CN102329022A - 一种基于超滤装置的饮用水处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超滤装置的饮用水处理装置，包括一级提升泵、混凝沉淀池、超滤装置和清水池，减去了传统制水工艺中庞大的砂滤池。所述一级提升泵的出水口接混凝沉淀池的，混凝沉淀池的出水口通过管道与吸附反应池连接，吸附反应池出水口经超滤水泵接超滤装置的进水口，超滤装置的出水口接清水池的进水口。本发明提出的基于超滤装置的饮用水处理装置，过滤精度高、出水浊度低、出水水质明显提升；可以从水中去除溶解性有机物、细菌、病毒等多种污染物质；可以减少加氯量，防止氯化副产物的生成，保证饮用水的安全性，并进一步提高水的口感，满足饮用水提标的要求。该基于超滤装置的饮用水处理装置设备投资费用低于传统饮用水处理工艺。

Description

一种基于超滤装置的饮用水处理装置

技术领域

本发明涉及饮用水处理技术，尤其涉及一种基于超滤装置的饮用水处理装置。

背景技术

目前，国内常规制水工艺为传统工艺，即混凝、沉淀、过滤(砂滤)、消毒。随着地表水水质的不断恶化及饮用水水质标准的提高，传统制水工艺已经逐渐难以完全满足饮用水水质达标的要求。

传统制水工艺中，砂滤工艺占地面积大，对配水***要求较高，且过滤精度低，出水浊度约为1NTU。工程应用中，除需保障严格的设计、安装条件外，还需要经常性地维护、检修，否则难以保证砂滤***的正常净水效果。

另一方面，随着工农业生产的迅速发展，大量的污染物质排入到地表水系，造成了水源的污染。传统工艺的水处理能力有限，已经无法有效去除水中微量的污染物质，较难满足我国对饮用水水质日益增长的要求。

有鉴于此，为应对微污染水源及突发性污染情况，目前国内研究较多的是“臭氧-生物活性炭”(O₃-BAC)工艺。该工艺对COD_mn去除率仅为15-25％，对难生物降解有机物(AOC)几乎不能去除；该工艺出水会不可避免的夹带活性炭微粒，这些微粒中带有大量的细菌，无法通过消毒彻底杀灭；另外，该工艺建设成本高，运行技术复杂，不宜大范围推广。因此，有必要开发出适用于现有水质状况的新型饮用水处理工艺，保障居民饮用水健康。

超滤(以下简称UF)是一种发展迅速的水处理新技术，目前已在多个领域获得广泛应用，超滤在饮用水处理领域的主要应用特点为：

(1)可去除绝大部分浊物，出水浊度可保持在0.1NTU以内；

(2)可去除几乎所有的细菌和绝大部分的病毒；

(3)对低分子溶解性有机物具有部分去除率；

(4)工程占地面积小，安装、检修方便。

目前国内已有不少活性炭及超滤技术对水的深度处理的单项或组合研究成果，但多数应用于传统饮用水处理工艺之后，作为水质提升与保障环节，一方面增加了投资成本，另一方面也带来了更高的运行费用，这使得超滤工艺在饮用水处理领域发展缓慢，影响了超滤工艺该领域的应用。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于超滤装置的饮用水处理装置，通过超滤装置替代传统工艺制水的砂滤工艺，降低投资成本、提高出水水质，并减少饮用水加氯量、防止氯化副产物的产生、增加饮用水安全性，改善饮用水口感。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于超滤装置的饮用水处理装置，包括一级提升泵、混凝沉淀池、超滤装置和清水池，减去了传统制水工艺中庞大的过滤池，所述一级提升泵的出水口接混凝沉淀池的进水口，混凝沉淀池的出水口经超滤水泵接超滤装置的进水口，超滤装置的出水口接清水池。

该装置没有采用砂滤工艺，其原水经混凝池混凝、斜板沉淀池沉淀后，直接进入超滤装置进行过滤，最终完成颗粒物的截留分离，过滤后的产水直接进入清水池，即可用对管网进行供水；超滤装置可有效去除原水中的细菌和病毒，可减少后续***的加氯量，减少氯化副产物的产生量，使饮用水安全性更高，口感更好。

该装置还包括吸附反应池，所述吸附反应池接在混凝沉淀池和超滤装置之间。

在处理微污染水源水时或在水源发生突发性污染时，原水经混凝沉淀后，可加入适量粉末活性炭，使经混凝沉淀后的原水先进行吸附反应，之后再进入超滤装置；此时，该装置还应当包括向吸附反应池投加粉末活性炭的粉末活性炭投加装置，并且在吸附反应池内设置搅拌装置，这样投加入吸附反应池内的粉末活性炭经搅拌装置搅拌后，与水完全混合，在一定水力条件下完成吸附反应过程，将水中的污染物从液相转移到固相，然后通过超滤装置去除，达到水质净化的目的；吸附反应池在吸附反应池内的停留时间可根据水质、水量进行设定，一般为20min--30min。

上述粉末活性炭投加装置可以连接一个活性炭投加量控制装置，该活性炭投加量控制装置可以根据水质、水量控制活性炭的投加量；该活性炭投加量控制装置可以通过PLC实现。

在无需投加粉末活性炭时，吸附反应池作为中间池使用；当需要投加粉末活性炭时，在吸附反应池内需保证吸附反应必要的水力梯度和充足的反应时间，以保证吸附效果；超滤装置能够保证截留完成吸附作用后的粉末活性炭，去除水中污染因子。

所述超滤装置采用外压式PVDF中空纤维超滤膜组件，其平均截留孔径为0.03μm(远远小于粉末活性炭的平均颗粒粒径)、单膜通量大、过滤精度高、使用寿命长，利用外压式PVDF中空纤维超滤膜组件精密的过滤性能，能够滤去水中的细菌、病毒、微粒、大分子物质及粉末活性炭，对污染物截留的效果好。

根据外压式PVDF中空纤维超滤膜组件的运行情况，可设计超滤装置为全流过滤或者错流过滤(正常产水情况下，可采用全流过滤方式；处理微污染水源或应对突发性污染加入粉末活性炭时，过滤方式采用错流过滤方式)；外压式PVDF中空纤维超滤膜组件可以过滤几乎全部的细菌和病毒，出水水质较砂滤工艺有较大的提升，能够稳定达到国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)要求。

该装置还包括对超滤装置进行冲洗的正洗装置和反洗装置，所述反洗装置包括反洗水泵和袋式过滤器，所述反洗水泵的进水口接清水池的反洗供水口，反洗水泵经袋式过滤器接超滤装置的出水口，反洗出水口设置在超滤装置的进水口端；所述正洗装置包括设置在超滤装置的出水口端的正洗出水口。

超滤装置运行的每一周期，需要通过设定的正冲洗-反冲洗-二次正冲洗作用将附着于超滤膜上的截留物及粉末活性炭等物质冲洗出超滤装置，从而达到去除水中杂质的目的，其冲洗时间、冲洗周期、运行膜通量、工作压力等参数可根据具体水质情况确定。因而，过滤周期结束后，超滤装置将原水作为超滤膜正冲洗用水，将产水作为超滤膜反冲洗用水，将附着于超滤膜上的截留物及失效的粉末活性炭等物质冲洗出超滤装置，使超滤装置进入下一个运行周期。反洗水泵为超滤装置反洗时的供水泵，袋式过滤器为超滤装置反洗时的保安过滤器，可以有效阻止颗粒物体进入超滤装置内，堵塞或刮损超滤膜。

该装置还可包括PLC***控制装置，在超滤装置的出水口和清水池的进水口之间还设有电磁流量计；在超滤水泵和超滤装置的进水口之间、正洗出水口处、反洗出水口处、超滤装置的出水口和清水池的进水口之间、超滤装置的出水口和袋式过滤器分别设有气动阀门；所述电磁流量计和所有气动阀门的数据传输端连接在PLC***控制装置上。

活性炭投加量控制装置和正冲洗-反冲洗-二次正冲洗的相关参数可以直接通过上述PLC***控制装置进行设计。

所述超滤装置的进水口、超滤装置的出水口都设置有远传压力表和就地压力表；所述超滤装置的出水口设置有远传流量计和就地流量计；所述远传压力表和就地压力表、远传流量计和就地流量计的数据传输端亦可以连接在上述PLC***控制装置上。

有益效果：本发明提高的基于超滤装置的饮用水处理装置，与现有技术相比具有如下优势：1、利用超滤装置替代了传统工艺中的砂滤装置，其过滤精度高、出水浊度低、出水水质稳定、且水质提升明显；2、利用粉末活性炭具有发达的微孔结构和巨大的比表面积的吸附功能，结合超滤膜的微孔对细颗粒物的高效截留功能，相比于传统给水深度处理工艺，在去除低分子物质效率上有很大的提升；“粉末活性炭-超滤膜”组合工艺应用于饮用水深度处理，可以从水中去除溶解性有机物(COD_mn、UV₂₅₄、DOC等)、细菌、病毒等多种污染物质，同时可减少加氯量，减少氯化副产物的生成，保证饮用水的安全性，并进一步提高水的口感，可以满足饮用水的卫生要求；3、超滤膜单体拆卸安装简单、机动性高、检修方便；4、装置启动运行速度快、设备运行自动化程度高、操作管理简单、且运行成本低；5、经济技术指标：取消砂滤工艺，使水厂建设费用节省约100～150元/吨(以砂滤***建设费用400～450元/吨、超滤***建设费用280～300元/吨计计算)；无需投加粉末活性炭时，该装置在提升出水水质的同时，约增加运行能耗0.008元/吨；处理微污染水源时，投加粉末活性炭4～6mg/L以下时，约增加运行费用0.028～0.038元/吨；处理突发污染水源时，传统装置与该装置都需要投加粉末活性炭以保证出水水质，投加粉末活性炭一般为30mg/L以下，该装置的运行费用增加粉末活性炭费用及运行电费共0.028～0.038元/吨(其中粉末活性炭费用增加约0.02～0.03元/吨，运行电费增加约0.008元/吨)。

附图说明

图2为本发明的超滤装置结构示意图；

图1为超滤装置原水处理工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为一种基于超滤装置的饮用水处理装置，包括一级提升泵、混凝沉淀池1、吸附反应池2、超滤装置3、清水池4、对超滤装置3进行冲洗的正洗装置及反洗装置、和PLC***控制装置，所述一级提升泵的出水口接混凝沉淀池1的进水口，混凝沉淀池1的出水口接吸附反应池2的进水口，吸附反应池2的出水口经超滤水泵5接超滤装置3的进水口，超滤装置3的出水口接清水池4；在吸附反应池2内还设有搅拌装置，且在吸附反应池2的上方设有粉末活性炭投加装置，在粉末活性炭投加装置上连接有活性炭投加量控制装置；所述超滤装置3采用外压式PVDF中空纤维超滤膜组件；所述反洗装置包括反洗水泵6和袋式过滤器7，所述反洗水泵6的进水口接清水池4的反洗供水口，反洗水泵6经袋式过滤器7接超滤装置3的出水口，反洗出水口设置在超滤装置3的进水口端；所述正洗装置包括设置在超滤装置3的出水口端的正洗出水口；在超滤装置3的出水口和清水池4的进水口之间还设有电磁流量计；在超滤水泵5和超滤装置3的进水口之间、正洗出水口处、反洗出水口处、超滤装置3的出水口和清水池4的进水口之间、超滤装置3的出水口和袋式过滤器7分别设有气动阀门；在超滤装置3的进水口和超滤装置3的出水口都设置有远传压力表和就地压力表；在超滤装置3的出水口设置有远传流量计和就地流量计；所述电磁流量计、所有气动阀门的数据传输端、远传压力表和就地压力表的数据传输端、远传流量计和就地流量计的数据传输端连接在PLC***控制装置上；活性炭投加量控制装置也通过PLC***控制装置设计，正冲洗装置和反冲洗装置的相关参数也通过该PLC***控制装置设计；超滤装置内水体及粉末活性炭流向如图2所示。

上述装置适用于微污染水深度处理及水源突发污染处理领域，去除水源水中本体溶解性有机物和突发污染物质，所述PLC***控制装置控制该装置自动地周期运行，相关工艺参数如下：

(1)采用“超滤”单一工艺处理混凝沉淀池出水时，浊度去除率达99％以上，可维持在0.1NTU以下；

(2)采用“超滤”单一工艺处理混凝沉淀池出水时，COD_mn、DOC、UV₂₅₄等主要污染物的去除率随着膜通量的增加逐步降低，当超滤膜通量选择75～85L/m²·h时，COD_mn、DOC、UV₂₅₄等主要微污染物可达到较高的去除率；

(3)采用“粉末活性炭-超滤”组合工艺处理混凝沉淀池出水时，粉末活性炭目数越高，吸附效果越好，COD_mn、DOC、UV₂₅₄等主要微污染物去除率越高，推荐选用200目粉末活性炭，正常运行条件下，投加量可选择4～12mg/L，具体数值视水质情况而定。

上述装置的具体工作流程如下：

一、粉末活性炭吸附(当需要时)

投加方式：直接加入吸附反应池2中；

吸附时间：根据进水水质、水量由工艺参数确定，可为20～30min。

二、超滤膜过滤

开启水泵：超滤水泵5；

阀门启闭：开启产水阀9、进水阀8，错流阀10(当需要时)；

持续时间：根据水质具体确定；

过滤方式：全流过滤/错流过滤；

膜通量：根据水质具体确定；

过程描述：吸附反应池2中的待滤水通过超滤水泵5增压进入超滤装置3，水从膜丝内侧透过超滤膜壁，汇集于超滤膜组件中净水侧，通过与超滤膜组件出水口连接的出水管输送到清水池。

三、冲洗

冲洗顺序为：正冲-上反冲-下反冲-二次正冲。

a.正冲

开启设备：超滤水泵5；

阀门启闭：开启正冲阀(进水阀)8、上排污阀11；

持续时间：10-20s；

过程描述：原水从膜组件底部进入，在膜丝内侧冲刷膜壁，将膜丝内侧污染物由膜组件正洗排放口排出。

b.上反冲

开启设备：反洗水泵6；

阀门启闭：开启反洗阀12、正洗排放阀(上排污阀)11；

持续时间：10-30s；

过程描述：反洗即为过滤的逆过程，滤后水通过反洗水泵6，由膜组件净水侧反向透过超滤膜壁，将膜孔内污染物带出，通过膜组件正洗排放口排出。

c.下反冲

开启设备：反洗水泵6；

阀门启闭：开启反洗阀12、反洗排放阀13；

持续时间：10-30s；

过程描述：滤后水通过反洗水泵6，由膜组件净水侧反向透过超滤膜壁，将膜孔内污染物带出，通过膜组件反洗排放口排出。

d.二次正冲

开启设备：一级提升泵；

阀门启闭：开启正冲阀8、正洗排放阀11；

持续时间：10-20s；

过程描述：原水从膜组件底部进入，在膜丝内侧冲刷膜壁，将膜丝内侧污染物由膜组件正洗排放口排出。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于超滤装置的饮用水处理装置，其特征在于：该装置包括一级提升泵、混凝沉淀池(1)、超滤装置(3)和清水池(4)，所述一级提升泵的出水口接混凝沉淀池(1)的进水口，混凝沉淀池(1)的出水口经超滤水泵(5)接超滤装置(3)的进水口，超滤装置(3)的出水口接清水池(4)。

2.根据权利要求1所述的基于超滤装置的饮用水处理装置，其特征在于：该装置还包括吸附反应池(2)，所述吸附反应池(2)接在混凝沉淀池(1)和超滤装置(3)之间。

3.根据权利要求2所述的基于超滤装置的饮用水处理装置，其特征在于：该装置还包括向吸附反应池(2)投加粉末活性炭的粉末活性炭投加装置，且在吸附反应池(2)内还设有搅拌装置。

4.根据权利要求3所述的基于超滤装置的饮用水处理装置，其特征在于：该装置还包括根据水质和水量控制活性炭投加量的活性炭投加量控制装置，所述活性炭投加量控制装置与粉末活性炭投加装置相连接。

5.根据权利要求1所述的基于超滤装置的饮用水处理装置，其特征在于：所述超滤装置(3)采用外压式PVDF中空纤维超滤膜组件。

6.根据权利要求1所述的基于超滤装置的饮用水处理装置，其特征在于：该装置还包括对超滤装置(3)进行冲洗的正洗装置和反洗装置，所述反洗装置包括反洗水泵(6)和袋式过滤器(7)，所述反洗水泵(6)的进水口接清水池(4)的反洗供水口，反洗水泵(6)经袋式过滤器(7)接超滤装置(3)的出水口，反洗出水口设置在超滤装置(3)的进水口端；所述正洗装置包括设置在超滤装置(3)的出水口端的正洗出水口。

7.根据权利要求7所述的基于超滤装置的饮用水处理装置，其特征在于：该装置还包括PLC***控制装置，在超滤装置(3)的出水口和清水池(4)的进水口之间还设有电磁流量计；在进超滤水泵(5)和超滤装置(3)的进水口之间、正洗出水口处、反洗出水口处、超滤装置(3)的出水口和清水池(4)的进水口之间、超滤装置(3)的出水口和袋式过滤器(7)分别设有气动阀门；所述电磁流量计和所有气动阀门的数据传输端连接在PLC***控制装置上。

8.根据权利要求1所述的基于超滤装置的饮用水处理装置，其特征在于：在超滤装置(3)的进水口和超滤装置(3)的出水口都设置有远传压力表和就地压力表。

9.根据权利要求1所述的基于超滤装置的饮用水处理装置，其特征在于：在超滤装置(3)的出水口设置有远传流量计和就地流量计。

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