一種難降解有機物吸附分離方法及系統與流程

本發明屬于水處理技術領域，具體涉及一種難降解有機物吸附分離方法及系統，可用于受苯環類、雜環類等難降解有機物污染的自來水凈化領域和廢水處理領域。

背景技術：

（1）傳統的難降解有機物吸附分離技術

生物降解技術在水處理領域得到了廣泛的應用，但水體中的難降解有機物，包括苯環類、雜環類等，很難通過生物降解技術去除。此時經常會用到粉末活性炭來吸附水體中的難降解有機物，進而將完成吸附過程的粉末活性炭從水體中分離出來，完成水體中難降解有機物的凈化。

傳統的難降解有機物吸附分離技術工藝流程如圖4所示，這種吸附分離技術主要存在如下一些問題：

①沉淀占地面積過大，沉淀池的表面負荷需<0.8m3/㎡.h；

②砂濾過濾精度>50μm，很多場合下不能滿足使用或排放要求；

③AC、PAC、PAM的用量得不到有效控制，導致用藥量、污泥量的增加。

（2）密集通道無機陶瓷膜

在水處理領域，膜超濾（50-200nm）分離技術得到了廣泛應用。其中，相對于有機膜，無機陶瓷膜由于具有耐污染、耐強酸強堿、強度高、使用壽命長等特點而得到諸多用戶青睞。

在無機陶瓷膜領域，相對于多通道無機陶瓷膜（<50個通道數），國內外有關廠商推出的密集通道無機陶瓷膜，具有的通道數量多（>大于300個通道數）、過濾面積大等特點，可以有效降低采用多通道無機陶瓷膜時高組裝成本，從而具有較高的推廣價值。這種密集通道無機陶瓷膜的國外供應商包括日本美得華水務株式會社等；國內供應商則包括河南方周瓷業有限公司、安徽鴻一膜科技有限公司等。

由于這種密集通道無機陶瓷膜在國內推出時間較短，對其在不同領域的應用研究尚不充分，目前尚未見到這種膜在難降解有機物吸附分離領域的應用研究。

技術實現要素：

本發明為了解決上述問題，提出了一種工藝流程簡單，對難降解有機物分離的效率高、效果好，分離后的出水水質能穩定達到設定指標，將密集通道無機陶瓷膜應用于難降解有機物的吸附分離方法及系統。

本發明是通過以下技術方案實現的：

上述的難降解有機物吸附分離方法，是先向難降解有機物污染的原水內投加粉末活性炭混合液，使活性炭與廢水充分混合以進行吸附處理，接著將吸附處理后的廢液中投入PAC藥液進行絮凝處理，然后將絮凝后廢水進行沉降處理，最后將沉降處理后的上清液進行超濾處理。

所述難降解有機物吸附分離方法，其中，所述分離方法的具體操作流程如下：（1）將受苯環類、雜環類等難降解有機物污染的原水流至原水池內，在原水池內實時測定原水的COD值，保證原水進水COD值小于50mg/L；（2）將上述步驟（1）原水池的出水進入到管道混合器，向管道混合器中投加配置好的粉末活性炭混合液，使活性炭粉與原水在管道混合器中進行充分混合；（3）將將上述步驟（2）管道混合器的出水進入吸附反應池，在反應池內采用空氣攪拌的方式使活性炭與廢水充分混合，完成活性炭充分吸附水中的難降解有機物及其它污染物；（4）將將上述步驟（3）吸附反應池的出水流入至絮凝反應池，向絮凝反應池內投入PAC藥液，在機械攪拌器作用下實現PAC藥液與來水中吸附飽和的懸浮物充分混合接觸反應；（5）將將上述步驟（4）絮凝反應池的出水自流進入預沉池，使懸浮物質得到沉降；（6）將將上述步驟（5）預沉池中的上清液進入中間水池，而后經膜超濾供水泵加壓進入成套膜超濾系統的膜組裝置內，將膜組裝置內的殘余液放空后，依次對膜組裝置進行水洗、酸洗和堿洗。

所述難降解有機物吸附分離方法，其中：所述步驟（6）在對膜組裝置酸洗和堿洗過程的同時，同步用壓縮空氣對膜組裝置進行在線氣洗，每隔5-10min在線氣洗10-30s。

一種難降解有機物吸附分離系統，包括原水池、吸附反應池、絮凝反應池、預沉池、中間水池、膜超濾供水泵、成套膜超濾單元、AC溶投藥裝置、PAC溶投藥裝置和PLC控制單元；所述原水池的出水端通過原水泵連接至所述吸附反應池的輸入端；所述原水池內部安裝有COD在線測定儀和原水池液位傳感器；所述COD在線測定儀和原水池液位傳感器均與所述PLC控制單元電連接；所述吸附反應池的輸出端連接至所述絮凝反應池的輸入端；所述絮凝反應池的輸出端連接至所述預沉池的輸入端；所述預沉池的頂部輸出端連接至所述中間水池的輸入端，底部設有排泥閥并通過所述排泥閥接至外部污泥池；所述中間水池的輸出端連接至所述膜超濾供水泵的輸入端并通過所述膜超濾供水泵連接至所述成套膜超濾單元；所述中間水池內部安裝有中間水池液位傳感器，所述中間水池液位傳感器與所述PLC控制單元電連接；所述膜超濾供水泵的進水管道安裝有壓力傳感器，所述壓力傳感器與所述PLC控制單元電連接；所述AC溶投藥裝置和PAC溶投藥裝置的輸出端均連接至所述吸附反應池；所述AC溶投藥裝置和PAC溶投藥裝置均與所述PLC控制單元電連接。

所述難降解有機物吸附分離系統，其中：所述成套膜超濾單元包括酸溶投藥裝置、堿溶投藥裝置、清水箱、藥洗泵、藥液過濾器、膜組裝置和壓縮空氣儲罐；所述膜組裝置下部一側的進水端連接有壓力傳感器、電磁流量計、藥洗閥、過濾進水閥和放空閥；所述膜組裝置通過所述過濾進水閥連接所述膜超濾供水泵的輸出端并通過所述藥洗閥連接至所述藥液過濾器的輸出端；所述膜組裝置的下部另一側進水端連接有氣洗閥并通過所述氣洗閥連接至所述壓縮空氣儲罐的輸出端；所述膜組裝置上部一側的回流出水端連接有壓力傳感器、電磁流量計、過濾回流閥和藥洗回流閥；所述膜組裝置上部一側的回流出水端通過所述過濾回流閥連接至所述中間水池并通過所述藥洗回流閥連接至所述酸溶投藥裝置、堿溶投藥裝置和清水箱的輸入端；所述膜組裝置上部另一側的滲透液出水端分別連接有壓力傳感器、電磁流量計、清洗排水閥和出水閥；所述酸溶投藥裝置、堿溶投藥裝置和清水箱的輸出端連接至所述藥洗泵的輸入端，所述藥洗泵的輸出端連接至所述藥液過濾器的輸入端。

所述難降解有機物吸附分離系統，其中：所述吸附反應池內部安裝有空氣攪拌管道；所述絮凝反應池內安裝有機械攪拌器。

所述難降解有機物吸附分離系統，其中：所述膜組裝置是由一根以上垂直安裝的膜柱并聯組成的膜柱組合體；單根所述膜柱主要由膜芯和膜殼組成；所述膜芯為具有1000個以上通道和過濾精度為200nm的密集通道無機陶瓷膜；所述膜殼為PP材質且耐壓等級大于1.0MPa的圓筒結構。

所述難降解有機物吸附分離系統，其中：每根所述膜柱的兩端均安裝有連接腔；所述連接腔采用PP材質且為一次注塑成型件，其與所述膜柱之間采用卡箍式連接。

所述難降解有機物吸附分離系統，其中：每對所述膜柱的進水口、回流出水口和滲透液排水出水口均通過連接支管和連接干管相連，相鄰兩對所述膜柱之間通過另一所述連接干管組合連接在一起。

所述難降解有機物吸附分離系統，其中：所述AC溶投藥裝置內部的AC藥液是由質量百分比為5%的200目果殼粉末活性炭和質量百分比為95%的清水制備而成；所述PAC溶投藥裝置內部的PAC藥液是由質量百分比為10%的PAC和質量百分比為90%的清水制備而成。

本發明難降解有機物吸附分離方法及系統可廣泛應用于受難降解有機物污染的自來水凈化領域和廢水處理領域，主要具有以下優點：

（1）出水水質穩定達到設定指標，例如在應用于受難降解有機物污染的自來水凈化領域時，在進水COD值小于50mg/L時，出水水質穩定達到COD值小于3mg/L、濁度小于1NTU，穩定達到（GB 5749-2006）《生活飲用水衛生標準》要求；

（2）解決了密集通道無機陶瓷膜應用于難降解有機物吸附分離時，膜通徑、膜過濾方式、膜過濾參數、膜在線清洗、膜藥洗系統、膜連接腔、膜組裝置組合方式等方面的應用技術問題，避免了膜通道堵塞、膜通量下降過快，降低了膜運行能耗、膜藥洗頻次，實現了長期穩定運行，膜預期使用壽命不小于8年；

（3）對比傳統的難降解有機物吸附分離技術，不需要投加PAM藥劑；綜合占地面積減少，例如在處理水量為200m3/h，綜合占地面積預計可減少20%；

（4）通過原水池、中間水池中設置的液位傳感器控制原水泵，可根據水位情況自動補水和低高水位的保護與報警；且根據進水COD在線測定儀的測定值，可變頻控制AC的投加量，節省用藥；

（5）通過PLC控制單元控制膜超濾供水泵的進水管道上的壓力傳感器，對膜超濾供水泵的投入使用情況進行調節，保證成套膜超濾單元的膜組裝置運行壓力穩定；

（6）通過PLC控制單元可實現成套膜超濾單元的過濾、氣洗、藥洗、放空各個運行狀態的定時自動切換，可全自動運行；

（7）這種難降解有機物吸附分離系統是在PLC控制單元控制下實現的，特別是實現了AC及PAC的精準投加，從而降低運營藥劑成本，減少了污泥產生量，并可以實現自動化、目視化，人機界面良好。

附圖說明

圖1為本發明難降解有機物吸附分離系統的結構示意圖；

圖2為本發明難降解有機物吸附分離系統的膜組裝置平面示意圖；

圖3為本發明難降解有機物吸附分離系統的膜組裝置剖面示意圖；

圖4為傳統的難降解有機物吸附分離技術工藝流程圖。

注：圖3中AC指粉末活性炭，PAC指聚合氯化鋁，PAM指陰離子型聚丙烯酰胺。

具體實施方式

本發明難降解有機物吸附分離方法，具體是：先向難降解有機物污染的原水內投加粉末活性炭混合液，使活性炭與廢水充分混合以進行吸附處理，接著將吸附處理后的廢液中投入PAC藥液進行絮凝處理，然后將絮凝后廢水進行沉降處理，最后將沉降處理后的上清液進行超濾處理。

本發明難降解有機物吸附分離方法，其具體操作流程如下：

（1）將受苯環類、雜環類等難降解有機物污染的原水流至原水池內，在原水池中安裝COD在線測定儀，實時測定原水的COD值，保證原水進水COD值小于50mg/L；

（2）將原水池的出水進入到管道混合器，向管道混合器中投加配置好的粉末活性炭混合液，使活性炭粉與原水在管道混合器中進行充分混合；其中，粉末活性炭混合液投加量大小由PLC根據原水COD值、流量和要求的出水COD值，按照預先輸入PLC的藥量投加比例關系計算AC（粉末活性炭）藥液投加量，自動變頻控制AC溶投藥裝置加藥，從而既實現了經AC吸附后清水中COD值小于3mg/L的目標，又實現了AC的精準投加；

（3）將管道混合器的出水進入吸附反應池，吸附反應池HRT（水力停留時間）大于40min，在反應池內采用空氣攪拌的方式使活性炭與廢水充分混合，完成活性炭充分吸附水中的難降解有機物及其它污染物；

（4）將吸附反應池的出水流入至絮凝反應池，絮凝反應池總HRT大于15min，共分為3格，三格HRT的比例為第一格：第二格：第三格=2：4：9；其中，向絮凝反應池第一格內投入PAC藥液，在機械攪拌器作用下實現PAC藥液與來水中吸附飽和的粉末活性炭等懸浮物充分混合接觸反應，而后進入絮凝反應池的第二第三格繼續反應，形成較大顆粒、易沉降的礬花；其中，PAC藥液投加量大小由PLC根據原水COD值、流量和要求的出水COD值按照預先輸入PLC的藥量投加比例關系計算PAC藥液投加量，自動變頻控制PAC溶投藥裝置加藥，從而實現PAC的精準投加；

（5）將絮凝反應池的出水自流進入預沉池，在預沉池中礬花等懸浮物質得到沉降，上清液進入中間水池；沉降物則用排泥閥由PLC根據由試驗確定的原水COD值與產泥量之間對應關系、水量、預沉池泥斗容積等因素自動控制定期外排；由于后續的成套膜超濾系統的膜通徑為200nm，而礬花等懸浮物直徑一般大于30μm、遠大于200nm，所以基本上所有懸浮物均可以被有效攔截，確保出水水質COD值小于3mg/L、濁度小于1NTU，而不受膜進水水質限制；同時又由于成套膜超濾系統所采用的密集通道無機陶瓷膜本身所具有耐污染、納污能力強等特點，對預沉池出水水質要求不高，預沉池只需要將出水懸浮物濃度小于200mg/L、濁度小于300NTU，就可以實現成套膜超濾系統長期穩定運行；

其中，對應于實現成套膜超濾系統這種進水水質要求，即使在不投加PAM（陰離子型聚丙烯酰胺）這種促進絮凝的藥劑，預沉池表面負荷只需要達到6m3/㎡.h即可實現。而傳統的難降解有機物吸附分離技術中，則需要控制沉淀出水懸浮物濃度小于15mg/L、濁度小于20NTU，因此其表面負荷需要小于0.8m3/㎡.h、同時需要在前述絮凝反應池中投加PAM這種促使生成更大礬花的藥劑才可實現。在采用本發明處理200m3/h的水時，由于表面負荷從0.8m3/㎡.h提高6m3/㎡.h，使得本發明將比傳統技術減少沉淀占地面積80%以上；

（6）將預沉池的上清液進入中間水池，而后經膜超濾供水泵加壓流至成套膜超濾系統，在成套膜超濾系統中膜組裝置的滲透側出水流量<2.5m3/h時，進入藥洗流程。

其中，上述的藥洗流程具體步驟如下：

①藥洗準備，即保證過濾進水閥、過濾回流閥、出水閥處于全閉狀態；

②放空，即將膜組裝置的放空閥第一次打開10-30s（由PLC控制、可調），將膜柱裝置中殘液全部排出，放空閥關閉；

③水洗，即第一次水洗將清水箱至藥洗泵間的控制閥打開，用藥洗泵加壓，對膜組裝置進行清水清洗1-3min（由PLC控制、可調），膜柱回流出水經清洗排水閥排出，水洗過程完成后，關閉相關閥門，藥洗泵停泵；

④放空，即將膜組裝置的放空閥第二次打開10-30s（由PLC控制、可調），將膜柱裝置中殘液全部排出，放空閥關閉；

⑤酸洗，即將酸溶投藥裝置至藥洗泵間的進出控制閥打開，用藥洗泵加壓，對膜組裝置進行酸清洗10-60min（由PLC控制、可調），酸洗過程完成后，關閉相關閥門，藥洗泵停泵；

⑥放空，依次進行第三次放空處理。第二次水洗、第四次排空，且排空和水洗步驟同上述步驟②和③；

⑧堿洗，即將堿溶投藥裝置至藥洗泵間的進出控制閥打開，用藥洗泵加壓，對膜組裝置進行堿清洗10-60min（由PLC控制、可調），堿洗過程完成后，關閉相關閥門，藥洗泵停泵；

⑨放空，即依次進行第五次排空和第三次水洗，將膜組裝置滲透側清洗排水閥打開10-30s（由PLC控制、可調）后，關閉相關閥門，藥洗泵停泵，藥洗過程完成。

其中，在上述步驟⑤酸洗和步驟⑧堿洗過程中，同步開啟氣洗系統，用壓縮空氣（<0.6MPa,可調）對膜組裝置進行在線氣洗，每隔5-10min在線氣洗（由PLC控制、可調）10-30s（由PLC控制、可調）。由于成套膜超濾系統的膜通徑為200nm，可以確保出水水質COD值小于3mg/L、濁度小于1NTU；同時，還可以去除絕大部分細菌，因為大部分細菌的直徑在0.5μm左右，遠大于膜通徑。由于成套膜超濾系統的膜組裝置中每根膜柱的膜芯為單根圓形的且具有>1000個以上通道的密集通道無機陶瓷膜膜面積大于20㎡，在本發明中出水流量可以為3.5-4m3/h。由于所述成套膜超濾系統，過濾方式為錯流過濾，單根膜柱進水參數為流量5m3/h、壓力<0.4MPa，在控制進水懸浮物顆粒直徑小于300微米、懸浮物濃度小于200mg/L、濁度小于300NTU時，單根膜柱的回流水參數為流量1-1.5m3/h；單根膜柱的滲透側出水參數為流量3.5-4m3/h。在這種錯流過濾狀態下，整個膜柱的膜通道內水始終保持為流動狀態，再輔以在線氣洗系統，每隔10-60min，對膜組裝置從進水端進行在線氣洗（在線氣洗時間為10-30s，由PLC控制、可調），從而避免了水中懸浮物在膜通道內表面的沉積和堵塞，進而避免了膜被懸浮物快速污染、膜通量下降過快等問題。

如圖1至3所示，本發明難降解有機物吸附分離系統，包括原水池1、吸附反應池2、絮凝反應池3、預沉池4、中間水池5、膜超濾供水泵6、成套膜超濾單元7、AC溶投藥裝置8、PAC溶投藥裝置9和PLC控制單元10。

該原水池1的出水端連接有原水泵11并通過原水泵11連接至吸附反應池2的輸入端；其中，該原水池1內部還安裝有COD在線測定儀12和原水池液位傳感器，該COD在線測定儀12和原水池液位傳感器均與PLC控制單元10電連接。

該吸附反應池2的輸出端連接至絮凝反應池3的輸入端，其HRT（水力停留時間）大于40min，內部還安裝有空氣攪拌管道。

該絮凝反應池3的輸出端連接至預沉池4的輸入端，其總HRT大于15min，共分為3格，在第一格安裝有機械攪拌器。

該預沉池4的表面負荷大于6m3/㎡.h，其頂部輸出端連接至中間水池5的輸入端，底部設有排泥閥41并通過排泥閥41接至外部污泥池。

該中間水池5的輸出端連接至膜超濾供水泵6的輸入端，其內部安裝有中間水池液位傳感器，該中間水池液位傳感器與PLC控制單元10電連接。

該膜超濾供水泵6的輸出端連接至成套膜超濾單元7，其進水管道安裝有壓力傳感器，該壓力傳感器與PLC控制單元10電連接。

該成套膜超濾單元7包括酸溶投藥裝置71、堿溶投藥裝置72、清水箱73、藥洗泵74、藥液過濾器75、膜組裝置76和壓縮空氣儲罐77。

其中，該膜組裝置76安裝于支架760上，其是由多根垂直安裝的膜柱761并聯形成的膜柱組合體；單根膜柱761主要由膜芯762和膜殼763組成；該膜芯762為單根圓形結構且為具有1000個以上通道和過濾精度為200nm的密集通道無機陶瓷膜；該膜殼763為PP材質，耐壓等級大于1.0MPa的圓筒結構。單根膜柱761的尺寸為φ200mm*1200mm，進液方式為底部進水，頂部回流出水，膜滲透液從膜柱761的側面排出；每根膜柱761的兩端側面分別有公稱直徑為DN25mm且連接方式為管螺紋連接的滲透液出水口，其中上部滲透液出水口用于出水的接出，下部的滲透液出水口用于水樣的取樣檢測。

每根膜柱761的兩端均安裝有呈橢圓球冠形且高為180mm的連接腔764，該連接腔764與膜柱761連接的底部直徑為φ200mm；該連接腔764與膜柱761之間采用卡箍式連接，該連接腔764的頂部設有直徑為DN32mm的管螺紋連接口，該連接腔764的材質為PP材質，為一次注塑成型件。

每兩根膜柱761對稱垂直安裝且相互之間的水平距離為400mm，每兩根膜柱761的進水口、回流出水口和滲透液排水出水口之間均通過連接支管765和連接干管766相連，兩兩相連的膜柱761再經連接干管766組合連接在一起，形成一個單列膜柱組合體，單列膜柱組合體中膜柱761的總數量不大于14根；根據需要，最多可以設置兩列膜柱組合體，膜柱761總數不大于28根，組合體之間凈距為500mm；進水側的連接干管766伸出膜柱組合體外的一端為進水端；回流出水側和滲透液排水側的連接干管766分別伸出膜柱組合體外的另一端且分別為回流出水端和滲透液出水端。

該膜組裝置76下部一側進水端連接有壓力傳感器、電磁流量計、藥洗閥、過濾進水閥和放空閥；該膜組裝置76通過過濾進水閥連接膜超濾供水泵6的輸出端并通過藥洗閥連接至該藥液過濾器75的輸出端。該膜組裝置76下部另一側進水端連接有氣洗閥并通過氣洗閥連接至壓縮空氣儲罐77的輸出端，該壓縮空氣儲罐77的容積為0.10（m3）*膜柱數量，運行壓力為0.6MPa。該膜組裝置76上部一側回流出水端連接有壓力傳感器、電磁流量計、過濾回流閥和藥洗回流閥；該膜組裝置76上部一側回流出水端通過過濾回流閥連接至中間水池5并通過藥洗回流閥連接至該酸（檸檬酸）溶投藥裝置71、堿（氫氧化鈉）溶投藥裝置72和清水箱73的輸入端。該膜組裝置76上部另一側滲透液出水端分別連接有壓力傳感器、電磁流量計、清洗排水閥和出水閥。該酸溶投藥裝置71、堿溶投藥裝置72和清水箱73的輸出端連接至藥洗泵74的輸入端，該藥洗泵74的輸出端連接至藥液過濾器75的輸入端。

該AC溶投藥裝置8和PAC溶投藥裝置9的輸出端均連接至吸附反應池2，該AC溶投藥裝置8和PAC溶投藥裝置9均與PLC控制單元10電連接。其中，該AC溶投藥裝置8可變頻輸出藥液，其內部的AC藥液是由質量百分比為5%的200目果殼粉末活性炭和質量百分比為95%的清水制備而成。該PAC溶投藥裝置9可變頻輸出藥液，其內部PAC藥液是由質量百分比為10%的PAC（聚合氯化鋁）和質量百分比為90%的清水制備而成。

本發明難降解有機物吸附分離方法的工藝流程簡單，對難降解有機物分離的效率高、效果好，出水水質能穩定達到設定指標，對比傳統的難降解有機物吸附分離技術，不需要投加PAM藥劑，能實現藥劑的精準投加，降低運營藥劑成本，減少了污泥產生量。

本發明難降解有機物吸附分離系統結構設計合理，操作簡單，運行穩定、可靠，在PLC控制下能實現AC及PAC的精準投加，從而降低運營藥劑成本，減少了污泥產生量，并可以實現自動化、目視化，人機界面良好。