CN211111200U - 一种用于饮用水常规污染的浸没式超滤膜净水处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于饮用水常规污染的浸没式超滤膜净水处理装置，包括：原水箱，超滤膜池，产水箱，与所述超滤膜池连接的清洗系统，设在所述超滤膜池内的浸没式超滤膜组件，连通所述原水箱和所述超滤膜池的进水管道，连通所述超滤膜池和所述产水箱的产水管道，所述产水箱上设有排空管道和产水箱排空阀；其特征在于，还包括可编程控制器，在所述进水管道上设有进水阀、原水泵和进水调节阀门，在所述产水管道上设有抽吸泵和在线流量计，在所述超滤膜池上设有超滤膜池排空管道、超滤膜池排空阀和在线液位计，所述可编程控制器分别与原水泵、进水调节阀、进水阀、在线流量计、在线液位计、产水箱排空阀、超滤膜池排空阀、抽吸泵连接。

Description

一种用于饮用水常规污染的浸没式超滤膜净水处理装置

技术领域

本实用新型涉及水过滤技术领域，尤其涉及一种用于饮用水常规污染的浸没式超滤膜净水处理装置。

背景技术

受到我国水环境污染情况复杂化及饮用水卫生标准不断提升的影响，以“混凝-沉淀-过滤-消毒”为核心的传统饮用水处理工艺难以满足人民群众日益提升的饮用水水质和水量需求。为了解决现代社会供水矛盾，专家提出了以超滤为核心的第三代饮用水处理工艺。利用强大的筛滤作用，超滤膜能对水中的大尺寸颗粒物、病毒、细菌等有害微生物进行有效截留，充分保证了饮用水的生物安全性。然而，由于膜孔尺寸过大，超滤膜对水中溶解性污染物的截留能力依然受到广泛质疑，未能充分保证饮用水的化学安全性以及超滤工艺实际实施过程中遇到的膜污染问题成为了阻碍超滤工艺进一步发展的主要原因。

近年来，超滤技术在国内外大中饮用水水厂得到了广泛应用，应用场景是市区中小水厂的升级改造及大规模水厂的建设，应用方式主要是将超滤技术作为传统饮用水处理工艺后的深度处理技术，以达到提高出水水质的要求。但这种应用方式存在工艺流程冗长、构筑物占地面积大和运营成本过高等问题，未能充分发挥超滤膜的水质净化能力，显著提升净水水量。结合当地的原水水质状况，研究人员开始逐步探索具有短流程、无药剂和低能耗特点的饮用水处理工艺。黄乔津等利用连续过滤-超滤工艺处理松花江水，发现工艺对浊度和氨氮的去除效果较好，但对有机物的去除效果较差，对COD的去除率为32.21，对UV₂₅₄的去除率为17.12％；陈楠等研发出基于低水头、低通量原水直接超滤工艺，试验结果表明以水质良好的水库水为处理对象时，直接超滤工艺可保持长期稳定运行，出水水质指标均满足《生活饮用水卫生标准》，即GB 5749—2006的要求。

为了进一步探讨短流程绿色饮用水处理工艺的适用性，本实用新型开展了浸没式超滤膜净水处理装置直接处理北江水的试验研究。研究考察了超滤膜通量和连续过滤时间两种工况条件对中试装置去除COD、UV₂₅₄、浊度、氨氮和亚硝酸盐氮的影响，并分析了它们对膜污染的影响。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种可调节超滤膜通量和连续过滤时间的用于饮用水常规污染的浸没式超滤膜净水处理装置。

为达到以上目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种用于饮用水常规污染的浸没式超滤膜净水处理装置，包括：原水箱，超滤膜池，产水箱，与所述超滤膜池连接的清洗系统，设在所述超滤膜池内的浸没式超滤膜组件，连通所述原水箱和所述超滤膜池的进水管道，连通所述超滤膜池和所述产水箱的产水管道，所述产水箱上设有排空管道和产水箱排空阀；其特征在于，还包括可编程控制器，在所述进水管道上设有进水阀、原水泵和进水调节阀门，在所述产水管道上设有抽吸泵和在线流量计，在所述超滤膜池上设有超滤膜池排空管道、超滤膜池排空阀和在线液位计，所述可编程控制器分别与所述原水泵、所述进水调节阀、所述进水阀、所述在线流量计、所述在线液位计、所述产水箱排空阀、所述超滤膜池排空阀、所述抽吸泵连接。

作为上述方案的进一步说明，所述清洗系统包括连接所述产水箱和所述超滤膜池的清洗管道，设在所述清洗管道上的反洗泵和反洗阀，次氯酸钠储罐，加药泵；所述反洗泵、所述反洗阀、所述加药泵与所述可编程控制器连接。

作为上述方案的进一步说明，所述浸没式超滤膜组件的连续过滤时间为0.5-2小时，在所述浸没式超滤膜组件工作了所述连续过滤时间后所述清洗系统对所述浸没式超滤膜组件进行水力冲洗。

作为上述方案的进一步说明，每1-3周所述清洁系统对所述浸没式超滤膜组件进行维护性清洁，所述次氯酸钠储罐内的次氯酸钠浓度为200ppm，所述加药泵的反洗加药时间为1.5-2.5分钟，所述浸没式超滤膜组件的浸泡时间为20-40分钟。

作为上述方案的进一步说明，所述浸没式超滤膜组件为聚偏氟乙烯中空纤维膜。

作为上述方案的进一步说明，所述聚偏氟乙烯中空纤维膜的标称孔径为0.01-0.03μm。

作为上述方案的进一步说明，还包括与所述可编程控制器连接的控制面板，在所述控制面板上设有用于设置工况条件的按键，所述工况条件包括水力冲洗频率、水力冲洗强度、临界水位、浸没式超滤膜组件的超滤膜通量和连续过滤时间。

作为上述方案的进一步说明，所述浸没式超滤膜组件的超滤膜通量为15-45L/(m²·h)。

本实用新型的有益效果是：

一、本实用新型提供的浸没式超滤膜净水处理装置工艺流程简单，占地面积小，分发挥了超滤工艺净水能力，去除水中的大尺寸颗粒物、悬浮物和有机污染物，使出水满足《生活饮用水卫生标准》，能够充分保障饮用水水质安全，且操作简便、易行，管理维护方便。

二、根据原水水质及处理水量等状况对超滤膜通量和连续过滤时间等工况条件进行适当调整，使装置具有更强的适用性，短流程，运行能耗低，采用自动化控制，出水可直接饮用。

附图说明

图1所示为本实用新型提供的用于饮用水常规污染的浸没式超滤膜净水处理装置的结构示意图。

图2所示为本实用新型提供的净水处理装置对COD的去除效果图。

图3所示为本实用新型提供的净水处理装置对UV₂₅₄的去除效果图。

图4所示为本实用新型提供的净水处理装置对浊度的去除效果图。

图5所示为本实用新型提供的净水处理装置随超滤膜通量变化对COD的去除效果图。

图6所示为本实用新型提供的净水处理装置随超滤膜通量变化对UV₂₅₄的去除效果图。

图7所示为本实用新型提供的净水处理装置随超滤膜通量变化对浊度的去除效果图。

图8所示为本实用新型提供的净水处理装置随连续过滤时间变化对COD的去除效果图。

图9所示为本实用新型提供的净水处理装置随连续过滤时间变化对UV₂₅₄的去除效果图。

图10所示为本实用新型提供的净水处理装置随连续过滤时间变化对浊度的去除效果图。

附图标记说明：

1：原水箱，2：进水调节阀门，3：原水泵，4：进水阀，5：超滤膜池排空阀，6：超滤膜池，7：抽吸泵，8：产水箱，9：产水箱排空阀，10：反洗泵，11：可编程控制器，12：在线液位计，13：在线流量计。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本实用新型的具体保护范围。

此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本实用新型描述中，“至少”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本实用新型中的具体含义。

在实用新型中，除非另有规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅是表示第一特征水平高度高于第二特征的高度。第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

下面结合说明书的附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步的描述，使本实用新型的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

如图1，一种用于饮用水常规污染的浸没式超滤膜净水处理装置，包括：原水箱1，超滤膜池6，产水箱8，与所述超滤膜池6连接的清洁系统，设在所述超滤膜池6内的浸没式超滤膜组件，连通所述原水箱1和所述超滤膜池6的进水管道，连通所述超滤膜池6和所述产水箱8的产水管道，所述产水箱8上设有排空管道和产水箱排空阀9；其特征在于，还包括可编程控制器11，在所述进水管道上设有进水阀4、原水泵3和进水调节阀门2，在所述产水管道上设有抽吸泵7和在线流量计13，在所述超滤膜池6上设有超滤膜池排空管道、超滤膜池排空阀5和在线液位计12，所述可编程控制器11与所述原水泵3、所述进水调节阀门2、所述进水阀4、所述在线流量计13、所述在线液位计12、所述产水箱排空阀9、所述超滤膜池排空阀5、所述抽吸泵7连接。

在实际工作时，通过所述可编程控制器上设置工况条件，所述可编程控制器控制浸没式超滤膜净水处理装置自动工作。当所述在线液位计12检测到超滤膜池6的水位低于临界水位时，所述可编程控制器11控制所述进水阀4开启，所述原水泵3启动；当所述在线液位计12检测到超滤膜池6的水位等于或大于临界水位时，所述可编程控制器11控制所述进水阀4关闭，所述原水泵3停止工作。所述抽吸泵7根据可编程控制器11设定的连续过滤时间、超滤膜通量保持工作或停止状态；所述可编程控制器11通过控制所述抽吸泵7、所述抽吸泵7的出口阀门的开启度和所述进水调节阀门2开启度，调节浸没式超滤膜组件的超滤膜通量，所述超滤膜通量可通过在线流量计检测的水流量值和所述浸没式超滤膜组件的膜面积计算。超滤膜池中的水通过所述产水管道进入所述产水箱，成为最终产水或反洗时的冲洗水。所述可编程控制器根据生产要求调节所述产水箱排空阀、所述超滤膜池排空阀的开启或闭合状态；结合产水箱的容量及进水调节阀门的进水量速率、抽吸泵的抽吸速率量、在线流量计检测的产水流量值，通过PLC编程来控制是常规技术。

至于如何在可编程控制器上设置工况条件，可编程控制器如何根据设置的工况条件控制各阀门和各泵的开启和关闭为本技术领域的现有技术，本实用新型未对上述技术做出改进，在这里不再赘述。

在本实施例中，所述清洁系统包括连接所述产水箱和所述超滤膜池的清洗管道，设在所述清洗管道上的反洗泵10和反洗阀，次氯酸钠储罐，加药泵；所述反洗泵10、所述反洗阀、所述加药泵与所述可编程控制器连接。

优选地，浸没式超滤膜组件的工作持续时间为0.5-2小时，在所述浸没式超滤膜组件工作了所述持续过滤时间后所述清洗系统对所述浸没式超滤膜组件进行水力冲洗。通过所述可编程控制器控制水力冲洗频率和水力冲洗强度。所述可编程控制器控制所述反洗阀、所述超滤膜池排空阀开启，所述反洗泵启动，将所述产水箱内的水引入所述超滤膜池对所述浸没式超滤膜组件进行水力冲洗。

优选地，每1-3周所述清洁系统对所述浸没式超滤膜组件进行维护性清洁，所述次氯酸钠储罐内的次氯酸钠浓度为200ppm，所述加药泵的反洗加药时间为1.5-2.5分钟，所述可编程控制器控制所述进水阀关闭，所述反洗阀开启、所述反洗泵启动将所述产水箱内的水引入所述超滤膜池中，所述加药泵启动将所述次氯酸钠储罐内的次氯酸钠加入到所述清洗管道中，当超滤膜池中的水位到达预设浸泡水位时，所述反洗泵停止工作，所述反洗阀关闭，所述浸没式超滤膜组件的浸泡时间为20-40分钟，浸泡时间到达后所述超滤膜池排空阀打开排水。

优选地，浸没式超滤膜净水处理装置还包括与所述可编程控制器连接的控制面板，在所述控制面板上设有用于设置工况条件的按键，所述工况条件包括水力冲洗频率、水力冲洗强度、临界水位、浸没式超滤膜组件的超滤膜通量和连续过滤时间。所述控制面板与所述可编程控制器通过信号线连接或无线通讯模块连接；所述无线通讯模块为蓝牙、wifi、电力载波等方式。所述控制面板优选为电脑人机界面。

优选地，所述浸没式超滤膜组件为聚偏氟乙烯中空纤维膜；所述聚偏氟乙烯中空纤维膜的标称孔径为0.01-0.03μm，采用全端过滤模式。

优选地，所述浸没式超滤膜组件的超滤膜通量为15-45L/(m²·h)。

进一步优选地，所述产水箱排空阀、所述超滤膜池排空阀、所述进水调节阀、所述进水阀、所述反洗阀均为电动阀。

利用浸没式超滤膜净水处理装置处理污染饮用水包括以下步骤：1)通过控制面板设置工况条件，打开自动运行模式，原水箱中装有污染的饮用水，开启进水阀4、进水调节阀门2，启动原水泵3，污染的饮用水经原水泵5进入超滤膜池6，超滤膜池6出水进入产水箱8，若所述超滤膜池6的水位低于临界水位，进水阀4开启，原水泵3启动，若所述超滤膜池6的水位高于临界水位，进水阀4关闭，原水泵3停止工作；2)调节进水调节阀4的开启度，调节抽吸泵7，在30秒-60秒内使得浸没式超滤膜组件的超滤膜通量达到设定值，所述可编程控制器根据生产要求控制所述产水箱排空阀、所述超滤膜池排空阀的开启或闭合；3)清洁系统按照可编程控制器设定的水力冲洗频率、水力冲洗强度和清洗持续时间对浸没式超滤膜组件进行水力冲洗，定期停机进行维护性清洗。

利用浸没式超滤膜净水处理装置处理污染饮用水，原水来源于广东省佛山市某水厂的进厂水，取自珠江水系干流北江，试验期间原水水质整体较好。受洪水期影响时，水的浊度、氨氮和有机物含量波动较大。水质指标如下：COD为1.31-5.22mg/L，平均值为2.543mg/L；浊度为12.5-257NTU，平均值为52.62NTU；UV₂₅₄为0.012-0.384cm^-1，平均值为0.107cm^-1；氨氮含量为0-0.53mg/L，平均值为0.136mg/L；亚硝酸盐氮含量为0.007-0.118mg/L，平均值为0.068mg/L。

如图2-图4所示，采用可调节超滤膜通量和连续过滤时间的浸没式超滤膜净水处理装置，所述可编程控制器采用西门子公司的S7-200系列的CPU224可编程控制器，膜材料为PVDF，截留分子量为50kDa，采用恒通量全端过滤方式，运行参数为：超滤运行通量为15-45L/(m²·h)，连续过滤时间为0.5-2小时，2周1次维护性清洗，次氯酸钠浓度200ppm，反洗加药时间2分钟，浸泡时间30分钟。所述浸没式超滤膜净水处理装置运行69天实验结果如下表1所示。

表1浸没式超滤膜净水处理装置对水中污染物的去除效果

由表1中的数据可以看出，本实用新型的装置对于COD、UV₂₅₄和浊度去除效果显著，去除率分别达到52.62％、62.00％和99.67％。

以下通过实验分别考察超滤膜通量和连续过滤时间对本实用新型提供的浸没式超滤膜净水处理装置出水水质的影响。

设定连续过滤时间为1小时，排空周期10次，考察不同超滤膜通量对浸没式超滤膜净水处理装置的出水水质的影响。污染物去除率结果如图5-图7所示，分别展示了不同的超滤膜通量对出水的COD、UV₂₅₄和浊度的影响，随着超滤膜通量从15L/(m²·h)增加到45L/(m²·h)，浸没式超滤膜净水处理装置对有机污染物的截留率逐渐降低，COD截留率由47.00％下降到27.14％，UV₂₅₄截留率由84.34％下降到37.17％。这主要是由于超滤膜表面的浓差极化作用随着超滤膜通量的增加而增加，使得更多污染物透过透过超滤膜。结果同样表明，增加超滤膜通量不会对浊度的去除效果产生明显的影响，在不同的超滤膜通量下浸没式超滤膜净水处理装置对浊度的去除率均高于99％，这是由于超滤膜优异的截留能力。

设定超滤膜通量为30L/(m²·h)，考察不同的连续过滤时间对浸没式超滤膜净水处理装置的出水水质的影响。污染物去除率结果如图8-图10所示，分别展示了不同连续过滤时间对出水的COD、UV₂₅₄和浊度的影响。由图8-图10可以看出，随着连续过滤时间从0.5小时增加到2.0小时，浸没式超滤膜净水处理装置对有机污染物的截留率逐渐降低，COD截留率由51.39％下降到26.20％，但UV₂₅₄截留率呈现波动上升趋势，当连续过滤时间由0.5小时增加至1.0小时时，UV₂₅₄去除率从65.68％下降至29.02％；但当连续过滤时间进一步增加至2.0小时时，UV₂₅₄去除率上升至86.53％。在考察连续过滤时间对浊度去除效果的影响时，可以发现：在所有实验组中，浊度去除率均高于99％，这一实验现象和考察超滤膜通量对浊度去除效果的影响时是一致的，进一步说明超滤工艺对原水中的大尺寸颗粒物质有很好的去除效果，这种去除效果也不受连续过滤时间的影响。

与现有技术相比，本实施例提供的一种用于饮用水常规污染的浸没式超滤膜净水处理装置，具有以下特点：1)本实用新型提供的浸没式超滤膜净水处理装置工艺流程简单，占地面积小，分发挥了超滤工艺净水能力，去除水中的大尺寸颗粒物、悬浮物和有机污染物，使出水满足《生活饮用水卫生标准》，能够充分保障饮用水水质安全，且操作简便、易行，管理维护方便。2)根据原水水质及处理水量等状况对超滤膜通量和连续过滤时间等工艺参数进行适当调整，使装置具有更强的适用性，短流程，运行能耗低，采用自动化控制，出水可直接饮用。

通过上述的结构和原理的描述，所属技术领域的技术人员应当理解，本实用新型不局限于上述的具体实施方式，在本实用新型基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围应由各权利要求项及其等同物限定之。具体实施方式中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。

Claims (8)

1.一种用于饮用水常规污染的浸没式超滤膜净水处理装置，包括：原水箱，超滤膜池，产水箱，与所述超滤膜池连接的清洗系统，设在所述超滤膜池内的浸没式超滤膜组件，连通所述原水箱和所述超滤膜池的进水管道，连通所述超滤膜池和所述产水箱的产水管道，所述产水箱上设有排空管道和产水箱排空阀；其特征在于，还包括可编程控制器，在所述进水管道上设有进水阀、原水泵和进水调节阀门，在所述产水管道上设有抽吸泵和在线流量计，在所述超滤膜池上设有超滤膜池排空管道、超滤膜池排空阀和在线液位计，所述可编程控制器分别与所述原水泵、所述进水调节阀、所述进水阀、所述在线流量计、所述在线液位计、所述产水箱排空阀、所述超滤膜池排空阀、所述抽吸泵连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于饮用水常规污染的浸没式超滤膜净水处理装置，其特征在于，所述清洗系统包括连接所述产水箱和所述超滤膜池的清洗管道，设在所述清洗管道上的反洗泵和反洗阀，次氯酸钠储罐，加药泵；所述反洗泵、所述反洗阀、所述加药泵与所述可编程控制器连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于饮用水常规污染的浸没式超滤膜净水处理装置，其特征在于，所述浸没式超滤膜组件的连续过滤时间为0.5-2小时，在所述浸没式超滤膜组件工作了所述连续过滤时间后所述清洗系统对所述浸没式超滤膜组件进行水力冲洗。

4.根据权利要求2所述的一种用于饮用水常规污染的浸没式超滤膜净水处理装置，其特征在于，每1-3周所述清洗系统对所述浸没式超滤膜组件进行维护性清洁，所述次氯酸钠储罐内的次氯酸钠浓度为200ppm，所述加药泵的反洗加药时间为1.5-2.5分钟，所述浸没式超滤膜组件的浸泡时间为20-40分钟。

5.根据权利要求1所述的一种用于饮用水常规污染的浸没式超滤膜净水处理装置，其特征在于，所述浸没式超滤膜组件为聚偏氟乙烯中空纤维膜。

6.根据权利要求5所述的一种用于饮用水常规污染的浸没式超滤膜净水处理装置，其特征在于，所述聚偏氟乙烯中空纤维膜的标称孔径为0.01-0.03μm。

7.根据权利要求1所述的一种用于饮用水常规污染的浸没式超滤膜净水处理装置，其特征在于，还包括与所述可编程控制器连接的控制面板，所述控制面板上设有用于设置工况条件的按键，所述工况条件包括水力冲洗频率、水力冲洗强度、临界水位、浸没式超滤膜组件的超滤膜通量和连续过滤时间。

8.根据权利要求1所述的一种用于饮用水常规污染的浸没式超滤膜净水处理装置，其特征在于，所述浸没式超滤膜组件的超滤膜通量为15-45L/(m²·h)。

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