一种用于水处理的过滤装置

本发明属于水处理，具体涉及一种用于水处理的过滤装置。

背景技术：

1、膜过滤技术作为一种分离精度高且能耗适中的方法，已经广泛的应用于饮用水处理工艺中。基于中空纤维膜构建的过滤单元主要有浸没式膜过滤单元和外置式膜壳过滤单元。膜壳过滤单元是一种封闭式小型过滤单元，具有体积小、水力停留时间短以及膜清洗简单易行的特点。但膜壳过滤单元在运行过程中面临着膜污染严重、冲洗操作不便利、冲洗频繁以及不可耦合臭氧技术等问题。

2、臭氧氧化技术是饮用水处理中的常用技术，其可以通过自身氧化性有效控制超滤膜膜污染。臭氧主要是通过将水中有机污染物(腐殖类污染物、富里类污染物和蛋白类污染物等)氧化降解，形成小分子有机污染物，从而降低超滤膜膜孔堵塞。此外，臭氧还可以氧化超滤膜表面与孔内的污染物，缓解膜污染，提升膜通量。臭氧氧化技术实施主要有两种方式，其一为预臭氧氧化方式，其二为超滤膜单元原位臭氧氧化方式。在一些条件下，预臭氧氧化方式可有效控制膜污染，但臭氧氧化的接触时间不易控制，也未利用曝气形成的气泡剪切力。与之相比，原位臭氧氧化则可以有效解决上面两个问题，其具有氧化接触时间长和可有效利用臭氧气泡剪切力的特点，在膜污染控制方面呈现出良好的优势。

技术实现思路

1、本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：如果将膜壳过滤单元与原位臭氧氧化结合起来，则不仅可以发挥两者的优势，还能进一步提升系统的污染物降解效率。然而，由于膜壳过滤单元具有封闭结构这一特性，臭氧气体无法原位通入膜壳过滤单元内，致使二者不能有效结合。

2、本发明旨在创建一种用于水处理的过滤装置，以实现膜壳过滤单元内原位通入臭氧，在维持膜壳过滤单元固有优势的基础上，有效解决膜壳过滤单元存在的问题，高效控制膜壳过滤单元内中空纤维膜的膜污染，同时提升系统的污染物降解效率。

3、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种用于水处理的过滤装置。

4、本发明提出一种用于水处理的过滤装置，包括进水单元、外置反应单元5、pvdf中空纤维超滤膜过滤单元4、臭氧制备与调控单元、跨膜压差检测与记录单元和产水储存单元，所述外置反应单元5设置在所述进水单元和所述pvdf中空纤维超滤膜过滤单元4之间，所述臭氧制备与调控单元与所述pvdf中空纤维超滤膜过滤单元4连接。

5、本发明的过滤装置带来的优点和技术效果为：

6、(1)本发明的过滤装置搭建了外置反应单元，并且外置反应单元连通pvdf中空纤维超滤膜过滤单元，外置反应单元内可以发生一部分臭氧氧化反应，同时延长了臭氧接触时间，解决了膜壳的封闭结构带来的缺陷，在保留膜壳的单元体积小、水力停留时间短以及膜清洗简单易行的优势基础上，使膜壳可耦合原位臭氧氧化技术，以解决膜壳的膜污染严重问题。

7、(2)基于pvdf中空纤维超滤膜组建的过滤单元具有良好的耐氧化性能与有机物截留性能，pvdf中空纤维超滤膜与原位臭氧技术耦合，可产生协同效应，保留pvdf中空纤维超滤膜固有的有机物截留性能，并提升pvdf中空纤维超滤膜的抗污染性能。

8、(3)由于本发明的过滤装置中在pvdf中空纤维超滤膜过滤单元和外置反应单元间进行水力循环，启动臭氧制备与调控单元后，产生的臭氧可通过气体管路输送至pvdf中空纤维超滤膜过滤单元中，臭氧通过自身氧化性与进水中有机物充分作用，将进水中有机物转变为小分子物质，从而减缓pvdf中空纤维超滤膜过滤单元内pvdf中空纤维超滤膜膜孔污染，提升pvdf中空纤维超滤膜过滤单元的出水通量。

9、(4)原位臭氧可通过自身氧化性和臭氧气泡剪切作用，与pvdf中空纤维超滤膜表面截留的有机污染物相互作用，从而控制pvdf中空纤维超滤膜滤饼层污染，提升pvdf中空纤维超滤膜过滤单元的出水通量。

10、(5)综上所述，本发明的过滤装置属于循环式原位臭氧-pvdf中空纤维超滤膜膜壳过滤装置，可以在结合膜壳过滤单元和弱亲水pvdf中空纤维超滤膜的优势基础上，实现膜壳过滤单元与原位臭氧技术的耦合，有效解决了膜壳过滤单元的膜污染严重的问题。

11、可选地，所述进水单元为进水箱8，所述进水箱8的顶部设置有第一进水口8-1和第二出水口8-2。

12、可选地，外置反应单元5包括臭氧尾气排气孔5-1、第二循环接口5-2、密封盖5-3、溢流口5-4、第二进水口5-5、第一循环接口5-6，臭氧尾气排气孔5-1和第二循环接口5-2设置在密封盖5-3顶部；第二进水口5-5通过输水管路与第一出水口8-2连接，第二进水口5-5和第一出水口8-2之间的输水管路上设置有第二蠕动泵(7)和第三阀门(15)，溢流口(5-4)通过另一输水管路与第一出水口8-2连接。

13、可选地，溢流口5-4设置在外置反应单元5的上端侧面，第二进水口5-5设置在外置反应单元5的中部侧面，第一循环接口5-6设置在外置反应单元5的下端侧面。

14、可选地，pvdf中空纤维超滤膜过滤单元4包括第二出水口4-1、密封隔板4-2、第四循环接口4-3、弱亲水pvdf中空纤维超滤膜4-4、第三循环接口4-5、曝气孔洞4-6、气冲洗进气孔4-7、臭氧曝气孔4-8、浓水排空口4-9和打孔密封隔板4-10；第三循环接口4-5通过输水管路与第一循环接口5-6连接，第三循环接口4-5与第一循环接口5-6之间的输水管路上设置有第一蠕动泵6和第四阀门16，第四循环接口4-3通过另一输水管路与第二循环接口5-2连接。

15、可选地，第四循环接口4-3设置在pvdf中空纤维超滤膜过滤单元4的上端侧面，第三循环接口4-5设置在pvdf中空纤维超滤膜过滤单元4的下端侧面，气冲洗进气孔4-7、臭氧曝气孔4-8和浓水排空口4-9均设置在pvdf中空纤维超滤膜过滤单元4的底部，第二出水口4-1设置在pvdf中空纤维超滤膜过滤单元4的顶部。

16、可选地，弱亲水pvdf中空纤维超滤膜4-4的接触角为80°～90°，平均孔径为0.02μm，孔隙率为70％～80％。

17、可选地，所述臭氧制备与调控单元包括经气体管路依次连接的空气泵1、气体转子流量计2和臭氧发生器3，臭氧发生器3的出气口通过气体管路与臭氧曝气孔4-8连接，臭氧发生器3的出气口与臭氧曝气孔4-8之间的气体管路上设置有第五阀门17。

18、可选地，跨膜压差检测与记录单元包括压力传感器9和与压力传感器9电连接的无纸记录仪10，压力传感器9的一端通过输水管路与第二出水口4-1连接，压力传感器9的另一端通过输水管路与第三蠕动泵11连接。

19、可选地，产水储存单元为出料桶12，出料桶12的顶部设置有第三进水口12-1和第三出水口12-2，第三进水口12-1通过输水管路与第三蠕动泵11连接。

技术特征：

1.一种用于水处理的过滤装置，其特征在于，包括进水单元、外置反应单元(5)、pvdf中空纤维超滤膜过滤单元(4)、臭氧制备与调控单元、跨膜压差检测与记录单元和产水储存单元，所述外置反应单元(5)设置在所述进水单元和所述pvdf中空纤维超滤膜过滤单元(4)之间，所述臭氧制备与调控单元与所述pvdf中空纤维超滤膜过滤单元(4)连接。

2.根据权利要求1所述的过滤装置，其特征在于，所述进水单元为进水箱(8)，所述进水箱(8)的顶部设置有第一进水口(8-1)和第二出水口(8-2)。

3.根据权利要求2所述的过滤装置，其特征在于，所述外置反应单元(5)包括臭氧尾气排气孔(5-1)、第二循环接口(5-2)、密封盖(5-3)、溢流口(5-4)、第二进水口(5-5)、第一循环接口(5-6)，所述臭氧尾气排气孔(5-1)和所述第二循环接口(5-2)设置在所述密封盖(5-3)顶部；

4.根据权利要求3所述的过滤装置，其特征在于，所述溢流口(5-4)设置在所述外置反应单元(5)的上端侧面，所述第二进水口(5-5)设置在所述外置反应单元(5)的中部侧面，所述第一循环接口(5-6)设置在所述外置反应单元(5)的下端侧面。

5.根据权利要求3所述的过滤装置，其特征在于，所述pvdf中空纤维超滤膜过滤单元(4)包括第二出水口(4-1)、密封隔板(4-2)、第四循环接口(4-3)、弱亲水pvdf中空纤维超滤膜(4-4)、第三循环接口(4-5)、曝气孔洞(4-6)、气冲洗进气孔(4-7)、臭氧曝气孔(4-8)、浓水排空口(4-9)和打孔密封隔板(4-10)；

6.根据权利要求5所述的过滤装置，其特征在于，所述第四循环接口(4-3)设置在所述pvdf中空纤维超滤膜过滤单元(4)的上端侧面，所述第三循环接口(4-5)设置在所述pvdf中空纤维超滤膜过滤单元(4)的下端侧面，所述气冲洗进气孔(4-7)、所述臭氧曝气孔(4-8)和所述浓水排空口(4-9)均设置在所述pvdf中空纤维超滤膜过滤单元(4)的底部，所述第二出水口(4-1)设置在所述pvdf中空纤维超滤膜过滤单元(4)的顶部。

7.根据权利要求5所述的过滤装置，其特征在于，所述弱亲水pvdf中空纤维超滤膜(4-4)的接触角为80°～90°，平均孔径为0.02μm，孔隙率为70％～80％。

8.根据权利要求5所述的过滤装置，其特征在于，所述臭氧制备与调控单元包括经气体管路依次连接的空气泵(1)、气体转子流量计(2)和臭氧发生器(3)，所述臭氧发生器(3)的出气口通过气体管路与所述臭氧曝气孔(4-8)连接，所述臭氧发生器(3)的出气口与所述臭氧曝气孔(4-8)之间的气体管路上设置有第五阀门(17)。

9.根据权利要求5所述的过滤装置，其特征在于，所述跨膜压差检测与记录单元包括压力传感器(9)和与所述压力传感器(9)电连接的无纸记录仪(10)，所述压力传感器(9)的一端通过输水管路与所述第二出水口(4-1)连接，所述压力传感器(9)的另一端通过输水管路与第三蠕动泵(11)连接。

10.根据权利要求9所述的过滤装置，其特征在于，所述产水储存单元为出料桶(12)，所述出料桶(12)的顶部设置有第三进水口(12-1)和第三出水口(12-2)，所述第三进水口(12-1)通过输水管路与所述第三蠕动泵(11)连接。

技术总结本发明提供了一种用于水处理的过滤装置，属于水处理技术领域。所述过滤装置包括进水单元、外置反应单元(5)、PVDF中空纤维超滤膜过滤单元(4)、臭氧制备与调控单元、跨膜压差检测与记录单元和产水储存单元，所述外置反应单元(5)设置在所述进水单元和所述PVDF中空纤维超滤膜过滤单元(4)之间，所述臭氧制备与调控单元与PVDF中空纤维超滤膜过滤单元(4)连接。本发明的过滤装置在结合膜壳过滤单元和PVDF中空纤维超滤膜的优势基础上，实现了膜壳过滤单元与原位臭氧技术的耦合，有效解决了膜壳过滤单元的膜污染严重的问题。技术研发人员：文湘华,何海洋,王晓,黄霞,陈凤祥,武贤智,吴慧峰受保护的技术使用者：清华大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1