CN110790344A - 一种新型饮用水深度处理净化装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型饮用水深度处理净化装置及方法，所述装置包括冲洗系统、荷负电超滤膜组件(1)、加药系统以及产水系统，所述荷负电功能超滤膜组件(1)包括进水口(11)、产水口(12)以及浓水口(13)，所述进水口(11)连接一进水箱，所述浓水口(13)连接所述冲洗系统与加药系统，所述产水口(12)连接所述产水系统，本发明利用荷电超滤膜的荷负电基团对进水中的有害阴离子、部分小分子有机物进行深度处理，利用正扩散化学清洗对膜运行通量进行高效恢复，从而实现微有机污染饮用水深度处理的目的。

Description

一种新型饮用水深度处理净化装置和方法
技术领域
本发明涉及饮用水深度处理技术领域，特别是涉及一种新型饮用水深度处理净化装置和方法。
背景技术
目前的自来水厂的饮用水深度处理净化系统普遍使用超滤(UF)膜，超滤(UF)膜在自来水厂深度处理有不少优点，例如出水品质高、水质稳定、设备占用空间小、全自动化运行、不需要添加化学试剂等优点。但是，UF膜系统在自来水厂应用的经济性会受很多因素影响：电力系统需求、电费、人工成本、材料成本、膜清洗费用、阻垢剂费用、膜寿命周期和膜替换成本等。目前UF膜系统在水厂应用的主要障碍是随着运行时间增长，UF膜污染逐渐加剧，致使UF膜系统通量急剧衰减，继而引起产水量降低、UF膜寿命缩短、系统运行成本显著增加。
常规的UF膜分离原理是物理筛分，允许比其孔径小的组分透过，但截留比其孔径大或孔径相近的组分。传统UF膜具备如下缺点：1)常规UF无法分离颗粒尺寸大小与其孔径相近的组分；2)UF膜的大通量和高截留率本质矛盾。例如为了获得较高的UF膜透过系数或者较快的分离速度，一般增大膜的孔径，但大孔径降低了膜对溶质的截留率，影响了膜的选择性分离特性。UF膜的孔径随着待分离组分粒径尺寸的减小而减小，但这势必导致通量下降、设备操作和运行费用升高等问题。因此传统UF膜实际应用时，必须综合权衡膜通量和溶质截留率，这最终限制了产物的分离速度和收率；3)传统UF膜抗污染能力较弱，膜表面易沉积各种有机物，导致膜通量下降，通量衰减快，系统操作和运行费用增加，UF系统寿命降低。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种新型饮用水深度处理净化装置和方法，利用荷电超滤膜的荷负电基团对进水中的有害阴离子、部分小分子有机物进行深度处理，利用正扩散化学清洗对膜运行通量进行高效恢复，从而实现微有机污染饮用水深度处理。
为达上述目的，本发明提出一种新型饮用水深度处理净化装置，包括：冲洗系统、荷负电超滤膜组件(1)、加药系统以及产水系统，所述荷负电功能超滤膜组件(1)包括进水口(11)、产水口(12)以及浓水口(13)，所述进水口(11)连接一进水箱，所述浓水口(13)连接所述冲洗系统与加药系统，所述产水口(12)连接所述产水系统。
优选地，所述冲洗系统包括串联连接的冲洗泵(31)和进水箱(2)，所述浓水口(13)通过所述冲洗泵(31)与进水箱(2)连接。
优选地，所述荷负电功能超滤膜组件(1)与所述冲洗系统共用所述进水箱(2)。
优选地，所述进水口(11)设置于所述荷负电功能超滤膜组件(1)下侧端，所述产水口(12)设置于所述荷负电功能超滤膜组件(1)上侧端，所述浓水口(13)设置于所述荷负电功能超滤膜组件(1)正上端。
优选地，所述进水口(11)通过进水泵(21)连接所述进水箱(2)底部，所述冲洗泵(31)驱动方向为所述进水箱(2)上部流出，经过所述浓水口(13)进入所述荷负电功能超滤膜组件(1)。
优选地，所述加药系统包括串联的加药箱(3)和加药计量泵(32)，所述浓水口(13)通过所述加药计量泵(32)与加药箱(3)连接，所述加药系统通过所述加药计量泵(32)向所述荷负电功能超滤膜组件(1)泵入所述加药箱(3)中的化学清洗药剂。
优选地，所述产水系统包括产水泵(41)与产水箱(4)，所述产水口(12)经由所述产水泵(41)与产水箱(4)连接。
为达到上述目的，本发明还提供一种新型饮用水深度处理净化方法，包括如下步骤：
步骤S1，将水经荷负电功能超滤膜组件下侧端的进水口进入所述荷负电功能超滤膜组件，向上依次经过上侧端的产水口以及正上端的浓水口，利用功能超滤膜外表面及膜孔内的荷负电基团与进水中的部分阴离子、小分子有机物物质之间的静电效应，对引用水中的部分阴离子、小分子有机物质进行有效去除；
步骤S2，利用进水箱、冲洗泵、加药箱以及加药计量泵四部分联动进行正扩散冲洗，所述进水箱内的水经过所述正上端的浓水口进入荷负电功能超滤膜组件后进入荷负电功能超滤膜组件中的膜过滤系统，通过加药计量泵，经所述正上端的浓水口向荷负电功能超滤膜组件泵入加药箱的化学清洗药剂；
步骤S3，经正扩散清洗后的水经所述上侧端的产水口送入产水箱。
优选地，于步骤S2中，在进行正扩散清洗时，所述上侧端的产水口关闭，冲洗过程不消耗产水，所述清洗药剂经所述正上端的浓水口进入荷负电功能超滤膜组件后，经死端过滤后由所述下侧端的进水口排出，死端过滤时，所述正上端的浓水口的浓水外排阀关闭。
优选地，错流过滤时，部分浓水通过所述正上端的浓水口外排，浓水直接进入外排管道。
与现有技术相比，本发明一种新型饮用水深度处理净化装置及方法通过利用荷负电功能超滤膜组件过滤系统，利用功能超滤膜的荷负电基团对进水中的有害阴离子、部分小分子有机物进行深度处理，无反洗，无气洗，利用正扩散化学清洗对膜运行通量进行高效恢复，从而实现微有机污染饮用水深度处理的目的。
附图说明
图1为本发明一种新型饮用水深度处理净化装置的结构示意图；
图2为本发明一种新型饮用水深度处理净化方法的步骤流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
荷电超滤膜是一种新型超滤膜，其表面带有固定电荷。荷电超滤膜优势是可显著改善UF膜的渗透性和选择性之间的固有矛盾。通过荷电超滤膜的溶质运输速率通过空间(孔径)和静电相互作用的组合来确定。根据其分离原理，除了中性膜基于孔径大小的物理筛分之外，还有着独特的静电吸附和排斥作用。这就使得用UF膜分离不同价态的离子或者分子成为可能，同时也可用其分离相对分子质量相近但荷电性能不同的组分。荷电UF膜可以采用荷电聚合物进行制备，例如用含胺基基团的聚合物浇铸制备荷正电超滤膜。然而荷电超滤膜更常用的制备方法则是通过连接适当的阴离子(例如羧酸或磺酸)或阳离子(例如季胺)基团对常规聚合物进行表面荷电改性。荷电改性后的UF膜的整体性能取决于电荷基团的密度，配体的化学性质和共价键，以及连接到膜表面配体的间隔臂的性质。由于引入了荷电基团，UF膜的亲水性增强，水通量增加。又由于荷电UF膜和溶液间的静电作用，UF膜运行过程中溶液渗透压降低，因此适于低压操作。此外，荷电UF膜还具有耐压实、耐酸碱及抗微生物、细菌等优点。荷电UF膜在水通量、抗污染以及选择透过性方面具有中性UF膜所不具备的优势和独特用途。采用荷电UF膜装置进行微有机污染饮用水深度处理具有效率高、药耗低、清洗废水少的优势。因此，本发明拟采用利用荷电超滤膜的荷负电基团对饮用水中的有害阴离子、部分小分子有机物进行深度处理。
图1为本发明一种新型饮用水深度处理净化装置的结构示意图。如图1所示，本发明一种新型饮用水深度处理净化装置，包括：冲洗系统、荷负电超滤膜组件1、加药系统以及产水系统，荷负电功能超滤膜组件1包括进水口11、产水口12以及浓水口13，在本发明具体实施例中，所述进水口11设置于荷负电功能超滤膜组件1下侧端，产水口12设置于荷负电功能超滤膜组件1上侧端，浓水口13设置于荷负电功能超滤膜组件1正上端，该荷负电功能超滤膜组件1与冲洗系统共用一进水箱2，处于下侧端的进水口11经由进水泵21与进水箱2底部连接，处于正上端的浓水口13连接冲洗系统与加药系统，所述冲洗系统包括串联连接的冲洗泵31和进水箱2，即，浓水口13通过冲洗泵31与进水箱2连接，冲洗泵31驱动方向为进水箱2上部流出，经过荷负电功能超滤膜组件1后进入荷负电功能超滤膜组件的膜过滤系统，所述加药系统包括串联的加药箱3和加药计量泵32，即该处于正上端的浓水口13通过加药计量泵32与加药箱3连接，加药系统通过加药计量泵32向荷负电功能超滤膜组件1泵入加药箱3中的化学清洗药剂，在本发明具体实施例中，该加药箱3中的化学清洗药剂可为次氯酸钠或柠檬酸的一种；所述产水系统包括产水泵41与产水箱4，处于上侧端的产水口12经由产水泵41与产水箱4连接。
进水箱2中的水经过进水泵21经过下侧端的进水口11进入荷负电功能超滤膜组件1，向上依次经过上侧端产水口12、正上端浓水口13，在荷负电超滤膜组件表面，利用功能超滤膜外表面及膜孔内的荷负电基团与进水中的部分阴离子、小分子有机物物质之间的静电效应，对进水中的部分阴离子、小分子有机物质进行有效去除，在本发明具体实施例中，进水泵21的进水压力建议为0～0.25MPa；当进行正扩散冲洗时，进水箱2、冲洗泵31、加药箱3以及加药计量泵32四部分联动，上侧端产水口12关闭，进水经由荷负电超滤膜组件1正上端浓水口13进入荷负电超滤膜组件1内部，即冲洗泵31驱动方向为进水箱2上部流出，经过正上端浓水口13进入荷负电功能超滤膜组件1后进入荷负电功能超滤膜组件1中的膜过滤系统，加药系统则通过加药计量泵32，经正上端浓水口13向荷负电功能超滤膜组件1泵入化学清洗药剂，进行正扩散化学冲洗，冲洗过程不消耗产水，在本发明具体实施例中，扩散清洗间隔时间建议为0.5～6小时，冲洗进水压力建议为0～0.25MPa，清洗药剂可以为次氯酸钠或柠檬酸，清洗药剂浓度最好为300～1000mg/L，当上侧端浓水口13进入的冲洗的水和药进入时，下侧端进水口11不再进水，对整个膜过滤系统进行清洗，清洗掉膜表面的污染物；错流过滤(错流过滤为系统的一种运行方式，由系统或者设备使用者决定，该方式下进水从一端进入，浓水直接从另一端排出，产水从第三端排出，错流过滤回收率低，但是膜污染程度小)时，部分浓水通过正上端浓水口13外排，浓水直接进入外排管道，浓水外排压力建议为0～0.25MPa，产水通过产水口排出，需说明的是，错流过滤时浓水压力直接受进水压力影响，在一定的跨膜压差范围内，进水压力范围确定，浓水压力的范围则也是确定的，压力泵则是提供进水压力的；死端过滤(死端过滤为超滤膜的一种常规过滤方式，运行时间由系统或者设备使用者决定，在该方式下，膜只有进水和产水，几乎没有浓水外排，死端过滤过滤的是水质稍微差的水，得到水质较好的水(膜出水)，过滤用过的清洗药剂直接外排)时，正上端的浓水口13的浓水外排阀关闭，清洗药剂经正上端浓水口13进入荷负电功能超滤膜组件1，经死端过滤后由下侧端进水口排出。这里需说明的是，清洗时，无论错流过滤还是死端过滤，药剂则都是从下侧端进水口排出。
图2为本发明一种新型饮用水深度处理净化方法的步骤流程图。如图2所示，本发明一种新型饮用水深度处理净化方法，包括如下步骤：
步骤S1，将水经荷负电功能超滤膜组件的下侧端进水口进入荷负电功能超滤膜组件装置，向上依次经过产水口以及浓水口，利用功能超滤膜外表面及膜孔内的荷负电基团与进水中的部分阴离子、小分子有机物物质之间的静电效应，对引用水中的部分阴离子、小分子有机物质进行有效去除。在本发明具体实施例中，进水箱中水经过进水泵经过下侧端的进水口进入荷负电功能超滤膜组件，向上依次经过上侧端产水口、正上端浓水口，在荷负电超滤膜组件表面，进水中的部分阴离子、微有机污染物与膜表面的荷负电基团发生静电作用，以实现利用膜组件对饮用水中的部分阴离子、小分子有机物质进行有效去除。
步骤S2，利用进水箱、冲洗泵、加药箱以及加药计量泵四部分联动进行正扩散冲洗，冲洗泵驱动方向为从进水箱上部流出，经过正上端浓水口进入荷负电功能超滤膜组件后进入荷负电功能超滤膜组件中的膜过滤系统，通过加药计量泵，经正上端浓水口向荷负电功能超滤膜组件泵入加药箱的化学清洗药剂。在进行正扩散清洗时，上侧端产水口关闭，冲洗过程不消耗产水，清洗药剂经正上端浓水口进入荷负电功能超滤膜组件，经死端过滤后由下侧端进水口排出，死端过滤时，正上端浓水口的浓水外排阀关闭，清洗药剂经正上端浓水口进入荷负电功能超滤膜组件，经死端过滤后由下侧端进水口排出；错流过滤时，部分浓水通过正上端浓水口外排，浓水直接进入外排管道。
在本发明具体实施例中，扩散清洗间隔时间建议为0.5～6小时，冲洗进水压力建议为0～0.25MPa，清洗药剂可以为次氯酸钠或柠檬酸，清洗药剂浓度最好为300～1000mg/L。
步骤S3，经正扩散清洗后的水经产水口送入产水箱。在本发明具体实施例中，经正扩散清洗后的饮用水经上侧端的产水口由产水泵送入产水箱。
综上所述，本发明一种新型饮用水深度处理净化装置及方法通过利用荷负电功能超滤膜组件过滤系统，利用功能超滤膜的荷负电基团对进水中的有害阴离子、部分小分子有机物进行深度处理，无反洗，无气洗，利用正扩散化学清洗对膜运行通量进行高效恢复，从而实现微有机污染饮用水深度处理的目的。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1，本发明采用了荷负电功能超滤膜组件过滤系统，利用功能超滤膜外表面及膜孔内的荷负电基团与进水中的部分阴离子、小分子有机物物质之间的静电效应，可对饮用水中的部分阴离子、小分子有机物质进行有效去除。
2，本发明使用正扩散化学清洗方式，由冲洗泵控制正冲洗水量、加药泵控制清洗药剂投加量，相比于反扩散化学清洗过程，清洗不消耗产水，系统回收率高，清洗间隔时间长，清洗效率高；相比气洗过程，配置简洁，能耗低；相比常规清洗过程，药剂消耗量小，清洗时间短，清洗步骤少。
3，本发明可以强化功能超滤膜的荷负电性能，弥补常规中性UF膜无法对进水中的部分阴离子、小分子有机物质进行有效去除的问题。此外，本发明所采用的正扩散化学清洗方法，相比常规超滤膜运行方法，清洗步骤少、效率高，可有效恢复膜运行通量、提高系统回收率，本发明同时兼具了降低系统能耗、药耗的功能。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种新型饮用水深度处理净化装置，包括：冲洗系统、荷负电超滤膜组件(1)、加药系统以及产水系统，所述荷负电功能超滤膜组件(1)包括进水口(11)、产水口(12)以及浓水口(13)，所述进水口(11)连接一进水箱，所述浓水口(13)连接所述冲洗系统与加药系统，所述产水口(12)连接所述产水系统。
2.如权利要求1所述的一种新型饮用水深度处理净化装置，其特征在于：所述冲洗系统包括串联连接的冲洗泵(31)和进水箱(2)，所述浓水口(13)通过所述冲洗泵(31)与进水箱(2)连接。
3.如权利要求2所述的一种新型饮用水深度处理净化装置，其特征在于：所述荷负电功能超滤膜组件(1)与所述冲洗系统共用所述进水箱(2)。
4.如权利要求3所述的一种新型饮用水深度处理净化装置，其特征在于：所述进水口(11)设置于所述荷负电功能超滤膜组件(1)下侧端，所述产水口(12)设置于所述荷负电功能超滤膜组件(1)上侧端，所述浓水口(13)设置于所述荷负电功能超滤膜组件(1)正上端。
5.如权利要求4所述的一种新型饮用水深度处理净化装置，其特征在于：所述进水口(11)通过进水泵(21)连接所述进水箱(2)底部，所述冲洗泵(31)驱动方向为所述进水箱(2)上部流出，经过所述浓水口(13)进入所述荷负电功能超滤膜组件(1)。
6.如权利要求2所述的一种新型饮用水深度处理净化装置，其特征在于：所述加药系统包括串联的加药箱(3)和加药计量泵(32)，所述浓水口(13)通过所述加药计量泵(32)与加药箱(3)连接，所述加药系统通过所述加药计量泵(32)向所述荷负电功能超滤膜组件(1)泵入所述加药箱(3)中的化学清洗药剂。
7.如权利要求6所述的一种新型饮用水深度处理净化装置，其特征在于：所述产水系统包括产水泵(41)与产水箱(4)，所述产水口(12)经由所述产水泵(41)与产水箱(4)连接。
8.一种新型饮用水深度处理净化方法，包括如下步骤：
步骤S1，将水经荷负电功能超滤膜组件下侧端的进水口进入所述荷负电功能超滤膜组件，向上依次经过上侧端的产水口以及正上端的浓水口，利用功能超滤膜外表面及膜孔内的荷负电基团与进水中的部分阴离子、小分子有机物物质之间的静电效应，对引用水中的部分阴离子、小分子有机物质进行有效去除；
步骤S2，利用进水箱、冲洗泵、加药箱以及加药计量泵四部分联动进行正扩散冲洗，所述进水箱内的水经过所述正上端的浓水口进入荷负电功能超滤膜组件后进入荷负电功能超滤膜组件中的膜过滤系统，通过加药计量泵，经所述正上端的浓水口向荷负电功能超滤膜组件泵入加药箱的化学清洗药剂；
步骤S3，经正扩散清洗后的水经所述上侧端的产水口送入产水箱。
9.如权利要求8所述的一种新型饮用水深度处理净化方法，其特征在于：于步骤S2中，在进行正扩散清洗时，所述上侧端的产水口关闭，冲洗过程不消耗产水，所述清洗药剂经所述正上端的浓水口进入荷负电功能超滤膜组件后，经死端过滤后由所述下侧端的进水口排出，死端过滤时，所述正上端的浓水口的浓水外排阀关闭。
10.如权利要求8所述的一种新型饮用水深度处理净化方法，其特征在于：错流过滤时，部分浓水通过所述正上端的浓水口外排，浓水直接进入外排管道。
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