申请日2017.09.06
公开(公告)日2017.11.10
IPC分类号C02F9/14; C02F9/04; C02F9/06; C02F101/30
摘要
本发明公开了一种陶瓷膜曝气和微正压臭氧膜再生水处理方法，将经过臭氧微孔曝气处理的污水输送到膜池中，膜组件上的膜片被微生物或有机物堵塞时，压缩空气经膜组件出水口进入膜组件中的膜片内进行高压反冲洗，将膜片表面上的附着污染物从膜片表面上分离，在压缩空气进行反冲洗后，在临界微正压下向膜组件中的膜片内通入臭氧，利用臭氧和空气间隔将膜片表面上难降解的凝胶层进行分解和溶解后，用压缩空气反向吹扫膜片上分解的物质，完成膜片冲洗，采用孔径分布小，跨膜压差小，孔径微小的纳米陶瓷膜进行曝气，采用微正压曝气，形成细小均匀数量多的氧气泡，充分利用氧气源，更好的将氧气溶解到水中，提高氧气利用率，增强生化效果，减少能源浪费。
权利要求书
1.一种陶瓷膜曝气和微正压臭氧膜再生水处理方法，其特征在于：所述方法步骤是：
a、先在调节池内将进水量和污水浓度调匀后，将调节后的污水输送到预处理池中进行初过滤，将大颗粒团聚物、悬浮物和浮油物去除;
b、向调节池内的纳米陶瓷膜曝气膜片中通入臭氧，在临界微正压下使臭氧在纳米陶瓷膜曝气膜片中进行微孔曝气，形成大量的臭氧微泡与污水充分接触，将污水中的大分子难降解有机物氧化分解成小分子物质或分解为二氧化碳和水;
c、再将经过臭氧微孔曝气处理的污水输送到膜池中，经空气曝气对污水采用活性污泥法进行处理，膜组件将污水中污染物截留在膜池中，而过滤水经膜组件上的膜组件出水口进入净水池中;
d、当处理装置工作一定时间后，膜组件上的膜片被微生物或有机物堵塞时，压缩空气经膜组件出水口进入膜组件中的膜片内进行高压反冲洗，将膜片表面上的附着污染物从膜片表面上分离并由曝气管产生的错流汽水带走;
e、在压缩空气进行反冲洗后，在临界微正压下向膜组件中的膜片内通入臭氧，利用臭氧和空气间隔将膜片表面上难降解的凝胶层进行分解和溶解后，用压缩空气反向吹扫膜片上分解的物质，完成膜片冲洗，或将臭氧直接压缩到空压机内部和空气混合，混合后的气体直接从膜组件出水口进入膜组件中的膜片内进行反冲洗，在临界微正压向膜组件中的膜片内通入臭氧混合气体，利用臭氧将膜片表面上难降解的凝胶层进行分解和溶解后，再循环步骤a-e进行污水处理。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷膜曝气和微正压臭氧膜再生水处理方法，其特征在于：所述临界微正压是指臭氧克服水压力的后形成的微正压。
3.根据权利要求1所述的一种陶瓷膜曝气和微正压臭氧膜再生水处理方法，其特征在于：所述膜池采用活性污泥法与膜分离技术、絮凝沉淀与膜分离技术、活性炭吸附与膜分离技术、电解处理与膜分离技术对污水进行分解或降解。
4.一种实现权利要求1所述的一种陶瓷膜曝气和微正压臭氧膜再生水处理方法的处理装置，它包括调节池(1)、预处理池(2)、膜池(3)、净水池(4)、臭氧发生器(5)和空压机(6)，所述调节池内设置有潜水泵(11)，调节池与预处理池用调节池出水管(12)相连，其特征在于：所述预处理池设置有纳米陶瓷膜曝气膜片(21)，所述膜池内设置有膜组件(34)，预处理池用预处理池出水管(22)与膜池相连，所述臭氧发生器通过臭氧曝气电磁阀(52)和臭氧洗膜电磁阀(55)分别与臭氧曝气管(53)和臭氧洗膜管(54)相连，臭氧曝气管与纳米陶瓷膜曝气膜片相连，臭氧洗膜管与输气管(64)相连，所述臭氧曝气管和输气管之间用压缩空气冲洗曝气管(57)相连，压缩空气冲洗曝气管上设置有压缩空气冲洗曝气电磁阀(56)，所述输气管一端通过空压机电磁阀Ⅰ(62)与空压机(6)相连、另一端通过空压机电磁阀Ⅱ(63)与膜组件出水口(33)相连，所述膜组件出水管与净水池之间连接有过滤出水管(43)，所述过滤出水管上设置有过滤电磁阀(41)和自吸增压泵(42)。
5.根据权利要求4所述的一种陶瓷膜曝气和微正压臭氧膜再生水处理方法的处理装置，其特征在于：所述膜组件包括间隔设置的中空陶瓷平板膜片、有机或无机材料堵头和集水管。
6.根据权利要求4所述的一种陶瓷膜曝气和微正压臭氧膜再生水处理方法的处理装置，其特征在于：所述纳米陶瓷膜曝气膜片(21)为平板陶瓷膜、柱状蜂窝陶瓷体、DPF柴油颗粒过滤器陶瓷载体或其他外形的微孔无机材料陶瓷体。
7.根据权利要求4所述的一种陶瓷膜曝气和微正压臭氧膜再生水处理方法的处理装置，其特征在于：所述纳米陶瓷膜曝气膜片(21)采用高纯氧化铝或高岭土或其他粘性料为载体挤压成型，外形尺寸宽110、150mm、250mm厚度3-8mm，长度150-1000mm，上下端面由32-60个中空孔单排排列且上下贯通，烧结载体上微孔的孔径为 1-50μm，中间镀过渡层，并孔隙分布狭窄。
8.根据权利要求4所述的一种陶瓷膜曝气和微正压臭氧膜再生水处理方法的处理装置，其特征在于：所述膜组件(34)下部设置有曝气管(32)，曝气管与罗茨风机(31)相连。
9.根据权利要求4所述的一种陶瓷膜曝气和微正压臭氧膜再生水处理方法的处理装置，其特征在于：所述臭氧发生器(5)与臭氧出口管(51)相连，臭氧出口管通过臭氧曝气电磁阀(52)和臭氧洗膜电磁阀(55)分别与臭氧曝气管(53)和臭氧洗膜管(54)相连。
10.根据权利要求4所述的一种陶瓷膜曝气和微正压臭氧膜再生水处理方法的处理装置，其特征在于：所述空压机(6)出口设有空气过滤器(61)，保证反向气吹洗的空气洁净度。
说明书
一种陶瓷膜曝气和微正压臭氧膜再生水处理方法及处理装置
技术领域
本发明涉及水处理方法及水处理装置，具体涉及一种陶瓷膜曝气和临界微正压臭氧进行膜再生的水处理方法及处理装置。
背景技术
陶瓷平板膜生物反应器作为一种新型高效污水处理技术，已成为生活污水、工业废水(特别是含芳香烃的废水)和极端环境废水(如屠宰和养殖废水等)处理中不可或缺的处理技术。
平板陶瓷膜已成为污水处理装置核心部件，实际运用中取得了良好效果。但系统过滤运行中因为有机物和无机物吸附在膜片表面，特别是细菌及微生物代谢物容易与金属离子相互作用在膜表面形成一层凝胶层，或细菌会在陶瓷膜表面着床并牢固粘附在膜表面上，形成覆膜层，导致膜片通道堵塞通量下降。过滤10~30分钟就需要对膜片进行反洗1分钟，且反洗水量和压力都要加大到2倍，造成设备工作效率只有70%左右，设备运行费用提高，投资成本增加;并且时间长了细菌容易繁殖，进一步造成污堵，需要用溶剂药洗，进一步减少了过滤时间并降低了总过滤效率。且所有含酸碱盐类和氧化剂及酶洗涤剂类的药剂均会生成其它盐类物质，甚至有部分盐类物质与细菌胶体基团在膜表面形成凝胶团并带入金属离子，造成二次堆积污染，并会改变PH值，衍生出另外的环境污染问题。针对这些问题，国内有用臭氧和反冲水及溶液混合反洗的方法，但因为臭氧利用率低，大概只有5%-20%，造成使用费用昂贵，并造成部分未利用的臭氧排入大气造成空气污染和对人体的危害。
另外现行大量使用的穿孔曝气和曝气盘均采用大孔曝气，存在氧气的利用率极低，浪费能源，装填不均匀，在极端环境下曝气头材料容易被腐蚀分解，寿命短等缺点。
发明内容
为了解决现有技术中平板陶瓷膜组件在应用过程中容易污堵并频繁清洗的不足，臭氧利用率太低并造成系统运行效率降低，运行费用高的问题。为解决以上问题，本发明提供了一种采用纳米陶瓷膜微孔临界微正压曝气、臭氧临界微正压渗透分解和压缩空气与臭氧结合反洗膜孔的污水处理方法。
一种陶瓷膜曝气和微正压臭氧膜再生水处理方法，所述方法步骤是：
a、先在调节池内将进水量和污水浓度调匀后，将调节后的污水输送到预处理池中进行初过滤，将大颗粒团聚物、悬浮物和浮油物去除;
b、向调节池内的纳米陶瓷膜曝气膜片中通入臭氧，在临界微正压下使臭氧在纳米陶瓷膜曝气膜片中进行微孔曝气，形成大量的臭氧微泡与污水充分接触，将污水中的大分子难降解有机物氧化分解成小分子物质或分解为二氧化碳和水;
c、再将经过臭氧微孔曝气处理的污水输送到膜池中，经空气曝气对污水采用活性污泥法进行处理，膜组件将污水中污染物截留在膜池中，而过滤水经膜组件上的膜组件出水口进入净水池中;
d、当处理装置工作一定时间后，膜组件上的膜片被微生物或有机物堵塞时，压缩空气经膜组件出水口进入膜组件中的膜片内进行高压反冲洗，将膜片表面上的附着污染物从膜片表面上分离并由曝气管产生的错流汽水带走;
e、在压缩空气进行反冲洗后，在临界微正压下向膜组件中的膜片内通入臭氧，利用臭氧和空气间隔将膜片表面上难降解的凝胶层进行分解和溶解后，用压缩空气反向吹扫膜片上分解的物质，完成膜片冲洗，或将臭氧直接压缩到空压机内部和空气混合，混合后的气体直接从出水口进入膜组件中的膜片内进行反冲洗，在临界微正压向膜组件中的膜片内通入臭氧混合气体，利用臭氧将膜片表面上难降解的凝胶层进行分解溶解后，再循环步骤a-e进行污水处理。
本发明所述的纳米陶瓷膜曝气膜片具有孔隙率高，孔径分布均匀的，跨膜压差小，面积分布大等特点，且纳米陶瓷膜曝气膜片使用非对称膜层，可实现反向高压气洗和临界微正压臭氧分解相结合的平板陶瓷膜清洁技术，利用臭氧和压缩空气混合后，利用临界压力(微正压)进行反向清洗，或臭氧加压后和空气间隔进行反冲洗。利用臭氧对膜表面细菌和凝胶层等难分解物质进行杀灭分解和溶解，膜通量可完全恢复，在一定周期内不需要对膜片进行水反洗，延长了工作时间提高了设备总过滤效率。使用寿命延长，可达10年以上。充分发挥臭氧高效分解能力和杀菌效果;使臭氧的利用率达到99%以上。
为解决现有曝气材料和曝气方式的不足，本发明采用纳米陶瓷膜曝气膜片作为曝气材料，并采用微孔微压力进行曝气的方式，纳米陶瓷膜曝气膜片具有孔隙率高，孔径分布均匀的，跨膜压差小，面积分布大等特点，适合各种微孔曝气的场所，具有产生气泡体积小数量多，传氧效率高，节约能源等特点;也可对高难废水用臭氧临界微正压产生微泡以提高臭氧利用率的方式进行氧化分解，从而氧化分解降低污水中的某些指标，减少加药造成的二次污染和费用增加的问题
本发明所述方法的具体步骤是：
所述调节池为使当天高峰水量和浓度平均而设定，所述预处理池是初滤作用，减少大颗粒物质进入组件，使悬浮物降到一定范围，对于PC-MBR系统采用纳米陶瓷膜曝气膜片作为曝气元件，利用微压产生纳米级细小气泡，对污水进行生化降解。具有形成的气泡大小均匀，和水接触面积大，有效节约能源等作用;对于难分解有机物包括细菌及残留物、多糖类、蛋白质、糖蛋白质和微生物体内的其他大分子物质形成的凝胶层、水中大部分悬浮物、油分子、磷、烷烃,烯烃,芳香烃及其衍生物,脂类,醚类,及其衍生物等，利用臭氧化分解大部分难降解的有机物并降低COD指标;所述为提高臭氧的利用率和滞留时间进行充分氧化分解，采用先进的纳米陶瓷膜作为曝气板，平板陶瓷膜具有寿命长、孔分布均匀、空隙率高、孔径呈纳米级、膜面积大、跨膜压差小等优点，便于采用临界微正压、微压、微孔曝气，使臭氧在克服水深压力后产生微压，在膜孔表面缓慢形成微泡，再逐渐变大，在形成一定体积后才脱离，这个过程比较长，臭氧在形成微泡时就开始分解周围的有机物，形成微泡脱落再与水中的其它有机物分解，使臭氧从开始产生微泡到形成微小泡脱落膜片整个过程都在分解有机物，增加和细化了臭氧气泡数量，延长了臭氧与水中有机物接触的时间和面积，使臭氧得到充分利用。臭氧可以将绝大多数难降解的有机物快速氧化分解成低度或无毒的小分子物质，甚至直接分解成CO2和H2O。为防止悬浮物堆积在曝气膜片上表面，可间隔使用压缩空气进行高压吹去曝气膜片表面的悬浮物。
所述膜池包括膜组件和臭氧反冲洗系统。所述膜组件为装配框架结构组成整体结构，膜组件设在膜组构件的框架内。。
所述膜组件包括间隔设置的中空陶瓷平板膜片、有机或无机材料堵头和集水管，所述膜组构件包括至少一个组件支架和设置在组件支架上侧的集水管，所述出水管通过连接管分别与集水管相连。所述正常过滤时，净水通过中空平板陶瓷膜片孔隙由集水管经自吸增压泵进入净水池，当工作一定时间后中空平板陶瓷膜片被微生物或有机物堵塞膜孔时，阻力增大，负压增大，利用臭氧和压缩空气混合后，利用临界压力(微正压)进行反向清洗，或臭氧加压后和空气间隔进行反冲洗所述臭氧清洗时均采用临界微正压产生微泡，对中空平板陶瓷膜片表面污染物进行氧化分解，所述临界微正压是克服水压力的后形成的微正压，是臭氧气泡缓慢形成，延长了臭氧和污染物接触的时间，提高了臭氧的有效利用率。由臭氧分解中空平板陶瓷膜片表面的有机物和细菌胶体物质，然后由大压力压缩空气进行反向吹扫。根据负压值的不同大小进行不同次数和时间的臭氧清洗中空平板陶瓷膜片。所述臭氧清洗后的中空平板陶瓷膜片可完全恢复膜通量，并能保持12小时以上的高水通量，可去除传统PC-MBR的水反洗过程，提高系统的运行效率到90%，并通量能够持续稳定在新膜状态，同等条件下减少了中空平板陶瓷膜片的使用量30%以上。
所述臭氧发生器采用空气源臭氧发生设备，成本可控。所述臭氧发生器出口分为两路，一路通过电磁阀进入预处理池进行微泡曝气，主要氧化分解大部分难降解的有机物并降低COD指标等。采用新技术新工艺进行处理，使臭氧分解氧化得以充分进行，大大提高臭氧的有效利用率和与污水接触的时间。采用新产品纳米陶瓷曝气膜片作为曝气板，增大的曝气面积和增大了微孔数量，并采用临界微正压，使臭氧逐渐形成微泡，并慢慢增大，到脱离曝气膜片表面，下一个气泡再慢慢产生，如此循环。整个气泡从形成到脱离都在和周围的有机物进行氧化分解，并因为使用纳米陶瓷膜曝气膜片作为孔基板，所以产生的气泡非常微小，大大增加了气泡的数量及与污水接触的表面积。所述PC-MBR系统使用时只过压缩空气进行微泡微增压供氧气，提供超细氧气源气泡，充分利用氧气源，减少不必要的能源浪费;另一路通过其他电磁阀进入膜池对污堵的平板陶瓷膜出口反向冲洗，使用临界微正压缓慢产生微泡，利用臭氧进行快速高效的氧化分解后，用过空压机将污染物吹扫脱离中空平板陶瓷膜片表面，起到恢复通量的目的，减少了溶剂洗的成本昂贵和造成二次污染的问题。所述中空陶瓷平板膜片采用高纯氧化铝为载体挤压成型，其横截面上具有30-90个单排排列且上下贯通的中空孔。所述中空平板陶瓷膜片内部具有0.5～5μm的微孔、外表面设置有过渡层，过渡层表面镀0.01～0.2um微孔膜。
所述纳米陶瓷膜曝气膜片用高纯氧化铝制作，耐腐蚀和极端环境，特别是有机溶剂优势明显，所以用在高危废场所曝气效果较好，及寿命延长数倍，减少后期更换频次。所述可根据要求制作不同孔径陶瓷膜(孔径从0.1um~100um均可以用来曝气)，便于对应不同曝气形式的要求(比如穿孔曝气，曝气盘曝气，微孔曝气等)，纳米陶瓷膜曝气膜片可是平板陶瓷膜、柱状蜂窝陶瓷体、DPF柴油颗粒过滤器陶瓷载体或其他外形的微孔无机材料陶瓷体。所述中空平板陶瓷膜上微孔的孔径为1μm~50um等多种规格， 孔隙率为 20% ～ 75%。这样能适应不同要求的场所。所述曝气膜片可以单层放置或多层放置，进一步提高臭氧利用率，从而节俭能源和空间。所述纳米陶瓷膜曝气膜片的长度为 150-1000mm ;并联或串联设置，相邻两纳米陶瓷膜曝气膜片的空距为 2-200mm ;所述纳米陶瓷膜曝气膜片采用高纯氧化铝或高岭土或其他粘性料为载体挤压成型，外形尺寸宽110、150mm、250mm厚度3-8mm、长度150-1000mm，上下端面由32-60个中空孔单排排列且上下贯通，烧结载体上微孔的孔径为1-50μm，中间镀过渡层，并孔隙分布狭窄。
所述臭氧发生器采用空气源臭氧发生设备，所述臭氧发生器出口分为两路，一路通过电磁阀进入预处理池进行微泡曝气，整个气泡从形成到脱离都在和周围的有机物进行氧化分解，并因为使用纳米陶瓷曝气膜片作为孔基板，所以产生的气泡非常微小，大大增加了气泡的数量及与污水接触的表面积;另一路通过其他电磁阀进入膜池对污水堵塞的中空平板陶瓷膜片进行快速高效的氧化分解后，用过空压机吹扫脱离中空平板陶瓷膜片表面，起到恢复通量的目的。减少了溶剂洗的成本昂贵和造成二次污染的问题。
所述膜池3中，采用活性污泥法与膜分离技术、絮凝沉淀与膜分离技术、活性炭吸附与膜分离技术、电解处理与膜分离技术等进一步对污水进行分解或降解并通过纳米陶瓷膜进行过滤分离。
空压机出口设有高效的空气过滤器61，保证反向气吹洗的空气洁净度。
本发明处理装置系统均实现自动运行，采用单片机或PLC控制系统。并可以出水指标进行实时监控管理。所述纳米陶瓷膜曝气膜片可以设置在前端预处理，也可以在膜池或其他处理池，也可以在末端其他处理池设置。
本发明采用以下处理装置来实现本发明所述的水处理方法，本发明所述水处理装置包括调节池、预处理池、膜池、净水池、臭氧发生器和空压机，所述调节池内设置有潜水泵，调节池与预处理池用调节池出水管相连，所述预处理池设置有纳米陶瓷膜曝气膜片，所述膜池内设置有膜组件，预处理池用预处理池出水管与膜池相连，所述臭氧发生器通过臭氧曝气电磁阀和臭氧洗膜电磁阀分别与臭氧曝气管和臭氧洗膜管相连，臭氧曝气管与纳米陶瓷膜曝气膜片相连，臭氧洗膜管与输气管相连，所述臭氧曝气管和输气管之间用压缩空气冲洗曝气管相连，压缩空气冲洗曝气管上设置有压缩空气冲洗曝气电磁阀，所述输气管一端通过空压机电磁阀Ⅰ与空压机相连、另一端通过空压机电磁阀Ⅱ与膜组件出水管相连，所述膜组件出水管与净水池之间连接有过滤出水管，所述过滤出水管上设置有过滤电磁阀和自吸增压泵。
本发明所述处理装置的工作过程：先在调节池内调节污水浓度后，启动潜水泵将污水输送到预处理池内，启动臭氧发生器5，关闭臭氧洗膜电磁阀55和压缩空气冲洗曝气电磁阀56，打开臭氧曝气电磁阀52，臭氧通过臭氧出口管51和臭氧曝气管53进入预处理池内的纳米陶瓷膜曝气膜片内，在污水中形成臭氧微泡与污水充分接触。当预处理池内采用PC-MBR工艺处理时，关闭臭氧发生器，启动空压机，并关闭空压机电磁阀Ⅱ63、臭氧曝气电磁阀52和臭氧洗膜电磁阀55，打开压缩空气冲洗曝气电磁阀56，使压缩空气通过臭氧曝气管53进入预处理池内的纳米陶瓷膜曝气膜片内，在污水中形成空气微泡与污水充分接触。当预处理池的污水达到一定高度后时入膜池，启动罗茨风机31进行曝气，关闭空压机电磁阀Ⅱ63，打开过滤电磁阀41和自吸增压泵42，膜池中处理后出来的净水经膜组件出水管33和过滤出水管43进入净水池4内。当需要对膜组件进行冲洗时，启动空压机6，打开空压机电磁阀Ⅰ62和空压机电磁阀Ⅱ63，关闭臭氧洗膜电磁55 、压缩空气冲洗曝气电磁阀56和过滤电磁阀41，使压缩空气通过输气管64和膜组件出水管22进入膜组件内对膜片进行的反冲洗，反冲洗后，关闭空压机，启动臭氧发生器，关闭空压机电磁阀Ⅰ62、臭氧曝气电磁阀52、压缩空气冲洗曝气电磁阀56和过滤电磁阀41，打开空压机电磁阀Ⅱ63和臭氧洗膜电磁阀55。使臭氧通过输气管和膜组件出水管进入膜组件对膜片上的凝胶层进行分解和溶解，去除膜片上的凝胶层。
所述PC-MBR或其他处理工艺采用1过滤-2空曝-3水反冲洗-4空曝的循环方式。采用新技术临界微正压产生微小臭氧泡，并逐步增大在脱离纳米平板陶瓷膜表面的工艺，可减少工艺步骤2空曝-3水反冲洗两个步骤，大大增加系统的过滤时间和效率，并使用臭氧反冲洗后在12小时内不易滋生和附着细菌和胶体物质，水通量可以进一步提高。采用PC-MBR工艺时预处理池臭氧不进入，采用孔径分布小，跨膜压差小，孔径微小的纳米陶瓷膜进行曝气，采用微正压曝气，形成细小均匀数量多的氧气泡，充分利用氧气源，更好的将氧气溶解到水中，提高氧气利用率，增强生化效果，减少能源浪费。
