一种新型低压高回收率纳滤系统的制作方法

1.本实用新型涉及纳滤饮用水深度处理等领域，特别是涉及一种专门针对微有机污染物地表水的纳滤系统饮用水深度处理的低压、高回收率纳滤系统。


背景技术：

2.饮用水水质安全问题直接关系到广大人民群众身体健康，随着生活物质水平不断提高，人民群众对饮用水也提出了更高要求。膜分离技术在应对水质污染方面比传统的混凝-沉淀-过滤-消毒和臭氧活性工艺效果更好。其中，纳滤(nf)膜与微滤(mf)膜相比，孔径更小；与超滤(uf)膜相比，技术选择分离性更强，可有效去除有机污染物和多价离子；与反渗透(ro)膜相比，操作压力更低，可有效保留一些人体所需矿物质。但nf分离溶质主要通过电荷作用和筛分作用，污染物(如有机物、胶体、无机盐、细菌)容易在膜表面截留堵塞膜孔造成污染，使nf膜运行压力上升、通量下降、化学清洗频率高、寿命缩短、运行能耗/药耗上升，但水厂常规处理工艺难以去除这类污染物。例如，国内率先采用纳滤膜技术的水司上海城投(水务)集团和张家港市给排水公司，其纳滤饮用水深度处理系统的化学清洗周期月为每3个月1次，高频次的化学清洗容易损坏nf膜的结构，影响nf膜的使用寿命，增加运行药耗、电耗等成本。
3.目前，工程上缓解nf膜污染措施为有效预处理和维护性清洗。现有的nf常规预处理措施是超滤 保安过滤器，超滤孔径为20～100nm，但保安过滤器滤芯常用孔径为5μm，经由小孔径超滤预处理后，其后续的大孔径保安过滤器仅起到心理安慰的“保安”作用，没有必要，且浪费；加上保安过滤器nf系统实际运行中为一次性耗品，需每隔6个月更换一次，大幅度提升了nf系统的建造、运行成本。而水厂处理工艺秉承工艺短、效果好的原则，尤其南方地表水系，超滤 保安过滤器对纳滤膜的饮用水预处理的流程较长，增加了整个nf系统的运行及后续维护成本。此外，纳滤膜在运行的过程中会产生有机物、无机盐高度浓缩的浓\废水和化学清洗废水，未经处理直接排放可能会造成环境污染。因此，需要针对饮用水深度处理提出功能强化的纳滤系统。


技术实现要素：

4.为克服上述现有技术存在的不足，本实用新型之目的在于提供一种新型低压高回收率纳滤系统，可以实现工艺流程缩短、预处理高效、纳滤膜具有低压特色、回收率高、药耗低、浓/废水二次利用等显著优点，同时兼具降低纳滤系统运行成本、能耗，降低污染，提高饮用水水质安全与健康的功能。
5.为达上述目的，本实用新型提出一种新型低压高回收率纳滤系统，包括包括依次连通的进水池、预处理系统、低压纳滤膜系统、浓/废水处理系统以及总废水管；所述预处理系统和低压纳滤膜系统均与物理化学清洗装置连通；所述预处理系统与低压纳滤膜系统通过中间提升泵连通，所述中间提升泵与加药系统连通，所述加药系统连通有紫外消毒单元和气液消毒单元；所述预处理系统和低压纳滤膜系统均与浓/废水处理系统连通；所述低压
纳滤膜系统和浓/废水处理系统均与产水池连通。
6.所述进水池的来水为微有机污染地表水原水、水厂絮凝池出水、水厂沉淀池出水、水厂砂滤池出水中的一种。
7.所述预处理系统采用陶瓷膜、碟片过滤器、压力砂滤罐、可反洗滤芯中的一种或多种，以得到预处理出水的污泥密度指数sdi
15
＜3。
8.所述浓/废水处理系统为碟管式反渗透膜/纳滤膜、低压反渗透、致密纳滤、正渗透中的一种。
9.所述物理化学清洗装置对所述预处理系统通过水气联合反洗进行物理反洗，清洗频率为预处理系统连续运行达到10～15天或者跨膜压差升至0.06mpa；所述物理化学清洗装置对所述预处理系统通过杀菌、碱洗进行化学清洗，清洗频率为所述预处理系统连续运行达到30～50天或者跨膜压差升至0.1～0.12mpa；所述物理化学清洗装置对低压纳滤膜系统通过杀菌 碱洗、酸洗进行化学清洗，清洗频率为所述低压纳滤膜系统连续运行达到3～5月。
10.所述紫外消毒单元为紫外间歇消毒，采用单独紫外、紫外 杀菌剂耦合中的一种，消毒频率为5～15天/次；所述气液消毒单元为85℃气液间歇正冲消毒，采用气液、气液 碱液耦合中的一种或两种，消毒频率为5～15天/次，所述气液、气液 碱液耦合中气液混合比为1/14～1/7，碱液浓度为0.2～2.0％。
11.与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
12.(1)通过设置低压纳滤膜可以实现于0.4～0.6mpa的低压运行下，对进水中硫酸根去除率为40～60％，对进水为toc去除率为30～50％，对进水中氨氮去除率为15～30％，对钙镁、总硬度去除率＜10％；
13.(2)通过设置浓/废水处理系统，可以实现饮用水深度处理的高回收率，使整体回收率提高1～5％，且产水可达到上海市《生活饮用水水质标准》(db31/t1091-2018)要求；并且可以充分、有效处理纳滤膜在运行过程中产生的有机物、无机盐高浓缩的浓/废水和化学废水，避免未经处理直接排放造成环境污染，并达到《污水综合排放标准》(db31/199-2018)的要求；
14.(3)取消保安过滤器系统，实现原水的高效预处理，降低运行成本；
15.(4)通过设置清洗装置和消毒装置，可以有效缓解有机物、微生物对纳滤膜的污染，提高纳滤膜使用寿命，并进一步改进化学清洗方案，降低药耗；
16.(5)可以实现浓/废水二次利用，并且将清洗废液与纳滤浓/废水合并，无需额外投加对应的酸液、碱液直接进入浓/废水处理系统进行处理，简化工艺流程，提高运行效率。
附图说明
17.图1为本实用新型一种新型低压高回收率纳滤系统的结构示意图。
18.图中：1、进水池；2、预处理系统；3、低压纳滤膜；4、浓/废水处理系统；5、物理化学清洗装置；6、紫外消毒单元；7、气液消毒单元；8、产水池；9、加药系统；10、中间提升泵。
具体实施方式
19.以下通过特定的具体实例并结合附图说明本实用新型的实施方式，本领域技术人
员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其它优点与功效。本实用新型亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本实用新型的精神下进行各种修饰与变更。
20.图1为本实用新型一种新型低压高回收率纳滤系统示意图。如图1所示，包括依次连通的进水池1、预处理系统2、低压纳滤膜系统3、浓/废水处理系统4以及总废水管；所述预处理系统2和低压纳滤膜系统3均与物理化学清洗装置5连通；所述预处理系统2与低压纳滤膜系统3通过中间提升泵10连通，所述中间提升泵10与加药系统9连通，所述加药系统9与紫外消毒单元6以及气液消毒单元7连通；所述预处理系统2和低压纳滤膜系统3均与浓/废水处理系统4连通；所述低压纳滤膜系统3和浓/废水处理系统4均与产水池8连通。
21.优选地，所述进水池1的来水为微有机污染地表水原水、水厂絮凝池出水、水厂沉淀池出水、水厂砂滤池出水中的一种。
22.优选地，所述预处理系统2采用陶瓷膜、碟片过滤器、压力砂滤罐、可反洗滤芯中的一种或多种，以得到预处理出水的污泥密度指数sdi
15
＜3。
23.优选地，所述浓/废水处理系统4为碟管式反渗透膜/纳滤膜(dtro/nf)、低压反渗透(lpro)、致密纳滤(dnf)、正渗透(fo)中的一种。
24.优选地，所述物理化学清洗装置5对所述预处理系统2通过水气联合反洗进行物理反洗，清洗频率为预处理系统2连续运行达到10～15天或者跨膜压差升至0.06mpa；所述物理化学清洗装置5对所述预处理系统2通过杀菌、碱洗进行化学清洗，清洗频率为所述预处理系统2连续运行达到30～50天或者跨膜压差升至0.1～0.12mpa；所述物理化学清洗装置5对低压纳滤膜系统3通过杀菌 碱洗、酸洗进行化学清洗，清洗频率为所述低压纳滤膜系统3连续运行达到3～5月。
25.优选地，所述紫外消毒单元6为紫外间歇消毒，采用单独紫外、紫外 杀菌剂耦合中的一种，消毒频率为5～15天/次；所述气液消毒单元7为85℃气液间歇正冲消毒，采用气液、气液 碱液耦合中的一种或两种，消毒频率为5～15天/次，所述气液、气液 碱液耦合中气液混合比为1/14～1/7，碱液浓度为0.2～2.0％。
26.本实用新型一种新型低压高回收率纳滤系统的产水原理及浓/废水处理原理如下：
27.于进水池1中输入来水，来水可以为微有机污染地表水原水、水厂絮凝池出水、水厂沉淀池出水、水厂砂滤池出水中的一种；其中，所述微有机污染地表水的高锰酸钾指数cod
mn
为3.01～4.44mg/l，总有机碳toc为1.8～3.9mg/l，所述水厂絮凝池出水、水厂沉淀池出水、水厂砂滤池出水的出水温度一般在4℃～35℃之间，出水浊度一般在≦0.1～27ntu，出水游离氯/臭氧含量一般＜0.1mg/l。
28.将来水流入预处理系统2中进行预处理，预处理的方式可以选择陶瓷膜、碟片过滤器、压力砂滤罐、可反洗滤芯中的一种或多种，得到sdi
15
＜3的预处理水；其中，所述陶瓷膜孔径为0.1～3μm，所述碟片过滤器过滤绝对过滤精度为3～5μm，所述压力砂滤罐砂滤粒径为水厂常规砂滤粒径的30～50％，所述可反洗滤芯过滤精度为1～3μm；
29.所述预处理水流经中间提升泵10通过加药系统9去除有机物污染和微生物污染，并通过中间提升泵10将水打入到低压纳滤膜系统3进行处理，该低压纳滤膜系统3中低压纳滤膜3的运行压力为0.4～0.6mpa，对进水中硫酸根去除率为40～60％，对进水中toc去除率
为30～50％，对进水中氨氮去除率为15～30％，对钙镁、总硬度去除率＜10％，低压纳滤系统的回收率≥85％，得到纳滤产水和纳滤浓/废水；
30.当低压纳滤膜系统3连续运行5～15天，通过紫外消毒单元6和气液消毒单元7进行消毒；其中，所述紫外消毒单元6为紫外间歇消毒，采用单独紫外、紫外 杀菌剂耦合中的一种；所述气液消毒单元7为85℃气液间歇正冲，采用气液、气液 碱液耦合中的一种或两种；所述单独紫外、紫外 杀菌剂耦合间歇消毒工艺中紫外的强度为40～80mj/cm2，紫外照射渠为2～6条，灯管前后的渠长度为1～6m，照射渠水流均布，且照射渠的水深满足紫外灯管的埋没要求；所述气液、气液 碱液耦合中气液混合比为1/14～1/7，碱液浓度为0.2～2.0％。
31.将所述纳滤浓/废水输入到浓/废水处理系统4，得到浓/废水产水和二次浓/废水；其中，所述浓/废水处理系统4为反渗透膜/纳滤膜(dtro/nf)、低压反渗透(lpro)、致密纳滤(dnf)、正渗透(fo)中的一种，使纳滤系统的整体回收率提高1～5％；
32.将所述纳滤产水和所述浓/废水产水输入到产水池8混合，得到最终产水，所述产水可达到上海市《生活饮用水水质标准》(db31/t 1091-2018)要求。
33.本实用新型一种新型低压高回收率纳滤系统的清洗原理及清洗废液处理原理如下：
34.当所述预处理系统2连续运行达到10～15天或者跨膜压差升至0.06mpa，所述物理化学清洗装置5对所述预处理系统2通过水气联合反洗进行物理反洗，于加药、循环及冲洗时启动，每次反洗时间2～5min，得到物理反洗废液，将该物理反洗液输入到浓/废水处理系统4进行处理；
35.当所述预处理系统2连续运行达到30～50天或者跨膜压差升至0.1～0.12mpa，所述物理化学清洗装置5对所述预处理系统2通过杀菌、碱洗进行化学清洗，得到预处理系统清洗废液，将该预处理系统清洗废液输入到浓/废水处理系统4进行处理；
36.进一步地，所述化学清洗的药剂为非氧化杀菌剂和碱液，所述非氧化杀菌剂的浓度为0.01～0.09％，所述碱液浓度为5000～7500mg/l。
37.进一步地，所述化学清洗顺序为：非氧化杀菌剂投加、循环10～30min，碱液投加，循环10～30min，浸泡0～90min，循环10～30min，冲洗15～30min。
38.当所述低压纳滤膜系统3连续运行达到3～5月，所述物理化学清洗装置5对低压纳滤膜系统3通过化学清洗优化方案进行化学清洗，得到纳滤化学清洗废液，将该纳滤化学清洗废液输入到浓/废水处理系统4进行处理；
39.进一步地，所述化学清洗优化方案分为两个步骤：
40.第一步，进行杀菌 碱洗化学清洗；
41.具体地，通过85℃气液和碱液进行冲洗，进行补水，进行配药，该药剂为浓度0.03～0.9％的非氧化性杀菌剂，依次进行一段循环、二段循环、一段循环，再次配药，该药剂为浓度1.5～3.0％的碱性药剂，依次进行二段循环、一段循环，进行浸泡，依次进行冲洗二段、冲洗一段。
42.第二步，进行酸洗化学清洗；
43.具体地，依次进行补水、配药，该药剂为浓度0.5～2.5％的酸性药剂，依次进行二段循环、一段循环、冲洗一段、冲洗二段。
44.上述所有步序阀门操作不变，仅调整步序顺序。
45.其中，所有“循环”步序时间为30分钟，“冲洗”时间为30分钟，“浸泡”时间为至少2小时。
46.将所述二次浓/废水和(或)所述浓/废水处理系统4处理后的物理反洗废液和(或)预处理系统废液和(或)纳滤化学清洗废液以1/14～1/7比例排入总废水管，可达到《污水综合排放标准》(db31/199-2018)要求。
47.可见，本实用新型一种新型低压高回收率纳滤系统，经由高效的预处理系统使待处理的原水或水厂出水的相关参数达到纳滤膜进水的要求；经由低压纳滤膜系统实现低压高回收的水处理；经由浓/废水处理系统处理，使回收率提高且产水达到水质标准要求；当符合清洗条件时由物理化学清洗装置对预处理系统以及低压纳滤膜系统进行清洗，并对化学清洗进行参数优化；当符合消毒条件时，由紫外消毒单元和气液消毒单元对低压纳滤膜系统进行消毒；于产水池中得到最终产水，于总废水管中得到低污染的浓/废水、清洗废液。
48.与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
49.(1)通过设置低压纳滤膜可以实现于0.4～0.6mpa的低压运行下，对进水中硫酸根去除率为40～60％，对进水为toc去除率为30～50％，对进水中氨氮去除率为15～30％，对钙镁、总硬度去除率＜10％；
50.(2)通过设置浓/废水处理系统，可以实现饮用水深度处理的高回收率，使整体回收率提高1～5％，且产水可达到上海市《生活饮用水水质标准》(db31/t1091-2018)要求；并且可以充分、有效处理纳滤膜在运行过程中产生的有机物、无机盐高浓缩的浓/废水和化学废水，避免未经处理直接排放造成环境污染，并达到《污水综合排放标准》(db31/199-2018)的要求；
51.(3)取消保安过滤器系统，实现原水的高效预处理，降低运行成本；
52.(4)通过设置清洗装置和消毒装置，可以有效缓解有机物、微生物对纳滤膜的污染，提高纳滤膜使用寿命，并进一步改进化学清洗方案，降低药耗；
53.(5)可以实现浓/废水二次利用，并且将清洗废液与纳滤浓/废水合并，无需额外投加对应的酸液、碱液直接进入浓/废水处理系统进行处理，简化工艺流程，提高运行效率。
54.上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何本领域技术人员均可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本实用新型的权利保护范围，应如权利要求书所列。