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膜前处理

微滤+微絮凝用于膜前处理

 技术原理

 随着中水回用的需求不断加大,很多污水处理工艺中增加了深度处理,这其中也包括了膜处理,膜处理具有理想的水质,但是膜通量的下降较快,堵塞,清洗后难以恢复的难题阻碍了其普及推广应用。大量的现场经验可以总结出以下几点:

膜进水前已经过预处理,包括二沉池出水后絮凝和过滤。

过滤一般采用砂滤或多介质

膜进水浊度一般小于3度,悬浮物小于10mg/L, 目测感官接近自来水。

中空纤维超滤膜仍然堵塞,可以从膜内壁上抽出一层粘膜。

频繁的药洗影响了正常运行。

加大错流量造成效率降低,但是仍然没有显著效果。

膜组件寿命缩短,更换造成费用增加。

 分析认为:主要原因在于水中含有一定的粘性物质,这些粘性物质来于混合在或微溶于水的生化微生物及代谢物,来于微量絮凝剂残留或其他粘性物质,尽管含量不大,但是运行中会在膜内不断积累,膜组件工艺上有错流,但是错流的剪切力不足以将膜内壁的积累粘性物质剥离或冲刷掉,从而造成水通量逐渐下降,或者不得不频繁启动药洗程序,影响正常运行,保安过滤器----熔喷滤芯既没有错流也没有反洗程序,即使有反洗对于深入滤芯内部的粘性物质也没有明显效果,因此,随着粘性物质的积累流量逐渐下降。

 因此,水中微量的粘性物质带来了液体表面张力的提高,改进的技术思路是降低液体表面张力,也就是去除液体中的粘性物质。去除的方式或思路是:采用表面多微孔的陶瓷颗粒作为过滤材料,这些微孔的表面积同比石英砂高数百倍,同时其特殊的配方使得具有显著的吸附作用,例如可以将水中的油墨与水分离开,水流和这些陶瓷颗粒接触,其中的粘性物质会有一部分被吸附在颗粒表面,由于滤层具有很长的深度(2米左右),每经过1mm路径的滤层都会有少量的胶体被吸附。而整个滤层具有2000个垂直微滤层,具有数万个弯曲路径,因此,同比石英砂会有明显的吸附截留胶体作用(后面的图示可以看到案例),过滤精度可以达到1微米,适当的工艺措施甚至可以达到0.1微米。

 采用颗粒状陶瓷其目的在于不会堵塞而失效,通过特殊设计的汽水反冲洗方式,通过反洗水浓度差的扩散,可以稀释脱附胶体和杂质,从而恢复设计流量。

   本案微滤的精度范围

 

 

    实际上微滤并不是新概念,市场上有许多微滤池设备或产品,例如管式微滤膜,片式膜,帘式膜,他们都可以达到0.1微米的精度,本案中的微滤概念是:采用颗粒状的微孔陶瓷作为过滤材料,过滤精度一般工作在1微米左右,最高可以达到0.1微米,其最大的特点是:颗粒状的滤料不会堵塞,不用更换滤芯,反冲可以恢复,但是投资和运行费用去比管式微滤膜大大降低。运行费用明显降低。

 关于微絮凝

  本案的微絮凝是这样一种工艺路线,在微滤设备进水泵之前加入絮凝剂,这种絮凝剂不再是聚合氯化铝或类似无机产品,而是一种矿物质超细微粉,采用这种工艺的目的在于聚合溶于水中的胶体物质,然后通过微滤设备截留去除,这样会比单纯的物理过滤具有更好的效果,所谓的微絮凝是相对于传统工艺而言,传统工艺指的是:加药---搅拌---沉淀---砂滤,这需要很多设备或设施,特别是没有沉淀工艺难以进行过滤,而配置微滤设备的微絮凝工艺可以不经专门的搅拌和沉淀工艺,直接进入微滤系统,大大节约了占地和资金投入。

 

  一般的实施工艺是:在二沉池出水后面连接微滤+微絮凝系统,作为超滤膜的预处理工艺。 对于非二沉池出水或者水中粘性物质含量不多,也可以直接进入微滤设备,后面接超滤膜组件。

四 关于微滤设备

1.滤料不易堵塞,反冲洗可100%恢复初始设计流量,

2.解决了滤料板结难题,采用自动控制的设备系统可以确保不板结。

3.进出水压差≤0.05Mpa,远比传统砂滤低,因而降低运行费用。

4反冲洗节能节水,将传统以水作为反洗动力改为以脉冲气体作为反冲动力,而反洗进水的作用只是作为排出污物的载体,同比石英砂过滤罐,可节约80%的反冲洗能耗与水耗。

4.无需单独设置反冲洗水泵机组和水源,可采用过滤后部分出水或直接采用设备进水,因此降低投资和占地面积

5.过滤精度高,(最高可以达到0.1μm),不但能去除泥砂,还可以去除大部分污泥和胶体甚至油墨。

6.独创的多功能轻质微孔活性陶瓷,强度高,重量轻,表面积大,不同的处理方式可以得到不同的性能,一次投资,长期使用,无需更换滤材,只有在自然耗损下少量补充,一般经验为每年滤料高度下降510㎜,而初装滤料的有效高度至少可保证10年无需添加。

五 不易堵塞原理

  

      左图表示石英砂或多介质过滤材料表面光滑且基本没有空隙,因而截留悬浮物基本靠的是颗粒之间的缝隙,截流的杂质很快堵塞流道,继续过滤则形成污泥层,水流穿过逐渐加厚的污泥层会引起水头升高或过滤压力升高,对于实际过滤设备或过滤池的表现就是,反冲洗周期缩短,消耗较大的反冲水耗与能耗。

      轻质微孔陶瓷滤料表面几乎被可见孔布满,并且存在许多显微孔,这些孔径极易截留杂质,而杂质的滞留并不影响颗粒之间的空隙,因而占用有效流道的时间要比传统砂滤长很多,也就是反洗周期长。

六 过滤材料介绍

性能指标

单位

检测结果

性能指标

单位

检测结果

容重

Kg/m3

740

比表面积

m2/g

25

比重

Kg/m3 

1.1-1.2

抗压强度

Mpa

5.6

含水率

%

0.9-1.0

抗剪强度

Mpa

3.8

孔隙率

%

73-82

年损耗率

%

<1


 

 

 

 

 

 

 

●      化学稳定性:可在PH2-14范围内稳定工作。

      可在纯水中稳定工作而不析出任何离子。

      一般工作平均工作粒径:1—3毫米

      几何形状:接近圆形的无尖颗粒

 

七 过滤机理描述

 

                                                                                                  

上图表示二种不同形式的过滤原理,传统砂滤实际上是压力机械阻挡为主,小孔截留大的杂质,过滤精度取决于表层沙粒的大小,例如,过滤罐实际装填的滤料最小为0.2-0.5mm,滤料的颗粒越小,则越容易堵塞,在表层很快形成粘泥层,造成了过滤阻力的上升,而采用新型轻质微孔陶瓷节能型过滤的机理是:除了机械阻挡以外,还兼有化学物理吸附,以渣滤渣等复合截留作用。用其制造的过滤设备有如下特点:

● 同比条件下,滤料直径可以放大1~2个级别,例0.5mm的石英砂可以改为1~3mm的微孔陶瓷,颗粒大了则颗粒之间的缝隙也就大了,这意味着提高了容垢量或延长了反冲洗周期。

● 同比条件下颗粒大则缝隙大则流道宽敞,因此降低了过滤阻力或压降,而降低压降就是节能,当用于压力过滤罐时,大部分过滤周期中,进出水表压降几乎为零,实际压降0.01Mpa~0.05Mpa,这对大型水厂的过滤池改造无疑也是有益的,因为水头损失仅1m左右。

● 由于比重轻(1.1g/cm3,容重也轻(0.6~0.7g/cm3),因而大大降低了反冲洗能耗,只用很少的动力即可将滤料托起分散,对采用过滤罐而言,无需专用的反洗水箱及大流量水泵,对于水厂的过滤池而言,可不受传统的水力冲洗原理约束,同比节约80%的反冲洗用水。

● 材料颗粒虽然大了但是仍然可以有很高的过滤精度,这主要得益于巨大的表面积和过滤设备结构。在适当条件下甚至可以达到0.1μm精度,可以替代管式膜,在这样的精度下可以滤出水中的胶体甚至油墨。

  反冲洗原理

       研发成功了独特的反冲洗结构和控制器件,改进了历经多年的反冲洗理念和设计,以压缩空气为动力,过滤材料会在系统中往复循环,由于气体,滤料,膨胀水的复合剪切力,以及瞬间负压虹吸作用,使得截流的污垢向上喷出,因此,不再需要高强度水流的托起,仅需要溢流水量即可。反冲洗可以做到完全彻底,无论过滤设备的截面积大小,都可以做到100%恢复设计流量。同理,正因为滤料的循环往复,所以彻底杜绝了滤料板结问题。

十 滤料装填

       传统的过滤器或滤池为颗粒级配装填滤料(由下至上颗粒逐渐减小),加厚垫料虽然可促使反洗水均匀但影响流量,而减薄垫层又容易造成水流形成局部集中上涌现象,反冲后,特别是多次反冲后很难保持原始级配状态。从而造成滤料流失,破坏原设计工况,新技术采用均质轻质微孔陶瓷滤料,全部为¢1~3mm, 去掉了原来的垫料空间。在相同容积内,与石英砂颗粒级配的装填方式相比,填料拥有的比表面积增加数百倍,明显提高了过滤精度。一个实际案例就是:在一定的条件下,过滤精度达到0.1μm,可以去除水中的油墨。

反冲洗设计不再担心破坏原始滤层的颗粒级配,所有的滤料都参与上下循环,都具有相同的工况,反冲后100%恢复过滤性能,滤层始终保持在最佳状态。

十一 微滤与传统砂滤工艺技术对比

对比内容

传统技术

一滴水

           

 

石英砂

轻质微孔陶瓷

1560高温烧结滤材

滤材比重

g/cm³

2.6

1.1

比重轻则反冲力也降低,同比节约反冲能耗57%

相对表面积

1

大于100

因表面多微孔,故大大增加了对杂质的吸附作用

滤材平均直径(mm

0.5-1

1-3

颗粒大则水流通道宽,持续工作时间同比延长

过滤机理

表层截留

容体吸附

表面截留会造成过滤压降很快增加,原因是滤材表面很快形成了一层泥饼,而深层溶体吸附原理则几乎没有表层的泥饼

反冲方式

+

瞬间喷气,水仅做为悬浮物流出的截体

反冲机理

以水为托起滤料的动力

以气为托起滤料的动力

采用了特殊设计气水复合反冲设备及控制

滤料装填

颗粒级配

均质滤材

颗粒级配仅能在初装时理想分层,反冲时则很容易乱层,采用均质滤材则不但没有乱层现象还大大提高了吸附表面积

反冲水箱

需要

不需要

由于采用了节能方式,采用产水甚至供水管即可,无需大容量水箱

反冲水泵

需要

不需要

因为仅用气体做动力,因而不再需要反冲水泵

空压机

需要

用于定期反冲洗,每次持续10分钟左右

同比反冲周期

12小时

72-小时

反冲周期长则减少了反冲用水量

扬程损耗

10m

0.5--1m

扬程损耗低则节能

滤料损耗

要准备大量滤料

十年不用动

绝无漏料

十二 微滤效果案例

微滤直接处理高浊度碱

 

微滤直接处理高浓度冲灰水

 

微滤直接处理循环冷却水

 

微滤直接处理冶金高炉冲渣水

 

微滤+微絮凝处理二沉池出水

 

微滤直接处理长江水

 

 

 

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