CN107349796A - 一种平板陶瓷膜直接过滤市政废水的方法 - Google Patents

一种平板陶瓷膜直接过滤市政废水的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于环境污水处理技术领域，特别涉及一种平板陶瓷膜直接过滤市政废水的方法，包括以下三个过程：1)混凝过程，促进悬浮颗粒物及有机污染物的脱稳沉降；2)混凝悬浊液流入平板陶瓷膜反应器，经低压过滤得到净化出水；3)在线/离线反冲洗工艺控制膜污染。采用本发明的方法能够有效降低水中有机物和磷的浓度，减小膜污染速率。

Description

一种平板陶瓷膜直接过滤市政废水的方法
技术领域
本发明属于环境污水处理技术领域，特别涉及一种平板陶瓷膜直接过滤市政废水的方法。
背景技术
在传统的市政废水处理过程中，沉淀池是常用的去除水中颗粒物及颗粒有机物质的初级处理工艺，经初级处理后的废水进入后续生物反应器进行二级生物处理，二级处理主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质。
传统的沉淀池预处理市政废水工艺，水力停留时间长(约2个小时)，对有机物和磷的去除率较低。较高浓度的有机物和磷在初级处理阶段未得到有效去除，从而进入后续的二级生物处理过程，大大增加了后续处理工艺的负荷，增大处理成本。
另外，CN106495325A提供了基于平板陶瓷膜的MBR和MBBR工艺有机结合的一个复合污水处理***。此发明专利是对传统MBR和MBBR的改进，用平板陶瓷膜代替传统工艺中的有机膜，无纺布及其他材料的膜，利用陶瓷膜耐酸碱，耐高温，过滤后易清洗等优点为废水处理提供良好的解决方案。但是，此专利并没有在源头上控制颗粒物和有机物的含量，在MBR池中有机物和颗粒物含量较高，处理负荷依然较高，并且，在膜生物反应器MBR中，由生物代谢物造成的膜污染严重，难以去除。
CN201598221U一种生物滤池-陶瓷膜生物反应器装置，其包括进水泵、厌氧生物滤池反应器和陶瓷膜好氧膜生物反应器，该进水泵通过管道与厌氧生物滤池反应器的入水口连接，该厌氧生物滤池反应器的出水口与陶瓷膜好氧膜生物反应器的入水口连接。此专利涉及到采用陶瓷膜代替传统有机膜用于生物反应器中，并将此工艺与生物滤池结合进行废水处理。但是，此专利所述的厌氧生物滤池初次启动时间长，对温度要求较高，对毒物影响较为敏感，且遭破坏后恢复期较长，而后续的陶瓷膜生物反应器会受前期厌氧生物滤池的影响较大，难以实现稳定出水。
发明内容
鉴于现有技术存在的问题，本发明主要应用在市政废水预处理阶段，提供了一种平板陶瓷膜直接过滤市政废水的方法，包括以下三个过程：(1)混凝过程，促进悬浮颗粒物及有机污染物的脱稳沉降；(2)混凝悬浊液流入平板陶瓷膜反应器，经低压过滤得到净化出水；(3)在线/离线反冲洗工艺控制膜污染，降低膜污染速率，延长膜使用寿命。
其中，污染后的陶瓷膜经低压在线/离线反冲洗能够高效的去除膜污染，恢复膜初始状态。
具体的，本发明通过以下技术方案来实现：
一种平板陶瓷膜直接过滤市政废水的方法，包括：(1)市政废水进入第一池，在快搅作用下加入混凝剂氯化铁或聚合氯化铝，加入混凝剂后，快搅时间持续30s到1min，混凝悬浊液流入第二池-平板陶瓷膜反应器。从而实现混凝过程，促进悬浮颗粒物及有机污染物的脱稳沉降。
优选两种混凝剂优化的投加量分别为20mg Fe/L和15mg Al/L；优选快搅的搅拌条件为快速搅拌速度200rpm到500rpm，搅拌时间优选为30s到1min。
(2)混凝悬浊液流入第二池，混凝悬浊液经平板陶瓷膜低压过滤得到净化出水，其中第二池中设置有平板陶瓷膜和气体接入口，所述气体接入口在平板陶瓷膜反应池底部，使用条状曝气条曝气，且曝气条位于陶瓷膜片正下方；所述陶瓷膜位置位于曝气条正上方3cm到15cm处。
其中，优选方案之一为所述陶瓷膜片大小尺寸是15cm*15cm*5mm；所述低压过滤得到净化出水，低压过滤的低压是指-2.5kPa到-35kPa。
所述优选膜通量为1.0m/d，曝气条件为0.1LPM，优选的抗膜污染条件为快速且频繁反冲洗，优选的反冲洗通量为3.0m/d。
所述的所曝气体是指空气。
优选所述的陶瓷膜材质是α-氧化铝，粒径大小为60nm到100nm。
(3)第二池的净化出水，部分用于***运行过程中陶瓷膜的频繁反冲洗，部分用于膜污染后，净化出水加入化学试剂进行平板陶瓷膜反冲。从而实现在线/离线反冲洗工艺控制膜污染。
优选步骤(3)为污染后的平板陶瓷膜采用化学药剂溶液进行反冲洗，第二池净化出水为溶剂，所选化学试剂为溶质。所选化学试剂为次氯酸钠或双氧水，或氢氧化钠和盐酸复配使用，或柠檬酸和盐酸复配使用，或者次氯酸钠和盐酸复配使用，或者次氯酸钠和柠檬酸复配使用。
优选加入的化学试剂比例分别为：NaClO(1.1％-1.4％体积比)；或H2O2(1.5％体积比)；或氢氧化钠(0.1M)和盐酸(0.1M)，或柠檬酸(0.1M)和盐酸(0.1M)，或NaClO(1.1％-1.4％体积比)和盐酸(0.1M)，或NaClO(1.1％-1.4％体积比)和柠檬酸(0.1M)。
所述的复配使用是指所述的复配使用是指2到5min的一种化学试剂反冲洗，然后更换化学试剂继续反冲洗2到5min。例如2到5min的氢氧化钠(0.1M)反冲洗，然后更换化学试剂为盐酸(0.1M)继续反冲洗2到5min。同样的复配使用条件适用于化学试剂的复配使用。
对于NaClO(1.1％-1.4％体积比)和H2O2(1.5％体积比)，优选的反冲洗时间为5min；对于氢氧化钠(0.1M)和盐酸(0.1M)的复配使用，所优选的反冲洗时间和顺序为5min的氢氧化钠反冲洗，然后继续进行5min的盐酸反冲洗。
对于其他化学试剂的复配使用，所优选的反冲洗时间和顺序同氢氧化钠(0.1M)和盐酸(0.1M)。
优选的化学试剂浓度范围或者复配比例条件下，被污染的陶瓷膜能够在较短的时间内恢复初始状态。所述的较短时间是指5min到10min。
其中，所采用的反冲洗方式为低压驱动条件下的化学反冲洗，所述的反冲洗通量为3.0m/d，所述低压驱动的低压条件为5.0kPa到25kPa。
再者，本发明提供了一种市政废水预处理***，其特征在于，其包含进水泵(1)，进药泵(2)，混凝反应池(3)，陶瓷膜反应池(4)，抽水泵(5)，反冲洗池(6)和反冲洗泵(7)；陶瓷膜反应器包括进气泵(8)；进水泵(1)通过管道与混凝反应池(3)的入水口连接，进药泵(2)通过管道与混凝反应池(3)的进药口连接，混凝反应池(3)的出水口经过管道在重力作用下进入陶瓷膜反应池(4)，陶瓷膜反应池(4)底部安装有曝气条，该曝气条与进气泵(8)连接，陶瓷膜的出水口与抽水泵(5)连接，陶瓷膜反应池(4)的出口经管道与浓缩污泥的收集桶连接，反冲洗池(6)经管道与滤出液收集桶连接，重力作用下，滤出液进入反冲洗池(6)，经反冲洗泵(7)对陶瓷膜进行反冲洗以达到减小膜污染的目的。当陶瓷膜被污染后需要清洗时，向反冲洗池(6)中加入化学试剂，然后对陶瓷膜进行反冲洗，反冲洗池(6)出口经管道连接反冲洗泵(7)，将清洗液导入陶瓷膜反应池，采用清洗后的陶瓷膜继续过滤过程。
本发明相对于现有技术的有益效果包括：
(1)在市政废水预处理过程中，该发明采用平板陶瓷膜直接过滤池代替传统的沉淀池，缩短了水力停留时间(小于40分钟)。
(2)混凝预处理工艺能够有效降低水中有机物和磷的浓度，减小膜污染速率。
(3)市政废水经陶瓷膜过滤产生两种输出流，一种是经陶瓷膜过滤的滤出液，该水水质清澈，无颗粒类物质，且有机物浓度和磷的浓度较低，该水进入市政废水二级生物处理工艺将会大大降低后续处理工艺负荷；另一种是浓缩的污泥悬浊液，该浓缩液含有较高的有机物和磷成分，有利于后续对有机物和磷资源的有效回收。
附图说明
图1本发明的平板陶瓷膜直接过滤市政废水工艺流程图
其中，1-进水泵，2-进药泵，3-混凝反应池，4-陶瓷膜反应池，5-抽水泵，6-反冲洗池，7-反冲洗泵；8-陶瓷膜反应器包括进气泵。
图2本发明处理过程中混凝剂种类及投加量对跨膜压差和膜污染速率的影响：2(a)氯化铁混凝剂投加量对跨膜压差的影响；2(b)聚合氯化铝混凝剂投加量对跨膜压差的影响；2(c)氯化铁混凝剂投加量对膜污染速率的影响；2(d)聚合氯化铝混凝剂投加量对膜污染速率的影响。
具体实施方式
下面结合优选实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但发明的实施方式不限于此。
实施例1
参照图1，本发明提供了一种市政废水预处理***，其特征在于，其包含进水泵(1)，进药泵(2)，混凝反应池(3)，陶瓷膜反应池(4)，抽水泵(5)，反冲洗池(6)和反冲洗泵(7)；陶瓷膜反应器包括进气泵(8)；进水泵(1)通过管道与混凝反应池(3)的入水口连接，进药泵(2)通过管道与混凝反应池(3)的进药口连接，混凝反应池(3)的出水口经过管道在重力作用下进入陶瓷膜反应池(4)，陶瓷膜反应池(4)底部安装有曝气条，该曝气条与进气泵(8)连接，陶瓷膜的出水口与抽水泵(5)连接，陶瓷膜反应池(4)的出口经管道与浓缩污泥的收集桶连接，反冲洗池(6)经管道与滤出液收集桶连接，重力作用下，滤出液进入反冲洗池(6)，经反冲洗泵(7)对陶瓷膜进行反冲洗以达到减小膜污染的目的。
实施例2
参照图1，在实施例1的基础上，当陶瓷膜被污染后需要清洗时，向反冲洗池(6)中加入化学试剂，然后对陶瓷膜进行反冲洗，反冲洗池(6)出口经管道连接反冲洗泵(7)，将清洗液导入陶瓷膜反应池，采用清洗后的陶瓷膜继续过滤过程。
在实施例1的基础上，污染后的陶瓷膜经低压在线/离线反冲洗能够高效的去除膜污染，恢复膜初始状态。
实施例3
使用实施例2的一种市政废水预处理***的一种平板陶瓷膜直接过滤市政废水的处理方法包括：
(1)市政废水进入第一池，在快搅作用下加入混凝剂氯化铁或聚合氯化铝，加入混凝剂后，快搅,混凝悬浊液流入第二池。从而实现混凝过程，促进悬浮颗粒物及有机污染物的脱稳沉降。
(2)混凝悬浊液流入第二池，混凝悬浊液经平板陶瓷膜低压过滤得到净化出水，其中第二池中设置有平板陶瓷膜和气体接入口，所述气体接入口在平板陶瓷膜反应池底部，使用条状曝气条曝气，且曝气条位于陶瓷膜片正下方；所述陶瓷膜位置位于曝气条正上方3cm到15cm处，所述陶瓷膜片大小尺寸是15cm*15cm*5mm，所述的陶瓷膜材质是α-氧化铝，粒径大小为60nm到100nm，所述的所曝气体是指空气。
下表1所使用的具体相关参数为氯化铁投加量为20mg Fe/L，PAC投加量为15mgAl/L，混凝搅拌条件为快速搅拌速度300rpm，搅拌时间为1min，膜通量为1.0m/d，曝气条件为0.1LPM，低压条件为-2.5kPa到-35kPa。采用前述方案水质处理结果如下：
表1市政废水原水与陶瓷膜过滤后出水的水质对比
*RW代表市政废水原水，RW-CM代表原水经陶瓷膜直接过滤，PAC-CEPT-CM代表聚合氯化铝混凝处理后经陶瓷膜过滤的出水，FeCl3-CEPT-CM代表氯化铁混凝处理后经陶瓷膜过滤的出水
由以上表1可以看出，采用氯化铁或者聚合氯化铝对市政废水原水进行混凝处理能够有效的提高出水水质，出水浊度约为0.1NTU，COD去除率达75％以上，磷的去除率高达99％。
另外，参照图2所示，混凝剂种类及投加量对跨膜压差和膜污染速率的影响结果如下：此实验采用的实验条件同表1一致。(a)氯化铁混凝剂投加量对跨膜压差的影响；(b)聚合氯化铝混凝剂投加量对跨膜压差的影响；(c)氯化铁混凝剂投加量对膜污染速率的影响；(d)聚合氯化铝混凝剂投加量对膜污染速率的影响(实验条件：膜通量为1.0m/d,曝气条件为0.1LPM)
由以上图2可以看出，氯化铁和聚合氯化铝混凝剂能够有效的控制膜污染，降低膜污染速率。混凝剂投加量是影响膜污染速率的主要因素。
实施例4
在实施例3的基础上，步骤(3)包括：第二池的净化出水，部分用于***运行过程中陶瓷膜的频繁反冲洗，部分用于膜污染后，净化出水加入化学试剂进行平板陶瓷膜反冲。从而实现在线/离线反冲洗工艺控制膜污染。
所述化学试剂是指NaClO(1.1％-1.4％体积比)；或H2O2(1.5％体积比)；或柠檬酸Citricacid(0.1M)。实验结果如下：
表2陶瓷膜去污染措施(原始膜跨膜压差为-4.7kPa，污染后跨膜压差为-35.0kPa，膜污染指数为MFI＝0.16，反冲洗通量为3.0m/d)
由以上表2可见，低压条件下的化学反冲洗能够在较短时间内实现陶瓷膜的去污染，膜污染指数可达0.90及以上，低压反冲洗能够较大程度的缩短膜清洗时间，提高运行效率。
对比实施例1
专利CN106495325A涉及到平板陶瓷膜在生物反应器中的应用，是将生物处理过程与膜处理过程相结合，废水经过初级格栅后直接进入生物反应器，进行有机物的降解和膜过滤，该过程并未涉及到有机物的初级处理处置，此反应器有机物负荷较高，处理效率偏低，且易收到生物作用的影响。对比之下，该发明专利不涉及到生物过程，是物理方式的固液分离，该发明专利是对市政废水处理过程的改进，传统的市政废水初级处理使采用初级沉淀池，初级沉淀池占地面积大，且水力停留时间长，该专利采用平板陶瓷膜过滤池作为市政废水的初级处理工艺，一方面大大减小了占地面积，另一方面降低了水力停留时间，而且经平板陶瓷膜过滤后，有机物和磷的含量大大降低，减小了后续工艺处理的有机物负荷，提高处理效率。
对比实施例2
CN201598221U涉及到厌氧生物滤池与陶瓷膜生物反应器的联用工艺，厌氧生物滤池易受到反应条件的影响且一旦破坏需要较长时间恢复，而这直接影响到后续陶瓷膜生物反应器的运行。相比之下，该专利只涉及到市政废水的初级物理分离过程，在废水进入后续生物反应器之前采用平板陶瓷膜反应器大大降低有机物负荷，为后续生物反应器的顺利高效运行提供便利。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种平板陶瓷膜直接过滤市政废水的方法，其特征在于，包括：(1)混凝过程，促进悬浮颗粒物及有机污染物的脱稳沉降；(2)混凝悬浊液流入平板陶瓷膜反应器，经低压过滤得到净化出水；(3)在线/离线反冲洗工艺控制膜污染。
2.根据权利要求1所述的一种平板陶瓷膜直接过滤市政废水的方法，其特征在于，所述步骤(1)包括市政废水进入第一池，在快搅作用下加入混凝剂氯化铁或聚合氯化铝，加入混凝剂后，快搅时间持续30s到1min，混凝悬浊液流入第二池-平板陶瓷膜反应器。
3.根据权利要求1或2所述的一种平板陶瓷膜直接过滤市政废水的方法，其特征在于，两种混凝剂优化的投加量分别为20mg Fe/L和15mg Al/L；快搅的搅拌条件为快速搅拌速度200rpm到500rpm，搅拌时间为30s到1min。
4.根据权利要求1所述的一种平板陶瓷膜直接过滤市政废水的方法，其特征在于，所述步骤(2)包括混凝悬浊液流入第二池，混凝悬浊液经平板陶瓷膜低压过滤得到净化出水，其中第二池中设置有平板陶瓷膜和气体接入口，所述气体接入口在平板陶瓷膜反应池底部，使用条状曝气条曝气，且曝气条位于陶瓷膜片正下方；所述陶瓷膜位置位于曝气条正上方3cm到15cm处。
5.根据权利要求4所述的一种平板陶瓷膜直接过滤市政废水的方法，其特征在于，其中，所述陶瓷膜片大小尺寸是15cm*15cm*5mm；所述低压过滤得到净化出水，低压过滤的低压是指-2.5kPa到-35kPa；所述膜通量为1.0m/d，曝气条件为0.1LPM，抗膜污染条件为快速且频繁反冲洗，反冲洗通量为3.0m/d；所述的所曝气体是指空气；所述的陶瓷膜材质是α-氧化铝，粒径大小为60nm到100nm。
6.根据权利要求1所述的一种平板陶瓷膜直接过滤市政废水的方法，其特征在于，其中，所述(3)包括第二池的净化出水，部分用于***运行过程中陶瓷膜的频繁反冲洗，部分用于膜污染后，净化出水加入化学试剂进行平板陶瓷膜反冲。从而实现在线/离线反冲洗工艺控制膜污染。
7.根据权利要求6所述的一种平板陶瓷膜直接过滤市政废水的方法，其特征在于，步骤(3)为污染后的平板陶瓷膜采用化学药剂溶液进行反冲洗，第二池净化出水为溶剂，所选化学试剂为溶质，所选化学试剂为次氯酸钠或双氧水，或氢氧化钠和盐酸复配使用，或柠檬酸和盐酸复配使用，或者次氯酸钠和盐酸复配使用，或者次氯酸钠和柠檬酸复配使用，加入的化学试剂比例分别为：NaClO(1.1％-1.4％体积比)；或H2O2(1.5％体积比)；或氢氧化钠(0.1M)和盐酸(0.1M)，或柠檬酸(0.1M)和盐酸(0.1M)，或NaClO(1.1％-1.4％体积比)和盐酸(0.1M)，或NaClO(1.1％-1.4％体积比)和柠檬酸(0.1M)。
8.根据权利要求7所述的一种平板陶瓷膜直接过滤市政废水的方法，其特征在于，所述的复配使用是指2到5min的一种化学试剂反冲洗，然后更换化学试剂继续反冲洗2到5min。同样的复配使用条件适用于化学试剂的复配使用，所述的反冲洗通量为3.0m/d，所述低压驱动的低压条件为5.0kPa到25kPa。
9.根据权利要求1-8任一项所述一种平板陶瓷膜直接过滤市政废水的方法所使用的一种市政废水预处理***，其特征在于，其包含进水泵(1)，进药泵(2)，混凝反应池(3)，陶瓷膜反应池(4)，抽水泵(5)，反冲洗池(6)和反冲洗泵(7)；陶瓷膜反应器包括进气泵(8)；进水泵(1)通过管道与混凝反应池(3)的入水口连接，进药泵(2)通过管道与混凝反应池(3)的进药口连接，混凝反应池(3)的出水口经过管道在重力作用下进入陶瓷膜反应池(4)，陶瓷膜反应池(4)底部安装有曝气条，该曝气条与进气泵(8)连接，陶瓷膜的出水口与抽水泵(5)连接，陶瓷膜反应池(4)的出口经管道与浓缩污泥的收集桶连接，反冲洗池(6)经管道与滤出液收集桶连接，重力作用下，滤出液进入反冲洗池(6)，经反冲洗泵(7)对陶瓷膜进行反冲洗以达到减小膜污染的目的。
10.根据权利要求9所述的一种市政废水预处理***，其特征在于，当陶瓷膜被污染后需要清洗时，向反冲洗池(6)中加入化学试剂，然后对陶瓷膜进行反冲洗，反冲洗池(6)出口经管道连接反冲洗泵(7)，将清洗液导入陶瓷膜反应池，采用清洗后的陶瓷膜继续过滤过程。
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