一种新型水处理系统及工艺

一种新型水处理系统及工艺
1.本发明属于水处理技术领域，公开了一种新型水处理系统及工艺，具体公开了一种超滤膜同时耦合粉末活性炭和颗粒活性炭的新型水处理系统及工艺。


背景技术：

2.当前超滤工艺主要应用于饮用水处理当中，因为其可以通过超滤膜的截留作用去除颗粒物和水中病原微生物，大大提高了饮用水的安全性，并且由于其占地面积小，出水水质好以及对原水适应性较强的特点已经成为饮用水处理的一个发展趋势。
3.尽管超滤膜工艺在净水效能上存在较大的优势，但是该工艺也存在一些问题，包括超滤膜对于可溶性有机物特别是低分子量有机物的去除效果有限以及长期存在困扰的膜污染问题：对低分子量有机物的去除效果的局限性使得超滤膜不得不和其他一些水处理工艺如粉末活性炭吸附相结合以提高出水水质。膜污染会导致超滤膜透水性能降低，造成超滤膜运行压力升高或透水通量下降，特别是粉末活性炭直接加入超滤系统中，将导致大量活性炭在膜上的附着，从而进一步加剧膜污染的形成。当膜污染到达一定程度时，需要停止运行，并对超滤膜进行化学清洗以恢复其透水性。因此，超滤膜污染使工艺的运行维护成本增加，影响工艺运行的稳定性。
4.基于上述分析，一种能提升超滤出水水质且可有效控制膜污染形成，实现膜系统长期稳定运行的水处理工艺是目前行业内亟需的。


技术实现要素：

5.鉴于上述不足，本发明的目的是为了解决当前超滤水处理技术中存在无法有效去除低分子量有机物、氨氮等污染物，超滤膜污染问题、清洗工艺复杂以及维护成本高等缺点，而提供一种新型粉末活性炭和颗粒活性炭及超滤同时耦合的水处理工艺，通过粉末活性炭提高超滤对原水水质的处理效果协同流态化颗粒活性炭的刮擦作用控制膜污染的形成及粉末活性炭在膜表面的附着，提高工艺整体的运行稳定性。
6.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
7.一种新型水处理系统，包括：
8.原水罐(1)；
9.原水罐(1)依次连通一级提升泵(2)，超滤膜过滤器(5)，二级蠕动泵(9)以及产水罐(10)；
10.一级提升泵(2)与超滤膜过滤器(5)通过超滤膜过滤器进水管道(3)相连，在超滤膜过滤器进水管道(3)处还设置有一压力传感器(4)；
11.超滤膜过滤器(5)还通过浓水回流管道(6)与原水罐(1)相连，通过超滤膜过滤器出水管道(8)与二级蠕动泵(9)相连，通过调节蠕动泵流速，控制选择整个工艺的出水流速；在超滤膜过滤器出水管道(8)处还设置有一压力传感器(7)。
12.进一步的，所述原水罐(1)顶部设置一搅拌机(11)，内部填充合适浓度的粉末活性炭(12)，通过旋转搅拌机使其在原水中分散均匀。
13.进一步的，所述超滤膜过滤器(5)外部为过滤器外壳(14)，内部设有超滤膜(15)，超滤膜(15)周围用颗粒活性炭(13)填充，保证水流能够带动颗粒活性炭使其在膜表面进行流化。
14.本发明还公开了一种应用任一上述新型水处理系统进行水处理的工艺，包括：
15.(1)原水由原水罐(1)，经一级提升泵(2)，进入进水管道(4)，和超滤膜过滤器(5)，在超滤膜过滤器(5)中进行大分子量污染物质和悬浮物质的截留和吸附；
16.(2)超滤膜过滤器(5)后出水经由超滤膜过滤器出水管道(8)、二级蠕动泵(9)进入产水罐(10)，浓水循环管道(6)，循环至原水罐(1)。
17.本发明的有益效果在于：
18.1、本发明的水处理方法，通过在膜反应器中耦合流态化颗粒活性炭，颗粒活性炭在反应室中具有刮擦膜表面的作用，可以有效的缓解膜污染，提高反应器的运行周期，而且通过颗粒刮擦的作用控制膜污染的形成以及粉末活性炭在膜表面的附着，相比于现有的膜污染控制技术能够以更低的能耗达到更好的膜污染控制效果。在水处理体系中同时添加粉末活性炭和颗粒活性炭，通过二者的协同作用，从而进一步提高整体系统的运行稳定性，实现长时间高效的水处理效果。
19.2、进一步通过对将粉末活性炭和颗粒活性炭与超滤膜同时进行耦合，添加粉末活性炭的作用弥补了超滤膜对一些可溶性有机物去除效果有限的弊端，提高了整个工艺对水质的处理效果。粉末活性炭是具有非常大比表面积的多孔物质，对水中的cod、氨氮、离子等都有良好的吸附作用。活性炭的吸附可分为物理吸附和化学吸附。
20.①
物理吸附：主要发生在活性炭去除液相和气相中杂质的过程中，活性炭的多孔结构提供了大量的表面积，从而使其非常容易达到吸收收集杂质的目的。正因为如此，活性炭孔壁上的大量的分子可以产生强大的引力，从而达到将介质中的杂质吸引到孔径中的目的。
21.②
化学吸附：除了物理吸附之外，化学反应也经常发生在活性炭的表面。活性炭不仅含碳，而且在其表面含有少量的化学结合、功能团形式的氧和氢，例如羧基、羟基、酚类、内脂类、醌类、醚类等.这些表面上含有地氧化物或络合物可以与被吸附的物质发生化学反应，从而与被吸附物质结合聚集到活性炭的表面。
附图说明
22.图1为本工艺的整体结构示意图；图中：原水罐1、一级提升泵2、超滤膜过滤器进水管道3、压力传感器4、超滤膜过滤器5、浓水回流管道6、压力传感器7、超滤膜过滤器出水管道8、二级蠕动泵9、产水罐10、搅拌机11、粉末活性炭12、颗粒活性炭13。
23.图2为本工艺过滤器5细节图；图中：颗粒活性炭13、过滤器外壳14、超滤膜15。
具体实施方式
24.下面结合附图和实施例对本发明的内容作进一步描述。
25.实施例1
26.如图1所示，本发明提供了一种新型水处理系统，包括：
27.原水罐(1)、过滤器(5)和产水罐(10)；
28.所述原水罐(1)的内腔内装有合适浓度的粉末活性炭；
29.所述过滤器(5)包括过滤器外壳(14)、安装在所述过滤器外壳(14)内腔的超滤膜(15)和颗粒活性炭(13)；
30.所述原水罐(1)的出水口与所述过滤器(5)的进水口管路相连，所述过滤器(5)的产水口与所述产水罐(10)的进水口管路相连，所述过滤器(5)的废水口与所述原水罐(1)的进水口管路相连；所述原水罐(1)与所述过滤器(5)的连接管路上设置一级提升泵(2)和第一压力传感器(4)，所述过滤器(5)与所述产水罐(10)的连接管路上设置二级蠕动泵(9)和第二压力传感器(7)。
31.原水由原水罐(1)，经一级提升泵(2)，进入进水管道(4)，和超滤膜过滤器(5)，在超滤膜过滤器(5)中进行大分子量污染物质和悬浮物质的截留和吸附。超滤膜过滤器后出水经由超滤膜过滤器出水管道(8)、二级蠕动泵(9)进入产水罐(10)，错流浓水循环管道(6)，循环至原水罐(1)。
32.超滤膜过滤组件的参数条件包括但不限于本例。滤膜采用平板式聚醚砜超滤膜，截留分子量为150kda，出水流量为30lmh，颗粒活性炭大小为1.12mm-2.15mm，粉末活性炭添加量为50-300mg/l。
33.具体处理步骤如下：
34.(1)粉末活性炭吸附：
35.将原水中根据浊度、总有机碳含量等指标的检测，选取合适的粉末活性炭的浓度加入到进料液当中，通过旋转搅拌的方法，使粉末活性炭在料液中分散均匀。本例中水样总有机碳含量为9.83mg/l，浊度为7.19ntu选用50-300mg/l粉末活性炭加入到原水罐中。粉末活性炭是具有非常大比表面积的多孔物质，对水中的cod、氨氮都有良好的吸附作用。
36.(2)进料：
37.将料液加入到原水罐中经过进水管道进入一级提升泵，再通过超滤膜过滤器进行超滤，通过调节一级提升泵的流速调节进料液体的水流速度。
38.(3)安装膜组件：
39.颗粒活性炭采用先进工艺精制加工而成，外观呈黑色不定型颗粒，具有发达的孔隙结构、良好的吸附性能、机械强度高、易反复再生、造价低等特点，
40.将颗粒活性炭和超滤膜组装进膜池当中，使颗粒活性炭填充至膜组件空腔中并使其和超滤膜表面直接接触，本例中颗粒活性炭的填充体积为空腔的35-50％，并且在膜池上下的进出口放置铁丝筛网，筛网孔径允许粉末活性炭通过但阻止颗粒活性炭进出，防止颗粒活性炭进入管道影响装置运行，本例选择筛网孔径为0.5mm；
41.(4)进料液侧一级提升泵：
42.通过调节一级提升泵的流速，使进料液流速能够带动颗粒活性炭进行流化，并且使颗粒活性炭的流化高度能够覆盖到整个有效的过滤膜面积，颗粒流化床主要是通过流化床层的颗粒的刮擦作用能够有效消除膜表面的浓差极化层，控制的膜污染主要是可逆膜污染的形成以及粉末活性炭在膜表面的附着。
43.(5)回流：
44.对错流过滤中未透过超滤膜的浓水经过回流管道回流至原水罐再继续循环过滤。
45.(6)出料：
46.经过超滤膜过滤器后的出水经由二级蠕动泵将收集至产水罐中，可以通过调节蠕动泵流速保证出水量。
47.本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种新型水处理系统，包括：原水罐(1)；原水罐(1)依次连通一级提升泵(2)，超滤膜过滤器(5)，二级蠕动泵(9)以及产水罐(10)；一级提升泵(2)与超滤膜过滤器(5)通过超滤膜过滤器进水管道(3)相连，在超滤膜过滤器进水管道(3)处还设置有一压力传感器(4)；超滤膜过滤器(5)还通过浓水回流管道(6)与原水罐(1)相连，通过超滤膜过滤器出水管道(8)与二级蠕动泵(9)相连，在超滤膜过滤器出水管道(8)处还设置有一压力传感器(7)。2.根据权利要求1所述的系统，其中：所述原水罐(1)顶部设置一搅拌机(11)，内部填充粉末活性炭(12)。3.根据权利要求1所述的系统，其中：所述超滤膜过滤器(5)外部为过滤器外壳(14)，内部设有超滤膜(15)，超滤膜(15)周围用颗粒活性炭(13)填充。4.一种应用权利要求1～3任一所述新型水处理系统进行水处理的工艺，包括：(1)原水由原水罐(1)，经一级提升泵(2)进入进水管道(4)和超滤膜过滤器(5)，在超滤膜过滤器(5)中进行大分子量污染物质和悬浮物质的截留和吸附；(2)超滤膜过滤器(5)后出水经由超滤膜过滤器出水管道(8)、二级蠕动泵(9)进入产水罐(10)，浓水循环管道(6)，循环至原水罐(1)。

技术总结
本发明公开了一种新型水处理系统及工艺，使用超滤膜同时耦合颗粒活性炭和粉末活性炭进行水处理，包括原水罐，原水罐连通有一级提升泵，一级提升泵连通有超滤膜过滤器，超滤膜过滤器连通有二级蠕动泵，二级蠕动泵连通有产水罐，在原水罐中添加粉末活性炭，通过旋转搅拌机使其在原水中分散均匀；在超滤膜过滤器中添加颗粒活性炭以及超滤膜片；在膜组件后端安装二级蠕动泵，通过调节蠕动泵流速，控制选择整个工艺的出水流速。本发明提高了整个工艺对水质的处理效果，通过进一步耦合流态化颗粒活性炭，借助水力冲刷的作用控制膜污染的形成以及粉末活性炭在膜表面的附着，能够以更低的能耗达到更好的膜污染控制效果，实现长时间高效的水处理效果。的水处理效果。的水处理效果。


技术研发人员：蔡玮玮 余思佳 王静伟
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2022.03.25
技术公布日：2022/5/25