CN113441378A - 超滤预处理的粉末活性炭预涂膜装置、预处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种粉末活性炭预涂膜装置、预处理装置及运行方法；预涂膜装置，包括筒体和布袋，筒体的两端均设置有封头，筒体内设置有布袋；预处理装置，包括预涂膜进水水箱、水泵和粉末活性炭预涂膜装置，预涂膜进水水箱中设置搅拌装置，预涂膜进水水箱的上部设置有进料管和循环回流管，循环回流管通过循环阀连接粉末活性炭预涂膜装置，预涂膜进水水箱的底部通过水泵和输送管连接粉末活性炭预涂膜装置进液口，输出管上设置有出液阀；运行方法，分为涂膜和过滤两部分，涂膜和过滤均使用同一个预涂膜进水水箱。本发明安装灵活、操作简单，缓解UF膜上污染物积累，强化了UF的污染物去除效果，提高了UF运行通量，增强了UF的清洗效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于超滤预处理的粉末活性炭预涂膜装置以及预处理装置，属于城镇水污染控制与资源化利用技术领域。
背景技术
城镇生活污水组分复杂，其所含污染物以有机污染物为主，同时伴随大量病原微生物，资源化利用之前必须进行处理。超滤(Ultrafiltration，UF)技术应用于处理城镇污水处理厂尾水时，尾水中的微粒、胶体粒子或溶质大分子在UF膜表面及膜孔内沉积、吸附，造成膜孔堵塞，导致产水量下降。此外，尾水中不规则颗粒物不断与UF膜发生碰撞，严重时将损坏UF膜膜丝。在此背景下，构建UF预处理方法，强化城镇污水处理厂尾水中污染物的去除，是维持UF***运行稳定的重要保障。
粉末活性炭预涂膜(powder activated carbon pre-coated membrane，PACPM)是指选取多孔材质的基膜，过滤PAC悬浊液从而在基膜上形成具有一定厚度的PAC滤饼层。PACPM既能通过PAC的吸附作用去除城镇污水处理厂尾水中的小分子有机物，又能截留较大粒径的颗粒，缓解污染物在UF膜上的富集，但直接在UF膜上进行PAC涂膜容易造成UF膜损伤、反洗难度增大等问题，而如何设计PACPM预处理装置并构建预处理方法，实现污染物的强化去除，维持UF***的高效稳定运行，是UF技术对城镇生活污水资源化再生处理的关键所在。
因此，急需一种安装灵活、操作简单、能够强化污染物去除、缓解UF膜上污染物积累的PACPM装置。
术语说明：
CEB：化学强化反洗(chemically enhanced backwash)
TMP：跨膜压差(transmembrane pressure)
TOC：总有机碳(total organic carbon)
DOC：溶解性有机碳(dissolved organic carbon)
UF：超滤(ultrafiltration)
SS：悬浮物(suspended solids)
SF：比通量(specific flux)
EX：激发波长(excitation wavelength)
EM：发射波长(emission wavelength)
PAC：粉末活性炭(powder activated carbon，PAC)
PACPM：粉末活性炭预涂膜(powder activated carbon pre-coated membrane，PACPM)
发明内容
针对现有超滤技术存在的不足，本发明提供一种强化污染物去除效果、UF运行稳定通量高、UF清洗效果好的用于超滤预处理的粉末活性炭预涂膜装置，同时提供利用该装置的超滤预处理装置，以及该预处理装置的运行方法。
本发明中的超滤预处理的粉末活性炭预涂膜装置的技术方案如下：
该装置，包括筒体和布袋，筒体的下端设置进液口，上端设置出液口，筒体内设置有布袋，布袋上端开口且与筒体内壁连接，布袋下端封闭。
所述布袋套装在支撑网筒上，支撑网筒上端开口且与筒体内壁之间封闭。支撑网筒内径为0.14-0.16m。
所述布袋为聚四氟过滤袋，过滤面积0.5m2，流量0-40m3·m-2，过滤精度25μm。
采用上述预涂膜装置的超滤预处理装置(PACPM预处理装置)，除了粉末活性炭预涂膜装置以外，还包括预涂膜进水水箱，预涂膜进水水箱中设置搅拌装置，预涂膜进水水箱的上部设置有进料管和循环回流管，进料管上设置有进料阀，循环回流管通过循环阀连接粉末活性炭预涂膜装置的出液口，预涂膜进水水箱的底部通过水泵和输送管连接粉末活性炭预涂膜装置进液口，粉末活性炭预涂膜装置出液口通过输出管连接超滤净水水箱，输出管上设置有出液阀。
上述预处理装置的运行方法，分为涂膜和过滤两部分，涂膜和过滤均使用同一个预涂膜进水水箱，具体步骤如下：
(1)PACPM涂膜：
开启循环阀，关闭出液阀，进行涂膜过程；将粉末活性炭投加到预涂膜进水水箱中，将粉末活性炭与超滤(UF)出水在预处理进水水箱中混合配置成活性炭悬浊液，搅拌混合均匀，通过水泵在粉末活性炭预涂膜装置和预涂膜进水水箱之间不断循环至涂膜完成。
所述粉末活性炭为平均粒径范围为30.07μm-33.42μm的煤质粉末活性炭。
所述粉末活性炭预涂膜装置采用底部进水的方式。
所述活性炭悬浊液的浓度为1g·L-1。
所述涂膜完成是指涂膜循环后的出水悬浮颗粒SS在5mg·L-1以下。
(2)PACPM过滤：
涂膜完成后关闭循环阀，开启进料阀和出液阀，将污处理厂三级处理的出水泵入预涂膜进水水箱中，开启水泵使用粉末活性炭预涂膜装置对其进行过滤。
所述PACPM过滤的进水流量为2-3m3·h-1，压力在0.08MPa以下。
本发明安装灵活、操作简单，缓解UF膜上污染物积累，强化了UF的污染物去除效果，提高了UF运行通量，增强了UF的清洗效果，为城镇污水深度处理稳定高效的双膜***构建及其优化调控提供技术支撑。具有以下特点：
1.使用粉末活性炭作为涂膜材料，原料来源广，无二次污染，步骤简单，易于操作。
2.利用粉末活性炭在基膜上涂膜用作超滤预处理，可直接提高超滤进水水质，对大分子有机物和小分子有机物分别进行截留和吸附去除，可有效保障超滤***的稳定运行。
3.与传统活性炭池相比，占地面积小，一次性投入成本低，可实现处理装置的模块化，便于工业化推广应用。
附图说明：
图1为本发明中PACPM装置的结构示意图。
图2为本发明中PACPM预处理装置的结构示意图。
图3为本发明中PACPM预处理装置的工艺流程图。
图4为本发明中PACPM预处理涂膜过程中水SS浓度变化图。
图5为本发明实施例中的有机物处理效果图。
图6为本发明实施例中的有机物分子量处理效果图。
图7为本发明实施例中的亲疏水性有机物处理效果图。
图8为本发明实施例中的三维荧光光谱分析图。
图9为本发明实施例中的有机物各区域荧光强度处理效果图。
图10为本发明对比例的硅藻土有机物处理效果图。
图中：1.上端封头，2.布袋，3.筒体，4.支撑网筒，5.下端封头，6.出液口，7.进液口，8.封堵盖；
9.封头，10.排污阀，11.循环阀，12.出液阀，13.进料管，14.输送管，15.输出管，16.循环回流管，17.排污管，18.超滤净水水箱。19.预涂膜进水水箱，20.高压水泵，21.PACPM装置，22.进料阀。
具体实施方式
本发明中用于超滤预处理的的粉末活性炭预涂膜装置，如图1所示，包括封头1、筒体3和布袋2，筒体3的两端均设置有封头，下端封头5上设置进液口7，上端封头1上设置出液口6，筒体3内设置有支撑网筒4，通过封堵盖8固定连接在筒体3内壁上，支撑网筒4设置有布袋2。支撑网筒4使用不锈钢网加工成圆柱体，内径0.14m-0.16m，上端开口。布袋2上端开口，下端封住，套装在支撑网筒4上，布袋2与筒体3的内壁之间存在一定宽度的缝隙。液体由进液口7进入，由布袋2与筒体3之间的缝隙进入布袋2内部，再由支撑网筒4上端的开口排出。封堵盖8的作用是防止液体直接由布袋2与筒体3之间的缝隙排出，造成短流。
各个部件由透明有机玻璃加工制成，能够清晰观察到PAC在布袋2上的涂膜效果和过滤状态。筒体3与上端封头1和下端封头5处采用法兰连接，连接处使用橡胶密封圈避免装置漏水。筒体3垂直于地面放置，为保证PAC在布袋2上形成致密的预涂膜，设计布袋2的内径0.22m，高度为1.04m，过滤面积0.5m2。布袋2为聚四氟过滤袋，长度810mm，直径180mm，过滤面积0.5m2，流量范围0-40m3·m-2，过滤精度25μm。布袋2外侧过滤，下端进液，上部出液。
一种粉末活性炭预涂膜的预处理装置(PACPM预处理装置)，采用上述粉末活性炭预涂膜装置(PACPM装置7)，如图2所示，还包括预涂膜进水水箱19和高压水泵20。预涂膜进水水箱19中设置搅拌装置。预涂膜进水水箱19的上部设置有进料管13和循环回流管16，进料管13上设置有进料阀22，循环回流管16通过循环阀11连接PACPM装置21的出液口6。预涂膜进水水箱19的底部通过高压水泵20和输送管14连接PACPM装置21的进液口7。PACPM装置21的出液口6通过输出管15连接超滤净水水箱18，输出管15上设置有出液阀12。PACPM装置7的底部设置有排污管17，排污管17上设置有排污阀10。
上述预处理装置的运行，分为涂膜过程和过滤过程，涂膜和过滤均使用同一个预涂膜进水水箱5，参见图2和图3，具体步骤如下。
(1)PACPM涂膜：
开启循环阀11(涂膜阀门)，关闭出液阀12(过滤阀门)，进行涂膜过程。选取平均粒径范围为30.07-33.42μm的煤质粉末活性炭(PAC)投加到预涂膜进水水箱1中，将150g PAC与150L超滤(UF)出水在预处理进水水箱19中混合配置成PAC悬浊液，使用搅拌装置混合均匀，浓度为1g·L-1。单位过滤面积投加量为300g·m-2，基膜(布袋2上的PAC滤饼层)过滤面积为0.5m2，PAC投加量为150g。通过高压水泵20在PACPM装置21和预涂膜进水水箱19之间不断循环至涂膜完成，此时PACPM装置21的上部出水通过循环回流管16回流到预涂膜进水水箱19中。通过布袋2不断过滤PAC悬浊液，在布袋2上形成具有一定厚度的PAC滤饼层。
PACPM装置21采用底部进水的方式，可避免涂膜介质在底部的沉积，PAC密度与水相差较小，两者比重相近。PAC悬浊液不断在预处理设备中循环流动，PAC截留在布袋上从而积累成致密的过滤膜，涂膜循环30min后出水悬浮颗粒SS在5mg·L-1以下，PAC预涂膜形成。
如图4所示，循环涂膜30分钟后，SS降低到5mg·L-1以下时出水清澈，代表涂膜已经完成。
(2)PACPM过滤
城镇污水处理厂尾水作为待处理水，待处理水作为PACPM装置进水进行处理，设计进水流量为2-3m3·h-1。
涂膜完成后关闭循环阀11，开启进料阀22和出液阀12，将污处理厂三级处理的出水泵入预涂膜进水水箱19中，开启高压水泵20使用PACPM装置21对其进行过滤，过滤后的出水直接进入超滤净水水箱18。进水流量2-3m3·h-1，压力在0.08MPa以下。
实施例
以青岛市某城镇污水处理厂三级处理出水作为待处理水，处理厂生化工艺为AAO+MBBR混合泥膜工艺，三级深度处理工艺为“混凝+沉淀+过滤+紫外消毒”。进水水质如表1所示：
表1基本水质
对污水处理厂三级处理出水进行处理，处理效果如图5、图6、图7、图8、图9所示。由图5可知，过滤开始(0-1h)DOC从9.55mg·L-1下降到6.91mg·L-1，去除率为27.64％，UV254从0.121cm-1下降到0.077cm-1，去除率为36.36％；
由图6可知，≤1kDa和≥100kDa分子量范围的有机物的UV254分别从0.038cm-1和0.041cm-1下降至0.008cm-1和0.022cm-1，去除率分别为78.95％和46.34％；
由图7可知，亲水性有机物去除率为26.34％，疏水性有机物和过渡疏水性有机物去除率分别为33.59％和33.66％；
由图8、图9可知，微生物代谢产物区域的荧光强度从4.92×107nm2降低到3.39×107nm2，腐殖酸类腐殖区域质的荧光强度从6.14×107nm2降低到4.09×107nm2，两区域分别降低了31.10％和33.39％。
对比例：
将粉末活性炭涂膜材料替换为硅藻土。
使用硅藻土作为预涂膜涂膜材料，涂膜步骤与过滤步骤不变。装置运行1h可以观察到压力上升，硅藻土预涂膜上附着黄色泥饼层，出水流量迅速下降。对DOC及UV254去除效果较差，其处理效果如图10所示。
Claims (10)
1.一种粉末活性炭预涂膜装置，其特征是，包括筒体和布袋，筒体的下端设置进液口，上端设置出液口，筒体内设置有布袋，布袋上端开口且与筒体内壁连接，布袋下端封闭。
2.根据权利要求1所述的粉末活性炭预涂膜装置，其特征是，所述布袋套装在支撑网筒上，支撑网筒上端开口且与筒体内壁之间封闭。
3.根据权利要求2所述的粉末活性炭预涂膜装置，其特征是，所述支撑网筒内径为0.14-0.16m。
4.根据权利要求1所述的粉末活性炭预涂膜装置，其特征是，所述布袋为聚四氟过滤袋，过滤面积0.5m2，流量0-40m3·m-2，过滤精度25μm。
5.一种超滤预处理装置，其特征是，包括权利要求1-4任一项所述的粉末活性炭预涂膜装置，还包括预涂膜进水水箱，预涂膜进水水箱中设置搅拌装置，预涂膜进水水箱的上部设置有进料管和循环回流管，进料管上设置有进料阀，循环回流管通过循环阀连接粉末活性炭预涂膜装置的出液口，预涂膜进水水箱的底部通过水泵和输送管连接粉末活性炭预涂膜装置进液口，粉末活性炭预涂膜装置出液口通过输出管连接超滤净水水箱，输出管上设置有出液阀。
6.一种权利要求5所述超滤预处理装置的运行方法，其特征是，分为涂膜和过滤两部分，涂膜和过滤均使用同一个预涂膜进水水箱：
(1)PACPM涂膜：
开启循环阀，关闭出液阀，进行涂膜过程；将粉末活性炭投加到预涂膜进水水箱中，将粉末活性炭与超滤出水在预处理进水水箱中混合配置成活性炭悬浊液，搅拌混合均匀，通过水泵在粉末活性炭预涂膜装置和预涂膜进水水箱之间不断循环至涂膜完成。
(2)PACPM过滤：
涂膜完成后关闭循环阀，开启进料阀和出液阀，将污处理厂三级处理的出水泵入预涂膜进水水箱中，开启水泵使用粉末活性炭预涂膜装置对其进行过滤。
7.根据权利要求6所述预处理装置的运行方法，其特征是，所述(1)PACPM涂膜中粉末活性炭为平均粒径范围为30.07-33.42μm的煤质粉末活性炭。
8.根据权利要求6所述预处理装置的运行方法，其特征是，所述(1)PACPM涂膜中活性炭悬浊液的浓度为1g·L-1。
9.根据权利要求6所述预处理装置的运行方法，其特征是，所述(1)PACPM涂膜中涂膜完成是指涂膜循环后的出水悬浮颗粒SS在5mg·L-1以下。
10.根据权利要求6所述预处理装置的运行方法，其特征是，所述(2)PACPM过滤中的进水流量为2-3m3·h-1，压力在0.08MPa以下。
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Citations (7)
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2021
- 2021-07-19 CN CN202110816009.XA patent/CN113441378A/zh active Pending
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