CN109574148A - 净水过滤设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种净水过滤设备及方法，属于环保水处理技术领域。该设备包括：壳体，包括净水室，净水室将所述壳体内部空间分隔为净水室内的净水腔和净水室外的过滤腔，净水腔设有产水口，过滤腔设有进水口和错流口；管状膜丝，管状膜丝为中空长管状结构，其管壁设有用于过滤的空隙，若干所述管状膜丝安装于所述过滤腔内，且管状膜丝两端开口部均安装于所述净水室上，中部下垂，形成U型结构；管状膜丝内壁通过净水室的接口与净水腔连通，管状膜丝外壁与过滤腔连通。上述设备能对管状膜丝外壁表面进行均匀的曝气擦洗和气反冲洗，让膜表面附着的污染物有效且快速的脱落，并随错流水排出膜壳外，延缓了膜的污堵，延长了使用寿命。

Description

净水过滤设备及方法
技术领域
本发明涉及环保水处理技术领域，特别是涉及一种净水过滤设备及方法。
背景技术
在环保行业中进行水处理，通常采用膜材料进行过滤，膜材料包括管型结构或板框型结构，而在应用的过程中，不管是管型结构的膜材料还是板框型结构的膜材料，都存在膜丝或膜片缝隙夹泥的现象，容易造成膜的污堵，通过反冲清洗和药液浸泡，仍然难以恢复原始流量，说明清洗效果不明显，而且频繁的清洗会缩减膜的使用寿命。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种净水过滤设备及方法，采用该净水过滤设备及方法，能对膜丝表面进行均匀的曝气擦洗和气反冲洗，能有效的使污染物从膜丝表面脱落并随错流水排出壳体外，延缓了膜的污堵，延长了使用寿命。
一种净水过滤设备，包括：
壳体，包括净水室，所述净水室将所述壳体内部空间分隔为净水室内的净水腔和净水室外的过滤腔，所述净水腔设有产水口，所述过滤腔设有进水口和错流口；
管状膜丝，所述管状膜丝为中空长管状结构，其管壁设有用于过滤的空隙，若干所述管状膜丝安装于所述过滤腔内，且所述管状膜丝两端开口部均安装于所述净水室上，中部下垂，形成U型结构；所述管状膜丝内壁通过所述净水室的接口与所述净水腔连通，所述管状膜丝外壁与所述过滤腔连通。
在其中一个实施例中，还包括空泡发生装置和气反发生装置，所述过滤腔还设有排污口，所述空泡发生装置的空泡出口设于所述壳体底部；所述气反发生装置的气体出口通过气反阀与所述净水腔连通。上述空泡发生装置选用能够短时产生大量气泡的设备，上述气反发生装置同样也是能够产生高压气体的设备。
在其中一个实施例中，所述产水口设于所述壳体顶部，所述排污口设于所述壳体底部，所述进水口设于所述壳体下部，所述错流口设于所述壳体上部。
在其中一个实施例中，所述产水口设有产水阀，所述进水口设有进水阀，所述错流口设有错流阀，所述排污口设有排污阀。
在其中一个实施例中，所述管状膜丝由以下重量百分比的原料制备而成：
陶瓷膜颗粒 5％-10％
聚四氟乙烯颗粒 90％-95％
所述聚四氟乙烯颗粒的粒径为0.2-0.5μm，所述陶瓷膜颗粒的粒径为所述聚四氟乙烯颗粒粒径的5-100倍；所述陶瓷膜颗粒选自：二氧化钛、刚玉、氧化铝、碳化硅中的至少一种。
上述管状膜丝所实用的材料，通过将聚四氟乙烯颗粒包括在陶瓷膜颗粒周围，形成一定纳米级球状的复合材料，利用陶瓷膜颗粒刚性好的特性与聚四氟乙烯(PTFE)化学稳定性佳的特性相结合，提高了最终得到的膜材料的承压能力和化学稳定性，又由于陶瓷膜颗粒改变了聚四氟乙烯材料的亲水角，改善了膜材料的亲水性，提高了膜材料的抗污染能力，使得到的管状膜丝既具有有机膜材料的柔韧性，又具备无机陶瓷膜的刚性和抗压能力。且通过上述材料的选择和粒径配合，能够使聚四氟乙烯颗粒较好且均匀的包裹在陶瓷膜颗粒周围，形成均一性高、包裹效果佳的复合材料。
在其中一个实施例中，所述管状膜丝通过以下方法制备得到：
混料：取陶瓷膜颗粒和聚四氟乙烯颗粒，加入助溶剂，加热搅拌使聚四氟乙烯包裹于陶瓷膜颗粒周围，形成复合膜材料；
制料：将上述复合膜材料置于棒槽中充分搅拌后制成中空的管状棒料；
成型：将上述管状棒料利用挤塑机挤出成型为中空薄型管状材料；
脱除：在烘箱中加热脱除助溶剂；
拉伸定型：将上述中空薄型管状材料在烘箱中加热拉伸定型，即得管状膜丝。
在其中一个实施例中，所述混料步骤中，加热至200-260℃使陶瓷膜颗粒和聚四氟乙烯形成复合膜材料；所述助溶剂选自：煤油；
所述制料步骤中，充分搅拌30±10min；
所述成型步骤中，在260±20℃下挤出成型；所述中空薄型管状材料的内径为0.5mm-10mm，外径为1mm-12mm；
所述脱除步骤中，在175±20℃下脱除；
所述拉伸定型步骤中，将所述中空薄型管状材料在260±20℃下加热并在1-3h内拉伸2-6倍。
上述管状膜丝的制备方法，充分考虑了聚四氟乙烯与陶瓷材料的物理化学性质，使其在上述反应过程中能够很好的结合而形成复合材料，达到同时具备有机膜稳定性好和无机膜刚性的特点。具体的，在混料步骤中，先在助溶剂的帮助下，让聚四氟乙烯颗粒以陶瓷膜颗粒为核心形成纳米级的球状复合材料；随后在制料步骤中，使该球状复合材料进一步反应均一化，再形成可后续成型的管状棒料；成型步骤先将上述管状棒料初步成型，随后再于脱除步骤中进行助溶剂的脱除；最终，再进行拉伸定型，以得到稳定产品。拉伸的倍数即决定了最终得到柔性陶瓷膜产品的过滤孔径，拉伸倍数越高，则孔径越大。
本发明还公开了一种净水过滤方法，采用上述的净水过滤设备，包括以下步骤：
净水过滤：将待过滤废水由所述进水口引入所述过滤腔，废水经过所述管状膜丝的拦截作用，净水通过管状膜丝上的空隙进入净水腔，完成过滤。
在其中一个实施例中，采用上述的净水过滤设备，还包括在线清洗步骤，所述在线清洗步骤包括：曝气擦洗和/或气反冲洗，所述曝气擦洗中，先通过所述空泡发生装置往所述过滤腔充入空泡，通过空泡的上升运动促使中部下垂呈U型结构的管状膜丝产生抖动，使粘附于所述管状膜丝外壁的污染物掉落于所述过滤腔的废水中，再将该废水通过所述错流口和/或排污口排出，即完成曝气擦洗；上述正面曝气擦洗中管状膜丝可承受的压力为3-5kg。
所述气反冲洗步骤中，打开气反阀，通过气反发生装置向所述净水腔内充入气体，使气体与水流相反的方向由所述管状膜丝内向外流动，从而使粘附于所述管状膜丝外壁的污染物掉落于所述过滤腔的废水中，再将该废水通过所述错流口和/或排污口排出，即完成气反冲洗。
在其中一个实施例中，采用上所述的净水过滤设备，所述净水过滤步骤中，通过调整所述产水阀、错流阀和进水阀的大小，使所述过滤腔的压力大于所述净水腔的压力。上述气反冲洗中管状膜丝可承受的压力为3-5kg。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的一种净水过滤设备，将废水通过进水泵提升进入壳体的过滤腔内，经管状膜丝过滤后，可从上端产水口进入到清水箱中，错流水则从错流口回到原水池，底部配有空泡发生装置，在高压气泡下，能对管状膜丝外壁表面进行均匀的曝气擦洗和气反冲洗，让膜表面附着的污染物有效且快速的脱落，并随错流水排出膜壳外，延缓了膜的污堵，延长了使用寿命。
特别是当选用二氧化钛和聚四氟乙烯相互配合制备管状膜丝时，不但具有原料易得、成本低，实际应用性强的优点，还具有一定的抑菌效果，避免膜材料由于细菌滋生而堵塞的问题。
在废水过滤的过程中，还可通过调节进水阀、错流阀、产水阀来控制管状膜丝内部的压力，当过滤腔的压力大于所述净水腔的压力且压力大于0时，管状膜丝内壁会受到一种挤压力，由于管状膜丝中陶瓷膜颗粒的支撑和力的相互作用原理，管状膜丝内壁会受到一种反作用力，称之为“背压”，因为上述管状膜丝为柔性的陶瓷膜，具备很高的强度和韧性的优点，在此“背压”下，管状膜丝不但不会被压扁变形，反而能提升至更高的过滤精度，因此能截留粒径更小的污染物，过滤效果更好，更不易被污堵。
且该柔性陶瓷膜可承受的压力可达3-5kg，使该柔性陶瓷膜可通过相对剧烈的清洗方式进行清洗，具有非常好的清洁效果
附图说明
图1为实施例2中净水过滤设备结构示意图；
图2为实施例2中管状膜丝电镜下照片；
图3为图2的放大照片；
图4为实施例2的净水过滤设备流量示意图。
其中：100.壳体；110.净水室；111.产水口；112.产水阀；121.进水口；122.进水阀；123.错流口；124.错流阀；125.排污口；126.排污阀；200.管状膜丝；300.空泡发生装置；410.气反阀。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连通”另一个元件，它可以是直接连通到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
一种净水过滤设备，，包括：壳体、管状膜丝、气反发生装置和空泡发生装置。
所述壳体包括净水室，所述净水室将所述壳体内部空间分隔为净水室内的净水腔和净水室外的过滤腔，所述净水腔设有产水口，所述过滤腔设有进水口、错流口和排污口；所述产水口设于所述壳体顶部，所述排污口设于所述壳体底部，所述进水口设于所述壳体下部，所述错流口设于所述壳体上部。并且，所述产水口设有产水阀，所述进水口设有进水阀，所述错流口设有错流阀，所述排污口设有排污阀。
所述管状膜丝为中空长管状结构，其管壁设有用于过滤的空隙，若干所述管状膜丝安装于所述过滤腔内，且所述管状膜丝两端开口部均安装于所述净水室上，中部下垂，形成U型结构；所述管状膜丝内壁通过所述净水室的接口与所述净水腔连通，所述管状膜丝外壁与所述过滤腔连通。
所述空泡发生装置的空泡出口设于所述壳体底部；所述气反发生装置的气体出口通过气反阀与所述净水腔连通。
实施例2
一种净水过滤设备，如图1所示，包括：壳体100、管状膜丝200、气反发生装置和空泡发生装置300。
所述壳体100包括净水室110，所述净水室110将所述壳体100内部空间分隔为净水室内的净水腔和净水室外的过滤腔，所述净水腔设有产水口111，所述过滤腔设有进水口121、错流口123和排污口125；所述产水口设于所述壳体顶部，所述排污口设于所述壳体底部，所述进水口设于所述壳体下部，所述错流口设于所述壳体上部。并且，所述产水口111设有产水阀112，所述进水口121设有进水阀122，所述错流口123设有错流阀124，所述排污口125设有排污阀126。
所述管状膜丝200为中空长管状结构，其管壁设有用于过滤的空隙，若干所述管状膜丝安装于所述过滤腔内，且所述管状膜丝两端开口部均安装于所述净水室上，中部下垂，形成U型结构；所述管状膜丝内壁通过所述净水室的接口与所述净水腔连通，所述管状膜丝外壁与所述过滤腔连通。
所述空泡发生装置300的空泡出口设于所述壳体底部；所述气反发生装置的气体出口通过气反阀410与所述净水腔连通。
上述管状膜丝，同时拥有很高的强度和韧性，在高压下，膜丝都不会被压扁变形；具有良好的亲水性，能延缓膜污堵，延长使用寿命；耐酸、耐碱、耐高温。还具有化学性质稳定，常温下不与任何物质发生反应；成本低，通量大，能耗低的优点。该管状膜丝通过以下方法制备得到：
1、混料：
取下述原料，加入125g左右的助溶剂，混合均匀：
陶瓷膜颗粒(TiO2) 7.5g
聚四氟乙烯颗粒 92.5g
上述陶瓷膜颗粒的粒径为1～5μm，聚四氟乙烯颗粒的粒径为0.2～0.5μm，助溶剂为煤油，加热至200-260℃，搅拌使聚四氟乙烯包裹于陶瓷膜颗粒周围，形成复合膜材料；
2、制料：
将上述复合膜材料置于棒槽中充分搅拌30min后制成中空的管状棒料。
3、成型：
将上述管状棒料利用挤塑机，在260℃挤出成型为中空薄型管状材料，该中空薄型管状材料的内径为0.5mm-10mm，外径为1mm-12mm。
4、脱除：
将上述中空薄型管状材料在烘箱中175℃加热脱除助溶剂；
5、拉伸定型：
将上述中空薄型管状材料在260℃下，于在1～3h内拉伸2～6倍定型，即得管状膜丝。该管状膜丝的过滤孔径为0.5μm，如图2-3所示。图2为管状膜丝电镜下照片，图3为图1的放大照片。
采用上述净水过滤设备进行废水(污水)过滤，包括以下工序：
1、净水过滤
将待过滤废水由所述进水口引入所述过滤腔，废水经过所述管状膜丝的拦截作用，净水通过管状膜丝上的空隙进入净水腔，完成过滤。并且，通过调整所述产水阀、错流阀和进水阀的大小，使所述过滤腔的压力大于所述净水腔的压力，使在此“背压”下，管状膜丝不但不会被压扁变形，反而能提升至更高的过滤精度，因此能截留粒径更小的污染物，过滤效果更好，更不易被污堵。
1.1、地下水过滤
取地下水进行过滤，其过滤效果如下表和图4所示。
表1.地下水过滤效果
过滤前 过滤后
COD含量 137mg/L 118mg/L
pH值 7 7
散射浊度 100mg/L <1NTU
注：COD指Chemical Oxygen Demand，化学需氧量。
上述结果表明，本实施例的净水过滤设备和方法，可以达到较好的过滤效果。并且，如图4所示，上述净水过滤设备和方法能够持续不断的提供过滤，具有较大的流量和较好的耐用性。
1.2、含氢氧化镍的电镀废水过滤
取氢氧化镍的电镀废水进行过滤，其过滤效果如下表所示。
表2.镍离子去除率对比表
上述结果表明，管状膜丝对镍离子有较高的去除率，《电镀污染物排放标准》(GB21900-2008)规定总镍排放限值为0.5mg/L，根据浓水含量的不同，当浓水镍离子含量低于7-8mg/L时，采用本实施例的设备和方法过滤的柔性氢氧化镍的电镀废水，其出水可达到此排放标准。
1.3、PCB线路板综合废水过滤
取PCB线路板综合废水进行过滤，在pH为8的条件下连续运行3个月，在运行至第3个月末连续3天进行抽样，其过滤效果如下表所示。
表3. 9月26日抽样结果
表4. 9月27日抽样结果
表5. 9月28日抽样结果
上述结果表明，在pH为8的条件下连续运行3个月后，本实施例的净水过滤设备和方法同样能够具有较好的过滤效果，并且具有耐碱性好和耐用性高的优点。
1.4、废酸液过滤
取浓度为30％的废盐酸溶液进行过滤，其进水SS(总固体悬浮物)为150mg/L，过滤后出水SS<1NTU(散射浊度单位)，说明本实施例的净水过滤设备和方法具有较好的过滤效果，并且具有强耐酸性的优点。
2、在线清洗步骤
2.1正面曝气擦洗：
先通过所述空泡发生装置往所述过滤腔充入空泡，通过空泡的上升运动促使中部下垂呈U型结构的管状膜丝产生抖动，使粘附于所述管状膜丝外壁的污染物掉落于所述过滤腔的废水中，再将该废水通过所述错流口和/或排污口排出，即完成正面曝气擦洗，上述正面曝气擦洗中管状膜丝可承受的压力为3-5kg。
2.2气反冲洗：
先打开气反阀410，通过气反发生装置向所述净水腔内充入气体，使气体与水流相反的方向由所述管状膜丝内向外流动，从而使粘附于所述管状膜丝外壁的污染物掉落于所述过滤腔的废水中，再将该废水通过所述错流口和/或排污口排出，即完成气反冲洗，上述气反冲洗中管状膜丝可承受的压力为3-5kg。
实施例3
一种净水过滤设备，与实施例2的设备基本相同，区别仅在于其中的柔性陶瓷膜所选用的陶瓷膜颗粒为碳化硅，采用上述净水过滤设备进行废水过滤，发现在运行一段时间之后由于细菌滋生，严重影响了过滤通量。
实施例4
一种净水过滤设备，与实施例2的设备基本相同，区别仅在于管状膜丝的制备过程中：省略脱除步骤。最终无法得到成型的柔性陶瓷膜。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种净水过滤设备，其特征在于，包括：
壳体，包括净水室，所述净水室将所述壳体内部空间分隔为净水室内的净水腔和净水室外的过滤腔，所述净水腔设有产水口，所述过滤腔设有进水口和错流口；
管状膜丝，所述管状膜丝为中空长管状结构，其管壁设有用于过滤的空隙，若干所述管状膜丝安装于所述过滤腔内，且所述管状膜丝两端开口部均安装于所述净水室上，中部下垂，形成U型结构；所述管状膜丝内壁通过所述净水室的接口与所述净水腔连通，所述管状膜丝外壁与所述过滤腔连通。
2.根据权利要求1所述的净水过滤设备，其特征在于，还包括空泡发生装置和气反发生装置，所述过滤腔还设有排污口，所述空泡发生装置的空泡出口设于所述壳体底部；所述气反发生装置的气体出口通过气反阀与所述净水腔连通。
3.根据权利要求2所述的净水过滤设备，其特征在于，所述产水口设于所述壳体顶部，所述排污口设于所述壳体底部，所述进水口设于所述壳体下部，所述错流口设于所述壳体上部。
4.根据权利要求3所述的净水过滤设备，其特征在于，所述产水口设有产水阀，所述进水口设有进水阀，所述错流口设有错流阀，所述排污口设有排污阀。
5.根据权利要求1-4任一项所述的净水过滤设备，其特征在于，所述管状膜丝由以下重量百分比的原料制备而成：
陶瓷膜颗粒 5％-10％
聚四氟乙烯颗粒 90％-95％
所述聚四氟乙烯颗粒的粒径为0.2-0.5μm，所述陶瓷膜颗粒的粒径为所述聚四氟乙烯颗粒粒径的5-100倍；所述陶瓷膜颗粒选自：二氧化钛、刚玉、氧化铝、碳化硅中的至少一种。
6.权利要求5所述的净水过滤设备，其特征在于，所述管状膜丝通过以下方法制备得到：
混料：取陶瓷膜颗粒和聚四氟乙烯颗粒，加入助溶剂，加热搅拌使聚四氟乙烯包裹于陶瓷膜颗粒周围，形成复合膜材料；
制料：将上述复合膜材料置于棒槽中充分搅拌后制成中空的管状棒料；
成型：将上述管状棒料利用挤塑机挤出成型为中空薄型管状材料；
脱除：在烘箱中加热脱除助溶剂；
拉伸定型：将上述中空薄型管状材料在烘箱中加热拉伸定型，即得管状膜丝。
7.根据权利要求6所述的净水过滤设备，其特征在于，所述混料步骤中，加热至200-260℃使陶瓷膜颗粒和聚四氟乙烯形成复合膜材料；所述助溶剂选自：煤油；
所述制料步骤中，充分搅拌30±10min；
所述成型步骤中，在260±20℃下挤出成型；所述中空薄型管状材料的内径为0.5mm-10mm，外径为1mm-12mm；
所述脱除步骤中，在175±20℃下脱除；
所述拉伸定型步骤中，将所述中空薄型管状材料在260±20℃下加热并在1-3h内拉伸2-6倍。
8.一种净水过滤方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的净水过滤设备，包括以下步骤：
净水过滤：将待过滤废水由所述进水口引入所述过滤腔，废水经过所述管状膜丝的拦截作用，净水通过管状膜丝上的空隙进入净水腔，完成过滤。
9.根据权利要求8所述的净水过滤方法，其特征在于，采用权利要求2所述的净水过滤设备，还包括在线清洗步骤，所述在线清洗步骤包括：曝气擦洗和/或气反冲洗，所述曝气擦洗中，先通过所述空泡发生装置往所述过滤腔充入空泡，通过空泡的上升运动促使中部下垂呈U型结构的管状膜丝产生抖动，使粘附于所述管状膜丝外壁的污染物掉落于所述过滤腔的废水中，再将该废水通过所述错流口和/或排污口排出，即完成曝气擦洗；
所述气反冲洗步骤中，打开气反阀，通过气反发生装置向所述净水腔内充入气体，使气体与水流相反的方向由所述管状膜丝内向外流动，从而使粘附于所述管状膜丝外壁的污染物掉落于所述过滤腔的废水中，再将该废水通过所述错流口和/或排污口排出，即完成气反冲洗。
10.根据权利要求8所述的净水过滤方法，其特征在于，采用权利要求4所述的净水过滤设备，所述净水过滤步骤中，通过调整所述产水阀、错流阀和进水阀的大小，使所述过滤腔的压力大于所述净水腔的压力。
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