專利名稱：膜法湖水凈化處理工藝及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種湖水凈化處理工藝及其裝置，尤其是涉及一種采用膜集成過 程對湖水凈化處理工藝及其裝置。
背景技術(shù)：
我國湖泊眾多，是解決我國用水的重要組成部分。全國共有湖泊24800多個， 其中面積在1平方公里以上的天然湖泊就有2800多個。其中，較大的淡水湖有 鄱陽湖、洞庭湖、太湖、洪澤湖、巢湖等，這些湖泊已經(jīng)成為當(dāng)?shù)氐闹匾?。隨著生活水平的提高，人們對水質(zhì)的要求也越來越高，傳統(tǒng)的處理方法己經(jīng) 難以達(dá)到要求。生活在湖水周邊的居民， 一般對湖水僅作初步沉淀處理。但隨著 工業(yè)污染和生活污染的閂趨嚴(yán)重，我國大部分湖泊正面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，湖水的 質(zhì)量日趨下降。部分湖泊已經(jīng)不能直接作為生活用水。湖水的凈化處理需求加大。大部分湖水屬于微污染水，總體水質(zhì)較好，因此處理較為簡單。我國專利"河 湖水處理的裝置及其方法"(ZL200510002120.6)公布了一種濾筒組的湖水處理 裝置。這種方法是對傳統(tǒng)的水處理過程的一種改進(jìn)，但總體過濾精度不高，難以 達(dá)到居民用水的要求。"處理被污染的河水或者湖水的方法"(200710024787.5) 中提到采用加入雙氧水的方法進(jìn)行處理。日本專利"WATER CLEANING METHOD" (JP2007245001)報道了一種先采用向水源中鼓泡的方法對微量有機(jī) 物進(jìn)行降解后，再采取微濾或超濾的方法進(jìn)行過濾。日本專利"WATER TREATMENT APPARATUS" (JP2007160158)報道了一種適用于無電動力水凈 化裝置，將箱體式膜容器置入湖底，利用湖水的壓差進(jìn)行膜過濾制得較干凈的水， 再采用空壓機(jī)將其壓入地面的蓄水池。因此，湖水的凈化方法已經(jīng)引起的全世界 的高度關(guān)注。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有湖水凈化方法中的一些不足而提供一種快速 簡便、占地面積少、自動化程度高的膜法湖水凈化處理裝置及其處理工藝。本發(fā)明的技術(shù)方案為 一種膜法湖水凈化處理裝置，其特征在于由管道式智 能化預(yù)處理系統(tǒng)、多孔膜過濾裝置和低壓反滲透裝置組成。其中，所述的管道式 智能化預(yù)處理系統(tǒng)是指根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)的特性自動添加藥劑的裝置，管道式智能化預(yù)處理系統(tǒng)由壓力傳感儀表、帶有調(diào)節(jié)閥的分管、濁度傳感儀表、總有機(jī)碳(TOC) 傳感儀表、藥劑添加接口、調(diào)節(jié)閥和PLC控制系統(tǒng)組成，其中帶有調(diào)節(jié)閥的分管中內(nèi)置濾網(wǎng)；管道入口處安裝壓力傳感儀表，隨后分成兩路帶有調(diào)節(jié)閥的分管， 每個分管中內(nèi)置圓盤式金屬濾網(wǎng)，兩路分管匯合后的管道上安裝有壓力傳感儀 表、濁度傳感儀表、總有機(jī)碳(TOC)傳感儀表和藥劑添加接口，藥劑添加接口 上裝有調(diào)節(jié)閥，以上儀表與調(diào)節(jié)閥之間采用PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊操作。其中所述的管道式智能化預(yù)處理系統(tǒng)中采用的PLC控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集部 分和單元控制部分組成。上述的PLC控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集部分是指系統(tǒng)在線 采集管道運(yùn)行參數(shù)，參數(shù)為管道入口處壓力、管道出口處壓力、管道出口處濁度 和TOC值;所述的PLC控制系統(tǒng)中的單元控制部分是指系統(tǒng)根據(jù)采集到的壓力、 濁度和TOC數(shù)據(jù)，運(yùn)行預(yù)先編制設(shè)定的程序進(jìn)行自動分析，并啟動或調(diào)整相應(yīng) 的閥門，以達(dá)到開啟或關(guān)閉兩路分管、調(diào)節(jié)加入絮凝劑和氧化劑的量，從而實(shí)現(xiàn) 智能化預(yù)處理。所述的帶有調(diào)節(jié)閥的分管中內(nèi)置濾網(wǎng)，濾網(wǎng)位于兩調(diào)節(jié)閥之間； 濾網(wǎng)優(yōu)選圓盤式不銹鋼濾網(wǎng)，濾網(wǎng)孔徑為4 400目，優(yōu)選4 100目。上述的智能化預(yù)處理控制過程具體為初始狀態(tài)調(diào)節(jié)閥l、 3 (A、 D)開啟， 調(diào)節(jié)閥2、 4 (B、 E)關(guān)閉，當(dāng)壓力傳感儀表(1禾卩4)數(shù)值差大于0.07 0.15MPa 時，PLC控制調(diào)節(jié)閥1、 3 (A、 D)關(guān)閉，調(diào)節(jié)閥2、 4 (B、 E)開啟；當(dāng)濁度 DIC為5 100NTU時，調(diào)節(jié)闊5 (F)開啟并調(diào)至使得絮凝劑的加入量為l 500ml/min;當(dāng)濁度TOC為5 100 mg/L時，調(diào)節(jié)閥6 (G)開啟并調(diào)至使得氧 化劑的加入量為1 500ml/min。所述的絮凝劑為氯化鐵、硫酸亞鐵或聚丙烯酰胺；所述的氧化劑為臭氧、雙 氧水或次氯酸鈉。所述的多孔膜過濾系統(tǒng)由增壓泵和多孔膜組f^組成，其中多孔膜組件的多孔 膜為陶瓷膜、有機(jī)膜或金屬膜，多孔膜的孔徑為5nm 15pm;優(yōu)選的膜孔徑范 圍20 800nm;低壓反滲透裝置由高壓泵和反滲透膜組件組成，反滲透膜材料優(yōu) 選為芳香聚酰胺類或醋酸纖維素類。本發(fā)明還提供了一種膜法湖水凈化處理工藝，其具體步驟如下采用壓力驅(qū) 動裝置將湖水輸入管道式智能化預(yù)處理系統(tǒng)，管道出水進(jìn)入多孔膜過濾系統(tǒng)采用 多孔膜過濾，所得滲透出水即達(dá)到普通自來水標(biāo)準(zhǔn)，將此出水泵入低壓反滲透裝 置，制備得到直飲水。其中所述的湖水輸入管道式智能化預(yù)處理系統(tǒng)，管道入口和出口處壓力為 0.01 0.5MPa，絮凝劑加入量為lml/min 500ml/min，氧化劑加入量為lml/min 500ml/min。其中所述的多孔膜過濾過程工藝參數(shù)為操作壓力0.01 0.5MPa，膜面流速 0.01 5m/s;優(yōu)選的操作壓力為0.05 0.25MPa，優(yōu)選的膜面流速0.05 lm/s。其中所述的低壓反滲透過程工藝參數(shù)為操作壓力0.5 2.5MPa，優(yōu)選的操作 壓力為0.5 1.5MPa。所述的將多孔膜滲透出水泵入低壓反滲透裝置，是指將多孔膜的滲透出水經(jīng) 過加壓泵輸入低壓反滲透裝置，此裝置中采用低壓反滲透膜對水中的有機(jī)分子和 雜質(zhì)離子進(jìn)行有效去除。所述的多孔膜過濾裝置和反滲透膜裝置之間可以加入中間緩沖系統(tǒng)(罐)， 多孔膜過濾裝置的出水一部分可作為自來水引出，另一部分可作為反滲透裝置的 進(jìn)水。本發(fā)明膜法湖水凈化工藝可推廣至其他地表水(如泉水和河水)的凈化。有益效果 '本發(fā)明采用管道式智能化預(yù)處理系統(tǒng)和膜集成技術(shù)對湖水進(jìn)行凈化的技術(shù) 具有很大優(yōu)越性(1) 與傳統(tǒng)的水凈化方法相比，本發(fā)明具有占地小、單位時間處理量大的 特點(diǎn)。傳統(tǒng)的水凈化方法主要采用預(yù)沉降池進(jìn)行水的預(yù)處理，由于后續(xù)采用砂等 介質(zhì)進(jìn)行絮凝物的過濾，因此通常需要較長時間的絮凝沉降才能達(dá)到較好效果， 單位時間處理量較小。而本發(fā)明的管道式智能化預(yù)處理系統(tǒng)的占地僅為傳統(tǒng)預(yù)處 理池的2% 5%，且絮凝過濾連續(xù)運(yùn)行，單位處理量大。(2) 本發(fā)明采用了膜集成技術(shù)對湖水進(jìn)行后處理，出水水質(zhì)及其穩(wěn)定性均優(yōu)于傳統(tǒng)水處理方法。傳統(tǒng)的絮凝沉降與砂濾等粗過濾結(jié)合的工藝出水水質(zhì)較差 且不穩(wěn)定，若系統(tǒng)有干擾存在，出水中可能存在細(xì)小的亞微米雜質(zhì)粒子。本發(fā)明 技術(shù)先采用多孔膜對預(yù)處理出水進(jìn)行過濾，出水水質(zhì)中不存在這些細(xì)小粒子，水 質(zhì)和穩(wěn)定性大幅提高。(3) 本發(fā)明在簡短的工藝中實(shí)現(xiàn)了湖水的分質(zhì)化使用功能。通過多孔膜處理的滲透出水可以作為自來水使用，而后續(xù)的低壓反滲透出水則生產(chǎn)出直飲水， 這在一些特定場合具有很好實(shí)用性。


圖1是膜法湖水凈化工藝流程方框圖。圖2是管道式智能化預(yù)處理系統(tǒng)示意圖；圖中，A—調(diào)節(jié)阓1， B—調(diào)節(jié)閥2， C一濾網(wǎng)，D—調(diào)節(jié)閥3， E—調(diào)節(jié)閥4， F—調(diào)節(jié)閥5， 0~調(diào)節(jié)閥6， H—絮凝 劑加入管路，I一氧化劑加入管路；l一壓力傳感儀表，2—濁度傳感儀表，3—TOC 傳感儀表，4一壓力傳感儀表，5—PLC控制系統(tǒng)。圖3是膜法湖水處理系統(tǒng)示意圖；圖中，J—輸水泵，K—增加壓泵，L一高 壓泵，M—多孔膜組件，N—低壓反滲透膜組件；6—湖水，7—自來水，8—直飲水。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。 實(shí)施例1按附圖1和3所示，本發(fā)明工藝主要包括管道式智能化預(yù)處理系統(tǒng)(如圖2 所示)、多孔膜、低壓反滲透三個單元組成，連接好相關(guān)設(shè)備。所采用的湖水來 自玄武湖，所采用的濾網(wǎng)孔徑為10目。系統(tǒng)通電開始進(jìn)水，初始時，進(jìn)水口處壓力PIC (4)讀數(shù)為0.1MPa，出水 口處壓力PIC (1)讀數(shù)為0.09MPa，濁度DIC (2)為26.0NTU， TOC (3)為 4.0mg/L。此時，根據(jù)PLC自動控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥1 6的開度調(diào)節(jié)閥1、 3 (A、 D)開啟，調(diào)節(jié)閥2、 4 (B、 E)關(guān)閉，調(diào)節(jié)閥5 (F)開啟并自動調(diào)至使 得絮凝劑FeCl3的加入量為5ml/min，調(diào)節(jié)閥6 (G)關(guān)閉。所采用的多孔膜為市售19通道氧化鋁陶瓷膜，孔徑200nm，操作壓力 0.15MPa，膜面流速lm/s，過濾溫度23°C，滲透通量為410 L.m—2.11—1,出水濁度 為0.08NTU， TOC為1.4mg/L。達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。采用巻式低壓反滲透膜對多孔膜處理出水進(jìn)行深度凈化處理，待處理的水采 用加壓泵加壓至0.7MPa進(jìn)入低壓反滲透膜系統(tǒng)，滲透通量為15L.m—2七"，被截 留的濃液60%循環(huán)。最終，經(jīng)過低壓反滲透的處理，體系中的二價離子去除率 達(dá)到99.5%，出水二價離子小于10mg/L，水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到市售純凈水標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施例2 ,按附圖1和3所示，本發(fā)明工藝主要包括管道式智能化預(yù)處理系統(tǒng)(如圖2 所示)、多孔膜、低壓反滲透三個單元組成，連接好相關(guān)設(shè)備。所采用的湖水來 自玄武湖，所采用的濾網(wǎng)孔徑為30目。系統(tǒng)通電開始進(jìn)水，初始時，進(jìn)水口處壓力PIC (4)讀數(shù)為0.2MPa，出水 口處壓力PIC (1)讀數(shù)為0.19MPa，濁度DIC (2)為23.0NTU， TOC (3)為 15.0mg/L。此時，根據(jù)PLC自動控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥1 6的開度調(diào)節(jié)閥1、 3 (A、 D)開啟，調(diào)節(jié)閥2、 4 (B、 E)關(guān)閉，調(diào)節(jié)閥5 (F)開啟并自動調(diào)至使 得絮凝劑FeCl3的加入量為4ml/min，調(diào)節(jié)閥6(G)開啟并調(diào)至使得氧化劑NaClO 的加入量為3m]/min。過濾一定周期(15天)后，當(dāng)出水口處壓力PIC (1)讀數(shù)降低為0.12MPa以下時，PLC自動開啟調(diào)節(jié)閥2、 4 (B、 E)，并關(guān)閉調(diào)節(jié)闊1、 3 (A、 D)，正常運(yùn)行，同時拆卸并清潔濾網(wǎng)。所采用的多孔膜為市售37通道氧化鋁陶瓷膜，孔徑50nm，操作壓力0.2MPa， 膜面流速0.2m/s，過濾溫度24°C，滲透通量為210 L.m^h—1，出水濁度為O.INTU， TOC為3.4mg/L。達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。采用巻式低壓反滲透膜對多孔膜處理出水進(jìn)行深度凈化處理，待處理的水采 用加壓泵加壓至l.OMPa進(jìn)入低壓反滲透膜系統(tǒng)，滲透通量為25Lm—2七"，被截 留的濃液50%循環(huán)。最終，經(jīng)過低壓反滲透的處理，體系中的二價離子去除率 達(dá)到99.5%，出水二價離子小于10mg/L，水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到市售純凈水標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施例3按附圖1和3所示，本發(fā)明工藝主要包括管道式智能化預(yù)處理系統(tǒng)(如圖2 所示)、多孔膜、低壓反滲透三個單元組成，連接好相關(guān)設(shè)備。所采用的湖水來 自太湖，所采用的濾網(wǎng)孔徑為80目。系統(tǒng)通電開始進(jìn)水，初始時，進(jìn)水口處壓力PIC (4)讀數(shù)為0.2MPa，出水 口處壓力PIC (1)讀數(shù)為0.19MPa，濁度DIC (2)為31.0NTU， TOC (3)為 25.0mg/L。此時，根據(jù)PLC自動控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥1 6的開度調(diào)節(jié)閥2、 4 (B、 E)開啟，調(diào)節(jié)閥1、 3 (A、 D)關(guān)閉，調(diào)節(jié)閥5 (F)開啟并自動調(diào)至使 得絮凝劑FeCl3的加入量為100ml/min，調(diào)節(jié)閥6 (G)開啟并調(diào)至使得氧化劑 NaClO的加入量為80ml/min。過濾一定周期(12天)后，當(dāng)出水口處壓力PIC (1)讀數(shù)降低為0.12MPa以下時，PLC自動開啟調(diào)節(jié)閥l、 3 (A、 D)，并關(guān)閉 調(diào)節(jié)閥2、 4 (B、 E)，正常運(yùn)行，同時拆卸并清潔濾網(wǎng)。所采用的多孔膜為市售中空纖維有機(jī)膜，孔徑500nm，操作壓力0.05MPa， 膜面流速0.05m/s，過濾溫度23°C，滲透通量為80 L.m^h-1,出水濁度為O.INTU， TOC為3.6mg/L，達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。采用巻式低壓反滲透膜對多孔膜處理出水進(jìn)行深度凈化處理，待處理的水采 用加壓泵加壓至1.5MPa進(jìn)入低壓反滲透膜系統(tǒng)，滲透通量為30Lnf2.h—、被截 留的濃液40%循環(huán)。最終，經(jīng)過低壓反滲透的處理，體系中的二價離子去除率 達(dá)到99.5%，出水二價離子小于10mg/L，水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到市售純凈水標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種膜法湖水凈化處理裝置，其特征在于由管道式智能化預(yù)處理系統(tǒng)、多孔膜過濾裝置和低壓反滲透裝置組成；其中所述的管道式智能化預(yù)處理系統(tǒng)由管道、壓力傳感儀表、帶有調(diào)節(jié)閥的分管、濁度傳感儀表、總有機(jī)碳(TOC)傳感儀表、藥劑添加接口、調(diào)節(jié)閥和PLC控制系統(tǒng)組成，帶有調(diào)節(jié)閥的分管的管道入口處安裝壓力傳感儀表，隨后分成兩路帶有調(diào)節(jié)閥的分管，兩路分管匯合后的管道上安裝有壓力傳感儀表、濁度傳感儀表、總有機(jī)碳(TOC)傳感儀表和藥劑添加接口，藥劑添加接口上裝有調(diào)節(jié)閥，以上儀表與調(diào)節(jié)閥之間采用PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊操作。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的帶有調(diào)節(jié)閥的分管中內(nèi) 置濾網(wǎng)，濾網(wǎng)位于兩調(diào)節(jié)閥之間；濾網(wǎng)優(yōu)選圓盤式不銹鋼濾網(wǎng)，濾網(wǎng)孔徑為4 400目，優(yōu)選4 100目。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的PLC控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采 集部分和單元控制部分組成；其中PLC控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集部分是指系統(tǒng)在 線采集管道運(yùn)行參數(shù)，參數(shù)為管道入口處壓力、管道出口處壓力、管道出口處濁 度和TOC值，PLC控制系統(tǒng)中的單元控制部分是指系統(tǒng)根據(jù)采集到的壓力、濁 度和TOC數(shù)據(jù)，運(yùn)行預(yù)先編制設(shè)定的程序進(jìn)行自動分析，并啟動或調(diào)整相應(yīng)的 閥門，以達(dá)到開啟或關(guān)閉兩路分管、調(diào)節(jié)加入絮凝劑和氧化劑的量，從而實(shí)現(xiàn)智 能化預(yù)處理。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述的絮凝劑為氯化鐵、硫酸 亞鐵或聚丙烯酰胺；所述的氧化劑為臭氧、雙氧水或次氯酸鈉。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的多孔膜過濾裝置由增壓 泵和多孔膜組件組成，其中多孔膜組件的多孔膜為陶瓷膜、有機(jī)膜或金屬膜，多 孔膜的孔徑為5nm 15pm;低壓反滲透裝置由高壓泵和反滲透膜組件組成。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述多孔膜的膜孔徑范圍20 訓(xùn)鵬。
7、 一種膜法湖水凈化處理工藝，其具體步驟如下采用壓力驅(qū)動裝置將湖 水輸入管道式智能化預(yù)處理系統(tǒng)，管道出水進(jìn)入多孔膜過濾系統(tǒng)采用多孔膜過 濾，所得滲透出水即達(dá)到普通自來水標(biāo)準(zhǔn)，將此出水泵入低壓反滲透裝置，制備 得到直飲水。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的工藝，其特征在于湖水輸入管道式智能化預(yù)處理系統(tǒng)，管道入口和出口處壓力為0.01 0.5MPa，絮凝劑加入量為lml/min 500ml/min，氧化劑加入量為lml/min 500ml/min。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的工藝，其特征在于所述的多孔膜過濾過程工藝參 數(shù)為操作壓力0.01 0.5MPa,膜面流速0.01 5m/s;所述的低壓反滲透過程工藝 參數(shù)為操作壓力0.5 2.5MPa，反滲透過程中被截留的濃液循環(huán)量控制為20 90 % 。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的工藝，其特征在所述的多孔膜過濾過程工藝參數(shù) 為操作壓力為0.05 0.25MPa，膜面流速0.05 lm/s;所述的低壓反滲透過程工 藝參數(shù)為操作壓力為0.5 1.5MPa。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種湖水凈化處理工藝及其裝置，尤其是涉及一種采用膜集成過程對湖水凈化處理工藝及其裝置。其特征在于由管道式智能化預(yù)處理系統(tǒng)、多孔膜過濾裝置和低壓反滲透裝置組成。本發(fā)明采用了膜集成技術(shù)對湖水進(jìn)行后處理，出水水質(zhì)及其穩(wěn)定性均優(yōu)于傳統(tǒng)水處理方法，具有占地小、單位時間處理量大和自動化程度高的特點(diǎn)。
文檔編號C02F1/72GK101327967SQ20081002278
公開日2008年12月24日 申請日期2008年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月29日
發(fā)明者周利躍, 徐南平, 李衛(wèi)星, 邢衛(wèi)紅 申請人:南京工業(yè)大學(xué)