专利名称：絮体增强中空纤维膜处理污水的分离方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及絮体增强中空纤维膜处理污水的分离方法及装置，属于水处理膜技术领域。
背景技术：
20世纪50年代以后，全球人口急剧增长，工业发展迅速。全球水资源状况迅速恶化，水危机日趋严重。为了缓解水资源的短缺，污水处理、回用势在必行，而膜处理污水成为污水处理的主要趋势。中空纤维膜是现代膜技术应用中一种重要的膜形式，它具有装填密度高，体积小，处理效率高和生产工艺简单等特点，在国内外已被广泛应用于工业废水处理、生活污水回用等多方面。中空纤维膜也被称为自支撑膜，该膜的内在结构是多孔结构，它的力学强度不 高，在运行过程中，很容易出现断丝的问题。为了提高中空纤维膜的强度，许多高校和科研院所都在开展高强度中空纤维膜的研究，采用NIPS法制备中空纤维膜时，可通过调节膜材料和制备工艺或者在制备中加入纳米氧化物，在一定程度上可提高中空纤维膜的强度，但是，提高的效果不明显。采用TIPS法制备中空纤维膜，在一定程度上也可提高中空纤维膜的强度，但是，该方法成本高，能耗大，制备出的中空纤维膜的抗污染性不好。此外，中空纤维膜用于水处理常用的一种工艺为MBR，该技术是将活性污泥法水处理技术与膜分离技术相结合，并且，将生化处理的水力停留时间和污泥停留时间进行独立控制，增加了处理工艺的灵活性。然而，在MBR处理过程中，需要高强度和大量地曝气将停留在膜丝表面中的污泥不停地抖掉，以防止造成膜的污染，而影响膜的过滤性能，在该过程中，一方面对膜的强度要求较高，另一方面导致运行成本很高。中空纤维膜用于水处理的另一种工艺为污水生化处理与膜过滤工艺的结合，该工艺是先将污水进行生化处理，然后采用自然沉降的方式进行泥水分离，分离后的水进入超滤系统中。在这种水处理工艺中，采用自然沉降的方式存在停留时间长、占地面积大、处理量小和小颗粒物沉降不完全等问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供絮体增强中空纤维膜处理污水的分离方法及装置。絮体增强中空纤维膜处理污水的分离装置，絮体增强中空纤维膜帘式膜组件放置膜池中，絮体增强中空纤维膜帘式膜组件有絮体增强中空纤维膜、污泥絮体膜连接，曝气管放置膜池的底部，曝气管连接气体流量计，气体流量计通过管道连接鼓风机，排泥管连接在膜池的底部，排泥管连接阀门，絮体增强中空纤维膜帘式膜组件通过管道连接压力表，压力表通过管道连接抽吸泵，抽吸泵通过管道连接液体流量计，液体流量计连接产水管，进水管放置在膜池的上方，向膜池中注水；絮体增强中空纤维膜为中空纤维膜丝的外表面附有一层管状外支撑增强体，管状外支撑增强体为网状多孔结构，管状外支撑增强体上附有絮状的污泥絮体膜。本发明是使用絮体增强中空纤维膜中的絮体、增强的网状结构和中空纤维膜的一种处理污水分离方法。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现絮体增强中空纤维膜处理污水分离方法，采用絮体增强中空纤维膜作为过滤膜，通过在絮体增强中空纤维膜的表面带微细纤维的网状结构上形成絮体膜，首先实现污水中的泥水分离，然后泥水分离后的水进入超滤膜或者微滤膜中进行过滤。
絮体增强中空纤维膜处理污水的分离方法，包括以下步骤步骤(I)将絮体增强中空纤维膜制备成帘式膜组件，将絮体增强中空纤维膜膜组件浸没在需要分离的污水处理工艺中好氧池末端的污泥混合液中，即膜池中；步骤(2)污泥絮体膜形成阶段由于絮状增强中空纤维膜外表面有一个管状的网状多孔结构，该网状多孔表面附有一层微细纤维的絮体状，当抽吸水泵启动开始时，污泥由于受到低负压的作用而靠近中空纤维膜并存积在带有微细纤维的网状多孔结构上；步骤(3)运行阶段当絮状增强中空纤维膜外表面形成了一层絮体膜时，通过水泵吸水口安装的压力传感器监控抽负压值不超过50Kpa，当压力超过50Kpa时，该运行阶段结束并进入高曝气清洗阶段；步骤(4)清洗阶段采用100_150m3/m2. h的气量进行曝气，使絮体增强中空纤维膜发生抖动；把在絮体增强中空纤维膜外表面的老化絮体膜清洗下来并完全分散返回混合液中。本发明絮体增强中空纤维膜处理污水的分离方法的技术效果在于(I)在絮体膜形成的过程中，污泥是通过低负压的作用而靠近中空纤维膜并存积在带有微细纤维的网状多孔结构上，由于低负压的作用，使得形成污泥絮体膜所需要的时间大大缩短。(2)在运行过程中，一方面，由于污泥是存积在微细纤维的网状多孔结构上，也就是污泥存积在粗糙度比较大的表面上，使得污泥具有一定的架空结构，从而实现透水通量大和运行时间长的效果。另一方面，由于通过在絮体增强中空纤维膜表面的絮体膜实现了泥水分离，使得进入中空纤维膜的水质好，从而能够加大中空纤维膜的运行通量，并且，能够大大降低对膜的污染。(3)在清洗阶段中，当絮体膜老化了，不再具有泥水分离的效果时，由于污泥是存积在带有微细纤维的网状多孔结构上，对絮体膜有一定的架空效果，所以可以采用短时间的高曝气使老化的絮体膜清洗下来并完全分散返回到混合液中。(4)采用絮体增强中空纤维膜处理污水的分离方法，在整个运行过程中，除了清洗阶段需要用高曝气量，其他阶段只需要提供低曝气以满足微生物的好氧量。相对于MBR工艺，可以大大降低曝气量，从而大大降低运行能耗。(5)采用絮体增强中空纤维膜处理污水的分离方法，实现了泥水分离工艺和膜过滤工艺的结合，克服了采用自然沉降方式存在停留时间长、占地面积大、处理量小和小颗粒物沉降不完全的问题，同时也克服了絮体膜分离方法中水质差的问题。
图I是絮体增强中空纤维膜的示意图；图2为图I的剖视图；其中其中1 一中空纤维膜丝，2—管状外支撑增强体，3—微细纤维；图3为絮体增强中空纤维膜处理污水的分离装置结构示意图。其中4一絮体增强中空纤维膜帘式膜组件，5—絮体增强中空纤维膜，6—污泥絮体膜，7一进水管，8一鼓风机，9一气体流量计，10一曝气管，11 一气泡，12一压力表，13一抽吸泵，14 一液体流量计，15—产水管，16—排泥管，17—膜池。下面对照附图及具体实施例对本发明做进一步说明。基于采用絮体增强中空纤维膜处理污水的方法，可以在活性污泥中添加一些填料 类的物质，该物质可以是具有生物强化的，也可以是不具有生物强化的，如生物硅藻土和活性炭。
具体实施例方式实施例I :(I)将制备好的絮体增强中空纤维膜的帘式膜放入膜池17中，帘式膜的膜总面积为3m2，膜池中的污泥浓度在I. lg/L。(2)启动鼓风机8，调节鼓风机的气体流量计9，使膜池的曝气强度为10m3/m2 · h。(3)启动抽吸泵13，调节抽吸泵的液体流量计14，使负压的压力表为O. 002MPa，运行 3min。(4)当污泥在絮体增强中空纤维膜表面形成絮体膜后，开始调节抽吸泵的液体流量计14，使得絮体增强中空纤维膜的运行通量为35L/m2 *h，运行了 32min，这时负压表的压力超过50kPa。(5)当负压表的压力超过50kPa，开始进入清洗阶段。这时将抽吸泵13停止，调节气体流量计9，使膜池的曝气强度为110m3/m2 · h，运行O. 5min，这时通过强曝气使得絮体增强中空纤维膜大幅度地抖动，将絮体增强中空纤维膜表面老化的絮体膜抖掉。以上步骤(2)_(5)是絮体增强中空纤维膜处理污水的一个周期，以后重复步骤(2)-(5)，整个运行过程中，出水水质良好，它的产水浊度小于O. 2NTU。此过程可以程序控制，将它变为自动操作。通过连续运行7天，运行过程中，产水的通量仍能保持35L/m2 *h，产水浊度一直能保持在O. 2NTU以下。实施例2 (I)将制备好的絮体增强中空纤维膜的帘式膜放入膜池17中，帘式膜的膜总面积为3m2，膜池中的污泥浓度在I. lg/L。(2)启动鼓风机8，调节鼓风机的气体流量计9，使膜池的曝气强度为10m3/m2 · h。(3)启动抽吸泵13，调节抽吸泵的液体流量计14，使负压的压力表为O. 002MPa，运行 3min。(4)当污泥在絮体增强中空纤维膜表面形成絮体膜后，开始调节抽吸泵的液体流量计14，使得絮体增强中空纤维膜的运行通量为35L/m2 *h，运行了 32min，这时负压表的压力超过50kPa。
(5)当负压表的压力超过50kPa，开始进入清洗阶段。这时将抽吸泵13停止，调节气体流量计9，使膜池的曝气强度为100m3/m2 · h，运行O. 5min，这时通过强曝气使得絮体增强中空纤维膜大幅度地抖动，将絮体增强中空纤维膜表面老化的絮体膜抖掉。以上步骤(2)_(5)是絮体增强中空纤维膜处理污水的一个周期，以后重复步骤(2)-(5)，整个运行过程中，出水水质良好，它的产水浊度小于O. 2NTU。此过程可以程序控制，将它变为自动操作。通过连续运行7天，运行过程中，产水的通量仍能保持35L/m2 *h，产水浊度一直能保持在O. 2NTU以下。实施例3 (I)将制备好的絮体增强中空纤维膜的帘式膜放入膜池17中，帘式膜的膜总面积为3m2，膜池中的污泥浓度在I. lg/L。
(2)启动鼓风机8，调节鼓风机的气体流量计9，使膜池的曝气强度为10m3/m2 · h。(3)启动抽吸泵13，调节抽吸泵的液体流量计14，使负压的压力表为O. 002MPa，运行 3min。(4)当污泥在絮体增强中空纤维膜表面形成絮体膜后，开始调节抽吸泵的液体流量计14，使得絮体增强中空纤维膜的运行通量为35L/m2 *h，运行了 32min，这时负压表的压力超过50kPa。(5)当负压表的压力超过50kPa，开始进入清洗阶段。这时将抽吸泵13停止，调节气体流量计9，使膜池的曝气强度为150m3/m2 · h，运行O. 5min，这时通过强曝气使得絮体增强中空纤维膜大幅度地抖动，将絮体增强中空纤维膜表面老化的絮体膜抖掉。以上步骤(2)_(5)是絮体增强中空纤维膜处理污水的一个周期，以后重复步骤
(2)-(5)，整个运行过程中，出水水质良好，它的产水浊度小于O. 2NTU。此过程可以程序控制，将它变为自动操作。通过连续运行7天，运行过程中，产水的通量仍能保持35L/m2 *h，产水浊度一直能保持在O. 2NTU以下。实施例4 (I)将制备好的絮体增强中空纤维膜的帘式膜放入膜池17中，帘式膜的膜总面积为3m2，在膜池中加生物硅藻土，生物硅藻土的浓度为12g/L。(2)启动鼓风机8，调节鼓风机的气体流量计9，使膜池的曝气强度为10m3/m2 · h。(3)启动抽吸泵13，调节抽吸泵的液体流量计14，使负压的压力表为O. 002MPa，运行 2. 5min。(4)当生物硅藻土在絮体增强中空纤维膜表面形成絮体膜后，开始调节抽吸泵的液体流量计14，使得絮体增强中空纤维膜的运行通量为40L/m2 *h，运行了 33min，这时负压表的压力超过50kPa。(5)当负压表的压力超过50kPa，开始进入清洗阶段。这时将抽吸泵13停止，调节气体流量计9，使膜池的曝气强度为110m3/m2 · h，运行lmin，这时通过强曝气使得絮体增强中空纤维膜大幅度地抖动，将絮体增强中空纤维膜表面老化的絮体膜抖掉。以上步骤(2)_(5)是絮体增强中空纤维膜处理污水的一个周期，以后重复步骤
(2)-(5)，整个运行过程中，出水水质良好，它的产水浊度小于O. 2NTU。此过程可以程序控制，将它变为自动操作。通过连续运行7天，运行过程中，产水的通量仍能保持40L/m2 *h，产水浊度一直能保持在O. INTU以下。为了对比本发明所述的分离方法的应用效果，与MBR的工艺进行对比，采用相同的中空纤维膜。在MBR工艺中平均曝气强度为90mVm2 · h，运行通量为25L/m2 · h。在絮体增强中空纤维膜处理污水的工艺中每个运行周期为40min，其中35min区间的曝气强度为10m3/m2 · h,0. 5min区间的曝气强度为110m3/m2 ·1ι,平均曝气强度为Ilm3/m2 · h,运行通量为35L/m2 · h。实施例5 絮体增强中空纤维膜帘式膜组件4放置膜池17中，絮体增强中空纤维膜帘式膜组件4有絮体增强中空纤维膜5、污泥絮体膜6连接，曝气管10放置膜池17的底部，曝气管10连接气体流量计9，气体流量计9通过管道连接鼓风机8，排泥管16连接在膜池17的底部，排泥管16连接阀门，絮体增强中空纤维膜帘式膜组件4通过管道连接压力表12，压力表12通过管道连接抽吸泵13，抽吸泵13通过管道连接液体流量计14，液体流量计14连接产水管15，进水管7放置在膜池17的上方，向膜池17中注水。膜池17中产生气泡11，絮体增强中空纤维膜5为中空纤维膜丝I的外表面附有一层管状外支撑增强体2，该管状外支撑增强体2为网状多孔结构，该管状外支撑增强体2上有絮状微细纤维3，其上是污泥絮体膜6。
权利要求
1.絮体增强中空纤维膜处理污水的分离方法，其特征在于，采用絮体增强中空纤维膜作为过滤膜，通过在絮体增强中空纤维膜表面的带微细纤维的网状结构上形成絮体膜，首先实现污水中的泥水分离，然后泥水分离后的水进入超滤膜或者微滤膜中进行过滤。
2.根据权利要求I所述的絮体增强中空纤维膜处理污水的分离方法，其特征在于包括以下步骤 步骤(I)将絮体增强中空纤维膜制备成帘式膜组件，将絮体增强中空纤维膜膜组件浸没在需要分离的污水处理工艺中好氧池末端的污泥混合液中，即膜池中； 步骤(2)污泥絮体膜形成阶段由于絮状增强中空纤维膜外表面有一个管状的网状多孔结构，该网状多孔表面附有一层微细纤维，当抽吸水泵启动开始时，污泥由于受到低负压的作用而靠近中空纤维膜并存积在带有微细纤维的网状多孔结构上； 步骤(3)运行阶段当絮状增强中空纤维膜外表面形成了一层絮体膜时，通过水泵吸水口安装的压力传感器监控抽负压值不超过50Kpa，当压力超过50Kpa时，该运行阶段结束并采用高曝气进行清洗； 步骤(4)清洗阶段采用100-150m3/m2.h的气量进行曝气，使絮体增强中空纤维膜发生抖动；把在絮体增强中空纤维膜外表面的老化絮体膜清洗下来并完全分散返回到混合液中。
3.根据权利要求2所述的絮体增强中空纤维膜处理污水的分离方法，其特征在于，在污泥中添加一些填料类的物质，该物质可以是具有生物强化的，也可以是不具有生物强化的，或是生物硅藻土、活性炭。
4.絮体增强中空纤维膜处理污水的分离装置，其特征在于，絮体增强中空纤维膜帘式膜组件放置膜池中，絮体增强中空纤维膜帘式膜组件有絮体增强中空纤维膜、污泥絮体膜连接，曝气管放置膜池的底部，曝气管连接气体流量计，气体流量计通过管道连接鼓风机，排泥管连接在膜池的底部，排泥管连接阀门，絮体增强中空纤维膜帘式膜组件通过管道连接压力表，压力表通过管道连接抽吸泵，抽吸泵通过管道连接液体流量计，液体流量计连接产水管，进水管放置在膜池的上方，向膜池中注水； 絮体增强中空纤维膜为中空纤维膜丝的外表面附有一层管状外支撑增强体，管状外支撑增强体为网状多孔结构，管状外支撑增强体上附有絮状的污泥絮体膜。
5.根据权利要求4所述的絮体增强中空纤维膜处理污水的分离装置，其特征在于，絮体增强中空纤维膜不局限于带微细纤维的网状结构的絮体增强中空纤维膜，可以在膜表面附有一层物质或可以在膜表面形成絮体膜。
6.根据权利要求4所述的絮体增强中空纤维膜处理污水的分离装置，其特征在于，絮体增强中空纤维膜中的中空纤维膜，是PP、PES、PVC、PVDF或PTFE材质，或是微滤膜、超滤膜。
全文摘要
本发明涉及絮体增强中空纤维膜处理污水的分离方法及装置，采用絮体增强中空纤维膜作为过滤膜。在低曝气的情况下，通过低负压使得污泥在絮体增强中空纤维膜表面的带絮体网状结构上形成絮体膜，实现污水中的泥水分离，产水进入絮体增强中空纤维中的超滤膜或者微滤膜进行过滤。当絮体膜老化时，通过短时间的高曝气将絮体增强中空纤维膜表面的絮体膜抖掉。该分离方法与现有的MBR技术相比，能够提高膜的运行通量，大幅度降低运行成本和减缓膜的污染，在曝气能耗方面几乎可以忽略不计。与CMF工艺相比，可以大幅度减少占地面积和提高好氧池中污泥的浓度。
文档编号C02F1/44GK102923823SQ201210477678
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月21日 优先权日2012年11月21日
发明者陈亦力, 文剑平, 李锁定, 代攀, 吴强 申请人:北京碧水源膜科技有限公司