末活性炭在外室(1)中的停留時間，被去除藻類物質及浮渣的水源水中的 部分有機物及氨氮被生物降解；步驟三、高壓氣流帶動內室(2)中的粉末活性炭上升並在 內室(2)的腔體中形成氣、液、固三相流，該三相流經超濾膜組件(3)過濾後產生淨水經連 接管(15)和雙向抽吸泵(12)進入淨水箱(13)中。
4.根據權利要求4所述集吸附、降解、氣浮、膜分離於一體的水處理方法，其特徵在於 步驟三中所述超濾膜組件(3)中的超濾膜為有機中空纖維膜，運行通量為20L/m2 -h 30L/ m2 · h，運行壓力為0. 15MPa 0. 06MPa,反衝洗強度為40L/m2 · h 100L/m2 · h，反衝洗周 期為30分鐘 120分鐘，反衝洗時間30秒 90秒。
全文摘要
集吸附、降解、氣浮、膜分離於一體的水處理裝置及方法，本發明涉及一種飲用水處理裝置及方法。本發明為解決現有飲用水處理採用浸沒式膜生物反應器進行水處理時，導致膜汙染嚴重的問題。裝置內室裝在外室中，超濾膜組件裝在內室中，環形水槽位於內室的上方，空氣釋放器設置在外室底部，內室通過連接管與淨水箱連接。方法一、向外室中投放粉末活性炭；二、進入環形水槽內的水源水從環形水槽溢出，空氣釋放器釋放的高壓氣流使粉末活性炭得到循環，微小氣泡循環至內室上端將水源水中的藻類物質及浮渣氣浮除掉；三、內室中的粉末活性炭上升形成氣、固、液三相流並經超濾膜組件過濾後產生淨水進入淨水箱中。本發明用於含高藻的微汙染源水的處理。
文檔編號C02F9/14GK101817625SQ201010171419
公開日2010年9月1日 申請日期2010年5月13日 優先權日2010年5月13日
發明者李凱, 李圭白, 李星, 楊豔玲, 梁恆, 王美蓮, 高偉 申請人:哈爾濱工業大學