一種碟管式反滲透汙水處理方法和係統
技術領域
[0001]本發明屬於水處理技術領域，尤其涉及一種碟管式反滲透汙水處理方法和係統。
背景技術
[0002] 近年來，我國汙水處理量達到2 X 101¾ 3/a，相應的年幹汙泥產量由2005年的IMt增加至3.6Mt。如此大量的汙泥必然引起對環境的二次汙染，而由此引出日益嚴重的環境問題逐漸受到更多的關注。
[0003]碟管式反滲透(DTRO)是反滲透的一種形式，是專門用來處理高濃度汙水的膜組件，其核心技術是碟管式膜片膜柱。把反滲透膜片和水力導流盤疊放在一起，用中心拉杆和端板進行固定，然後置入耐壓套管中，就形成一個膜柱。在現實情況中，高濃度廢水由於其出廠條件，前處理流程等的不同，其組成成份複雜，存在鈣、鎂、鋇、矽等各種難溶無機鹽，這些難溶無機鹽進入DTRO係統後被高倍濃縮，當其濃度超過該條件下的溶解度時將會在膜表麵產生結垢現象。
[0004]汙泥中含有大量的有機物，如我國汙水廠汙泥的有機物質量分數為50%〜70%，而發達國家的汙泥有機物含量更高，可高達質量分數60%〜80%。如此高的有機物含量，使汙泥具有了製備成活性炭材料的客觀條件。由於汙泥中含碳量較高，因此可以利用高溫熱解的方法使汙泥轉變成具有活性炭性質的吸附劑材料，而製造的成本卻遠遠低於商品活性炭。但是，傳統汙泥直接製備的生物炭其成本高、汙染大，吸附能力難以和市場上的生物炭相媲美，使得汙泥製備生物炭技術難以工業化應用。
發明內容
[0005]本發明所要解決的技術問題是，克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種碟管式反滲透汙水處理方法和係統。
[0006]為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為:
一種碟管式反滲透汙水處理方法，包括如下步驟:
(1)將汙水調節pH後進行第一次過濾，濾去雜質得到一次濾液；
(2)所述一次濾液經汙泥基吸附劑進行吸附處理後進行第二次過濾，濾去雜質得到二次濾液；
(3)對所述二次濾液進行一級碟管式反滲透處理，得到一級濃縮液和一級透過液；
(4)對所述一級透過液進行二級碟管式反滲透處理，得到二級濃縮液和二級透過液，所述二級濃縮液重新回到一級碟管式反滲透處理繼續循環處理，所述二級透過液進行回收或經達標處理後排放。
[0007] 上述的方法，優選的，所述步驟(I)中，調節pH至6.10〜6.50。
[0008]優選的，所述步驟(I)中第一次過濾的過濾精度為50μπι;所述步驟(2)中第二次過濾的過濾精度為ΙΟμπι。
[0009]優選的，所述步驟(3)中，進行一級碟管式反滲透處理時進料口控製水壓為30〜40bar;所述步驟(4)中，進行二級碟管式反滲透處理時進料口控製水壓為30〜40bar。
[0010]優選的，所述步驟(2)中，汙泥基吸附劑是以汙泥為原料，在汙泥中添加竹粉作為輔料製備而成的吸附劑。
[0011]優選的，所述汙泥基吸附劑的製備具體包括如下步驟:
a)將汙泥烘幹至含水率為10%〜30%，添加竹粉後進行研磨並過80〜ΙΟΟμπι篩，得到汙泥混合物；
b)在步驟a)後得到的汙泥混合物中加入活化劑攪拌，升溫至650〜700°C保持恒溫，得到幹燥汙泥體；
c)將步驟b)後得到的幹燥汙泥體進行研磨過篩後，選取粒徑為1~2_的幹燥汙泥體顆粒，用HCl溶液和去離子水漂洗，烘幹後即可得到所述的汙泥基吸附劑。
[0012]優選的，所述步驟a)中，烘幹溫度為101〜105°C，所述竹粉的用量占所述汙泥混合物的質量百分比為10%〜20% ；
所述步驟b)中，活化劑為KOH溶液，所述攪拌時間為22〜24h，所述烘幹溫度為101〜105°C，所述烘幹時間為24〜26h，所述升溫速率為15〜20°C/min，所述恒溫時間為1.0〜1.2h;
所述步驟c)中，烘幹溫度為101〜105 °C，所述烘幹時間為24〜26h。
[0013]基於同一個技術構思，本發明還提供一種碟管式反滲透汙水處理係統，包括依次相連的PH自動調節裝置、用於進行第一次過濾的砂濾罐、用於進行吸附處理的汙泥基罐、用於進行第二次過濾的保安過濾器、一級碟管式反滲透係統和二級碟管式反滲透係統，所述二級碟管式反滲透係統設有可將出口的物料傳輸回一級碟管式反滲透係統進行循環處理的輸送管道。
[0014]上述的係統，優選的，所述汙泥基罐包括儲液罐本體以及設於所述儲液罐本體內的吸附劑，儲液罐本體內設有可交替工作的下進上出液路以及上進下出液路;所述一級碟管式反滲透係統包括一級高壓栗、一級減震器、循環栗、一級碟管式反滲透膜柱和一級反衝洗裝置;所述二級碟管式反滲透係統包括二級高壓栗、二級減震器、二級碟管式反滲透膜柱和二級反衝洗裝置。
[0015]優選的，所述一級碟管式反滲透係統還連接濃縮液收集器;所述二級碟管式反滲透係統還連接吹脫塔及清水罐。
[0016]碟管式反滲透膜的機理:碟管式反滲透膜組件具有特殊的流道設計形式，采用開放式流道，料液通過增壓栗經進料口進入碟管式反滲透膜柱內，從導流盤與外殼之間的通道流到組件的另一端，在另一端法蘭處，料液通過8個通道進入導流盤中，被處理的液體以*短的距離快速流經過濾膜，然後180度逆轉到另一膜麵，再從導流盤中心的槽口流入到下一個導流盤，從而在膜表麵形成由導流盤圓周到圓中心，再到圓周，再到圓中心的雙“S”形路線，濃縮液*後從進料端法蘭處流出。過濾膜片由兩張同心八角狀反滲透膜組成，膜中間夾著一層絲狀支架層使通過膜片的淨水可以快速流向出口。這三層八角狀材料的外環用超聲波技術焊接，內環開口，為淨水出口。滲透液在膜片中間沿絲狀支架流到中心拉杆外圍的透過液通道，導流盤上的O型密封圈防止原水進入透過液通道。透過液從膜片到中心的距離非常短，且對於組件內所的過濾膜片均相等。
[0017]大多數汙水中，溶解性二氧化矽的含量為I〜100mg/L，過度飽和的二氧化矽能夠自動聚合形成不溶性的膠體矽或膠狀矽，在進行汙水處理時容易造成碟管式反滲透膜的汙堵。汙水中二氧化矽濃度增加的同時，汙水的pH值也在變化，而汙水中二氧化矽濃度的*大許可值取決於二氧化矽的溶解度。如果汙水中存在金屬，尤其是鋁或鐵，可能會和二氧化矽反應生成金屬矽酸鹽，從而改變二氧化矽的溶解度。因此，為了保證水中不含鋁或鐵，在進入保安過濾器前設置一個汙泥基罐，通過汙泥基罐內的汙泥基吸附劑，可以有效去除金屬離子。
[0018]與現有技術相比，本發明的有益效果為:
1、本發明的碟管式反滲透汙水處理方法，在汙水進入碟管式反滲透處理前對汙水進行前處理，並使用汙泥作為原料製備汙泥基吸附材料對汙水進行吸附處理，可以去除汙水中的重金屬、活性染料、酸性氣體等，有效解決了汙水處理設備輕易結垢或損壞的問題。
[0019] 2、本發明的汙泥基吸附劑，有效回收利用了汙水廠的剩餘汙泥，將剩餘汙泥經活化生成了吸附劑，使廢棄汙泥得到資源化，大大解決了剩餘汙泥的出路問題，並利用竹粉材料作為副料，竹粉中含有維生素、木質素，能改良汙泥團粒結構，且相較於木肩等具有更大的比表麵積及更高的碳含量，可以充分與汙泥接觸，混勻，且炭化後的汙泥基比表麵積更大，提高了汙泥基的吸附效果；且竹粉與汙泥混合後，不僅能消殺一部分汙泥中的有害菌群，還能改善汙泥土質，對汙泥有一定的脫水效果，從而減少了汙泥基吸附劑製作過程中產生的不良氣味，同時還解決了農業廢棄物的處理處置問題，實現了廢物處理的穩定化、無害化、資源化，降低了製造成本;此外，本吸附劑還具有製備簡單和成本低的特點。
[0020] 3、本發明的碟管式反滲透汙水處理係統，在碟管式反滲透係統前增加了 pH自動調節裝置、砂濾罐、汙泥基罐和保安過濾器等前處理裝置，在保證汙水處理效果的同時，解決了碟管式反滲透膜柱產生結垢的問題，延長了碟管式反滲透膜柱的使用壽命，在有效提高汙水處理效率的同時，還節省了成本。
[0021] 4、本發明的汙泥基罐，結構簡單，操作方便，處理效率高，適用麵廣，可根據需要交換進出水方式，這樣可避免單一上進水、下出水，或者單一下進水、上出水，吸附處理裝置中的吸附劑未能得到充分的利用的弊端。
附圖說明
[0022]為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下麵將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下麵描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1是本發明碟管式反滲透汙水處理方法的工藝流程示意圖。
[0024]圖2是本發明碟管式反滲透汙水處理係統的結構示意圖。
[0025]圖3是本發明碟管式反滲透膜柱的液體流向示意圖。
[0026]圖4是本發明碟管式反滲透膜片和導流盤的結構示意圖。
[0027]圖5是本發明汙泥基罐的結構示意圖。
[0028]圖例說明:
1、ρΗ自動調節裝置;2、砂濾罐;3、汙泥基罐;4、保安過濾器;5、一級碟管式反滲透係統；
6、二級碟管式反滲透係統;7、吹脫塔;8、清水罐;9、濃縮液收集器;10、一級高壓栗；11、一級減震器；12、循環栗；13、一級碟管式反滲透膜柱；14、一級反衝洗裝置；15、二級高壓栗；16、二級減震器;17、二級碟管式反滲透膜柱；18、二級反衝洗裝置;19、膜片;20、導流盤;3-1、上進水閥；3-2、進料口； 3-3、上出水端;3-4、上出水閥；3-5、上出水流量計；3_6、出水水路;3-7、儲液罐;3-8、下出水閥；3-9、下出水流量計;3-10、下出水端;3_11、出料口； 3_12、下進水端;3-13、下進水閥；3-14、進水水路;3-15、上進水端。
具體實施方式
[0029]為了便於理解本發明，下文將結合說明書附圖和較佳的實施例對本發明做更全麵、細致地描述，但本發明的保護範圍並不限於以下具體實施例。
[0030]除非另有定義，下文中所使用的所有專業術語與本領域技術人員通常理解含義相同。本文中所使用的專業術語隻是為了描述具體實施例的目的，並不是旨在限製本發明的保護範圍。
[0031]除非另有特別說明，本發明中用到的各種原材料、試劑、儀器和設備等均可通過市場購買得到或者可通過現有方法製備得到。
[0032] 實施例1:
一種本發明的碟管式反滲透汙水處理方法，包括如下步驟:
(1)製備汙泥基吸附劑:
a)將汙泥在lOrC下烘幹至含水率為10%，添加竹粉後進行研磨並過80μπι篩，得到汙泥混合物，竹粉的用量占汙泥混合物的質量百分比為10%;
b)在步驟a)後得到的汙泥混合物中加入濃度為3mo I /L的KOH溶液攪拌24h，在101°C烘幹26h後，以14°C/min的升溫速率升溫至700°C保持恒溫lh，得到幹燥汙泥體；
c)將步驟b)後得到的幹燥汙泥體進行研磨過篩後，選取粒徑為1~2_的幹燥汙泥體顆粒，用濃度為3mol/L的HCl溶液和去離子水漂洗，在lOrC烘幹26h後，即可得到汙泥基吸附劑；
(2)汙水處理(如圖1):
a)將汙水調節pH至6.4後進行第一次過濾，過濾精度為50μπι，濾去雜質得到一次濾液；
b))—次濾液經汙泥基吸附劑進行吸附處理後進行第二次過濾，過濾精度為ΙΟμπι，濾去雜質得到二次濾液；
c)對二次濾液進行一級碟管式反滲透處理，進料口控製水壓為30bar，得到一級濃縮液和一級透過液；
d)對一級透過液進行二級碟管式反滲透處理，進料口控製水壓為30bar，得到二級濃縮液和二級透過液，二級濃縮液重新回到一級碟管式反滲透處理繼續循環處理，二級透過液進行回收或經達標處理後排放。
[0033]本實施例的碟管式反滲透汙水處理方法，在汙水進入碟管式反滲透處理前對汙水進行前處理，並使用汙泥作為原料製備汙泥基吸附材料對汙水進行吸附處理，可以去除汙水中的重金屬、活性染料、酸性氣體等，有效解決了汙水處理設備輕易結垢或損壞的問題。同時，汙泥基吸附劑的製備，有效回收利用了汙水廠的剩餘汙泥，將剩餘汙泥經活化生成了吸附劑，使廢棄汙泥得到資源化，大大解決了剩餘汙泥的出路問題。
[0034] 實施例2:
一種本發明的碟管式反滲透汙水處理方法，包括如下步驟: (1)製備汙泥基吸附劑:
a)將汙泥在105 0C下烘幹至含水率為11%，添加竹粉後進行研磨並過80μπι篩，得到汙泥混合物，竹粉的用量占汙泥混合物的質量百分比為15%;
b)在步驟a)後得到的汙泥混合物中加入濃度為3mo I /L的KOH溶液攪拌24h，在101°C烘幹24h後，以8°C/min的升溫速率升溫至660°C保持恒溫1.2h，得到幹燥汙泥體；
c)將步驟b)後得到的幹燥汙泥體進行研磨過篩後，選取粒徑為1~2_的幹燥汙泥體顆粒，用濃度為3mol/L的HCl溶液和去離子水漂洗，在105°C烘幹24h後，即可得到汙泥基吸附劑；
(2)汙水處理(如圖1):
a)將汙水調節pH至6.2後進行第一次過濾，過濾精度為50μπι，濾去雜質得到一次濾液；
b))—次濾液經汙泥基吸附劑進行吸附處理後進行第二次過濾，過濾精度為ΙΟμπι，濾去雜質得到二次濾液；
c)對二次濾液進行一級碟管式反滲透處理，進料口控製水壓為35bar，得到一級濃縮液和一級透過液；
d)對一級透過液進行二級碟管式反滲透處理，進料口控製水壓為35bar，得到二級濃縮液和二級透過液，二級濃縮液重新回到一級碟管式反滲透處理繼續循環處理，二級透過液進行回收或經達標處理後排放。
[0035]本實施例的碟管式反滲透汙水處理方法，在汙水進入碟管式反滲透處理前對汙水進行前處理，並使用汙泥作為原料製備汙泥基吸附材料對汙水進行吸附處理，可以去除汙水中的重金屬、活性染料、酸性氣體等，有效解決了汙水處理設備輕易結垢或損壞的問題。同時，汙泥基吸附劑的製備，有效回收利用了汙水廠的剩餘汙泥，將剩餘汙泥經活化生成了吸附劑，使廢棄汙泥得到資源化，大大解決了剩餘汙泥的出路問題。
[0036] 實施例3:
一種本發明的碟管式反滲透汙水處理係統，如圖2所示，包括依次相連的pH自動調節裝置1(用於調節汙水的PH)、砂濾罐2(用於進行第一次過濾)、汙泥基罐3(用於進行吸附處理)保安過濾器4(用於進行第二次過濾)、一級碟管式反滲透係統5(用於進行一級碟管式反滲透處理)和二級碟管式反滲透係統6(用於進行二級碟管式反滲透處理)，二級碟管式反滲透係統6設有可將出口的物料傳輸回一級碟管式反滲透係統5進行循環處理的輸送管道;一級碟管式反滲透係統5還連接濃縮液收集器9，濃縮液收集器9用於收集一級濃縮液;二級碟管式反滲透係統6還連接吹脫塔7及清水罐8，吹脫塔7及清水罐8用於處理收集二級透過液。
[0037] —級碟管式反滲透係統5包括依次相連的一級高壓栗10、一級減震器11、循環栗12、一級碟管式反滲透膜柱13和一級反衝洗裝置14; 一級反衝洗裝置可以為PLC反衝洗裝置，用於一級碟管式反滲透膜柱的反衝洗。
[0038] 二級碟管式反滲透係統6包括依次相連的二級高壓栗15、二級減震器16、二級碟管式反滲透膜柱17和二級反衝洗裝置18; 二級反衝洗裝置可以為PLC反衝洗裝置，用於二級碟管式反滲透膜柱的反衝洗。
[0039]碟管式反滲透膜柱的液體流向如圖3所示，料液通過增壓栗經進料口進入碟管式反滲透膜柱內，從導流盤與外殼之間的通道流到組件的另一端，在另一端法蘭處，料液通過8個通道進入導流盤中，被處理的液體以*短的距離快速流經過濾膜，然後180度逆轉到另一膜麵，再從導流盤中心的槽口流入到下一個導流盤(如圖4)，從而在膜表麵形成由導流盤圓周到圓中心，再到圓周，再到圓中心的雙“S”形路線，濃縮液*後從進料端法蘭處流出。過濾膜片由兩張同心八角狀反滲透膜組成，膜中間夾著一層絲狀支架層使通過膜片的淨水可以快速流向出口。
[0040]本發明的汙泥基罐3，如圖5所示，包括其內腔裝填有吸附劑的儲液罐3-7，儲液罐3-7內設有交替工作的下進上出液路組件以及上進下出液路組件，下進上出液路組件包括設於儲液罐3-7下端的下進水端3-12以及設於儲液罐3-7上端的上出水端3-3，下進水端3-12和上出水端3-3處分別設有下進水閥3-13和上出水閥3-4;上進下出液路組件包括設於儲液罐3-7上端的上進水端3-15以及設於儲液罐3-7下端的下出水端3-10，上進水端3-15和下出水端3-10處分別設有上進水閥3-1和下出水閥3-8。
[0041] 為了便於監測，還可以分別在上出水端3-3和下出水端3-10處設有用於測量下進上出液路組件中通過液體流量的上出水流量計3-5和下出水流量計3-9;為了簡化裝置結構，上進水端3-15和下進水端3-12的上遊共設一個進水水路3-14，上出水端3-3和下出水端3-10的下遊共設一個出水水路3-6;為了便於更換吸附劑，還可以在儲液罐3-7的頂部設有進料口 3-2，在儲液罐3-7的底部設有出料口 3-11。汙泥基罐的結構簡單，操作方便，處理效率高，適用麵廣，可根據需要交換進出水方式，這樣可避免單一上進水、下出水，或者單一下進水、上出水，汙泥基吸附劑未能得到充分的利用的弊端。
[0042]本發明的碟管式反滲透汙水處理係統，在碟管式反滲透係統前增加了pH自動調節裝置、砂濾罐、汙泥基罐和保安過濾器等前處理裝置，在保證汙水處理效果的同時，解決了碟管式反滲透膜柱產生結垢的問題，延長了碟管式反滲透膜柱的使用壽命，在有效提高汙水處理效率的同時，還節省了成本。