CN109879502A - 一种紫外-加氯-超声波强化杀菌预处理工艺及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种紫外‑加氯‑超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理工艺，对已经过澄清预处理的海水按照如下步骤进行处理：(1)紫外线处理；(2)氯气处理；(3)超声波处理，并且提供了实施该工艺相应的装置。本发明提供的紫外‑加氯‑超声波强化杀菌预处理工艺及装置具有杀菌效率高，可保证对微生物达到80％以上的灭活，不产生有毒副产物，节约化学药剂费用达80％以上，装置运行安全可靠，易实现智能控制，设备维修简单，运行费用低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及水处理领域，具体涉及一种紫外-加氯-超声波强化杀菌预处理工艺及装置，特别是用于全膜法的海水淡化***杀菌处理。
背景技术
膜法海水淡化***中，常见膜污染的几种类型(沉淀污染、微生物污染、胶体污染等)中，微生物污染对反渗透水处理***的影响最为严重，可降低反渗透水处理***的脱盐率和产水率。微生物包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生生物，海洋微生物多为微米级细小污染物，保安过滤器(5μm)不能完全截留，并且可快速繁殖聚集。微生物可依靠分泌的胞外聚合物(EPS)相互粘结并依附于水处理***管道、滤元等表面并对***造成污堵和污染，严重时保安过滤器滤芯甚至几个小时就需要更换。
传统水处理的消毒杀菌方法一般分为物理方法和化学方法。化学方法，成本较低，但是大量化学药剂的使用会对环境造成二次污染。单独物理方法的不足之处是杀菌效果有限，能耗较高。本专利根据几种杀菌过程的机理，提出了一种高效及环境友好型的杀菌方法，有很好的灭菌效果，与传统水处理中的消毒灭菌方法如氯消毒、活性炭吸附、生物膜等相比，具有处理速度快、效率高、无二次污染，并能起到一定抑菌作用。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种紫外-加氯-超声波强化杀菌预处理工艺及装置，具有处理过程简单、效果好，不产生有毒副产物，装置运行安全可靠，易实现智能控制，设备维修简单，运行费用低等特点。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理工艺，对经过澄清预处理后的海水按照如下步骤进行处理：(1)紫外线处理；(2)加氯处理；(3)超声波处理。
优选的，前述的紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理工艺中，所述步骤(1)中紫外线波长范围为250～280nm。紫外线具有较高的杀菌效率，几乎能杀灭所有细菌，不会产生二次污染，但紫外线的穿透能力较弱，受液体中悬浮物的影响大。先用紫外线照射后再加氯的效果优于先加氯后紫外线照射。超声波协同紫外作用可以击碎液体中较大的颗粒，使较大颗粒上的或较大颗粒包裹着的微生物暴露在紫外线辐射下，提高紫外线的杀菌效果，有效的抑制大肠杆菌光复活的速度。
优选的，前述的紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理工艺中，所述步骤(2)中的加氯处理，采用次氯酸钠连续加药，加氯量为0.5mg/L。投加化学杀菌剂是水处理中常用的一种杀菌方法，超声、紫外与加氯杀菌剂的联用，不仅能够充分发挥杀菌剂的效果，而且能减少60-80％杀菌剂的用量，达到最佳杀菌效果。紫外线与氯联合消毒较之单独消毒、灭活效果显著提高，且先用紫外线照射后再加氯的效果优于先加氯后紫外线照射。
优选的，前述的紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理工艺中，所述步骤(3)中超声波处理的超声脉冲宽度为10ms，频率30～50kHz，超声声强为30-50W/cm2。
优选的，前述的紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理工艺中，所述步骤(3)中超声波处理的水体温度为5～30℃。
超声杀菌作为一种环境友好型的杀菌方法得到了越来越多的关注。超声波是一种频率大于20000Hz的机械波，频率大，波长短，在液体传播过程中产生空化效应以及伴随空化作用而引发的机械效应、热学效应等。在液体中，当超声波强度超过某一空化阀值时，会产生空化现象，即液体中微小的泡核(气或汽泡核)在超声作用下被激活，它表现为泡核的振荡、生长、收缩及崩溃等一系列动力学过程。空化泡绝热收缩及崩溃的瞬间，泡内呈现高温及温度变化及强大的冲击波。这样高的***压力，将炸死液体中的某些细菌或使某些病毒，甚至会使细菌形态结构破裂和溶解。在不同的水处理***中，不同控制条件下，超声波的杀菌效果千差万别。依据超声杀菌的工作机制，影响因素主要包括超声波频率、超声波声强、辐照时间、介质温度、黏滞系数等。在一定频率范围内，高频超声的杀菌效果好于低频超声，但是超声频率超过一定频率后，声波膨胀时间变短，来不及压缩破碎至崩溃，导致空化强度下降。声强是影响超声杀菌效率的另一重要因素。当超声波声强超过空化阈值后，声空化强度随着声强的提高而相应增加，但是声强提高到一定的界限后，空化泡在声波的负压相内增长过大，使之在声波的正压相内来不及压缩至崩溃，减弱了空化效应。一般液体温度越高，对空化的产生越有利。这是由于水的表面张力随着温度的上升而下降，相应的空化阈值就随之降低。但是温度过高，气泡中的蒸汽压相应增加，液体中的含气量也相应下降，使得空化泡崩溃时能量损失增多，减弱空化效应的强度。一般水溶液的温度控制在30℃以下，空化效果较好。
前述的紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理工艺的装置，包括容器和控制器，其中容器一端为进水管而另一端为出水管，容器从进水侧至出水侧依次被隔板分隔为紫外室、加氯室和超声波室，紫外室与加氯室之间的隔板下部开孔，加氯室和超声波室之间的隔板上部开孔，开孔数量优选为每个隔板2个，开孔直径根据不同进水量的设备系列进行计算确定。紫外室中安装有紫外灯管，加氯室中安装有加药装置，超声波室中安装有超声发生器并且超声波室上还安装有排污口，紫外灯管、加药装置和脉冲式超声发生器分别与控制器相连。在低频超声波作用下，超声波的周期性震荡以及声空化形成的射流在水中形成机械剪力，可将大的菌胶团破坏为单个微生物，为经过紫外及加氯处理提供了持续杀菌能力。
进一步的，前述的紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理装置中，所述容器为抗紫外耐腐蚀的PET(聚对苯二甲酸类塑料)材料。
进一步的，前述的紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理装置中，所述紫外灯管由玻璃纤维加固的聚酯外壳、垫圈浇注而成，确保密封可靠。紫外灯选用现有技术产品也可，但须确保密封防水。
进一步的，前述的紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理装置中，所述超声发生器的压电超声换能器集成在控制器上。
进一步的，前述的紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理装置中，所述控制器上安装有Wi-Fi模块。可采用网络智能控制方式，通过Wi-Fi网络传送控制指令来控制负载的工作与不工作以及设置定时时间等。
本发明的有益效果是：本发明提供的紫外-加氯-超声波强化杀菌预处理工艺及装置具有杀菌效率高，可保证对微生物达到80％以上的灭活，不产生有毒副产物，节约化学药剂费用达80％以上，装置运行安全可靠，易实现智能控制，设备维修简单，运行费用低等优点。
附图说明
图1为本发明紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理装置的一种示意图。
图2为本发明紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理装置在常规膜法海水淡化***中的安装位置示意图。
附图标记：1-容器，2-控制器，3-紫外灯管，4-加药装置，5-超声发生器，6-排污口，101-紫外室，102-加氯室，103-超声波室，7-絮凝澄清器，8-本发明杀菌预处理装置，9-ORP仪表，10-保安过滤器，11-高压泵，12-反渗透装置，13-反渗透淡水箱，14-能量回收装置。
具体实施方式
实施例1
一种紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理工艺，对经过澄清预处理后的海水按照如下步骤进行处理：(1)紫外线处理；(2)加氯处理；(3)超声波处理。
实施例2
一种紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理工艺，对经过澄清预处理后的海水按照如下步骤进行处理：(1)紫外线处理；(2)加氯处理；(3)超声波处理。
所述步骤(1)中紫外线波长范围为250nm。
实施例3
一种紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理工艺，对经过澄清预处理后的海水按照如下步骤进行处理：(1)紫外线处理；(2)加氯处理；(3)超声波处理。
所述步骤(1)中紫外线波长范围为280nm；步骤(2)中的加氯处理，采用次氯酸钠连续加药，加氯量为0.5mg/L。
实施例4
一种紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理工艺，对经过澄清预处理后的海水按照如下步骤进行处理：(1)紫外线处理；(2)加氯处理；(3)超声波处理。
所述步骤(1)中紫外线波长范围为280nm；步骤(2)中的加氯处理，采用次氯酸钠连续加药，加氯量为0.5mg/L；步骤(3)中超声波处理的超声脉冲宽度为10ms，频率30kHz，超声声强为50W/cm2。
实施例5
一种紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理工艺，对经过澄清预处理后的海水按照如下步骤进行处理：(1)紫外线处理；(2)加氯处理；(3)超声波处理。
所述步骤(1)中紫外线波长范围为260nm；步骤(2)中的加氯处理，采用次氯酸钠连续加药，加氯量为0.5mg/L；步骤(3)中超声波处理的超声脉冲宽度为10ms，频率50kHz，超声声强为30W/cm2，水体温度为5℃。
实施例6
一种紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理工艺，对经过澄清预处理后的海水按照如下步骤进行处理：(1)紫外线处理；(2)加氯处理；(3)超声波处理。
所述步骤(1)中紫外线波长范围为280nm；步骤(2)中的加氯处理，采用次氯酸钠连续加药，加氯量为0.5mg/L；步骤(3)中超声波处理的超声脉冲宽度为10ms，频率40kHz，超声声强为40W/cm2，水体温度为30℃。
实施例7
一种紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理工艺，对经过澄清预处理后的海水按照如下步骤进行处理：(1)紫外线处理；(2)加氯处理；(3)超声波处理。
所述步骤(1)中紫外线波长范围为270nm；步骤(2)中的加氯处理，采用次氯酸钠连续加药，加氯量为0.5mg/L；步骤(3)中超声波处理的超声脉冲宽度为10ms，频率30kHz，超声声强为40W/cm2，水体温度为20℃。
实施例8
一种实施上述实施例1～7中任一紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理工艺的装置，包括容器1和控制器2，其中容器1一端为进水管而另一端为出水管，容器1从进水侧至出水侧依次被隔板分隔为紫外室101、加氯室102和超声波室103，紫外室101与加氯室102之间的隔板下部开孔，加氯室102和超声波室103之间的隔板上部开孔，紫外室101中安装有紫外灯管3，加氯室102中安装有加药装置4，超声波室103中安装有超声发生器5并且超声波室103上还安装有排污口6，紫外灯管3、加药装置4和脉冲式超声发生器5分别与控制器2相连。
实施例9
一种实施上述实施例1～7中任一紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理工艺的装置，包括容器1和控制器2，其中容器1一端为进水管而另一端为出水管，容器1从进水侧至出水侧依次被隔板分隔为紫外室101、加氯室102和超声波室103，紫外室101与加氯室102之间的隔板下部开孔，加氯室102和超声波室103之间的隔板上部开孔，紫外室101中安装有紫外灯管3，加氯室102中安装有加药装置4，超声波室103中安装有超声发生器5并且超声波室103上还安装有排污口6，紫外灯管3、加药装置4和脉冲式超声发生器5分别与控制器2相连。
所述容器1为抗紫外耐腐蚀的PET材料。
实施例10
一种实施上述实施例1～7中任一紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理工艺的装置，包括容器1和控制器2，其中容器1一端为进水管而另一端为出水管，容器1从进水侧至出水侧依次被隔板分隔为紫外室101、加氯室102和超声波室103，紫外室101与加氯室102之间的隔板下部开孔，加氯室102和超声波室103之间的隔板上部开孔，紫外室101中安装有紫外灯管3，加氯室102中安装有加药装置4，超声波室103中安装有超声发生器5并且超声波室103上还安装有排污口6，紫外灯管3、加药装置4和脉冲式超声发生器5分别与控制器2相连。
所述容器1为抗紫外耐腐蚀的PET材料；所述紫外灯管3由玻璃纤维加固的聚酯外壳、垫圈采用浇注成型，确保密封可靠。
实施例11
一种实施上述实施例1～7中任一紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理工艺的装置，包括容器1和控制器2，其中容器1一端为进水管而另一端为出水管，容器1从进水侧至出水侧依次被隔板分隔为紫外室101、加氯室102和超声波室103，紫外室101与加氯室102之间的隔板下部开孔，加氯室102和超声波室103之间的隔板上部开孔，紫外室101中安装有紫外灯管3，加氯室102中安装有加药装置4，超声波室103中安装有超声发生器5并且超声波室103上还安装有排污口6，紫外灯管3、加药装置4和脉冲式超声发生器5分别与控制器2相连。
所述容器1为抗紫外耐腐蚀的PET材料；所述紫外灯管3选用现有技术产品，但需确保密封防水；所述超声发生器5的压电超声换能器集成在控制器2上。
实施例12
一种实施上述实施例1～7中任一紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理工艺的装置，包括容器1和控制器2，其中容器1一端为进水管而另一端为出水管，容器1从进水侧至出水侧依次被隔板分隔为紫外室101、加氯室102和超声波室103，紫外室101与加氯室102之间的隔板下部开孔，加氯室102和超声波室103之间的隔板上部开孔，紫外室101中安装有紫外灯管3，加氯室102中安装有加药装置4，超声波室103中安装有超声发生器5并且超声波室103上还安装有排污口6，紫外灯管3、加药装置4和脉冲式超声发生器5分别与控制器2相连。
所述容器1为抗紫外耐腐蚀的PET材料；所述紫外灯管3由玻璃纤维加固的聚酯外壳、垫圈采用浇注成型，确保密封可靠；所述超声发生器5的压电超声换能器集成在控制器2上，并且在控制器2上安装有Wi-Fi模块。
实际使用时，经过预处理后的海水进入本发明的紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理装置进行杀菌消毒，再经管道依次相连接的保安过滤器、高压泵、反渗透装置，处理***还包括安装在***中的温度表、压力表、流量表、PH表、电导率表、余氯表、氧化还原电位表等。紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理装置根据进出水的温度表、压力表、流量表、PH表、电导率表、余氯表、氧化还原电位表、流量参数进行控制，控制器的可编程逻辑控制器可以根据不同水质工况进行参数设定及不同的协同模式选择。
为验证本发明紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理工艺及装置的效果，在某电厂海水淡化***进行了安装。前期该电厂海水淡化***投运后，由于海水微生物高，造成保安过滤器滤芯污堵，每二天就需要更换新滤芯。另外海水淡化一级反渗透产水量下降，每个容器的前二支膜被微生物污染。现场试验在海水淡化一体化海水预处理装置后，加装本发明紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理装置，彻底解决了微生物污染问题。水处理***流程：循环水海水取水管→一体化海水预处理→本发明紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理装置→多介质过滤器→细砂过滤器→保安过滤器(5μm)→一级(海水)反渗透→二级(苦咸水)反渗透→混床→除盐水箱→主厂房。
主要设备：2×60t/h一体化预处理，2×φ3000多介质过滤器，2×φ3000细砂过滤器，2×17t/h海水反渗透，2×φ800混床。
设计水温：5～30℃。
原水水质：悬浮物22(mg/L)，TDS4420(mg/L)，COD<5(mg/L)，细菌总量240000(个/L)。
源水水压：0.30MPa。
反渗透膜型号：陶氏BW30HRLE-400。
一级反渗透产水量：2×20m3/h。
一级反渗透回收率：≥40％。
余氯：＜0.1mg/L。
本发明紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理装置总功率：2KW。
经试验，采用本发明紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理工艺及装置杀菌效果好，可保证对微生物达到80％以上的灭活,节约化学药剂费用80％，没有二次污染。
Claims (10)
1.一种紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理工艺，其特征在于，对经过澄清预处理后的海水按照如下步骤进行处理：(1)紫外线处理；(2)加氯处理；(3)超声波处理。
2.根据权利要求1所述的紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理工艺，其特征在于，所述步骤(1)中紫外线波长范围为250～280nm。
3.根据权利要求1所述的紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理工艺，其特征在于，所述步骤(2)中的加氯处理，采用次氯酸钠连续加药，加氯量为0.5mg/L。
4.根据权利要求1所述的紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理工艺，其特征在于，所述步骤(3)中超声波处理的超声脉冲宽度为10ms，频率30～50kHz，超声声强为30～50W/cm2。
5.根据权利要求4所述的紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理工艺，其特征在于，所述步骤(3)中超声波处理的水体温度为5～30℃。
6.实施权利要求1～5任一所述的紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理工艺的装置，其特征在于，包括容器(1)和控制器(2)，其中容器(1)一端为进水管而另一端为出水管，容器(1)从进水侧至出水侧依次被隔板分隔为紫外室(101)、加氯室(102)和超声波室(103)，紫外室(101)与加氯室(102)之间的隔板下部开孔，加氯室(102)和超声波室(103)之间的隔板上部开孔，紫外室(101)中安装有紫外灯管(3)，加氯室(102)中安装有加药装置(4)，超声波室(103)中安装有超声发生器(5)并且超声波室(103)上还安装有排污口(6)，紫外灯管(3)、加药装置(4)和脉冲式超声发生器(5)分别与控制器(2)相连。
7.根据权利要求6所述的紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理装置，其特征在于，所述容器(1)为抗紫外耐腐蚀的PET材料。
8.根据权利要求6所述的紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理装置，其特征在于，所述紫外灯管(3)由玻璃纤维加固的聚酯外壳、垫圈采用浇注成型，确保密封可靠。
9.根据权利要求6所述的紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理装置，其特征在于，所述超声发生器(5)的压电超声换能器集成在控制器(2)上。
10.根据权利要求6～9任一所述的紫外-加氯-超声波强化协同膜法海水淡化杀菌预处理装置，其特征在于，所述控制器(2)上安装有Wi-Fi模块。
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