CN106865837A - 一种利用超滤膜和膜电容去离子组合工艺处理微咸湖库水的方法 - Google Patents

一种利用超滤膜和膜电容去离子组合工艺处理微咸湖库水的方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开一种利用超滤膜和膜电容去离子组合工艺处理微咸湖库水的方法，首先将微咸湖库水通过超滤膜组件过滤，水中的有机物被超滤膜截留，再通过膜电容去离子组件，吸附水中阴阳离子，实现微咸湖库水的离子的去除，从而实现湖库水的淡化；本发明通过超滤膜与膜电容去离子组件的组合，有效避免了进水中有机物黏附于电容去离子装置阴阳离子交换膜和电极上，从而保证了膜电容去离子装置的脱盐处理效果；操作简单，且实现了水中污染物的有效去除，具有低耗能、低膜污染率、操作简单等优点。

Description

一种利用超滤膜和膜电容去离子组合工艺处理微咸湖库水的 方法
技术领域
本发明设计水处理技术领域，尤其涉及一种利用超滤膜和膜电容去离子组合工艺处理微咸湖库水的方法。
背景技术
当地表土壤存在盐渍化现象时，该地区的地下水，甚至由地表径流汇集的坑塘、洼淀积水大都是咸水、微咸水。大多数微咸湖库水，都是河水注入的，在径流过程中，不可避免将有机质等带入湖库水中。高浓度含盐废水的主要处理方法有反渗透、离子交换、蒸馏、稀释等，处理成本比较高。
膜电容器去离子技术是一种高效、能耗低的水处理技术，对于离子有很高去除效率，但是膜电容去离子装置两极的阴阳离子交换膜极易被污染，膜面堵塞，造成出水盐度升高，出水水质变差等现象。湖库水中的主要污染物包括阴离子表面活性剂、油类、胶体物质、腐植酸盐、菌、藻等悬浮物质。而阴离子表面活性剂、油类等，胶体物质、腐植酸盐、天然有机质、阴离子聚丙烯酰胺、阴离子染料、蛋白质、肽、菌、藻等易造成离子交换膜污染严重。
超滤是一种能将溶液进行净化和分离的膜分离技术，被大量用于水处理工程。超滤膜系统是以超滤膜丝为过滤介质，膜两侧的压力差为驱动力的溶液分离装置。超滤膜只允许溶液中的溶剂(如水分子)、无机盐及小分子有机物透过，而将溶液中的悬浮物、胶体、蛋白质和微生物等大分子物质截留，从而达到净化和分离的目的。将超滤膜与膜电容去离子技术联用，实现进水中有机物等物质的高效截留，降低其对阴阳离子交换膜的影响，从而可以很大程度地提高膜电容去离子装置的运行时间及运行效率。
发明内容
解决的技术问题：本申请提供一种利用超滤膜和膜电容去离子组合工艺处理微咸湖库水的方法，避免了湖库水中的有机物黏附于电容去离子装置的阴阳离子交换膜和电极上，从而保证了电容去离子装置的脱盐处理效果。
技术方案：
一种利用超滤膜和膜电容去离子组合工艺处理微咸湖库水的方法，包括以下步骤：
第一步：将微咸湖库水通过超滤膜组件过滤，水中的有机物被超滤膜截留；
第二步：经超滤膜组件过滤后的出水通过膜电容去离子组件，吸附水中阴阳离子，实现微咸湖库水的离子的去除；
第三步：每过滤20-60 分钟，所述超滤膜组件自动控制清洗，所述自动控制清洗方式为气水联合清洗；
第四步：当经膜电容去离子组件处理后的出水电导率上升或装置两端电压超过1.2V时，电极吸附离子达到饱和，膜电容去离子组件进行反接再生处理。
作为本发明的一种优选技术方案：所述超滤膜组件采用聚偏氟乙烯或聚醚砜中空纤维膜，外压式过滤，水温10-35℃，截留分子量为30-70 kDa。
作为本发明的一种优选技术方案：所述超滤膜组件采用自动控制清洗，即每过滤20-60 分钟进行气水联合清洗，此外，当进水压力超过膜组件厂商设定值时，对膜组件进行化学清洗以恢复膜组件的通量。
作为本发明的一种优选技术方案：所述膜电容去离子组件由膜电容去离子组件I以及膜电容组去离子组件II串联组成，膜电容装置均为石墨片负载的活性炭纤维毡，在活性炭纤维毡表面布有阴、阳离子交换膜，膜电容去离子组件I以及膜电容组去离子组件II均采用直流恒电流控制模式，即在电流密度为0.2 - 3.5 mA/cm2下运行，膜电容去离子组件I实现60%-75%的盐度去除，膜电容组去离子组件II实现膜电容去离子组件I出水中90%-95%的盐度去除。
作为本发明的一种优选技术方案：所述膜电容去离子组件采用反接再生，当经膜电容去离子组件处理后的出水电导率上升或装置两端电压超过1.2V时，电极吸附离子达到饱和，进入再生阶段，将膜电容去离子装置两极板所接电极反接，并以原水冲洗膜电容去离子装置两极板，以达到离子脱附的效果，此过程采用直流恒电压控制模式，即控制膜电容去离子装置两端电压为1.2V进行电极的再生，再生过程进行至冲洗水出水电导率不再发生变化，表示电极再生过程结束，冲洗水初次使用后储存至液罐中，继续用于下个再生周期，进行循环使用。
有益效果：
本申请所述利用超滤膜和膜电容去离子组合工艺处理微咸湖库水的方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1. 显著提高了膜电容去离子组件的运行寿命和脱盐效率；
2. 相比于现阶段的反渗透膜以及电渗析去离子技术，膜电容去离子技术具有能耗低，膜污染速率低等优势；
3. 膜电容去离子组件碳电极吸附饱和后，可通过短接或加反向电压等方式实现电极的再生，操作简单方便；
4. 湖库水中普遍含有腐殖酸、藻酸盐等大分子有机物，在膜电容去离子组件的运行过程中，易在电极表面累积，堵塞阴阳离子交换膜的孔道，影响膜电容去离子组件的脱盐效率。尤其是其中的腐殖酸类物质，由于其易于黏附在离子交换膜表面，不但会极大地缩短装置的运行寿命，而且会使再生难度大大增加。而本发明在膜电容去离子组件前增设超滤膜组件，形成组合工艺，利用超滤膜能够拦截大分子有机物并易于清洗再生的特点，以达到避免水中有机物吸附于离子交换膜或电极上，从而保证膜电容去离子组件处理效果的目的。
附图说明：
图1是本申请工艺流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本申请的具体实施方式作进一步详细的说明。
实施例1：
如图1所示，一种利用超滤膜和膜电容去离子组合工艺处理微咸湖库水的方法，包括以下步骤：
第一步：进水采用自配水，其主要水质指标为TOC = 6-8 mg/L，主要有机物成分为腐殖酸，无机物成分为氯化钠，电导率为13-14 mS/cm，水温20℃，通过超滤膜组件过滤，所述超滤膜组件采用聚醚砜中空纤维膜，膜丝外径1.5mm，内径0.8mm，外压式过滤，进水压力0.1MPa，水中的腐殖酸、藻酸盐有机物被超滤膜截留，截留分子量为67kDa，膜丝有效面积为5 m2。
第二步：经超滤膜组件过滤后的出水通过膜电容去离子组件，吸附水中阴阳离子，实现微咸湖库水的离子的去除；所述膜电容去离子组件由膜电容去离子组件I以及膜电容组去离子组件II串联组成，各膜电容去离子组件含有100组电极，膜电容装置均为石墨片负载的活性炭纤维毡，每片电极面积为10×10 cm2，石墨片为集流体，在活性炭纤维毡表面布有阴、阳离子交换膜，膜电容去离子组件I以及膜电容组去离子组件II均采用直流恒电流控制模式，膜电容去离子组件I膜电容去离子组件I在电流密度为0.6 mA/cm2下运行，停留时间8分钟，出水电导率为3 - 4 mS/cm，膜电容组去离子组件II膜电容去离子组件II在电流密度为0.25 mA/cm2下运行，停留时间10 分钟，出水电导率低于0.5 mS/cm。
第三步：每过滤60 分钟，所述超滤膜组件自动控制清洗，所述自动控制清洗方式为气水联合清洗，气冲压力为0.3 MPa，时间为30 s，水冲洗时间为30 s，反冲时间总计为1min，超滤膜组件出水浊度小于0.2 NTU，TOC 小于0.5 mg/L，电导率小于12 mS/cm；
第四步：当经膜电容去离子组件处理后的出水电导率上升或装置两端电压超过1.2V时，电极吸附离子达到饱和，膜电容去离子组件进行反接再生处理，进入再生阶段，将膜电容去离子装置两极板所接电极反接，并以原水冲洗膜电容去离子装置两极板，以达到离子脱附的效果，此过程采用直流恒电压控制模式，即控制膜电容去离子装置两端电压为1.2V进行电极的再生，再生过程进行至冲洗水出水电导率不再发生变化，表示电极再生过程结束，冲洗水初次使用后储存至液罐中，继续用于下个再生周期，进行循环使用。
实施例2
如图1所示，一种利用超滤膜和膜电容去离子组合工艺处理微咸湖库水的方法，包括以下步骤：
第一步：进水采用自配水，其主要水质指标为TOC = 4-5 mg/L，主要有机物成分为海藻酸钠，无机物成分为氯化钠，电导率为13-14 mS/cm，水温为20℃，通过超滤膜组件过滤，所述超滤膜组件采用两层聚偏氟乙烯中空纤维膜组成，外压式过滤，第一层聚偏氟乙烯中空纤维膜的膜丝外径1.5mm，内径0.8mm，膜分离孔径为0.1 μm，膜丝有效面积为1 m2， 操作压力为0.01-0.05 MPa，第二层聚偏氟乙烯中空纤维膜的膜丝外径1.5mm，内径0.8mm，进水压力0.1MPa，水中的腐殖酸、藻酸盐有机物被超滤膜截留，截留分子量为67kDa，膜丝有效面积为10 m2。
第二步：经超滤膜组件过滤后的出水通过膜电容去离子组件，吸附水中阴阳离子，实现微咸湖库水的离子的去除；所述膜电容去离子组件由膜电容去离子组件I以及膜电容组去离子组件II串联组成，各膜电容去离子组件含有100组电极，膜电容装置均为石墨片负载的活性炭纤维毡，每片电极面积为10×10 cm2，石墨片为集流体，在活性炭纤维毡表面布有阴、阳离子交换膜，膜电容去离子组件I以及膜电容组去离子组件II均采用直流恒电流控制模式，即在电流密度为0.5 mA/cm2下运行，膜电容去离子组件I停留时间10分钟，出水电导率为3 - 4.5 mS/cm，膜电容组去离子组件II停留时间4分钟，出水电导率低于0.5 mS/cm。
第三步：每过滤40 分钟，所述超滤膜组件自动控制清洗，所述自动控制清洗方式为气水联合清洗，气冲压力为0.3 MPa，时间为30 s，水冲洗时间为60 s，反冲时间总计为1.5 min，超滤膜组件出水浊度小于0.1 NTU，TOC 小于0.2 mg/L，电导率小于13 mS/cm；
第四步：当经膜电容去离子组件处理后的出水电导率上升或装置两端电压超过1.2V时，电极吸附离子达到饱和，膜电容去离子组件进行反接再生处理，进入再生阶段，将膜电容去离子装置两极板所接电极反接，并以原水冲洗膜电容去离子装置两极板，以达到离子脱附的效果，此过程采用直流恒电压控制模式，即控制膜电容去离子装置两端电压为1.2V进行电极的再生，再生过程进行至冲洗水出水电导率不再发生变化，表示电极再生过程结束，冲洗水初次使用后储存至液罐中，继续用于下个再生周期，进行循环使用。
实施例3
如图1所示，一种利用超滤膜和膜电容去离子组合工艺处理微咸湖库水的方法，包括以下步骤：
第一步：进水采用自配水，其主要水质指标为TOC = 8-11 mg/L，主要有机物成分为腐殖酸和海藻酸钠，无机物成分为氯化钠，电导率为16-17 mS/cm，水温为20℃，通过超滤膜组件过滤，所述超滤膜组件采用聚偏氟乙烯中空纤维膜微滤膜和聚醚砜中空纤维膜超滤膜组成，所述聚偏氟乙烯中空纤维膜，膜丝外径1.5mm，内径0.8mm，膜分离孔径为0.1 μm，膜丝有效面积为1 m2， 操作压力为0.01-0.05 MPa，聚醚砜中空纤维膜的膜丝外径1.5mm，内径0.8mm，外压式过滤，进水压力0.1 MPa，水中的腐殖酸、藻酸盐有机物被超滤膜截留，截留分子量为67 kDa，膜丝有效面积为5 m2。
第二步：经超滤膜组件过滤后的出水通过膜电容去离子组件，吸附水中阴阳离子，实现微咸湖库水的离子的去除；所述膜电容去离子组件由膜电容去离子组件I以及膜电容组去离子组件II串联组成，各膜电容去离子组件含有80组电极，膜电容装置均为石墨片负载的活性炭纤维毡，每片电极面积为10×10 cm2，石墨片为集流体，在活性炭纤维毡表面布有阴、阳离子交换膜，膜电容去离子组件I以及膜电容组去离子组件II均采用直流恒电流控制模式，膜电容去离子组件I在电流密度为0.8 mA/cm2下运行，停留时间12分钟，出水电导率为3.4 - 4.8 mS/cm，膜电容组去离子组件II在电流密度为0.4 mA/cm2下运行，停留时间5分钟，出水电导率低于0.5 mS/cm。
第三步：每过滤20分钟，所述超滤膜组件自动控制清洗，所述自动控制清洗方式为气水联合清洗，气冲压力为0.3 MPa，时间为30 s，水冲洗时间为60s，反冲时间总计为1.5min，超滤膜组件出水浊度小于0.1 NTU，TOC 小于0.3 mg/L，电导率小于16 mS/cm；
第四步：当经膜电容去离子组件处理后的出水电导率上升或装置两端电压超过1.2V时，电极吸附离子达到饱和，膜电容去离子组件进行反接再生处理，进入再生阶段，将膜电容去离子装置两极板所接电极反接，并以原水冲洗膜电容去离子装置两极板，以达到离子脱附的效果，此过程采用直流恒电压控制模式，即控制膜电容去离子装置两端电压为1.2V进行电极的再生，再生过程进行至冲洗水出水电导率不再发生变化，表示电极再生过程结束，冲洗水初次使用后储存至液罐中，继续用于下个再生周期，进行循环使用。
实施例4
如图1所示，一种利用超滤膜和膜电容去离子组合工艺处理微咸湖库水的方法，包括以下步骤：
第一步：将微咸湖库水通过超滤膜组件过滤，所述超滤膜组件采用聚偏氟乙烯或聚醚砜中空纤维膜，外压式过滤，水温20℃，水中的腐殖酸、藻酸盐有机物被超滤膜截留，截留分子量为67 kDa，对微咸湖库水中有机物质的截留率＞90%。
第二步：经超滤膜组件过滤后的出水通过膜电容去离子组件，吸附水中阴阳离子，实现微咸湖库水的离子的去除；所述膜电容去离子组件由膜电容去离子组件I以及膜电容组去离子组件II串联组成，膜电容装置均为石墨片负载的活性炭纤维毡，在活性炭纤维毡表面布有阴、阳离子交换膜，膜电容去离子组件I以及膜电容组去离子组件II均采用直流恒电流控制模式，即在电流密度为0.2 - 3.5 mA/cm2下运行，膜电容去离子组件I实现60%-75%的盐度去除，膜电容组去离子组件II实现膜电容去离子组件I出水中90%-95%的盐度去除。
第三步：每过滤20-60 分钟，所述超滤膜组件自动控制清洗，所述自动控制清洗方式为气水联合清洗，当进水压力超过膜组件设定值时，对膜组件进行化学清洗以恢复膜组件的通量；
第四步：当经膜电容去离子组件处理后的出水电导率上升或装置两端电压超过1.2V时，电极吸附离子达到饱和，膜电容去离子组件进行反接再生处理，进入再生阶段，将膜电容去离子装置两极板所接电极反接，并以原水冲洗膜电容去离子装置两极板，以达到离子脱附的效果，此过程采用直流恒电压控制模式，即控制膜电容去离子装置两端电压为1.2V进行电极的再生，再生过程进行至冲洗水出水电导率不再发生变化，表示电极再生过程结束，冲洗水初次使用后储存至液罐中，继续用于下个再生周期，进行循环使用。
上面结合附图对本申请的实施方式作了详细说明，但是本申请并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种利用超滤膜和膜电容去离子组合工艺处理微咸湖库水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：将微咸湖库水通过超滤膜组件过滤，水中的有机物被超滤膜截留；
第二步：经超滤膜组件过滤后的出水通过膜电容去离子组件，吸附水中阴阳离子，实现微咸湖库水的离子的去除；
第三步：每过滤1小时，所述超滤膜组件自动控制清洗，所述自动控制清洗方式为气水联合清洗；
第四步：当经膜电容去离子组件处理后的出水电导率上升或装置两端电压超过1.2V时，电极吸附离子达到饱和，膜电容去离子组件进行反接再生处理。
2.根据权利要求1所述利用超滤膜和膜电容去离子组合工艺处理微咸湖库水的方法，其特征在于：所述超滤膜组件采用聚偏氟乙烯或聚醚砜中空纤维膜，外压式过滤，水温10-35℃，截留分子量为30-70 kDa。
3.根据权利要求1所述利用超滤膜和膜电容去离子组合工艺处理微咸湖库水的方法，其特征在于：所述超滤膜组件采用自动控制清洗，即每过滤20-60 分钟进行气水联合清洗，此外，当进水压力超过膜组件厂商设定值时，对膜组件进行化学清洗以恢复膜组件的通量。
4.根据权利要求1所述利用超滤膜和膜电容去离子组合工艺处理微咸湖库水的方法，其特征在于：所述膜电容去离子组件由膜电容去离子组件I以及膜电容组去离子组件II串联组成，膜电容装置均为石墨片负载的活性炭纤维毡，在活性炭纤维毡表面布有阴、阳离子交换膜，膜电容去离子组件I以及膜电容组去离子组件II均采用直流恒电流控制模式，即在电流密度为0.2 - 3.5 mA/cm2下运行，膜电容去离子组件I实现60%-75%的盐度去除，膜电容组去离子组件II实现膜电容去离子组件I出水中90%-95%的盐度去除。
5.根据权利要求1所述利用超滤膜和膜电容去离子组合工艺处理微咸湖库水的方法，其特征在于：膜电容去离子组件采用反接再生，当经膜电容去离子组件处理后的出水电导率上升或装置两端电压超过1.2V时，电极吸附离子达到饱和，进入再生阶段，将膜电容去离子装置两极板所接电极反接，并以原水冲洗膜电容去离子装置两极板，以达到离子脱附的效果，此过程采用直流恒电压控制模式，即控制膜电容去离子装置两端电压为1.2V进行电极的再生，再生过程进行至冲洗水出水电导率不再发生变化，表示电极再生过程结束，冲洗水初次使用后储存至液罐中，继续用于下个再生周期，进行循环使用。
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