混凝-高效沉淀-气浮/气提-膜一体化装置及减轻膜污染的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水处理的膜组合工艺方法及装置技术领域，具体涉及一种混凝-高效沉淀-气浮/气提-膜一体化装置及减轻膜污染的方法。
【背景技术】
[0002]近年来，为满足日益严格的生活饮用水卫生标准，膜处理领域的微滤、超滤、反渗透等技术得到了越来越多的研究与应用。在饮用水处理中，中空纤维式的微滤膜和超滤膜的应用较为广泛。膜过滤过程中，水中的微粒、胶体颗粒或者溶质大分子等与膜接触并与膜发生物理化学作用或机械作用，这些微粒、胶体颗粒或者溶质大分子容易造成膜表面污染、膜孔收缩，甚至是膜孔堵塞，引起膜通量减小以及膜的分离性能降低，导致膜发生不可逆的污染。因而在膜组合工艺领域，出现了很多能提高膜滤效果、减轻膜污染的组合工艺，如:混凝-膜、气泡-膜和混凝-气提-膜等。
[0003]CN 101774731 A公开了一种减轻膜污染的强化混凝-气提-膜的一体化方法及装置，该方法是向原水中投加混凝剂和助凝剂并施以水力条件进行强化混凝反应，然后将混凝后的原水输送到外压式中空纤维膜组件中过滤并施以气流循环提升处理。虽然采用该工艺和一体化装置可在一定程度上减轻膜污染的程度，但是，采用所述一体化装置进行水处理时，由于絮体与膜表面是直接接触的，容易引起膜孔堵塞，而在曝气产生的气泡的撞击作用下，絮体会破碎成更小的絮体，这些小的絮体会严重加剧膜孔收缩和膜孔堵塞污染，因此，使用该一体化装置进行水处理存在着无法有效地避免膜污染、容易造成膜的使用寿命缩短的问题，为了延长膜的使用寿命并保证水处理的效果和效率，需要频繁清洗膜组件，这将造成设备的运行和维护成本过高等问题。因此，若能在该混凝-气提-膜一体化装置的基础上，开发出能够减轻曝气产生的气泡对膜产生的副作用、提升膜的抗污染能力的装置和方法，将对水处理领域产生重要的实际意义。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足，首先提供一种混凝-高效沉淀-气浮/气提-膜一体化装置，以有效缓解曝气引起的絮体破裂对膜性能造成的不利影响。本发明的另一目的是在前述装置的基础上提供一种减轻膜污染的方法。
[0005]本发明提供的混凝-高效沉淀-气浮/气提-膜一体化装置，包括混凝反应器、壳体、外压式中空纤维膜组件、曝气组件、反冲洗水进水管、絮体排放管和出水管，混凝反应器的出水口通过管件与壳体底部的进水口连通，曝气组件由空气扩散器和鼓风机组成，空气扩散器位于外压式中空纤维膜组件的下方，鼓风机通过管件与位于壳体底部内的空气扩散器连通，反冲洗水进水管和絮体排放管分别连通于壳体底部，外压式中空纤维膜组件位于壳体内且沿壳体的轴向布置，其上端部设有第一隔板，外压式中空纤维膜组件的净化水出口位于第一隔板之上，第一隔板上部的壳体内腔为出水区，出水区与位于壳体顶部的出水管相通；
[0006]该装置还包括位于壳体内部的斜板沉淀组件和第一隔板上设置的与壳体外部连通的排气管，位于壳体内部的斜板沉淀组件由重叠摞接的空心圆台或者空心正棱台和位于各空心圆台或者空心正棱台之间的支撑杆组成，各空心圆台或者空心正棱台的上、下底开放，重叠摞接的各空心圆台均按照上底开口朝上、下底开口朝下且位于同一轴线的方式固定在下方空心圆台侧面伸出的支撑杆上，或者重叠摞接的各空心正棱台均按照上底开口朝上、下底开口朝下且位于同一中心线的方式固定在下方空心正棱台侧面伸出的支撑杆上，各空心圆台或者空心正棱台侧面伸出的支撑杆至少为三根；
[0007]斜板沉淀组件沿壳体的轴向布置，套接在外压式中空纤维膜组件外且斜板沉淀组件的外边缘与壳体的内壁之间设有供絮体下沉的缝隙，或者外压式中空纤维膜组件套接在斜板沉淀组件外且斜板沉淀组件与外压式中空纤维膜组件之间设有筒状的第二隔板，斜板沉淀组件的外边缘与第二隔板内壁之间设有供絮体下沉的缝隙，第二隔板的下端与壳体底部相连，其上开有缺口，上端与第一隔板之间形成出水缝。
[0008]上述一体化装置的斜板沉淀组件中，空心圆台的侧面上沿空心圆台母线的方向设有开口于空心圆台侧面上、下边缘的空心管；空心正棱台的侧面上沿空心正棱台的斜高方向设有开口于空心正棱台侧面的上、下边缘的空心管。
[0009]上述一体化装置的斜板沉淀组件中，相邻的空心圆台的下底面之间的距离D1S40?100mm，空心圆台的母线与水平面的夹角α为55?60° ;相邻的空心正棱台的下底面之间的距离02为40?100mm，空心正棱台的斜高与水平面的夹角β为55?60°。
[0010]上述一体化装置的斜板沉淀组件中，空心圆台的母线长度1^为250?500mm ;空心正棱台的斜高1^2为250?500_。
[0011]上述一体化装置中，第二隔板上端与第一隔板之间形成的出水缝处设置有滤网，该滤网能有效阻止水中的絮体从出水缝进入外压式中空纤维膜组件中。上述一体化装置中，当外压式中空纤维膜组件套接在斜板沉淀组件外时，斜板沉淀组件的下方还设有空气扩散器。优选的方案为，当外压式中空纤维膜组件套接在斜板沉淀组件外时，斜板沉淀组件的下方还设有空气扩散器，同时在第二隔板上端与第一隔板之间形成的出水缝处设置有滤网，这样在空气扩散器的作用下，絮体更容易随水流上升，而滤网能有效阻止随水流和气泡上升的絮体进入外压式中空纤维膜组件中，该优选方案尤其适用于原水浊度较高，混凝时产生的絮体较多的情况。
[0012]上述一体化装置中，所述空气扩散器为扩散板、平板型空气扩散器、膜片式空气扩散器、凸形曝气盘或者环形曝气头；所述混凝反应器为带混合设备的反应池、管道混合器或者为二者的组合。
[0013]上述一体化装置中，第二隔板的下端开设的缺口作用是让从外压式中空纤维膜组件上滑落的絮体通过该缺口进入斜板沉淀组件下方由絮体排放管排出。
[0014]本发明提供的减轻膜污染的方法是在使用上述一体化装置的基础上，按照以下步骤操作:
[0015]将原水通入混凝反应器中，先按10?80mg/L投加混凝剂并依次施加这样的水力条件进行混凝处理，快速搅拌阶段的G值为100?100s \搅拌时间为1s?2min，慢速搅拌阶段的G值为20?70s \搅拌时间为20?25min，然后将混凝处理后的水输入所述一体化装置中，在曝气条件下进行气提/气浮、沉淀和膜过滤处理即可。
[0016]上述方法中，在投加混凝剂之前，先向混凝反应器中按0.02?30mg/L投加粉末活性炭或者硅胶。
[0017]上述方法中，在快速搅拌阶段后，按I?2.5mg/L投加粒径为0.1?0.15mm的砂粒再进行慢速搅拌。投加砂粒的作用是使混凝形成的絮体的质量和密度增加，使絮体更密实，从而提高沉降效果。
[0018]上述方法中，混凝剂为氯化铝、硫酸铝、聚合铝盐、聚合铁盐、聚合氯化铝铁或聚丙烯酰胺中的至少一种。
[0019]上述方法中，由于气泡可产生气浮、气提作用，带动水流在膜组件内进行循环、扰动，同时气泡也能在膜表面产生剪切作用，减轻水中絮体和残余小粒径颗粒在膜表面造成的污染，延长膜组件的运行周期，故控制曝气产生的气泡直径为10 μπι?10mm。
[0020]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0021]1.由于本发明提供了一种新型结构的混凝-高效沉淀-气浮/气提-膜一体化装置，该一体化装置是将中空纤维膜组件、斜板沉淀组件和曝气组件有机结合，其中斜板沉淀组件能够使进水中的絮体与气泡得以及时分离，大大降低絮体与膜直接接触和絮体破裂的几率，从而有效减轻因絮体破裂对膜表面造成的污染和膜孔堵塞；同时，曝气组件产生的气泡可产生气浮、气提作用，带动水流在膜组件内进行循环、扰动，或者是在膜表面产生剪切作用，从而减轻浓差极化、降低浓差极化阻力，减少水中絮体、残余小粒径颗粒对在膜上的吸附造成膜表面污染，因此，使用该一体化装置进行水处理，可有效降低膜组件的清洗频率，延长膜组件的使用寿命并降低设备的运行和维护成本。
[0022]2.由于本发明提供的一体化装置中的斜板沉淀组件是由重叠摞接的空心圆台或者空心正棱台和支撑杆组成，它们能够在有限的空间中大幅有效增加絮体的沉淀面积，特别是在所述空心圆台和