一体式膜混凝反应器（mcr）和水处理工艺的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种一体式膜混凝反应器(MCR)和水处理工艺，包括：膜池，以及设置于同一膜池内的膜组件和曝气装置。膜池底部曝气的同时，将混凝剂持续注入膜池，曝气量≥0.05L/min，以使混凝剂在膜池内溶解均匀且保证絮体粒径稳定增长。利用混凝剂对污染物的有效去除，减缓污染物本身引起的跨膜压差增加。利用超滤膜的截留作用保证出水水质。此外，运行过程中絮体本身对膜表面无损伤。膜池内絮体由于持续形成，密度较大，排泥方便且泥量较小。本发明在保证污染物去除效率及减缓膜污染的同时，能极大程度地减少占地面积。本发明可用于受污染水源的饮用水处理，也可应用于城市污水厂处理和再生水净化。
【专利说明】
一体式膜混凝反应器(MCR)和水处理工艺
技术领域
[0001]本发明属于水处理和膜污染控制技术领域，具体涉及一体式膜混凝反应器(MCR)和水处理工艺。
【背景技术】
[0002]常规水处理工艺(混凝-沉淀-过滤-消毒)已有100多年的应用历史，但随着水质污染和对水质要求的不断提升，常规工艺越来越表现出不适应性。当人们高度关注水质健康风险问题并努力应对其所带来的技术挑战时，水质安全保障的新原理、新方法和新工艺就在解决问题的实际需求中发生着积极的变革。在此过程中，人们将新材料的应用作为突破重点，试图在最基础的手段上为改善传统水处理工艺提供科学方法和工艺技术。为此，近年来膜法净化理论和应用已成为本领域的研究热点，膜处理技术也被广泛应用于实际水处理工程。
[0003]尽管膜技术在水处理中的应用日益普遍，但膜污染始终都是降低膜净水效率的瓶颈性因素。为了有效地减缓与控制膜污染，通常在膜处理系统前进行一定程度的混凝预处理。截至目前，已探索了两种混凝膜组合工艺:(I)常规膜组合工艺，即预先混凝工艺。膜处理系统前有混凝和沉淀单元。污染物首先与混凝剂混凝，经沉淀单元后进入膜处理系统；
(2)直接过滤膜组合工艺，即短流程工艺。膜处理系统前无沉淀单元。污染物经混凝后直接进入膜处理系统。
[0004]常规膜组合工艺中含有混凝和沉淀两个处理单元，占地面积较大。另一方面，沉淀池内污泥密度相对较小，使得排泥量较大。同时，由于沉淀单元的存在，混凝后较大的颗粒易下沉，而较小的颗粒则直接进入膜处理系统，导致吸附/堵塞膜孔的概率增大，容易引起严重的膜污染。
[0005]对于直接过滤膜组合工艺而言，由于无沉淀单元，相比常规膜组合工艺，占地面积较小。污染物混凝后直接进入膜处理系统，颗粒较大，不易吸附/堵塞膜孔，膜污染程度相对较轻，但膜池内颗粒易沉淀，导致排泥量和排泥频率较大。
[0006]专利申请CN101279805A公开了《膜法饮用水处理工艺方法与设备》，一种膜法饮用水处理设备，包括:预处理单元、混凝池、膜分离池;预处理单元中设置粗格栅及Y型管道过滤器等，对原水进行预处理，以防原水中杂质堵塞进水栗及进水水表;混凝池为机械混凝池，对原水进行混凝;膜分离池，采用帘式膜组件结构，对原水进行过滤。
[0007]专利申请CN 103566762 A公开《一种浸没式超滤系统》，混凝剂投加在浸没式超滤膜进水栗的吸水口处，投加混凝剂的原水进入浸没式超滤膜池内进行过滤。采用在线混凝与浸没式超滤膜的组合工艺，同时超滤膜反冲洗水再回入原水管路中，进行回用。而且浸没式超滤系统底部设有排泥槽，可定期排出污泥，保证了浸没式超滤的稳定运行。
[0008]在保证污染物去除效率的基础上，为进一步减少占地面积和排泥，本发明采用将混凝装置与浸没式膜组件置于同一膜池的一体式膜混凝反应器(Membrane Coagulat1nReact0r，MCR)。通过膜池底部曝气，使得混凝均匀并持续形成絮体。利用混凝作用，尤其原位形成的絮体，高效去除污染物，同时利用膜组件的截留作用保证出水水质。与常规膜组合工艺和直接过滤膜组合工艺相比，一体式膜混凝工艺不仅占地面积进一步降低，而且能充分利用混凝后原位形成絮体的高效性，更好地去除污染物及减缓超滤膜的污染。此外，所形成的污泥密度较大，排泥方便且泥量较小。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是提供一种能有效降低占地面积、运行管理方便且能高效去除污染物的水处理工艺方法及一体式膜混凝反应器(Membrane Coagulat1n Reactor ,MCR)。
[0010]为实现上述目的，本发明采取以下方案:
[0011 ] 一种一体式膜混凝反应器(MCR)，包括:膜池，以及设置于同一膜池内的膜组件和曝气装置;膜池通过管路串联抽吸栗与混凝剂投加池相连接;膜池底部还设置有排泥阀;反应器还设置有膜池出水口。
[0012]本发明实现了混凝工艺与膜工艺一体化，在保证污染物去除效率的同时，有效地降低了占地面积。
[0013]进一步地，根据膜处理工艺的需求，所述膜组件还通过管路与真空压力表相连接。
[0014]进一步地，所述曝气装置设置于膜池内的底部，距离上方膜组件10?50cm。
[0015]进一步地，所述曝气装置为穿孔曝气管或曝气头，且曝气管或曝气头的水平间距为5?50cm，曝气管或曝气头直径较大时取高值。
[0016]更进一步地，所述曝气装置的曝气量多0.05L/min，膜污染程度严重时取高值。
[0017]进一步地，所述的膜组件为低压膜组件，其形式为浸没式，包括微滤膜或超滤膜，且末端为自由端，以方便排泥。
[0018]本发明还提供一种一体式膜混凝水处理工艺方法如下:
[0019]利用上述一体式膜混凝反应器，在混凝剂投加池中配置一定浓度混凝剂，在膜池底部曝气的情况下，通过抽吸栗将混凝剂持续栗入膜池，待处理水直接注入膜池，在膜池中同步进行混凝和膜处理，处理后的水经膜池出水口排出；为保证处理效果，待处理水在膜池内停留时间须多lOmin。物理性反冲洗时间为20?30min，反冲洗水速率2倍于进水速率。维护性清洗频率为5?10天/次。当膜通量下降至初始膜通量的60?70%时，须对膜组件进行化学清洗。
[0020]进一步地，所述的混凝剂为无机混凝剂，其种类优选为铝盐混凝剂、铁盐混凝剂或铝铁复合混凝剂。
[0021]进一步地，处理工艺中膜池内的水位高出膜组件100?200cm。
[0022]进一步地，所述工艺的排泥频率为5?15天/次。每次排泥时，停止曝气，静置30min后排泥，水位下降至膜组件即可。
[0023]本发明具有如下优点:
[0024]1、利用膜池底部曝气达到混凝的目的，充分发挥原位形成絮体的活性，高效去除污染物。
[0025]2、利用膜池内絮体持续形成，膜池内颗粒物密度较大的特点，方便排泥且泥量较小。
[0026]3、占地面积小、产水率高及水头损失小，适合于老水厂改造和新水厂建设。运行成本低廉，且运行管理方便。
【附图说明】
[0027]图1:本发明一体式膜混凝反应器示意图；
[0028]其中，1-膜池，2-膜组件，3-曝气装置，4-抽吸栗，5-混凝剂投加池，6_真空压力表，
7-膜池出水口，8-排泥阀。
【具体实施方式】
[0029]下面通过具体的实施方案，并结合附图，进一步叙述本发明。除非特别说明，实施方式中未描述的技术手段均可以用本领域技术人员所公知的方式实现。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分、用量、尺寸、形状进行的各种修改、替换、改进也属于本发明的保护范围，并且本发明所限定的具体参数应有可允许的误差范围。
[0030]为了更好地理解本发明，对图中涉及的主要部位或部件进行了编号。相同的编号表示相同或相似的部位或部件，具有基本相同的功能，但其在不同图或实施例中具体的尺寸、形状、结构不一定相同。
[0031]实施例1
[0032]本实施例为原水处理，待处理水中溶解性有机碳(DOC)含量2?10mg/L。采用常规混凝膜处理工艺(包含独立的混凝单元、沉淀单元和膜处理单元的常规设备)。持续投加铝盐混凝剂，以招计每天5mg/L。其中，机械搅拌为快转(200rpm) Imin，慢转(50rpm)l5min。将原水栗入混凝池，经过沉淀池后以lm3/h进入膜池，膜池内水力停留时间为0.5h ο通过沉淀池排泥，其中排泥频率为3天/次。连续运行30天后跨膜压差增至48kPa，出水DOC去除率为79%。
[0033]实施例2
[0034]本实施例为原水处理，待处理水中溶解性有机碳(DOC)含量2?10mg/L。采用短流程工艺(包含独立的混凝单元和膜处理单元的常规设备)。持续投加铝盐混凝剂，以铝计每天5mg/L。其中，机械搅拌为快转(200rpm)lmin，慢转(50rpm)15min。将原水栗入混凝池，并以lm3/h进入膜池，膜池内水力停留时间为0.5h。连续运行30天，排泥频率为3天/次。每次排泥时静置30min，打开膜池底部排泥阀排出一半沉积物。连续运行30天后跨膜压差增至42kPa，出水DOC去除率为81 %。
[0035]实施例3
[0036]参考图1所示，在本发明的一个示例性实施例中，一种一体式膜混凝反应器，包括:膜池1、设置于同一膜池内的膜组件2和曝气装置3;膜池I通过管路串联抽吸栗4与混凝剂投加池5相连接。膜组件2还通过管路与真空压力表6相连接。反应器还设置有膜池出水口 7。膜池I底部还设置有排泥阀8。
[0037]本实施例为原水处理，待处理水中溶解性有机碳(DOC)含量2?10mg/L。采用本发明一体式膜混凝反应器和水处理工艺，如图1所示，混凝剂投加池5中含有铝盐混凝剂，膜组件2与曝气装置3置于同一膜池I内。
[0038]通过抽吸栗4将铝盐混凝剂持续注入膜池I内，以铝计每天5mg/L。其中，曝气量为0.05L/min。连续运行30天，排泥频率为10天/次。每次排泥时静置30min，打开排泥阀8，排出一半沉积物。将原水栗入膜池，并以lm3/h进入膜池，膜池内水力停留时间为0.5h。连续运行30天后跨膜压差增至38kPa，出水DOC去除率为86%。
[0039]实施例4
[0040]本实施例为原水处理，待处理水中溶解性有机碳(DOC)含量2?10mg/L。采用本发明一体式膜混凝反应器和水处理工艺，如图1所示，混凝剂投加池5中含有铁盐混凝剂，膜组件2与曝气装置3置于同一膜池I内。
[0041 ]将铁盐混凝剂持续注入膜池I内，以铁计每天5mg/L。其中，曝气量为0.05L/min。连续运行30天，排泥频率为10天/次。每次排泥时静置30min，打开排泥阀8，排出一半沉积物。将原水栗入膜池，并以lm3/h进入膜池，膜池内水力停留时间为0.5h。连续运行30天后跨膜压差增至39kPa，出水DOC去除率为84%。
[0042]实施例5
[0043]本实施例为原水处理，待处理水中溶解性有机碳(DOC)含量2?10mg/L。采用本发明一体式膜混凝反应器和水处理工艺，如图1所示，混凝剂投加池5中含有铝盐混凝剂，膜组件2与曝气装置3置于同一膜池I内。
[0044]将铝盐混凝剂持续注入膜池I内，以铝计每天5mg/L。其中，曝气量为0.lL/min。连续运行30天，排泥频率为10天/次。每次排泥时静置30min，打开排泥阀8，排出一半沉积物。将原水栗入膜池，并以lm3/h进入膜池，膜池内水力停留时间为0.5h。连续运行30天后跨膜压差增至36kPa，出水DOC去除率为85%。
[0045]实施例6
[0046]本实施例为原水处理，待处理水中溶解性有机碳(DOC)含量2?10mg/L。采用本发明一体式膜混凝反应器和水处理工艺，如图1所示，混凝剂投加池5中含有铝盐混凝剂，膜组件2与曝气装置3置于同一膜池I内。
[0047]将铝盐混凝剂持续注入膜池I内，以铝计每天5mg/L。其中，曝气量为0.5L/min。连续运行30天，排泥频率为10天/次。每次排泥时静置30min，打开排泥阀8，排出一半沉积物。将原水栗入膜池，并以lm3/h进入膜池，膜池内水力停留时间为0.5h。连续运行30天后跨膜压差增至31kPa，出水DOC去除率为82%。
[0048]实施例7
[0049]本实施例为原水处理，待处理水中溶解性有机碳(DOC)含量10?25mg/L。采用本发明一体式膜混凝反应器和水处理工艺，如图1所示，混凝剂投加池5中含有铝盐混凝剂，膜组件2与曝气装置3置于同一膜池I内。
[0050]将铝盐混凝剂持续注入膜池I内，以铝计每天10mg/L。其中，曝气量为0.05L/min。连续运行30天，排泥频率为10天/次。每次排泥时静置30min，打开排泥阀8，排出一半沉积物。将原水栗入膜池，并以lm3/h进入膜池，膜池内水力停留时间为0.5h。连续运行30天后跨膜压差增至33kPa，出水DOC去除率为87%。
[0051 ] 实施例8
[0052]本实施例为原水处理，待处理水中溶解性有机碳(DOC)含量20?50mg/L。采用本发明一体式膜混凝反应器和水处理工艺，如图1所示，混凝剂投加池5中含有铝盐混凝剂，膜组件2与曝气装置3置于同一膜池I内。
[0053]将铝盐混凝剂持续注入膜池I内，以铝计每天20mg/L。其中，曝气量为0.05L/min。连续运行30天，排泥频率为10天/次。每次排泥时静置30min，打开排泥阀8，排出一半沉积物。将原水栗入膜池，并以lm3/h进入膜池，膜池内水力停留时间为0.5h。连续运行30天后跨膜压差增至27kPa，出水DOC去除率为92%。
[0054]实施例9
[0055]本实施例为原水处理，待处理水中溶解性有机碳(DOC)含量100?200mg/L。采用本发明一体式膜混凝反应器和水处理工艺，如图1所示，混凝剂投加池5中含有铝盐混凝剂，膜组件2与曝气装置3置于同一膜池I内。
[0056]将铝盐混凝剂持续注入膜池I内，以铝计每天30mg/L。其中，曝气量为0.05L/min。连续运行30天，排泥频率为10天/次。每次排泥时静置30min，打开排泥阀8，排出一半沉积物。将原水栗入膜池，并以lm3/h进入膜池，膜池内水力停留时间为0.5h。连续运行30天后跨膜压差增至37kPa，出水DOC去除率为88%。
[0057]实施例10
[0058]本实施例为原水处理，待处理水中溶解性有机碳(DOC)含量200?500mg/L。采用本发明一体式膜混凝反应器和水处理工艺，如图1所示，混凝剂投加池5中含有铝盐混凝剂，膜组件2与曝气装置3置于同一膜池I内。
[0059]将铝盐混凝剂持续注入膜池I内，以铝计每天50mg/L。其中，曝气量为0.05L/min。连续运行30天，排泥频率为10天/次。每次排泥时静置30min，打开排泥阀8，排出一半沉积物。将原水栗入膜池，并以lm3/h进入膜池，膜池内水力停留时间为0.5h。连续运行30天后跨膜压差增至41kPa，出水DOC去除率为93%。
【主权项】
1.一种一体式膜混凝反应器，包括:膜池，以及设置于同一膜池内的膜组件和曝气装置;膜池通过管路串联抽吸栗与混凝剂投加池相连接;膜池底部还设置有排泥阀;所述反应器还设置有膜池出水口。2.如权利要求1所述的一种一体式膜混凝反应器，其特征在于，所述曝气装置设置于膜池内的底部，距离上方膜组件10?50cmo3.如权利要求1所述的一种一体式膜混凝反应器，其特征在于，所述曝气装置为穿孔曝气管或曝气头，且曝气管或曝气头的水平间距为5?50cm。4.如权利要求1所述的一种一体式膜混凝反应器，其特征在于，所述曝气装置的曝气量.05L/min。5.如权利要求1所述的一种一体式膜混凝反应器，其特征在于，所述的膜组件为低压膜组件，其形式为浸没式，且末端为自由端。6.如权利要求1所述的一种一体式膜混凝反应器，其特征在于，所述膜组件还通过管路与真空压力表相连接。7.—种一体式膜混凝水处理膜工艺方法，其特征在于，利用权利要求1-6任一所述的一体式膜混凝反应器，在混凝剂投加池中配置一定浓度混凝剂，在膜池底部曝气的情况下，通过抽吸栗将混凝剂持续栗入膜池，待处理水直接注入膜池，在膜池中同步进行混凝和膜过滤，过滤后的水经膜池出水口排出；为保证处理效果，待处理水在膜池内停留时间须多1min;当膜通量下降至初始膜通量的60?70%时，须对膜组件进行化学清洗。8.如权利要求7所述的一体式膜混凝水处理工艺方法，其特征在于，所述的混凝剂为无机混凝剂，其种类为铝盐混凝剂、铁盐混凝剂或铝铁复合混凝剂。9.如权利要求7所述的一体式膜混凝水处理工艺方法，其特征在于，所述处理工艺中膜池内的水位高出膜组件100?200 cm ο10.如权利要求7所述的一体式膜混凝水处理工艺方法，其特征在于，所述工艺的排泥频率为5?15天/次;每次排泥时，停止曝气，静置30min后排泥，水位下降至膜组件即可。
【文档编号】C02F1/52GK105948236SQ201610529503
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月6日
【发明人】曲久辉, 马百文, 王兴, 刘会娟, 刘锐平, 兰华春
【申请人】中国科学院生态环境研究中心