混凝-微滤膜一体化系统处理村镇饮用水的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种混凝-微滤膜联用一体化设备处理村镇饮用水的装置，包括混凝反应系统、渗透回路和截留区，混凝反应系统包括进水口、出水口、加药口、搅拌器和混凝反应罐体，截留区包括隔膜泵、流量计、反冲洗进水口和回流管道，渗透回路包括膜组件进水口、膜组件出水口和中空纤维膜外压式组件，中空纤维膜外压式组件底部设有膜组件进水口，一侧设有膜组件出水口，所述膜组件进水口依次通过流量计、隔膜泵连接混凝反应系统的出水口，混凝反应系统的进水口通过回流管道连接中空纤维膜外压式组件顶部；中空纤维膜外压式组件底部进水口处连接反冲洗进水口。本实用新型能有效去除重金属、有机物和氟砷等污染物，降低投资成本，且出水稳定，易于维护。
【专利说明】混凝-微滤膜一体化系统处理村镇饮用水的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于环保【技术领域】，涉及含有机物、高氟和砷水体的净化技术，具体地说是一种混凝-微滤膜一体化系统处理村镇饮用水的装置。
【背景技术】
[0002]随着社会的发展和生活水平的提高，人们对饮用水水质要求越来越严格。然而，当前地表水源污染却十分严重，常规水处理方法已经不能满足要求，必须开发新的水处理技术。随着膜技术的进步，人们发现包括微滤和超滤在内的低压操作的膜分离过程能满足要求。膜技术被称为“二十一世纪的水处理技术”，在净水处理中具有广阔的应用前景。膜分离技术的特点是能提供稳定可靠的水质，这是由于膜分离水中杂质的主要原理是机械筛分，因而出水水质仅仅依据膜孔径的大小，与原水水质以及运行条件无关。此外，膜分离还会使水厂用地大大减小，运行操作自动化，使水厂成为真正意义上的“造水工厂”。
[0003]在膜法水处理中，常用的膜主要有四类:微滤膜(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)、反渗透膜(R0)。微滤是一种与常规的粗滤十分相似的膜过程。微孔滤膜具有比较整齐、均匀的多孔结构，孔径为0.05^10 μ m,使过滤从一般只有比较粗糙的相对性质过渡到精密的绝对性质，主要应用于对悬浮液和乳液进行截留。超滤是介于微滤和纳滤之间的一种过程，膜孔径范围为0.05μπι (接近微滤)至Inm (接近纳滤)，超滤的典型应用是从溶液中分离大分子物质和胶体。纳滤是介于超滤与反渗透之间的膜分离技术，能够对小分子有机物等与水、无机盐进行分离，同时满足脱盐与浓缩；反渗透技术是在高于溶液渗透压的作用下依据其他物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来，能够有效去除水中的溶解盐类。实际应用较多的是反渗透膜和纳滤膜，但是反渗透是海水净化和超纯水制备的工艺，除操作压力高，能量消耗大以外，由于处理水“纯度”过高，使水总的矿物质和对人体有益的离子也不能保留，所以用这种方法净水是否适当，已成为目前争论的一个问题。与反渗透相比，超滤和微滤方法由于操作压力低，能量消耗小，近年来在国外作为常规水处理的替代方法的研究和应用越来越多。由于微滤的出水水质更接近城镇水的标准，它的应用研究更受到关注。
[0004]而混凝过程作为水处理工艺流程中不可缺少的前置环节，其效果的好坏往往决定后续工艺流程的处理效果、运行工况、最终水质和制水成本，因此它是水处理中非常重要的研究和开发领域，是目前研究的热点。天然水体中的有机物可分为悬浮态、胶体和溶解态三种，悬浮态和胶体部分通常是分子量较大，溶解度较小的部分，可以被微小固体颗粒所吸附。它们的去除机理与颗粒物的去除机理相似，即通过电性中和、吸附架桥、网捕沉淀得以去除，这部分有机物很容易通过常规水处理工艺得以去除。
[0005]综上所述，膜技术中的微滤和超滤主要用于去除固体微粒；纳滤对小分子量有机物和盐类有很好的去除效果；反渗透只能去除水中的盐分，而对水中的有机物不能去除，某些高价离子和有机物还会污染膜，导致仅用膜技术处理废水已不能满足水质要求。由于水中分子量较小、溶解度较大的有机物具有良好的亲水性而不易被混凝剂的水解产物吸附，在一般混凝条件下去除率很低，因此，迫切需要一种联用处理工艺。
【发明内容】
[0006]针对上述不足，本实用新型的目的在于提供混凝-微滤膜一体化系统处理村镇饮用水的装置。由于中空纤维膜不用支撑体，有很大的填装密度，单位体积内能容纳很多的膜面积，所以本实用新型中选用HQM系列聚丙烯中空纤维膜和HQM系列改性聚砜中空纤维膜。该装置不但可以有效去除重金属、有机物和氟砷等污染物，减少对受纳水体的污染，同时还利于装置的集约化和降低投资成本。
[0007]本实用新型中提出的混凝-微滤膜联用系统处理村镇饮用水的装置，包括混凝反应系统、渗透回路和截留区，其中:混凝反应系统包括进水口 1、出水口 2、加药口 4、搅拌器5和混凝反应罐体3，混凝反应罐体3 —侧上部设有加药口 4，底部两侧分别设有进水口 I和出水口 2，其内设有搅拌器5;截留区包括隔膜泵6、流量计7、反冲洗进水口 11和回流管道12，渗透回路包括膜组件进水口 8、膜组件出水口 10和中空纤维膜外压式组件9，中空纤维膜外压式组件9底部设有膜组件进水口 8，一侧设有膜组件出水口 10，所述膜组件进水口 8依次通过流量计7、隔膜泵6连接混凝反应系统的出水口 2，混凝反应系统的进水口 I通过回流管道12连接中空纤维膜外压式组件9顶部；中空纤维膜外压式组件9底部进水口处连接反冲洗进水口 11。
[0008]本实用新型中，所述搅拌器5为变速搅拌器。
[0009]本实用新型提出的混凝-微滤膜联用系统处理村镇饮用水的装置的操作方法，具体步骤如下:
[0010]将预处理后的村镇饮用水通过进水口流入混凝区预处理，在加药口投入混凝复合药剂，用变速搅拌器混合均匀，水样与混凝剂充分反应，通过压缩双电层、电性中和、网捕卷扫、吸附架桥等机理作用使水中胶体、悬浮颗粒等形成絮体，改变原水中悬浮颗粒的尺寸分布，有效去除有机物等大分子物质，而除氟砷的作用机理为:
[0011](I)吸附，高效混凝剂絮凝沉淀除氟砷过程为静电吸附，含氟砷絮体由于吸附了带电荷的氟砷离子，正电荷被部分中和，钠离子和氢离子作为电荷平衡离子吸附到上面而构成分子吸附；
[0012](2)离子交换。氟离子与氢氧根电荷的半径都相近，其中OH—与F—发生交换，这是高效除氟剂的一个重要的作用方式；
[0013](3)络合沉淀。氟砷离子能与铝、钙、镁、铁等离子形成氟砷络合离子团，在絮凝过程中会形成多种络合物沉降下来，用少量的混凝剂就能可靠去除水中氟砷的效果。
[0014]将预处理后的水样通过隔膜泵流经中空纤维微滤膜，隔膜泵推动其在装置中的循环流动，水样流经微滤膜后，一部分透过液进入下一个处理装置，另一部分浓缩水则回流至混凝区，并对微滤膜定期进行反冲洗以延长其使用寿命，反冲洗水回流至混凝区。整个过程通过压力控制系统实现对运行状况的调节。混凝剂去除的小颗粒和溶解性污染物主要沉到混凝区底部，待反应器内混凝剂吸附饱和后，打开底部闸门，收集并做单独处理。
[0015]本实用新型中，水样的预处理是指:过滤、沉淀去除废水中的悬浮杂质。
[0016]本实用新型中，所述污染物是指重金属、有机物和氟砷中的至少一种。
[0017]本实用新型的有益效果在于:
[0018]本实用新型与现有技术相比，显著优点是:膜技术与混凝工艺结合联用，用以降低膜的处理负荷，提高对水中重金属、有机物和溶解性物质等的去除效果，有效控制出水浊度，保障出水的生物安全性，有巨大的技术和经济优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型的装置示意图。
[0020]图中标号:1为进水口，2为出水口，3为混凝反应罐体，4为加药口，5为变速搅拌器，6为隔膜泵，7为流量计，8为膜组件进水口，9为中空纤维膜外压式组件，10为膜组件出水口，11为反冲洗进水口，12为回流管道。
【具体实施方式】
[0021]以下通过实施例进一步说明本实用新型。
[0022]实施例1:如图1所示，所述装置由混凝反应系统、渗透回路和截留区组成，其中:混凝反应系统包括进水口 I，出水口 2，加药口 4，搅拌器5和混凝反应罐体3，用于混合反应液。截留区包括隔膜泵6，流量计7，渗透区包括膜进水口 8，膜出水口 10，中空纤维膜外压式组件9，用于分离污染物，反冲洗进水口 11，回流管道12。整个系统运行时需要压力控制系统调节。
[0023]向上述反应装置中加入村镇饮用水:
[0024]村镇饮用水从进水口 I进入混凝反应罐体3，同时向加药口 4投入混凝复合药剂，主要成分是钙、镁、铁及铝，打开变速搅拌器5，使水样混合均匀，按照最佳混凝条件(混合时间60S、混合搅拌速度250 r / min、絮凝时间15 min、絮凝搅拌速度60 r / min)下反应，混凝剂通过压缩双电层、电性中和、网捕卷扫、吸附架桥等机理作用使水中胶体、悬浮颗粒等形成絮体，改变原水中悬浮颗粒的尺寸分布，有效去除有机物等大分子物质，而除氟砷的作用机理为吸附、离子交换和络合沉淀，沉淀30 min，悬浮颗粒，小分子有机物，重金属，高氟和砷等形成絮体沉到底部，定期打开底盖清扫，之后打开出水阀和隔膜泵6，通过隔膜泵推动装置的循环流动，水样通过流量计7进入中空纤维膜外压式组件9，水样从中空纤维膜外压式组件进水口 8经含6通道分布的中心管口进水，在中空纤维膜外压式组件9内呈平流状经膜表面错流，可滤过物质在压力差推动下透过中空纤维膜壁进入纤维内孔成为超滤液，再经集流从出水口 10流出进入下一个处理装置，其余则被浓缩成浓缩液经组件壳体另一端含6孔道分布的中心分配管汇集口的回流管道12流出，进入混凝反应区。由于纤维呈规则的自然集束，原液在纤维间流动时，在比较高的流速下呈高度错流状态，对克服膜表面滞流层的浓差极化更有利，耐污量(耐污空间)更大，能够适应更宽广的进水水质或进料条件，减少预处理工艺及其成本，微滤透过液无死角。并在该装置中为了解决堵塞和反冲洗的困难，配套设计了全自动的反冲洗装置，在膜进水口 8处关闭左侧阀门，清水从右侧反冲洗进出口 11处自下而上流动，反冲洗水从上部出水口经回流管道12流入混凝反应区，完成一次循环。
【权利要求】
1.混凝-微滤膜联用系统处理村镇饮用水的装置，包括混凝反应系统、渗透回路和截留区，其特征在于:混凝反应系统包括进水口(I)、出水口(2)、加药口(4)、搅拌器(5)和混凝反应罐体(3)，混凝反应罐体(3) —侧上部设有加药口(4)，底部两侧分别设有进水口(I)和出水口(2)，其内设有搅拌器(5);截留区包括隔膜泵(6)、流量计(7)、反冲洗进水口(II)和回流管道(12)，渗透回路包括膜组件进水口(8)、膜组件出水口(10)和中空纤维膜外压式组件(9)，中空纤维膜外压式组件(9)底部设有膜组件进水口(8)，一侧设有膜组件出水口(10)，所述膜组件进水口(8)依次通过流量计(7)、隔膜泵(6)连接混凝反应系统的出水口(2)，混凝反应系统的进水口(I)通过回流管道(12)连接中空纤维膜外压式组件(9)顶部；中空纤维膜外压式组件(9)底部进水口处连接反冲洗进水口(11)。
2.根据权利要求1所述的混凝-微滤膜联用系统处理村镇饮用水的装置，其特征在于所述搅拌器(5)为变速搅拌器。
【文档编号】C02F9/04GK204162533SQ201420579698
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月9日 优先权日:2014年10月9日
【发明者】张亚雷, 夏圣骥, 陈文
申请人:同济大学