CN103418245B - 一种膜组件 - Google Patents
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Abstract
本发明是涉及一种膜组件C，可用于渗析、电解操作及水中特定阳离子富集。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，具有一定富集特定阳离子能力和允许水透过的膜组件C。该膜组件C由阳离子交换膜、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，阳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
技术领域
本发明提供了一种完整的膜组件C，可用于渗析、电解操作及水中特定阳离子富集。
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C，将显得尤为必要。为了更好的评价膜组件C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C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：
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，具有一定富集特定阳离子能力和允许水透过的膜组件C。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种膜组件C，其特征在于：该膜组件C由阳离子交换膜、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；阳离子交换膜、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C是一种平板膜。
本发明中所述的一种膜组件C是浸没式。
一种水中氨氮富集装置，其特征在于：该装置包括敞口的氨氮分离器，放置在氨氮分离器内的膜组件C、电极和搅拌器，出水蠕动泵，压力表，进水泵，进水管，出水管，出水口，电源，导线，时间继电器；膜组件C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；搅拌器叶片位于膜组件C下部；电极的两极经导线分别和电源相连，两极放在膜组件C两侧；出水口位于氨氮分离器上部；进水泵接进水管，进水管末端位于氨氮分离器内，且靠近氨氮分离器底部；膜组件C由阳离子交换膜、超滤膜或者微滤膜和带有导流槽和孔洞的支撑板组成。
本发明提供了一种利用上述装置的氨氮富集方法，其步骤包括：
(1)原水引入：原水经进水泵增压后，以3-11ml/min进入氨氮分离器中;
(2)膜组件C连接、流量设定及搅拌：将膜组件C浸没于氨氮分离器中，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1.45-4.15ml/min，经出水管出水。同时，将搅拌器放入氨氮分离器中并运行，其搅拌叶片位于膜组件C下部;
(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，并将阳极正对阳离子交换膜，阴极正对超滤膜，打开电源，调整到电流为0.05-0.3A，并保持不变;
(4)抽停时间比设定及膜组件C清洗：出水蠕动泵，在时间继电器的控制下，出水为间歇性出水即出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:1-5分钟，当压力表指示数值超过15kpa时，需对膜组件C进行清洗;
(5)重新投入运行：将膜组件C清洗后可重新投入运行。整个过程被富集
的氨氮从出水管流出，进而实现了氨氮富集。
本发明的一种膜组件C，其原理在于：
膜组件C由阳离子交换膜、超滤膜和带有导流槽和孔洞的支撑板组成。膜组件C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阳离子交换膜之间，使阳离子交换膜两侧均为水溶液，由于阳离子交换膜具有阳离子（如NH4 +）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C内，在外加电流作用下，单位时间内NH4 +进入膜组件C的数量增加，进入膜组件C的离子，会迅速进入到从超滤膜透过的水中，形成高浓度的氨氮浓缩液，在蠕动泵的抽吸作用下，将氨氮浓缩液转移到后续处理工艺，从而实现氨氮富集。
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C不仅可以允许水分子透过，而且对阳离子（如NH4 +）具有选择透过性。
（2）膜组件C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C示意图。
图2为本发明提供的一种膜组件C的支撑板示意图。
图3为本发明提供的一种水中氨氮富集装置示意图。
图4为本发明提供的一种水中氨氮富集方法运行示意图。
图中：1-支撑板 2-超滤膜或者微滤膜 3-阳离子交换膜 4-膜组件 C出水口 5-导流槽 6-孔洞 7-进水泵 8-进水管 9-氨氮分离器 10-电源 11-导线 12-电极 13-搅拌器 14-膜组件C 15-压力表 16-出水蠕动泵 17-时间继电器 18-出水管 19-出水口
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C(图1、图2)由阳离子交换膜3、超滤膜或者微滤膜2以及带有导流槽5和孔洞6的支撑板1组成。
本发明中的阳离子交换膜3为普通的阳离子交换膜，超滤膜2为普通超滤膜或者微滤膜，为了使实验效果更好，本发明所采用的阳离子交换膜3为来自日本astom提供的型号为CMS的阳离子交换膜，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氨氮富集装置（图3）包括敞口的氨氮分离器9，放置在氨氮分离器9内的膜组件C14、搅拌器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，出水口19；膜组件C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；搅拌器叶片位于膜组件C14下部；电极12的两极经导线11分别和电源10相连，采用阳极正对阳离子交换膜3，阴极正对超滤膜2；出水口19位于氨氮分离器9上部；进水泵7接进水管8，进水管末端位于氨氮分离器9内，且靠近氨氮分离器9底部。
图4表示了水中氨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3-11ml/min进入氨氮分离器9中。
（2）膜组件C连接、流量设定及搅拌：将膜组件C14浸没于氨氮分离器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1.45-4.15ml/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，将搅拌器13放入氨氮分离器9中并运行，其搅拌叶片位于膜组件C14下部。由于搅拌器13的搅拌，氨氮在反应器中的浓度基本上是均匀的。
（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，并将阳极正对阳离子交换膜3，阴极正对超滤膜2，打开电源10，调整电流为0.05-0.3A，并保持不变。膜组件C14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和阳离子交换膜3之间，使阳离子交换膜3两侧均为水溶液，由于阳离子交换膜3具有阳离子（如NH4 +）选择透过性，在外加电流作用下，单位时间内NH4 +进入膜组件C14的数量增加，进入膜组件C14的离子，会迅速进入到从超滤膜2透过的水中，形成高浓度的氨氮浓缩液，进而使氨氮富集。
（4）抽停时间比设定及膜组件C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:1-5分钟，当压力表15指示数值超过15kpa时，需对膜组件C14进行清洗。
（5）重新投入运行：将膜组件C14清洗后可重新投入运行。整个过程被富集的氨氮从出水管18流出，进而实现了氨氮富集。
以下实施例给出膜组件C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。
结果：
例1当原水为一般的生活污水时，其主要水质指标为：NH4 +-N=83.54mg/L；操作条件为：出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:4分钟，进水流量为6ml/min,膜组件C出水流量为4.15ml/min，电流为0.25A时，经过氨氮富集装置后，膜出水的主要指标可以达到：NH4 +-N=105.61mg/L，氨氮富集率为26.41%。
例2当原水为一般的生活污水时，其主要水质指标为：NH4 +-N=77.95mg/L；操作条件为：出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:4分钟，进水流量为6ml/min,膜组件C出水流量为2.6ml/min，电流为0.3A时，经过氨氮富集装置后，膜出水的主要指标可以达到：NH4 +-N=110.29mg/L，氨氮富集率为41.49%。
例3当原水为一般的生活污水时，其主要水质指标为：NH4 +-N=105.61mg/L；操作条件为：出水蠕动泵抽停时间比5分钟:4分钟，进水流量为6ml/min,膜组件C出水流量为3ml/min，电流为0.25A时，经过氨氮富集装置后，膜出水的主要指标可以达到：NH4 +-N=137.95mg/L，氨氮富集率为30.62%。
例4当原水为一般的生活污水时，其主要水质指标为：NH4 +-N=99.46mg/L；操作条件为：出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:4分钟，进水流量为4.5ml/min,膜组件C出水流量为4ml/min，电流为0.25A时，经过氨氮富集装置后，膜出水的主要指标可以达到：NH4 +-N=127.67mg/L，氨氮富集率为28.36%。
例5当原水为一般的生活污水时，其主要水质指标为：NH4 +-N=82.64mg/L；操作条件为：出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:1分钟，进水流量为6ml/min,膜组件C出水流量为4.15ml/min，电流为0.25A时，经过氨氮富集装置后，膜出水的主要指标可以达到：NH4 +-N=92.16mg/L，氨氮富集率为11.52%。
例6当原水为一般的生活污水时，其主要水质指标为：NH4 +-N=84.00mg/L；操作条件为：出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:5分钟，进水流量为6ml/min,膜组件C出水流量为4.15ml/min，电流为0.25A时，经过氨氮富集装置后，膜出水的主要指标可以达到：NH4 +-N=107.57mg/L，氨氮富集率为28.06%。
例7当原水为一般的生活污水时，其主要水质指标为：NH4 +-N=85.66mg/L；操作条件为：出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:4分钟，进水流量为6ml/min,膜组件C出水流量为2.6ml/min，电流为0.05A时，经过氨氮富集装置后，膜出水的主要指标可以达到：NH4 +-N=88.08mg/L，氨氮富集率为2.83%。
例8当原水为一般的生活污水时，其主要水质指标为：NH4 +-N=108.78mg/L；操作条件为：出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:4分钟，进水流量为3.1ml/min,膜组件C出水流量为3ml/min，电流为0.25A时，经过氨氮富集装置后，膜出水的主要指标可以达到：NH4 +-N=120.27mg/L，氨氮富集率为10.56%。
例9当原水为一般的生活污水时，其主要水质指标为：NH4 +-N=98.96mg/L；操作条件为：出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:4分钟，进水流量为11ml/min,膜组件C出水流量为3ml/min，电流为0.25A时，经过氨氮富集装置后，膜出水的主要指标可以达到：NH4 +-N=131.15mg/L，氨氮富集率为32.53%。
例10当原水为一般的生活污水时，其主要水质指标为：NH4 +-N=85.96mg/L；操作条件为：出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:4分钟，进水流量为3ml/min,膜组件C出水流量为1.45ml/min，电流为0.25A时，经过氨氮富集装置后，膜出水的主要指标可以达到：NH4 +-N=87.62mg/L，氨氮富集率为1.93%。
Claims (1)
1.一种膜组件C，其特征在于：该膜组件C由阳离子交换膜、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；阳离子交换膜、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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