[发明专利]基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理技术

说明书

一种基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理工艺，该工艺采用一体式膜混凝反应器，所述反应器主要包括：膜池，以及设置于同一膜池内的低压膜组件和曝气装置，膜池通过管路串联抽吸泵与混凝剂投加池相连；膜池底部还设置有排泥阀；混凝剂通过混凝剂投加池注入膜池内，通过间歇式分批投加的方式使混凝剂水解絮体在膜表面形成“三明治”式松散保护层，原水进入膜池内经过絮体层吸附和膜处理后出水。该处理技术能够在保证出水水质的同时，有效减缓膜污染，尤其是小分子有机物引起的膜污染。该技术采用吸附工艺与膜工艺一体化处理装置，有效地降低了占地面积。

技术领域

本发明属于水处理和膜污染控制技术领域，具体涉及一种基于“三明治”式松散絮体保护层的低压膜水处理技术。

背景技术

膜在水处理中的应用越来越广泛。截至目前，膜的应用几乎呈指数增长。但随着运行时间的增加，污染物会逐渐在膜孔或膜表面累积，导致膜的污染不可避免，尤其小分子有机污染物。膜污染后不仅水力阻力增大，且跨膜压差增长迅速，进而较大程度地增加了膜过滤过程中的能耗。

以往的研究表明，膜孔吸附、膜孔堵塞和膜表面滤饼层是引起低压膜污染的重要原因，而膜孔吸附和膜孔堵塞往往成为过滤初期膜污染的主要因素。过滤初期膜通量下降越严重，表明膜孔堵塞的概率越大。随着运行时间的增加，滤饼层逐渐成为主要污染因素，膜通量下降速率相对降低。

为了有效减缓膜污染，膜前预处理非常重要。专利申请CN101279805A公开了《膜法饮用水处理工艺方法与设备》，一种膜法饮用水处理设备，包括：预处理单元、混凝池、膜分离池。混凝/吸附是水处理过程中传统的污染物去除技术，并在实际水厂运行过程中得到了广泛应用，但经过沉淀单元后，小分子有机污染物并不能有效去除，大多数进入膜池并吸附于膜孔，或形成致密的滤饼层进而引起严重的膜污染。相对而言，基于传统混凝或吸附技术的膜法水处理技术占地面积较大。为了有效解决上述问题，开发了无沉淀单元的短流程膜处理工艺。然而，已有的工程实践表明该工艺膜池内排泥量较大，运行过程中需进行频繁地排泥，且膜池内易滋生微生物。因此，将吸附剂与低压膜直接结合的一体式膜组合工艺逐渐受到重视。

专利申请CN103566762A公开了《一种浸没式超滤系统》，混凝剂投加在浸没式超滤膜进水泵的吸水口处，投加混凝剂的原水进入浸没式超滤膜池内进行过滤。采用在线混凝与浸没式超滤膜的组合工艺，同时超滤膜反冲洗水再回入原水管路中，进行回用。而且浸没式超滤系统底部设有排泥槽，可定期排出污泥，保证了浸没式超滤膜的稳定运行。专利申请CN105948236A公开了《一体式膜混凝反应器(MCR)和水处理工艺》，其中一体式膜混凝反应器(MCR)，包括：膜池，以及设置于同一膜池内的膜组件和曝气装置；膜池通过管路串联抽吸泵与混凝剂投加池相连接；膜池底部还设置有排泥阀；反应器还设置有膜池出水口。实现了混凝工艺与膜工艺一体化，在保证污染物去除效率的同时，有效地降低了占地面积。

对一体式膜组合工艺而言，一方面，目前报道所用吸附剂价格较高，如活性氧化铝、活性氧化铁、碳纳米管、纳米零价铁等。另一方面，部分吸附剂长期运行时易刮伤超滤膜，如粉末活性炭。此外，尽管大量吸附剂注入膜池，但由于所用吸附剂多为颗粒性，较难在膜表面形成保护层，或仅在超滤膜表面形成单一保护层。随着运行时间的增加，小分子有机污染物仍能穿过吸附剂保护层到达膜表面，同时污染物逐渐在吸附剂保护层表面又形成较致密的污染层，加剧了膜污染。

基于此，有必要进一步探索合适的吸附剂及有效减缓膜污染的方法。大量工程实践表明，铝盐和铁盐是水处理中常用的混凝剂或吸附剂。由于絮体较强的吸附能力，可高效地去除污染物且絮体本身几乎不导致膜污染。絮体以其松散性易在膜表面形成保护层。因此，通过在膜池底部曝气，将絮体注入膜池并充分悬浮于膜池内，以逐渐在膜表面形成松散的絮体保护层。通过松散絮体保护层的吸附/截留性能，有效去除污染物。为了有效克服单一保护层的弊端，将絮体分批次注入，以在超滤膜表面形成“三明治”松散絮体保护层，充分发挥吸附剂作用的同时高效去除小分子有机污染物，以此有效地减缓膜污染。

发明内容