CN102151492B - 用于污水处理的分离膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于污水处理的高效分离膜。所述分离膜的组成成分及各组分的重量份数为：低密度聚乙烯15～25份，高密度聚乙烯20～30份，线性低密度聚乙烯12～18份，ZD添加剂2～4份，稀释剂0.5～1份，萃取剂0.5～1份，助剂0.5～1份，PVDF30～40份，可降解母粒0.2～0.8份。所述可降解母粒含有生物活性淀粉和/或复合降解调节剂。所述高效分离膜的制备方法包括混料、预热温控、挤出、冷却成形、检膜、分切收卷步骤。本发明通过对配方的优化，在热致相分离过程中达到理想了的相分离，实现对聚合物孔径等参数的有效控制，可以在保证污水处理效果的同时，显著改善了膜污染情况。

Description

用于污水处理的分离膜及其制备方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，特别是涉及一种用于污水处理的高效分离膜及其制备方法。

背景技术

早在200多年前，人类就揭示了膜分离现象，膜分离技术在20世纪60年代进入工程领域，70年代，随着膜分离装置的工业化生产，膜分离技术在各个工业领域及科研领域得以广泛应用。在膜分离技术的不断发展中，新型的膜分离材料及制膜方法的研究始终是一个重要的课题。

在污水处理领域，膜生物反应器由于具有出水水质优异，操作运行简单，污泥产生率低，占地面积小等优点，其在污水处理的应用范围和规模不断扩大和增加。分离膜是膜生物反应器中最重要的组成部件，其性能的优劣对污水处理的性能非常重要。传统的膜分离材料一般有聚乙烯醇、聚砜、聚砜酰胺、聚丙烯腈、聚氯乙烯、壳聚糖以及各种改性纤维素，这些膜分离材料在实际使用过程中都存在较严重的膜污染情况，难以大范围的推广应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种用于污水处理的分离膜及其制备方法，该分离膜通过优化配方，在保证污水处理效果的同时，显著改善了膜污染情况。

按照本发明提供的技术方案：用于污水处理的分离膜，其特征在于：所述分离膜的组成成分及各组分的重量份数为：

低密度聚乙烯，15~25份；高密度聚乙烯，20~30份；线性低密度聚乙烯，12~18份；ZD添加剂，2~4份；稀释剂，0.5~1份；萃取剂，0.5~1份；助剂，0.5~1份；PVDF，30~40份；可降解母粒，0.2~0.8份。

作为本发明的进一步改进，所述ZD添加剂是指脂肪酸锌皂的复合物，其外观是淡黄至棕黄色片状或粒状固体，灰份质量分数为12~14%，熔点为98~104℃，锌的质量分数为：9~11.5%，碘值为40~50gl/100g。

作为本发明的进一步改进，所述稀释剂是指促进剂和/防老剂。所述促进剂优选是异辛酸钴溶剂，其外观是蓝红色液体或紫色液体，溶剂中异辛酸钴含量在3%~12%之间；所述防老剂优选是是N-4（苯胺基苯基）乙酰胺，其外观为深灰色结晶粉末，灰份质量分数≤30%，熔点≥150℃，溶于丙酮、乙醇、丙烯，不溶于水。

作为本发明的进一步改进，所述萃取剂是指50℃的油浴如煤油、汽油等。

作为本发明的进一步改进，所述助剂是指CPA环保塑解剂或半化学性塑解剂。所述CPA环保塑解剂是有机络合物，其外观为灰色或青灰色粉末，加热减量≤%2，细度目≥100；所述半化学性塑解剂是活化的脂肪酸锌皂为基础的复合物，其外观是墨绿色片状或粒状固体，灰份质量分数为12~14%，熔点为98~104℃，锌的质量分数为：9~11.5%，碘值为40~50gl/100g。

作为本发明的进一步改进，所述可降解母粒含有生物活性淀粉和/或复合降解调节剂。

用于污水处理的高效分离膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤： 

（1）混料：按配比称取各组分，将各组分分别倒入搅拌机内，反复搅拌，使所述原料搅拌均匀，然后将所述原料经拌料机出料口直接流入吹膜挤出机的存料料斗内用于挤出吹塑；

（2）预热温控：针对料层的原料挤出状况，控制料层温度在180℃~195℃，主机模头温度为200℃~230℃，加升温时间在3~4小时；温控是塑料制品生产加工过程中的一道十分关键的步骤，也是挤出过程得于进行的重要条件之一。在塑料品生产过程中，物料加入料斗到最后成型为制品是经历了一个复杂的过程的，如果我们以物料沿料筒方向的位移为横坐标，而以温度为纵坐标，将沿料筒方测得的各点的物理温度值连成曲线，就会得到一条温度轮廓曲线，实践告诉我们，加工不同物料和不同制品，这条轮廓曲线是不相同的。根据挤出理论和实践，物料在挤出过程中热量的来源主要有两个，一是物料与物料之间物料与螺栓、料筒之间的剪切、摩擦产生的热量，另一个是料筒外部的加热器提供的热量，而温度的调节则是靠挤出机的加热冷却系统和控制系统进行的。

（3）、挤出：模头在经过一段时间的升温，达到温控要求后，各组分原料就会融化后挤出；挤出时，首先在膜刚挤出模头40~45cm时，将膜捏在一起，形成一个扇形状态的膜团块，再随着膜的挤出慢慢拉起膜团块，待膜挤出至55~60cm形成泡形膜时，在膜团块上扎上牵引带子，然后，逐步加大膜的挤出量和气压量，泡形膜在牵引主机各导滚牵引的作用下，自然进入辅机牵引架，使膜逐步形成；塑料之所以能进行成型加工是由其内在的依据来决定的。由高分子物理学得知，高聚物一般存在着玻璃态、高弹态和粘流态三种物理状态，在一定条件下，这三种物理状态将发生相互转化，塑料的成型加工（压制、压延、挤出、注射等）是在粘流态下进行的。塑料由料斗进入料筒后，随着螺杆的旋转而被逐渐推向机头方向，在加料段，螺槽为松散的固体粒子所充满，物料开始被压密实形成很高的压力后熔融挤出。

（4）、冷却成形：膜经挤出拉膜牵引成功后，卷绕到辅机收卷架上，根据各个不同螺杆原料的挤出量及泡形膜的状况，调整上牵引主机转速、风量、气压及下牵引的牵引速度与冷却循环水流速；

在塑料制品的生产过程中，融熔挤出是生产关键的前道，而冷却成形是生产关键的后道必然所在。实践证明冷却过程是将色物料或本色的物料加入挤出机中，待挤出过程稳定后，快速停车并骤冷料筒，将螺旋状的已冷却的塑料带从螺栓上取下，这时可以发现，已熔的和局部混合的聚合物将呈现流线，而未熔的物料将保持初始的固态。而本产品通过专业性的设备装置（在螺杆上冷却）进行快速冷却成形，使成形的膜厚薄均匀度既好又有柔性，且拉伸强度高。

（5）、检膜：在膜成形后，收卷前，由专职检验员在膜15~20m左右时，用小刀分5个点，各划出一块脸盆状大小或标准长度是0.5米的膜分别用测厚仪、千分尺、钢卷尺及拉力测试机进行各种性能的检验，包括厚度偏差，米克重、纵横向强度、延伸率等。检验该批产品是否符合所规定的技术指标要求。注意事项：查验各种测试仪器是否精确有效。

（6）、分切收卷：经主机融化挤出吹塑后形成圆筒形的泡形膜，再经上牵引架输送至各个平衡导滚至下牵引辅机收卷架；用两把L形刀片，架在辅机下牵引机的两端，将圆筒形的泡形膜均匀地进行二边分切，然后，分为A卷与B卷，分别收成卷筒状，再根据计量器的计量进行收卷；物料颗粒在经融熔挤出检膜成形后，已到辅机收卷架上，但此时的膜仅是停留在未成形薄膜状态，不属于符合产品特性的成品。成品要求是单纯的卷筒状膜（或丝）。因此需要用架设在辅机牵引架处的刀片将均匀地分切成片状或条丝状，然后在计米器的作用下进行分切收卷。

当膜的强度、延伸率达标后，膜需要一个定型工序以使膜从丝状转换成成型膜，在定型工序中，必须掌握三个关键：一是制模的装置必须先进且有专业性，二是生产工艺流程要符合微孔膜的特定要求，三是检测仪器装置必须达到产品的设计要求。这三个关键掌握后，制造出的成型膜方可达到各项技术指标要求。成型膜制备完成后，依据相关标准对终端产品进行抽检，抽检合格，放行包装，不合格再加大抽检量进行检验。

本发明与现有技术相比，优点在于：本发明通过对配方的优化，在热致相分离过程中达到理想了的相分离，实现对聚合物孔径等参数的有效控制，可以在保证污水处理效果的同时，显著改善了膜污染情况。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

该实施例中的分离膜包括组分如下：低密度聚乙烯，20份；高密度聚乙烯25份；线性低密度聚乙烯，15份；ZD添加剂，3份；稀释剂（异辛酸钴溶剂），0.8份；萃取剂（煤油），0.8份；助剂（CPA环保塑解剂），0.9份；聚偏氟乙烯（PVDF），34份；可降解母粒，0.5份。

所述高效分离膜的制备方法如下：

（1）混料：按上述配比称取各组分，将各组分分别倒入搅拌机内，反复搅拌，使所述原料搅拌均匀，然后将所述原料经拌料机出料口直接流入吹膜挤出机的存料料斗内用于挤出吹塑；

（2）预热温控：针对料层的原料挤出状况，控制料层温度在190℃左右，主机模头温度为215℃左右，加升温时间在3.5小时左右；

（3）、挤出：模头在经过一段时间的升温，达到温控要求后，各组分原料就会融化后挤出；挤出时，首先在膜刚挤出模头40~45cm时，将膜捏在一起，形成一个扇形状态的膜团块，再随着膜的挤出慢慢拉起膜团块，待膜挤出至55~60cm形成泡形膜时，在膜团块上扎上牵引带子，然后，逐步加大膜的挤出量和气压量，泡形膜在牵引主机各导滚牵引的作用下，自然进入辅机牵引架，使膜逐步形成；

（4）、冷却成形：膜经挤出拉膜牵引成功后，卷绕到辅机收卷架上，根据各个不同螺杆原料的挤出量及泡形膜的状况，调整上牵引主机转速、风量、气压及下牵引的牵引速度与冷却循环水流速； 

（5）、检膜：在膜成形后，收卷前，由专职检验员在膜15~20m左右时，用小刀分5个点，各划出一块脸盆状大小或标准长度是0.5米的膜分别用测厚仪、千分尺、钢卷尺及拉力测试机进行各种性能的检验，包括厚度偏差，米克重、纵横向强度、延伸率；

（6）、分切收卷：经主机融化挤出吹塑后形成圆筒形的泡形膜，再经上牵引架输送至各个平衡导滚至下牵引辅机收卷架；用两把L形刀片，架在辅机下牵引机的两端，将圆筒形的泡形膜均匀地进行二边分切，然后，分为A卷与B卷，分别收成卷筒状，再根据计量器的计量进行收卷。

实施例2

该实施例中的分离膜包括组分如下：低密度聚乙烯，15份；高密度聚乙烯30份；线性低密度聚乙烯，12份；ZD添加剂，2份；稀释剂（异辛酸钴溶剂），0.5份；萃取剂（柴油），0.5份；助剂（半化学性塑解剂），1.5份；聚偏氟乙烯（PVDF），38份；可降解母粒，0.5份。

所述高效分离膜的制备方法如下：

（1）混料：按上述配比称取各组分，将各组分分别倒入搅拌机内，反复搅拌，使所述原料搅拌均匀，然后将所述原料经拌料机出料口直接流入吹膜挤出机的存料料斗内用于挤出吹塑；

（2）预热温控：针对料层的原料挤出状况，控制料层温度在180℃左右，主机模头温度为200℃左右，加升温时间在3小时左右；

（3）、挤出：模头在经过一段时间的升温，达到温控要求后，各组分原料就会融化后挤出；挤出时，首先在膜刚挤出模头40~45cm时，将膜捏在一起，形成一个扇形状态的膜团块，再随着膜的挤出慢慢拉起膜团块，待膜挤出至55~60cm形成泡形膜时，在膜团块上扎上牵引带子，然后，逐步加大膜的挤出量和气压量，泡形膜在牵引主机各导滚牵引的作用下，自然进入辅机牵引架，使膜逐步形成；

（4）、冷却成形：膜经挤出拉膜牵引成功后，卷绕到辅机收卷架上，根据各个不同螺杆原料的挤出量及泡形膜的状况，调整上牵引主机转速、风量、气压及下牵引的牵引速度与冷却循环水流速；

（5）、检膜：在膜成形后，收卷前，由专职检验员在膜15~20m左右时，用小刀分5个点，各划出一块脸盆状大小或标准长度是0.5米的膜分别用测厚仪、千分尺、钢卷尺及拉力测试机进行各种性能的检验，包括厚度偏差，米克重、纵横向强度、延伸率； 

（6）、分切收卷：经主机融化挤出吹塑后形成圆筒形的泡形膜，再经上牵引架输送至各个平衡导滚至下牵引辅机收卷架；用两把L形刀片，架在辅机下牵引机的两端，将圆筒形的泡形膜均匀地进行二边分切，然后，分为A卷与B卷，分别收成卷筒状，再根据计量器的计量进行收卷。

实施例3

该实施例中的分离膜包括组分如下：低密度聚乙烯，25份；高密度聚乙烯20份；线性低密度聚乙烯，18份；ZD添加剂，4份；稀释剂（N-4（苯胺基苯基）乙酰胺），1份；萃取剂（煤油），1份；助剂（半化学性塑解剂），0.5份；聚偏氟乙烯（PVDF），30份；可降解母粒，0.5份。

所述高效分离膜的制备方法如下：

（1）混料：按上述配比称取各组分，将各组分分别倒入搅拌机内，反复搅拌，使所述原料搅拌均匀，然后将所述原料经拌料机出料口直接流入吹膜挤出机的存料料斗内用于挤出吹塑；

（2）预热温控：针对料层的原料挤出状况，控制料层温度在195℃左右，主机模头温度为230℃左右，加升温时间在4小时左右；

（3）、挤出：模头在经过一段时间的升温，达到温控要求后，各组分原料就会融化后挤出；挤出时，首先在膜刚挤出模头40~45cm时，将膜捏在一起，形成一个扇形状态的膜团块，再随着膜的挤出慢慢拉起膜团块，待膜挤出至55~60cm形成泡形膜时，在膜团块上扎上牵引带子，然后，逐步加大膜的挤出量和气压量，泡形膜在牵引主机各导滚牵引的作用下，自然进入辅机牵引架，使膜逐步形成；

（4）、冷却成形：膜经挤出拉膜牵引成功后，卷绕到辅机收卷架上，根据各个不同螺杆原料的挤出量及泡形膜的状况，调整上牵引主机转速、风量、气压及下牵引的牵引速度与冷却循环水流速； 

（5）、检膜：在膜成形后，收卷前，由专职检验员在膜15~20m左右时，用小刀分5个点，各划出一块脸盆状大小或标准长度是0.5米的膜分别用测厚仪、千分尺、钢卷尺及拉力测试机进行各种性能的检验，包括厚度偏差，米克重、纵横向强度、延伸率； 

（6）、分切收卷：经主机融化挤出吹塑后形成圆筒形的泡形膜，再经上牵引架输送至各个平衡导滚至下牵引辅机收卷架；用两把L形刀片，架在辅机下牵引机的两端，将圆筒形的泡形膜均匀地进行二边分切，然后，分为A卷与B卷，分别收成卷筒状，再根据计量器的计量进行收卷。

对上述实施例1~3中制备的分离膜进行检验，结果如下表所示：

检验项目	实施例1	实施例2	实施例3
				拉伸强度Mpa	22.0	20.6	21
100%定伸应力 Mpa	3.2	3.1	3.3
				300%定伸应力 Mpa	14.3	14.4	15
伸长率 %	420	397	400
				永久变形（三分）%	15.7	14	15
IRFD	6.3	6.4	6.2
				回弹性	36	35	38
阿克隆消耗	0.61	0.63	0.65
				撕力 kg/cm	127	126	130

结果分析：

（1）、在热致相分离技术中，不良溶剂的选择是技术的关键所在。本公司在对其大量筛选的基础上，通过设计合成了适用的溶剂，使热致相分离技术得以实施。

（2）、高强度，膜的拉伸断裂强度高于2.7Mpa，单丝可承受200g以上的重量，单丝的爆破强度高于0.4Mpa。

（3）、高透水量膜在0.1Mpa压力下的纯水通量高于500L/h.m²，在污泥浓度为10g/L的污水中，-0.02Mpa压力下的水通量为20~25L/h.m²，其主要性能已接近达到国际先进水平。

（4）、良好的耐污性，膜的通量保持性好，经实际试验，表明膜在污泥浓度为10g/L的污水中，-0.02Mpa压力下长期工作，产水量能保持在20L/h.m²以上。

Claims (3)

1.用于污水处理的分离膜，其特征在于：所述分离膜的组成成分及各组分的重量份数为：

低密度聚乙烯                 15~25份，

高密度聚乙烯                 20~30份，

线性低密度聚乙烯             12~18份，

ZD添加剂                    2~4份，

稀释剂                       0.5~1份，

萃取剂                       0.5~1份，

助剂                         0.5~1份，

PVDF                        30~40份，

可降解母粒                  0.2~0.8份；

所述ZD添加剂是指脂肪酸锌皂的复合物，其外观是淡黄至棕黄色片状或粒状固体，灰份质量分数为12~14%，熔点为98~104℃，锌的质量分数为：9~11.5%，碘值为40~50gl/100g；

所述稀释剂是指促进剂和/防老剂；其中，所述促进剂是异辛酸钴溶剂，其外观是蓝红色液体或紫色液体，溶剂中异辛酸钴含量在3%~12%之间；所述防老剂是N-4（苯胺基苯基）乙酰胺，其外观为深灰色结晶粉末，灰份质量分数≤30%，熔点≥150℃，溶于丙酮、乙醇、丙烯，不溶于水；

所述萃取剂是指50℃的油浴；

所述助剂是指CPA环保塑解剂或半化学性塑解剂；其中，所述CPA环保塑解剂是有机络合物，其外观为灰色或青灰色粉末，加热减量≤%2，细度目≥100；所述半化学性塑解剂是活化的脂肪酸锌皂为基础的复合物，其外观是墨绿色片状或粒状固体，灰份质量分数为12~14%，熔点为98~104℃，锌的质量分数为：9~11.5%，碘值为40~50gl/100g。

2.如权利要求1所述的用于污水处理的分离膜，其特征在于：所述可降解母粒含有生物活性淀粉。

3.一种权利要求1所述的用于污水处理的分离膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）混料：按权利要求1中的配比称取各组分，将各组分分别倒入搅拌机内，反复搅拌，使所述原料搅拌均匀，然后将所述原料经拌料机出料口直接流入吹膜挤出机的存料料斗内用于挤出吹塑；

（2）预热温控：针对料层的原料挤出状况，控制料层温度在180℃~195℃，主机模头温度为200℃~230℃，加升温时间在3~4小时；

（3）、挤出：模头在经过一段时间的升温，达到温控要求后，各组分原料就会融化后挤出；挤出时，首先在膜刚挤出模头40~45cm时，将膜捏在一起，形成一个扇形状态的膜团块，再随着膜的挤出慢慢拉起膜团块，待膜挤出至55~60cm形成泡形膜时，在膜团块上扎上牵引带子，然后，逐步加大膜的挤出量和气压量，泡形膜在牵引主机各导滚牵引的作用下，自然进入辅机牵引架，使膜逐步形成； 

（4）、冷却成形：膜经挤出拉膜牵引成功后，卷绕到辅机收卷架上，根据各个不同螺杆原料的挤出量及泡形膜的状况，调整上牵引主机转速、风量、气压及下牵引的牵引速度与冷却循环水流速；

（5）、检膜：在膜成形后，收卷前，由专职检验员在膜15~20m左右时，用小刀分5个点，各划出一块脸盆状大小或标准长度是0.5米的膜分别用测厚仪、千分尺、钢卷尺及拉力测试机进行各种性能的检验，包括厚度偏差，米克重、纵横向强度、延伸率；

（6）、分切收卷：经主机融化挤出吹塑后形成圆筒形的泡形膜，再经上牵引架输送至各个平衡导滚至下牵引辅机收卷架；用两把L形刀片，架在辅机下牵引机的两端，将圆筒形的泡形膜均匀地进行二边分切，然后，分为A卷与B卷，分别收成卷筒状，再根据计量器的计量进行收卷。