CN108816050B - 一种由传动错流式平板膜构件组成的过滤装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种由传动错流式平板膜构件组成的过滤装置及方法，属于环境工程技术领域，所述过滤装置主要包括传动错流式平板膜构件、进水槽、收集槽、压力泵、压力计量表、电子流量计和水质检测仪，过滤装置采用三个错流式平板膜构件并联方式运行，错流式平板膜构件包括壳体、活动门、主动轴、从动轴、滚筒一、滚筒二、传动膜组件、驱动电机，由传动膜组件绷套在滚筒一、滚筒二，回环形的传动膜组件可在主动轴的带动下进行匀速转动，移动的渗透膜可增大废水与渗透膜横向剪切力，从而防止渗透膜堵塞，并且增大的横向剪切力还可在一定程度上防止细菌滋生，提高渗透率。

Description

一种由传动错流式平板膜构件组成的过滤装置及方法

技术领域

本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种由传动错流式平板膜构件组成的过滤装置及方法。

背景技术

维生素C是目前全世界产销量最大、应用范围最广的维生素品种，我国维生素C产量居世界第一，其生产过程中用水量和废水排放量巨大。因此，对维生素C废水进行深度处理、实现再生回用具有重要意义。维生素C废水作为典型的发酵制药废水，具有色度高、盐度高和有机物浓度高等特点，水质复杂，其生化尾水中包含有机物、无机盐和微生物。其中，溶解性有机物如多糖、蛋白质、腐殖酸等以及钙离子浓度在纳滤、反渗透膜污染中有重要的影响。

近年来，随着膜分离技术的迅速发展，从微滤、超滤、纳滤到反渗透，已经在污水处理、饮用水净化、海水淡化、工业分离等领域广泛应用。现在膜材料的制备技术(包括高分子有机膜和无机膜)已经相当成熟，但是膜的工业化应用方式却相对落后，比如高分子材料的平板膜和中空纤维膜，其膜组件都是静态的，靠曝气形成错流过滤；无机管式膜，主要靠泵提升待处理液的流速形成错流过滤，这些膜应用方式只是实验室技术的简单放大，膜容易堵、能耗高，而且膜的应用领域也受到限制。

尽管反渗透是一种有效的水处理手段，但其从水中去除溶解的颗粒的能力也需要代价。流入的水中含有的细菌被反渗透系统的半透膜拦截并由此积聚在膜的表面。细菌通常每30到60分钟就会倍增，并且其增长是对数级的。例如，一个细菌细胞在24小时内会形成1600万的细菌。细菌爆炸性的增长会导致膜的积垢，由此减少通过膜的水流量并对膜的过滤性能产生不利影响。

此外，积垢的膜需要更高的操作压力，这相应地增加了操作费用并导致反渗透工艺中使用的过滤膜的寿命更短。已经通过各种尝试来清洁这种积垢的膜，使用化学药剂清洗反渗透膜需要占反渗透装置总操作时间的约20％，由此导致工艺整体效率的显著降低。标准的积垢系数对于反渗透膜、超滤膜和微滤膜通常分别为约30％、80％和90％。积垢率是在使用基于膜的工艺来设计水处理厂时最重要的考量指标之一。

发明内容

针对现有技术中利用膜过滤废水易出现堵塞积垢和细菌滋生的现象，导致废水处理率低的问题，本发明提供一种由传动错流式平板膜构件组成的过滤装置及其过滤方法。

本发明的技术方案为：一种由传动错流式平板膜构件组成的过滤装置，主要包括传动错流式平板膜构件、进水槽、收集槽、压力泵、压力计量表、电子流量计和水质检测仪，所述过滤装置采用三个错流式平板膜构件并联方式运行，错流式平板膜构件包括壳体、活动门、主动轴、从动轴、滚筒一、滚筒二、传动膜组件、驱动电机、进水口、浓缩液出水口、渗滤液出水口，所述活动门通过铰链结构与所述壳体的前侧面活动连接，所述进水口设置在活动门的中心位置，所述浓缩液出水口设置在壳体后侧面的中心位置，所述渗滤液出水口设置在壳体右侧面的底部，所述主动轴和从动轴分别垂直连接在壳体后侧面的内壁上，并关于浓缩液出水口左右对称，所述驱动电机设置在壳体后侧面的外壁上，并与主动轴通过联轴器相连，所述滚筒一、滚筒二分别活动穿套在主动轴、从动轴上，并随主动轴、从动轴同步运动，所述传动膜组件成回环状紧绷在滚筒一、滚筒二的外周；所述进水槽内部设有控温器，进水槽依次通过进水主管和三个进水支管分别与三个错流式平板膜构件的进水口相连，所述压力泵和压力计量表从左至右依次设在所述进水主管上，所述电子流量计共三个，分别设在所述进水支管上，三个错流式平板膜构件的浓缩液出水口分别通过浓缩液回流管连接至进水槽，三个错流式平板膜构件的渗滤液出水口分别通过渗滤液出水管连接至所述收集槽，所述水质检测仪共三个，分别设在所述渗滤液出水管上。

进一步地，所述活动门为透明材质，方便观看内部运行情况，活动门上还设有密封圈一和限位柱，所述密封圈一围绕在所述进水口四周，且上下边为直线形，左右边为凹弧形，所述限位柱共两个，分别关于进水口对称设置在密封圈一的左右两边，当活动门关闭时，限位柱插入所述滚筒一、滚筒二的圆心处，防止滚筒一、滚筒二转动使移位，所述密封圈一卡在滚筒一、滚筒二与所述传动膜组件形成的空间内，防止废水从传动膜组件与活动门的缝隙流出，污染渗滤液。

进一步地，所述壳体后侧面内壁上设有与所述密封圈一相对设有密封圈二，所述密封圈二卡在所述滚筒一、滚筒二与所述传动膜组件形成的空间内，防止废水从传动膜组件与壳体后壁的缝隙流出，污染渗滤液。

进一步地，所述传动膜组件包括渗透膜、弹性带和垫片膜夹各两个，所述渗透膜平铺夹在垫片膜夹内，弹性带和垫片膜夹按照顺时针间隔排列，并收尾相连组成回环形状，弹性带可增加传动膜组件的绷紧力，回环形的传动膜组件可在主动轴的带动下进行匀速转动，移动的渗透膜可增大废水与渗透膜横向剪切力，从而防止渗透膜堵塞，并且增大的横向剪切力还可在一定程度上防止细菌滋生，提高渗透率。

更进一步地，所述垫片膜夹包括上垫片膜夹片和下垫片膜夹片，所述下垫片膜夹片的左右两端分别与所述弹性带固定连接，下垫片膜夹的左右边分别设有开口，所述上垫片膜夹片的底部设有与所述开口一一对应的T形凸条，所述T形凸条为弹性材质，可拆卸设计便于组装和更换，也有利于进行实验研究，此外垫片膜夹经抗菌处理，可有效防止有害细菌滋生，导致渗透膜堵塞。

进一步地，所述进水主管与进水槽通过原液回流管相连，进水主管连接在所述压力泵和压力计量表之间，增加水压的可调节性。

进一步地，所述原液回流管和进水支管上分别设有阀门。

进一步地，所述壳体底面与所述传动膜组件的底面之间设有镂空平板支撑架，用于对传动膜组件提供支撑力，防止过大水压和水自重导致传动膜组件下沉，从而保证整个工艺的正常运行。

利用上述过滤装置进行污水过滤的方法包括以下步骤：

S1：先将干净的所述渗透膜浸泡在Milli–Q水中24h，使其完全溶胀，去除膜片表面的储存剂及杂质，将浸泡后的渗透膜平铺在所述下垫片膜夹片上，然后加盖所述上垫片膜夹片，并将所述T形凸条折叠穿过所述开口，夹紧固定渗透膜，组装成传动膜组件；将所述传动膜组件用所述滚筒一、滚筒二撑开，并穿套在主动轴、从动轴上，关闭所述活动门，使两根所述限位柱抵住滚筒一、滚筒二的前端，以及利用密封圈一、密封圈二与滚筒一、滚筒二、传动膜组件形成密闭空间；

S2：在所述进水槽内加入纯水，控制进水温度在25-30℃，采用150-160psi对渗透膜进行压实40-60min，再将压力调至100-120psi运行40-60min，跨膜流速为2.5-3cm/s，所述传动膜组件的运动速度为30-50cm/s，使纯水通量达到稳定，校正渗透膜的初始纯水通量；

S3：将维生素C废水、葡萄糖溶液、CaCl₂按照一定比例配制成电解质溶液，并控制总有机碳为90-110mg/L，钙离子浓度为3-8mol/L，在压力为100-120psi，跨膜流速为2.5-3cm/s下，所述传动膜组件的运动速度为20-25cm/s，对渗透膜进行3-5h预吸附处理；

S4：像所述电解质溶液中接种5-10％的菌种，并添加与菌种体积比为1:1000的培养基，用于维持微生物的生长，在进水温度为25-30℃、压力为100-120psi、跨膜流速为2.5-3cm/s下连续运行19-24h，所述传动膜组件的运动速度为10-15cm/s，并利用所述水质检测仪检测S4的渗滤液水质；

S5：运行完毕后，取下渗透膜，将渗透膜膜面污染物重新悬浮于40mL的磷酸盐缓冲液中，渗透膜膜面截留物质包括有机物、无机盐和微生物，并对渗透膜的膜通量进行计算。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的由传动错流式平板膜构件组成的过滤装置在运行时，由于传动错流式平板膜构件中的传动膜组件绷套在滚筒一、滚筒二，回环形的传动膜组件可在主动轴的带动下进行匀速转动，移动的渗透膜可增大废水与渗透膜横向剪切力，从而防止渗透膜堵塞，并且增大的横向剪切力还可在一定程度上防止细菌滋生，提高渗透率；其中，渗透膜可拆卸的夹在垫片膜夹中，便于组装和更换，也有利于进行实验研究，垫片膜夹经抗菌处理，可有效防止有害细菌滋生，导致渗透膜堵塞。此外，为了保证整个工艺的稳定运行，本发明在使用过滤装置前，先用纯水矫正渗透膜的初始纯水通量，再添加一定比例的电解质溶液继续拧预吸附处理，最后再添加菌种进行稳定运行；配合本发明的由传动错流式平板膜构件组成的过滤装置，可最大程度上稳定渗透通量、降低膜积垢、节省耗能、延长膜的过滤周期，并减少清洗频率，提高了过滤装置的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的错流式平板膜构件立体拆分示意图；

图2是本发明的错流式平板膜构件的后视平面示意图；

图3是本发明的传动膜组件的立体拆分示意图；

图4是本发明的整体工艺流程图。

其中，1-错流式平板膜构件、11-壳体、12-活动门、121-密封圈一、122-限位柱、13-主动轴、14-从动轴、15-滚筒一、16-滚筒二、17-传动膜组件、171-渗透膜、172-弹性带、173-垫片膜夹、1731-上垫片膜夹片、17311-T形凸条、1732-下垫片膜夹片、17321-开口、18-驱动电机、19-进水口、110-浓缩液出水口、111-渗滤液出水口、112-密封圈二、2-进水槽、3-收集槽、4-进水主管、41-压力泵、42-压力计量表、43-原液回流管、5-进水支管、51-电子流量计、6-浓缩液回流管、7-渗滤液出水管、71-水质检测仪、8-阀门、9-镂空平板支撑架。

具体实施方式

为了更充分的解释本发明，下面通过附图1-4对本发明做进一步地说明。

实施例1

如图4所示，一种由传动错流式平板膜构件组成的过滤装置，主要包括传动错流式平板膜构件1、进水槽2、收集槽3、压力泵41、压力计量表42、电子流量计51和水质检测仪71，如图4所示，进水槽2内部设有控温器21，进水槽2依次通过进水主管4和三个进水支管5分别与三个错流式平板膜构件1的进水口19相连，进水主管4与进水槽2通过原液回流管43相连，进水主管4连接在压力泵41和压力计量表42之间，增加水压的可调节性。压力泵41和压力计量表42从左至右依次设在进水主管4上，电子流量计51共三个，分别设在进水支管5上，原液回流管43和进水支管5上分别设有阀门8。三个错流式平板膜构件1的浓缩液出水口110分别通过浓缩液回流管6连接至进水槽2，三个错流式平板膜构件1的渗滤液出水口分别通过渗滤液出水管7连接至收集槽3，水质检测仪71共三个，分别设在渗滤液出水管7上。

如图1所示，过滤装置采用三个错流式平板膜构件1并联方式运行，错流式平板膜构件1包括壳体11、活动门12、主动轴13、从动轴14、滚筒一15、滚筒二16、传动膜组件17、驱动电机18、进水口19、浓缩液出水口110、渗滤液出水口111，活动门12通过铰链结构与壳体11的前侧面活动连接，如图1所示，活动门12为透明材质，方便观看内部运行情况，活动门12上还设有密封圈一121和限位柱122，密封圈一121围绕在进水口19四周，且上下边为直线形，左右边为凹弧形，限位柱122共两个，分别关于进水口19对称设置在密封圈一121的左右两边，当活动门12关闭时，限位柱122插入滚筒一15、滚筒二16的圆心处，防止滚筒一15、滚筒二16转动使移位，密封圈一121卡在滚筒一15、滚筒二16与传动膜组件17形成的空间内，防止废水从传动膜组件17与活动门12的缝隙流出，污染渗滤液。如图1所示，壳体11后侧面内壁上设有与密封圈一121相对设有密封圈二112，密封圈二112卡在滚筒一15、滚筒二16与传动膜组件17形成的空间内，防止废水从传动膜组件17与壳体11后壁的缝隙流出，污染渗滤液。进水口19设置在活动门12的中心位置，浓缩液出水口110设置在壳体11后侧面的中心位置，渗滤液出水口111设置在壳体11右侧面的底部，主动轴13和从动轴14分别垂直连接在壳体11后侧面的内壁上，并关于浓缩液出水口110左右对称，如图2所示，驱动电机18设置在壳体11后侧面的外壁上，并与主动轴13通过联轴器相连，滚筒一15、滚筒二16分别活动穿套在主动轴13、从动轴14上，并随主动轴13、从动轴14同步运动，传动膜组件17成回环状紧绷在滚筒一15、滚筒二16的外周；如图1所示，传动膜组件17的底面与壳体11底面之间设有镂空平板支撑架9，用于对传动膜组件17提供支撑力，防止过大水压和水自重导致传动膜组件17下沉，从而保证整个工艺的正常运行。

如图3所示，传动膜组件17包括渗透膜171、弹性带172和垫片膜夹173各两个，渗透膜171平铺夹在垫片膜夹173内，弹性带172和垫片膜夹173按照顺时针间隔排列，并收尾相连组成回环形状，弹性带172可增加传动膜组件17的绷紧力，回环形的传动膜组件17可在主动轴13的带动下进行匀速转动，移动的渗透膜171可增大废水与渗透膜171横向剪切力，从而防止渗透膜171堵塞，并且增大的横向剪切力还可在一定程度上防止细菌滋生，提高渗透率。垫片膜夹173包括上垫片膜夹片1731和下垫片膜夹片1732，下垫片膜夹片1732的左右两端分别与弹性带172固定连接，下垫片膜夹1732的左右边分别设有开口17321，上垫片膜夹片1731的底部设有与开口17321一一对应的T形凸条17311，T形凸条17311为弹性材质，可拆卸设计便于组装和更换，也有利于进行实验研究，此外垫片膜夹173经抗菌处理，可有效防止有害细菌滋生，导致渗透膜171堵塞。

利用本实施例的过滤装置进行污水过滤的方法包括以下步骤：

S1：先将干净的渗透膜171浸泡在Milli–Q水中24h，使其完全溶胀，去除膜片表面的储存剂及杂质，将浸泡后的渗透膜171平铺在下垫片膜夹片1732上，然后加盖上垫片膜夹片1731，并将T形凸条17311折叠穿过开口17321，夹紧固定渗透膜171，组装成传动膜组件17；将传动膜组件17用滚筒一15、滚筒二16撑开，并穿套在主动轴13、从动轴14上，关闭活动门12，使两根限位柱122抵住滚筒一15、滚筒二16的前端，以及利用密封圈一121、密封圈二112与滚筒一15、滚筒二16、传动膜组件17形成密闭空间；

S2：在进水槽2内加入纯水，控制进水温度在25℃，采用150psi对渗透膜171进行压实40min，再将压力调至100psi运行40min，跨膜流速为2.5cm/s，传动膜组件17的运动速度为30cm/s，使纯水通量达到稳定，校正渗透膜171的初始纯水通量；

S3：将维生素C废水、葡萄糖溶液、CaCl₂按照一定比例配制成电解质溶液，并控制总有机碳TOC为90mg/L，钙离子浓度为3mol/L，在压力为100psi，跨膜流速为2.5cm/s下，传动膜组件17的运动速度为20cm/s，对渗透膜171进行3h预吸附处理；

S4：像电解质溶液中接种5％的菌种，并添加与菌种体积比为1:1000的培养基，用于维持微生物的生长，在进水温度为25℃、压力为100psi、跨膜流速为2.5cm/s下连续运行19h，传动膜组件17的运动速度为10-15cm/s，并利用水质检测仪71检测S4的渗滤液水质；

S5：运行完毕后，取下渗透膜171，将渗透膜171膜面污染物重新悬浮于40mL的磷酸盐缓冲液PBS中，渗透膜171膜面截留物质包括有机物、无机盐和微生物，并对渗透膜171的膜通量进行计算。

最终出水的平均COD、BOD₅、TOC、氨氮可分别降至50.85mg/L、20.69mg/L、55.41mg/L、6.76mg/L，相较于新膜，膜通量降低了15％。

实施例2

如图4所示，一种由传动错流式平板膜构件组成的过滤装置，主要包括传动错流式平板膜构件1、进水槽2、收集槽3、压力泵41、压力计量表42、电子流量计51和水质检测仪71，如图4所示，进水槽2内部设有控温器21，进水槽2依次通过进水主管4和三个进水支管5分别与三个错流式平板膜构件1的进水口19相连，进水主管4与进水槽2通过原液回流管43相连，进水主管4连接在压力泵41和压力计量表42之间，增加水压的可调节性。压力泵41和压力计量表42从左至右依次设在进水主管4上，电子流量计51共三个，分别设在进水支管5上，原液回流管43和进水支管5上分别设有阀门8。三个错流式平板膜构件1的浓缩液出水口110分别通过浓缩液回流管6连接至进水槽2，三个错流式平板膜构件1的渗滤液出水口分别通过渗滤液出水管7连接至收集槽3，水质检测仪71共三个，分别设在渗滤液出水管7上。

如图1所示，过滤装置采用三个错流式平板膜构件1并联方式运行，错流式平板膜构件1包括壳体11、活动门12、主动轴13、从动轴14、滚筒一15、滚筒二16、传动膜组件17、驱动电机18、进水口19、浓缩液出水口110、渗滤液出水口111，活动门12通过铰链结构与壳体11的前侧面活动连接，如图1所示，活动门12为透明材质，方便观看内部运行情况，活动门12上还设有密封圈一121和限位柱122，密封圈一121围绕在进水口19四周，且上下边为直线形，左右边为凹弧形，限位柱122共两个，分别关于进水口19对称设置在密封圈一121的左右两边，当活动门12关闭时，限位柱122插入滚筒一15、滚筒二16的圆心处，防止滚筒一15、滚筒二16转动使移位，密封圈一121卡在滚筒一15、滚筒二16与传动膜组件17形成的空间内，防止废水从传动膜组件17与活动门12的缝隙流出，污染渗滤液。如图1所示，壳体11后侧面内壁上设有与密封圈一121相对设有密封圈二112，密封圈二112卡在滚筒一15、滚筒二16与传动膜组件17形成的空间内，防止废水从传动膜组件17与壳体11后壁的缝隙流出，污染渗滤液。进水口19设置在活动门12的中心位置，浓缩液出水口110设置在壳体11后侧面的中心位置，渗滤液出水口111设置在壳体11右侧面的底部，主动轴13和从动轴14分别垂直连接在壳体11后侧面的内壁上，并关于浓缩液出水口110左右对称，如图2所示，驱动电机18设置在壳体11后侧面的外壁上，并与主动轴13通过联轴器相连，滚筒一15、滚筒二16分别活动穿套在主动轴13、从动轴14上，并随主动轴13、从动轴14同步运动，传动膜组件17成回环状紧绷在滚筒一15、滚筒二16的外周；如图1所示，传动膜组件17的底面与壳体11底面之间设有镂空平板支撑架9，用于对传动膜组件17提供支撑力，防止过大水压和水自重导致传动膜组件17下沉，从而保证整个工艺的正常运行。

如图3所示，传动膜组件17包括渗透膜171、弹性带172和垫片膜夹173各两个，渗透膜171平铺夹在垫片膜夹173内，弹性带172和垫片膜夹173按照顺时针间隔排列，并收尾相连组成回环形状，弹性带172可增加传动膜组件17的绷紧力，回环形的传动膜组件17可在主动轴13的带动下进行匀速转动，移动的渗透膜171可增大废水与渗透膜171横向剪切力，从而防止渗透膜171堵塞，并且增大的横向剪切力还可在一定程度上防止细菌滋生，提高渗透率。垫片膜夹173包括上垫片膜夹片1731和下垫片膜夹片1732，下垫片膜夹片1732的左右两端分别与弹性带172固定连接，下垫片膜夹1732的左右边分别设有开口17321，上垫片膜夹片1731的底部设有与开口17321一一对应的T形凸条17311，T形凸条17311为弹性材质，可拆卸设计便于组装和更换，也有利于进行实验研究，此外垫片膜夹173经抗菌处理，可有效防止有害细菌滋生，导致渗透膜171堵塞。

利用本实施例的过滤装置进行污水过滤的方法包括以下步骤：

S1：先将干净的渗透膜171浸泡在Milli–Q水中24h，使其完全溶胀，去除膜片表面的储存剂及杂质，将浸泡后的渗透膜171平铺在下垫片膜夹片1732上，然后加盖上垫片膜夹片1731，并将T形凸条17311折叠穿过开口17321，夹紧固定渗透膜171，组装成传动膜组件17；将传动膜组件17用滚筒一15、滚筒二16撑开，并穿套在主动轴13、从动轴14上，关闭活动门12，使两根限位柱122抵住滚筒一15、滚筒二16的前端，以及利用密封圈一121、密封圈二112与滚筒一15、滚筒二16、传动膜组件17形成密闭空间；

S2：在进水槽2内加入纯水，控制进水温度在28℃，采用155psi对渗透膜171进行压实50min，再将压力调至110psi运行50min，跨膜流速为2.8cm/s，传动膜组件17的运动速度为40cm/s，使纯水通量达到稳定，校正渗透膜171的初始纯水通量；

S3：将维生素C废水、葡萄糖溶液、CaCl₂按照一定比例配制成电解质溶液，并控制总有机碳TOC为100mg/L，钙离子浓度为6mol/L，在压力为110psi，跨膜流速为2.8cm/s下，传动膜组件17的运动速度为22cm/s，对渗透膜171进行4h预吸附处理；

S4：像电解质溶液中接种8％的菌种，并添加与菌种体积比为1:1000的培养基，用于维持微生物的生长，在进水温度为27℃、压力为110psi、跨膜流速为2.8cm/s下连续运行20h，传动膜组件17的运动速度为13cm/s，并利用水质检测仪71检测S4的渗滤液水质；

S5：运行完毕后，取下渗透膜171，将渗透膜171膜面污染物重新悬浮于40mL的磷酸盐缓冲液PBS中，渗透膜171膜面截留物质包括有机物、无机盐和微生物，并对渗透膜171的膜通量进行计算。

最终出水的平均COD、BOD₅、TOC、氨氮可分别降至40.59mg/L、15.86mg/L、50.74mg/L、5.52mg/L，相较于新膜，膜通量降低了10％。

实施例3

如图4所示，一种由传动错流式平板膜构件组成的过滤装置，主要包括传动错流式平板膜构件1、进水槽2、收集槽3、压力泵41、压力计量表42、电子流量计51和水质检测仪71，如图4所示，进水槽2内部设有控温器21，进水槽2依次通过进水主管4和三个进水支管5分别与三个错流式平板膜构件1的进水口19相连，进水主管4与进水槽2通过原液回流管43相连，进水主管4连接在压力泵41和压力计量表42之间，增加水压的可调节性。压力泵41和压力计量表42从左至右依次设在进水主管4上，电子流量计51共三个，分别设在进水支管5上，原液回流管43和进水支管5上分别设有阀门8。三个错流式平板膜构件1的浓缩液出水口110分别通过浓缩液回流管6连接至进水槽2，三个错流式平板膜构件1的渗滤液出水口分别通过渗滤液出水管7连接至收集槽3，水质检测仪71共三个，分别设在渗滤液出水管7上。

如图1所示，过滤装置采用三个错流式平板膜构件1并联方式运行，错流式平板膜构件1包括壳体11、活动门12、主动轴13、从动轴14、滚筒一15、滚筒二16、传动膜组件17、驱动电机18、进水口19、浓缩液出水口110、渗滤液出水口111，活动门12通过铰链结构与壳体11的前侧面活动连接，如图1所示，活动门12为透明材质，方便观看内部运行情况，活动门12上还设有密封圈一121和限位柱122，密封圈一121围绕在进水口19四周，且上下边为直线形，左右边为凹弧形，限位柱122共两个，分别关于进水口19对称设置在密封圈一121的左右两边，当活动门12关闭时，限位柱122插入滚筒一15、滚筒二16的圆心处，防止滚筒一15、滚筒二16转动使移位，密封圈一121卡在滚筒一15、滚筒二16与传动膜组件17形成的空间内，防止废水从传动膜组件17与活动门12的缝隙流出，污染渗滤液。如图1所示，壳体11后侧面内壁上设有与密封圈一121相对设有密封圈二112，密封圈二112卡在滚筒一15、滚筒二16与传动膜组件17形成的空间内，防止废水从传动膜组件17与壳体11后壁的缝隙流出，污染渗滤液。进水口19设置在活动门12的中心位置，浓缩液出水口110设置在壳体11后侧面的中心位置，渗滤液出水口111设置在壳体11右侧面的底部，主动轴13和从动轴14分别垂直连接在壳体11后侧面的内壁上，并关于浓缩液出水口110左右对称，如图2所示，驱动电机18设置在壳体11后侧面的外壁上，并与主动轴13通过联轴器相连，滚筒一15、滚筒二16分别活动穿套在主动轴13、从动轴14上，并随主动轴13、从动轴14同步运动，传动膜组件17成回环状紧绷在滚筒一15、滚筒二16的外周；如图1所示，传动膜组件17的底面与壳体11底面之间设有镂空平板支撑架9，用于对传动膜组件17提供支撑力，防止过大水压和水自重导致传动膜组件17下沉，从而保证整个工艺的正常运行。

如图3所示，传动膜组件17包括渗透膜171、弹性带172和垫片膜夹173各两个，渗透膜171平铺夹在垫片膜夹173内，弹性带172和垫片膜夹173按照顺时针间隔排列，并收尾相连组成回环形状，弹性带172可增加传动膜组件17的绷紧力，回环形的传动膜组件17可在主动轴13的带动下进行匀速转动，移动的渗透膜171可增大废水与渗透膜171横向剪切力，从而防止渗透膜171堵塞，并且增大的横向剪切力还可在一定程度上防止细菌滋生，提高渗透率。垫片膜夹173包括上垫片膜夹片1731和下垫片膜夹片1732，下垫片膜夹片1732的左右两端分别与弹性带172固定连接，下垫片膜夹1732的左右边分别设有开口17321，上垫片膜夹片1731的底部设有与开口17321一一对应的T形凸条17311，T形凸条17311为弹性材质，可拆卸设计便于组装和更换，也有利于进行实验研究，此外垫片膜夹173经抗菌处理，可有效防止有害细菌滋生，导致渗透膜171堵塞。

利用本实施例的过滤装置进行污水过滤的方法包括以下步骤：

S1：先将干净的渗透膜171浸泡在Milli–Q水中24h，使其完全溶胀，去除膜片表面的储存剂及杂质，将浸泡后的渗透膜171平铺在下垫片膜夹片1732上，然后加盖上垫片膜夹片1731，并将T形凸条17311折叠穿过开口17321，夹紧固定渗透膜171，组装成传动膜组件17；将传动膜组件17用滚筒一15、滚筒二16撑开，并穿套在主动轴13、从动轴14上，关闭活动门12，使两根限位柱122抵住滚筒一15、滚筒二16的前端，以及利用密封圈一121、密封圈二112与滚筒一15、滚筒二16、传动膜组件17形成密闭空间；

S2：在进水槽2内加入纯水，控制进水温度在30℃，采用160psi对渗透膜171进行压实60min，再将压力调至120psi运行60min，跨膜流速为3cm/s，传动膜组件17的运动速度为50cm/s，使纯水通量达到稳定，校正渗透膜171的初始纯水通量；

S3：将维生素C废水、葡萄糖溶液、CaCl₂按照一定比例配制成电解质溶液，并控制总有机碳TOC为110mg/L，钙离子浓度为8mol/L，在压力为120psi，跨膜流速为3cm/s下，传动膜组件17的运动速度为25cm/s，对渗透膜171进行5h预吸附处理；

S4：像电解质溶液中接种10％的菌种，并添加与菌种体积比为1:1000的培养基，用于维持微生物的生长，在进水温度为30℃、压力为120psi、跨膜流速为3cm/s下连续运行24h，传动膜组件17的运动速度为15cm/s，并利用水质检测仪71检测S4的渗滤液水质；

S5：运行完毕后，取下渗透膜171，将渗透膜171膜面污染物重新悬浮于40mL的磷酸盐缓冲液PBS中，渗透膜171膜面截留物质包括有机物、无机盐和微生物，并对渗透膜171的膜通量进行计算。

最终出水的平均COD、BOD₅、TOC、氨氮可分别降至60.56mg/L、25.21mg/L、58.74mg/L、8.45mg/L，相较于新膜，膜通量降低了20％。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (2)

1.一种由传动错流式平板膜构件组成的过滤装置，其特征在于，主要包括传动错流式平板膜构件(1)、进水槽(2)、收集槽(3)、压力泵(41)、压力计量表(42)、电子流量计(51)和水质检测仪(71)，所述过滤装置采用三个错流式平板膜构件(1)并联方式运行，错流式平板膜构件(1)包括壳体(11)、活动门(12)、主动轴(13)、从动轴(14)、滚筒一(15)、滚筒二(16)、传动膜组件(17)、驱动电机(18)、进水口(19)、浓缩液出水口(110)、渗滤液出水口(111)，所述活动门(12)通过铰链结构与所述壳体(11)的前侧面活动连接，所述进水口(19)设置在活动门(12)的中心位置，所述浓缩液出水口(110)设置在壳体(11)后侧面的中心位置，所述渗滤液出水口(111)设置在壳体(11)右侧面的底部，所述主动轴(13)和从动轴(14)分别垂直连接在壳体(11)后侧面的内壁上，并关于浓缩液出水口(110)左右对称，所述驱动电机(18)设置在壳体(11)后侧面的外壁上，并与主动轴(13)通过联轴器相连，所述滚筒一(15)、滚筒二(16)分别活动穿套在主动轴(13)、从动轴(14)上，并随主动轴(13)、从动轴(14)同步运动，所述传动膜组件(17)成回环状紧绷在滚筒一(15)、滚筒二(16)的外周；所述进水槽(2)内部设有控温器(21)，进水槽(2)依次通过进水主管(4)和三个进水支管(5)分别与三个错流式平板膜构件(1)的进水口(19)相连，所述压力泵(41)和压力计量表(42)从左至右依次设在所述进水主管(4)上，所述电子流量计(51)共三个，分别设在所述进水支管(5)上，三个错流式平板膜构件(1)的浓缩液出水口(110)分别通过浓缩液回流管(6)连接至进水槽(2)，三个错流式平板膜构件(1)的渗滤液出水口分别通过渗滤液出水管(7)连接至所述收集槽(3)，所述水质检测仪(71)共三个，分别设在所述渗滤液出水管(7)上；

所述活动门(12)为透明材质，活动门(12)上还设有密封圈一(121)和限位柱(122)，所述密封圈一(121)围绕在所述进水口(19)四周，且上下边为直线形，左右边为凹弧形，所述限位柱(122)共两个，分别关于进水口(19)对称设置在密封圈一(121)的左右两边，当活动门(12)关闭时，限位柱(122)插入所述滚筒一(15)、滚筒二(16)的圆心处，所述密封圈一(121)卡在滚筒一(15)、滚筒二(16)与所述传动膜组件(17)形成的空间内；

所述壳体(11)后侧面内壁上设有与所述密封圈一(121)相对设有密封圈二(112)，所述密封圈二(112)卡在所述滚筒一(15)、滚筒二(16)与所述传动膜组件(17)形成的空间内；

所述传动膜组件(17)包括渗透膜(171)、弹性带(172)和垫片膜夹(173)各两个，所述渗透膜(171)平铺夹在垫片膜夹(173)内，弹性带(172)和垫片膜夹(173)按照顺时针间隔排列，并收尾相连组成回环形状；

所述垫片膜夹(173)包括上垫片膜夹片(1731)和下垫片膜夹片(1732)，所述下垫片膜夹片(1732)的左右两端分别与所述弹性带(172)固定连接，下垫片膜夹(1732)的左右边分别设有开口(17321)，所述上垫片膜夹片(1731)的底部设有与所述开口(17321)一一对应的T形凸条(17311)，所述T形凸条(17311)为弹性材质；

所述进水主管(4)与进水槽(2)通过原液回流管(43)相连，进水主管(4)连接在所述压力泵(41)和压力计量表(42)之间；所述原液回流管(43)和进水支管(5)上分别设有阀门(8)。

2.利用权利要求1所述的过滤装置进行污水过滤的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：先将干净的所述渗透膜(171)浸泡在Milli–Q水中24h，使其完全溶胀，去除膜片表面的储存剂及杂质，将浸泡后的渗透膜(171)平铺在所述下垫片膜夹片(1732)上，然后加盖所述上垫片膜夹片(1731)，并将所述T形凸条(17311)折叠穿过所述开口(17321)，夹紧固定渗透膜(171)，组装成传动膜组件(17)；将所述传动膜组件(17)用所述滚筒一(15)、滚筒二(16)撑开，并穿套在主动轴(13)、从动轴(14)上，关闭所述活动门(12)，使两根所述限位柱(122)抵住滚筒一(15)、滚筒二(16)的前端，以及利用密封圈一(121)、密封圈二(112)与滚筒一(15)、滚筒二(16)、传动膜组件(17)形成密闭空间；

S2：在所述进水槽(2)内加入纯水，控制进水温度在25-30℃，采用150-160psi对渗透膜(171)进行压实40-60min，再将压力调至100-120psi运行40-60min，跨膜流速为2.5-3cm/s，所述传动膜组件(17)的运动速度为30-50cm/s，使纯水通量达到稳定，校正渗透膜(171)的初始纯水通量；

S3：将维生素C废水、葡萄糖溶液、NaCl按照一定比例配制成电解质溶液，并控制总有机碳(TOC)为90-110mg/L，氯离子浓度为3500-4000mg/L，在压力为100-120psi，跨膜流速为2.5-3cm/s下，所述传动膜组件(17)的运动速度为20-25cm/s，对渗透膜(171)进行3-5h预吸附处理；

S4：向 所述电解质溶液中接种5-10％的菌种，并添加与菌种体积比为1:1000的培养基，用于维持微生物的生长，在进水温度为25-30℃、压力为100-120psi、跨膜流速为2.5-3cm/s下连续运行19-24h，所述传动膜组件(17)的运动速度为10-15cm/s，并利用所述水质检测仪(71)检测S4的渗滤液水质；

S5：运行完毕后，取下渗透膜(171)，将渗透膜(171)膜面污染物重新悬浮于40mL的磷酸盐缓冲液(PBS)中，渗透膜(171)膜面截留物质包括有机物、无机盐和微生物，并对渗透膜(171)的膜通量进行计算。

Images