专利名称：膜反洗水回流提高膜系统产水率方法
技术领域：
本发明属于水处理技术，具体涉及一种对膜反洗水进行回收处理再利用的技术方法。
背景技术：
饮用水的安全性对人体健康至关重要，但是随着水源污染的加剧，水体中的致病原生动物“两虫”、藻类大量繁殖引起的藻毒素和消毒副产物等问题的出现，使得传统给水处理技术已经不能满足日益严格的饮用水质标准的要求。膜分离方法被认为是当今制备优质安全饮用水重要的技术手段之一，并得到普遍认可。超滤和微滤技术因操作压力低、出水水质稳定等优点，具有代替传统给水处理工艺的潜力，已成为应用最为广泛的膜技术。但超滤膜和微滤膜在运行过程中，由于被截留的污染物在膜表面的不断累积，形成滤饼层并导致跨膜压差(TMP)增大或膜通量降低。为保证膜系统的稳定运行，需要定期对膜组件进行反洗，这将消耗大量的处理水，导致系统的回收率降低，这部分反洗水简称为膜反洗水。尤其是在冬天气温较低的时期，随着水温的降低水体粘度增大，中试膜系统通常会采用降低通量和频繁的反冲洗来维持系统的稳定运行，而使得产水率更低。因此，如何有效回收膜反洗水以提高系统产水率和降低成本是超滤或微滤技术在饮用水处理应用中必须要解决的一个问题。膜反洗水的回收有两种方案方案一是新建专门处理反洗水的装置；方案二是将反洗水直接回流至水厂的调节池，与原水混合后再进入膜过滤系统。采用方案一，需要另建一套独立的膜反洗水回收处理系统，增加投资且运行管理较复杂；采用方案二，膜反洗过程中冲洗下来的污染物会造成水厂原水的污染，而且重新进入膜系统后，势必增加投药量和膜污染速率。在此背景下，综合考虑以上两种回收方案的优缺点，尝试对膜反洗水首先进行预处理，将膜反洗水中的污染物转化至固相通过污泥沉淀而去除，然后使预处理出水回流至水厂的调节池与原水混合，这样既可以避免新建膜反洗水回收系统的高成本问题，又解决了直接回流时造成的膜污染加剧。
发明内容
本发明的目的是，提供一种对膜反洗水进行回收处理再利用的方法，以提高膜系
统产水率。膜反洗水回流提高膜系统产水率方法，采用铁盐混凝和活性炭吸附对膜反洗水进行预处理，将预处理过的膜反洗水上清液回流至调节池与水厂清洁水混合后再进入系统对超滤膜或微滤膜进行清洗，其具体预处理方法由以下步骤完成(1)待膜反洗水进入预处理反应器的同时，向预处理反应器中投加铁盐，反应时间 10 20min ；(2)然后向预处理反应器中投加粉末活性炭，反应时间30 40min ；(3)所述铁盐和粉末活性炭投加量根据反洗水中的有机物含量确定，当膜反洗水中的高锰酸盐指数为5. 0+0. 5mg/L时，铁盐投加量的参考值为15mg/L，粉末活性炭投加量的参考值为10mg/L ；若处理效果不佳，可增加30%的铁盐和粉末活性炭的投加量；(4)预处理反应器以搅拌和曝气方式提供搅拌混合，使铁盐和粉末活性炭能与膜反洗水中的有机污染物充分接触反应，形成的铁盐絮凝体和粉末活性炭颗粒通过沉淀去除，达到净化膜反洗水的目的。膜反洗水是指对超滤膜或微滤膜的膜组件进行反洗或清洗的废水。铁盐是指氯化铁、或者是硫酸铁、或者是聚合氯化铁、或者是聚合硫酸铁。粉末活性炭是指粒径小于0. Imm具有吸附功能的多孔性炭，其外观为粉末状。若膜反洗水中的小分子有机物含量较少，在预处理反应器中经铁盐混凝工艺处理后，能够满足水厂清洁水的水质要求时，可以不投加粉末活性炭。本发明的有益效果在于在给水处理中，本发明采用将膜反洗水经铁盐混凝和活性炭吸附预处理后回流至调节池，不会对膜系统出水水质造成影响，使之满足《生活饮用水卫生标准》的要求，有效提高了给水处理系统的回收率，对缓解我国日益严峻的水资源供需矛盾有重要意义。该方法自动化程度高，操作简单方便，运行费用低，可以推广到采用常规处理工艺的水厂，具有广阔的应用前景。
所示附图为本发明实施例的实验装置系统图。
具体实施例方式以下通过具体实施例对本发明的方法步骤做进一步的说明。同时本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。膜反洗水回流提高膜系统产水率方法，膜反洗水是指对超滤膜或微滤膜的膜组件进行反洗或清洗的废水。本实施例利用铁盐混凝-微滤工艺模拟生活饮用水制备系统进行 (见附图)。本发明中的膜反洗水即来自水处理系统。用于水处理微滤工艺的中空纤维膜组件每30min进行一次反洗，以恢复超滤膜的通量。铁盐采用的是氯化铁；粉末活性炭采用的是粒径小于0. Imm的多孔性炭。本发明可以对两种水处理工艺的膜反洗水进行回流预处理。实施例1.沉淀-超滤工艺膜反洗水的回收膜反洗水中有机物的分子量分布见附表1，这部分有机物主要分布在分子量大于 30kDa和小于IkDa的区间内(Da为分子量单位，道尔顿)，这两个区间内的溶解性有机碳 (DOC)分别占总有机物DOC值的44. 2%和30. 8%，可见膜反洗水预处理的重点是这两个区间的有机物。按照膜反洗水具体预处理方法步骤(1)待膜反洗水进入预处理反应器的同时，向预处理反应器中投加20mg/L的氯化铁，反应时间为20min。(2)然后向预处理反应器中投加粉末活性炭10mg/L(以下简称PAC)，反应时间为 30mino(3)本实施例中膜反洗水中的高锰酸盐指数平均值为3. 5mg/L。(4)预处理反应器以曝气方式提供搅拌混合，使铁盐和粉末活性炭能与膜反洗水中的有机污染物充分接触反应，形成的铁盐絮凝体和粉末活性炭颗粒通过沉淀去除。实施例试验结果表明经铁盐混凝-PAC吸附预处理后，膜反洗水的平均CODsfa能够由2. 3 5. 4mg/L降低到2. 2 2. 5mg/L,同时DOC平均值由3. 89mg/L降低到3. 15mg/L。处理后的膜反洗水回流，不会对膜系统出水水质造成明显的影响。与作为水厂原水的天然地表水源水按比例混合得到混配水；混配水经混凝-微滤膜系统处理后，其水质与处理后的天然地表水无明显的差异(见附表幻，并且均满足《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)的要求。实施例1的膜反洗水经预处理回收后，能够将生活饮用水处理系统的回收率由原来的88. 2%提高到98. 8%0实施例2.砂滤-超滤工艺膜反洗水的回收膜反洗水中有机物的分子量分布见附表3，这部分有机物主要分布在分子量大于30kDa和小于IkDa的区间内，这两个区间内DOC分别占到总有机物DOC值的54. 1 %和 28. 4%，与天然地表水源相比，膜反洗水中分子量介于30-3kDa的有机物含量显著降低；分子量大于30kDa的有机物含量明显升高，其含量为地表水源的5. 9倍，分子量小于IkDa区间内的有机物与地表水源差异不显著。采用的预处理工艺与实施例1方法相同。实施例试验结果表明当FeCl3的投加量为15mg/L，反应时间为20min ；PAC的投加量为10mg/L，反应时间为30min。经铁盐混凝-PAC吸附预处理后，反洗水的平均CODsfa能够由2. 1 5. 5mg/L降低到1. 6 2. 2mg/L,同时DOC平均值由4. 2mg/L降低到3. 3mg/L。膜反洗水通过铁盐混凝-PAC吸附预处理后，有机物浓度有所降低，其出水水质优于地表水源。由此可见，经本发明方法处理后的膜反洗水与地表水源混合后再次进入膜系统，对膜出水水质不会造成明显的影响。实例实验的结果也表明，反洗水经FeCl3和PAC预处理后与水厂的地表水源水混合得到混配水，该混配水再经铁盐混凝-微滤系统处理后， 与地表水源水经膜处理后的出水水质无明显的差异(见附表4)，且均满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)的要求。实施例2中的膜反洗水经预处理回收后，能够将生活饮用水处理系统的回收率由原来的91. 8%提高到99. 2%。可见该方法能够提高给水处理系统的回收率。实施例的具体操作过程在可编程控制器(PLC)控制下，提升泵1将膜反洗水加入预处理反应器2，再向预处理反应器内投加铁盐和PAC，经鼓风机3的曝气连续搅拌，铁盐在预处理反应器中进行水解、混凝产生絮凝体，与膜反洗水中大分子有机物(悬浮物和胶体) 继续反应生成尺寸更大的矾花；同时PAC吸附膜反洗水中的小分子有机物，铁盐絮凝体和 PAC颗粒通过沉淀排出预处理反应器，从而达到去除膜反洗水中有机污染物的目的。处理后的膜反洗水与水厂原水按1 9的比例混合后得到混配水，然后用于制备生活饮用水。即将混配水储存在水箱4中；提升泵5和计量泵6分别将混配水和铁盐(投加量见后面的试验结果)加入混凝反应器7，铁盐水解混凝后形成絮凝体，流入膜分离器8。 铁盐絮凝体与混配水中大分子有机物进一步反应生成尺寸较大的矾花，絮凝体被中空纤维膜9截留在膜分离器中；处理后的水经出水泵10抽吸后收集起来用于水质检测。混凝反应器采用搅拌器11或曝气进行搅拌，膜分离器采用曝气搅拌，空气由鼓风机12提供。附表1 (实施例1)沉淀-超滤工艺膜反洗水中有机物的分子量分布
权利要求
1.膜反洗水回流提高膜系统产水率方法，其特征在于采用铁盐混凝和活性炭吸附对膜反洗水进行预处理，将预处理过的膜反洗水上清液回流至调节池与水厂清洁水混合后再进入系统对超滤膜或微滤膜进行清洗，其具体预处理方法由以下步骤完成(1)待膜反洗水进入预处理反应器的同时，向预处理反应器中投加铁盐；反应时间为 10 20min ；(2)然后向预处理反应器中投加粉末活性炭，反应时间为30 40min；(3)所述铁盐和粉末活性炭投加量根据反洗水中的有机物含量确定，当膜反洗水中的高锰酸盐指数为5. 0士0. 5mg/L时，铁盐投加量的参考值为15mg/L，粉末活性炭投加量的参考值为10mg/L ；若处理效果不佳，可增加30%的铁盐和粉末活性炭的投加量；(4)预处理反应器以搅拌和曝气方式提供搅拌混合，使铁盐和粉末活性炭能与膜反洗水中的有机污染物充分接触反应，形成的铁盐絮凝体和粉末活性炭颗粒通过沉淀去除，达到净化膜反洗水的目的。
2.按照权利要求1所述的膜反洗水回流提高膜系统产水率方法，所述膜反洗水是指对超滤膜或微滤膜的膜组件进行反洗或清洗的废水。
3.按照权利要求1所述的膜反洗水回流提高膜系统产水率方法，其特征在于所述铁盐是指氯化铁、或者是硫酸铁、或者是聚合氯化铁、或者是聚合硫酸铁。
4.按照权利要求1所述的膜反洗水回流提高膜系统产水率方法，其特征在于所述粉末活性炭是指粒径小于0. Imm具有吸附功能的多孔性炭，其外观为粉末状。
全文摘要
本发明公开了一种膜反洗水回流提高膜系统产水率方法。采用铁盐混凝和活性炭吸附对膜反洗水进行预处理，将预处理过的膜反洗水上清液回流至调节池与水厂清洁水混合后再进入系统对超滤膜或微滤膜进行清洗，其具体预处理方法由以下步骤完成向预处理反应器中投加铁盐；向预处理反应器中投加粉末活性炭；铁盐和粉末活性炭投加量根据反洗水中的有机物含量确定；预处理反应器以曝气方式提供搅拌混合，使铁盐和粉末活性炭与反洗水中的有机污染物充分反应，形成的铁盐絮凝体和粉末活性炭颗粒通过沉淀去除，使膜反洗水回流至膜系统时不会影响膜出水水质。本发明能够降低膜反洗水中的有机物含量，有效地提高膜处理系统的回收率。
文档编号C02F9/04GK102198986SQ20111009487
公开日2011年9月28日 申请日期2011年4月15日 优先权日2011年4月15日
发明者何凤华, 张光辉, 方自毅, 王海燕, 顾平 申请人:天津大学, 天津泰达津联自来水有限公司