專利名稱：以曝氣和低頻超聲波強(qiáng)化膜混凝反應(yīng)分離裝置及其生產(chǎn)飲用水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于飲用水處理領(lǐng)域；具體涉及一種以曝氣和低頻超聲波強(qiáng)化膜混凝反應(yīng)分離裝置及其生產(chǎn)飲用水的方法。
背景技術(shù)：
隨著飲用水源的污染加重和城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，農(nóng)村飲用水安全衛(wèi)生以及城市自來水廠的改擴(kuò)建日益受到人們的重視。農(nóng)村缺乏一定的基建設(shè)施，且建設(shè)分散，難以實現(xiàn)集中供水；城市用地緊張，在水廠擴(kuò)建時往往無合適用地。超濾膜分離技術(shù)可根據(jù)用水規(guī)模進(jìn)行設(shè)計，小型裝置方便運輸，適合于分散式的農(nóng)村供水；大規(guī)模供水時，可大量節(jié)約占地面積。隨著超濾膜分離技術(shù)的成熟及膜生產(chǎn)成本的降低，其在國內(nèi)水處理行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。經(jīng)典的混凝工藝能夠去除水中多種污染物，有研究指出，混凝后形成的礬花大小和其在水體中的形式會對超濾膜造成一定的污染，進(jìn)而降低膜通量。傳統(tǒng)的機(jī)械混凝/超濾組合工藝需設(shè)置兩個(混凝后無沉淀)或三個(混凝、沉淀后進(jìn)入超濾膜)反應(yīng)池，相對占地較大，增加維護(hù)工作，且操作較繁瑣。傳統(tǒng)的混凝/超濾組合工藝是在超濾膜池外進(jìn)行混合，保證不了混凝劑與原水的充分混合，且在向超濾膜池的輸送過程中易造成礬花的破碎，最終的礬花是不均勻的，易造成膜污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了現(xiàn)有分置式混凝_超濾工藝占地大、形成絮體(礬花)不勻及膜污染嚴(yán)重的問題；而提供了以曝氣和低頻超聲波強(qiáng)化膜混凝反應(yīng)分離裝置及其生產(chǎn)飲用水的方法。 本發(fā)明中以曝氣和低頻超聲波強(qiáng)化膜混凝反應(yīng)分離裝置它包括殼體、超濾膜組件、反沖洗泵、混凝劑加藥池、第一曝氣器、第二曝氣器、鼓風(fēng)機(jī)、抽吸泵、壓力傳感器、凈水箱、進(jìn)水管、排泥管、反沖洗排泥管、超聲波發(fā)生器、超聲波金屬板、錐形排泥板、提升泵和凹槽構(gòu)成，所述殼體的底部設(shè)置凹槽，凹槽底部安裝有第一曝氣器，混凝劑加藥池的出液口與凹槽側(cè)壁上的進(jìn)液口連通，進(jìn)水管的出水口與凹槽側(cè)壁上的進(jìn)水口通過提升泵連通，殼體內(nèi)的上部設(shè)置有超聲波金屬板、第二曝氣器和超濾膜組件，超聲波金屬板與殼體外部的超聲發(fā)生器連接，超濾膜組件的出水口與壓力傳感器的進(jìn)水口連通，壓力傳感器分別于抽吸泵和反沖洗泵連接，抽吸泵的出水口與凈水箱的進(jìn)水口連通，反沖洗泵的進(jìn)口與凈水箱的出口連通，殼體內(nèi)的下部安裝有錐形排泥板，錐形排泥板上開有數(shù)個通孔，錐形排泥板和凹槽的內(nèi)腔形成了曝氣混凝沉淀區(qū)，錐形排泥板的外側(cè)與殼體內(nèi)腔下部之間形成集泥區(qū)，集泥區(qū)底部出泥口與排泥管的進(jìn)泥口連通，反沖洗排泥管的進(jìn)口與凹槽底部的出口連通。
以曝氣和低頻超聲波強(qiáng)化膜混凝反應(yīng)分離裝置生產(chǎn)飲用水的方法是按下述步驟進(jìn)行的一、水源水由進(jìn)水管通入曝氣混凝沉淀區(qū)內(nèi)，投加混凝劑同時底部連續(xù)曝氣，其中混凝劑的投加量為1 10mg/L，空氣與水體積比為10 30 :l，水力停留時間約為1 5 分鐘；二、步驟一處理后的水升流至殼體的上部進(jìn)行超聲波空化，超聲波的頻率為16 30KHz，超聲波的功率為1 10W/tf，然后用超濾膜組件過濾，超濾膜組件的通量在10 60L/(m2 h)，運行壓力為0. 05 0. 2Mpa，再抽吸泵抽吸至凈水箱內(nèi)，即得到了飲用水；其 中步驟二中每間隔30 150分鐘利用反沖洗泵對超濾膜組件進(jìn)行反沖洗，每次反沖洗歷時 30 90秒。 本發(fā)明中以曝氣和低頻超聲波強(qiáng)化膜混凝反應(yīng)分離的水處理方法，可保證混凝劑 與原水的充分混合，且在超聲波均化作用下形成的礬花在膜池內(nèi)分布較均勻，易于膜分離。 低頻超聲波的引入可有效清洗膜絲表面污染物，有效減緩凝膠層的形成，減輕濃差極化現(xiàn) 象，且不會對膜造成機(jī)械損傷；膜池側(cè)面安裝橫向氣洗裝置后，在超聲波、氣洗、水力反沖 洗共同作用下，對膜的在線清洗效果會更好。以曝氣和低頻超聲波強(qiáng)化膜混凝反應(yīng)分離的 水處理方法，能夠延長膜的反沖洗周期，減少不可逆膜污染的發(fā)生，從而有效降低化學(xué)清洗 的頻率，進(jìn)而延長超濾膜的壽命，同時能夠起到很好的混凝效果。本發(fā)明操作方便，一體化 設(shè)計，維修費用低，可減少一定量的基建投資和初期投入，規(guī)?？梢造`活設(shè)計，適用于農(nóng)村 小型供水裝置的建立、野外供水、突發(fā)事件的臨時供水和城市水廠改擴(kuò)建，具有較大推廣價 值。經(jīng)試驗證明，采用以曝氣和低頻超聲波強(qiáng)化膜混凝反應(yīng)分離的水處理方法，能夠提高混 凝過程中的混合效果，且產(chǎn)生的膜污染可通過超聲波清洗、側(cè)面氣洗、水力反沖洗作用進(jìn)行 緩解，有效地降低了超濾膜的化學(xué)清洗頻率，延長了膜的使用壽命，運行費用較低，為超濾 膜在農(nóng)村飲用水和城市自來水廠改擴(kuò)建中的應(yīng)用提供了一定的技術(shù)保障。


圖1是本發(fā)明裝置示意圖，圖中23表示計量泵，[X]表示閥門。
具體實施例方式
具體實施方式
一 結(jié)合圖1進(jìn)行說明，本實施方式中以曝氣和低頻超聲波強(qiáng)化膜 混凝反應(yīng)分離裝置它包括殼體1、超濾膜組件2、反沖洗泵3、混凝劑加藥池4、第一曝氣器6、 第二曝氣器7、鼓風(fēng)機(jī)8、抽吸泵9、壓力傳感器10、凈水箱11、進(jìn)水管12、排泥管13、反沖洗 排泥管14、超聲波發(fā)生器15、超聲波金屬板16、錐形排泥板17、提升泵19和凹槽20構(gòu)成，所 述殼體1的底部設(shè)置凹槽20，凹槽20底部安裝有第一曝氣器6，混凝劑加藥池4的出液口 與凹槽20側(cè)壁上的進(jìn)液口連通，進(jìn)水管12的出水口與凹槽20側(cè)壁上的進(jìn)水口通過提升泵 19連通，殼體1內(nèi)的上部設(shè)置有超聲波金屬板16、第二曝氣器7和超濾膜組件2，超聲波金 屬板16與殼體1外部的超聲發(fā)生器15連接，超濾膜組件2的出水口與壓力傳感器10的進(jìn) 水口連通，壓力傳感器10分別于抽吸泵9和反沖洗泵3連接，抽吸泵9的出水口與凈水箱 11的進(jìn)水口連通，反沖洗泵3的進(jìn)口與凈水箱11的出口連通，殼體1內(nèi)的下部安裝有錐形 排泥板17，錐形排泥板17上開有數(shù)個通孔21，錐形排泥板17和凹槽20的內(nèi)腔形成了曝氣 混凝沉淀區(qū)22，錐形排泥板17的外側(cè)與殼體1內(nèi)腔下部之間形成集泥區(qū)24，集泥區(qū)24底 部出泥口與排泥管13的進(jìn)泥口連通，反沖洗排泥管14的進(jìn)口與凹槽20底部的出口連通。
本實施方式在出水管路上設(shè)有壓力傳感器，用于在線觀察膜的污染狀況。本實施 方式所述裝置可與自控系統(tǒng)連接，所述的自控系統(tǒng)有傳感器、繼電器、自控軟件等組成，可通過軟件控制投藥量，根據(jù)壓力信號控制超聲波發(fā)生器的頻率、功率和間歇比的大小。
本實施方式所述裝置在浸沒式超濾膜池底部布置一種空氣曝氣器，以曝氣方式混凝，混凝后的水直接經(jīng)外壓式超濾膜過濾，得到凈化水；側(cè)面設(shè)有空氣曝氣器，可實現(xiàn)優(yōu)于底部曝氣的有效氣洗；并設(shè)有低頻超聲波裝置，可實現(xiàn)對膜池內(nèi)顆粒的均化及對膜表面附著顆粒物的有效清洗。本發(fā)明方法通過曝氣保證混凝劑與原水的充分混合，在膜池內(nèi)部通過曝氣混合與超聲波作用形成一定大小均勻的礬花，能較大程度上抑制不可逆膜污染的發(fā)生。與分置式混凝一超濾比較，在有效去除污染物的同時能夠顯著延長反洗周期。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，可減少基建投資和初期投入，能減少化學(xué)清洗的頻率，延長超濾膜的使用壽命。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是所述殼體1的材料為有機(jī)玻璃或不銹鋼。其它與具體實施方式
一相同。 具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一或二不同的是所述超濾膜組件2材質(zhì)為有機(jī)膜組件、陶瓷膜組件或不銹鋼膜組件。其它與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四(參見圖l)本實施方式與具體實施方式
一至三不同的是以曝氣和低頻超聲波強(qiáng)化膜混凝反應(yīng)分離裝置還包括助凝劑加藥池5，所述助凝劑加藥池5的出口與凹槽20側(cè)壁上的進(jìn)口連通。其它與具體實施方式
一至三相同。
具體實施方式
五(參見圖l)本實施方式與具體實施方式
一至三不同的是以曝氣和低頻超聲波強(qiáng)化膜混凝反應(yīng)分離裝置還包括回流管18，所述回流管18的進(jìn)口與集泥區(qū)24底部出口連通，回流管18的出口與凹槽20側(cè)壁上的進(jìn)口連通。其它與具體實施方式
一至三相同。 本實施方式中可根據(jù)絮體形成情況利用回流管18適當(dāng)調(diào)節(jié)回流比例，有效助凝，達(dá)到最優(yōu)的混凝效果。
具體實施方式
六本實施方式中以曝氣和低頻超聲波強(qiáng)化膜混凝反應(yīng)分離裝置生產(chǎn)飲用水的方法是按下述步驟進(jìn)行的一、水源水由進(jìn)水管12通入曝氣混凝沉淀區(qū)22內(nèi)，投加混凝劑同時底部連續(xù)曝氣，其中混凝劑的投加量為1 10mg/L，空氣與水體積比為10 30 :l，水力停留時間約為1 5分鐘；二、步驟一處理后的水升流至殼體1的上部進(jìn)行超聲波空化，超聲波的頻率為16 30KHz，超聲波的功率為1 10W/m、然后用超濾膜組件2過濾，超濾膜組件2的通量在10 60L/ (m2 h)，運行壓力為0. 05 0. 2Mpa，再抽吸泵9抽吸至凈水箱11內(nèi)，即得到了飲用水；其中步驟二中每間隔30 150分鐘利用反沖洗泵3對超濾膜組件2進(jìn)行反沖洗，每次反沖洗歷時30 90秒。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
六不同的是步驟一所述的混凝劑的投加量為4 8mg/L。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
六或七不同的是步驟一所述的混凝劑為硫酸鋁、聚合氯化鋁、硫酸鐵或聚合氯化鐵。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
六或七相同。 具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
六至八不同的是步驟一所述的空氣與水體積比為15 25 :1。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
六至八相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
六至九不同的是步驟二所述超聲波的頻率為20 25KHz。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
六至九相同。
具體實施方式
i^一 本實施方式與具體實施方式
六至十不同的是步驟二中所述超濾膜組件2的通量在20 40L/(m2 h)。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
六至十相同。
具體實施方式
十二 本實施方式與具體實施方式
六至i^一不同的是步驟二中反 沖洗時關(guān)閉第一曝氣器6、開啟第二曝氣器7，強(qiáng)度為20 100m3/ (m2 *h)，反洗強(qiáng)度為20 100L/(m2 h)。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
六至i^一相同。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
六至十二不同的是步驟一在投 加混凝劑同時投加助凝劑，助凝劑是高錳酸鉀，助凝劑投加量為0. 1 lmg/L。其它步驟和 參數(shù)與具體實施方式
六至十二相同。
具體實施方式
十三本實施方式以曝氣和低頻超聲波強(qiáng)化膜混凝反應(yīng)分離裝置生 產(chǎn)飲用水的方法是按下述步驟進(jìn)行的一、水源水(PH :6. 7 7. 8 ;溫度15 20°C ;濁度
4 10NTU ;C0Dto :3 5mg/L ;UV254 :0. 54 0. 75)由進(jìn)水管12經(jīng)提升泵通入凹槽20內(nèi)， 投加聚合氯化鋁同時底部連續(xù)曝氣，其中混凝劑的投加量為2 6mg/L，空氣與水體積比 為10 20 :l，水力停留時間約為1 5分鐘；混凝劑與原水在底部曝氣作用下實現(xiàn)快速 混合，提升過程中速度逐漸緩慢，在周圍側(cè)可以實現(xiàn)部分礬花的沉降，進(jìn)入集泥區(qū)，進(jìn)而排 放；二、將步驟一處理后的水經(jīng)超聲波空化，然后用超濾膜組件2過濾，即得到了飲用水；步 驟二中所用超濾膜為有機(jī)中空纖維膜，運行通量為20 45L/(m2 h)，運行壓力為0. 05 0. 2MPa，反洗強(qiáng)度為40 1001vV 'h)，反沖洗周期為30 150分鐘，反沖洗歷時30 90 秒；超聲波發(fā)生頻率為18 25KHz，發(fā)生功率為2 8W/m2，反沖洗時側(cè)面曝氣20 100m3/ (m2 h)。本實施方式方法出水濁度< 0. 2NTU， C0Dto < 3mg/L，滿足國家《飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》 (GB5749-2006)。與分置式混凝/超濾工藝相比，對C0D^、 UV254去除率均可提高15%以上， 對超濾膜所形成的污染通過超聲波、側(cè)面氣洗、反洗三者強(qiáng)化恢復(fù)75%以上，可延長反沖洗 周期10 50min。
權(quán)利要求
以曝氣和低頻超聲波強(qiáng)化膜混凝反應(yīng)分離裝置，它包括殼體(1)、超濾膜組件(2)、反沖洗泵(3)、混凝劑加藥池(4)、第一曝氣器(6)、第二曝氣器(7)、鼓風(fēng)機(jī)(8)、抽吸泵(9)、壓力傳感器(10)、凈水箱(11)、進(jìn)水管(12)、排泥管(13)、反沖洗排泥管(14)、超聲波發(fā)生器(15)、超聲波金屬板(16)、錐形排泥板(17)、提升泵(19)和凹槽(20)構(gòu)成，其特征在于所述殼體(1)的底部設(shè)置凹槽(20)，凹槽(20)底部安裝有第一曝氣器(6)，混凝劑加藥池(4)的出液口與凹槽(20)側(cè)壁上的進(jìn)液口連通，進(jìn)水管(12)的出水口與凹槽(20)側(cè)壁上的進(jìn)水口通過提升泵(19)連通，殼體(1)內(nèi)的上部設(shè)置有超聲波金屬板(16)、第二曝氣器(7)和超濾膜組件(2)，超聲波金屬板(16)與殼體(1)外部的超聲發(fā)生器(15)連接，超濾膜組件(2)的出水口與壓力傳感器(10)的進(jìn)水口連通，壓力傳感器(10)分別于抽吸泵(9)和反沖洗泵(3)連接，抽吸泵(9)的出水口與凈水箱(11)的進(jìn)水口連通，反沖洗泵(3)的進(jìn)口與凈水箱(11)的出口連通，殼體(1)內(nèi)的下部安裝有錐形排泥板(17)，錐形排泥板(17)上開有數(shù)個通孔(21)，錐形排泥板(17)和凹槽(20)的內(nèi)腔形成了曝氣混凝沉淀區(qū)(22)，錐形排泥板(17)的外側(cè)與殼體(1)內(nèi)腔下部之間形成集泥區(qū)(24)，集泥區(qū)(24)底部出泥口與排泥管(13)的進(jìn)泥口連通，反沖洗排泥管(14)的進(jìn)口與凹槽(20)底部的出口連通。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的以曝氣和低頻超聲波強(qiáng)化膜混凝反應(yīng)分離裝置，其特征在于殼體(l)的材料為有機(jī)玻璃或不銹鋼。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的以曝氣和低頻超聲波強(qiáng)化膜混凝反應(yīng)分離裝置，其特征在于所述超濾膜組件(2)材質(zhì)為有機(jī)膜組件、陶瓷膜組件或不銹鋼膜組件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的以曝氣和低頻超聲波強(qiáng)化膜混凝反應(yīng)分離裝置，其特征在于以曝氣和低頻超聲波強(qiáng)化膜混凝反應(yīng)分離裝置還包括助凝劑加藥池(5)，所述助凝劑加藥池(5)的出口與凹槽(20)側(cè)壁上的進(jìn)口連通。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的以曝氣和低頻超聲波強(qiáng)化膜混凝反應(yīng)分離裝置，其特征在于以曝氣和低頻超聲波強(qiáng)化膜混凝反應(yīng)分離裝置還包括回流管(18)，所述回流管(18)的進(jìn)口與集泥區(qū)(24)底部出口連通，回流管(18)的出口與凹槽(20)側(cè)壁上的進(jìn)口連通。
6. 采用權(quán)利要求1所述以曝氣和低頻超聲波強(qiáng)化膜混凝反應(yīng)分離裝置生產(chǎn)飲用水的方法，其特征在于曝氣和低頻超聲波強(qiáng)化膜混凝反應(yīng)分離裝置生產(chǎn)飲用水的方法是按下述步驟進(jìn)行的一、水源水由進(jìn)水管(12)通入曝氣混凝沉淀區(qū)(22)內(nèi)，投加混凝劑同時底部連續(xù)曝氣，其中混凝劑的投加量為1 10mg/L，空氣與水體積比為10 30 :l，水力停留時間約為1 5分鐘；二、步驟一處理后的水升流至殼體(1)的上部進(jìn)行超聲波空化，超聲波的頻率為16 30KHz，超聲波的功率為1 10W/m、然后用超濾膜組件(2)過濾，超濾膜組件(2)的通量在10 60L/(m2 h)，運行壓力為0. 05 0. 2Mpa，再抽吸泵(9)抽吸至凈水箱(ll)內(nèi)，即得到了飲用水；其中步驟二中每間隔30 150分鐘利用反沖洗泵(3)對超濾膜組件(2)進(jìn)行反沖洗，每次反沖洗歷時30 90秒。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述以曝氣和低頻超聲波強(qiáng)化膜混凝反應(yīng)分離裝置生產(chǎn)飲用水的方法，其特征在于步驟一所述的混凝劑的投加量為4 8mg/L。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述以曝氣和低頻超聲波強(qiáng)化膜混凝反應(yīng)分離裝置生產(chǎn)飲用水的方法，其特征在于步驟一所述的混凝劑為硫酸鋁、聚合氯化鋁、硫酸鐵或聚合氯化鐵。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述以曝氣和低頻超聲波強(qiáng)化膜混凝反應(yīng)分離裝置生產(chǎn)飲用水的方法，其特征在于步驟二中反沖洗時關(guān)閉第一曝氣器(6)、開啟第二曝氣器(7)，強(qiáng)度為 20 100m3/ (m2 h)，反洗強(qiáng)度為20 100L/ (m2 h)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6、7或9所述以曝氣和低頻超聲波強(qiáng)化膜混凝反應(yīng)分離裝置生產(chǎn)飲 用水的方法，其特征在于步驟一在投加混凝劑同時投加助凝劑，助凝劑是高錳酸鉀，助凝劑 投加量為0. 1 lmg/L。
全文摘要
以曝氣和低頻超聲波強(qiáng)化膜混凝反應(yīng)分離裝置及其生產(chǎn)飲用水的方法，它屬于飲用水處理領(lǐng)域。本發(fā)明解決了分置式混凝-超濾工藝占地大、形成絮體不勻及膜污染嚴(yán)重的問題。本發(fā)明裝置所述殼體的底部設(shè)置凹槽，凹槽底部安裝有第一曝氣器，殼體的上部設(shè)置有超聲波金屬板、第二曝氣器和超濾膜組件。本發(fā)明水源水經(jīng)曝氣混凝、超聲空化和超濾膜過濾后得到飲用水。經(jīng)本發(fā)明處理后的水水質(zhì)達(dá)到了國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)GB5749-2006。本發(fā)明方法減小膜污染，延長了膜的使用壽命，獲得絮體均勻。本發(fā)明裝置占地面積小、結(jié)構(gòu)簡單；適用于農(nóng)村小型供水裝置的建立、野外供水、突發(fā)事件的臨時供水和城市水廠改擴(kuò)建，具有較大推廣價值。
文檔編號C02F1/36GK101781051SQ201010124809
公開日2010年7月21日 申請日期2010年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月16日
發(fā)明者李圭白, 梁恒, 田家宇, 瞿芳術(shù), 陳忠林, 韓梅, 韓正雙, 高偉 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)