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CN114159974A - 高压静电场控制mbr膜污染预处理装置 - Google Patents

高压静电场控制mbr膜污染预处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了高压静电场控制MBR膜污染预处理装置，包括反应器，反应器的顶部插接有电极棒，电极棒的一端插入反应器内，电极棒的另一端与高压直流电源连接。本发明解决现有技术中存在的膜污染导致的污染物去除效果差以及有效简化冗长工艺流程的问题。

Description

高压静电场控制MBR膜污染预处理装置
技术领域
本发明属于MBR膜污染控制技术领域，涉及高压静电场控制MBR膜污染预处理装置。
背景技术
进入21世纪后，随着水处理工艺过程升级，膜分离技术和设备制造不断进步，以及水处理工艺设备越来越集中化，一体化的MBR工艺迅速受到世界各国的青睐，到2025年，全球MBR市场规模有望达到82.7亿美元。然而，膜污染成为限制MBR工艺的关键问题，造成MBR系统能耗高、处理效果不稳定。膜污染是在膜过滤过程中，水中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象。膜污染常发生在浓差极化、大溶质的吸附和吸附层的聚合的场合，一旦料液与膜接触，膜污染即开始。
高压场效应技术是利用直流高压电(30KV左右)与金属管壁所产生的电容器效应，即高压静电场效应，从而改变经过电场中的微粒及胶体的物性，增强微粒及胶体间的静电互斥力，使微粒及胶体粒子强分散，稳定不凝结，有效抑制及减缓典型界面的有机和/或无机组成的粘附及沉积；其能耗仅有25W每小时，此技术具有高效、低能耗等特点。但目前市场上缺少利用高压场效应技术控制膜污染的装置。
发明内容
本发明的目的是提供高压静电场控制MBR膜污染预处理装置，解决现有技术中存在的膜污染导致的污染物去除效果差以及有效简化冗长工艺流程的问题。
本发明所采用的技术方案是，高压静电场控制MBR膜污染预处理装置，包括反应器，反应器的顶部插接有电极棒，电极棒的一端插入反应器内，电极棒的另一端与高压直流电源连接。
本发明的特征还在于，
反应器包括壳体，壳体的下端设置有进水口，壳体的上端设置有出水口，壳体的顶部连接有上法兰盘，上法兰盘的中部设置有螺纹孔，螺纹孔与电极棒螺纹连接，壳体的底部连接有下法兰盘，下法兰盘为封闭的状态。
壳体的材质为304不锈钢。
上法兰盘与下法兰盘的材质均采用聚甲基丙烯酸甲酯。
进水口与下法兰盘之间的距离为3cm，出水口与上法兰盘之间的距离为3cm。
壳体的直径为30～50cm。
电极棒包括铜芯，铜芯位于反应器外部的一端连接有接线因子，接线因子与高压直流电源连接，铜芯与接线因子的外壁设置有聚四氟乙烯壳，接线因子远离铜芯的一端穿出聚四氟乙烯壳。
铜芯的长度为35～40cm，直径为1～2.5cm，聚四氟乙烯壳的长度为45～60cm，内径为3.5～5cm。
铜芯与接线因子的接口处填充有高压绝缘硅脂GCE0009048P0102、高压绝缘硅脂GCE0009048P0100、高压绝缘油脂DL4111或高压绝缘油脂GR300-G1中的一种。
高压直流电源给电极棒施加的电压为25～35kV，电流为0.0001～0.001A。
本发明的有益效果是，
(1)本发明高压静电场控制MBR膜污染预处理装置，将高压静电场应用到对膜污染的控制过程中，提高了对膜污染的控制效果，采用环境友好的方式，降低了对环境的二次污染；
(2)本发明高压静电场控制MBR膜污染预处理装置，在高压过程中发生极化现象，极化后导致MBR膜运行中运行压力降低，微生物浓度降低，活性污泥浓度降低，污染层疏松，膜污染得到有效控制。
附图说明
图1是本发明高压静电场控制MBR膜污染预处理装置的结构示意图；
图2是本发明高压静电场控制MBR膜污染预处理装置中电极棒的结构示意图；
图中，1.进水口，2.出水口，3.电极棒，4.铜芯，5.聚四氟乙烯壳，6.接线因子，7.壳体，8.上法兰盘，9.下法兰盘，10.高压直流电源。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供一种高压静电场控制MBR膜污染预处理装置，结构如图1所示，包括反应器，反应器的顶部插接有电极棒3，电极棒3的一端插入反应器内与反应器中溶液接触，电极棒3的另一端与高压直流电源10连接，高压直流电源10给电极棒3施加的电压为25～35kV，电流为0.0001～0.001A。
其中，反应器包括304不锈钢壳体7，壳体7的直径为30～50cm，长度为65～80cm,壳体7的下端设置有进水口1，壳体7的上端设置有出水口2，壳体7的顶部连接有聚甲基丙烯酸甲酯上法兰盘8，上法兰盘8的中部设置有螺纹孔，螺纹孔与电极棒3螺纹连接，壳体7的底部连接有聚甲基丙烯酸甲酯下法兰盘9，下法兰盘9为封闭的状态，进水口1与下法兰盘9之间的距离为3cm，出水口2与上法兰盘8之间的距离为3cm，进水口1通过管道与进水水样连接，出水口2通过管道与出水烧杯连接。
如图1和图2所示，电极棒3包括铜芯4，铜芯4位于反应器外部的一端连接有接线因子6，为防止产生空隙造成尖端放电，铜芯4与接线因子6的接口处填充有高压绝缘硅脂GCE0009048P0102、高压绝缘硅脂GCE0009048P0100、高压绝缘油脂DL4111或高压绝缘油脂GR300-G1中的一种，接线因子6与高压直流电源10连接，铜芯4与接线因子6的外壁设置有聚四氟乙烯壳5，接线因子6远离铜芯4的一端穿出聚四氟乙烯壳5，铜芯4的长度为35～40cm，直径为1～2.5cm，聚四氟乙烯壳5的长度为45～60cm，内径为3.5～5cm，由机床车削制备。
实施例1
壳体长度为65cm，直径为35cm；聚四氟乙烯壳5的长度45cm，内径为3.5cm；铜芯4的直径为1.0cm，在铜芯4与接线因子6的接口处填充高压绝缘硅脂GCE0009048P0102；将电极棒3浸泡在单体溶液中，检查接线、304不锈钢反应器g的密闭性以及电极棒c的嵌入是否良好。检查高压直流电源j的线路是否完整，打开高压直流电源j，控制电压为25kv，电流为0.0001A，控制时间为30min，待完成之后，在出水口b放置烧杯，取经高压静电场处理后的水至烧杯中；
经高压静电场处理前出水的膜运行压力为-31.4～-53.8kpa、COD(化学需氧量)为53.58mg/l、DOC(溶解性有机碳)为66.49mg/l、总氮为32.9mg/l、总磷为1.62mg/l、MLSS(活性污泥浓度)为23.862g/l；
经高压静电场处理后出水的膜运行压力为-8.9～-23.2kpa、COD(化学需氧量)为20.36mg/l、DOC(溶解性有机碳)为7.13mg/l、总氮为29.7mg/l、总磷为1.59mg/l、MLSS(活性污泥浓度)为7.35g/l；
实验进行30min之后，根据实验结果，加高压静电场之后和不加相比膜运行压、COD、DOC、MLSS、有明显降低，总氮、总磷也有所下降。
实施例2
壳体长度为70cm，直径为40cm；聚四氟乙烯壳5的长度50cm，内径为4.0cm；铜芯4的直径为1.5cm，在铜芯4与接线因子6的接口处填充高压绝缘硅脂GCE0009048P0100；将电极棒3浸泡在单体溶液中，检查接线、304不锈钢反应器g的密闭性以及电极棒c的嵌入是否良好。检查高压直流电源j的线路是否完整，打开高压直流电源j，控制电压为30kv，电流为0.0005A，控制时间为25min，待完成之后，在出水口b放置烧杯，取经高压静电场处理后的水至烧杯中；
经高压静电场处理前出水的膜运行压力为-30.2～-43.8kpa、COD(化学需氧量)为57.16mg/l、DOC(溶解性有机碳)为62.13mg/l、总氮为6.46mg/l、总磷为20.63mg/l、MLSS(活性污泥浓度)为25.731g/l；
经高压静电场处理后出水的膜运行压力为-6.9～-20.1kpa、COD(化学需氧量)为20.67mg/l、DOC(溶解性有机碳)为14.71mg/l、总氮为6.08mg/l、总磷为7.97mg/l、MLSS(活性污泥浓度)为9.35g/l；
实验进行25min之后，根据实验结果，加高压静电场之后和不加相比膜运行压、COD、DOC、MLSS、有明显降低，总氮、总磷也有所下降。
实施例3
壳体长度为75cm，直径为45cm；聚四氟乙烯壳5的长度55cm，内径为4.5cm；铜芯4的直径为2.0cm，在铜芯4与接线因子6的接口处填充高压绝缘油脂DL4111；将电极棒3浸泡在单体溶液中，检查接线、304不锈钢反应器g的密闭性以及电极棒c的嵌入是否良好。检查高压直流电源j的线路是否完整，打开高压直流电源j，控制电压为35kv，电流为0.0008A，控制时间为20min，待完成之后，在出水口b放置烧杯，取经高压静电场处理后的水至烧杯中；
经高压静电场处理前出水的膜运行压力为-33.5～-60.7kpa、COD(化学需氧量)为45.29mg/l、DOC(溶解性有机碳)为58.47mg/l、总氮为11.45mg/l、总磷为24.12mg/l、MLSS(活性污泥浓度)为29.581g/l；
经高压静电场处理后出水的膜运行压力为-8.6～-25.6kpa、COD(化学需氧量)为19.71mg/l、DOC(溶解性有机碳)为12.95mg/l、总氮为7.36mg/l、总磷为6.33mg/l、MLSS(活性污泥浓度)为8.695g/l；
实验进行20min之后，根据实验结果，加高压静电场之后和不加相比膜运行压、COD、DOC、MLSS、有明显降低，总氮、总磷也有所下降。
实施例4
壳体长度为80cm，直径为50cm；聚四氟乙烯壳5的长度60cm，内径为5.0cm；铜芯4的直径为2.5cm，在铜芯4与接线因子6的接口处填充高压绝缘油脂GR300-G1；将电极棒3浸泡在单体溶液中，检查接线、304不锈钢反应器g的密闭性以及电极棒c的嵌入是否良好。检查高压直流电源j的线路是否完整，打开高压直流电源j，控制电压为35kv，电流为0.001A，控制时间为20min，待完成之后，在出水口b放置烧杯，取经高压静电场处理后的水至烧杯中；
经高压静电场处理前出水的膜运行压力为-31.7～-58.9kpa、COD(化学需氧量)为51.23mg/l、DOC(溶解性有机碳)为62.78mg/l、总氮为10.65mg/l、总磷为27.49mg/l、MLSS(活性污泥浓度)为32.496g/l；
经高压静电场处理后出水的膜运行压力为-10.4～-27.9kpa、COD(化学需氧量)为21.68mg/l、DOC(溶解性有机碳)为14.71mg/l、总氮为8.99mg/l、总磷为7.53mg/l、MLSS(活性污泥浓度)为9.857g/l；
实验进行20min之后，根据实验结果，加高压静电场之后和不加相比膜运行压力、COD、DOC、MLSS、有明显降低，总氮、总磷也有所下降。
本发明高压静电场控制MBR膜污染预处理装置的工作原理在于，本装置在高压过程中发生极化现象，极化后导致MBR膜运行中运行压力降低，从而使微生物浓度降低，活性污泥浓度降低，进而使1～2.5污染层疏松，表面形成疏松吸附层，吸附量增大，同时使污泥充分分散，激发其活性，降低接近一半的活性污泥浓度，抑制膜污染，最终膜污染得到有效控制，且水质指标不发生明显的改变。

Claims (10)

1.高压静电场控制MBR膜污染预处理装置，其特征在于，包括反应器，所述反应器的顶部插接有电极棒(3)，所述电极棒(3)的一端插入反应器内，所述电极棒(3)的另一端与高压直流电源(9)连接。
2.根据权利要求1所述的高压静电场控制MBR膜污染预处理装置，其特征在于，所述反应器包括壳体(7)，所述壳体(7)的下端设置有进水口(1)，所述壳体(7)的上端设置有出水口(2)，所述壳体(7)的顶部连接有上法兰盘(8)，所述上法兰盘(8)的中部设置有螺纹孔，所述螺纹孔与电极棒(3)螺纹连接，所述壳体(7)的底部连接有下法兰盘(9)，所述下法兰盘(9)为封闭的状态。
3.根据权利要求2所述的高压静电场控制MBR膜污染预处理装置，其特征在于，所述壳体(7)的材质为304不锈钢。
4.根据权利要求2所述的高压静电场控制MBR膜污染预处理装置，其特征在于，所述上法兰盘(8)与下法兰盘(9)的材质均采用聚甲基丙烯酸甲酯。
5.根据权利要求2所述的高压静电场控制MBR膜污染预处理装置，其特征在于，所述进水口(1)与下法兰盘(9)之间的距离为3cm，所述出水口(2)与上法兰盘(8)之间的距离为3cm。
6.根据权利要求2所述的高压静电场控制MBR膜污染预处理装置，其特征在于，所述壳体(7)的直径为30～50cm。
7.根据权利要求1所述的高压静电场控制MBR膜污染预处理装置，其特征在于，所述电极棒(3)包括铜芯(4)，所述铜芯(4)位于反应器外部的一端连接有接线因子(6)，所述接线因子(6)与高压直流电源(10)连接，所述铜芯(4)与接线因子(6)的外壁设置有聚四氟乙烯壳(5)，所述接线因子(6)远离铜芯(4)的一端穿出聚四氟乙烯壳(5)。
8.根据权利要求7所述的高压静电场控制MBR膜污染预处理装置，其特征在于，所述铜芯(4)的长度为35～40cm，直径为1～2.5cm，所述聚四氟乙烯壳(5)的长度为45～60cm，内径为3.5～5cm。
9.根据权利要求7所述的高压静电场控制MBR膜污染预处理装置，其特征在于，所述铜芯(4)与接线因子(6)的接口处填充有高压绝缘硅脂GCE0009048P0102、高压绝缘硅脂GCE0009048P0100、高压绝缘油脂DL4111或高压绝缘油脂GR300-G1中的一种。
10.根据权利要求1所述的高压静电场控制MBR膜污染预处理装置，其特征在于，所述高压直流电源(10)给电极棒(3)施加的电压为25～35kV，电流为0.0001～0.001A。
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