CN105036412B

CN105036412B - 去除有机物的过滤器及方法以及超纯水制备方法

Info

Publication number: CN105036412B
Application number: CN201510449142.0A
Authority: CN
Inventors: 张平原; 张平凡; 廖锡海; 李剑锋
Original assignee: Guangzhou Public Environmental Protection Equipment Co Ltd
Current assignee: Guangzhou public environmental protection equipment Co., Ltd.
Priority date: 2015-07-28
Filing date: 2015-07-28
Publication date: 2017-06-20
Anticipated expiration: 2035-07-28
Also published as: CN105036412A

Abstract

本发明公开了一种去除有机物的过滤器，包括过滤器罐体，罐体上部设有进水管；所述罐体下部设有下封头；在罐体内下多孔板上安装有至少两根微滤滤芯，所述微滤滤芯上部通过滤芯紧固螺母与上多孔板固定，下部通过滤芯接头与下多孔板固定，出水管位于下封头内；法兰用于固定下多孔板；微滤滤芯与微滤滤芯、微滤滤芯与过滤器罐体之间填充有阴离子交换树脂床层；上人孔与下人孔分别设于过滤器罐体的上部与下部，用于装入与卸下树脂。本发明运用强碱性阴离子交换树脂对有机污染物的吸附作用和微滤的共同作用，能够有效去除水中的各种腐殖酸、富里酸、木质素、单宁酸等有机污染物，从而达到去除水中有机污染物的目的。

Description

去除有机物的过滤器及方法以及超纯水制备方法

技术领域

本发明涉及一种水处理设备，特别涉及一种去除有机物的过滤器及方法以及过滤系统。

背景技术

为了充分利用能源和节约水资源，市政污水处理后的再生水成为许多工业及工艺用水水源。同时由于环境污染的加剧，个别地表水水源也受到污染富营养化，以上水源作为工业及工艺用水水源均面临同一个问题，水中有机污染物超标。其特点在于溶解性有机物增多，它们的有机污染物含量低于污水处理厂的排放标准，但又高于城市自来水中有机污染物含量标准。

目前对于地表水的有机污染物的处理方法是采用曝气、过滤、活性炭吸附、化学药剂等方式进行去除。常规的混凝、沉淀、过滤消毒对常规处理的对象主要是水中的悬浮物、胶体杂质和细菌。对将常规处理工艺不能有效去除的污染物或DBPs的前驱物进行深度处理加以去除，以提高和保证水质。而对于城市再生水则只能通过深度处理如臭氧氧化、臭氧/活性炭、紫外线等方式去除。对于采用再生水或微污染水作为水源的工业或工艺水制备过程来说，一般采用预处理——超滤——反渗透——EDI的全膜法工艺流程，虽然全膜法存在设备占地小、自动化程度高、运行操作简单、无酸碱使用化学药品用量小无污染物排放等优点，但仍无法有效去除水中微量可溶性有机污染物。有机污染物的存在对设备的长期稳定运行和产水水质造成的严重的后果，导致反渗透膜的有机物污染和微生物污堵，运行压力增大、产水量下降不得不进行化学清洗，而频繁的化学清洗导致反渗透膜的脱盐率降低。当反渗透膜降低到一定程度就不得不提前更换反渗透膜，造成不必要的经济损失。而edi模块受到有机物污染则造成模块内离子交换树脂的交换容量降低，脱硅效率下降，模块内电阻增大，操作电压增高，运行电流降低。模块进出口压差增大，流量降低。而氯化钠溶液的清洗可以恢复被污堵的离子交换树脂，但无法全部去除有机污染物，而在碱性条件下降解的微生物及其分泌物转化为小分子有机污染物被离子交换树脂吸附仍无法去除。清洗的结果是模块的运行压差降低、产水流量提高，但模块的运行电压仍维持高位，模块内电阻没有降低。因此有必要在设备运行过程中对微量有机污染物进行去除。对于反渗透膜的有机物及微生物污染的常见的方式是采用非氧化性杀菌剂来防止微生物污染及其造成的污堵，必要时进行化学清洗，由于微生物的抗药性因此持续的周期短则一周长则一到两个月，一般在20天左右。而反渗透对非电解质的有机污染物无去除作用，部分有机污染物不可避免的进入下一单元EDI影响系统的正常运行。而对于EDI系统，可采用酸洗、氯化钠清洗、0.04%的过氧乙酸消毒等措施处理，但若氧化剂控制不当可能造成离子交换树脂、膜的不可逆氧化导致设备损坏。同时应当指出以上措施均属事后补救措施而非预防措施。

对于在半导体工艺的超纯水制备过程中采用臭氧氧化和紫外线降解去除水中微量有机污染物（TOC），除了设备价格高运行费用高的问题之外，臭氧也可能由于臭氧剂量问题造成离子交换树脂、膜的氧化。同样紫外线降解，由于在180纳米的紫外线条件下水中可能产生臭氧也可能造成离子交换树脂、膜的氧化。因此有必要全膜法系统中选用必要的工艺和设备在有机污染物进入反渗透膜/EDI模块之前进行去除。

发明内容

本发明的目的是提供一种去除有机物的过滤器及方法以及过滤系统，要解决制水系统中的有机污染物会对反渗透膜、EDI模块的污染，减少设备的使用寿命的技术问题；并解决设备价格高运行费用高的问题。

为实现上述目的，在本发明的第一方面公开了一种去除有机物的过滤器，包括过滤器罐体，罐体上部设有进水管；所述罐体下部设有下封头；在罐体内下多孔板上安装有至少两根微滤滤芯，所述微滤滤芯上部通过滤芯紧固螺母与上多孔板固定，下部通过滤芯接头与下多孔板固定，出水管位于下封头内；法兰用于固定下多孔板；微滤滤芯与微滤滤芯、微滤滤芯与过滤器罐体之间填充有阴离子交换树脂床层；上人孔与下人孔分别设于过滤器罐体的上部与下部，用于装入与卸下树脂。

进一步地，所述微滤滤芯是耐碱腐蚀的PP喷熔滤芯或线绕滤芯；所述微滤滤芯上部装有滤芯护管，滤芯护管的长度为微滤滤芯长度的一半；所述阴离子交换树脂床层填充为强碱性阴树脂；阴离子交换树脂床层的高度为65%～75%的微滤滤芯高度。

进一步地，在滤芯护管的上部设有滤芯限位盘，滤芯限位盘由下部的限位盘支架承托。

进一步地，过滤器罐体设有一个或多个进水管，每个进水管在过滤器罐体内侧连接有布水管，进水管下部设有折流挡板；在出水管附近设有出口管挡板。

进一步地，所述罐体的底部设有支腿。

在本发明的第二方面公开了一种去除有机物的方法，其采用本发明第一方面所述的去除有机物的过滤器，包括步骤：（1）采用强碱性阴离子树脂吸附；（2）再微滤滤芯过滤；（3）然后用碱性洗脱液对阴离子树脂洗脱，首先一个到两个的清洗液床层以不超过两个床层体积/小时冲洗，然后一个床层体积的清洗液以相同的流速进入床层并可以浸泡8小时或过夜；浸泡完毕后面一到两个床层的清洗液流速如前，冲洗完毕后以反渗透出水冲洗；至出水pH值符合下一步进水要求后设备转入工作阶段。

进一步地，所述强碱性阴离子树脂为丙烯酸系或苯乙烯系；所述微滤滤芯是耐碱腐蚀的PP喷熔滤芯或线绕滤芯。

进一步地，洗脱液为质量百分含量为5%～15%的氯化钠、质量百分含量为2%～5%的氢氧化钠与质量百分含量为5%～10%的硝酸钠；洗脱液的清洗温度为30℃～35℃；洗脱液的耗量为阴离子树脂体积的3～5倍。

在本发明的第三方面公开了一种超纯水的制备方法，包括下列步骤：

（1）将原水通过机械过滤和活性炭过滤的方法进行预处理；

（2）将预处理后的产水进行反渗透膜过滤，这样可滤除95%以上的电解质和大分子化合物；

（3）连续电除盐技术（EDI）：采用本发明第一方面所述的去除有机物的过滤器；

（4）经波长为180nm-254nm的紫外线消解去除小分子有机化合物；

（5）采用混合离子交换床中抛光树脂处理步骤（4）得到的产物以去除水中的离子。

（6）最后采用0.2μm滤膜过滤，使得水中颗粒物的粒径小于0.2μm。

在本发明的第四方面公开了一种去除有机物的过滤系统，包括本发明第一方面所述的过滤器，所述过滤器的进水口与进水管连接，进水管上串联有阀门K₂，阀门K₂与进水口之间的管路上并联一个洗脱分支，洗脱分支的管路上连有阀门K₃，洗脱分支的管路另一端与洗脱水箱连通；洗脱水箱的出水管与清洗泵的进水口连接，清洗泵的出水口经串连有阀门K₅的洗脱进水管路与过滤器22的出水管路并连，清洗泵的出水口与洗脱水箱的进水管连接；

过滤器的出水管路与阀门K₄、K₆和TOC检测仪表连接，过滤器的出水管路还在阀门K₄的出水一侧并联一冲洗分支，冲洗分支的管路上连有阀门K₁、K₇，冲洗管路的另一端与洗脱水箱的进水管连接。

水首先从过滤器进口经过布水管进入过滤器，由于阴树脂床层的阻力小于PP滤芯和线缠绕滤芯，水大部分从阴树脂床层上部穿过，这样大部分有机物被吸附，而后水穿过滤芯通过过滤器底部的出口排出；由于滤芯上部的过水部分被保护套管封闭，因此只有很少的水未经树脂处理而直接排出过滤器。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

本发明运用强碱性阴离子交换树脂对有机污染物的吸附作用和微滤的共同作用，能够有效去除水中的各种腐殖酸、富里酸、木质素、单宁酸等有机污染物，从而达到去除水中有机污染物的目的。

采用氯化钠溶液可以对树脂进行洗脱，从而可以重复利用树脂的吸附作用达到去除有机污染物的目的；从而将制水系统中的有机污染物去除，避免对反渗透膜、edi模块的污染，延长设备的使用寿命。同时可以用旧的阴树脂装填除有机物过滤器，进一步降低设备的运行成本。同时微滤滤芯的采用可以阻挡破碎的阴树脂及其他颗粒污染物进入后续水处理设备，也可以代替精密过滤器使用。

该设备采用阴树脂吸附与微滤相结合的一体化设计，简化了设备结构、缩小了设备体积，同时也使设备的自控变得简单和容易。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的用于去除有机物的过滤器的俯视图；

图3是本发明的进水管的布水管的放大图；

图4是本发明的工艺流程图。

附图标记：1－过滤器罐体、2－上多孔板、3－下封头、4－法兰、5－支腿、6－下多孔板、7－出水管、8－进水管、9－布水管、10－折流挡板、11-微滤滤芯、12-下部滤芯接头、13-滤芯限位盘、14-滤芯护管、15-阴树脂床层、16-上人孔（阴树脂装填口）、17-下人孔（阴树脂卸料孔）、18-滤芯紧固螺母、19-限位盘支架、20-出口管挡板、21-密封胶垫。

具体实施方式

如图1所示，本发明的用于去除有机物过滤器，包括过滤器罐体1和在过滤器罐体内上多孔板2和下多孔板6之间安装的至少一根滤芯11，过滤器罐体有下封头3、进水管8、出水管7和上人孔（树脂装填口）16、下人孔（树脂卸料口）17。下封头3在出水口侧有出口管挡板20，防止氯化钠溶液反洗时对滤芯的冲击。进水管8在设备罐体内与布水管9连接，布水管9为不锈钢V型绕丝结构，间隙为0.2mm～0.25mm，布水管9下部为折流档板10，避免水流对滤芯和树脂的冲击，同时防止反洗时阴树脂逃逸流出。滤芯11上部通过紧固螺母18与上多孔板2固定，下部通过滤芯接头12与多孔板6固定。为避免滤芯短路和窜水，在滤芯11的上部装有滤芯护管14，其长度为滤芯高度的50%。滤芯11上部与上多孔板2、紧固螺母18与上多孔板2之间采用密封胶垫21密封，密封垫的材质为硅橡胶或其他那碱性腐蚀橡胶。在滤芯11和罐体1之间装填有碱性阴离子交换树脂，树脂的高度为65%～75%的滤芯11高度。

若采用丙烯酸系强碱性阴树脂其有机物的去除率96%优于苯乙烯系大孔强碱性树脂的去除率72%，丙烯酸系树脂的使用温度小于35℃，苯乙烯系大孔强碱性树脂的使用温度小于35℃。由于强碱性阴树脂对有机物的吸附容量大，每升树脂可去除20g～30g有机物（以COD_Mn法，mgO₂/L为单位）。

所述的阴树脂吸附有机物饱和后可以采用氯化钠溶液浸泡循环反洗的方式对已吸附的有机污染物进行再生和洗脱，洗脱后用反渗透水正洗至pH达标后复用。

再生和洗脱所使用的氯化钠溶液的中氯化钠的质量浓度为5%～15%，氢氧化钠的质量浓度为2%～5%。也可采用盐酸或硝酸钠溶液洗脱。

所使用的氯化钠溶液为提高有机物的洗脱效果，其清洗温度应预热至30℃～35℃。清洗液的耗量为床层体积的3～5倍。首先一个到两个的清洗液床层以不超过两个床层体积/小时冲洗，然后一个床层体积的清洗液以相同的流速进入床层并可以浸泡8小时或过夜。浸泡完毕后面一到两个床层的清洗液流速如前，冲洗完毕后以反渗透出水冲洗。至出水pH值符合下一步进水要求后设备转入工作阶段。

其在实际运行过程中主要适用于去除反渗透产水中的微量有机污染物，防止有机污染物对后续设备的污染。从而避免由于有机物污染造成的污堵、微生物污染等严重后果。

如图2所示，为便于滤芯的安装和定位，在过滤器的上部设有滤芯限位盘13，限位盘的开孔数量及位置与过滤器多孔板一致，其厚度为5mm～8mm，其外径大于滤芯保护管的外径6mm～10mm，其材质为PVC、PP等耐强碱腐蚀的材质。限位盘由下部的限位盘支架19承托，限位盘支架的数量为3个或6个于设备内壁均布。上人孔（树脂装填口）16和下人孔（树脂卸料口）17，相向布置。

如图3所示，为避免进水对滤芯及树脂床层的冲击以及在反洗时阴树脂逃逸，在设备内壁进口管与布水管9相连接，布水管采用V型钢绕丝结构，绕丝之间的间隙为0.2mm～0.25mm，小于树脂的粒径0.45mm。其材质为不锈钢，型号可为304ss、316或316L。

如图4所示，该系统的运行包括下列步骤：

与反渗透及EDI等设备通过管道及泵阀连接，可以连续运行，在制水系统停机时进行在线洗脱，也可以在设备在氯化钠溶液洗脱时制水系统可以采用穿越管运行短时系统有机污染物超标，而不影响系统连续运行。

所述过滤器22的进水口与进出水管连接，通过阀门（含部分电动或气动阀门）形成三个管路：1、正常制水管路；2、穿越管路；3、碱洗脱及清洗管路。其中正常制水管路电动（气动）阀门K_1、K_3、K_5、K₇关闭，电动（气动）阀门K_2、K_4、K₆开启，进水进入过滤器经阴离子床层出去有机物后排出进入后续处理。

当出口TOC检测仪表显示出水有机污染物超标后，过滤器切换至碱洗脱和清洗管路，电动（气动）阀门K_2、K_4、K₇关闭，电动（气动）阀门K_1、K_3、K_5、K₆开启，进水经K_1、K₆不经过过滤器直接穿越至下一处理阶段，同时K_3、K₅阀门开启，同时启动碱洗泵对阴树脂床层的有机污染物进行洗脱，洗脱时其清洗温度应预热至30℃～35℃。清洗液的耗量为床层体积的3～5倍。首先一个到两个的清洗液床层以不超过两个床层体积/小时冲洗，然后一个床层体积的清洗液以相同的流速进入床层并可以浸泡8小时或过夜。浸泡完毕后面一到两个床层的清洗液流速如前，冲洗完毕后以反渗透出水冲洗。至出水pH值符合下一步进水要求后设备转入工作阶段。所使用的氯化钠溶液的中氯化钠的质量浓度为5%～15%，氢氧化钠的质量浓度为2%～5%。也可采用盐酸或硝酸钠溶液洗脱。

碱洗脱完毕后，电动（气动）阀门K_1、K_3、K_5、K₆关闭，阀门K_2、K_4、K₇开启，进水经过过滤器对过滤器内残留的碱液进行冲洗冲洗水经阀门K₇进入碱洗及清洗水箱。清洗完成后阀门恢复至正常制水状态。

当设备出口TOC超标而制水系统由于生产要求而无法停机时，可以在设备在氯化钠溶液洗脱时制水系统可以采用穿越管运行短时系统有机污染物超标，而不影响系统连续运行。其阀门状态为电动阀（气动阀也可）K₂、K₄关闭，开启K₁、K₃、K_5、K₆制水系统通过穿越管越过除有机物过滤器直接进入下一环节而不必停机，而除有机物过滤器可以同时在线清洗。

一种超纯水的制备方法，包括下列步骤：

（1）将原水通过过滤的方法预处理；预处理工艺可以采用传统的机械过滤和活性炭过滤。机械过滤通过砂芯滤板和纤维柱滤除机械杂质，如铁锈和其他悬浮物等。活性炭是广谱吸附剂，可吸附气体成分，如水中的余氯等；吸附细菌和某些过渡金属等。氯气能损害反渗透膜，因此应力求除尽。也可以采用碟片式自冲洗过滤器和超滤作为预处理工艺去除大多数悬浮物和胶体等污染物。

（2）将预处理后的产水进行反渗透膜过滤；可滤除95%以上的电解质和大分子化合物，包括胶体微粒和病毒等。一般采用二级反渗透工艺使得RO产水符合edi装置的进水要求。

（3）EDI（连续电除盐技术）：在直流电的推动下，通过淡水室水流中的阴阳离子分别穿过阴阳离子交换膜进入到浓水室而在淡水室中去除。RO纯水电导率一般是40-2μS/cm（25℃)。EDI纯水电阻率可以达到15 MΩ.cm(25℃)以上。

（4）紫外线消解：借助于短波（180nm-254nm）紫外线照射分解水中的不易被活性炭吸附的小有机化合物，如甲醇、乙醇等，使其转变成CO2和水，以降低TOC的指标。

（5）抛光混床（离子交换单元）：已知混合离子交换床是除去水中离子的决定性手段。采用高质量的树脂，就是化学稳定性特别好，不分解，不含低聚物、单体和添加剂等的树脂。抛光树脂"大概就属于这一类树脂。作为终端处理使得超纯水中的离子达到完全去除的目的。

（6）0.2μm滤膜过滤，以除去水中的颗粒物到每毫升1个（小于0.2μm的）.经过上述各步骤处理后生产出来的水就是超纯水了。应能满足各种仪器分析，高纯分析，衡量。

Claims

1.一种去除有机物的过滤器，包括过滤器罐体（1），罐体（1）上部设有进水管（8）；所述罐体（1）下部设有下封头（3）；其特征在于，

在罐体（1）内下多孔板（6）上安装有至少两根微滤滤芯（11），所述微滤滤芯（11）上部通过滤芯紧固螺母（18）与上多孔板（2）固定，下部通过滤芯接头（12）与下多孔板（6）固定，出水管（7）位于下封头（3）内；法兰（4）用于固定下多孔板（6）；

微滤滤芯（11）与微滤滤芯（11）、微滤滤芯（11）与过滤器罐体（1）之间填充有阴离子交换树脂床层（15）；上人孔（16）与下人孔（17）分别设于过滤器罐体（1）的上部与下部，用于装入与卸下树脂。

2.根据权利要求1所述的一种去除有机物的过滤器，其特征在于：所述微滤滤芯（11）是耐碱腐蚀的PP喷熔滤芯或线绕滤芯；所述微滤滤芯（11）上部装有滤芯护管（14），滤芯护管（14）的长度为微滤滤芯（11）长度的一半；

所述阴离子交换树脂床层（15）填充为强碱性阴树脂；

阴离子交换树脂床层（15）的高度为65%～75%的微滤滤芯（11）高度。

3.根据权利要求2所述的一种去除有机物的过滤器，其特征在于：在滤芯护管（14）的上部设有滤芯限位盘（13），滤芯限位盘（13）由下部的限位盘支架（19）承托。

4.根据权利要求1所述的一种去除有机物的过滤器，其特征在于：过滤器罐体（1）设有一个或多个进水管（8），每个进水管在过滤器罐体（1）内侧连接有布水管（9），进水管（8）下部设有折流挡板（10）；在出水管（7）附近设有出口管挡板（20）。

5.根据权利要求1所述的一种去除有机物的过滤器，其特征在于：所述罐体的底部设有支腿（5）。

6.一种去除有机物的方法，其采用根据权利要求1-5中任一项所述的去除有机物的过滤器，其特征在于，包括步骤：

（1）采用强碱性阴离子树脂吸附；

（2）再微滤滤芯过滤；

（3）然后用碱性洗脱液对阴离子树脂洗脱，首先一个到两个的清洗液床层以不超过两个床层体积/小时冲洗，然后一个床层体积的清洗液以相同的流速进入床层并浸泡8小时或过夜；浸泡完毕后面一到两个床层的清洗液流速如前，冲洗完毕后以反渗透出水冲洗；至出水pH值符合下一步进水要求后设备转入工作阶段。

7.根据权利要求6所述的一种去除有机物的方法，其特征在于：所述强碱性阴离子树脂为丙烯酸系或苯乙烯系；所述微滤滤芯是耐碱腐蚀的PP喷熔滤芯或线绕滤芯。

8.根据权利要求6所述的一种去除有机物的方法，其特征在于：洗脱液为质量百分含量为5%～15%的氯化钠、质量百分含量为2%～5%的氢氧化钠与质量百分含量为5%～10%的硝酸钠；洗脱液的清洗温度为30℃～35℃；洗脱液的耗量为阴离子树脂体积的3～5倍。

9.一种去除有机物的过滤系统，包括权利要求1-5任一项所述的过滤器（22），其特征在于：

所述过滤器（22）的进水口与进水管连接，进水管上串联有阀门K₂，阀门K₂与进水口之间的管路上并联一个洗脱分支，洗脱分支的管路上连有阀门K₃，洗脱分支的管路另一端与洗脱水箱（23）连通；洗脱水箱（23）的出水管与清洗泵（24）的进水口连接，清洗泵（24）的出水口经串连有阀门K₅的洗脱进水管路与过滤器（22）的出水管路并连，清洗泵（24）的出水口与洗脱水箱（23）的进水管连接；

过滤器（22）的出水管路与阀门K₄、K₆和TOC检测仪表连接，过滤器（22）的出水管路还在阀门K₄的出水一侧并联一冲洗分支，冲洗分支的管路上连有阀门K₁、K₇，冲洗管路的另一端与洗脱水箱（23）的进水管连接。