申请日2016.10.17
公开(公告)日2017.03.22
IPC分类号B01D65/10; B01D65/02; C02F1/44; G05D27/02
摘要
一种水处理膜池污染评价及控制的方法，它涉及一种膜池污染的评价及控制的方法。本发明为了解决现有的膜污染导致膜通量下降、膜组件更换和膜清洗的频繁，严重影响了膜技术的经济性和实用性的问题。本发明在膜池底部进水管上、膜池出水管处和清水池进水管口处各设置一台压力变送器或雷达液位计并与PLC控制系统相连，通过PLC系统控制检测膜池和清水池的实际压力值P或水位H，控制膜池系统的进水启动、过滤、反冲洗和膜池排空过程;检测实际压力P或水位H，进行局部水头损失、沿程水头损失和过膜损失TMP的水力计算，得到表征膜污染的阻力系数C/A0.5;以周期性的物理清洗和化学清洗来控制膜池过滤中膜污染情况。本发明用于水处理膜池污染的评价及控制。
摘要附图
权利要求书
1.一种水处理膜池污染评价及控制的方法，其特征在于：它包括以下步骤：
步骤一、在膜池底部进水管上、膜池出水管处和清水池进水管口处各设置一台压力变送器或雷达液位计并与PLC控制系统相连，通过PLC系统控制检测膜池和清水池的实际压力值P或水位H，控制膜池系统的进水启动、过滤、反冲洗和膜池排空过程;
步骤二、根据伯努利方程和检测的实际压力P或水位H，进行局部水头损失、沿程水头损失和过膜损失TMP的水力计算，得到表征膜污染的阻力系数C/A0.5，至此完成了对膜池污染的评价;
步骤三、对阻力系数C/A0.5最大的膜池以周期性的物理清洗和化学清洗，以此来控制膜池过滤中膜污染的情况。
2.根据权利要求1所述一种水处理膜池污染评价及控制的方法，其特征在于：步骤二中的局部水头损失计算公式为：
上式中：
h：膜池到清水池局部水头损失，单位：m;
ε：局部阻力系数;
υ：局部水头损失的计算流速，单位m/s;
沿程水头损失计算公式为：
上式中：
i：水力坡降;
λ：摩阻系数;
d：管子的计算内径，单位m;
υ：平均水流速度，单位m/s;
g：重力加速度，为9.81，单位m/s2;
过膜损失TMP计算公式为：
TMP=μRQ/S
上式中：
TMP：跨膜压差，单位Pa;
μ：水的运动粘滞系数，单位Pa·s;
R：总阻力，单位m-1;
Q：总出水流量，单位m3;
S：总过水膜面积，单位m2;
根据流速和流量关系式:υ=Q/A可估算局部水头损失H局部=aQ2和沿程水头损失H沿程=bQ2，清水池进水口处与膜池顶部出水处的相对水位差与局部水头损失和沿程损失存在以下关系：
H3-H2=aQ2+bQ2=AQ2
上式中：
H2：膜池顶部出水口处绝对水位高度值，单位m;
H3：清水池底部进水口处绝对水位高度值，单位m;
A：管路的损失系数;
Q：总出水流量，单位m3;
根据跨膜压差与流量正比关系，得出膜池底部进水口和膜池顶端出水口的相对水位差与流量关系式：
H1-H2=CQ;
上式中：
H1：膜池底部进水口处绝对水位高度值，单位m;
H2：膜池顶端出水口处绝对水位高度值，单位m;
C：膜的阻力系数;
Q：总出水流量，单位m3;
通过运算：(H1-H2)2/(H3-H2)=C2/A约去流量值，得到表征膜污染的阻力系数C/A0.5，以此系数来评价膜污染。
3.根据权利要求2所述一种水处理膜池污染评价及控制的方法，其特征在于：步骤三中在进行化学清洗之前，在膜池运行初期，进行常规的周期性气水联合反冲洗。
4.根据权利要求3所述一种水处理膜池污染评价及控制的方法，其特征在于：步骤三中的物理清洗和化学清洗的周期随过滤周期增加减少清洗时间间隔。
5.根据权利要求4所述一种水处理膜池污染评价及控制的方法，其特征在于：步骤三中的化学清洗方式：阻力系数比运行初期阻力系数增长200%时，将膜组件浸泡于一定浓度的氢氧化钠中一定时间，以达到化学清洗的效果。
6.根据权利要求5所述一种水处理膜池污染控制方法，其特征在于：氢氧化钠质量浓度为5-30g·L-1。
7.根据权利要求6所述一种水处理膜池污染评价及控制的方法，其特征在于：膜组件的浸泡时间为3-9h。
8.根据权利要求7所述一种水处理膜池污染评价及控制的方法，其特征在于：步骤三中的物理清洗：当阻力系数比运行初期阻力系数增长达100%时，以气水联合反冲对膜池进行物理冲洗，控制反冲洗强度为40-80L/(m2·h)，单位池面积曝气强度为20-60m3/(m2·h)，反冲洗时间为1-2min。
说明书
一种水处理膜池污染评价及控制的方法
技术领域
本发明涉及一种膜池污染评价及控制方法，具体涉及一种水处理膜池污染评价及控制的方法,属于饮用水处理、污水处理及其他采用膜处理的技术领域。
背景技术
近年来，随着经济的快速发展和人口的增加，水资源短缺和水环境污染的双重水危机加剧了当前水资源供需矛盾，使我国水资源问题越发凸显。一方面饮用水源普遍受到污染，另一方面水质需求标准不断提高。而我国目前常规的混凝-沉淀-过滤-消毒工艺已难以去除水源水中日益增多、组分复杂的有机物，同时也可能生成对人体有致癌作用的消毒副产物。因此，发展新兴技术，治理微污染水源特别是去除水中有毒有害物质已成为饮用水处理中亟待解决的问题。
膜技术被称为“二十一世纪的水处理技术”，自开始应用于水处理领域以来，由于其对于颗粒物、细菌和微生物的有效截留而得到广泛关注。在饮用水处理中常用的膜可以分为四类：即微滤膜(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)和反渗透膜(RO)。其中微滤和超滤为低压膜，主要通过膜孔的直接筛除作用去除悬浮分颗粒、细菌以及病毒，且具有极好的稳定性。
然而，膜污染问题被认为是制约膜工艺广泛应用的最大障碍，影响膜池的正常产水。现有膜污染评价均通过膜的跨膜压差来计量，但在膜池产水中产水流量波动较大，跨膜压差难以表征膜污染。因此，目前水厂应用中均采用恒定过滤时间进行膜池的清洗维护，使得膜池的反洗频繁，一方面影响膜组件寿命，另一方面大大增加了反洗水量及电耗，严重影响了膜技术的经济性和实用性。
综上所述，在膜技术应用中，急需一种准确可靠的膜污染评价方法，并根据膜污染评价指标进行指导膜池的清洗，从而提高膜组件的寿命，降低产水运行能耗。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的膜污染导致膜通量下降、膜组件更换和膜清洗的频繁，严重影响了膜技术的经济性和实用性的问题。进而提供一种水处理膜池污染评价及控制的方法。
本发明的技术方案是：一种水处理膜池污染评价及控制的方法包括以下步骤：
步骤一、在膜池底部进水管上、膜池出水管处和清水池进水管口处各设置一台压力变送器或雷达液位计并与PLC控制系统相连，通过PLC系统控制检测膜池和清水池的实际压力值P或水位H，控制膜池系统的进水启动、过滤、反冲洗和膜池排空过程;
步骤二、根据伯努利方程和检测的实际压力P或水位H，进行局部水头损失、沿程水头损失和过膜损失TMP的水力计算，得到表征膜污染的阻力系数C/A0.5;
步骤三、对阻力系数C/A0.5最大的膜池以周期性的物理清洗和化学清洗，以此来控制膜池过滤中膜污染的情况。
进一步地，步骤二中的局部水头损失计算公式为：
上式中：
h：膜池到清水池局部水头损失，单位：m;
ε：局部阻力系数，见给水排水设计手册第1册《常用资料》;
υ：局部水头损失的计算流速，单位m/s;
沿程水头损失计算公式为：
上式中：
i：水力坡降;
λ：摩阻系数;
d：管子的计算内径，单位m;
υ：平均水流速度，单位m/s;
g：重力加速度，为9.81，单位m/s2;
过膜损失TMP计算公式为：
TMP=μRQ/S
上式中：
TMP：跨膜压差，单位Pa;
μ：水的运动粘滞系数，单位Pa·s;
R：总阻力，单位m-1;
Q：总出水流量，单位m3;
S：总过水膜面积，单位m2;
根据流速和流量关系式:υ=Q/A可估算局部水头损失H局部=aQ2和沿程水头损失H沿程=bQ2，清水池进水口处与膜池顶部出水处的相对水位差与局部水头损失和沿程损失存在以下关系：
H3-H2=aQ2+bQ2=AQ2
上式中：
H2：膜池顶部出水口处绝对水位高度值，单位m;
H3：清水池底部进水口处绝对水位高度值，单位m;
A：管路的损失系数;
Q：总出水流量，单位m3;
根据跨膜压差与流量正比关系，得出膜池底部进水口和膜池顶端出水口的相对水位差与流量关系式：
H1-H2=CQ;
上式中：
H1：膜池底部进水口处绝对水位高度值，单位m;
H2：膜池顶端出水口处绝对水位高度值，单位m;
C：膜的阻力系数;
Q：总出水流量，单位m3;
通过运算：(H1-H2)2/(H3-H2)=C2/A约去流量值，得到表征膜污染的阻力系数C/A0.5。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
针对水厂在产水流量波动大或压力无法恒定时，提供一种仅利用液位雷达计或压力变送器，对膜污染进行评价及污染控制的方法，既不用增加设备耗材及工艺能耗又能保证膜污染评价的准确性。通过及时有效的物理反洗及化学清洗，使得清洗效率提升10%～45%，并节省电耗12%～30%，减少膜组件的更换，延长膜组件寿命20%～30%。
