一种难降解有机物吸附分离方法及系统与流程

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种难降解有机物吸附分离方法及系统，可用于受苯环类、杂环类等难降解有机物污染的自来水净化领域和废水处理领域。

背景技术：

（1）传统的难降解有机物吸附分离技术

生物降解技术在水处理领域得到了广泛的应用，但水体中的难降解有机物，包括苯环类、杂环类等，很难通过生物降解技术去除。此时经常会用到粉末活性炭来吸附水体中的难降解有机物，进而将完成吸附过程的粉末活性炭从水体中分离出来，完成水体中难降解有机物的净化。

传统的难降解有机物吸附分离技术工艺流程如图4所示，这种吸附分离技术主要存在如下一些问题：

①沉淀占地面积过大，沉淀池的表面负荷需<0.8m³/㎡.h；

②砂滤过滤精度>50μm，很多场合下不能满足使用或排放要求；

③AC、PAC、PAM的用量得不到有效控制，导致用药量、污泥量的增加。

（2）密集通道无机陶瓷膜

在水处理领域，膜超滤（50-200nm）分离技术得到了广泛应用。其中，相对于有机膜，无机陶瓷膜由于具有耐污染、耐强酸强碱、强度高、使用寿命长等特点而得到诸多用户青睐。

在无机陶瓷膜领域，相对于多通道无机陶瓷膜（<50个通道数），国内外有关厂商推出的密集通道无机陶瓷膜，具有的通道数量多（>大于300个通道数）、过滤面积大等特点，可以有效降低采用多通道无机陶瓷膜时高组装成本，从而具有较高的推广价值。这种密集通道无机陶瓷膜的国外供应商包括日本美得华水务株式会社等；国内供应商则包括河南方周瓷业有限公司、安徽鸿一膜科技有限公司等。

由于这种密集通道无机陶瓷膜在国内推出时间较短，对其在不同领域的应用研究尚不充分，目前尚未见到这种膜在难降解有机物吸附分离领域的应用研究。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提出了一种工艺流程简单，对难降解有机物分离的效率高、效果好，分离后的出水水质能稳定达到设定指标，将密集通道无机陶瓷膜应用于难降解有机物的吸附分离方法及系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：

上述的难降解有机物吸附分离方法，是先向难降解有机物污染的原水内投加粉末活性炭混合液，使活性炭与废水充分混合以进行吸附处理，接着将吸附处理后的废液中投入PAC药液进行絮凝处理，然后将絮凝后废水进行沉降处理，最后将沉降处理后的上清液进行超滤处理。

所述难降解有机物吸附分离方法，其中，所述分离方法的具体操作流程如下：（1）将受苯环类、杂环类等难降解有机物污染的原水流至原水池内，在原水池内实时测定原水的COD值，保证原水进水COD值小于50mg/L；（2）将上述步骤（1）原水池的出水进入到管道混合器，向管道混合器中投加配置好的粉末活性炭混合液，使活性炭粉与原水在管道混合器中进行充分混合；（3）将将上述步骤（2）管道混合器的出水进入吸附反应池，在反应池内采用空气搅拌的方式使活性炭与废水充分混合，完成活性炭充分吸附水中的难降解有机物及其它污染物；（4）将将上述步骤（3）吸附反应池的出水流入至絮凝反应池，向絮凝反应池内投入PAC药液，在机械搅拌器作用下实现PAC药液与来水中吸附饱和的悬浮物充分混合接触反应；（5）将将上述步骤（4）絮凝反应池的出水自流进入预沉池，使悬浮物质得到沉降；（6）将将上述步骤（5）预沉池中的上清液进入中间水池，而后经膜超滤供水泵加压进入成套膜超滤系统的膜组装置内，将膜组装置内的残余液放空后，依次对膜组装置进行水洗、酸洗和碱洗。

所述难降解有机物吸附分离方法，其中：所述步骤（6）在对膜组装置酸洗和碱洗过程的同时，同步用压缩空气对膜组装置进行在线气洗，每隔5-10min在线气洗10-30s。

一种难降解有机物吸附分离系统，包括原水池、吸附反应池、絮凝反应池、预沉池、中间水池、膜超滤供水泵、成套膜超滤单元、AC溶投药装置、PAC溶投药装置和PLC控制单元；所述原水池的出水端通过原水泵连接至所述吸附反应池的输入端；所述原水池内部安装有COD在线测定仪和原水池液位传感器；所述COD在线测定仪和原水池液位传感器均与所述PLC控制单元电连接；所述吸附反应池的输出端连接至所述絮凝反应池的输入端；所述絮凝反应池的输出端连接至所述预沉池的输入端；所述预沉池的顶部输出端连接至所述中间水池的输入端，底部设有排泥阀并通过所述排泥阀接至外部污泥池；所述中间水池的输出端连接至所述膜超滤供水泵的输入端并通过所述膜超滤供水泵连接至所述成套膜超滤单元；所述中间水池内部安装有中间水池液位传感器，所述中间水池液位传感器与所述PLC控制单元电连接；所述膜超滤供水泵的进水管道安装有压力传感器，所述压力传感器与所述PLC控制单元电连接；所述AC溶投药装置和PAC溶投药装置的输出端均连接至所述吸附反应池；所述AC溶投药装置和PAC溶投药装置均与所述PLC控制单元电连接。

所述难降解有机物吸附分离系统，其中：所述成套膜超滤单元包括酸溶投药装置、碱溶投药装置、清水箱、药洗泵、药液过滤器、膜组装置和压缩空气储罐；所述膜组装置下部一侧的进水端连接有压力传感器、电磁流量计、药洗阀、过滤进水阀和放空阀；所述膜组装置通过所述过滤进水阀连接所述膜超滤供水泵的输出端并通过所述药洗阀连接至所述药液过滤器的输出端；所述膜组装置的下部另一侧进水端连接有气洗阀并通过所述气洗阀连接至所述压缩空气储罐的输出端；所述膜组装置上部一侧的回流出水端连接有压力传感器、电磁流量计、过滤回流阀和药洗回流阀；所述膜组装置上部一侧的回流出水端通过所述过滤回流阀连接至所述中间水池并通过所述药洗回流阀连接至所述酸溶投药装置、碱溶投药装置和清水箱的输入端；所述膜组装置上部另一侧的渗透液出水端分别连接有压力传感器、电磁流量计、清洗排水阀和出水阀；所述酸溶投药装置、碱溶投药装置和清水箱的输出端连接至所述药洗泵的输入端，所述药洗泵的输出端连接至所述药液过滤器的输入端。

所述难降解有机物吸附分离系统，其中：所述吸附反应池内部安装有空气搅拌管道；所述絮凝反应池内安装有机械搅拌器。

所述难降解有机物吸附分离系统，其中：所述膜组装置是由一根以上垂直安装的膜柱并联组成的膜柱组合体；单根所述膜柱主要由膜芯和膜壳组成；所述膜芯为具有1000个以上通道和过滤精度为200nm的密集通道无机陶瓷膜；所述膜壳为PP材质且耐压等级大于1.0MPa的圆筒结构。

所述难降解有机物吸附分离系统，其中：每根所述膜柱的两端均安装有连接腔；所述连接腔采用PP材质且为一次注塑成型件，其与所述膜柱之间采用卡箍式连接。

所述难降解有机物吸附分离系统，其中：每对所述膜柱的进水口、回流出水口和渗透液排水出水口均通过连接支管和连接干管相连，相邻两对所述膜柱之间通过另一所述连接干管组合连接在一起。

所述难降解有机物吸附分离系统，其中：所述AC溶投药装置内部的AC药液是由质量百分比为5%的200目果壳粉末活性炭和质量百分比为95%的清水制备而成；所述PAC溶投药装置内部的PAC药液是由质量百分比为10%的PAC和质量百分比为90%的清水制备而成。

本发明难降解有机物吸附分离方法及系统可广泛应用于受难降解有机物污染的自来水净化领域和废水处理领域，主要具有以下优点：

（1）出水水质稳定达到设定指标，例如在应用于受难降解有机物污染的自来水净化领域时，在进水COD值小于50mg/L时，出水水质稳定达到COD值小于3mg/L、浊度小于1NTU，稳定达到（GB 5749-2006）《生活饮用水卫生标准》要求；

（2）解决了密集通道无机陶瓷膜应用于难降解有机物吸附分离时，膜通径、膜过滤方式、膜过滤参数、膜在线清洗、膜药洗系统、膜连接腔、膜组装置组合方式等方面的应用技术问题，避免了膜通道堵塞、膜通量下降过快，降低了膜运行能耗、膜药洗频次，实现了长期稳定运行，膜预期使用寿命不小于8年；

（3）对比传统的难降解有机物吸附分离技术，不需要投加PAM药剂；综合占地面积减少，例如在处理水量为200m³/h，综合占地面积预计可减少20%；

（4）通过原水池、中间水池中设置的液位传感器控制原水泵，可根据水位情况自动补水和低高水位的保护与报警；且根据进水COD在线测定仪的测定值，可变频控制AC的投加量，节省用药；

（5）通过PLC控制单元控制膜超滤供水泵的进水管道上的压力传感器，对膜超滤供水泵的投入使用情况进行调节，保证成套膜超滤单元的膜组装置运行压力稳定；

（6）通过PLC控制单元可实现成套膜超滤单元的过滤、气洗、药洗、放空各个运行状态的定时自动切换，可全自动运行；

（7）这种难降解有机物吸附分离系统是在PLC控制单元控制下实现的，特别是实现了AC及PAC的精准投加，从而降低运营药剂成本，减少了污泥产生量，并可以实现自动化、目视化，人机界面良好。

附图说明

图1为本发明难降解有机物吸附分离系统的结构示意图；

图2为本发明难降解有机物吸附分离系统的膜组装置平面示意图；

图3为本发明难降解有机物吸附分离系统的膜组装置剖面示意图；

图4为传统的难降解有机物吸附分离技术工艺流程图。

注：图3中AC指粉末活性炭，PAC指聚合氯化铝，PAM指阴离子型聚丙烯酰胺。

具体实施方式

本发明难降解有机物吸附分离方法，具体是：先向难降解有机物污染的原水内投加粉末活性炭混合液，使活性炭与废水充分混合以进行吸附处理，接着将吸附处理后的废液中投入PAC药液进行絮凝处理，然后将絮凝后废水进行沉降处理，最后将沉降处理后的上清液进行超滤处理。

本发明难降解有机物吸附分离方法，其具体操作流程如下：

（1）将受苯环类、杂环类等难降解有机物污染的原水流至原水池内，在原水池中安装COD在线测定仪，实时测定原水的COD值，保证原水进水COD值小于50mg/L；

（2）将原水池的出水进入到管道混合器，向管道混合器中投加配置好的粉末活性炭混合液，使活性炭粉与原水在管道混合器中进行充分混合；其中，粉末活性炭混合液投加量大小由PLC根据原水COD值、流量和要求的出水COD值，按照预先输入PLC的药量投加比例关系计算AC（粉末活性炭）药液投加量，自动变频控制AC溶投药装置加药，从而既实现了经AC吸附后清水中COD值小于3mg/L的目标，又实现了AC的精准投加；

（3）将管道混合器的出水进入吸附反应池，吸附反应池HRT（水力停留时间）大于40min，在反应池内采用空气搅拌的方式使活性炭与废水充分混合，完成活性炭充分吸附水中的难降解有机物及其它污染物；

（4）将吸附反应池的出水流入至絮凝反应池，絮凝反应池总HRT大于15min，共分为3格，三格HRT的比例为第一格：第二格：第三格=2：4：9；其中，向絮凝反应池第一格内投入PAC药液，在机械搅拌器作用下实现PAC药液与来水中吸附饱和的粉末活性炭等悬浮物充分混合接触反应，而后进入絮凝反应池的第二第三格继续反应，形成较大颗粒、易沉降的矾花；其中，PAC药液投加量大小由PLC根据原水COD值、流量和要求的出水COD值按照预先输入PLC的药量投加比例关系计算PAC药液投加量，自动变频控制PAC溶投药装置加药，从而实现PAC的精准投加；

（5）将絮凝反应池的出水自流进入预沉池，在预沉池中矾花等悬浮物质得到沉降，上清液进入中间水池；沉降物则用排泥阀由PLC根据由试验确定的原水COD值与产泥量之间对应关系、水量、预沉池泥斗容积等因素自动控制定期外排；由于后续的成套膜超滤系统的膜通径为200nm，而矾花等悬浮物直径一般大于30μm、远大于200nm，所以基本上所有悬浮物均可以被有效拦截，确保出水水质COD值小于3mg/L、浊度小于1NTU，而不受膜进水水质限制；同时又由于成套膜超滤系统所采用的密集通道无机陶瓷膜本身所具有耐污染、纳污能力强等特点，对预沉池出水水质要求不高，预沉池只需要将出水悬浮物浓度小于200mg/L、浊度小于300NTU，就可以实现成套膜超滤系统长期稳定运行；

其中，对应于实现成套膜超滤系统这种进水水质要求，即使在不投加PAM（阴离子型聚丙烯酰胺）这种促进絮凝的药剂，预沉池表面负荷只需要达到6m³/㎡.h即可实现。而传统的难降解有机物吸附分离技术中，则需要控制沉淀出水悬浮物浓度小于15mg/L、浊度小于20NTU，因此其表面负荷需要小于0.8m³/㎡.h、同时需要在前述絮凝反应池中投加PAM这种促使生成更大矾花的药剂才可实现。在采用本发明处理200m³/h的水时，由于表面负荷从0.8m³/㎡.h提高6m³/㎡.h，使得本发明将比传统技术减少沉淀占地面积80%以上；

（6）将预沉池的上清液进入中间水池，而后经膜超滤供水泵加压流至成套膜超滤系统，在成套膜超滤系统中膜组装置的渗透侧出水流量<2.5m³/h时，进入药洗流程。

其中，上述的药洗流程具体步骤如下：

①药洗准备，即保证过滤进水阀、过滤回流阀、出水阀处于全闭状态；

②放空，即将膜组装置的放空阀第一次打开10-30s（由PLC控制、可调），将膜柱装置中残液全部排出，放空阀关闭；

③水洗，即第一次水洗将清水箱至药洗泵间的控制阀打开，用药洗泵加压，对膜组装置进行清水清洗1-3min（由PLC控制、可调），膜柱回流出水经清洗排水阀排出，水洗过程完成后，关闭相关阀门，药洗泵停泵；

④放空，即将膜组装置的放空阀第二次打开10-30s（由PLC控制、可调），将膜柱装置中残液全部排出，放空阀关闭；

⑤酸洗，即将酸溶投药装置至药洗泵间的进出控制阀打开，用药洗泵加压，对膜组装置进行酸清洗10-60min（由PLC控制、可调），酸洗过程完成后，关闭相关阀门，药洗泵停泵；

⑥放空，依次进行第三次放空处理。第二次水洗、第四次排空，且排空和水洗步骤同上述步骤②和③；

⑧碱洗，即将碱溶投药装置至药洗泵间的进出控制阀打开，用药洗泵加压，对膜组装置进行碱清洗10-60min（由PLC控制、可调），碱洗过程完成后，关闭相关阀门，药洗泵停泵；

⑨放空，即依次进行第五次排空和第三次水洗，将膜组装置渗透侧清洗排水阀打开10-30s（由PLC控制、可调）后，关闭相关阀门，药洗泵停泵，药洗过程完成。

其中，在上述步骤⑤酸洗和步骤⑧碱洗过程中，同步开启气洗系统，用压缩空气（<0.6MPa,可调）对膜组装置进行在线气洗，每隔5-10min在线气洗（由PLC控制、可调）10-30s（由PLC控制、可调）。由于成套膜超滤系统的膜通径为200nm，可以确保出水水质COD值小于3mg/L、浊度小于1NTU；同时，还可以去除绝大部分细菌，因为大部分细菌的直径在0.5μm左右，远大于膜通径。由于成套膜超滤系统的膜组装置中每根膜柱的膜芯为单根圆形的且具有>1000个以上通道的密集通道无机陶瓷膜膜面积大于20㎡，在本发明中出水流量可以为3.5-4m³/h。由于所述成套膜超滤系统，过滤方式为错流过滤，单根膜柱进水参数为流量5m³/h、压力<0.4MPa，在控制进水悬浮物颗粒直径小于300微米、悬浮物浓度小于200mg/L、浊度小于300NTU时，单根膜柱的回流水参数为流量1-1.5m³/h；单根膜柱的渗透侧出水参数为流量3.5-4m³/h。在这种错流过滤状态下，整个膜柱的膜通道内水始终保持为流动状态，再辅以在线气洗系统，每隔10-60min，对膜组装置从进水端进行在线气洗（在线气洗时间为10-30s，由PLC控制、可调），从而避免了水中悬浮物在膜通道内表面的沉积和堵塞，进而避免了膜被悬浮物快速污染、膜通量下降过快等问题。

如图1至3所示，本发明难降解有机物吸附分离系统，包括原水池1、吸附反应池2、絮凝反应池3、预沉池4、中间水池5、膜超滤供水泵6、成套膜超滤单元7、AC溶投药装置8、PAC溶投药装置9和PLC控制单元10。

该原水池1的出水端连接有原水泵11并通过原水泵11连接至吸附反应池2的输入端；其中，该原水池1内部还安装有COD在线测定仪12和原水池液位传感器，该COD在线测定仪12和原水池液位传感器均与PLC控制单元10电连接。

该吸附反应池2的输出端连接至絮凝反应池3的输入端，其HRT（水力停留时间）大于40min，内部还安装有空气搅拌管道。

该絮凝反应池3的输出端连接至预沉池4的输入端，其总HRT大于15min，共分为3格，在第一格安装有机械搅拌器。

该预沉池4的表面负荷大于6m³/㎡.h，其顶部输出端连接至中间水池5的输入端，底部设有排泥阀41并通过排泥阀41接至外部污泥池。

该中间水池5的输出端连接至膜超滤供水泵6的输入端，其内部安装有中间水池液位传感器，该中间水池液位传感器与PLC控制单元10电连接。

该膜超滤供水泵6的输出端连接至成套膜超滤单元7，其进水管道安装有压力传感器，该压力传感器与PLC控制单元10电连接。

该成套膜超滤单元7包括酸溶投药装置71、碱溶投药装置72、清水箱73、药洗泵74、药液过滤器75、膜组装置76和压缩空气储罐77。

其中，该膜组装置76安装于支架760上，其是由多根垂直安装的膜柱761并联形成的膜柱组合体；单根膜柱761主要由膜芯762和膜壳763组成；该膜芯762为单根圆形结构且为具有1000个以上通道和过滤精度为200nm的密集通道无机陶瓷膜；该膜壳763为PP材质，耐压等级大于1.0MPa的圆筒结构。单根膜柱761的尺寸为φ200mm*1200mm，进液方式为底部进水，顶部回流出水，膜渗透液从膜柱761的侧面排出；每根膜柱761的两端侧面分别有公称直径为DN25mm且连接方式为管螺纹连接的渗透液出水口，其中上部渗透液出水口用于出水的接出，下部的渗透液出水口用于水样的取样检测。

每根膜柱761的两端均安装有呈椭圆球冠形且高为180mm的连接腔764，该连接腔764与膜柱761连接的底部直径为φ200mm；该连接腔764与膜柱761之间采用卡箍式连接，该连接腔764的顶部设有直径为DN32mm的管螺纹连接口，该连接腔764的材质为PP材质，为一次注塑成型件。

每两根膜柱761对称垂直安装且相互之间的水平距离为400mm，每两根膜柱761的进水口、回流出水口和渗透液排水出水口之间均通过连接支管765和连接干管766相连，两两相连的膜柱761再经连接干管766组合连接在一起，形成一个单列膜柱组合体，单列膜柱组合体中膜柱761的总数量不大于14根；根据需要，最多可以设置两列膜柱组合体，膜柱761总数不大于28根，组合体之间净距为500mm；进水侧的连接干管766伸出膜柱组合体外的一端为进水端；回流出水侧和渗透液排水侧的连接干管766分别伸出膜柱组合体外的另一端且分别为回流出水端和渗透液出水端。

该膜组装置76下部一侧进水端连接有压力传感器、电磁流量计、药洗阀、过滤进水阀和放空阀；该膜组装置76通过过滤进水阀连接膜超滤供水泵6的输出端并通过药洗阀连接至该药液过滤器75的输出端。该膜组装置76下部另一侧进水端连接有气洗阀并通过气洗阀连接至压缩空气储罐77的输出端，该压缩空气储罐77的容积为0.10（m³）*膜柱数量，运行压力为0.6MPa。该膜组装置76上部一侧回流出水端连接有压力传感器、电磁流量计、过滤回流阀和药洗回流阀；该膜组装置76上部一侧回流出水端通过过滤回流阀连接至中间水池5并通过药洗回流阀连接至该酸（柠檬酸）溶投药装置71、碱（氢氧化钠）溶投药装置72和清水箱73的输入端。该膜组装置76上部另一侧渗透液出水端分别连接有压力传感器、电磁流量计、清洗排水阀和出水阀。该酸溶投药装置71、碱溶投药装置72和清水箱73的输出端连接至药洗泵74的输入端，该药洗泵74的输出端连接至药液过滤器75的输入端。

该AC溶投药装置8和PAC溶投药装置9的输出端均连接至吸附反应池2，该AC溶投药装置8和PAC溶投药装置9均与PLC控制单元10电连接。其中，该AC溶投药装置8可变频输出药液，其内部的AC药液是由质量百分比为5%的200目果壳粉末活性炭和质量百分比为95%的清水制备而成。该PAC溶投药装置9可变频输出药液，其内部PAC药液是由质量百分比为10%的PAC（聚合氯化铝）和质量百分比为90%的清水制备而成。

本发明难降解有机物吸附分离方法的工艺流程简单，对难降解有机物分离的效率高、效果好，出水水质能稳定达到设定指标，对比传统的难降解有机物吸附分离技术，不需要投加PAM药剂，能实现药剂的精准投加，降低运营药剂成本，减少了污泥产生量。

本发明难降解有机物吸附分离系统结构设计合理，操作简单，运行稳定、可靠，在PLC控制下能实现AC及PAC的精准投加，从而降低运营药剂成本，减少了污泥产生量，并可以实现自动化、目视化，人机界面良好。