一種卷式低壓膜處理含藻水過程中的膜污染振動控制裝置及利用該裝置控制膜污染的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種處理含藻水過程中的膜污染振動控制裝置及利用該裝置控制膜 污染的方法。
【背景技術】
[0002] 目前大規(guī)模的藍藻水華污染事件給人類和動植物的健康帶來極大的隱患，甚至造 成嚴重的政治負面影響和社會震蕩。低壓膜分離技術(微濾膜、超濾膜)作為一種物理分離 過程，對細菌、藻類及其他水生生物等具有十分高效的截留作用，是保證水體微生物安全性 的最有效手段，因此將其應用到含藻水處理中具有十分明顯的優(yōu)勢和重要意義。但是膜污 染問題依然是膜技術進一步推廣應用的瓶頸。目前延緩膜污染的方式主要包括原水預處理 和膜反應器運行參數的調整以及改變原水的性質。在膜過濾過程中，原水中的微粒、膠體粒 子或溶質大分子會吸附或沉積在膜表面或膜孔內，造成膜孔徑變小或堵塞，為延緩產水量 與分離特性大幅度降低的現象出現，增大膜表面剪切力是最常用且有效的方式，尤其是針 對含有高濃度液體和固體顆粒的溶液。
[0003] 作為增大膜表面剪切力的最常見方法，曝氣可以增強液體流動的湍流程度，在膜 表面產生水力剪切力，使得懸浮雜質和污泥難以粘附在膜表面，從而減少了膜過濾阻力并 使膜組件在較長時間內保持較高滲透速率。但是相比其高能耗問題，因為無法有效控制實 際產生的氣泡大小以及氣泡運動方向，該方法產生的剪切力大小并不突出；而且當曝氣量 達到一定值時其對膜污染的改善能力還將出現峰值。不僅如此，在較高速度下，不規(guī)則的氣 泡會破壞污泥結構和混凝過程中產生的絮體，尤其是對藻細胞而言，細胞壁的破碎意味著 更多胞內分泌物質的釋放，導致原水水質惡化。增大原水流速也是緩解膜污染的另一主要 方法，通過直接破壞膜表面?zhèn)髻|層，加速其表面溶液的混合速率，消除濃差極化現象。但是 其在應用時存在著不可避免的缺陷，即膜表面流速的提高必須通過增大跨膜壓差實現，這 必然導致膜表面污染層更加緊密并難以洗脫，造成膜污染速率的增加。含藻水中除了藻細 胞本身，其正常代謝產生的分泌物也占有很大比例，其中碳水化合物是重要成分之一。該種 黏性物質不僅通過分子間作用力形成更大的聚合體被膜表面截留，而且也會通過化學鍵作 用將更多的藻細胞和其他種類分泌物質粘附在膜表面。針對這種膠體和大分子物質占主導 地位的水體，尋找到適宜的方法增大膜表面剪切力同時維持藻細胞的完整性對緩解膜污染 將有著重要意義。
[0004] 利用振動作用控制膜過濾過程中的污染問題正在逐漸興起。例如:針對平板膜開 發(fā)的振動剪切強化膜系統(tǒng)和針對中空纖維膜提出的垂直振動系統(tǒng)已在多個商業(yè)規(guī)模的工 業(yè)應用中獲得成功。但是，該研究目前還僅僅局限于平板式和中空纖維式膜組件，并未涉及 卷式膜組件。然而，相比平板式和中空纖維式膜組件，卷式膜組件因為在填充面積、清洗方 式、改造和維護成本等方面的諸多優(yōu)勢受到了業(yè)界的廣泛關注，成為給水廠升級改造工程 的首選。因此，有必要研究出一種針對低壓卷式膜組件的振動過濾系統(tǒng)。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了解決現在尚沒有一種針對低壓卷式膜污染現象提出的振動 控制技術的問題，而提供一種卷式低壓膜處理含藻水過程中的膜污染振動控制裝置及利用 該裝置控制膜污染的方法。
[0006] 本發(fā)明的一種卷式低壓膜處理含藻水過程中的膜污染振動控制裝置由原水箱、蠕 動栗、壓力傳感器、卷式膜組件反應器、傳動軸、齒輪、振動驅動器、第一電導率傳感器、第二 電導率傳感器、第一轉子流量計、第二轉子流量計、pH計、回流管、進水管、濃縮液出水管、濾 后水出水管、濃縮液取樣口、濾后水取樣口、第一出水調節(jié)閥、第二出水調節(jié)閥、排水口、溫 度控制器、攪拌器、第一進水調節(jié)閥、第二進水調節(jié)閥、回流水調節(jié)閥和傳動機構組成;所述 的傳動軸的一端與卷式膜組件反應器同軸固定連接，傳動軸的另一端與齒輪同軸固定連 接，所述的振動驅動器與齒輪之間通過傳動機構傳動，所述的原水箱的出水口與蠕動栗的 進水口相連，蠕動栗的出水口與卷式膜組件反應器的進水口之間通過進水管相連，所述的 進水管上設置有第一進水調節(jié)閥和第二進水調節(jié)閥，所述的回流管的一端設置在第一進水 調節(jié)閥和第二進水調節(jié)閥之間，回流管的另一端與原水箱相連，所述的回流管上設置有回 流水調節(jié)閥，所述的濃縮液出水管的進水口與卷式膜組件反應器出水口相連，濃縮液出水 管的出水口與原水箱相連，濃縮液出水管上沿水流方向依次設置有第一出水調節(jié)閥、第一 電導率傳感器和第一轉子流量計，第一出水調節(jié)閥和第一電導率傳感器之間設置有濃縮液 取樣口；所述的濾后水出水管的進水口與卷式膜組件反應器出水口相連，所述的濾后水出 水管的出水口與原水箱相連，濾后水出水管上沿水流方向依次設置有第二出水調節(jié)閥、第 二電導率傳感器和第二轉子流量計，第二出水調節(jié)閥和第二電導率傳感器之間設置有濾后 水取樣口，濃縮液取樣口和濾后水取樣口上均設置有閥門，所述的進水管近卷式膜組件反 應器處與濃縮液出水管近卷式膜組件反應器處均設置有壓力傳感器，所述的原水箱內設置 有pH計、溫度控制器和攪拌器，所述的原水箱側壁的底部設置有排水口。
[0007] 本發(fā)明的一種利用卷式低壓膜處理含藻水過程中的膜污染控制裝置控制膜污染 的方法如下：
[0008] 原水箱內的原水通過蠕動栗經進水管進入卷式膜組件反應器中，卷式膜組件反應 器在振動驅動器的驅動下通過傳動機構、齒輪和傳動軸使得卷式膜組件反應器實現沿軸心 線的轉動、回轉歸位、反向轉動、再回轉歸位的重復運動，運行過程中濃縮液出水管中的濃 縮液可根據需求直接排走或回流至原水箱中，運行過程中濾后水出水管中的膜滲透液可根 據需求直接排走或回流至原水箱中，運行過程中可通過回流管及其上的回流水調節(jié)閥調節(jié) 進水的壓力和流量。
[0009] 本發(fā)明的有益效果：
[0010] 本發(fā)明不同于平板式和中空纖維式膜組件，振動對卷式膜污染的控制不僅依靠于 膜組件自身轉動在膜表面產生直接的剪切力，同時還將利用卷式膜給水側不同溶質與溶液 間產生的相對運動。根據流體流動的基本規(guī)律，由于非均相物系中兩相間的密度差異，可以 通過機械方法使兩相產生相對運動，本項目的研究正是基于此機理。在卷式膜組件水平振 動過程中，由于顆粒污染物和溶液間的密度差，必然增強進水中此類污染物與主體溶液的 相對運動，從而增強膜表面水體擾動程度，增大膜表面剪切力，并最終降低濃差極化和膜污 染現象。因此這種振動效果取決于顆粒物和溶液間的相對運動程度，與原水水質、膜表面特 點以及振動強度也有著緊密的聯系。本發(fā)明利用了原水中藻細胞與水密度之間明顯的差 距，當卷式膜組件在水平方向振動時藻細胞與溶液間必然會出現相對運動。在膜過濾過程 中，這種相對運動必然會增大膜表面或附近藻細胞及其分泌物向主體溶液的擴散速度，從 而延長膜維持高通量運行的時間，同時保障膜出水水質。具體優(yōu)點如下：
[0011] (1)作為一種生物體，藻細胞會因外力造成的死亡破裂而向周圍水體釋放多種有 機物質，從而會加重膜污染速率。因此，在處理富營養(yǎng)化水體時必須盡量降低對藻細胞完整 性的影響。本發(fā)明相比常用的曝氣法，能更有效控制膜表面剪切力的大小，避免了對原水中 藻細胞的過度損傷，從而保證了原水水質。這不僅有助于增強振動效果，還確保了出水水 質。
[0012] (2)與單純增大膜表面流速的方法相比，振動方法并不需要增大跨膜壓差，即可以