一种填料/超滤膜一体化净水装置及其应用方法
【技术领域】
[0001]本发明属于饮用水处理技术领域，具体涉及一种低压低能耗低维护无药剂的填料/超滤膜一体化绿色净水装置及其应用方法
【背景技术】
[0002]随着经济的发展，人们生活水平的不断提高，饮用水安全问题越来越受到国家和社会的关注。近年来，污水排放量增大，污染物种类及浓度增加，水体污染形势日益严峻，其用水问题日益突出。
[0003]超滤能够有效地去除水中的悬浮物、胶体以及病原微生物，被誉为第三代饮用水核心处理技术，且占地面积小、截留率高、出水水质稳定及便于自动化管理运行，目前已经被广泛地应用到了给水和污水处理当中。但是目前国内外超滤工艺的工作压力为50-lOOkpa，通量为50-100L/h.m2，高压高通量运行环境大幅加重了膜污染，因此必须采用频繁的物理清洗和化学清洗来控制膜污染，保证产水量。同时，还需配备大量的附属设备，增加运行费用和操作维修工作量。目前国内外采用化学清洗来抑制生物膜污染，耗费大量的化学药剂，同时排放大量的化学废水。
[0004]生物填料滤池结合了填料吸附截留和微生物降解双重功能，能够有效地去除水中的有机物、氨氮及消毒副产物前体物等微污染物质，已被广泛应用到水处理领域，如曝气生物滤池、颗粒活性炭滤池和臭氧-生物活性炭滤池。但是现行的生物填料滤池中微生物挂膜难，易被出水带走，生物量流失严重，导致处理效果大幅降低。
【发明内容】
[0005]本发明目的是为了解决现有超滤净水装置及应用方法存在工作压力大、能耗高、运行成本高、操作管理复杂以及出水水质差的问题，而提供一种填料/超滤膜一体化净水装置及其应用方法。
[0006]本发明一种填料/超滤膜一体化净水装置，它包括恒位原水箱、止回阀、进水阀门、提升水箱、提升水栗、回流阀门、空气栗、空气阀门、气体流量计、超滤膜池、填料、穿孔隔离罩、超滤膜组件、承托层、曝气装置、放空阀门、液体流量计或水表、排气阀门、排气装置、压力表、出水阀门、溢流堰和太阳能电池一体化供电装置。
[0007]所述恒位原水箱底部出水管道与超滤膜池底部进水管道相连通;超滤膜池最底部设置放空管道、放空阀门和曝气装置，曝气装置经空气管道与空气栗相连通，空气管道上设置空气阀门和气体流量计;曝气装置周围及上部装填承托层，承托层的上部安装超滤膜组件，超滤膜组件外设置穿孔隔离罩，穿孔隔离罩和超滤膜池间填充填料，由穿孔隔离罩将超滤膜组件和填料分隔开;超滤膜池上部设置溢流管道，溢流液经溢流管道进入提升水箱，提升水箱内的水经提升水栗与超滤膜池底部内循环进水口相连通;超滤膜池出水管道浸没入溢流堰液位以下，超滤膜池出水管道上设置液体流量计或水表、排气装置和压力表。
[0008]上述填料/超滤膜一体化净水装置的应用方法，按以下步骤进行:
[0009]—、原水经进水管道直接进入恒位原水箱，通过恒位水箱内的浮球阀控制进水量，保证恒位原水箱内水位恒定，并通过调整恒位原水箱和溢流堰间的高度差来控制填料/超滤膜一体化净水装置的工作压力；
[0010]二、将填料和超滤膜组件安装在同一个超滤膜池内，且超滤膜组件被填料覆盖;采用穿孔隔离罩将填料和超滤膜组件隔开，运行时原水经超滤膜池底部进水口进入，先与填料接触反应，然后经穿孔隔离罩进入超滤膜组件进行超滤；
[0011]三、超滤膜池内反应液经溢流管道进入提升水箱，再由提升水栗供给到超滤膜池底部内循环进水口并进入超滤膜池，形成内循环系统，循环回流比为0.5?3:1，内循环系统内混合液溶解氧浓度不低于2.0mg/L ；
[0012]四、采用长周期曝气措施进行清洗:当超滤膜池运行一段时间后，因截流大量的污染物，导致产水量大幅下降，此时需关闭进水阀门和出水阀门，打开空气栗和空气阀门进行曝气，曝气结束后关闭空气栗和空气阀门，打开放空阀门排除超滤膜池内的液体，待超滤膜池放空后重新关闭放空阀门，打开进水阀门，待超滤膜池充满水后关闭进水阀门，重复上述曝气清洗过程，待曝气清洗过程结束后，关闭放空阀门，开启进水阀门，待超滤膜池充满水后，开启出水阀门重新进行过滤；
[0013]五、超滤膜池出水管道上安装排气装置，定期观察排气装置中液位管内液位，当排气装置内液位低于最低设计液位时，应关闭出水阀门，打开排气阀门排除管道积气；当排气装置内液位上升到设计最高液位时，关闭排气阀门，打开出水阀门重新过滤，通过排气装置定期排放管道内积气，保证出水管道水流畅通；
[0014]六、采用间歇过滤运行模式，运行时间为12h/d，停止运行时间为12h/d;
[0015]其中步骤二中超滤膜组件采用浸没式过滤或外压式过滤。
[0016]本发明的原理及优点为:
[0017](I)本发明通过恒位水箱内的浮球阀控制进水量，避免水资源浪费，同时维持恒位原水箱内水位恒定，保证过滤所需工作压力。
[0018](2)本发明采用了低压超滤方式，工作压力为4?20kpa(传统工艺为50?10kpa)，可以充分利用市政管网余压或者进水管道余压，节省供水动力费用，降低设备、管道以及附件对压力的要求，有效地节约能耗；
[0019](3)本发明构建了填料/超滤膜一体化净水装置，利用填料的吸附和截流作用去除水中部分颗粒物、悬浮物、胶体和其他溶解性污染物，起到超滤膜组件预过滤作用。同时，填料还可以强化系统的生物作用:一方面填料有利于增加系统内的生物量和生物相，强化系统内生物作用，提高对污染物的去除效能，进一步缓解膜污染;另一方面由于填料作用使得超滤膜表面滤饼层中微生物的种类和数量也随之增加，强化滤饼层中微生物的生物作用，丰富滤饼层内部的空隙结构，增加滤饼层的粗糙度、多孔性及渗透性，提高超滤膜稳定通量。此外，超滤膜可有效地截流微生物，避免因生物滤床中微生物泄露而导致生物量流失和引起出水微生物污染。因此，填料/超滤膜一体化净水装置内填料和超滤膜之间构成了协同作用关系，二者相辅相成，有效地提高了填料和超滤膜的双重净水效果，改善出水水质。
[0020](4)本发明采用穿孔隔离罩将填料和超滤膜组件分隔成了两个简单的组成单元，一方面避免装填填料和曝气时填料跃动对超滤膜组件造成机械损伤及破坏超滤膜表面滤饼层稳定结构，另一方面也避免了超滤膜组件检修或更换时破坏填料滤床结构，同时便于超滤膜组件的检修和更换。此外，穿孔隔离罩还起到均匀布水的作用。
[0021](5)本发明构建了“超滤膜池+提升水箱+提升水栗+超滤膜池”内循环系统，一方面促进系统内部溶液的交替循环，延长水中污染物在一体化设备中的停留时间，强化传质效果；另一方面提高一体化系统内的溶解氧浓度，通过调整循环回流比来保证系统内混合液溶解氧浓度不低于2.0mg/L，避免系统出现厌氧状态，强化系统内微生物的生物降解作用，提尚出水水质。
[0022](6)本发明采用无水力清洗和化学清洗的过滤模式，相对于传统超滤工艺节省了大量的附属设备、管道和附件，节约大量的化学药剂和清洁水资源。同时，大幅降低了管理和维护工作量，操作简单方便，打开出水阀门即可产水，关闭出水阀门即停止产水。
[0023](7)本发明采用了长周期曝气的措施来清洗超滤膜池，保障出水通畅。曝气时上升气泡