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CN114409154A - 一种降低可溶性藻类有机物的膜污染的处理装置 - Google Patents

一种降低可溶性藻类有机物的膜污染的处理装置 Download PDF

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侯冬玲
税桂鸿
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Abstract

本发明公开了一种降低可溶性藻类有机物的膜污染的处理装置包括中央带有紫外灯的紫外/过氧化氢预处理池、单通道管状陶瓷微滤膜、螺杆泵、热交换器、反冲洗装置，利用紫外/过氧化氢预处理技术，不仅提高了凝聚效果，而且使可溶性藻类有机废水中产生羟基自由基，对废水中可溶性藻类有机物进行氧化降解，从而降低废水中的可溶性藻类有机物浓度，对于分解微囊藻毒素非常有效，所以，紫外/过氧化氢氧化技术适用于在蓝藻水华期间处理水质。此外，与陶瓷微滤膜组合作用，可以提高陶瓷微滤膜的性能，同时不产生任何污泥副产物，节省了污泥处理成本。

Description

一种降低可溶性藻类有机物的膜污染的处理装置
技术领域
本发明涉及可溶性藻类有机废水处理技术领域，具体为一种降低可溶性藻类有机物的膜污染的处理装置。
背景技术
废水中天然存在的有机物所引起的膜污染问题，仍然是大多数工业膜水处理过程的主要限制因素，因为膜污染会带来膜通量降低、水处理质量下降、能耗及维护成本增加等问题。日益严重的水体富营养化问题会造成有害藻类和蓝藻大量繁殖，大量可溶性藻类有机物进入水处理过程中，从而导致水质和处理效率出现问题。作为高分子量的生物聚合物，可溶性藻类有机物会对低聚合物和陶瓷膜造成严重污染。此外，水华会导致有害藻类代谢物(包括毒素)释放到饮用水中，威胁人类健康。
预处理是减少膜有机污染的常用做法，因为它可以在膜过滤之前去除具有高污染的有机成分或将它们转化为具有低浓度污染的有机物，UV/H2O2高级氧化工艺广泛用于降解有机化合物。UV/H2O2高级氧化工艺会产生丰富的具有强氧化性的羟基自由基(.OH)，可以将大的有机化合物分解成小的分子并矿化，具有降低膜污垢浓度，因而提高膜性能的潜力。将UV/H2O2高级氧化工艺处理与陶瓷膜结合起来效果更好，因为UV/H2O2高级氧化工艺还可以优化水质，对水进行消毒和清洁。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低可溶性藻类有机物的膜污染的处理装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种降低可溶性藻类有机物的膜污染的处理装置包括热交换器、冷却水储存器、进料罐、螺杆泵、一号压力计、陶瓷微滤膜、节流阀、反冲洗装置、紫外/过氧化氢预处理池，所述进料罐具有两对外部进口与出口，所述进料罐顶部内部进口与节流阀出口连通，所述节流阀进口与紫外/过氧化氢预处理池出口连通，所述进料罐底部内部出口与螺杆泵的进水口连通，所述进料罐的外部进口与冷却水储存器出口连通，所述进料罐的外部出口与热交换器的进口连通，所述冷却水储存器进口与热交换器的出口连通，所述紫外/过氧化氢预处理池的出口与节流阀的入口连通，所述陶瓷微滤膜的进口与螺杆泵连接，所述螺杆泵与陶瓷微滤膜的中间设置有一号压力计，所述陶瓷微滤膜的出口与反冲洗装置的进口连通。
优选的，所述节流阀的入口处与陶瓷微滤膜连通，所述节流阀与陶瓷微滤膜的中间设置有安全阀及二号压力计。
优选的，所述反冲洗装置的出口端与过滤阀的进口端连通。
优选的，所述陶瓷微滤膜是单通道管状Al2O3陶瓷膜，所述陶瓷微滤膜膜孔径为0.1μm。
优选的，所述紫外/过氧化氢预处理池含有过氧化氢溶液且中央是环形紫外灯。
优选的，包括以下步骤：
S1：将模拟含有藻毒素废水输送到紫外/过氧化氢预处理池中，同时进行凝聚、光解和氧化作用；
S2：通过热交换器、冷却水储存器、过滤阀及反冲洗装置对模拟藻毒素废水进行多次循环反应；
S3：将所述进料罐中的预处理后的藻毒素废水通过螺杆泵抽提到陶瓷微滤膜中进行过滤并排出；
S4：将进行过滤后的陶瓷微滤膜利用反冲洗装置进行膜的原位清洁，在陶瓷微滤膜的渗透侧施加压力，渗透液透过陶瓷微滤膜返回到进料罐中，二号压力计和一号压力计分别获得陶瓷微滤膜的出口和进口压力。
优选的，所述步骤S1中，紫外/过氧化氢预处理池的中央紫外灯的平均照射面积为464cm2，路径长度为1.94cm，紫外波长254nm，平均光照率为8.91mW·cm-2。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
利用紫外/过氧化氢预处理技术，不仅提高了凝聚效果，而且使可溶性藻类有机废水中产生羟基自由基，对废水中可溶性藻类有机物进行氧化降解，从而降低废水中的可溶性藻类有机物浓度，对于分解微囊藻毒素非常有效，所以，紫外/过氧化氢氧化技术适用于在蓝藻水华期间处理水质。此外，与陶瓷微滤膜组合作用，可以提高陶瓷微滤膜的性能，同时不产生任何污泥副产物，节省了污泥处理成本。
附图说明
图1是本发明一种综合式可溶性藻类有机物废水的处理装置的结构示意图。
图2是本发明实验中测试陶瓷微滤膜循环通量的点状图。
图3是本发明实验中测试膜污染指数的点线图。
图4是本发明实验中测试DOC去除率的柱状图。
图5是本发明实验中测试陶瓷微滤膜截留率的柱状图。
图6是本发明实验中测试可溶性藻类有机物的OCD响应图。
图7是本发明实验中测试可溶性藻类有机物的UVD响应图。
图中：1、热交换器，2、冷却水储存器，3、进料罐，4、螺杆泵，5、一号压力计，6、陶瓷微滤膜，7、节留阀，8、安全阀，9、二号压力计，10、反冲洗装置，11、过滤阀，12、紫外/过氧化氢预处理池。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1至图7，本发明提供一种技术方案：一种降低可溶性藻类有机物的膜污染的处理装置，进料罐3具有两对外部进口与出口，进料罐3顶部内部进口与节流阀7出口连通，节流阀7进口与紫外/过氧化氢预处理池12出口连通，紫外/过氧化氢预处理池12含有过氧化氢溶液且中央是环形紫外灯，进料罐3底部内部出口与螺杆泵4的进水口连通，进料罐3的外部进口与冷却水储存器2出口连通，进料罐3的外部出口与热交换器1的进口连通，冷却水储存器2进口与热交换器1的出口连通，紫外/过氧化氢预处理池12的出口与节流阀7的入口连通，节流阀7的入口处与陶瓷微滤膜6连通，节流阀7与陶瓷微滤膜6的中间设置有安全阀8及二号压力计9，陶瓷微滤膜6的进口与螺杆泵4连接，螺杆泵4与陶瓷微滤膜6的中间设置有一号压力计5，陶瓷微滤膜6是单通道管状Al2O3陶瓷膜，其膜孔径为0.1μm，陶瓷微滤膜6的出口与反冲洗装置10的进口连通反冲洗装置10的出口端与过滤阀11的进口端连通。
处理步骤如下：
S1：通过进水泵将可溶性藻类有机废水输送到紫外/过氧化氢预处理池12中，进水泵的出水口与紫外/过氧化氢预处理池12内连通，且其进水口与外部装有可溶性藻类有机废水的进水罐3连通，并且将紫外灯置于处理池中央，紫外灯的平均照射面积为464cm2，路径长度为1.94cm，紫外波长254nm，平均光照率为8.91mW·cm-2，同时加入过氧化氢溶液进行氧化。
其中，通过紫外灯对可溶性藻类有机物进行灭活，过氧化氢对可溶性藻类有机物进行降解，可以产生高度氧化的羟基自由基(.OH)，将大的有机化合物分解成更小的分子并矿化，具有降低膜污垢浓度，因而提高膜性能的潜力。
S2：预处理后的可溶性藻类有机废水通过进水泵输送到进料罐3中进行储存，同时，进料罐3顶部内部进口与节流阀7出口连通，节流阀7进口与紫外/过氧化氢预处理池12出口连通，底部内部出口与螺杆泵4的进水口连通；进料罐3的外部进口与冷却水出口连通，进料罐3的外部出口与热交换器1的进口连通，冷却水装置2进口与热交换器1的出口连通。
其中，进料罐3的外部冷却水可以循环利用。
S3：将进料罐3中的可溶性藻类有机废水通过陶瓷微滤膜6过滤，陶瓷微滤膜6固定安装在一号压力计5和二号压力计9之间，且其进水口与螺杆泵4的出水口连通，陶瓷微滤膜6出水口与反冲洗装置10的进水口连通，反冲洗装置10的出水口与过滤阀11的进水口连通。通过螺杆泵4将进料罐3中的可溶性藻类有机废水输送到陶瓷微滤膜6中进行过滤，过滤后的溶液经过过滤阀11进入液体收集小瓶中，通过陶瓷微滤膜6能够截留住化工废水中的固体悬浮物及大分子有机物，降低可溶性藻类有机废水中有机物浓度。
其中，陶瓷微滤膜是Al2O3陶瓷膜，其膜孔径为0.1μm。
S4：将多次处理后的陶瓷微滤膜6进行原位反冲洗，在陶瓷微滤膜的渗透侧施加压力，渗透液透过陶瓷微滤膜6返回到进料罐3中，二号压力计9和一号压力计5分别获得陶瓷微滤膜6的出口和进口压力。
紫外/过氧化氢氧化工艺及陶瓷微滤膜工艺的组合对可溶性藻类有机废水的处理方式，不仅提高了凝聚效果，而且使可溶性藻类有机废水中产生羟基自由基，对废水中可溶性藻类有机物进行氧化降解，从而降低废水中的可溶性藻类有机物浓度，对于分解微囊藻毒素非常有效，所以，紫外/过氧化氢氧化技术适用于在蓝藻水华期间处理水质。此外，与陶瓷微滤膜组合作用，可以提高陶瓷微滤膜的性能，同时不产生任何污泥副产物，节省了污泥处理成本，现结合具体实验进行说明：
选取三组综合式可溶性藻类有机废水的处理装置，分别为装置一(可溶性藻类有机废水)、装置二(混凝+陶瓷微滤膜6)及装置三(紫外/过氧化氢12+陶瓷微滤膜6)，装置一中去除混凝或紫外/过氧化氢12预处理，以单独测试陶瓷微滤膜6工艺对可溶性藻类有机废水的处理效果，装置二中去除紫外/过氧化氢12预处理，以混凝工艺与陶瓷微滤膜6处理工艺的组合对可溶性藻类有机废水的处理效果，装置三中去除混凝预处理，以紫外/过氧化氢12工艺与陶瓷微滤膜6处理工艺的组合对可溶性藻类有机废水的处理效果。
采用多循环过滤，每个循环过滤450mL的可溶性藻类有机废水。
设置第三组装置中过氧化氢浓度为0.25mM和0.5mM，紫外灯的紫外线强度为16J.cm-2和32J.cm-2,以对比各浓度过氧化氢氧化剂和紫外线强度对可溶性藻类有机废水的处理效果。
利用统一膜污染指数(UMFI)评估陶瓷微滤膜的膜污染程度，以比容为横坐标，归一化通量为纵坐标，绘制成如图2的点状图和图3的点线图。由图2和图3可知，装置一的五个循环膜通量迅速下降，装置三中在UV 32和0.5mM过氧化氢的预处理下，五个循环膜通量基本不变，且膜污染程度最低，低于混凝预处理。
利用总碳分析仪测定溶解性有机碳(DOC)，以上述三种预处理方法为横坐标，DOC去除率为纵坐标，绘制成如图4的柱状图。由图4可知，UV 32和0.5mM过氧化氢的预处理下，DOC的去除率仅次于混凝预处理。
利用总碳分析仪测定溶解性有机碳(DOC)，以上述三种预处理方法为横坐标，DOC截留率为纵坐标，绘制成如图5的柱状图。由图5可知，UV 32和0.5mM过氧化氢的预处理下，DOC的截留率低于混凝预处理。
利用液相有机碳有机氮测试系统(LC-OCD-UVD)测定可溶性藻类有机物的OCD响应图，以保留时间为横坐标，OCD响应为纵坐标，绘制成如图6所示的线性图。如图6可知，未经处理的可溶性藻类有机物溶液中含有大量的大分子量和小分子量物质，紫外/过氧化氢预处理的可溶性藻类有机物中大分子量物质几乎不见，小分子量物质升高，说明紫外/过氧化氢预处理可以降解可溶性藻类有机物。
利用液相有机碳有机氮测试系统(LC-OCD-UVD)测定可溶性藻类有机物的UVD响应图，以保留时间为横坐标，UVD响应为纵坐标，绘制成如图7所示的线性图。如图7可知，紫外/过氧化氢预处理可以显著降低UVD的响应。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.一种降低可溶性藻类有机物的膜污染的处理装置,其特征在于：包括热交换器(1)、冷却水储存器(2)、进料罐(3)、螺杆泵(4)、一号压力计(5)、陶瓷微滤膜(6)、节流阀(7)、反冲洗装置(10)、紫外/过氧化氢预处理池(12)，所述进料罐(3)具有两对外部进口与出口，所述进料罐(3)顶部内部进口与节流阀(7)出口连通，所述节流阀(7)进口与紫外/过氧化氢预处理池(12)出口连通，所述进料罐(3)底部内部出口与螺杆泵(4)的进水口连通，所述进料罐(3)的外部进口与冷却水储存器(2)出口连通，所述进料罐(3)的外部出口与热交换器(1)的进口连通，所述冷却水储存器(2)进口与热交换器(1)的出口连通，所述紫外/过氧化氢预处理池(12)的出口与节流阀(7)的入口连通，所述陶瓷微滤膜(6)的进口与螺杆泵(4)连接，所述螺杆泵(4)与陶瓷微滤膜(6)的中间设置有一号压力计(5)，所述陶瓷微滤膜(6)的出口与反冲洗装置(10)的进口连通。
2.根据权利要求1所述的一种降低可溶性藻类有机物的膜污染的处理装置，其特征在于：所述节流阀(7)的入口处与陶瓷微滤膜(6)连通，所述节流阀(7)与陶瓷微滤膜(6)的中间设置有安全阀(8)及二号压力计(9)。
3.根据权利要求1所述的一种降低可溶性藻类有机物的膜污染的处理装置，其特征在于：所述反冲洗装置(10)的出口端与过滤阀(11)的进口端连通。
4.根据权利要求1所述的一种降低可溶性藻类有机物的膜污染的处理装置，其特征在于：所述陶瓷微滤膜(6)是单通道管状Al2O3陶瓷膜，所述陶瓷微滤膜(6)的膜孔径为0.1μm。
5.根据权利要求1所述的一种降低可溶性藻类有机物的膜污染的处理装置，其特征在于：所述紫外/过氧化氢预处理池(12)含有过氧化氢溶液且中央是环形紫外灯。
6.根据权利要求1所述的一种降低可溶性藻类有机物的膜污染的处理装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：
S1：将模拟含有藻毒素废水输送到紫外/过氧化氢预处理池(12)中，同时进行凝聚、光解和氧化作用；
S2：通过热交换器(1)、冷却水储存器(2)、过滤阀(11)及反冲洗装置(10)对模拟藻毒素废水进行多次循环反应；
S3：将所述进料罐(3)中的预处理后的藻毒素废水通过螺杆泵(4)抽提到陶瓷微滤膜(6)中进行过滤并排出；
S4：将进行过滤后的陶瓷微滤膜(6)利用反冲洗装置(10)进行膜的原位清洁，在陶瓷微滤膜(6)的渗透侧施加压力，渗透液透过陶瓷微滤膜(6)返回到进料罐(3)中，二号压力计(9)和一号压力计(5)分别获得陶瓷微滤膜(6)的出口和进口压力。
7.根据权利要求1所述的一种降低可溶性藻类有机物的膜污染的处理装置，其特征在于：所述步骤S1中，紫外/过氧化氢预处理池(12)的中央紫外灯的平均照射面积为464cm2，路径长度为1.94cm，紫外波长254nm，平均光照率为8.91mW·cm-2。
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