污水同步混凝-吸附-膜浓缩资源化预处理装置及其方法
【专利摘要】本发明涉及污水同步混凝-吸附-膜浓缩资源化预处理装置及其方法，属于水处理【技术领域】，该装置包括同步混凝-吸附混合单元、膜分离浓缩单元和气体反冲控制单元，同步混凝-吸附混合单元包括进水细格栅、混凝剂投药池、吸附剂投药池及三个水泵；膜分离浓缩单元包括膜浓缩反应池，所述反应池内设有膜组件；气体反冲控制单元包括空气压缩机、空气调压阀、控制器、进气电磁阀；该方法包括原污水、混凝溶液以及吸附混合液在管道内同步混合后泵入到膜浓缩反应池的进水口，与膜浓缩反应池内的浓缩液进行接触混合并抑制膜污染的快速生长；混合有混凝剂与吸附剂的污水进入膜浓缩反应池后经膜组件实现清液与富集碳源分离和气体反冲；本发明实现了高效碳源浓缩。
【专利说明】污水同步混凝-吸附-膜浓缩资源化预处理装置及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于水处理【技术领域】，具体涉及一种城市污水同步混凝-吸附-膜浓缩资 源化预处理装置及其方法。
【背景技术】
[0002] 目前城市污水多采用好氧活性污泥法处理工艺，由于该工艺具有能耗高、构筑物 占地大、C02排放量大等缺陷，所以挖掘城市污水中的潜在资源成为污水处理领域发展的重 要趋势。厌氧技术可以将城市污水中的主要有机碳源转化成甲烷，产出清洁二次能源，并将 氮磷资源稳定富集在沼液沼渣中利于农业回用，是一种极有前景的污水处理技术。我国城 市污水的特点是有机污染物浓度低，不利于厌氧技术优势的发挥。因此，对城市污水中的有 机碳源进行富集浓缩是一种有效的辅助厌氧技术实现城市污水资源回用的手段。
[0003] 传统的沉淀或离心浓缩效率较低，难以满足庞大的城市污水处理需求。近年来， 微滤或超滤膜技术以其分离速度快、固液分离率高和出水水质好等优点在污水处理领域 得到了广泛的应用，但利用微滤或超滤膜直接对城市污水进行浓缩会产生严重的膜污染 问题，并无法截留溶解态有机物，因而污水碳源浓缩效率和水处理效率都受到较大影响。 S. K. Lateef等人在文章 Direct membrane filtration of municipal wastewater with chemical lyenhanced backwash for recovery of organic matter 中公开的化学辅助反 冲洗的污水膜浓缩技术，获得了一定效果，但化学氧化剂的辅助反冲洗会消耗有机碳源，减 少原污水中可用于回收的碳源比例，尚存在浓缩效率上的缺陷。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了克服微滤或超滤膜直接浓缩城市污水存在的技术缺陷，提供 一种城市污水同步混凝-吸附-膜浓缩资源化预处理装置及其方法，基于微滤或超滤膜技 术采用耦合工艺实现城市污水碳源有效浓缩预处理，从而利用厌氧技术实现城市污水资源 与能源回收利用。为后续资源化利用提供有力保障。
[0005] 为了达到上述目的，本发明提供的技术方案如下：
[0006] 本发明提出的一种污水同步混凝-吸附-膜浓缩资源化预处理装置，用于城市污 水资源化处理，其特征在于：包括同步混凝-吸附混合单元、膜分离浓缩单元和气体反冲控 制单元，所述同步混凝-吸附混合单元包括进水细格栅、混凝剂投药池、吸附剂投药池及多 个水泵；所述膜分离浓缩单元包括膜浓缩反应池，所述反应池内设有膜组件，反应池两侧底 部分别设有污水进水管道及带有阀门的浓缩液出水管道；所述气体反冲控制单元包括空气 压缩机、空气调压阀、控制器、进气电磁阀，出水电磁阀和气体反冲及清水出水泵；其中，进 水细格栅1的入口与待处理的污水管相连，进水细格栅的出口与进水泵相连；混凝剂投药 池的下端口与混凝剂加药泵相连，吸附剂投药池的下端口与吸附剂加药泵相连，三个水泵 的出口均与膜浓缩反应池的进口管道相连；该膜浓缩反应池内的膜组件的一端经进气电磁 阀和空气调压阀与空气压缩机连接，膜组件的另一端经出水电磁阀与出水泵连接；控制器 连接在进气电磁阀和出水电磁阀之间，同时控制器与出水泵相连，气体反冲及出水泵的运 行和停止由控制器进行调控。
[0007] 所述的混凝剂投药池内置有不连续工作搅拌器，吸附剂投药池内设置有连续工作 搅拌器。
[0008] 所述的膜组件由带内衬的PVDF亲水性中空纤维微滤膜和中空ABS固定件所构成， 该中空纤维微滤膜两端用环氧树脂与中空ABS固定件接合，两端的固定件分别与进气电磁 阀和出水电磁阀连接。
[0009] 所述膜组件为由带内衬的PVDF亲水性中空纤维超滤膜和中空ABS固定件所构成， 该中空纤维超滤膜两端用环氧树脂与中空ABS固定件接合，两端的固定件分别与进气电磁 阀和出水电磁阀连接。
[0010] 所述的控制器包含一个电控箱和两个ZN-48型智能双数显时间继电器，一个控制 进气电磁阀，以实现气体反冲的运行和停止，一个控制出水电磁阀以辅助实现气体反冲过 程并实现出水泵的运行和停止，通过人为设定调节控制器中两个时间继电器的电路开闭时 间间隔，以实现膜组件出水和气体反冲的交替进行，达到间歇运行的要求。
[0011] 本发明还提出一种采用权利要求1所述的装置的污水同步混凝-吸附-膜浓缩资 源化预处理方法，用于城市污水资源化处理，其特征在于：包括以下步骤：
[0012] 步骤一，在混凝剂投药池中配置有l〇g/L聚合氯化铝溶液构成混凝溶液，吸附剂 投药池中配置有l〇g/L粉末活性炭构成吸附混合液，混凝剂投药池仅在添加药剂时进行搅 拌，吸附剂投药池中保持连续搅拌，通过运行进水泵、混凝剂加药泵和吸附剂加药泵使混凝 溶液和吸附混合液中投药浓度维持恒定，其中混凝剂投药浓度为20?40mg/L，吸附剂投药 浓度为10?30mg/L，原污水、混凝溶液以及吸附混合液在管道内同步混合后泵入到膜浓 缩反应池下部的进水口，与膜浓缩反应池内的浓缩液进行接触混合并抑制膜污染的快速生 长；
[0013] 步骤二，混合有混凝剂与吸附剂的污水进入膜浓缩反应池后经膜组件实现清液与 富集碳源分离，膜分离采用间歇抽停模式，出水泵运行时保持进气电磁阀关闭，并打开出水 电磁阀，水力停留时间为0. 5?0. 85h ;出水泵停止时，通过打开进气电磁阀，并关闭出水 电磁阀，进行气体反冲，空气调压阀将空气压缩机7提供的反冲气压范围控制在0. 05? 0. IMPa，控制器控制气体反冲时长范围为0. 5?lmin，出水泵运行时长为10?12min，出水 泵停止时长范围为2?3min ;
[0014] 步骤三，膜浓缩反应池内浓缩液碳源混合浓度达到所述浓度时，膜浓缩反应池内 的浓缩液通过排水阀门排出以维持浓缩过程的连续稳定运行，排放模式为少量连续排放或 中量间歇排放，使得污泥浓缩液在膜浓缩反应池内停留时间控制在1?1. 5d或1. 5?3d。
[0015] 与现有技术相比，本发明具有以下特点和有益效果：
[0016] 本发明中使用化学混凝剂可以将城市污水原水中的胶体态碳源聚集成颗粒态，使 用吸附剂可以将城市污水原水中的溶解态碳源转移到固相中，进而提高城市污水原水中的 碳源截留，混合化学污泥在膜反应器中还可以抑制膜污染的快速生长而保持较高的预浓缩 效率，同时，气体反冲的使用取代了长期连续大量的曝气和化学氧化剂的频繁使用从而减 少了由生物作用和氧化还原作用导致的城市污水碳源损失，提高了资源利用率，而因此形 成的可控滤饼层可以辅助微滤膜进一步提升污水碳源的截留比例，从而实现了高效碳源浓 缩。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1是本发明实施例的城市污水同步混凝-吸附-膜浓缩资源化预处理装置的结 构示意图；
[0018] 图2是本发明实施例的城市污水同步混凝-吸附-膜浓缩资源化预处理工艺流程 图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图及实施例对本发明的结构和工作原理做详细叙述。
[0020] 为解决膜浓缩预处理技术中存在的膜污染严重、我国城市污水厌氧处理工艺中碳 源利用率低等问题，本发明提供一种城市污水同步混凝-吸附-膜浓缩资源化预处理装置 及工艺，所述装置及工艺的同步混凝-吸附混合单元和膜分离浓缩单元在相互耦合作用 下，尽可能抑制生物引起的碳源损失、实现城市污水有机碳源的高效截留浓缩和膜污染控 制，充分挖掘城市污水碳源的可利用潜力，达到减轻膜污染、提高预浓缩效率、降低运行能 耗等目的。
[0021] 本发明实施例提供的一种城市污水同步混凝-吸附-膜浓缩资源化预处理装置， 如图1所示，主要包括同步混凝-吸附混合单元、膜分离浓缩单元和气体反冲控制单元。所 述同步混凝-吸附混合单元主要包括进水细格栅1、化学混凝剂投药池5和吸附剂投药池 6,以及三个水泵2、3、4,混凝剂投药池5通过加药水泵3连接在进水泵2之后的管道上，吸 附剂投药池6通过加药水泵4连接在加药泵3之后的管道上，使用化学混凝剂可以将城市 污水原水中的胶体态碳源聚集成颗粒态，使用吸附剂可以将城市污水原水中的溶解态碳源 转移到固相中，进而有效提高城市污水原水中的碳源截留，并通过减少溶解性和胶体态有 机物与膜表面相互作用而有效控制膜污染，城市污水原水经进水细格栅1去除影响膜分离 工艺运行的大块及不规则形状杂物后，由污水进水泵2泵入管道，在管道内与混凝剂加药 泵3添加的混凝剂和吸附剂加药泵4添加的吸附剂发生同步混合，同时固定进水泵2、加药 泵3和加药泵4的流量，通过固定的流量比使混凝剂与吸附剂的投药浓度保持恒定，混合液 在管道内混合后接入膜浓缩反应池13下部的进水口，其中混凝剂可选用聚合氯化铝，吸附 剂可选用粉末活性炭。所述膜分离浓缩单元主要包括膜浓缩反应池13和设于反应池13内 的膜组件12,混合有混凝剂与吸附剂的城市污水原水由膜浓缩反应池13下部进入后与膜 浓缩反应池13内的浓缩液先行接触混合，通过与已浓缩的化学污泥的接触反应进一步转 化残留的溶解态与胶体态有机物到颗粒态，从而抑制由溶解态和胶体态物质形成的不可逆 膜污染的快速生长而保持较高的预浓缩效率，并通过颗粒态物质形成的动态滤饼层提高截 留效果，富集的颗粒态碳源物质被膜组件12截留在浓缩反应池13内，经由膜组件12过滤 后的清水进入后续工艺进一步处理，浓缩液浓度达到所需要求后由膜浓缩反应池13另一 侧下部排水口的排水阀门15定期排出以维持浓缩过程的连续稳定运行，排放模式为少量 连续排放或中量间歇排放，以不显著影响浓缩液浓度为宜。所述气体反冲控制单元主要包 括空气压缩机7、空气调压阀8、控制器9、进气电磁阀10,出水电磁阀11和出水泵14,膜组 件12的一端经进气电磁阀10和空气调压阀8连通空气压缩机7,过膜后出水由膜组件12 的另一端经出水电磁阀11连通出水泵14泵出，气体反冲及出水泵14的运行或停止由控制 器9进行调控。气体反冲的使用取代了长期连续大量的曝气和化学氧化剂的频繁使用从而 减少了由生物作用和氧化还原作用导致的城市污水碳源损失，提高了资源利用率，而因此 形成的可控滤饼层可以辅助微滤膜进一步提升污水碳源的截留比例和进一步减轻膜污染。
[0022] 所述的同步混凝-吸附混合单元中，混凝剂投药池5内设置搅拌器，仅在添加药剂 时进行短时间搅拌，其余时间不工作以节省搅拌能耗，吸附剂投药池6设置连续搅拌器，维 持药剂混合液的均一性。
[0023] 所述的控制器9包含一个电控箱和两个ZN-48型智能双数显时间继电器，均为常 规产品，一个控制进气电磁阀10以实现气体反冲的运行和停止，一个控制出水电磁阀11以 辅助实现气体反冲过程并实现出水泵14的运行和停止，通过人为设定调节控制器9中两个 时间继电器的电路开闭时间间隔，以实现膜组件出水和气体反冲的交替进行，达到间歇运 行的要求。
[0024] 所述的膜组件12为常规产品，可以为带内衬的PVDF亲水性中空纤维微滤膜或超 滤膜，中空纤维膜两端利用环氧树脂与中空ABS固定件接合，两端的ABS固定件分别与进气 电磁阀10和出水电磁阀11连接。
[0025] 本发明装置的水泵、空气压缩机、空气调压阀、进气电磁阀、和出水电磁阀均为常 规产品。化学混凝剂投药池和吸附剂投药池均根据生产规模确定具体尺寸，膜浓缩反应池 根据生产规模及选用的膜组件12的大小确定尺寸。
[0026] 本发明的城市污水同步混凝-吸附-膜浓缩资源化预处理方法实施例流程如图2 所示；包括以下步骤：
[0027] 步骤一，在混凝剂投药池中配置有10g/L聚合氯化铝溶液构成混凝溶液，用以将 城市污水原水中的胶体态碳源聚集成颗粒态，吸附剂投药池中配置有l〇g/L粉末活性炭构 成吸附混合液，用以将污水中的溶解态碳源转移到固相中从而提高碳源截留效率，混凝剂 投药池仅在添加药剂时进行搅拌，其余时间不工作以降低系统运行能耗，吸附剂投药池中 保持连续搅拌防止吸附剂沉淀以保持所投药剂的均一性，通过运行进水泵2、混凝剂加药泵 3和吸附剂加药泵4使混凝溶液和吸附混合液中投药浓度维持恒定，其中混凝剂投药浓度 为20?40mg/L，吸附剂投药浓度为10?30mg/L，原污水、混凝溶液以及吸附混合液在管道 内同步混合后泵入到膜浓缩反应池13下部的进水口，与膜浓缩反应池13内的浓缩液进行 接触混合并抑制膜污染的快速生长；
[0028] 步骤二，混合有混凝剂与吸附剂的污水进入膜浓缩反应池后经膜组件12实现清 液与富集碳源分离，膜分离采用间歇抽停模式，出水泵14运行时保持进气电磁阀10关闭， 并打开出水电磁阀11，水力停留时间为〇. 5?0. 85h ;出水泵14停止时，通过打开进气电磁 阀11，并关闭出水电磁阀10,进行气体反冲，空气调压阀8将空气压缩机7提供的反冲气压 范围控制在0. 05?0. IMPa，控制器9控制气体反冲时长范围为0. 5?lmin，出水泵运行时 长为10?12min，出水泵停止时长范围为2?3min ;
[0029] 步骤三，膜浓缩反应池 13内浓缩液碳源混合浓度达到所述浓度时，膜浓缩反应池 13内的浓缩液通过排水阀门15排出以维持浓缩过程的连续稳定运行，排放模式为少量连 续排放或中量间歇排放，使得污泥浓缩液在膜浓缩反应池 13内停留时间控制在1?1. 5d 或1. 5?3d。
[0030] 本发明提供三个实施例的具体工况如表1所示。
[0031] 表1三个实施例的具体工况
[0032]
【权利要求】
1. 一种污水同步混凝-吸附-膜浓缩资源化预处理装置，用于城市污水资源化处理，其 特征在于：包括同步混凝-吸附混合单元、膜分离浓缩单元和气体反冲控制单元，所述同步 混凝-吸附混合单元包括进水细格栅、混凝剂投药池、吸附剂投药池及多个水泵；所述膜分 离浓缩单元包括膜浓缩反应池，所述反应池内设有膜组件，反应池两侧底部分别设有污水 进水管道及带有阀门的浓缩液出水管道；所述气体反冲控制单元包括空气压缩机、空气调 压阀、控制器、进气电磁阀，出水电磁阀和气体反冲及清水出水泵；其中，进水细格栅1的入 口与待处理的污水管相连，进水细格栅的出口与进水泵相连；混凝剂投药池的下端口与混 凝剂加药泵相连，吸附剂投药池的下端口与吸附剂加药泵相连，三个水泵的出口均与膜浓 缩反应池的进口管道相连；该膜浓缩反应池内的膜组件的一端经进气电磁阀和空气调压阀 与空气压缩机连接，膜组件的另一端经出水电磁阀与出水泵连接；控制器连接在进气电磁 阀和出水电磁阀之间，同时控制器与出水泵相连，气体反冲及出水泵的运行和停止由控制 器进行调控。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的混凝剂投药池内置有不连续工作 搅拌器，吸附剂投药池内设置有连续工作搅拌器。
3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的膜组件由带内衬的PVDF亲水性中 空纤维微滤膜和中空ABS固定件所构成，该中空纤维微滤膜两端用环氧树脂与中空ABS固 定件接合，两端的固定件分别与进气电磁阀和出水电磁阀连接。
4. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述膜组件为由带内衬的PVDF亲水性中 空纤维超滤膜和中空ABS固定件所构成，该中空纤维超滤膜两端用环氧树脂与中空ABS固 定件接合，两端的固定件分别与进气电磁阀和出水电磁阀连接。
5. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的控制器包含一个电控箱和两个 ZN-48型智能双数显时间继电器，一个控制进气电磁阀，以实现气体反冲的运行和停止，一 个控制出水电磁阀以辅助实现气体反冲过程并实现出水泵的运行和停止，通过人为设定调 节控制器中两个时间继电器的电路开闭时间间隔，以实现膜组件出水和气体反冲的交替进 行，达到间歇运行的要求。
6. -种采用权利要求1所述的装置的污水同步混凝-吸附-膜浓缩资源化预处理方 法，用于城市污水资源化处理，其特征在于：包括以下步骤： 步骤一，在混凝剂投药池中配置有l〇g/L聚合氯化铝溶液构成混凝溶液，吸附剂投药 池中配置有l〇g/L粉末活性炭构成吸附混合液，混凝剂投药池仅在添加药剂时进行搅拌， 吸附剂投药池中保持连续搅拌，通过运行进水泵、混凝剂加药泵和吸附剂加药泵使混凝溶 液和吸附混合液中投药浓度维持恒定，其中混凝剂投药浓度为20?40mg/L，吸附剂投药浓 度为10?30mg/L，原污水、混凝溶液以及吸附混合液在管道内同步混合后泵入到膜浓缩反 应池下部的进水口，与膜浓缩反应池内的浓缩液进行接触混合并抑制膜污染的快速生长； 步骤二，混合有混凝剂与吸附剂的污水进入膜浓缩反应池后经膜组件实现清液与富集 碳源分离，膜分离采用间歇抽停模式，出水泵运行时保持进气电磁阀关闭，并打开出水电磁 阀，水力停留时间为〇. 5?0. 85h ;出水泵停止时，通过打开进气电磁阀，并关闭出水电磁 阀，进行气体反冲，空气调压阀将空气压缩机7提供的反冲气压范围控制在0. 05?0. IMPa， 控制器控制气体反冲时长范围为0. 5?lmin，出水泵运行时长为10?12min，出水泵停止 时长范围为2?3min ; 步骤三，膜浓缩反应池内浓缩液碳源混合浓度达到所述浓度时，膜浓缩反应池内的浓 缩液通过排水阀门排出以维持浓缩过程的连续稳定运行，排放模式为少量连续排放或中量 间歇排放，使得污泥浓缩液在膜浓缩反应池内停留时间控制在1?1. 5d或1. 5?3d。
【文档编号】C02F9/04GK104118952SQ201410322883
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月8日 优先权日:2014年7月8日
【发明者】王凯军, 金正宇, 宫徽, 汪翠萍 申请人:清华大学