CN110510705B - 一种便携式高效膜分离净水装置及其装配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种便携式高效膜分离净水装置，该装置包括装置筒体及进出水系统、上部截留吸附模块和下部截留吸附模块。该净水筒体上表面和下表面分别设有进水口和出水口，同时在侧壁设有两个抽气口。该装置的进出水口和上下截留吸附模块为上下对称。本发明装置具有结构简单、便携灵活、成本低廉，利用低压作为能源供应，高效环保，无二次污染的优点。

Description

一种便携式高效膜分离净水装置及其装配方法
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种便携式高效膜分离净水装置及其装配方法。
背景技术
我国是水资源相对缺乏的国家，人均占有量相当于世界人均占有量的1/4，居世界第88位。随着工农业的发展和人民生活水平的提高，水资源紧缺的矛盾日趋突出。
我国饮用水水源有两种，即地表水(包括河流、湖泊、水库)和地下水。根据《2016中国环境状况公报》全国地表水1940个评价、考核、排名断面(点位)中，Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类和劣Ⅴ类分别占2.4、37.5、27.9、16.8、6.9和8.6％。6124个地下水水质监测点中，水质为优良级、良好级、较好级、较差级和极差级的监测点分别占10.1、25.4、4.4、45.4和14.7％。地级及以上城市897个在用集中式生活饮用水水源监测断面(点位)中，有811个全年均达标，占90.4％。主要污染指标为化学需氧量、总磷和五日生化需氧量，断面超标率分别为17.6、15.1和14.2％。
现阶段污水处理技术较为完善，但其中绝大多数都是通过大型设备和梯级系统对污水进行处理，直接从较为洁净的地表水源中获取洁净可饮用的水源是现阶段的难题之一，其原因在于：大型设备需要较高的动力来源且难以满足便携式的需求，但较小的较为先进的设备造价成本较高，难以进行大范围的推广。在已有的水处理工艺中，在对污染物的处理效果方面，膜截留处理和纳米材料对污染物吸附效果最具代表性，但单一处理过程又存在如下问题。
在膜截留处理方面：传统的超滤膜仅可将分子量较大的污染物和胶体颗粒有效截留，对溶解在水中分子量更小的有机污染物和重金属离子则无能为力。虽然从原理上纳滤、反渗透等技术可以实现小分子污染物的有效截留，但膜污染严重、预处理流程复杂、高压过滤导致的能耗与设备成本过高。
在纳米材料方面：纳米吸附剂由于具有较高的表面积、丰富的吸附位点和快速的吸附动力学等特性而常被用来去除低分子量的污染物。然而，纳米吸附剂通常被制备成粉末的形式，在分离/再生过程中容易因为沥出水体而引起安全隐患。此外，很难直接使用纳米颗粒来截留住大分子和颗粒。
在净水设备方面：小型净水设备相对于便携式净水器存在着笨重、不易运输、需要较大动力支持(比如电机等)的缺点，在某些特殊情况(如自然灾害、野外等)下无法使用。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术存在的缺陷，提供一种便携式高效膜分离净水装置及其装配方法，旨在对地表水进行快速高效净化利用。装置在现有超滤膜分离技术的基础上，将纳米材料、泡沫金属材料与超滤膜技术耦合，达到水中污染物分离和吸附同步去除的效果。装置相比同类装置，具有便携高效、成本较低和低压动力来源等优点。
本发明的技术方案为：
一种便携式高效膜分离净水装置，包括装置筒体及进出水系统、上部截留吸附模块和下部截留吸附模块。所述净水筒体上表面和下表面分别设有进水口和出水口，同时在侧壁设有两个抽气口。在工作时，堵上其中一个抽气口，另一个连接真空泵，由真空泵的吸力产生负压，使水从进水口流经截留吸附模块到达出水口进行净化。所述装置的进出水口和上下截留吸附模块为上下对称，其作用在于：对调装置进出水口可达到超滤膜反冲洗效果。
截留吸附模块主要分为上下两部分，每部分由顶部塑料滤网、两层超滤膜和夹在其中的泡沫金属组成。所述截留吸附模块中，最上层塑料滤网主要起对较大污染物初步过滤作用，泡沫金属上表面超滤膜主要起到截留大分子污染物的作用，泡沫金属对整体模块起支撑作用，防止超滤膜在真空泵产生的压力下变形；泡沫金属下表面的超滤膜主要防止泡沫金属中纳米材料在压力下泄露，起到截留纳米材料的作用。
超滤膜可选用各种不同材质的超滤膜，其中PVDF(聚偏二氟乙烯)作为一种新兴的、综合性能优良的膜材料，这种膜的膜孔径大小在1-100nm之间，处理水时的跨膜压差约为0.03MPa，纯水通量为21.8L/(m2·h)，它的机械强度、抗压程度和坚韧度高，可作为靶向膜材料优选。
泡沫金属可选用常见的泡沫金属镍，孔隙率60％左右、通孔率为90％左右。内部主要填充多孔中空纳米球体，如中空碳球、中空锆球、中空硅球等。其作用主要在于通过纳米中空球体的比表面积大等特性，达到对小分子有机和无机污染物的吸附作用。
一种便携式高效膜分离净水装置的装配，包括以下步骤：
S1；泡沫金属用聚四氟乙烯包覆泡沫金属侧壁；
S2；多孔中空纳米球体需填充，将第二超滤膜与泡沫金属下表面贴合放入抽滤装置中；将多孔中空纳米球体置于泡沫金属表面，进行抽滤直到泡沫金属重量不在增加为止；
S3；将第一超滤膜与泡沫金属上表面贴合，将塑料滤网与上层超滤膜贴合，得到截留吸附模块；
S4制备两块截留吸附模块对称安装在净水筒体内，完成便携式高效膜分离净水装置装配。
本发明相对于现有技术相比具有显著优点为：
1、本发明装置所用超滤膜分离法相比于其他膜分离法，需要压力较低，可在低压下进行膜分离，不需要在额外大型设备(如电机等)的支持下工作，提高装置工作条件的便携性和实用性；
2、该装置将膜材料、泡沫金属材料和吸附材料耦合，PDVF双层超滤膜和中空多孔纳米吸附材料的结合，起到分离、吸附和支撑的作用，在有效去除水中的胶体、微生物、有机物，降低重金属离子、放射性核素等的含量的同时，下层膜对纳米材料起到很好的支撑、拦截作用，有效防止纳米材料进入直饮水中对人体造成危害；
3、该装置利用泡沫金属作为支撑骨架，辅以泡沫金属的多孔结构对纳米吸附材料予以储存，实现纳米材料模块化，既解决了纳米材料团聚的问题，又实现纳米材料回收利用，节能环保。
附图说明
图1为本发明的装置的结构示意图。
图2为本发明中纳米吸附材料对BPA的吸附等温曲线图。
图中：筒体1；进水口2；筒盖与把手3；抽气口4；塑料滤网5；上部截留吸附模块的第一超滤膜6；泡沫金属7；多孔中空纳米球体8；上部截留吸附模块的第二超滤膜9；下部截留吸附模块的第二超滤膜10；泡沫金属11；多孔中空纳米球体12；下部截留吸附模块的第一超滤膜13；塑料滤网14；抽气口15；出水口16；筒盖与把手17。
具体实施方式
本发明的装置如下：一种便携式高效膜分离净水装置，包括装置筒体及进出水系统、上部截留吸附模块和下部截留吸附模块。所述净水筒体上表面和下表面分别设有进水口和出水口，同时在侧壁设有两个抽气口。在工作时，堵上其中一个抽气口，另一个连接真空泵，由真空泵的吸力产生负压，使水从进水口流经截留吸附模块到达出水口进行净化。所述装置的进出水口和上下截留吸附模块为上下对称，其作用在于：对调装置进出水口可达到超滤膜反冲洗效果。
截留吸附模块主要分为上下两部分，每部分由顶部塑料滤网、两层超滤膜和夹在其中的泡沫金属组成。所述截留吸附模块中，最上层塑料滤网主要起对较大污染物初步过滤作用，泡沫金属上表面超滤膜主要起到截留大分子污染物的作用，泡沫金属对整体模块起支撑作用，防止超滤膜在真空泵产生的压力下变形；泡沫金属下表面的超滤膜主要防止泡沫金属中纳米材料在压力下泄露，起到截留纳米材料的作用。
装置具体工作流程：
堵上上部抽气口，将装置下部抽气口与真空泵相连，真空泵为装置提供负压。水由装置上部进水口进入装置，先通过上部截留吸附模块，上部模块中滤网主要对水中大粒径漂浮物进行初步过滤，再由上层超滤膜对水中大分子污染物如病毒等进行截留分离，随后水进入泡沫金属，在与泡沫金属中纳米中空多孔球体接触的过程中，水中重金属离子和小分子有机物被吸附，下层超滤膜在吸附过程中有效规避了多孔中空纳米球体在压力下沥出。经过上部截留吸附模块处理后，水最后流经下部膜截留分离模块，下部模块主要对上部未能完全截留的极小分子量物质进行截留分离，随后水由出水口流出。
在使用过程中可交替对调使用进出水口，对超滤膜进行反冲洗，延长截留吸附模块使用寿命。
一种便携式高效膜分离净水装置的设计方法，包括以下步骤：
S1设计泡沫金属，用聚四氟乙烯包覆泡沫金属侧壁；
S2设计多孔中空纳米球体填充，将超滤膜与S1中泡沫金属下表面贴合放入抽滤装置中，将多孔中空纳米球体置于泡沫金属表面，进行抽滤直到泡沫金属重量不在增加为止；
S3设计截留吸附模块，将超滤膜与S2中泡沫金属上表面贴合，将塑料滤网与上层超滤膜贴合；
S4将S3中截留吸附模块按权利要求3中所述的连接结构安装在净水筒体内。
装置滤网设置为塑料结构的原因在于：其一装置需要动力来源较低，较小的负压不会使具有一定强度的塑料结构破坏变形；其二若设置金属结构滤网，容易与水中污染物成分发生反应，间接对超滤膜膜表面造成污染，影响超滤膜截留分离效果。
装置设置为筒装，其特点在于：第一方便携带，也方便使用者用手握住，第二外形与现阶段已有的饮料瓶类似，易被使用者接受。装置不但可以用于野外旅行、科考作业等移动条件下需求，还可利用其低压便携的特性，在水源缺乏但饮用水源污染较为严重，无法利用较大设备进行净化的偏远山区使用。装置便携高效，具有很强的创新特点和推广前景。
装置实现在有限空间内将多组分污染物进行同步去除，达到超滤膜进行截留分离的同时，多孔中空纳米球可将水中小分子污染物进行吸附。预计可处理一般自然水体32L，可满足一个成年人约26天的需水量。
从图2中可知：多孔中空纳米球体的最大吸附容量约为64mg/g。

Claims (3)

1.一种便携式高效膜分离净水装置，其特征在于：所述装置由净水筒体及进出水系统、上部截留吸附模块和下部截留吸附模块组成，上部截留吸附模块和下部截留吸附模块设置在净水筒体内，所述的上部截留吸附模块和下部截留吸附模块均由塑料滤网、泡沫金属、超滤膜组成，上部截留吸附模块组成排列顺序为塑料滤网、第一超滤膜、泡沫金属及第二超滤膜，下部截留吸附模块组成排列顺序与上部截留吸附模块相反；
所述进出水系统为分别设置在净水筒体上表面和下表面的进水口和出水口；在净水筒体上下侧壁分别设有一个抽气口；
所述泡沫金属内部填充有多孔中空纳米球体，多孔中空纳米球体为中空碳球、中空锆球或中空硅球；
第一、第二超滤膜的材质选PVDF，膜孔径大小在1-100nm之间，处理水时的跨膜压差为0.03MPa，纯水通量为21.8L/(m2·h）；
所述装置的进出水口和上下截留吸附模块均为上下对称设置，其作用在于对调装置进出水口可达到对超滤膜的反冲洗效果。
2.根据权利要求1所述的便携式高效膜分离净水装置，其特征在于：泡沫金属为泡沫金属镍，孔隙率为60%、通孔率为90%。
3.一种基于权利要求1-2任一项所述的便携式高效膜分离净水装置的装配方法，其特征在于：该方法包括步骤如下：
S1，用聚四氟乙烯包覆泡沫金属侧壁；
S2，多孔中空纳米球体填充泡沫金属内部：将第二超滤膜与泡沫金属下表面贴合放入抽滤装置中，将多孔中空纳米球体置于泡沫金属表面，进行抽滤直到泡沫金属重量不再增加为止；
S3，将第一超滤膜与泡沫金属上表面贴合，将塑料滤网与第一超滤膜贴合，得到截留吸附模块；
S4，制备两块截留吸附模块对称安装在净水筒体内，完成便携式高效膜分离净水装置的装配。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114314882B (zh) * 2021-12-15 2023-12-19 武汉工程大学 一种富集和吸附一体化的卧式或立式原位净水器
CN115962586B (zh) * 2022-12-20 2023-09-19 江苏容汇通用锂业股份有限公司 一种直接太阳能吸附卤水浓缩制冷系统及使用方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201746403U (zh) * 2010-08-06 2011-02-16 邓飞 双膜双开净水器
CN203582601U (zh) * 2013-10-28 2014-05-07 项大利 一种具有多级过滤单元滤芯的超滤净水器
CN203728663U (zh) * 2014-03-18 2014-07-23 安徽理工大学 一种自来水洁净处理装置
CN106587425A (zh) * 2016-12-14 2017-04-26 郑州人造金刚石及制品工程技术研究中心有限公司 一种新型的净水器滤芯
CN206435057U (zh) * 2016-11-28 2017-08-25 枫科(北京)膜技术有限公司 一种纤维纳滤膜
CN107570014A (zh) * 2017-10-19 2018-01-12 西安建筑科技大学 一种易拆卸高通量动态膜支撑结构及组件

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014153570A2 (en) * 2013-03-15 2014-09-25 Transtar Group, Ltd New and improved system for processing various chemicals and materials

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201746403U (zh) * 2010-08-06 2011-02-16 邓飞 双膜双开净水器
CN203582601U (zh) * 2013-10-28 2014-05-07 项大利 一种具有多级过滤单元滤芯的超滤净水器
CN203728663U (zh) * 2014-03-18 2014-07-23 安徽理工大学 一种自来水洁净处理装置
CN206435057U (zh) * 2016-11-28 2017-08-25 枫科(北京)膜技术有限公司 一种纤维纳滤膜
CN106587425A (zh) * 2016-12-14 2017-04-26 郑州人造金刚石及制品工程技术研究中心有限公司 一种新型的净水器滤芯
CN107570014A (zh) * 2017-10-19 2018-01-12 西安建筑科技大学 一种易拆卸高通量动态膜支撑结构及组件

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