复合预处理并联合超滤反渗透的污水处理方法及系统

技术领域

本发明涉及一种用于对污水通过膜法进行处理的方法及装置，属于污水处理技术领域。

背景技术

近年来，随着水资源短缺的日益严重以及人们对再生水需求的增加，以超滤/反渗透为核心的污水资源化利用技术成为再生水回用领域的热点之一。超滤/反渗透具有优良的脱盐率，出水水质高，占地面积小等优点。因此，开发新型的以超滤/反渗透为核心的新型污水资源化利用技术已成为趋势。

污水资源化处理过程中膜前预处理技术的选择，直接关系着“如何在最大限度地提高膜单元去除污染物效能同时最有效地减轻膜污染”。众多膜前预处理措施中，氧化作为一种普遍而高效的水质预处理技术，可将水中污染物分解转化，改变进水中有机物的性质从而改变其在膜过滤过程中的作用机理。其中，以紫外为核心的氧化手段作为新兴的绿色安全的预氧化技术得到了广泛关注。大量的研究证明，紫外催化氧化能够有效去除进水中污染物能减缓膜污染。

现有污水资源化利用处理中超滤/反渗透的处理技术都存在膜污染的问题。

CN1807268公开一种双膜法水处理系统及水处理方法，包括预处理单元和脱盐单元，在预处理单元后脱盐单元前，设有压力储液罐，预处理单元向压力储液罐提供进液，压力储液罐向脱盐单元提供料液，压力储液罐还向预处理单元提供反冲液。该方法利用压力贮液罐的储压和被关闭进液阀支路的预处理装置因排污阀打开造成的压降而产生的压力差来实施瞬时的脉动反洗。CN102942265A公开一种全膜法水处理一体化装置，通过管道依次连接生水泵、超滤保安过滤器、超滤膜组件构成的超滤装置、超滤水箱、一级反渗透高压泵、反渗透膜组件、二级反渗透高压泵、二级反渗透膜组件、淡水箱、EDI给水泵、EDI装置至除盐水出水；设有超滤反洗水泵连接超滤膜组件进行反洗，酸加药装置、碱加药装置和杀菌剂装置均连接至超滤装置。

上述方法的重点是对超滤装置和反渗透膜组件的反洗方面，并不能有效地解决膜污染的问题。

发明内容

本发明针对现有污水资源化利用处理中超滤和反渗透处理技术存在的膜污染的问题，提供一种通过紫外、次氯酸钠、活性炭复合预处理并联合超滤和反渗透的污水处理方法，同时提供实现该方法的系统。

本发明的复合预处理联合超滤反渗透的污水处理方法，包括以下步骤：

(1)待处理的污水原水加入次氯酸钠混合，进行第一次预处理；

次氯酸钠与原水均匀混合便于后续光化学反应池中紫外光催化次氯酸钠通过高级氧化作用去除原水中污染物。

(2)对第一次预处理的原水紫外光照射，进行第二次预处理；

紫外光对原水均匀照射，充分催化次氯酸钠产生氧化能力较高的活性物种，将原水中大分子污染物氧化分解为小分子。

(3)第二次预处理的原水加入粉末活性炭混合液，混合搅拌，进行第三次预处理；

粉末炭通过吸附作用来充分去除原水中小分子污染物。

(4)三次预处理的原水加压进入超滤膜过滤；

(5)超滤膜过滤后的原水进行反渗透过滤。

所述步骤(1)中次氯酸钠在原水中的投加量为20-70mg/L。

所述步骤(2)中紫外光辐照强度为4.21mW/cm

所述步骤(3)中粉末活性炭混合液中活性炭的浓度为0.5～2g/L。

所述步骤(3)中搅拌的速度为40～80r/min。

所述步骤(4)中超滤膜组件的膜孔径为0.01～0.1μm，膜通量为40～80L/m

所述步骤(4)中超滤膜过滤的进水压力为20～100KPa。

所述步骤(4)中超滤膜的过滤运行0.5～1小时。

所述步骤(5)中反渗透的膜通量为15～25L/m

实现上述复合预处理联合超滤反渗透的污水处理系统，采用以下技术方案：

该系统，包括进水泵、次氯酸钠投加池、次氯酸钠混凝器、光化学反应池、活性炭投加池、活性炭吸附反应池、超滤膜组件和反渗透膜组件；进水泵、次氯酸钠混凝器、光化学反应池、活性炭吸附反应池、超滤膜组件和反渗透膜组件依次通过管道连接；次氯酸钠投加池与进水泵和次氯酸钠混凝器之间的连接管道连接，活性炭投加池与光化学反应池和活性炭吸附反应池之间的连接管道连接；光化学反应池内设置有紫外灯；活性炭吸附反应池与超滤膜组件之间设置有加压泵，超滤膜组件与反渗透膜组件之间设置有高压泵。

所述活性炭投加池和活性炭吸附反应池中均设有搅拌装置；活性炭吸附反应池的底部排泥口设有吸附池排泥阀。

所述紫外灯的辐照强度为4.21mW/cm

所述超滤膜组件为中空纤维膜组件。所述超滤膜组件由聚醚砜制成。所述超滤膜组件的膜孔径为0.01～0.1μm，膜通量为40～80L/m

污水原水通过进水泵输送进次氯酸钠混凝器，同时将次氯酸钠投加池中的次氯酸钠投加进次氯酸钠混凝器，原水与次氯酸钠混合均匀进行第一次预处理；第一次预处理的原水进入光化学反应池由紫外灯的紫外光照射，进行第二次预处理；再进入活性炭吸附反应池，由活性炭投加池注入粉末活性炭混合液，进行第三次预处理；经三次预处理的原水通过加压泵进入超滤膜组件进行过滤，再进入反渗透膜组件进行过滤。

本发明的方法是氧化吸附预处理与超滤/反渗透工艺联合，形成一套短流程的污水资源化再生利用工艺。占地面积小，出水水质稳定，通过反渗透膜后的出水浊度、氯化物和硫酸盐等均能满足《城市污水再生应用城市杂用水水质GB/T 18920-2020》的要求。

本发明中紫外光和次氯酸钠起到高级氧化作用，再接着由吸附剂吸附，在紫外光的辐照条件下，可以更好地催化次氯酸钠产生具有更高氧化能力的活性物种，从而有效去除常规工艺处理效果不佳的难降解有机物。后接活性炭吸附反应池，缩短了水力停留时间，节约了活性炭吸附反应池的空间，从而降低了工程应用中的基建造价，并且强化了污染物的去除效果。对溶解性有机碳去除率可达40％，对大分子(＞100kDa)和小分子(＜1kDa)有机物去除率可分别达到90％和40％。

本发明中采用超滤和反渗透作为组合工艺的核心单元，能够进一步截留去除原水中的有机污染物以及细菌等微生物，从而更好地保障了再生水的生物安全性。同时光化学反应池中的紫外灯可以在协同次氯酸钠去除污染物的同时灭活部分微生物，提高了水质安全的保障能力。

本发明充分利用了次氯酸钠、紫外光、活性炭组合的方式作为超滤和反渗透膜的预处理，有效的缓解了有机污染物引起的膜污染，且紫外灯的辐照以及活性炭吸附能够减少氧化剂引入到超滤和反渗透膜组件中，这样便减少了对膜组件造成老化损伤的风险，节约了膜材料的成本，同时节约了药剂投加的成本。

本发明工艺操作简单，管理方便，自动化程度高，占地面积小，适合于工程化推广，可作为再生水厂或农村小型水厂的建设改造方案。

附图说明

图1是本发明复合预处理并联合超滤反渗透的污水处理系统的结构原理示意图。

图中：1.进水泵，2.次氯酸钠投加池，3.次氯酸钠混凝器，4.光化学反应池，5.紫外灯，6.活性炭投加池，7.活性炭吸附反应池，8.加压泵，9.超滤膜组件，10.高压泵，11.反渗透膜组件，12.排污阀，13.排泥阀。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。以下结合附图和实施例对本发明详细说明。

如图1所示，本实施例的污水处理系统包括进水泵1、次氯酸钠投加池2、次氯酸钠混凝器3、光化学反应池4、活性炭投加池6、活性炭吸附反应池7、加压泵8、超滤膜组件9、高压泵10和反渗透膜组件11。进水泵1、次氯酸钠混凝器3、光化学反应池4、活性炭吸附反应池7、加压泵8、超滤膜组件9、高压泵10和反渗透膜组件11依次通过管道连接。次氯酸钠投加池2设置于进水泵1与次氯酸钠混凝器3之间。活性炭投加池6设置于光化学反应池4与活性炭吸附反应池7之间。

进水泵1与次氯酸钠混凝器3的进水口通过管道连通。次氯酸钠投加池2与进水泵1和次氯酸钠混凝器3之间的连接管道连通。次氯酸钠混凝器3的出水口与光化学反应池4的进水口通过管道连通，光化学反应池4的出水口与活性炭吸附反应池7的中部进水口通过管道连通。活性炭投加池6与光化学反应池4和活性炭吸附反应池7之间的管路连通。活性炭吸附反应池7的中部出水口通过加压泵8与超滤膜组件9的进水口连通。超滤膜组件9的出水口通过高压泵10与反渗透膜组件11的进水口连通。

次氯酸钠投加池2中盛放次氯酸钠。

次氯酸钠混凝器3用于原水与次氯酸钠混合，进行预处理。

光化学反应池4的内部设置有紫外灯5，光化学反应池4的底部排泥口设有排污阀12。紫外灯5竖直设置在光化学反应池4内部。紫外灯5为低压汞灯，强度为4.21mW/cm

活性炭投加池6中设置有搅拌装置，活性炭投加池6中制备有粉末活性炭混合液，通过粉末活性炭与水搅拌而成，粉末活性炭混合液中活性炭的浓度为0.5～2g/L。粉末活性炭比颗粒活性炭等其他形式的活性炭具有更大的比表面积，对小分子污染物的吸附去除能力更强。

活性炭吸附池7中设有搅拌装置，底部设置排泥口，排泥口处连接排泥阀13。

超滤膜组件9为由聚醚砜制成的中空纤维式膜组件，膜孔径为0.01～0.1μm，膜通量为40～80L/m

反渗透膜组件11为现有技术，采用卷式膜，膜材料为聚酰胺、聚砜或聚酯。

上述系统的运行过程，如下所述。

1.第一次预处理

待处理的污水原水通过进水泵1输送进次氯酸钠混凝器3，同时将次氯酸钠投加池2中的次氯酸钠投加进次氯酸钠混凝器3，次氯酸钠在原水中的投加量为20-70mg/L。原水与次氯酸钠混合，均匀混凝预处理。

2.第二次预处理

经次氯酸钠第一次预处理的原水进入光化学反应池4。光化学反应池4中的紫外灯5开启，紫外灯5沉浸在液面以下，对光化学反应池4中经次氯酸钠预处理的原水进行紫外光照射，调节紫外灯5的档位，使紫外辐照强度为4.21mW/cm

3.第三次预处理

第二次预处理的原水进入活性炭吸附反应池7。将活性炭投加池6中的粉末活性炭混合液注入活性炭吸附反应池7。开启活性炭吸附反应池7中的搅拌装置，经次氯酸钠和紫外光预处理的原水与活性炭进行混合搅拌，搅拌速度为40～80r/min。

此时原水经过了次氯酸钠、紫外光和活性炭多重预处理。

4.超滤膜过滤

经次氯酸钠、紫外光和活性炭多重预处理的原水通过加压泵8进入超滤膜组件9进行过滤，控制膜通量在40～80L/m

超滤膜组件9过滤运行0.5～1小时后，进行反冲洗，反冲洗废水通过超滤膜组件9底部排水口排出。

5.反渗透膜过滤

由超滤膜组件9过滤后的原水通过高压泵10进入反渗透膜组件11进行过滤，控制反渗透膜通量在15～25L/m

处理后的原水由反渗透膜组件11排出，完成一个运行周期。

6.将步骤2形成的反应后原水重新灌满活性炭吸附反应池7，为下一个运行周期做准备。

光化学反应池4中的底部污泥可由排污阀12排出。活性炭吸附反应池7中的底部污泥可由排泥阀13排出。

以下给出具体实施例。

以实际市政污水处理厂出水为目标水体，相关参数如下：

次氯酸钠在原水中的投加量为45mg/L。

紫外灯5的辐照强度为4.21mW/cm

粉末活性炭混合液中活性炭的浓度为1.2g/L。

活性炭吸附反应池7中的搅拌速度为60r/min。

超滤膜组件9的膜孔径为0.06μm，膜通量为60L/m

超滤膜组件9的进水压力为60KPa；超滤膜组件9过滤运行时间0.7小时；

反渗透膜组件11的控制反渗透膜通量为20L/m

处理结果：

显著缓解了污水处理厂出水引起的膜污染，提高了膜稳定运行时间，延缓了膜通量的下降速率，对溶解性有机碳去除率达到了40％，对大分子(＞100kDa)有机物去除率达到了90％，对小分子(＜1kDa)有机物去除率达到了40％，对亲水性有机物去除率达到了40％。

在本实例中，紫外/次氯酸钠/粉末炭预处理可通过氧化作用将大分子有机物分解为小分子有机物，通过吸附作用将小分子有机物去除，在＞100kDa和＜1kDa区间，DOC去除率为96.02％和45.14％；对亲水性组分的去除率为45.2％，优于紫外、次氯酸钠预处理和粉末炭预处理，有效降低了原水中的有机物对膜单元的污染负荷。

此外，次氯酸钠/紫外/粉末炭预处理对膜污染具有缓解效果。原水未经预处理直接进入膜单元时，超滤膜污染阻力快速上升，超滤膜污染以可逆污染为主，占总污染膜阻力的69.84％，超滤膜比通量快速下降。增加紫外/次氯酸钠预处理后，超滤膜过滤的比通量下降速率减缓，超滤膜比通量与原水直接过滤相比可提升10％；同时超滤膜面污染物积累减少，污染层变得疏松，可逆污染显著降低，总污染膜阻力、可逆污染膜阻力和不可逆污染膜阻力分别比原水未处理时降低了50.40％、69.31％和6.58％；但反渗透膜产水速率及膜面污染的累计无明显变化。

增加紫外/次氯酸钠/粉末炭预处理后，超滤膜污染阻力显著减小，超滤膜面污染层变得疏松，总污染膜阻力、可逆污染膜阻力和不可逆膜阻力分别比原水未处理时降低了65.48％、88.64％和18.20％；反渗透膜产水速率的下降速率得到有效减缓，效果优于紫外/次氯酸钠预处理或粉末炭预处理。