重力驱动式地表水处理方法及系统与流程

1.本发明涉及饮用水处理技术领域，具体涉及一种重力驱动式地表水处理方法及系统。


背景技术：

2.现有的常规超滤饮用水处理工艺普遍的通量值为30～200l/(m2
·
h)，而且需要在机械供能和低压死端过滤条件下进行过滤，工艺和模块复杂，成本和能耗高。
3.以超滤为核心的第三代净水技术发展迅猛，国内越来越多的大型水厂(5万～30万m3/d)采用超滤工艺，并且超滤工艺亦应用于中小型饮用水工程(50～500m3/d)。伴随着膜工业的高速发展，超滤膜的造价持续下降，使得超滤工艺的大规模普及成为可能。近年来，越来越多的科研机构开始关注以重力势能为驱动力的低压超滤技术。


技术实现要素：

4.为此，本发明实施例提供一种重力驱动式地表水处理方法及系统，以解决现有技术存在的工艺和模块复杂，成本和能耗高的问题。
5.为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
6.第一方面，一种重力驱动式地表水处理方法，包括：
7.使摄入的地表水能够以自流的方式从地表水流入距离地面一定深度的摄入立塔，以获得能通过超滤膜的自然静态水压；
8.经所述超滤膜进行过滤；
9.经所述超滤膜过滤后的干净水直接存储在地下水库中；
10.未过滤干净的超滤浓水，流入与所述摄入立塔平行的排出立塔；
11.将收集在所述排出立塔中的超滤浓水排出，以获得所述排出立塔中的超滤浓水水平和所述排出立塔与所述摄入立塔地表水摄入口之间的具有足够的自然静态水压力差或梯度。
12.进一步的，所述地表水流入距离地面一定深度的所述摄入立塔时以倾斜通道流入。
13.进一步的，所述自然静态水压力差或梯度是通过控制所述摄入立塔摄入地表水的摄入速率和所述排出立塔排出超滤浓水的排出速率来调节的。
14.进一步的，地表水在进入所述摄入立塔之前先进行预处理。
15.第二方面，一种重力驱动式地表水处理系统，包括摄入立塔、超滤膜、排出立塔和地下水库，所述摄入立塔设置在距离地面一定深度以下，使得地表水能够以自流的方式流入；所述超滤膜设置在所述摄入立塔内用于过滤地表水；所述排出立塔与所述摄入立塔平行设置用于排出超滤浓水；所述地下水库设置在所述摄入立塔下面用于存储过滤后的干净水。
16.进一步的，所述超滤膜为中空纤维超滤膜。
17.进一步的，所述超滤膜孔径为0.02-0.10微米。
18.进一步的，所述摄入立塔与所述排出立塔之间设置有单向阀。
19.进一步的，所述超滤膜设置在距离地面30-50米处。
20.进一步的，所述地下水库中设有增压泵。
21.本发明至少具有以下有益效果：本发明提供一种重力驱动式地表水处理方法及系统，使摄入的地表水能够以自流的方式从地表水流入距离地面一定深度的摄入立塔，以获得能通过超滤膜的自然静态水压；经超滤膜进行过滤；经超滤膜过滤后的干净水直接存储在地下水库中；未过滤干净的超滤浓水，流入与摄入立塔平行的排出立塔；将收集在排出立塔中的超滤浓水排出，以获得排出立塔中的超滤浓水水平和排出立塔与摄入立塔地表水摄入口之间的具有足够的自然静态水压力差或梯度。本发明通过重力驱动式超滤工艺无需周期性反洗等操作，其模块化设计更为简易，运行更为简便，特别有利于针对市镇饮用水工程等分散式供水工程的推广。
附图说明
22.为了更清楚地说明现有技术以及本发明，下面将对现有技术以及本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的附图。
23.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
24.图1为本发明实施例提供重力驱动式地表水处理方法流程图；
25.图2为本发明实施例提供的重力驱动式地表水处理系统原理结构示意图；
26.图3为本发明实施例提供的重力驱动式地表水处理系统简要示意图；
27.图4为本发明实施例提供的重力驱动式地表水处理系统成本效益分析图。
28.附图标记说明：
29.1-摄入立塔；2-超滤膜；3-地下水库；4-排出立塔。
具体实施方式
30.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
31.在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)旨在区别指代的对象。对于具有时序流程的方案，这种术语表述方式不必理解为描述特定的顺序或先后次序，对于装置结构的方案，这种术语表述方式也不存在对重要程度、位置关系的区分等。
32.此外，术语“包括”、“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例
如，包括了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于已明确列出的那些步骤或单元，而是还可包含虽然并未明确列出的但对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元，或者基于本发明构思进一步的优化方案所增加的步骤或单元。
33.请参阅图1，本发明的一个实施例提供一种重力驱动式地表水处理方法，包括：
34.使摄入的地表水能够以自流的方式从地表水流入距离地面一定深度的摄入立塔，以获得能通过超滤膜的自然静态水压；
35.具体的，地表水流入距离地面一定深度的摄入立塔时以倾斜通道流入；地表水在进入摄入立塔之前需要先进行预处理。
36.经超滤膜进行过滤；
37.经超滤膜过滤后的干净水直接存储在地下水库中；
38.未过滤干净的超滤浓水，流入与摄入立塔平行的排出立塔；
39.将收集在排出立塔中的超滤浓水排出，以获得排出立塔中的超滤浓水水平和排出立塔与摄入立塔地表水摄入口之间的具有足够的自然静态水压力差或梯度。
40.具体的，自然静态水压力差或梯度是通过控制摄入立塔摄入地表水的摄入速率和排出立塔排出超滤浓水的排出速率来调节的。
41.本发明提供的重力驱动式地表水处理方法，相比于目前主流的水处理膜科技，重力驱动式膜分离技术由于省去了机械供能和低压死端过滤条件下，超滤膜可以维持稳定的过流通量，从而省去了反冲洗及化学药剂投加，大大降低了运营成本和能耗，且相较于常规超滤饮用水处理工艺普遍的通量值30～200l/(m2
·
h)，重力驱动式超滤工艺稳定通量较低(30～60l/(m2
·
h))。而且由于重力驱动式超滤工艺无需周期性反洗等操作，所以其模块化设计更为简易，运行更为简便，特别有利于针对市镇饮用水工程等分散式供水工程的推广。
42.请参阅图2，本发明的另一个实施例提供一种重力驱动式地表水处理系统，包括摄入立塔1、超滤膜2、排出立塔4和地下水库3，摄入立塔1设置在距离地面一定深度以下，使得地表水能够以自流的方式流入；超滤膜2设置在摄入立塔1内距离地面30-50米处，用于过滤地表水，超滤膜2为0.02-0.10微米的中空纤维超滤膜；排出立塔4与摄入立塔1平行设置用于排出超滤浓水，摄入立塔1与排出立塔之间设置有单向阀；地下水库3设置在摄入立塔1下面用于存储过滤后的干净水。地下水库3中设有增压泵可以直接将净化后的水供应给终端客户。
43.本系统是修建地下重力驱动式超滤膜系统以及配套的地下储水设施，以收集处理地表流域的淡水资源，采用低能耗重力驱动式超滤技术，在距离地面30-50米处修建地下超滤系统，一次性净化地表水并即时把处理后干净水源存储在地下水库，在必要时刻用作战略水资源供市政服务供应。
44.请参阅图3，整个水厂建立时包括地下部分和地上部分，地上部分包括行政管理中心、备用零件贮存、污泥及固废物处理和泵站，地下部分包括预处理系统、膜处理系统、清洁水储存、缓存池、通风控制、变电站及备用燃料储存以及控制室、泵站和有机物等的处理，地面出入口及通风通道包括50米直径的主竖井和20米直径的辅助竖井，主竖井内设置有螺旋式重型车道，辅助竖井里面设置有垂直电梯。
45.本发明利用地表河道与地下水处理设施的高差产生的重力势能将地表水挤压穿过过滤膜，采用三泰先进的超滤膜技术，去除水中的悬浮颗粒物，藻类及微生物污染物，起
到净化效果。整个工艺流程无能耗，全程靠自然重力驱动水流通过0.02-0.10微米孔径的中空纤维超滤膜，而且跟传统超滤工艺相比，重力驱动式超滤膜无需化学反冲洗，进一步降低了系统运营成本。经超滤膜过滤后的干净水可以直接储存在地下水库中，然后通过增压泵直接供应给终端客户
46.本发明的成本效益分析：
47.由于重力驱动的自然特性，重力驱动式地表水处理系统是最具能效的新型水处理工艺。相较于传统超滤系统，因极低能耗或完全无能耗而极具优势。以下是关于重力驱动式超滤系统和传统超滤系统在定量条件下的成本效益分析：
48.请参阅图4，由于重力驱动式地表水处理系统通常采用低压通量设计，所以相同处理量情况下，相较于传统由离心泵驱动的超滤系统而言，重力驱动式地表水处理系统需要安装更多的膜组件，所以膜组件投入会更高些。在项目固定投入成本中，膜系统主机部分占总投资额的40-50％。由于重力驱动式地表水处理系统主要采用低压低通量过滤模式，相同处理量的超滤系统，重力驱动式地表水处理系统需要应用更多的膜面积来达到产量要求，所以重力驱动式地表水处理系统在膜组件安装投入要高于传统超滤膜系统30％以上。
49.从运营成本方面分析，超滤系统的运维成本主要包括：
50.(1)化学药剂成本；
51.但是重力驱动式地表水处理系统，由于无需使用化学药剂进行膜清洗，所以化学药剂成本可以忽略不计。
52.(2)电力及能源成本；
53.但是重力驱动式地表水处理系统，由于低跨膜压差低通量的系统设计，且依靠自然重力势能提供跨膜压力，极大的减少了传统离心泵的使用，所以电力能耗成本要远远低于传统超滤膜系统的能耗水平。
54.(3)膜组件更换成本；
55.在膜组件更换成本方面，由于重力驱动式地表水处理系统有更大的膜使用面积，所以膜组件更换成本相比传统设备要更高。在实际运营情况下，由于低运行压力和无化学清洗，重力驱动式超滤膜组件的膜有效使用寿命会延长，从而在更长的更换周期下，可以有效降低膜组件的成本。
56.(4)人力资源成本。
57.由于重力驱动式地表水处理系统极大的减少了机电设备的使用，系统运行无需配备高级技工和运营总监，只需少数工作人员即可满足系统的正常运行，人力成本大大地降低。
58.下表是10000吨/天处理量为例，对比分析传统超滤系统与重力驱动式地表水处理系统在固定成本和运营成本上的差异。
59.表一：
[0060][0061]
上表所示，在固定设备投入成本方面，由于膜组件投入和基建投入相对较高，所以本发明的固定成本投入要高于传统超滤44％。但在运营成本方面，相比传统超滤膜系统，本发明在化学药剂成本、能耗成本和人力成本方面都极具优势地位，相比传统超滤，本发明可以节约50％-60％的运营投入，不仅减少了碳排放，同时减少了化学药剂的使用，有效避免环境污染风险，从长远发展来看，重力驱动式地表水处理系统通更具投资优势。
[0062]
本发明的必要性：
[0063]
(1)有助于水资源紧张问题的缓解；
[0064]
由于全球性水资源危机正威胁着人类的生存和发展，全球气候暖化加剧，旱季的持续时间逐年增加，导致地表水蒸发量持续攀升，河流断流，生态恶化。目前国内正开始逐渐意识到水资源短缺对经济发展的掣肘效应，我们不仅要大力推行污水染控制及水源地保护，而且要让人们意识到每一滴水的重要性。因此开辟非传统水源、实现地表径流资源化管理，对解决水资源危机具有重要的战略意义。
[0065]
(2)有利于保护环境，保持生态平衡；
[0066]
利用地面拦蓄建筑物和地下截渗墙工程，把风河过境水和降水留在库区内，减少地下水的天然排泄量，充分利用雨洪资源，增加地下水储量，缓解城区供水和灌溉用水的供需矛盾，并有效阻断海水入侵，改善区域内地下水的水质，改善生态环境。
[0067]
以上几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
[0068]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合(只要这些技术特征的组合不存在矛盾)，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述；这些未明确写出的实施例，也都应当认为是本说明书记载的范围。
[0069]
上文中通过一般性说明及具体实施例对本发明作了较为具体和详细的描述。应当指出的是，在不脱离本发明构思的前提下，显然还可以对这些具体实施例作出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。