一種卷式低壓膜處理含藻水過程中的膜污染振動(dòng)控制裝置及利用該裝置控制膜污染的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種處理含藻水過程中的膜污染振動(dòng)控制裝置及利用該裝置控制膜 污染的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前大規(guī)模的藍(lán)藻水華污染事件給人類和動(dòng)植物的健康帶來極大的隱患，甚至造 成嚴(yán)重的政治負(fù)面影響和社會(huì)震蕩。低壓膜分離技術(shù)(微濾膜、超濾膜)作為一種物理分離 過程，對(duì)細(xì)菌、藻類及其他水生生物等具有十分高效的截留作用，是保證水體微生物安全性 的最有效手段，因此將其應(yīng)用到含藻水處理中具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)和重要意義。但是膜污 染問題依然是膜技術(shù)進(jìn)一步推廣應(yīng)用的瓶頸。目前延緩膜污染的方式主要包括原水預(yù)處理 和膜反應(yīng)器運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整以及改變?cè)男再|(zhì)。在膜過濾過程中，原水中的微粒、膠體粒 子或溶質(zhì)大分子會(huì)吸附或沉積在膜表面或膜孔內(nèi)，造成膜孔徑變小或堵塞，為延緩產(chǎn)水量 與分離特性大幅度降低的現(xiàn)象出現(xiàn)，增大膜表面剪切力是最常用且有效的方式，尤其是針 對(duì)含有高濃度液體和固體顆粒的溶液。
[0003] 作為增大膜表面剪切力的最常見方法，曝氣可以增強(qiáng)液體流動(dòng)的湍流程度，在膜 表面產(chǎn)生水力剪切力，使得懸浮雜質(zhì)和污泥難以粘附在膜表面，從而減少了膜過濾阻力并 使膜組件在較長時(shí)間內(nèi)保持較高滲透速率。但是相比其高能耗問題，因?yàn)闊o法有效控制實(shí) 際產(chǎn)生的氣泡大小以及氣泡運(yùn)動(dòng)方向，該方法產(chǎn)生的剪切力大小并不突出；而且當(dāng)曝氣量 達(dá)到一定值時(shí)其對(duì)膜污染的改善能力還將出現(xiàn)峰值。不僅如此，在較高速度下，不規(guī)則的氣 泡會(huì)破壞污泥結(jié)構(gòu)和混凝過程中產(chǎn)生的絮體，尤其是對(duì)藻細(xì)胞而言，細(xì)胞壁的破碎意味著 更多胞內(nèi)分泌物質(zhì)的釋放，導(dǎo)致原水水質(zhì)惡化。增大原水流速也是緩解膜污染的另一主要 方法，通過直接破壞膜表面?zhèn)髻|(zhì)層，加速其表面溶液的混合速率，消除濃差極化現(xiàn)象。但是 其在應(yīng)用時(shí)存在著不可避免的缺陷，即膜表面流速的提高必須通過增大跨膜壓差實(shí)現(xiàn)，這 必然導(dǎo)致膜表面污染層更加緊密并難以洗脫，造成膜污染速率的增加。含藻水中除了藻細(xì) 胞本身，其正常代謝產(chǎn)生的分泌物也占有很大比例，其中碳水化合物是重要成分之一。該種 黏性物質(zhì)不僅通過分子間作用力形成更大的聚合體被膜表面截留，而且也會(huì)通過化學(xué)鍵作 用將更多的藻細(xì)胞和其他種類分泌物質(zhì)粘附在膜表面。針對(duì)這種膠體和大分子物質(zhì)占主導(dǎo) 地位的水體，尋找到適宜的方法增大膜表面剪切力同時(shí)維持藻細(xì)胞的完整性對(duì)緩解膜污染 將有著重要意義。
[0004] 利用振動(dòng)作用控制膜過濾過程中的污染問題正在逐漸興起。例如:針對(duì)平板膜開 發(fā)的振動(dòng)剪切強(qiáng)化膜系統(tǒng)和針對(duì)中空纖維膜提出的垂直振動(dòng)系統(tǒng)已在多個(gè)商業(yè)規(guī)模的工 業(yè)應(yīng)用中獲得成功。但是，該研究目前還僅僅局限于平板式和中空纖維式膜組件，并未涉及 卷式膜組件。然而，相比平板式和中空纖維式膜組件，卷式膜組件因?yàn)樵谔畛涿娣e、清洗方 式、改造和維護(hù)成本等方面的諸多優(yōu)勢(shì)受到了業(yè)界的廣泛關(guān)注，成為給水廠升級(jí)改造工程 的首選。因此，有必要研究出一種針對(duì)低壓卷式膜組件的振動(dòng)過濾系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)在尚沒有一種針對(duì)低壓卷式膜污染現(xiàn)象提出的振動(dòng) 控制技術(shù)的問題，而提供一種卷式低壓膜處理含藻水過程中的膜污染振動(dòng)控制裝置及利用 該裝置控制膜污染的方法。
[0006] 本發(fā)明的一種卷式低壓膜處理含藻水過程中的膜污染振動(dòng)控制裝置由原水箱、蠕 動(dòng)栗、壓力傳感器、卷式膜組件反應(yīng)器、傳動(dòng)軸、齒輪、振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器、第一電導(dǎo)率傳感器、第二 電導(dǎo)率傳感器、第一轉(zhuǎn)子流量計(jì)、第二轉(zhuǎn)子流量計(jì)、pH計(jì)、回流管、進(jìn)水管、濃縮液出水管、濾 后水出水管、濃縮液取樣口、濾后水取樣口、第一出水調(diào)節(jié)閥、第二出水調(diào)節(jié)閥、排水口、溫 度控制器、攪拌器、第一進(jìn)水調(diào)節(jié)閥、第二進(jìn)水調(diào)節(jié)閥、回流水調(diào)節(jié)閥和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成;所述 的傳動(dòng)軸的一端與卷式膜組件反應(yīng)器同軸固定連接，傳動(dòng)軸的另一端與齒輪同軸固定連 接，所述的振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器與齒輪之間通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，所述的原水箱的出水口與蠕動(dòng)栗的 進(jìn)水口相連，蠕動(dòng)栗的出水口與卷式膜組件反應(yīng)器的進(jìn)水口之間通過進(jìn)水管相連，所述的 進(jìn)水管上設(shè)置有第一進(jìn)水調(diào)節(jié)閥和第二進(jìn)水調(diào)節(jié)閥，所述的回流管的一端設(shè)置在第一進(jìn)水 調(diào)節(jié)閥和第二進(jìn)水調(diào)節(jié)閥之間，回流管的另一端與原水箱相連，所述的回流管上設(shè)置有回 流水調(diào)節(jié)閥，所述的濃縮液出水管的進(jìn)水口與卷式膜組件反應(yīng)器出水口相連，濃縮液出水 管的出水口與原水箱相連，濃縮液出水管上沿水流方向依次設(shè)置有第一出水調(diào)節(jié)閥、第一 電導(dǎo)率傳感器和第一轉(zhuǎn)子流量計(jì)，第一出水調(diào)節(jié)閥和第一電導(dǎo)率傳感器之間設(shè)置有濃縮液 取樣口；所述的濾后水出水管的進(jìn)水口與卷式膜組件反應(yīng)器出水口相連，所述的濾后水出 水管的出水口與原水箱相連，濾后水出水管上沿水流方向依次設(shè)置有第二出水調(diào)節(jié)閥、第 二電導(dǎo)率傳感器和第二轉(zhuǎn)子流量計(jì)，第二出水調(diào)節(jié)閥和第二電導(dǎo)率傳感器之間設(shè)置有濾后 水取樣口，濃縮液取樣口和濾后水取樣口上均設(shè)置有閥門，所述的進(jìn)水管近卷式膜組件反 應(yīng)器處與濃縮液出水管近卷式膜組件反應(yīng)器處均設(shè)置有壓力傳感器，所述的原水箱內(nèi)設(shè)置 有pH計(jì)、溫度控制器和攪拌器，所述的原水箱側(cè)壁的底部設(shè)置有排水口。
[0007] 本發(fā)明的一種利用卷式低壓膜處理含藻水過程中的膜污染控制裝置控制膜污染 的方法如下：
[0008] 原水箱內(nèi)的原水通過蠕動(dòng)栗經(jīng)進(jìn)水管進(jìn)入卷式膜組件反應(yīng)器中，卷式膜組件反應(yīng) 器在振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)下通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、齒輪和傳動(dòng)軸使得卷式膜組件反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)沿軸心 線的轉(zhuǎn)動(dòng)、回轉(zhuǎn)歸位、反向轉(zhuǎn)動(dòng)、再回轉(zhuǎn)歸位的重復(fù)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行過程中濃縮液出水管中的濃 縮液可根據(jù)需求直接排走或回流至原水箱中，運(yùn)行過程中濾后水出水管中的膜滲透液可根 據(jù)需求直接排走或回流至原水箱中，運(yùn)行過程中可通過回流管及其上的回流水調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié) 進(jìn)水的壓力和流量。
[0009] 本發(fā)明的有益效果：
[0010] 本發(fā)明不同于平板式和中空纖維式膜組件，振動(dòng)對(duì)卷式膜污染的控制不僅依靠于 膜組件自身轉(zhuǎn)動(dòng)在膜表面產(chǎn)生直接的剪切力，同時(shí)還將利用卷式膜給水側(cè)不同溶質(zhì)與溶液 間產(chǎn)生的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)流體流動(dòng)的基本規(guī)律，由于非均相物系中兩相間的密度差異，可以 通過機(jī)械方法使兩相產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，本項(xiàng)目的研究正是基于此機(jī)理。在卷式膜組件水平振 動(dòng)過程中，由于顆粒污染物和溶液間的密度差，必然增強(qiáng)進(jìn)水中此類污染物與主體溶液的 相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而增強(qiáng)膜表面水體擾動(dòng)程度，增大膜表面剪切力，并最終降低濃差極化和膜污 染現(xiàn)象。因此這種振動(dòng)效果取決于顆粒物和溶液間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)程度，與原水水質(zhì)、膜表面特 點(diǎn)以及振動(dòng)強(qiáng)度也有著緊密的聯(lián)系。本發(fā)明利用了原水中藻細(xì)胞與水密度之間明顯的差 距，當(dāng)卷式膜組件在水平方向振動(dòng)時(shí)藻細(xì)胞與溶液間必然會(huì)出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在膜過濾過程 中，這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)必然會(huì)增大膜表面或附近藻細(xì)胞及其分泌物向主體溶液的擴(kuò)散速度，從 而延長膜維持高通量運(yùn)行的時(shí)間，同時(shí)保障膜出水水質(zhì)。具體優(yōu)點(diǎn)如下：
[0011] (1)作為一種生物體，藻細(xì)胞會(huì)因外力造成的死亡破裂而向周圍水體釋放多種有 機(jī)物質(zhì)，從而會(huì)加重膜污染速率。因此，在處理富營養(yǎng)化水體時(shí)必須盡量降低對(duì)藻細(xì)胞完整 性的影響。本發(fā)明相比常用的曝氣法，能更有效控制膜表面剪切力的大小，避免了對(duì)原水中 藻細(xì)胞的過度損傷，從而保證了原水水質(zhì)。這不僅有助于增強(qiáng)振動(dòng)效果，還確保了出水水 質(zhì)。
[0012] (2)與單純?cè)龃竽け砻媪魉俚姆椒ㄏ啾龋駝?dòng)方法并不需要增大跨膜壓差，即可以