CN103418244B - 一种膜组件 - Google Patents

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Abstract

本发明是涉及一种膜组件A,可用于渗析、电解操作及水中特定阴离子富集。它需要解决的技术问题是,提供一种易于操作,便于维护,能耗低,具有一定富集特定阴离子能力和允许水透过的膜组件A。该膜组件A由阴离子交换膜、超滤膜或者微滤膜以及带有导流槽和孔洞的支撑板组成,其特征在于,阴离子交换膜和超滤膜或者微滤膜分别固定在支撑板的两面。

Description

一种膜组件
技术领域
本发明提供了一种完整的膜组件A,可用于渗析、电解操作及水中特定阴离子富集。
背景技术
离子交换膜具有很强的离子选择透过性、分离效率高、能耗低、污染少,因此在许多领域有着重要的应用价值。
近年来,离子交换膜广泛应用于给水、污水处理行业,分离目标组分并使之浓缩富集,以利于后续处理。Seung Joo Lim等采用单一的离子交换膜,实现了废水中NH4 +分离,但由于采用单膜且膜两边均为溶液,无法实现大规模污水处理应用实践,而且当膜污染时,膜清洗难度较大;Yasuyuki FUKUMOTO等采用管状的离子交换膜,实现了废水中NO3 -分离,但分离富集的NO3 -溶液,需要外加循环泵进行循环并将浓液排出,不仅增加了运行成本,而且无法实现连续输出NO3 -浓缩溶液;另外,离子交换膜广泛用于电渗析,但电渗析有一定局限性,即只允许特定离子透过膜,而水分子不能透过。
因此,发明操作简便低碳环保膜组件A,将显得尤为必要。为了更好的评价膜组件A性能,需引入富集率这个重要参数,即富集率(η)定义为:在一定的操作条件下,进水离子浓度(N1)与膜组件A出水中该离子浓度(N2),再除以进水离子浓度(N1)。具体计算公式如下:
η ( % ) = N 2 - N 1 N 1 × 100 %
发明内容
本发明需要解决的技术问题是,提供一种易于操作,便于维护,能耗低,具有一定富集特定阴离子能力和允许水透过的膜组件A。
本发明的目的通过下述技术方案实现:
一种膜组件A,其特征在于:该膜组件A由阴离子交换膜、超滤膜或者微滤膜之一、和带有导流槽和孔洞的支撑板组成;阴离子交换膜、超滤膜或者微滤膜之一分别固定在支撑板的两面。
本发明中所述的一种膜组件A是一种平板膜。
本发明中所述的一种膜组件A是浸没式。
一种水中硝氮富集装置,其特征在于:该装置包括敞口的硝氮分离器,放置在硝氮分离器内的膜组件A、曝气头和电极,气泵,气体流量计,气路管线,出水蠕动泵,压力表,进水泵,进水管,出水管,电源,导线,时间继电器;膜组件A出水口与出水管、压力表和出水蠕动泵依次相连,并受时间继电器的控制;进水泵受时间继电器控制;曝气头与气路管线、气体流量计和气泵依次相连;曝气头位于膜组件A下部;电极的两极经导线分别和电源相连,两极放在膜组件A两侧;进水泵接进水管,进水管末端位于硝氮分离器内,且靠近硝氮分离器底部;膜组件A由阴离子交换膜、超滤膜或者微滤膜和带有导流槽和孔洞的支撑板组成。
本发明还提供了一种利用上述装置的硝氮富集方法,其步骤包括:
(1)原水引入:原水经进水泵增压后,以4-6.6ml/min进入硝氮分离器中,进水泵受时间继电器控制,进水为间歇性型进水即进水泵抽停时间比为5分钟:1-4分钟;
(2)膜组件A连接、流量设定及微曝气:将膜组件A浸没于硝氮分离器中,其出水口与出水管、压力表和出水蠕动泵依次相连,并受时间继电器的控制,打开出水蠕动泵,调整流量为4-6.6ml/min,经出水管出水。同时,将曝气头放入硝氮分离器中膜组件A下部进行曝气,调整气体流量计,控制DO在0.5-0.7mg/L;
(3)电源连接及电流设定:将电极的两极经导线分别与电源相连,并将阳极正对超滤膜,阴极正对阴离子交换膜,打开电源,调整到电流为0.05-0.25A,并保持不变;
(4)抽停时间比设定及膜组件A清洗:出水蠕动泵,在时间继电器的控制下,出水为间歇性型出水即出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:1-4分钟,且与进水泵同步间歇进出水,当压力表指示数值超过15kpa时,需对膜组件A进行清洗;
(5)重新投入运行:将膜组件A清洗后可重新投入运行。整个过程被富集的硝氮从出水管流出,进而实现了硝氮富集。
本发明的一种膜组件A,其原理在于:
膜组件A由阴离子交换膜、超滤膜和带有导流槽和孔洞的支撑板组成,膜组件A中的超滤膜可以允许水分子透过进入到超滤膜和支撑板之间,透过的水分子通过支撑板的孔洞进入到支撑板和阴离子交换膜之间,使阴离子交换膜两侧均为水溶液,由于阴离子交换膜具有阴离子(如NO3 -)选择透过性,在不外加电流作用下,可以通过渗析原理,进入膜组件A内,在外加电流作用下,单位时间内加快NO3 -进入膜组件A的数量增加,进入膜组件A的离子,会迅速进入到从超滤膜透过的水中,形成高浓度的硝氮浓缩液,在蠕动泵的抽吸作用下,将硝氮浓缩液转移到后续处理工艺,从而实现硝氮富集。
本发明与现有技术相比,具有以下优点及突出效果:
(1)膜组件A不仅可以允许水分子透过,而且对阴离子(如NO3 -)具有选择透过性。
(2)膜组件A为浸没式平板膜组件,易于操作和便于维护,并可实现规模化污水处理。
(3)被富集的浓缩液可直接用蠕动泵抽出,输送到后续处理工艺,不需额外添加循环泵,进而减少运行成本。
附图说明
图1为本发明提供的一种膜组件A示意图。
图2为本发明提供的一种膜组件A的支撑板示意图。
图3为本发明提供的一种水中硝氮富集装置示意图。
图4为本发明提供的一种水中硝氮富集方法运行示意图。
图中:1-支撑板 2-普通超滤膜或者微滤膜 3-阴离子交换膜 4-膜组件 A出水口 5-导流槽  6-孔洞 7-进水泵  8-进水管  9-硝氮分离器  10-电源11-导线  12-电极  13-曝气头 14-膜组件  A  15-压力表  16-出水蠕动泵17-时间继电器  18-出水管  19-气体流量计 20-气泵 21-气路管线
具体实施方式
下面结合附图1、2、3、4及实施例详细加以说明,以进一步理解本发明:
本发明中的膜组件A(图1、图2)由阴离子交换膜3、超滤膜或者微滤膜2及带有导流槽5和孔洞6的支撑板1组成。
本发明中的阴离子交换膜3为普通的阴离子交换膜,超滤膜2为普通超滤膜或者微滤膜,为了使实验效果达到更好,本发明所采用的阴离子交换膜3为来自日本astom提供的型号为ACS的阴离子交换膜,超滤膜2为来自南京瑞洁特提供的孔径为0.1μm、膜通量为18.75-20.83L/m2.h的超滤膜。
本发明所提供的一种水中硝氮富集装置(图3)包括敞口的硝氮分离器9,放置在硝氮分离器9内的膜组件A14、曝气头13和电极12,进水泵7,进水管8,电源10,导线11,压力表15,出水蠕动泵16,时间继电器17,出水管18,气体流量计19,气泵20,气路管线21;膜组件A出水口4与出水管18、压力表15和出水蠕动泵16依次相连,并受时间继电器17的控制;进水泵7受时间继电器17控制;曝气头13与气路管线21、气体流量计19和气泵20依次相连;曝气头13位于膜组件A14下部;电极12的两极经导线11分别和电源10相连,采用阳极正对超滤膜2,阴极正对阴离子交换膜3;进水泵7接进水管8,进水管末端位于硝氮分离器9内,且靠近硝氮分离器9底部。
图4表示了水中硝氮富集装置运行状态,具体步骤为:
(1)原水引入:原水经进水泵7增压后,经过进水管8以流量为4-6.6ml/min进入硝氮分离器9中,进水泵7受时间继电器17控制,进水为间歇性型进水即进水泵抽停时间比为5分钟:1-4分钟。
(2)膜组件A连接、流量设定及微曝气:将膜组件A14浸没于硝氮分离器9中,其出水口4与出水管18、压力表15和出水蠕动泵16依次相连,并受时间继电器17的控制,打开出水蠕动泵16,调整出水流量为4-6.6ml/min并不断调整转速维持出水流量不变,经出水管18出水。同时,将曝气头13放入硝氮分离器9中膜组件A14下部进行曝气,调整气体流量计19,控制DO在0.5-0.7mg/L;
(3)电源连接及电流设定:将电极12的两极经导线11分别与电源10相连,并将阳极正对超滤膜2,阴极正对阴离子交换膜3,打开电源10,调整电流为0.05-0.25A,并保持不变。膜组件A14中的超滤膜2可以允许水分子透过进入到超滤膜2和支撑板1之间,透过的水分子通过支撑板1的孔洞6进入到支撑板1和阴离子交换膜3之间,使阴离子交换膜3两侧均为水溶液,由于阴离子交换膜3具有阴离子(如NO3 -)选择透过性,在外加电流作用下,单位时间内NO3 -进入膜组件A14的数量增加,进入膜组件A14的离子,会迅速进入到从超滤膜2透过的水中,形成高浓度的硝氮浓缩液,进而使硝氮得到富集。
(4)抽停时间比设定及膜组件A清洗:出水蠕动泵16,在时间继电器17的控制下,出水为间歇性型出水即出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:1-4分钟,且与进水泵7同步间歇进出水,当压力表15指示数值超过15kpa时,需对膜组件A14进行清洗。
将膜组件A14清洗后可重新投入运行。整个过程被富集的硝氮从出水管18流出,进而实现了硝氮富集。
以下实施例给出膜组件A性能。然而,这些实施例仅仅是提供作为说明而不是限定本发明;实施例中DO均控制在0.5-0.7mg/L即可,DO在该范围对实验结果影响可以忽略。
结果:
例1当原水为配水时,其主要水质指标为:NO3 --N=86.38mg/L;操作条件为:进水泵、出水:蠕动泵抽停时间比均为5分钟:4分钟,进水流量为6.6ml/min,膜组件A出水流量为6.6ml/min,电流为0.25A时,经过硝氮富集装置后,膜出水的主要指标可以达到:NO3 --N-=139.03mg/L,硝氮富集率为65.96%.
例2当原水为配水时,其主要水质指标为:NO3 --N=82.1mg/L;操作条件为:进水泵、出水蠕动泵抽停时间比均为5分钟:4分钟,进水流量为4ml/min,膜组件A出水流量为4ml/min,电流为0.25A时,经过硝氮富集装置后,膜出水的主要指标可以达到:NO3 --N=138.61mg/L,硝氮富集率为68.82%。
例3当原水为配水时,其主要水质指标为:NO3 --N=90.33mg/L;操作条件为:进水泵、出水蠕动泵抽停时间比均为5分钟:1分钟,进水流量为4ml/min,膜组件A出水流量为4ml/min,电流为0.25A时,经过硝氮富集装置后,膜出水的主要指标可以达到:NO3 --N=130.99mg/L,硝氮富集率为45.01%。
例4当原水为配水时,其主要水质指标为:NO3 --N=90.44mg/L;操作条件为:进水泵、出水蠕动泵抽停时间比均为5分钟:4分钟,进水流量为4ml/min,膜组件A出水流量为4ml/min,电流为0.05A时,经过硝氮富集装置后,膜出水的主要指标可以达到:NO3 --N=93.57mg/L,硝氮富集率为3.46%。

Claims (1)

1.一种膜组件A,其特征在于:该膜组件A由阴离子交换膜、超滤膜或者微滤膜之一、和带有导流槽和孔洞的支撑板组成;阴离子交换膜、超滤膜或者微滤膜之一分别固定在支撑板的两面。
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