水环境微塑料处理系统及微塑料处理方法技术方案

本发明专利技术公开了一种水环境微塑料处理系统，包括进水管，进水管通过第一稳压阀连接有惯性聚集分流装置；惯性聚集分流装置包括与进水管相连接的直管，直管前部内设有环形套管；环形套管包括外管和内管，内管通过第一水管连接有出水泵，出水泵上游的第一水管串联有过滤吸附单元；出水泵的进口连接有排放管，排放管上设有排放阀；外管前端下方设有承接容器，承接容器通过第一两位三通电磁阀选择连通第一膜分离装置或第二膜分离装置。本发明专利技术还公开了相应的微塑料处理方法。本发明专利技术综合运用惯性聚集分流、过滤分离与吸附分离三种分离方式，使绝大部分微塑料留存在系统中，以较低的处理成本和较低的维护频率实现良好的微塑料处理效果。较低的维护频率实现良好的微塑料处理效果。较低的维护频率实现良好的微塑料处理效果。

【技术实现步骤摘要】
水环境微塑料处理系统及微塑料处理方法


[0001]本专利技术涉及环境保护技术，尤其涉及水体中微塑料的去除技术。

技术介绍

[0002]塑料产品具有低热导率、较大强度重量比和耐用性等优点，在全球范围内得到了广泛应用。过去几十年间，从个人生活用品到工业产品均出现了塑料制品增长现象，从20 世纪50 年代年产量500 万吨塑料制品上升到2016 年年产量3.22 亿吨塑料制品，且仍然在以年均超过10%的速度增长；在此过程中，塑料产品的环境污染日益引起了整个社会的高度关注；水体中的塑料降解周期远超于陆地，水体中微塑料污染的问题更加突出。
[0003]学术界把塑料颗粒粒径直径小于5 mm 的塑料碎片或塑料颗粒统称为微塑料，其尺寸小、比表面积大、疏水性强的特性使微塑料对水环境产生较大影响，主要表现在2 个方面：（1）塑料制品中添加的着色剂和阻燃剂等添加剂会随微塑料释放到水系统中，进入食物链后导致生物体内毒素积累，引起生物体肠道损伤和代谢改变等问题，通过食物链转移进入人体后威胁人体健康。（2）微塑料表面积大及固有的疏水性使其可作为重金属和持久性有机污染物等化学污染物的重要载体，对环境造成严重污染。
[0004]生活用品（如化妆品和洗涤产品）中添加的塑料微珠、工业生产中使用的塑料粉末、船舶运输和水产养殖形成的微塑料都是重要的微塑料来源。微塑料的形状主要包括纤维、薄片、碎片，大部分水体中这3 类微塑料含量都在80 %以上。
[0005]目前微塑料的去除主要采用物理去除技术、化学去除技术、生物去除技术以及联用技术4 大类，整体尚处于技术发展的早期阶段，而且实施成本很高（尤其是联用技术），阻碍相应技术的实际运用。寻找整体成本较低、微塑料去除效果更佳的技术是一个重要的研究方向，这需要研发人员打开思路，寻找一切能够有益于去除水体中微塑料的技术。
[0006]本专利技术的技术思路是：解决的技术问题是去除水体中的微塑料。微塑料原始产生的途径多种多样，地点遍及人类活动区域，所以无法在源头解决。人类活动中产生的微塑料（如清洗时化妆品等带有的微塑料会进入排水管）容易通过排水系统汇集到污水处理厂；分布在人类活动区域的微塑料也容易通过雨水收集系统进入污水处理厂。因此，在污水处理厂处理微塑料是合适的和可行的技术选择。
[0007]我国现有的污水处理厂对污水的处理，常用的技术有格栅过滤、沉砂池、气浮池、调节池、曝气+活性污泥处理、砂滤、混凝、消毒等等，污水处理厂现有的处理系统不针对微塑料，不具备对水体中微塑料的有效去除能力。如果大规模改造现有的污水处理厂，则成本过高。因而，本专利技术选择对污水处理厂的出水进行进一步处理，即不改变现有污水处理厂原有的处理系统，而是通过追加结构的方式实现对微塑料的去除，避免大改造带来的高成本，也能很快应用于不同的污水处理厂。
[0008]本专利技术的主要贡献，在于
①
开创了将流体力学中的管流颗粒惯性聚集原理引入微塑料处理技术的技术路线。现有的微塑料处理技术乃至污水处理技术中，均未能将该原理
与处理技术相结合。未能的原因，一是实践当中惯性聚集现象并不稳定，难以发挥出应有的效果；二是运用了该原理聚集的微塑料在分离出来之后，仍然需要使用原有的微塑料处理方法进一步处理（如过滤或吸附或生物降解或化学去除等等），而不运用该原理一样可以实施这些现有的微塑料处理措施，而且效果基本相同，运用该原理也不带来积极的技术意义（所以也没有动机在微塑料的处理中引入惯性聚集）。本专利技术则不仅创造了具体的运用该原理分离微塑料的结构，而且使其在微塑料处理中带来明显的积极技术意义。
[0009]②
考虑了聚集堵塞（颗粒物搭桥堵塞通道）作用，设计了更科学的滤网体系；综合了惯性聚集、过滤、吸附等手段并科学安排相应系统和工序，在整体上以较低成本实现了较佳的微塑料去除效果，并且适用于对污水处理厂的出水进行进一步处理，无须对现有的污水处理厂进行整体改造。
[0010]最后，简单介绍一下直管内颗粒物惯性聚集的由来。惯性聚集的基本原理在于颗粒物在直管中流动时，会受到指向管路轴线的向心升力和指向管壁的剪切升力，两种力量相平衡的径向位置，就是颗粒物聚集的径向位置。这种现象最早于1961 年由Segre和Silberberg通过实验发现，后来人们发现，不同的颗粒物、不同的流动环境（圆管，方管，长度等等）下，颗粒物惯性聚集的现象是否出现、是否稳定、颗粒物聚集的径向位置是不同的，但这种现象是客观存在的。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的在于提供一种水环境微塑料处理系统，通过综合运用惯性聚集分流、过滤分离与吸附分离三种分离方式，使绝大部分微塑料留存在系统中，以较低的处理成本和较低的维护频率实现良好的微塑料处理效果。
[0012]为实现上述目的，本专利技术的水环境微塑料处理系统，包括与污水处理厂的出水池相连接的进水管，进水管上游端部设有第一阀门；其特征在于：进水管通过第一稳压阀连接有惯性聚集分流装置；惯性聚集分流装置包括与进水管相连接的直管，直管的长度大于等于10米；以水的流向为下游方向和前向，直管前部内设有环形套管；环形套管包括外管和内管，外管和内管均与直管同轴线设置，环形套管前端伸出直管前端，环形套管后端向后伸入直管的长度大于等于2米；外管外壁与直管内壁之间通过外连杆相连接，外连杆在圆周方向上均匀分布有多个；外管内壁与内管外壁之间通过内连杆相连接，内连杆在圆周方向上均匀分布有多个；环形套管所在径向位置对应微塑料的惯性聚集位置；在圆周方向上均匀分布的一组外连杆和内连杆组成一组固定结构，固定结构在环形套管的中前部间隔设有至少两套；直管前端与外管之间具有前挡板，外管和内管所围成环形腔形成微塑料分离通道；内管形成水分离通道；内管向前通过第一水管连接有出水泵，出水泵上游的第一水管串联有过滤吸附单元；第一水管的上游端部设有第二稳压阀；出水泵的进口连接有排放管，排放管上设有排放阀；外管前端下方设有用于承接微塑料分离通道流出液体的承接容器，承接容器通过
第一两位三通电磁阀选择连通第一膜分离装置或第二膜分离装置；将第一膜分离装置和第二膜分离装置统称为膜分离装置，各膜分离装置分别连接有清水流出管；各清水流出管和出水泵下游方向的第一水管均用于排放处理后的水。
[0013]进水管上串联有粗滤单元。
[0014]第一膜分离装置和第二膜分离装置结构相同，均包括顶端敞口的箱体，箱体上游端通过管路连接第一两位三通电磁阀的一个出口，箱体下游端连接清水流出管，箱体下游端部设有箱体扩大部，箱体扩大部的竖向截面大于箱体主体部分的竖向截面；箱体扩大部内设有竖向设置的半透装置，半透装置包括半透框架，半透框架内固定有半透板，半透板上均匀分布有多个半透孔，各半透孔处均固定设有透水不透微塑料的半透膜；半透装置与其下游侧的箱体围成清水腔，半透装置与其上游侧的箱体围成微塑料留存腔；微塑料留存腔的顶部设有水位传感器，微塑料留存腔内的设计水位低于水位传感器；水位传感器连接有电控装置，电控装置连接第一两位三通电磁阀；水位传感器检测到水位信号时，电控装置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.水环境微塑料处理系统，包括与污水处理厂的出水池相连接的进水管，进水管上游端部设有第一阀门；其特征在于：进水管通过第一稳压阀连接有惯性聚集分流装置；惯性聚集分流装置包括与进水管相连接的直管，直管的长度大于等于10米；以水的流向为下游方向和前向，直管前部内设有环形套管；环形套管包括外管和内管，外管和内管均与直管同轴线设置，环形套管前端伸出直管前端，环形套管后端向后伸入直管的长度大于等于2米；外管外壁与直管内壁之间通过外连杆相连接，外连杆在圆周方向上均匀分布有多个；外管内壁与内管外壁之间通过内连杆相连接，内连杆在圆周方向上均匀分布有多个；环形套管所在径向位置对应微塑料的惯性聚集位置；在圆周方向上均匀分布的一组外连杆和内连杆组成一组固定结构，固定结构在环形套管的中前部间隔设有至少两套；直管前端与外管之间具有前挡板，外管和内管所围成环形腔形成微塑料分离通道；内管形成水分离通道；内管向前通过第一水管连接有出水泵，出水泵上游的第一水管串联有过滤吸附单元；第一水管的上游端部设有第二稳压阀；出水泵的进口连接有排放管，排放管上设有排放阀；外管前端下方设有用于承接微塑料分离通道流出液体的承接容器，承接容器通过第一两位三通电磁阀选择连通第一膜分离装置或第二膜分离装置；将第一膜分离装置和第二膜分离装置统称为膜分离装置，各膜分离装置分别连接有清水流出管；各清水流出管和出水泵下游方向的第一水管均用于排放处理后的水。2.根据权利要求1所述的水环境微塑料处理系统，其特征在于：进水管上串联有粗滤单元。3.根据权利要求1或2所述的水环境微塑料处理系统，其特征在于：第一膜分离装置和第二膜分离装置结构相同，均包括顶端敞口的箱体，箱体上游端通过管路连接第一两位三通电磁阀的一个出口，箱体下游端连接清水流出管，箱体下游端部设有箱体扩大部，箱体扩大部的竖向截面大于箱体主体部分的竖向截面；箱体扩大部内设有竖向设置的半透装置，半透装置包括半透框架，半透框架内固定有半透板，半透板上均匀分布有多个半透孔，各半透孔处均固定设有透水不透微塑料的半透膜；半透装置与其下游侧的箱体围成清水腔，半透装置与其上游侧的箱体围成微塑料留存腔；微塑料留存腔的顶部设有水位传感器，微塑料留存腔内的设计水位低于水位传感器；水位传感器连接有电控装置，电控装置连接第一两位三通电磁阀；水位传感器检测到水位信号时，电控装置切换第一两位三通电磁阀的导通方向；第一阀门和排放阀均为电磁阀，电控装置连接第一阀门和排放阀；电控装置连接有显示屏。4.根据权利要求3所述的水环境微塑料处理系统，其特征在于：所述过滤吸附单元包括第二两位三通电磁阀和三通，第二两位三通电磁阀和三通之间并联连接有两套过滤吸附装置，分别为第一过滤吸附装置和第二过滤吸附装置；第二两位三通电磁阀与电控装置相连接；第二两位三通电磁阀选择连通第一水管与第一过滤吸附装置的进水口或第二过滤吸附装置的进水口，三通连接两套过滤吸附装置的出水口和出水泵的进水口。5.根据权利要求4所述的水环境微塑料处理系统，其特征在于：过滤吸附装置包括密闭
的壳体，壳体内沿由上游向下游的方向依次间隔设有第一铜滤网、第二铜滤网、第三铜滤网以及活性炭层；第一铜滤网的网孔直径为150微米，第二铜滤网的网孔直径为75微米，第三铜滤网的网孔直径为30微米；第一铜滤网与其上游侧的壳体围成进水腔，活性炭层与其下游侧的壳体围成出水腔；进水腔连接有过滤吸附装置的进水口以及第一通气管；出水腔连接有过滤吸附装置的出水口以及第二通气管，出水口位于出水腔的最低处；第一铜滤网、第二铜滤网以及两者间的壳体围成第二水腔；第二铜滤网、第三铜滤网以及两者间的壳体围成第三水腔；第三铜滤网、活性炭层以及两者间的壳体围成第四水腔；进水腔、出水腔、第二水腔、第三水腔和第四水腔对应的壳体上分别设有维护密封门；过滤吸附装置的进水口上设有进水电磁阀，过滤吸附装置的出水口上设有出水电磁阀；过滤吸附装置的出水口或进水口上设有压差传感器，压差传感器的两个压力接口分别连通过滤吸附装置的进水口和出水口；第一通气管上设有第三两位三通电磁阀，第三两位三通电磁阀上游侧的第一通气管上设有第一气泵，第一气泵用于在维护时向壳体内注气并压出壳体内的水；第三两位三通电磁阀连接有排空管，第三两位三通电磁阀用于使进水腔选择连通第一气泵或排空管；第三两位三通电磁阀与进水腔之间的第一通气管上设有第一气路电磁阀；第二通气管上设有第二气泵，第二气泵与出水腔之间的第二通气管上设有第二气路电磁阀；壳体外壁对应于第一铜滤网、第二铜滤网、第三铜滤网以及活性炭层分别设有多个超声波振动器；压差...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡绍磊，吴昊，翟娜，刘晨，
申请(专利权)人：中国水利水电第十一工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：