CN111375313A - 过滤设备和过滤方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种过滤设备，其多条管状膜丝，所述多条管状膜丝安装于所述过滤腔内，其中，每条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，且每条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；每条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，每条所述管状膜丝外壁与所述过滤腔连通。本发明中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。

Description

过滤设备和过滤方法
技术领域
本发明涉及环保水处理技术领域，特别是涉及一种柔性陶瓷膜及其制备方法和应用。
背景技术
在环保行业中进行水处理，通常采用有机膜材料进行过滤，但是在应用的过程中，经常由于传统有机膜承压能力较差，出现在高压下容易压扁变形且不易恢复的问题；并且传统有机膜的抗污能力弱，膜容易被堵塞；使用寿命短且不耐高温。
因此，也有采用无机陶瓷膜进行水过滤的方案，而无机陶瓷膜又存在脆性大，容易碎裂的问题，并且陶瓷膜的化学性质不稳定，容易与硅反应，导致膜孔被堵塞；造价成本高。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题提供一种过滤设备，其包括壳体，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；所述产水口设有产水阀、反洗阀，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；多条管状膜丝，所述多条管状膜丝安装于所述过滤腔内，其中，每条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，且每条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；每条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，每条所述管状膜丝外壁与所述过滤腔连通；其中所述管状膜丝由中空薄型管状材料拉伸而成，所述中空薄型管状材料由管状棒料挤出成型，所述管状棒料由陶瓷膜颗粒和聚四氟乙烯颗粒复合而成。
在一些实施例中，所述管状膜丝的所述管壁具有0.5μm的通道。
在一些实施例中，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。
4、根据权利要求1的过滤设备，其特征在于：所述错流口设有错流阀，所述排污口设有排污阀，被配置为使得所述过滤腔的压力大于所述净水腔的压力。
在一些实施例中，还包括正向清洗单元和/或反向清洗单元对所述管状膜丝的侧壁进行清洗以去除拦截的污染物颗粒。
在一些实施例中，所述正向清洗单元包括空泡发生装置，所述空泡发生装置包括空泡出口，所述空泡出口设于所述壳体的底部；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，所述空泡发生装置被配置为往所述过滤腔充入空泡，通过空泡的上升运动产生3～5千克/厘米2的压力，促使中部下垂呈U型结构的管状膜丝产生抖动。
在一些实施例中，所述反向清洗单元包括气反冲洗装置，所述气反发生装置经由气反阀连通所述净水腔，所述气反冲洗装置被配置为在气反阀打开后，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。
本发明还提供了一种利用管状膜丝将污水区的污水过滤进入净水区的过滤方法，其包括：将所述管状膜丝的两端与净水区连通，其中所述管状膜丝的内部具有供净水流通的通道；使得所述管状膜丝的侧壁位于污水区，其中，侧壁上具有通道，所述通道将所述管状膜丝的内部的所述与所述污水区相连通；调整所述污水区的压力使得所述污水经由所述管状膜丝的侧壁向所述净水区流动以使得所述污水中的污染物颗粒被所述间隙拦截。
在一些实施例中，还包括将向污水区充入空泡以使得空泡的上升运动促使管状膜丝产生抖动。
在一些实施例中，还包括将向净水区充入气体以使得所述气体通过所述管状膜丝的内部的通道流向污水区。
本发明的装置与方法，特别是当选用二氧化钛和聚四氟乙烯相互配合时，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。
本发明一种柔性陶瓷膜的制备方法，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。
附图说明
图1为实施例1中柔性陶瓷膜的部分制备工艺流程图；
图2为实施例1中柔性陶瓷膜电镜下照片；
图3为图2的放大照片；
图4为实施例2中净水过滤设备结构示意图；
图5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
一种柔性陶瓷膜，如图1所示，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。
实施例2
一种柔性陶瓷膜的应用，将该柔性陶瓷膜作为管状膜丝用于净水过滤设备中。
上述净水过滤设备如图4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。
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
Figure BDA0002349241200000051
上述结果表明，柔性陶瓷膜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，柔性陶瓷膜出水可达到此标准。
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
Figure BDA0002349241200000061
表4 9月27日抽样结果
Figure BDA0002349241200000062
表5 9月28日抽样结果
Figure BDA0002349241200000063
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(浊度)<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/厘米2。
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/厘米2。
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，区别仅在于其中的柔性陶瓷膜的制备过程中：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)

1.一种过滤设备，其特征在于包括：
壳体，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；所述产水口设有产水阀、反洗阀，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；
多条管状膜丝，所述多条管状膜丝安装于所述过滤腔内，其中，每条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，且每条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；每条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，每条所述管状膜丝外壁与所述过滤腔连通；
其中所述管状膜丝由中空薄型管状材料拉伸而成，所述中空薄型管状材料由管状棒料挤出成型，所述管状棒料由陶瓷膜颗粒和聚四氟乙烯颗粒复合而成。
2.根据权利要求1的过滤设备，其特征在于：所述管状膜丝的所述管壁具有0.5μm的通道。
3.根据权利要求1的过滤设备，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1的过滤设备，其特征在于：所述错流口设有错流阀，所述排污口设有排污阀，被配置为使得所述过滤腔的压力大于所述净水腔的压力。
5.根据权利要求1的过滤设备，其特征在于：还包括正向清洗单元和/或反向清洗单元对所述管状膜丝的侧壁进行清洗以去除拦截的污染物颗粒。
6.根据权利要求5的过滤设备，其特征在于：所述正向清洗单元包括空泡发生装置，所述空泡发生装置包括空泡出口，所述空泡出口设于所述壳体的底部；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，所述空泡发生装置被配置为往所述过滤腔充入空泡，通过空泡的上升运动产生3～5千克/厘米2的压力，促使中部下垂呈U型结构的管状膜丝产生抖动。
7.根据权利要求5或6的过滤设备，其特征在于，所述反向清洗单元包括气反冲洗装置，所述气反发生装置经由气反阀连通所述净水腔，所述气反冲洗装置被配置为在气反阀打开后，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。
8.一种过滤方法，利用管状膜丝将污水区的污水过滤进入净水区，其特征在于：包括：
将所述管状膜丝的两端与净水区连通，其中所述管状膜丝的内部具有供净水流通的通道；
使得所述管状膜丝的侧壁位于污水区，其中，侧壁上具有通道，所述通道将所述管状膜丝的内部的所述与所述污水区相连通；
调整所述污水区的压力使得所述污水经由所述管状膜丝的侧壁向所述净水区流动以使得所述污水中的污染物颗粒被所述间隙拦截。
9.根据权利要求8的过滤方法，其特征在于：还包括将向污水区充入空泡以使得空泡的上升运动促使管状膜丝产生抖动。
10.根据权利要求8的过滤方法，其特征在于：还包括将向净水区充入气体以使得所述气体通过所述管状膜丝的内部的通道流向污水区。
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