CN110803733A - 一种预涂层膜分离技术及成套装置 - Google Patents

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Abstract

发明公开了一种预涂层膜分离技术及成套装置，包括一组或多组可拓展的预涂层膜过滤器功能模块，一套共用的涂膜系统，一套共用的进水产水系统，一套共用的爆膜反洗系统；所述的涂膜系统包括膜粉投加装置、涂膜箱、循环涂膜泵；所述的进水产水系统包括变频供水泵；所述的爆膜反洗系统包括反洗水泵、补气调压阀、压缩气体缓冲罐、进气阀；目的是实现，按处理规模拓展预涂层膜过滤器功能模块的数量，每组模块可独立进行过滤、爆膜反洗、涂膜等操作过程，各组模块之间运行状态可以相互独立，也可以相互交叉，通过自控程序做到调配有序、互不干扰，满足高度集成、可模块化拓展的工业化要求。

Description

一种预涂层膜分离技术及成套装置
技术领域
本发明涉及水处理领域，特别涉及一种预涂层膜分离技术及成套装置。
背景技术
在大孔径网膜材料上，通过预涂和过滤初期截留污染物共同形成动态膜的分离层的过程，被称为微滤成膜技术，是目前动态膜过滤技术最常见的型式。
1988年，美国AWWA协会出版了第一版《微滤成膜技术的供水实务手册》 (M30)。美国AWWA协会于1999年出版了第二版，现已经出版第三版。硅藻土粉末微滤成膜早期应用于饮料行业，如：可口可乐、百事可乐,娃哈哈以及啤酒、白酒等行业，是有机膜法以外高端水处理技术。粉末微滤成膜技术是美国环保局(USEPA)认可的饮用水处理技术，能有效地去除水中的胶体、悬浮物、细菌、藻类等。硅藻土粉末微滤成膜特别适用于水库水处理，全美已经有了300多家大型自来水厂采用该项技术。例如纽约市的Croton水厂，水源为水库水，日处理水量113万吨。
微滤成膜技术是目前动态膜技术领域中被工业化应用最常见的形式。但由于其涂膜厚度大、涂膜过程复杂、爆膜反洗过程复杂、反洗排污量大、初始过滤精度低、需要在过滤运行中通过截留污染物的累积及进行二次涂膜逐步提升过滤精度，因此存在对过滤物料工况适应范围窄、运行条件要求高、滤后料液产品品质不稳定等缺点；导致其应用范围被大大限制，因此自20世纪 90年代工业化应用以来，一般只用于洁净水处理、工业物料粗分离方面，至于在污水处理、高精度物料分离技术领域，仍被传统的固化膜技术牢牢占据。
目前微滤成膜技术常用成膜材料：一般以大孔支撑网(如低廉的材料的无纺布、金属丝网和中空纤维等)或者烧结滤芯作为涂膜的载体(也称基膜或滤元)；以硅藻土、纤维素、高岭土、树脂粉末等作为涂膜材料；运行前期主要依靠在滤元表面形成的涂膜粉体堆积层所产生筛分作用实现过滤效果，运行中后期主要依靠截留污染物的累积得到过滤精度的提升和吸附作用的增强实现过滤效果。
目前微滤成膜技术常用涂膜方式：靠涂膜泵水力涂膜，膜层较厚一般在 3-6mm，涂膜时间长一般在30min以上，膜层容易脱落，为防止脱落一般需要在涂膜过程中投加絮凝剂如PAC，来增强膜层与过滤基材之前的粘附性；或者在膜过滤器的产水端与进水端之间设保持泵，形成连续内循环靠水力压实，运行维护复杂。
目前微滤成膜技术，基准膜层过滤精度通常不高，起始过滤精度一般在1μ m以上，3-5μm过滤精度范围，一般在达到过滤精度要求之前还需进行在线铺膜的过程：先以较低通量引入污水(物料)过滤的同时，继续向污水中持续投加涂膜材料，涂膜材料与水中被截留的污染物颗粒共同逐渐形成截留精度较高的膜层，直至达到过滤精度要求方才转入正常运行；另外系统采用在线铺膜技术，目标也是延缓滤膜压实，渗透性得到提高，使压差上升变慢，过滤周期延长，截污能力提高，有时为了防止预涂膜表面很快被堵塞、减缓水头损失的增长速度、延长过滤周期，需在过滤的同时连续向滤池中补加硅藻土，其作用是起到连续不断更换滤层，保持滤层的通透性；最终导致膜粉材料消耗量大，运行维护困难、适用范围窄等确定。
目前微滤成膜技术反洗过程较为复杂、操作繁琐：由于膜层较厚，反洗过程一般分为气爆膜、水反洗、水冲洗等几个过程多次反复，一般此过程需要持续操作30min左右，操作复杂、反洗排污量大。
以微滤成膜技术为主的动态膜技术，能够很好的克服固化膜膜污染问题，省去解决膜污染所花费高昂的维护费用、解决固化膜材料抗污染改性的复杂技术问题、解决膜材料使用寿命短需要定期更换问题，是一种非常有前景的技术；但是由于涂膜厚度大、涂膜反洗操作过程复杂、运行操作技术要求高，更重要是起始过滤精度低、无法达到一次成膜即可实现固化膜同样高精度过滤要求，其实质还停留在动态过滤器水平、无法真正作为膜分离的技术分支，适用范围局限性大。
针对上述存在的技术问题，研发一种与大孔径网膜材料相比，负载于微滤膜上的动态膜膜层厚度达到微米级厚度，并且可以即涂即用，截留效率接近于超滤膜，稳定水通量比固化超滤膜更大的超薄预涂膜层十分有必要，而且这种超薄预涂膜还具有优良的稳定性和抗膜污染性能。
因此，本发明提供了一种预涂层膜分离技术及成套装置，以解决涂膜过程复杂、涂膜时间长、反洗过程复杂、反洗时间长、排污量大、精度低等的技术问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明公开了一种预涂层膜分离技术及成套装置，以解决涂膜过程复杂、涂膜时间长、反洗过程复杂、反洗时间长、排污量大、精度低、无法像固化膜一样进行模块化拓展等的技术问题。具体技术方案如下：
本发明中的技术术语
1.改性膜粉材料：凹土基—纳米活性体改性膜粉材料；
2.凝胶膜层：纳米活性体的水凝性膜层；
3.助滤膜层：助滤膜粉、吸附膜粉的粉体堆积膜层。
本发明的目的在于提供一种纳米活性体改性的预涂层膜分离技术及高度集成、可模块化拓展的成套装置，技术方案如下：
本发明所述的一种预涂层膜成套装置，包括一组或多组可拓展的预涂层膜过滤器功能模块(300)，一套共用的涂膜系统(400)，一套共用的进水产水系统(500)，一套共用的爆膜反洗系统(600)；所述的涂膜系统(400)包括膜粉投加装置(5)、涂膜箱(6)、循环涂膜泵(9)、涂膜进水管路(101)、涂膜出水管路(102)；所述的进水产水系统(500)包括变频供水泵(8)、进水管路(103)、产水管路(104)；所述的爆膜反洗系统(600)包括反洗水泵 (10)、反洗进水管路(105)、排污管路(106)、补气调压阀(13)、压缩气体缓冲罐(7)、进气阀(12)、爆膜进气管路(107)、排气管路(108)；目的是实现，按处理规模拓展预涂层膜过滤器功能模块(300)的数量，每组模块可独立进行过滤、爆膜反洗、涂膜等操作过程，各组模块之间运行状态可以相互独立，也可以相互交叉，通过自控程序做到调配有序、互不干扰，满足高度集成、可模块化拓展的工业化要求。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜成套装置，所述的预涂层膜过滤器功能模块(300)结构构成方式：①涂膜滤元(1)用自紧防松式紧固件倒置安装在固定花盘组件(2)对应的固定孔上并形成良好密封，保证涂膜滤元(1) 内腔为唯一过滤产水、过水通道；②固定花盘组件(2)用罐体法兰密封对夹安装在预涂层膜过滤器(3)内部，固定花盘组件(2)将预涂层膜过滤器(3) 内部分割为下部的进水区和上部的产水区，预涂层膜过滤器(3)的直筒段罐壁上设有超声波震荡桥(4)；③预涂层膜过滤器(3)的过滤器下接口(321) 接有进水/反洗排水转换三通阀(311)，进水/反洗排水转换三通阀(311)的反洗排水口引出模块的反洗排水口(329)，进水/反洗排水转换三通阀(311) 的进水口分叉接有进水选择阀(313)和涂膜选择阀(314)，进水选择阀(313) 的另一侧引出模块的进水口(324)，涂膜选择阀(314)的另一侧引出模块的涂膜进水口(326)；④预涂层膜过滤器(3)的过滤器上接口(322)接有产水/反洗进水转换三通阀(312)，产水/反洗进水转换三通阀(312)的反洗进水口分叉引出模块的反洗进水口(328)和模块的爆膜进气口(3210)，产水/ 反洗进水转换三通阀(312)产水口接有产水/涂膜循环转换三通阀(315)，产水/涂膜循环转换三通阀(315)产水口引出模块的产水口(325)，产水/涂膜循环转换三通阀(315)涂膜循环口引出模块的涂膜产水口(327)；⑤预涂层膜过滤器(3)的过滤器排气口(323)接有排气阀(316)，排气阀(316)的另一侧引出模块的排气口(3211)；按照以上方式构成完整的预涂层膜过滤器功能模块(300)，每预涂层膜过滤器功能模块(300)以各自引出的模块的接口为界，各功能元件相互配合能够独立完成本单元的过滤、爆膜反洗、涂膜等工艺操作过程，具有模块化可复制、拓展性特点。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜成套装置，总成构成方式：①涂膜系统(400)的涂膜进水管路(101)与模块的涂膜进水口(326)连接，涂膜出水管路(102)与模块的涂膜产水口(327)连接，可以与每组预涂层膜过滤器功能模块(300)之间形成独立的循环涂膜回路，满足一套涂膜系统(400) 供多组过滤器模块共用的要求；②进水产水系统的进水管路(103)与模块的进水口(324)连接，产水管路(104)与模块的产水口(325)连接，可以与每组预涂层膜过滤器功能模块(300)之间形成独立的进水/产水回路，满足一套进水产水系统供多组过滤器模块共用的要求；③爆膜反洗系统(600)的反洗进水管路(105)与模块的反洗进水口(328)连接，排污管路(106)与模块的反洗排水口(329)连接，爆膜进气管路(107)与模块的爆膜进气口 (3210)连接，排气管路(108)与模块的排气口(3211)连接并汇入排污管路(106)，可以与每组预涂层膜过滤器功能模块(300)之间形成独立的气水爆膜反洗/反洗排水排气回路，满足一套爆膜反洗系统(600)可供多组过滤器模块共用的要求。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜分离技术的操作方式：①涂膜——采用复配膜粉的干粉定量投加、经过超声波强化过滤器内膜粉分散和水力循环过滤的方式，实现涂膜快速、均匀和可控的涂膜工艺过程；②爆膜反洗——采用超声波清洗和气水脉冲反洗联合的方式，实现爆膜清洗快速、彻底、和可控的爆膜反洗工艺要求；③进水产水系统可以实现供多组同时或单组或某几组过滤器模块过滤运行使用，根据投运组数变频设定不同的进水流量；爆膜反洗系统(600)、涂膜系统(400)设定为供单组过滤器模块爆膜反洗、涂膜运行使用，逐一切换，某组过滤器模块进行爆膜反洗、涂膜时，其余过滤器模块可以仍维持过滤运行状态，保证爆膜反洗、涂膜时成套工艺系统装置不停水。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜成套装置，涂膜材料用1000目凹土基—纳米活性体改性膜粉与200～300目助滤膜粉、50～80μm吸附膜粉混合，按照(1～0.5)：10:(8～5)的质量配比范围形成复配膜粉；涂膜量按照10～30g/ (m2涂膜滤元)的剂量范围投加，通过前述的方式预涂在涂膜滤元(1)表层形成50～100μm的复合预涂膜层(11)，复合预涂膜层(11)的构成为凝胶膜层与助滤膜层的复合体，综合了膜分离技术的吸附效应、筛分效应及静电效应3大基本原理，其过滤精度可达50～100nm。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜成套装置，涂膜滤元(1)采用特制的316L或钛材质的金属粉末烧结微孔滤材、316L或钛材质的金属纤维烧结微孔滤材、316L或钛材质的金属激光打孔微孔滤材、亲水改性PTFE或PVDF 材质的微孔滤材等，选材具有超薄(约为0.2～0.5mm)、化学稳定性强、亲水性好、孔隙率高(40％～70％)、孔径尺度均匀且精密度高(1～5μm)等特性。
为实现此目的，本发明采用改性膜粉材料作为成膜材料，并按照前述比例要求配以的助滤材料和吸附材料形成复合预涂膜层(11)；复合预涂膜层(11) 充分利用膜分离技术的吸附效应、筛分效应及静电效应3大基本原理，过滤精度不仅与固化膜相近，而且亲水性、抗污染性更强，可根据物料的复配膜粉材料，适应性更强；其特征在于A、改性膜粉材料是利用1000目凹土基粘土矿物作为载体，根据不同工况筛选水合MnO2、水合ZrO2、水合Al2O3、氧化石墨烯等纳米活性体颗粒中的一种或几种作为改性材料，采用溶胶-凝胶法制备；B、改性膜粉材料是利用凹土基呈毛发状微观形态，具有较好可塑性、粘结力及良好的分散性；悬浮液受电介质影响小，分散体系稳定，纤维状分散颗粒形态很容易在涂膜滤元表面形成毯式预涂膜层，膜层均匀；C、改性膜粉材料是利用改性植入的纳米活性体维持较高的化学活性，含有丰富的水解基团和水合基团，具有较强的吸附性、电化学活性、水凝性等特点；D、改性膜粉材料是利用水解基团电离导致电化学活性提升能极大提高预涂膜层的亲水性和抗污染性；E、改性膜粉材料是利用水合基团导致水凝性提升能使膜粉在涂膜滤元表面形成致密的水凝胶膜层，提高预涂膜层截留精度和在涂膜滤元表面粘附强度；F、改性膜粉材料是利用膜层巨大比表面积导致吸附性提升可以提高预涂膜层的卷扫网捕功能，防止细微溶胶穿透预涂膜层；G、改性膜粉材料是利用上述功能，超薄的预涂膜层(10μm～50μm)即可实现高精度过滤 (＜0.1μm)；H、助滤膜粉材料采用200～300目、堆密度≤400g/l的硅藻土、高岭土、沸石粉、活性炭粉末、活性焦粉末等粉体；目的是在改性膜粉预涂膜层内形成助滤颗粒支撑层，颗粒物向内穿透，延缓膜堵塞污染，提高膜通量；I、吸附膜粉材料选用50～80μm粉末树脂或磁性粉末树脂，目的是强化助滤支撑层的吸附性能，阻挡有机胶体等复杂分散相向内层扩散，维持滤层的通透性、延缓膜污染；吸附膜粉材料一般为选择性投加，主要针对处理分散相复杂、荷电性强、物料粘稠、乳化严重的料液时使用；采用磁性粉末树脂可以另配磁粉回收装置，实现回收、再生、重复使用目的。
为实现此目的，本发明采用特制的超薄、化学稳定性强、亲水性、孔隙率高、孔径尺度均匀且精密度高的微孔滤材作为涂膜滤元(1)，316L或钛材质的金属粉末烧结微孔滤材、316L或钛材质的金属纤维烧结微孔滤材、316L或钛材质的金属激光打孔微孔滤材、亲水改性PTFE或PVDF材质的微孔滤材等可作为预涂层膜技术理想的涂膜载体，涂膜载体制作成管式或板式过滤元件；其特征在于A、滤层薄(约为0.2～0.5mm)、孔隙率高(40％～70％)具有过流阻力小、通量大、易清洗等特点；B、化学稳定性强，具有使用寿命长、不易与物料产生化学反应、避免在滤元滤层内部形成化学污染和化学腐蚀等特点；C、涂膜载体经过材料处理呈亲水性，有利于涂膜，实现预涂膜层满足涂膜均匀、成膜致密、膜层轻薄的工艺要求；D、孔径尺度均匀且精密度高(1～5μm)，与其表面预涂膜层结合可以达到50～100nm过滤精度范围。
为实现此目的，本发明预涂层膜过滤器采用逆向过滤器的型式，做成具有独立操作功能的预涂层膜过滤器功能模块(300)，便于模块化复制和拓展；其特征在于：
A、预涂层膜过滤器(3)采用锥底罐式过滤器结构，上封头通过法兰与罐体连接，两片法兰之间密封对夹有固定花盘组件(2)，将预涂层膜过滤器(3) 内部隔离为上部的产水区和下部的进水区；涂膜滤元(1)通过自紧防松式紧固件倒置装固定花盘组件(2)对应的固定孔位置，涂膜滤元(1)被隔离在固定花盘组件(2)下部进水区内；涂膜滤元(1)与固定孔之间设有密封圈，保证涂膜滤元(1)内腔为唯一产水过水通道进入产水区；过滤器直筒段罐壁上设有超声波震荡桥(4)，用于涂膜初期强化膜粉在过滤器内分散效果，另外作为爆膜反洗期间强化涂膜滤元(1)清洗效果之用；
B、预涂层膜过滤器(3)的过滤器下接口(3221)接有进水/反洗排水转换三通阀(311)，进水/反洗排水转换三通阀(311)的反洗排水口引出模块的反洗排水口(329)，进水/反洗排水转换三通阀(311)进水口分叉接有进水选择阀(313)和涂膜选择阀(314)，进水选择阀(313)的另一侧引出模块的进水口(324)，模块的进水口(324)的另一侧引出模块的涂膜进水口 (326)；过滤器上接口(322)接有产水/反洗进水转换三通阀(312)，产水/ 反洗进水转换三通阀(312)的反洗进水口分叉引出模块的反洗进水口(328) 和模块的爆膜进气口(3210)，产水/反洗进水转换三通阀(312)的产水口接有产水/涂膜循环转换三通阀(315)，产水/涂膜循环转换三通阀(315)的产水口引出模块的产水口(325)，产水/涂膜循环转换三通阀(315)的涂膜循环口引出模块的涂膜产水口(327)；过滤器的排气口(323)接有排气阀(316)，排气阀(316)的另一侧引出模块的排气口(3211)；按照以上方式构成完整的预涂层膜过滤器功能模块(300)，预涂层膜过滤器功能模块(300)以引出的模块的接口为界，各功能元件相互配合能够独立完成本单元的过滤、爆膜反洗、涂膜等工艺操作过程，具有模块化可复制、拓展性特点。
为实现此目的，本发明的预涂层膜过滤器功能模块(300)采用超声波和气水脉冲联合清洗的方式进行爆膜反洗，实现爆膜清洗快速、彻底、排污量小和过程可控的工艺要求，其特征在于：A、预涂层膜过滤器(3)根据跨膜压差或设定反洗时间要求，发出爆膜反洗指令；B、进水/反洗排水转换三通阀(311)切换至反洗排水通道，产水/反洗进水转换三通阀(312)切换至反洗进水通道；C、超声波震荡桥(4)启动进行超声清洗直到爆膜反洗结束；D、反洗水泵(10)开启、进气阀(12)开启，前期气压＞水压，压缩气体瞬间进入涂膜滤元(1)内腔形成由内而外爆膜；随着气量的消耗气压降低，在压缩气体缓冲罐(7)进气口补气期间，水压＞气压，反洗水进入进行水反洗；形成气压＞水压和水压＞气压胶体，气水脉冲交替清洗涂膜滤元(1)的滤层，联合超声波震荡桥(4)的超声波震荡被清洗干净；此期间爆膜反洗废水不断被被排出预涂层膜过滤器(3)外，罐内脏水被置换干净；E、爆膜反洗末期，进气阀(12)关闭，进水/反洗排水转换三通阀(311)切换至进水通道，排气阀(316)打开，反洗进水充满预涂层膜过滤器(3)，排出多余气体，完成爆膜反洗。爆膜反洗系统(600)设定为供单组预涂层膜过滤器功能模块(300) 爆膜反洗运行使用，逐一切换，某组预涂层膜过滤器功能模块(300)进行爆膜反洗时，其余预涂层膜过滤器功能模块(300)可以仍维持过滤运行状态，保证爆膜反洗时成套工艺系统装置不停水。
为实现此目的，本发明采用膜粉自动投加，超声波强化过滤器内膜粉分散和水力循环的方式涂膜，实现涂膜快速、均匀和过程可控的工艺要求；其特征在于A、改性膜粉和助滤膜粉(或改性膜粉、助滤膜粉、吸附膜粉)按照一定比例混合填装在膜粉投加装置(5)料斗中，可经下部干粉投加装置和配套料位计监控，实现按时、定量投配到涂膜箱(6)中的水溶液中；B、预涂层膜过滤器功能模块(300)上的进水/反洗排水转换三通阀(311)切换至进水通道，产水/反洗进水转换三通阀(312)切换至产水通道，产水/涂膜循环转换三通阀(315)切换至涂膜循环通道；C、先启动循环涂膜泵(9)，沿过滤路线在预涂层膜过滤器(3)与涂膜箱(6)之间形成有效水力内循环；然后启动膜粉投加装置(5)，定量投入膜粉，通过水力内循环在涂膜滤元(1) 外表面形成复合预涂膜层(11)；D、预涂层膜过滤器(3)罐壁上的超声波震荡桥(4)，涂膜初期开启后期关闭，强化膜粉在过滤器内分散效果，确保涂膜均匀；E、此方式预涂的复合预涂膜层(11)具有涂膜均匀、膜层轻薄(约为50～100μm)、涂膜过程简单(约为2～3min)、过程可控等特点。涂膜系统 (400)设定为供单组过滤器模块涂膜运行使用，逐一切换，某组过滤器模块进行涂膜时，其余过滤器模块可以仍维持过滤运行状态，保证涂膜时成套工艺系统装置不停水。
为实现此目的，本发明预涂层膜过滤器功能模块(300)过滤运行，根据不同物料可以选择死端过滤方式或错流过滤方式，其特征在于A、采用死端过滤时：预涂层膜过滤器功能模块(300)上进水/反洗排水转换三通阀(311) 切换至进水通道，产水/反洗进水转换三通阀(312)切换至产水通道，产水/ 涂膜循环转换三通阀(315)切换至产水通道；原水从预涂层膜过滤器(3) 底部进入罐内，之后从外侧流经复合预涂膜层(11)和涂膜滤元(1)，完成过滤；产水进入涂膜滤元(1)的内腔汇集，进入固定花盘组件(2)上部的产水区，由上封头顶端的产水口排出罐外；B、采用错流过滤时：排气阀(316) 此时开启，以一定流量将罐内部分过滤前的浓水排出罐外，其他操作同死端过滤，在复合预涂膜层(11)表面形成错流过滤。
本发明的有益效果和优点：实现过滤阻力小、通量大、不粘着、易冲透；提高了过滤精度、阻止截留颗粒物粘结压实、防止截留颗粒物堵塞穿透预涂膜层；负载于超薄微滤膜上的预涂膜层可以做到很薄，微米级厚度即可满足要求，过滤精度接近超滤水平；具有膜层薄、粘结牢靠、过流阻力小、通量大、易清洗等特点；预涂膜层一次成型，过滤精度高、不存在运行初期二次成膜提升过滤精度的问题；本预涂层膜与现有动态膜最大区别在于它是一次预涂形成超薄高精度预涂膜层，膜层结构更接近于目前固化膜层结构型式，不存在后续运行二次成膜修补动态膜层的问题；预涂膜层很薄、过滤精度高，通过简单快速水力循环即可完成涂膜，涂膜时间不超过1.5min，并且膜层轻薄，预涂层膜与膜骨架之间结合紧密、不易脱落，不需要在涂膜过程中投加絮凝剂如PAC，来增强膜层与过滤基材之前的粘附性；也不需要在膜过滤器的产水端与进水端之间设保持泵，形成连续内循环靠强制水力压实来固化膜层，因此涂膜可以即涂即用、过程操作简单可靠；利用目前纳米材料抗污染物粘附的特性，能有效阻止油、胶体微乳液和粘性聚合物胶体在预涂膜层表面粘附、防止其堵塞过流通道，延缓膜污堵周期，同时也能防止污染物颗粒穿透预涂膜层污染膜骨架的情况，因此涂膜后过滤运行时间长，一般在8～24h之间；预涂膜层轻薄、抗粘附、抗污染物颗粒穿透膜层污染膜骨架的特性，导致其极易清洗，通过低压气体爆膜即可是污染膜层彻底脱落，再辅以少量水冲洗膜骨架即可恢复洁净状态；爆膜清洗时间不超过3min，操作简单可靠，反洗排污量少，反洗回水率不超过1％，因此几乎没有浓液产生；预涂层膜骨架惰性材质，对污染物粘附、结垢及凝聚等微观化学反应不敏感，具有较强的抗粘粘性，另外选用薄壁膜结构，冲洗阻力小，因此采用简单气水洗即可满足清洗要求，很少需要进行化学清洗；即便长期停用或出现事故状态或误操作，在涂膜过程中加入少量化学药剂即可完成化学清洗过程，不需要设置专门的化学清洗系统；本预涂层膜可以在乳化油含量高、粘性聚合物体系、多级配胶体颗粒物的复杂分散体系等目前固化膜无法正常运行的特殊污水处理系统能很好的工作，这方面较固化膜过滤也具有不可替代的优势；另外，本技术经过大量工程试验，能很好适应焦化废水、含聚废水、超细无机粉体颗粒物过滤、垃圾渗滤液等复杂污水处理工况，达到处理要求，这本身较传统微滤成膜的技术传统动态膜技术就是很大一次提升，也是膜过滤技术的一次创新。
本发明还具有以下有益效果和优点：复合预涂膜层(11)综合了纳米活性体、助滤和吸附材料的优点，具有水凝性成膜精度高、膜层超薄、亲水性强、抗污染性强、吸附容量大等特点，并且涂膜快速、均匀和过程可控。预涂层膜分离技术运行前将复合预涂膜预涂在膜骨架上，胶粒在范德华力、静电力和疏水性作用下会吸附在预涂层膜上，污堵时爆膜、反洗、涂膜，使膜再生问题变得非常简单；始端过滤不产生浓水；0.2～0.3MPa的气压爆膜；爆膜、反洗、涂膜时间短，一般不超过1.5min；由于不需要化学清洗，不损伤膜管，多次涂膜、反洗后通量和跨膜压力仍可恢复至基准状态，膜管使用年限长达15年以上。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的单组预涂层膜过滤器的结构示意图；
图2是本发明中单组预涂层膜过滤器功能模块的透视示意图，
图3是本发明中两组预涂层膜过滤器功能模块的拓展数量的实施例的流程示意图；
图4是本发明中两组预涂层膜过滤器功能模块的拓展数量的实施例的结构示意图；
图5是本发明预涂层膜成套装置工艺系统的系统过滤运行状态示意图；
图6是本发明预涂层膜成套装置工艺系统的爆膜反洗运行状态1示意图；
图7是本发明预涂层膜成套装置工艺系统的涂膜运行状态1示意图；
图8是本发明预涂层膜成套装置工艺系统的爆膜反洗运行状态2示意图；
图9是本发明预涂层膜成套装置工艺系统的涂膜运行状态2示意图；
图10是本发明的涂膜滤元局部放大图；
图11是预涂层膜运行过程中压力变化情况；
图12是接触冷却塔排水的除油效果情况；
图13是对分馏塔排水的除油效果情况。
图中：
1、涂膜滤元；2、固定花盘组件；
101、涂膜进水管路；102、涂膜出水管路；103、进水管路；104、产水管路；105、反洗进水管路；106、排污管路；107、爆膜进气管路；108、排气管路；
3、预涂层膜过滤器；311、进水/反洗排水转换三通阀；312、产水/反洗进水转换三通阀；313、进水选择阀；314、涂膜选择阀；315、产水/涂膜循环转换三通阀；316、排气阀；
321、过滤器下接口；322、过滤器上接口；323、过滤器排气口；324、模块的进水口；325、模块的产水口；326、模块的涂膜进水口；327、模块的涂膜产水口；328、模块的反洗排水口；329、模块的反洗进水口；3210、模块的爆膜进气口；3211、模块的排气口；
4、超声波震荡桥；5、膜粉投加装置；6、涂膜箱；7、压缩气体缓冲罐； 8、变频供水泵；9、循环涂膜泵；10、反洗水泵；11、复合预涂膜层；12、进气阀；13、补气调压阀；
300、预涂层膜过滤器功能模块；400、涂膜系统；500、进水产水系统； 600、爆膜反洗系统。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行进一步描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
如图1所示，本发明中单组预涂层膜过滤器中，包括涂膜滤元1、固定花盘组件2、预涂层膜过滤器3、超声波震荡桥4、过滤器下接口321、过滤器上接口322、过滤器排气口323。
如图2所示，本发明中单组预涂层膜过滤器功能模块300，是预涂层膜过滤器3在图1基础上进行模块化装配，构造预涂层膜过滤器功能模块300；包括预涂层膜过滤器3、进水/反洗排水转换三通阀311、产水/反洗进水转换三通阀312、进水选择阀313、涂膜选择阀314、产水/涂膜循环转换三通阀315、排气阀316、超声波震荡桥4、过滤器下接口321、过滤器上接口322、过滤器排气口323、模块的进水口324、模块的产水口325、模块的涂膜进水口326、模块的涂膜产水口327、模块的反洗进水口328、模块的反洗排水口329、模块的爆膜进气口3210、模块的排气口3211。
如图3所示：以包含两组预涂层膜过滤器功能模块的拓展数量为例的预涂层膜成套装置的工艺系统整体，主要包括：膜粉投加装置5、涂膜箱6、压缩气体缓冲罐7、变频供水泵8、循环涂膜泵9、反洗水泵10、预涂层膜过滤器 3、超声波震荡桥4、进水/反洗排水转换三通阀311、产水/反洗进水转换三通阀312、进水选择阀313、涂膜选择阀314、产水/涂膜循环转换三通阀315、排气阀316、过滤器下接口321、过滤器上接口322、过滤器排气口323、模块上引出模块的进水口324、模块上引出模块的产水口325、模块上引出模块的涂膜进水口326、模块上引出模块的涂膜产水口327、模块上引出模块的反洗进水口328、模块上引出模块的反洗排水口329、模块上引出模块的爆膜进气口3210、模块上引出模块的排气口3211、涂膜滤元1、固定花盘组件2、复合预涂膜层11、进气阀12、补气调压阀13；
如图3所示的两组预涂层膜过滤器功能模块300是将如图2所示的预涂层膜过滤器功能模块300与其配套的共用的涂膜系统400，共用的进水产水系统，共用的爆膜反洗系统600整合成整套预涂层膜成套装置的工艺系统装置，预涂层膜过滤器功能模块300根据处理规模可以进行多组复制、拓展。
预涂层膜成套装置的工艺系统共用一套标准的涂膜系统400、进水产水系统500和爆膜反洗系统600，预涂层膜过滤器3作为具有独立操作功能的核心水处理模块，按处理规模拓展模块的数量，每组预涂层膜过滤器功能模块300 可独立进行过滤、爆膜反洗、涂膜等操作过程，各组模块之间运行状态可以相互独立，也可以相互交叉，可以做到调配有序、互不干扰，满足实现成套化、规模化、系列化、标准化、自动化等拓展性的工业化应用要求。
如图4所示，以包含两组预涂层膜过滤器功能模块的拓展数量的实施方式，图3中涉及的符号化的零部件均将按照图4所示的方式进行设计、建造，形成高度集成撬装化的预涂层膜成套装置工艺系统，满足系统一次成型、整装调试运行的工业化要求。
如图5-9所示，预涂层膜成套装置工艺系统操作运行控制方式为涂膜 (1～3min)→过滤(TMP≥70kPa或运行8～20h)→爆膜反洗(1～3min)→涂膜(1～3min)……循环等过程；其特征在于：进水产水系统500可以实现供多组同时或单组或某几组过滤器模块过滤运行使用，根据投运组数变频设定不同的进水流量；爆膜反洗系统600、涂膜系统400设置为供单组过滤器模块爆膜反洗、涂膜运行使用，逐一切换，某组过滤器模块进行爆膜反洗、涂膜时，其余过滤器模块可以仍维持过滤运行状态，保证爆膜反洗、涂膜时成套工艺系统装置不停水。
以两组预涂层膜过滤器功能模块的拓展数量为例，实施过程如下：
如图5所示的是过滤运行状态，其特征在于：两组预涂层膜过滤器功能模块300可以同时进行过滤运行，也可根据实际情况选择单组运行，本图展示的是两组预涂层膜过滤器功能模块300同时进行过滤运行状态。
如图6所示的是爆膜反洗运行状态1，其特征在于：预涂层膜过滤器功能模块300逐个进行爆膜反洗，一组进行爆膜反洗，另一组继续进行过滤运行，爆膜反洗时间短，工艺影响小；本图展示的是其中一组预涂层膜过滤器功能模块300进行爆膜反洗，另一组预涂层膜过滤器功能模块300正常过滤运行，两者颠倒顺序也可。
如图7所示的是涂膜运行状态1，其特征在于：预涂层膜过滤器功能模块 300逐个进行涂膜，一组进行涂膜，另一组继续进行过滤运行，涂膜时间短，工艺影响小；本图展示的是一组预涂层膜过滤器功能模块300完成爆膜反洗后进行涂膜，另一组预涂层膜过滤器功能模块300正常过滤运行，其过程与如图6所示的爆膜反洗运行状态1实现运行衔接。
如图8所示的是爆膜反洗运行状态2，其特征在于：其中一组预涂层膜过滤器功能模块300完成涂膜后切换至正常过滤运行，另一组预涂层膜过滤器功能模块300进行爆膜反洗，其过程与图7所示的涂膜运行状态1实现运行衔接。
如图9所示的是涂膜运行状态2，其特征在于：延续如图8所示的爆膜反洗运行状态2操作，另一组的预涂层膜过滤器功能模块300完成爆膜反洗后进行涂膜，前一组预涂层膜过滤器功能模块300正常过滤运行，其过程与如图8所示的爆膜反洗运行状态2实现运行衔接。
如图9所示的预涂层膜成套装置工艺系统在涂膜运行状态2之后运行状态又转入如图5所示的预涂层膜成套装置的工艺系统过滤运行状态，完成涂膜→过滤→爆膜反洗(1～3min)→涂膜……的循环操作，同时又实现多组预涂层膜过滤器功能模块300互相之间运行状态的有机衔接；以上工作过程说明了预涂层膜成套装置工艺系统共用一套标准的涂膜系统400、进水产水系统 500和爆膜反洗系统600，供多组预涂层膜过滤器功能模块300运行使用是完全可行的。
如图1-10所示，本发明所述的一种预涂层膜成套装置，包括一组或多组可拓展的预涂层膜过滤器功能模块300，一套共用的涂膜系统400，一套共用的进水产水系统500，一套共用的爆膜反洗系统600；所述的涂膜系统400包括膜粉投加装置5、涂膜箱6、循环涂膜泵9、涂膜进水管路101、涂膜出水管路102；所述的进水产水系统500包括变频供水泵8、进水管路103、产水管路104；所述的爆膜反洗系统600包括反洗水泵10、反洗进水管路105、排污管路106、补气调压阀13、压缩气体缓冲罐7、进气阀12、爆膜进气管路 107、排气管路108；所述的预涂层膜过滤器功能模块300包括涂膜滤元1、固定花盘组件2、预涂层膜过滤器3；所述的涂膜滤元1用自紧防松式紧固件倒置安装在固定花盘组件2对应的固定孔上并形成良好密封，保证涂膜滤元1 内腔为唯一过滤产水/过水通道；所述的固定花盘组件2用罐体法兰密封对夹安装在预涂层膜过滤器3内部，固定花盘组件2将预涂层膜过滤器3内部分割为下部的进水区和上部的产水区，所述的预涂层膜过滤器3的直筒段罐壁上设有超声波震荡桥4；所述的预涂层膜过滤器3设置有用于连接外部设备的过滤器下接口321和过滤器上接口322；所述的预涂层膜过滤器3的过滤器排气口323接有排气阀316，排气阀316的另一侧引出模块的排气口3211；所述的预涂层膜过滤器功能模块300可根据处理规模拓展数量，每组预涂层膜过滤器功能模块300以引出的模块接口为界，各功能元件相互配合能够独立完成本单元的过滤、爆膜反洗、涂膜等工艺操作过程，具有模块化可复制、拓展性特点。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜成套装置，涂膜系统400的涂膜进水管路101与模块的涂膜进水口326连接，涂膜出水管路102与模块的涂膜产水口327连接，从而与每组预涂层膜过滤器功能模块300之间形成独立的循环涂膜回路，满足一套涂膜系统400供多组预涂层膜过滤器功能模块300 共用的要求；所述的进水/产水系统的进水管路103与模块的进水口324连接，产水管路104与模块的产水口325连接，从而与每组预涂层膜过滤器功能模块300之间形成独立的进水/产水回路，满足一套进水产水系统500供多组预涂层膜过滤器功能模块300共用的要求；所述的爆膜反洗系统600的反洗进水管路105与模块的反洗进水口328连接，排污管路106与模块的反洗排水口329连接，爆膜进气管路107与模块的爆膜进气口3210连接，排气管路108 与模块的排气口3211连接并汇入排污管路106，从而与每组预涂层膜过滤器功能模块300之间形成独立的气水爆膜反洗/反洗排水排气回路，满足一套爆膜反洗系统600可供多组预涂层膜过滤器功能模块300共用的要求。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜成套装置，用1000目凹土基-纳米活性体改性膜粉与200～300目助滤膜粉、50～80μm吸附膜粉混合，按照1～0.5：10:8～5的质量配比形成复配膜粉作为涂膜材料；涂膜材料的涂膜量按照10～30g/m2的剂量范围投加，将复配膜粉预涂在涂膜滤元1的表层形成厚度为50～100μm的复合预涂膜层11，复合预涂膜层11的构成为凝胶膜层与助滤膜层的复合体，综合了膜分离技术的吸附效应、筛分效应及静电效应3大基本原理过滤精度可达50～100nm；所述的涂膜滤元1采用316L不锈钢或钛材质的金属粉末烧结微孔滤材、316L不锈钢或钛材质的金属纤维烧结微孔滤材、 316L或钛材质的金属激光打孔微孔滤材、亲水改性PTFE或PVDF材质的微孔滤材；所述的涂膜滤元1厚度约为0.2～0.5mm、化学稳定性强、亲水性好、孔隙率40％～70％、微孔的孔径尺度1～5μm。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜成套装置，涂膜材料采用凹土基—纳米活性体改性膜粉材料，并配以助滤材料和吸附材料形成复合预涂膜层 11；涂膜材料利用1000目凹土基粘土矿物作为载体，根据不同工况筛选水合 MnO2、水合ZrO2、水合Al2O3、氧化石墨烯的纳米活性体颗粒中的一种或几种作为改性材料，采用溶胶-凝胶法制备；助滤膜粉材料采用200～300目、堆密度≤400g/l的硅藻土、高岭土、沸石粉、活性炭粉末、活性焦粉末的粉体；吸附膜粉材料选用50～80μm粉末树脂或磁性粉末树脂；将涂膜材料预涂在涂膜滤元1的表层形成厚度为10μm～50μm的复合预涂膜层11；复合预涂膜层 11利用膜分离技术的吸附效应、筛分效应及静电效应3大基本原理，厚度为 10μm～50μm的超薄的复合预涂膜层11实现小于0.1μm的高精度过滤。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜成套装置，所述的涂膜滤元1厚度约为0.2～0.5mm、孔隙率40％～70％，材质为316L不锈钢或钛材质的金属粉末烧结微孔滤材、316L不锈钢或钛材质的金属纤维烧结微孔滤材、316L不锈钢或钛材质的金属激光打孔微孔滤材、亲水改性PTFE或PVDF材质的孔径尺度1～5μm的微孔滤材；涂膜滤元1外层设有复合预涂膜层11厚度为 50～100μm；复合预涂膜层11与涂膜滤元1表面相结合，复合预涂膜层11的过滤精度范围为50～100nm。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜成套装置，所述的预涂层膜过滤器3采用逆向过滤器的型式，连同外部配套的功能元件做成具有独立操作功能的预涂层膜过滤器功能模块300，以便于模块化复制和拓展；所述的过滤器下接口321接有进水/反洗排水转换三通阀311，进水/反洗排水转换三通阀 311的反洗排水口引出模块的反洗排水口329，进水/反洗排水转换三通阀311 的进水口分叉接有进水选择阀313和涂膜选择阀314，用于切换进水和涂膜，可以切换不同的过流通道，实现过滤过程进水、爆膜反洗过程反洗排水、涂膜过程涂膜液进水等工艺过程；进水选择阀313的另一侧引出模块的进水口 324，涂膜选择阀314的另一侧连接模块的涂膜进水口326；所述的过滤器的上接口322接有产水/反洗进水转换三通阀312，产水/反洗进水转换三通阀 312的反洗进水口分叉引出模块的反洗进水口328和模块的爆膜进气口3210，产水/反洗进水转换三通阀312的产水口接有产水/涂膜循环转换三通阀315，可以根据工艺要求切换不同的过流通道，实现过滤过程产水、爆膜反洗过程反洗进水和进气、涂膜过程涂膜出水循环的工艺过程；产水/涂膜循环转换三通阀315的产水口引出模块的产水口325，产水/涂膜循环转换三通阀315的涂膜循环口引出模块的涂膜产水口327；所述的进水区的顶端设有排气阀316，所述的排气阀316用作排气/错流过滤排水阀，用于爆膜反洗末期进行过滤器充水排气，所述的排气阀316如选用错流过滤运行方式时也可作为错流排水口使用。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜成套装置，所述的预涂层膜过滤器3的爆膜反洗系统600，采用超声波震荡桥4进行超声波清洗和由进气阀 12连接的反洗水泵10和压缩气体缓冲罐7进行气水脉冲反洗联合的方式，实现爆膜清洗快速、彻底、排污量小和过程可控的工艺要求。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜成套装置，所述的涂膜系统400 采用膜粉投加装置5对膜粉进行定量投加，同时利用超声波震荡桥4的超声波强化预涂膜过滤器3内膜粉分散和水力循环过滤的方式，实现涂膜快速、均匀和过程可控的工艺要求。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜成套装置，所述的预涂层膜过滤器功能模块300有死端过滤或错流过滤两种运行方式供选择、切换，排气阀 316在错流过滤方式运行时可以充当错流过滤排水阀此时开启，以一定流量将预涂层膜过滤器3的罐内部分过滤前的浓水排出预涂层膜过滤器3外，在复合预涂膜层表面11形成错流过滤。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜成套装置，所述的预涂层膜成套装置共用一套标准的涂膜系统400、一套进水产水系统500和一套爆膜反洗系统600，预涂层膜过滤器功能模块300按处理规模拓展所需要的模块组的数量，每组预涂层膜过滤器功能模块300通过自控程序进行调配，可独立进行过滤、爆膜反洗、涂膜等操作过程，各组预涂层膜过滤器功能模块300之间运行状态可以相互独立，也可以相互交叉，满足实现成套化、规模化、系列化、标准化、自动化等拓展性的工业化应用要求。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜成套装置，进水产水系统500可以实现供多组同时或单组或某几组过滤器模块过滤运行使用，根据投运组数变频设定不同的进水流量；爆膜反洗系统600、涂膜系统400设置为供单组过滤器模块爆膜反洗、涂膜运行使用，逐一切换，某组预涂层膜过滤器功能模块300进行爆膜反洗、涂膜时，其余预涂层膜过滤器功能模块300可以仍维持过滤运行状态，保证爆膜反洗、涂膜时预涂层膜成套装置工艺系统不停水。
本发明所述的一种预涂层膜分离技术，包括以下步骤：
A、利用凹土基—纳米活性体改性膜粉作为成膜材料，并掺入助滤膜粉材料和吸附膜粉材料，形成复配膜粉；
B、利用材质为316L不锈钢或钛材质的金属粉末烧结微孔滤材、316L不锈钢或钛材质的金属纤维烧结微孔滤材、316L不锈钢或钛材质的金属激光打孔微孔滤材、亲水改性PTFE或PVDF材质的孔径尺度1～5μm的微孔滤材制成厚度约为0.2～0.5mm、孔隙率40％～70％的涂膜滤元；
C、复配膜粉采用膜粉投加装置干粉投加，在超声波震荡桥分散和循环涂膜泵水力循环过滤的作用下，在涂膜滤元外表面敷涂一层复合预涂膜层11作为过滤介质；
D、预涂层膜过滤器功能模块300运行过滤工作，根据不同物料可以选择死端过滤方式或错流过滤方式在复合预涂膜层表面11形成过滤；
E、复合预涂膜层在超声波震荡桥和由进气阀控制的反洗水泵与压缩气体缓冲罐的超声波清洗和气水脉冲反洗联合清洗作用下，进行快速、彻底爆膜反洗，整个过程可控、排污量小。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜分离技术，
在步骤C中，复配膜粉采用定量投加、超声波强化过滤器内膜粉分散和水力循环过滤的方式，实现涂膜快速、均匀和可控的涂膜工艺过程；
在步骤E中，爆膜反洗采用超声波清洗和气水脉冲反洗联合的方式，实现爆膜清洗快速、彻底、和可控的爆膜反洗工艺要求；
步骤C、D、E周期循环，由多组预涂层膜过滤器功能模块300同时工作，同步或者交错进行。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜分离技术，在步骤E中预涂层膜过滤器功能模块300采用超声波和气水脉冲联合清洗的方式进行爆膜反洗，实现爆膜清洗快速、彻底、排污量小和过程可控的工艺要求，其步骤包括：
1)预涂层膜过滤器3根据跨膜压差或设定反洗时间要求，发出爆膜反洗指令；
2)进水/反洗排水转换三通阀311切换至反洗排水通道，产水/反洗进水转换三通阀312切换至反洗进水通道；
3)超声波震荡桥4启动进行超声清洗直到爆膜反洗结束；
4)反洗水泵10开启、进气阀12开启，前期气压＞水压，压缩气体瞬间进入涂膜滤元1内腔形成由内而外爆膜；随着气量的消耗气压降低，在压缩气体缓冲罐7进气口补气期间，水压＞气压，反洗水进入进行水反洗；形成气压＞水压和水压＞气压胶体，气水脉冲交替清洗涂膜滤元1，联合超声波震荡桥4的超声波震荡被清洗干净；此期间爆膜反洗废水不断被被排出预涂层膜过滤器3外，罐内脏水被置换干净；
5)爆膜反洗末期，进气阀12关闭，进水/反洗排水转换三通阀311切换至进水通道，排气阀316打开，反洗进水充满预涂层膜过滤器3，排出多余气体，完成爆膜反洗。
进一步的，本发明所述的一种预涂层膜分离技术，在步骤D中，预涂层膜过滤器功能模块300过滤运行，根据不同物料可以选择死端过滤方式或错流过滤方式；在采用死端过滤时，预涂层膜过滤器功能模块300上进水/反洗排水转换三通阀311切换至进水通道，产水/反洗进水转换三通阀312切换至产水通道，产水/涂膜循环转换三通阀315切换至产水通道；原水从预涂层膜过滤器3底部进入罐内，之后从外侧流经复合预涂膜层11和涂膜滤元1，完成过滤；产水进入涂膜滤元1的内腔汇集，进入固定花盘组件2上部的产水区，由上封头顶端的产水口排出罐外；采用错流过滤时，排气阀316此时开启，以一定流量将罐内部分过滤前的浓水排出罐外，预涂层膜过滤器功能模块300上进水/反洗排水转换三通阀311切换至进水通道，产水/反洗进水转换三通阀312切换至产水通道，产水/涂膜循环转换三通阀315切换至产水通道；原水从预涂层膜过滤器3底部进入罐内，之后从外侧流经复合预涂膜层11和涂膜滤元1，在复合预涂膜层11表面形成错流过滤。
为了证明本发明的设备和方法的效果，发明人通过几个案例来说明本发明技术方案的技术效果与传统技术方案相比具有意想不到性。
案例1：焦化污水脱除焦粉
焦化污水主要来自分馏塔和接触冷却塔，废水高度乳化，且含有大量1μm 以下焦粉颗粒，进入汽提塔后会堵塞塔盘，影响生产设备的正常运行。采用固化膜难以克服频繁膜污堵，以及存在过滤产水率低。处理目标：彻底滤除焦粉，浊度≤1.0NTU，粒径＜0.1μm；处理采用本发明预涂层膜分离技术及成套装置，进行了连续18天的结果如下：
如图11所示，预涂层膜成套装置工艺系统运行状态：预涂层膜成套装置工艺系统的膜通量一直维持在350L/㎡·h以上基本没有衰减。复合预涂膜层的进出水的跨膜压差随运行呈线性增加，跨膜压差达到0.07MPa预涂膜过滤器3自动进行反洗、涂膜，转入正常过滤运行。压力变化稳定，反洗、涂膜间隔周期仍能维持在8h以上。每次反洗、涂膜后跨膜压差均能恢复到 0.02～0.03MPa状态，反洗之后膜过滤反洗周期一直能维持在8h以上，说明反洗、涂膜之后膜通量能恢复到初始状态。
如图12-13所示，水质处理的结果：预涂层膜成套装置工艺系统对两种水排水中的石油类具有非常好的去除效率，去除率在90％以上；预涂层膜进水浊度平均在250～300NTU，出水浊度均在1NTU以下，因此复合预涂膜层对焦粉去除率＞99％。
案例2：循环水场装置泄露排污应急处理
国内炼厂把高酸高硫劣质原油作为加工对象，对换热设备的腐蚀越来越严重；装置泄漏不可避免，导致该循环水系统运行状态克烈；属于典型的高浊度、高含油和高生物黏泥污染情况，严重超出循环水的水质负荷；泄露期间循环水浊度维持50～150NTU；油含量10～50mg/L；COD经常出现200～300mg/L 的情况，异养菌菌群数时常＞1×105个/mL，水质恶劣情况循环水场水质承受范围，远超出旁滤系统处理能力，靠投加大量药剂和系统大补大排来缓解泄露水质污染。处理采用本发明预涂层膜分离技术及成套装置，进行了连续近3个月的结果如下：
水质处理的结果：进水浊度50～120NTU，出水0.3～2NTU，去除率为95～99％；②进水含油量10～50mg/L，出水低于0.1mg/L，去除率为90～99％；③进水COD 在100～300mg/L，出水COD在20～120mg/L范围(大部分时间在20～60mg/L范围)，去除率30～85％，在滤除油和悬浮物过程中COD得到同步去除。
预涂层膜运行状态：预涂层膜运行稳定，反洗、涂膜间隔周期12～30h，反洗爆膜2～3min，涂膜时间2～3min；气水联合洗即可满足要求，不需要化学清洗即可恢复至初始通量和压差，清洗后起始压差0.015～0.025Mpa，膜通量 330～370L/m2·h。
案例3：丁苯橡胶废水去除聚合物胶体颗粒
丁苯橡胶废水中的胶粒Zeta电位分布也杂乱，正负电荷均有，没有主导的分布区间，从而也说明胶粒的不稳定性，胶粒之间会经常发生电化学反应，不断聚合析出。另外，没有主导电位分布区间说明采用化学加药进行絮凝反应，很难取得理想效果，表现在电位分布不稳定理想药剂难以筛选，以及物化特性变化也很难是筛选药剂维持在一个稳定效果。另外采用固化膜过滤会导致不可逆化学污染，导致膜组件报废。处理采用本发明预涂层膜分离技术及成套装置，进行了连续模拟试验，结果如下：
1)预涂层膜运行状态，运行9h后，压差由0.0209MPa增加到0.0371MPa, 远未达到反洗压差0.78MPa，可以看出膜管的通量维持在280～300L/m2·h，可以运行较长时间连续运行而不会发生堵塞现象。反洗结束后膜管恢复如初，说明预涂层膜恢复再生能力强。
2)通过出水浊度来看，经过预涂层膜之后的出水其浊度显著降低，浊度基本保持在1NTU以下，说明通过预涂层膜以后，橡胶废水中的胶粒低聚物已经基本被去除，结合粒径测定，更可证明这点。如表1所示。
表1-运行过程中跨膜压差—膜通量变化
Figure RE-GDA0001812699560000271
Figure RE-GDA0001812699560000281
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种预涂层膜成套装置，其特征在于，包括一组或多组可拓展的预涂层膜过滤器功能模块（300），一套共用的涂膜系统（400），一套共用的进水产水系统（500），一套共用的爆膜反洗系统（600）；
所述的涂膜系统（400）包括膜粉投加装置（5）、涂膜箱（6）、循环涂膜泵（9）、涂膜进水管路（101）、涂膜出水管路（102）；
所述的进水产水系统（500）包括变频供水泵（8）、进水管路（103）、产水管路（104）；
所述的爆膜反洗系统（600）包括反洗水泵（10）、反洗进水管路（105）、排污管路（106）、补气调压阀（13）、压缩气体缓冲罐（7）、进气阀（12）、爆膜进气管路（107）、排气管路（108）；
所述的预涂层膜过滤器功能模块（300）包括涂膜滤元（1）、固定花盘组件（2）、预涂层膜过滤器（3）；所述的涂膜滤元（1）用自紧防松式紧固件倒置安装在固定花盘组件（2）对应的固定孔上并形成良好密封，保证涂膜滤元（1）内腔为唯一过滤产水/过水通道；所述的固定花盘组件（2）用罐体法兰密封对夹安装在预涂层膜过滤器（3）内部，固定花盘组件（2）将预涂层膜过滤器（3）内部分割为下部的进水区和上部的产水区，所述的预涂层膜过滤器（3）的直筒段罐壁上设有超声波震荡桥（4）；所述的预涂层膜过滤器（3）设置有用于连接外部设备的过滤器下接口（321）和过滤器上接口（322）；所述的预涂层膜过滤器（3）的过滤器排气口（323）接有排气阀（316），排气阀（316）的另一侧引出模块的排气口（3211）；所述的预涂层膜过滤器功能模块（300）可根据处理规模拓展数量，每组预涂层膜过滤器功能模块（300）以引出的模块接口为界，各功能元件相互配合能够独立完成本单元的过滤、爆膜反洗、涂膜等工艺操作过程，具有模块化可复制、拓展性特点。
2.如权利要求1所述的一种预涂层膜成套装置，其特征在于，涂膜系统（400）的涂膜进水管路（101）与模块的涂膜进水口（326）连接，涂膜出水管路（102）与模块的涂膜产水口（327）连接，从而与每组预涂层膜过滤器功能模块（300）之间形成独立的循环涂膜回路，满足一套涂膜系统（400）供多组预涂层膜过滤器功能模块（300）共用的要求；所述的进水/产水系统的进水管路（103）与模块的进水口（324）连接，产水管路（104）与模块的产水口（325）连接，从而与每组预涂层膜过滤器功能模块（300）之间形成独立的进水/产水回路，满足一套进水产水系统（500）供多组预涂层膜过滤器功能模块（300）共用的要求；所述的爆膜反洗系统（600）的反洗进水管路（105）与模块的反洗进水口（328）连接，排污管路（106）与模块的反洗排水口（329）连接，爆膜进气管路（107）与模块的爆膜进气口（3210）连接，排气管路（108）与模块的排气口（3211）连接并汇入排污管路（106），从而与每组预涂层膜过滤器功能模块（300）之间形成独立的气水爆膜反洗/反洗排水排气回路，满足一套爆膜反洗系统（600）可供多组预涂层膜过滤器功能模块（300）共用的要求。
3.如权利要求1所述的一种预涂层膜成套装置，其特征在于，用1000目凹土基-纳米活性体改性膜粉与200~300目助滤膜粉、50~80μm吸附膜粉混合，按照（1~0.5）：10:（8~5）的质量配比形成复配膜粉作为涂膜材料；涂膜材料的涂膜量按照10~30g/m2的剂量范围投加，将复配膜粉预涂在涂膜滤元（1）的表层形成厚度为50~100μm的复合预涂膜层（11），复合预涂膜层（11）的构成为凝胶膜层与助滤膜层的复合体，综合了膜分离技术的吸附效应、筛分效应及静电效应３大基本原理过滤精度可达50~100nm；
所述的涂膜滤元（1）采用316L不锈钢或钛材质的金属粉末烧结微孔滤材、316L不锈钢或钛材质的金属纤维烧结微孔滤材、316L或钛材质的金属激光打孔微孔滤材、亲水改性PTFE或PVDF材质的微孔滤材；所述的涂膜滤元（1）厚度约为0.2~0.5mm、化学稳定性强、亲水性好、孔隙率40%~70%、微孔的孔径尺度1~5μm。
4.如权利要求1所述的一种预涂层膜成套装置，其特征在于，涂膜材料采用凹土基—纳米活性体改性膜粉材料，并配以助滤材料和吸附材料形成复合预涂膜层（11）；涂膜材料利用1000目凹土基粘土矿物作为载体，根据不同工况筛选水合MnO2、水合ZrO2、水合Al2O3、氧化石墨烯的纳米活性体颗粒中的一种或几种作为改性材料，采用溶胶-凝胶法制备；助滤膜粉材料采用200~300目、堆密度≤400g/l的硅藻土、高岭土、沸石粉、活性炭粉末、活性焦粉末的粉体；吸附膜粉材料选用50~80μm粉末树脂或磁性粉末树脂；将涂膜材料预涂在涂膜滤元（1）的表层形成厚度为10μm~50μm的复合预涂膜层（11）；复合预涂膜层（11）利用膜分离技术的吸附效应、筛分效应及静电效应３大基本原理，厚度为10μm~50μm的超薄的复合预涂膜层（11）实现小于0.1μm的高精度过滤。
5.如权利要求1所述的一种预涂层膜成套装置，其特征在于，所述的涂膜滤元（1）厚度约为0.2~0.5mm、孔隙率40%~70%， 材质为316L不锈钢或钛材质的金属粉末烧结微孔滤材、316L不锈钢或钛材质的金属纤维烧结微孔滤材、316L不锈钢或钛材质的金属激光打孔微孔滤材、亲水改性PTFE或PVDF材质的孔径尺度1~5μm的微孔滤材；涂膜滤元（1）外层设有的复合预涂膜层（11）厚度为50~100μm；复合预涂膜层（11）与涂膜滤元（1）表面相结合，复合预涂膜层（11）的过滤精度范围为50~100nm。
6.如权利要求1所述的一种预涂层膜成套装置，其特征在于，所述的预涂层膜过滤器（3）采用逆向过滤器的型式，连同外部配套的功能元件做成具有独立操作功能的预涂层膜过滤器功能模块（300），以便于模块化复制和拓展；
所述的过滤器下接口（321）接有进水/反洗排水转换三通阀（311），进水/反洗排水转换三通阀（311）的反洗排水口引出模块的反洗排水口（329），进水/反洗排水转换三通阀（311）的进水口分叉接有进水选择阀（313）和涂膜选择阀（314），用于切换进水和涂膜，可以切换不同的过流通道，实现过滤过程进水、爆膜反洗过程反洗排水、涂膜过程涂膜液进水等工艺过程；进水选择阀（313）的另一侧引出模块的进水口（324），涂膜选择阀（314）的另一侧连接模块的涂膜进水口（326）；
所述的过滤器的上接口（322）接有产水/反洗进水转换三通阀（312），产水/反洗进水转换三通阀（312）的反洗进水口分叉引出模块的反洗进水口（328）和模块的爆膜进气口（3210），产水/反洗进水转换三通阀（312）的产水口接有产水/涂膜循环转换三通阀（315），可以根据工艺要求切换不同的过流通道，实现过滤过程产水、爆膜反洗过程反洗进水和进气、涂膜过程涂膜出水循环的工艺过程;产水/涂膜循环转换三通阀（315）的产水口引出模块的产水口（325），产水/涂膜循环转换三通阀（315）的涂膜循环口引出模块的涂膜产水口（327）；
所述的进水区的顶端设有排气阀（316），所述的排气阀（316）用作排气/错流过滤排水阀，用于爆膜反洗末期进行过滤器充水排气，所述的排气阀（316）如选用错流过滤运行方式时也可作为错流排水口使用。
7.如权利要求1所述的一种预涂层膜成套装置，其特征在于，所述的预涂层膜过滤器（3）的爆膜反洗系统（600），采用超声波震荡桥（4）进行超声波清洗和由进气阀（12）连接的反洗水泵（10）和压缩气体缓冲罐（7）进行气水脉冲反洗联合的方式，实现爆膜清洗快速、彻底、排污量小和过程可控的工艺要求。
8.如权利要求1所述的一种预涂层膜成套装置，其特征在于，所述的涂膜系统（400）采用膜粉投加装置（5）对膜粉进行定量投加，同时利用超声波震荡桥（4）的超声波强化预涂膜过滤器（3）内膜粉分散和水力循环过滤的方式，实现涂膜快速、均匀和过程可控的工艺要求。
9.如权利要求1所述的一种预涂层膜成套装置，其特征在于，所述的预涂层膜过滤器功能模块（300）有死端过滤或错流过滤两种运行方式供选择、切换，排气阀（316）在错流过滤方式运行时可以充当错流过滤排水阀此时开启，以一定流量将预涂层膜过滤器（3）的罐内部分过滤前的浓水排出预涂层膜过滤器（3）外，在复合预涂膜层表面（11）形成错流过滤。
10.如权利要求1-9所述的任一项的一种预涂层膜成套装置，其特征在于，所述的预涂层膜成套装置共用一套标准的涂膜系统（400）、一套进水产水系统（500）和一套爆膜反洗系统（600），预涂层膜过滤器功能模块（300）按处理规模拓展所需要的模块组的数量，每组预涂层膜过滤器功能模块（300）通过自控程序进行调配，可独立进行过滤、爆膜反洗、涂膜等操作过程，各组预涂层膜过滤器功能模块（300）之间运行状态可以相互独立，也可以相互交叉，满足实现成套化、规模化、系列化、标准化、自动化等拓展性的工业化应用要求。
11.如权利要求1所述的一种预涂层膜成套装置，其特征在于，进水产水系统（500）可以实现供多组同时或单组或某几组过滤器模块过滤运行使用，根据投运组数变频设定不同的进水流量；爆膜反洗系统（600）、涂膜系统（400）设置为供单组过滤器模块爆膜反洗、涂膜运行使用，逐一切换，某组预涂层膜过滤器功能模块（300）进行爆膜反洗、涂膜时，其余预涂层膜过滤器功能模块（300）可以仍维持过滤运行状态，保证爆膜反洗、涂膜时预涂层膜成套装置工艺系统不停水。
12.一种预涂层膜分离技术，其特征在于，包括以下步骤：
A、利用凹土基—纳米活性体改性膜粉作为成膜材料，并掺入助滤膜粉材料和吸附膜粉材料，形成复配膜粉；
B、利用材质为316L不锈钢或钛材质的金属粉末烧结微孔滤材、316L不锈钢或钛材质的金属纤维烧结微孔滤材、316L不锈钢或钛材质的金属激光打孔微孔滤材、亲水改性PTFE或PVDF材质的孔径尺度1~5μm的微孔滤材制成厚度约为0.2~0.5mm、孔隙率40%~70%的涂膜滤元；
C、复配膜粉采用膜粉投加装置干粉投加，在超声波震荡桥分散和循环涂膜泵水力循环过滤的作用下，在涂膜滤元外表面敷涂一层复合预涂膜层（11）作为过滤介质；
D、预涂层膜过滤器功能模块（300）运行过滤工作，根据不同物料可以选择死端过滤方式或错流过滤方式在复合预涂膜层表面（11）形成过滤；
E、复合预涂膜层在超声波震荡桥和由进气阀控制的反洗水泵与压缩气体缓冲罐的超声波清洗和气水脉冲反洗联合清洗作用下，进行快速、彻底爆膜反洗，整个过程可控、排污量小。
13.如权利要求12所述的一种预涂层膜分离技术，其特征在于，
在步骤C中，复配膜粉采用定量投加、超声波强化过滤器内膜粉分散和水力循环过滤的方式，实现涂膜快速、均匀和可控的涂膜工艺过程；
在步骤E中，爆膜反洗采用超声波清洗和气水脉冲反洗联合的方式，实现爆膜清洗快速、彻底、和可控的爆膜反洗工艺要求；
步骤C、D、E周期循环，由多组预涂层膜过滤器功能模块（300）同时工作，同步或者交错进行。
14.如权利要求12所述的一种预涂层膜分离技术，其特征在于，
在步骤E中预涂层膜过滤器功能模块（300）采用超声波和气水脉冲联合清洗的方式进行爆膜反洗，实现爆膜清洗快速、彻底、排污量小和过程可控的工艺要求，其步骤包括：
1）预涂层膜过滤器（3）根据跨膜压差或设定反洗时间要求，发出爆膜反洗指令；
2）进水/反洗排水转换三通阀（311）切换至反洗排水通道，产水/反洗进水转换三通阀（312）切换至反洗进水通道；
3）超声波震荡桥（4）启动进行超声清洗直到爆膜反洗结束；
4）反洗水泵（10）开启、进气阀（12）开启，前期气压＞水压，压缩气体瞬间进入涂膜滤元（1）内腔形成由内而外爆膜；随着气量的消耗气压降低，在压缩气体缓冲罐（7）进气口补气期间，水压＞气压，反洗水进入进行水反洗；形成气压＞水压和水压＞气压胶体，气水脉冲交替清洗涂膜滤元（1）的滤层，联合超声波震荡桥（4）的超声波震荡被清洗干净；此期间爆膜反洗废水不断被被排出预涂层膜过滤器（3）外，罐内脏水被置换干净；
5）爆膜反洗末期，进气阀（12）关闭，进水/反洗排水转换三通阀（311）切换至进水通道，排气阀（316）打开，反洗进水充满预涂层膜过滤器（3），排出多余气体，完成爆膜反洗。
15.如权利要求12所述的一种预涂层膜分离技术，其特征在于，
在步骤D中，预涂层膜过滤器功能模块（300）过滤运行，根据不同物料可以选择死端过滤方式或错流过滤方式；
在采用死端过滤时，预涂层膜过滤器功能模块（300）上进水/反洗排水转换三通阀（311）切换至进水通道，产水/反洗进水转换三通阀（312）切换至产水通道，产水/涂膜循环转换三通阀（315）切换至产水通道；原水从预涂层膜过滤器（3）底部进入罐内，之后从外侧流经复合预涂膜层（11）和涂膜滤元（1），完成过滤；产水进入涂膜滤元（1）的内腔汇集，进入固定花盘组件（2）上部的产水区，由上封头顶端的产水口排出罐外；
采用错流过滤时，排气阀（316）此时开启，以一定流量将罐内部分过滤前的浓水排出罐外，预涂层膜过滤器功能模块（300）上进水/反洗排水转换三通阀（311）切换至进水通道，产水/反洗进水转换三通阀（312）切换至产水通道，产水/涂膜循环转换三通阀（315）切换至产水通道；原水从预涂层膜过滤器（3）底部进入罐内，之后从外侧流经复合预涂膜层（11）和涂膜滤元（1），在复合预涂膜层（11）表面形成错流过滤。
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