申请日2009.09.30
公开(公告)日2011.04.27
IPC分类号C02F1/44
摘要
一种处理废水的膜精密过滤装置及其应用，涉及一种废水处理装置及其应用，原水经过一定方式预处理后，进入膜区，使用浸没式膜单元进行过滤;超滤产水增压后直接进入反渗透膜单元;反渗透产水一部分送往用水点，另一部分用于浸没式膜单元和反渗透膜单元清洗;反渗透浓水一部分回流至反渗透膜单元进水口处，另一部分排放掉或进入其他处理系统进行进一步处理。本发明所述的处理废水的膜精密过滤装置，在超滤进水水质较好时可降低超滤操作能耗;在超滤进水水质较差时可有效降低超滤膜污染，使装置能适应高COD水质，减轻反渗透膜微生物污染，减少药剂使用量。
权利要求书
1.一种处理废水的膜精密过滤装置，其特征在于包括：
超滤膜区(4)，底部设有进水管路和排水管路;
浸没式膜单元(5)，设置在超滤膜区(4)内;
排泥口(11)，设置在排水管路的出口处;
原水泵(3)，进水口与原水进水管路连接，出水口与进水管路连接;
超滤产水泵(12)，进水口通过管路与浸没式膜单元(5)的产水端连接，出水口通过管路分别连接到反渗透高压泵(14)的进水口和超滤膜区(4);
反渗透高压泵(14)，出水口与反渗透膜单元(15)的进水口连接;
反渗透膜单元(15)，反渗透浓水出口通过管路与反渗透循环管路泵(16)的进水口连接，反渗透循环管路泵(16)的出水口通过管路与反渗透膜单元(15)的进水口连接，反渗透膜单元(15)的反渗透产水出口直接通过管路连接产水箱(18)，反渗透膜单元(15)的反洗出水口通过分支管路连接到清洗水箱(19)或超滤膜区(4);
反渗透产水泵(21)，进水口通过管路连接产水箱(18)，出水口通过管路连接用水点;
反洗泵(17)，进水口通过管路分别连接产水箱(18)和清洗水箱(19)，出水口通过管路分别连接反渗透膜单元(15)的反洗进水口和浸没式膜单元(5)的出水口。
2.如权利要求1所述的处理废水的膜精密过滤装置，其特征在于还包括：
原水加药口(1)，设置在原水进水管路上;
原水开度调节阀(2)，设置在原水进水管路上且位于原水加药口(1)后面;
超滤膜区液位计(6)，设置在超滤膜区(4)中;
隔板(7)，设置在超滤膜区(4)和原水反应区(8)之间，且超滤膜区(4)和原水反应区(8)在隔板(7)上方连通;
原水反应区(8)，设置在超滤膜区(4)旁边，底部与超滤膜区(4)底部的进水管路和排水管路连通;
反应区加药口(9)，设置在原水反应区(8)的侧壁上;
溢流堰(10)，设置在原水反应区(8)上部，在溢流堰(10)和原水反应区(8)间形成溢流区，且溢流区通过管路连接到原水泵(3)的进水口;
反渗透加药口(13)，设置在反渗透高压泵(14)的进水管路上，且位于超滤产水泵(12)连接超滤膜区(4)的分支管路的后面;
产水箱液位计(20)，设置在产水箱(18)中;
浓水开度调节阀(22)，进水口与反渗透循环管路泵(16)的出水口连接，出水口与浓水排放点连接。
3.一种权利要求1所述的处理废水的膜精密过滤装置的应用，其特征在于包括以下废水处理步骤：
原水泵(3)将至少已经过混凝沉淀预处理工艺的、浊度小于5的原水，经过进水管路送入超滤膜区(4)，控制超滤膜区(4)中的液位高于浸没式膜单元(5)的顶部，浸没式膜单元(5)的底端不进行曝气;
超滤膜区(4)中的原水通过浸没式膜单元(5)中的超滤膜过滤后成为超滤产水;
当超滤产水浊度大于设定的处理预期值时，经过超滤产水泵(12)回流至超滤膜区(4)继续超滤处理;当超滤产水浊度小于等于设定的处理预期值时，经过超滤产水泵(12)后送入反渗透高压泵(14)，经反渗透高压泵(14)增压后的超滤产水进入反渗透膜单元(15);
超滤产水经反渗透膜单元(15)过滤后，反渗透产水进入产水箱(18)并由反渗透产水泵(21)抽吸送往用水点;反渗透浓水一部分经反渗透循环管路泵(16)回流至反渗透膜单元(15)的进水口，另一部分排放掉或进入其他处理系统进行进一步处理。
4.如权利要求3所述的处理废水的膜精密过滤装置的应用，其特征在于包括以下在线清洗步骤：
在线清洗时，将浸没式膜单元(5)和反渗透膜单元(15)中所含的膜组件平均分为若干组，每次按顺序仅清洗其中的一组，其余各组则保持运行状态;
浸没式膜单元(5)在线清洗时，所用的清洗液为产水箱(18)中的反渗透产水或清洗水箱(19)中清洗药剂的稀溶液;清洗液由反洗泵(17)抽吸后，由浸没式膜单元(5)产水端进入中空纤维膜内孔，排入超滤膜区(4);
反渗透膜单元(15)在线清洗时，所用的清洗液为产水箱(18)中的反渗透产水或清洗水箱(19)中清洗药剂的稀溶液，清洗液由反洗泵(17)抽吸后，由反渗透膜单元(15)的反洗进水口进入反渗透膜单元(15)，当使用的清洗液为产水箱(18)中的反渗透产水时，清洗液由反渗透膜单元(15)的反洗出水口排出，排入超滤膜区(4)，当使用的清洗液为清洗水箱(19)中清洗药剂的稀溶液时，清洗液由反渗透膜单元(15)的反洗出水口排出，回流至清洗水箱(19)。
5.如权利要求3所述的处理废水的膜精密过滤装置的应用，其特征在于，当原水浊度大于等于5时，增设原水反应区(8)和隔板(7)，废水处理步骤如下：
原水由超滤膜区(4)底部进入并从隔板(7)上方溢流至原水反应区(8)，浸没式膜单元(5)底端进行曝气操作，通过反应区加药口(9)向原水反应区(8)内添加絮凝剂，原水反应区(8)上端清液通过溢流堰(10)回到原水泵(3)的进水口。
6.如权利要求3所述的处理废水的膜精密过滤装置的应用，其特征在于，当需要调节原水pH值时，增设原水加药口(1)，通过原水加药口(1)加入酸液或碱液以调节原水的pH值。
7.如权利要求3所述的处理废水的膜精密过滤装置的应用，其特征在于，当反渗透产水硬度较高时，增设反渗透加药口(13)，通过反渗透加药口(13)加入阻垢剂以调节反渗透产水硬度。
8.如权利要求3所述的处理废水的膜精密过滤装置的应用，其特征在于，当需要通过液位控制相应的泵频率和阀的开度时，在超滤膜区(4)中设置超滤膜区液位计(6)，在产水箱(18)中设置产水箱液位计(20)，通过液位联锁相应的泵和阀，控制液位在正常范围。
9.如权利要求3所述的处理废水的膜精密过滤装置的应用，其特征在于，当需要自动控制原水进水量和浓水排放量时，增设原水开度调节阀(2)和浓水开度调节阀(22)，通过调整原水开度调节阀(2)的开度，控制原水进水量，通过调整浓水开度调节阀(22)的开度，控制浓水排放量。
10.如权利要求3或4或5或6或7或8或9所述的处理废水的膜精密过滤装置的应用，其特征在于，浸没式膜单元(5)采用恒流操作或恒压操作方式，操作负压范围为0.01～0.09MPa;反渗透膜单元(13)采用恒流操作或恒压操作方式，操作压力范围为0.5～2.5MPa。
说明书
一种处理废水的膜精密过滤装置及其应用
技术领域
本发明涉及一种废水处理装置及其应用，具体的说是一种处理废水的膜精密过滤装置及其应用。
背景技术
近年来，膜分离技术得到了快速发展，开始在化工废水处理，海水、苦咸水淡化，环境污染治理等领域广泛应用。
从本质上来说，膜分离技术也是一种过滤技术，但与其他传统过滤技术相比，膜分离技术具有高精度的优点，可分为低压膜过滤和高压膜过滤两种。
低压膜过滤过程包括微滤(MF)和超滤(UF)，属于压力驱动的过滤技术，一般只能去除水中1μm～0.002μm直径的的颗粒物和微生物，如贾第鞭毛虫和隐孢子虫，需要其他水处理工艺才能解决水中溶解性污染物问题。采用低压膜过滤的低压膜系统一般采用中空纤维膜组件，中空纤维膜组件具有较高的堆填密度和处理效率，是低压膜系统的首选型式。中空纤维膜组件按水流方式可分为外压式和内压式，按膜系统制造方式可分为压力式和浸没式。压力式中空纤维膜组件是将大量的中空纤维膜丝装填入一圆形的压力容器中，纤维束的开口端使用环氧树脂浇灌密封，配备相应的连接件形成标准的膜组件。若低压膜系统从中空纤维膜组件外部由外向内通过膜产水，为外压式;若低压膜系统从中空纤维膜组件内部向外通过膜产水，为内压式。浸没式中空纤维膜组件没有压力容器，中空纤维膜丝顶端开口汇集在一起构成出水口，其形态有帘状的或柱状的，浸没式中空纤维膜组件直接放置在水池中，污水在压力作用下通过浸没式中空纤维膜组件过滤，净水穿过膜后进入膜管内，再由出水口流出，最后净水在膜丝末端出口进行汇集。
高压膜过滤过程包括反渗透和纳滤，可截留1000分子量以下的小分子(包括无机盐)。反渗透技术是当今最先进的膜分离技术。其原理是在高于溶液渗透压的作用下，依据其他物质不能透过反渗透膜的特点，将这些物质和水分离开来。由于反渗透膜的膜孔径非常小(仅为1nm左右)，因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等(去除率高达97～99%)。反渗透膜过滤系统具有水质好、耗能低、无污染、工艺简单、操作简便等优点。目前绝大部分商业反渗透膜都是卷式形态的标准元件。
双膜技术是将超滤/微滤(UF/MF)技术和反渗透(RO)技术相结合在一起的工艺。由于反渗透膜过滤系统对进水的水质要求很高(通常要求污染指数SDI≤5)，否则反渗透膜极易被污染物堵塞而降低甚至丧失其高精度的过滤功能，而超滤/微滤过滤系统的产水水质完全可以满足反渗透膜过滤系统对进水水质的要求。因此，在反渗透膜过滤系统前设置超滤/微滤过滤系统，可以有效地防止反渗透膜的污染和堵塞，延长了反渗透膜的使用寿命。目前双膜法水处理技术可以广泛应用于化工、电力、电子、制药、石化、纺织、食品等领域的纯水和超纯水制备，以及海水淡化、苦咸水淡化和特种分离过程，特别是在污水资源化再生利用方面，双膜法可直接利用企业的生化出水做为原水，处理后可以达到锅炉补充水的水质要求，为企业节约水资源。
目前传统双膜过滤系统在工业运行过程中存在的主要问题在于：
(1)目前双膜过滤系统超滤部分一般都采用压力式组件。压力式组件过流通道小，对预处理要求高，只适合水质较好、稳定的水源，对于水质较差水源，需要频繁的化学清洗。
(2)压力式组件操作压力一般较浸没式组件高(压力式可达0.05～0.2MPa，而浸没式组件一般为0.02～0.05MPa)。压力式组件需一定面积安放膜组件，连接件较为复杂。
(3)超滤反洗一般都采用超滤中间水箱的超滤产水。当水质波动，超滤产水水质较差时，采用超滤产水反洗效果不佳，甚至加重了产水端的超滤膜污染。
(4)传统双膜过滤系统中反渗透膜对进水COD值有严格要求(一般要求小于100mg/L)，由于超滤/微滤仅对悬浮性COD具有较好的去除效果，而对溶解性COD几乎没有去除效果，因此现有的双膜过滤系统只能处理已经经过生化处理且COD值较低的废水体系;而不能适应高COD值的废水体系。
(5)在超滤/微滤与反渗透的连接方式上，目前使用的双膜过滤系统需要设置中间水箱和保安过滤器，并投加杀菌剂。虽然超滤/微滤理论上可以截留细菌，但由于中间水箱和保安过滤器的存在，经超滤/微滤后的产水在中间水箱的停留时间较长，给细菌的生长提供了一定的时间和空间。在传统的双膜工艺中，反渗透前保安过滤器的堵塞非常严重，需要经常更换。
(6)在反渗透操作方式上，由于单支反渗透膜的回收率只能达到15%左右，目前使用的双膜过滤系统主要通过增加反渗透膜的段数来提高回收率。这样的方法使得后段的反渗透膜进水水质较差，后段膜面水流速降低，容易发生堵塞或造成后段反渗透膜产水水质的严重下降。少量双膜过滤系统设计了反渗透浓水回流，一般浓水回流到反渗透高压泵前或微滤/超滤膜区，高压浓水所带有的能量被浪费。
CN1807268提出了一种双膜法水处理系统，在超滤预处理单元后加入一压力罐，为脱盐单元提供料液，同时向预处理单元提供反冲液。该系统的超滤部分采用的是压力式组件，在超滤和反渗透之间需要设置中间压力罐。
CN101372379提出了一种有机废水的双膜处理方法，使用浸没式膜生物反应区的出水作为反渗透进水，在反渗透进水之前设置了清液池，反渗透浓水回流至厌氧池。该系统采用了浸没式超滤组件，但由于应用在膜生物反应器中，超滤产水无法直接进入反渗透膜单元处理，需要进一步深度处理再进入反渗透膜单元处理。
目前，浸没式组件已广泛应用于膜生物反应器中。在膜生物反应器的操作中，浸没式组件直接放置于好氧生化池中，采用抽吸负压的方式实现产水，在浸没式组件底端进行曝气供给生物好氧反应所需氧气，同时对膜表面进行气擦洗以降低膜污染。CN101254409公开了一种双端产水浸没式中空纤维膜组件，旨在提供一种支撑管既具有支撑作用，又作为双端产水的水通道。CN201195704公开了一种上端通透浸没式中空纤维膜组件，旨在提供一种能减轻气泡对上端膜丝的冲击，避免膜丝产生疲劳损伤，延长组件使用寿命。但这些浸没式膜单元都是使用在膜生物反应器中，生物好氧反应需要进行曝气，曝气的能耗一般占MBR总能耗的90%以上。而从生化池的构建上，进水都是由生化池上端进入。因此在MBR体系中应用的浸没式组件大多都是采用上端进水，底端曝气的方式进行操作。同时，由于MBR体系耐受冲击较大，很难保证浸没式组件不断丝，因此在绝大部分设计中，产水没有与反渗透组件连接进行进一步深度处理。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种处理废水的膜精密过滤装置，以克服现有双膜装置存在的反渗透膜微生物污染严重、不适应高COD水质、超滤反渗透工艺流程复杂且需要添加大量药剂、超滤部分操作压力较高、超滤产水端容易污堵等缺点。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种处理废水的膜精密过滤装置，其特征在于包括：
超滤膜区4，底部设有进水管路和排水管路;
浸没式膜单元5，设置在超滤膜区4内;
排泥口11，设置在排水管路的出口处;
原水泵3，进水口与原水进水管路连接，出水口与进水管路连接;
超滤产水泵12，进水口通过管路与浸没式膜单元5的产水端连接，出水口通过管路分别连接到反渗透高压泵14的进水口和超滤膜区4;
反渗透高压泵14，出水口与反渗透膜单元15的进水口连接;
反渗透膜单元15，反渗透浓水出口通过管路与反渗透循环管路泵16的进水口连接，反渗透循环管路泵16的出水口通过管路与反渗透膜单元15的进水口连接，反渗透膜单元15的反渗透产水出口直接通过管路连接产水箱18，反渗透膜单元15的反洗出水口通过分支管路连接到清洗水箱19或超滤膜区4;
反渗透产水泵21，进水口通过管路连接产水箱18，出水口通过管路连接用水点;
反洗泵17，进水口通过管路分别连接产水箱18和清洗水箱19，出水口通过管路分别连接反渗透膜单元15的反洗进水口和浸没式膜单元5的出水口。
在上述技术方案的基础上，还包括：
原水加药口1，设置在原水进水管路上;
原水开度调节阀2，设置在原水进水管路上且位于原水加药口1后面;
超滤膜区液位计6，设置在超滤膜区4中;
隔板7，设置在超滤膜区4和原水反应区8之间，且超滤膜区4和原水反应区8在隔板7上方连通;
原水反应区8，设置在超滤膜区4旁边，底部与超滤膜区4底部的进水管路和排水管路连通;
反应区加药口9，设置在原水反应区8的侧壁上;
溢流堰10，设置在原水反应区8上部，在溢流堰10和原水反应区8间形成溢流区，且溢流区通过管路连接到原水泵3的进水口;
反渗透加药口13，设置在反渗透高压泵14的进水管路上，且位于超滤产水泵12连接超滤膜区4的分支管路的后面;
产水箱液位计20，设置在产水箱18中;
浓水开度调节阀22，进水口与反渗透循环管路泵16的出水口连接，出水口与浓水排放点连接。
一种上述的处理废水的膜精密过滤装置的应用，其特征在于包括以下废水处理步骤：
原水泵3将至少已经过混凝沉淀预处理工艺的、浊度小于5的原水，经过进水管路送入超滤膜区4，控制超滤膜区4中的液位高于浸没式膜单元5的顶部，浸没式膜单元5的底端不进行曝气;
超滤膜区4中的原水通过浸没式膜单元5中的超滤膜过滤后成为超滤产水;
当超滤产水浊度大于设定的处理预期值时，经过超滤产水泵12回流至超滤膜区4继续超滤处理;当超滤产水浊度小于等于设定的处理预期值时，经过超滤产水泵12后送入反渗透高压泵14，经反渗透高压泵14增压后的超滤产水进入反渗透膜单元15;
超滤产水经反渗透膜单元15过滤后，反渗透产水进入产水箱18并由反渗透产水泵21抽吸送往用水点;反渗透浓水一部分经反渗透循环管路泵16回流至反渗透膜单元15的进水口，另一部分排放掉或进入其他处理系统进行进一步处理。
在上述技术方案的基础上，还包括以下在线清洗步骤：
在线清洗时，将浸没式膜单元5和反渗透膜单元15中所含的膜组件平均分为若干组，每次按顺序仅清洗其中的一组，其余各组则保持运行状态;
浸没式膜单元5在线清洗时，所用的清洗液为产水箱18中的反渗透产水或清洗水箱19中清洗药剂的稀溶液;清洗液由反洗泵17抽吸后，由浸没式膜单元5产水端进入中空纤维膜内孔，排入超滤膜区4;
反渗透膜单元15在线清洗时，所用的清洗液为产水箱18中的反渗透产水或清洗水箱19中清洗药剂的稀溶液，清洗液由反洗泵17抽吸后，由反渗透膜单元15的反洗进水口进入反渗透膜单元15，当使用的清洗液为产水箱18中的反渗透产水时，清洗液由反渗透膜单元15的反洗出水口排出，排入超滤膜区4，当使用的清洗液为清洗水箱19中清洗药剂的稀溶液时，清洗液由反渗透膜单元15的反洗出水口排出，回流至清洗水箱19。
在上述技术方案的基础上，当原水浊度大于等于5时，增设原水反应区8和隔板7，废水处理步骤如下：
原水由超滤膜区4底部进入并从隔板7上方溢流至原水反应区8，浸没式膜单元5底端进行曝气操作，通过反应区加药口9向原水反应区8内添加絮凝剂，原水反应区8上端清液通过溢流堰10回到原水泵3的进水口。
在上述技术方案的基础上，当需要调节原水pH值时，增设原水加药口1，通过原水加药口1加入酸液或碱液以调节原水的pH值。
在上述技术方案的基础上，当反渗透产水硬度较高时，增设反渗透加药口13，通过反渗透加药口13加入阻垢剂以调节反渗透产水硬度。
在上述技术方案的基础上，当需要通过液位控制相应的泵频率和阀的开度时，在超滤膜区4中设置超滤膜区液位计6，在产水箱18中设置产水箱液位计20，通过液位联锁相应的泵和阀，控制液位在正常范围。
在上述技术方案的基础上，当需要自动控制原水进水量和浓水排放量时，增设原水开度调节阀2和浓水开度调节阀22，通过调整原水开度调节阀2的开度，控制原水进水量，通过调整浓水开度调节阀22的开度，控制浓水排放量。
在上述技术方案的基础上，浸没式膜单元5采用恒流操作或恒压操作方式，操作负压范围为0.01～0.09MPa;反渗透膜单元13采用恒流操作或恒压操作方式，操作压力范围为0.5～2.5MPa。
本发明所述的处理废水的膜精密过滤装置及其使用方法具有以下优点：
(1)在超滤进水水质较好(悬浮物较少，浊度较低)时，降低超滤操作能耗;
(2)在超滤进水水质较差(悬浮物较多，浊度较高)时，有效降低超滤膜污染;
(3)能适应高COD水质;
(4)减轻反渗透膜微生物污染，减少药剂使用量。
