CN111992056B - 一种功能性磁基动态膜系统及其实施方法 - Google Patents

一种功能性磁基动态膜系统及其实施方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111992056B
CN111992056B CN202010651926.2A CN202010651926A CN111992056B CN 111992056 B CN111992056 B CN 111992056B CN 202010651926 A CN202010651926 A CN 202010651926A CN 111992056 B CN111992056 B CN 111992056B
Authority
CN
China
Prior art keywords
membrane
control valve
unit
water
magnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010651926.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111992056A (zh
Inventor
汤兵
胡权
叶建文
宾丽英
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong University of Technology
Original Assignee
Guangdong University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong University of Technology filed Critical Guangdong University of Technology
Priority to CN202010651926.2A priority Critical patent/CN111992056B/zh
Publication of CN111992056A publication Critical patent/CN111992056A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111992056B publication Critical patent/CN111992056B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/14—Dynamic membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y02A20/131—Reverse-osmosis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

本发明公开了一种功能性磁基动态膜系统及其实施方法，目的在于构建一套基于水质条件而灵活生成及调节膜层厚度、孔隙率及组成的动态膜系统，该系统包括控制单元、利用膜浆在渗透单元内形成动态膜的制膜单元、过滤原水的渗透单元和对渗透单元进行反向冲洗的反冲洗单元。本发明可将废/污水中大部分溶解性的微污染物去除，从而获得水质更加优良的出水，分离去除的微污染物被动态膜层截留和吸附，不会产生浓缩液。而当动态膜层达到饱和后，则从支撑层的另外一侧进行反冲洗，清洗干净的支撑体则可重新沉积一层动态膜再进行使用。由于动态膜材料带有磁性，使用磁性收集器对反冲洗出来的废膜材料则可以很容易地进行固液分离，收集的废膜材料可再生利用。

Description

一种功能性磁基动态膜系统及其实施方法
技术领域
本发明涉及水质深度净化技术领域，尤其涉及一种功能性磁基动态膜系统及其实施方法。
背景技术
膜分离是一种高效节能的传质分离工艺，在化工、冶金、环保、食品等领域有着广泛的应用。常用的膜分离过程使用的分离膜一般为固体膜材料，基于所用膜的透过机理，迄今已经有反渗透(0.0001-0.001μm)、纳滤(0.001-0.01μm)、超滤(0.01-0.1μm)、微滤(0.1-10μm)等多类别的膜组件问世并应用于海水淡化脱盐、饮用水净化、废(污)水处理及中水回用等实际工程中。上述类别的膜组件，反渗透过程所使用的膜组件具有小分子尺寸的膜孔径，基于优先吸附-毛细孔流的原理，不仅可阻隔一般大分子物质，小分子的无机盐类物质也无法透过，在高于渗透压的外压作用下，水分子可以透过膜组件，从而实现水与无机盐的分离，其主要应用于海水淡化及脱盐等领域。纳滤、超滤及微滤等技术则是基于所用膜孔孔径大小的差异分别用于不同尺寸污染物质的净化分离。由于所用膜组件膜孔孔径极为细小，尺寸大于孔径的污染物质均可被膜组件截留下来，从而达到了高效净水的目的。迄今为止，大量科学研究及工程实践的经验表明：膜分离技术应用于饮用水及工业给水处理的净化效率高，出水水质优良，且能有效避免化学物质的引入而造成“二次污染”。然而，此项技术亦存在难以克服的两大“瓶颈”问题，其一为膜污染引起的操作压力急剧上升及分离效能降低的问题：膜组件对污染物质的有效截留导致表面(或内部)累积大量污染物质，使得流动阻力增大，极大地降低了膜通量，从而使膜组件逐渐失去分离效能，而且分离效率越高，累积污染速度越快，膜组件使用寿命越短；其二是膜系统分离富集所产生浓水的二次安全处理问题：膜分离技术可有效地实现低浓污染物质的富集分离，然而在实现水质净化的同时，低浓污染物质在膜组件的另一侧也富集生成了一定数量的浓水，而且浓水中污染物质的浓度也是随着分离效率的提高而增高的。这部分浓水也必须采用另外的手段进行妥善处理，而且处理难度也会进一步加大。另外，作为膜分离过程的效率在很大程度上取决于膜材料的性能，而膜材料一旦生产出来，其性能即完全固定下来，无法依据进水的条件来调节膜材料的性能。基于上述问题，高效、低耗、二次污染少且能基于进水的水质条件灵活调整膜自身特性的膜分离技术十分必要。
有别于固定形态及性质的新型膜系统，本发明提供了可以基于水质变化的灵活调整膜构成及厚度的动态膜系统，用于饮用水净化及废(污)深度处理。而有关动态膜的界定，普遍认为是在运行过程中才形成的一层具有选择分离作用的固体膜，其形成方式有如下两种类型：
1.利用微生物在支撑网上形成具有降解及过滤性能的生物膜：在生物反应器中植入微网支撑材料(或称为过滤材料，所用材料包括丝网、过滤棉等)，利用微生物在微网材料上形成一层动态生物膜，水以错流的方式透过该层膜，在透过动态生物膜时，水中溶解性物质被动态膜吸收或吸附，可降解的物质被微生物所降解，而固体颗粒状的物质则被动态膜所拦截，透过动态膜的水流则进入夹层，从另外的通道流出。运行一段时间后，动态生物膜出现老化情况时，则对微网材料进行反冲洗，然后再进行下一轮的循环使用。在该过程中，利用微网上形成的生物膜可实现溶解性及固体悬浮物的去除，而生物膜可根据需要进行动态清洗。
2.在滤网或是支撑体上预沉积一层过滤材料形成具有支撑或是过滤功能的无机膜：即是利用外压将预涂液在基膜外壁形成动态膜，而动态膜的成膜材料主要是金属氧化物(ZrO2、MnO2)，无机电解质(Fe2+、Mn2+等水合氧化物)以及超细无机粉体材料(高岭土、膨润土)，所用基膜则是单通道管式无机微滤膜，形成的动态膜主要功能是保护基膜，减缓废水对基膜的污染，从而减少运行成本。另外一种则是将不可压缩的磁性颗粒填料附着在支撑网上，起到支撑骨架的作用，在污泥混合液流过时，可将大部分渗透压力抵消，避免滤饼层被完全压实，确保滤饼层内的过水通道及通量，另外，由于填料的加入可有效拦截污泥絮体以加快滤饼形成的速度，从而缩短动态膜形成的时间。
有关动态膜的论文及专利报道颇多，其共同的特点是在运行过程中形成膜，但形成膜的方式和特性差别巨大，但这些报道的动态膜系统所针对的基本为常规情况下废(污)水的处理。然而由于水环境污染形势加剧及环保要求不断提高，常规废(污)水处理排放标准也日趋严格，而饮用水中微污染物也需进一步净化，亟待进行深度处理。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种功能性磁基动态膜系统，可基于进水水质条件灵活调整膜层厚度、孔隙率及膜组成，用于废(污)水及饮用水的深度净化。
本发明的另一目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于上述系统的实施方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种功能性磁基动态膜系统，该系统可基于进水水质情况调整膜层厚度、孔隙率及膜组成，主要包括控制单元、用于存储待过滤水的原水单元、利用动态膜过滤原水的渗透单元、利用膜浆在渗透单元内形成动态膜的制膜单元、以及通过反向冲洗方式对渗透单元进行冲洗清理的反冲洗单元。所述渗透单元设有五个出入口，分别为与原水单元连接的第一入口、排出渗透水的第二出口、与制膜单元连接的第三入口、排出反冲洗水的第四出口、以及与反冲洗单元连接的第五入口。
具体的，所述原水单元的出口与渗透单元的第一入口连接，原水单元的入口分别与反冲洗单元的上清液出口和外界连接。所述渗透单元的第二出口与外界连接。所述制膜单元的膜浆出口与渗透单元的第三入口连接。所述反冲洗单元的冲洗出口与渗透单元的第五入口连接，渗透单元的第四出口与反冲洗单元连接。所述控制单元分别与原水单元、制膜单元、制膜单元和反冲洗单元电连接。
具体的，所述渗透单元采用双层套管结构设计，主要包括外层管、内层管、第一端盖、以及第二端盖。所述外层管套设在内层管外，与内层管同轴设置。所述内层管的空腔为渗透水通道，外层管与内层管之间的空腔为膜浆通道。所述内层管的外壁为动态膜附着表面。所述第一端盖固定设置在外层管和内层管的一端上，第二端盖固定设置在外层管和内层管的另一端上。
进一步的，所述第一入口设置在外层管的管壁上，与膜浆通道连通；所述第二出口设置在第二端盖上，与渗透水通道连通。所述第三入口设置在外层管的管壁上，与膜浆通道连通。所述第四出口设置在外层管的管壁上，与膜浆通道连通。所述第五入口设置在第一端盖上，与渗透水通道连通。
具体的，所述原水单元主要包括原水罐、水泵、第一控制阀、以及第二控制阀。所述水泵的输入端与原水罐连接，输出端通过第一控制阀与渗透单元的第一入口连接。所述渗透单元的第二出口通过第二控制阀与外界连接。所述控制单元分别与水泵、第一控制阀和第二控制阀电连接。
具体的，所述制膜单元主要包括膜浆、膜浆罐、膜浆泵、第三控制阀、以及第五控制阀。所述膜浆注入膜浆罐内。所述膜浆泵的输入端与膜浆罐的膜浆出口连接，输出端通过第三控制阀与渗透单元的第三入口连接。所述渗透单元的第二出口通过第五控制阀与膜浆罐的膜浆入口连接。所述控制单元分别与膜浆泵、第三控制阀和第五控制阀电连接。
具体的，所述反冲洗单元主要包括反冲洗水罐、反冲洗泵、第四控制阀、第六控制阀、以及磁性收集罐。所述反冲洗泵的输入端与反冲洗水罐的反冲洗出口连接，输出端通过第六控制阀与渗透单元的第五入口连接。所述渗透单元的第四出口通过第四控制阀与磁性收集罐的入口连接。磁性收集罐的上清液出口与原水单元连接。所述控制单元分别与反冲洗泵、第四控制阀和第六控制阀电连接。
进一步的，所述反冲洗单元还包括加速磁基多孔颗粒沉降的强磁性底板。所述强磁性底部设置在磁性收集罐的底部，并与磁性收集罐固定连接。
作为本发明的优选方案，所述外层管为密闭抗压金属管或工程塑料管。所述内层管为带有微孔的渗透管。所述微孔为微米级孔。
作为本发明的优选方案，所述膜浆为磁基多孔复合颗粒材料、添加剂和清水配制成合适浓度的浆液。其中，磁基多孔复合颗粒材料由F3O4或其它磁基材料负载在多孔SiO2表面复合而成，其外形粒径在0.5-10μm范围内，内部含有大量的纳米级微孔。添加剂为带有OH-，COOH-，CHO-功能性基团的表面活性物质。
本发明的另一目的可通过下述技术方案实现：
一种功能性磁基动态膜系统的实施方法，主要包括如下具体步骤：
步骤S1：根据原水的水质条件配制膜浆：按照一定比例，将磁基多孔复合颗粒材料、添加剂和清水配制成合适浓度的膜浆；其中，磁基多孔复合颗粒材料由F3O4或其它磁基材料负载在多孔SiO2表面复合而成，其外形粒径在0.5-10μm范围内，内部含有大量的纳米级微孔；添加剂为带有OH-，COOH-，CHO-功能性基团的表面活性物质。
步骤S2：形成具有选择渗透性的动态膜：膜浆配制完毕后，由控制单元启动膜浆泵，开启第三控制阀和第五控制阀，关闭第一控制阀、第二控制阀、第四控制阀和第六控制阀；基于成膜的需要，由控制单元控制成膜时间为20-100s，工作压力为20-150kPa，并按照水质处理的要求形成厚度在500-1500μm范围内的动态膜。
步骤S3：渗透净化：达到设定的成膜时间后，由控制单元控制停止膜浆泵，关闭第三控制阀和第五控制阀，开启第一控制阀和第二控制阀，启动水泵，将原水注入到渗透单元中，在压力的驱动下，待处理的水从垂直方向被强制透过动态膜层，其中溶解性的微污染物质与动态膜上功能性基团相接触，通过多种作用力的作用下，溶解性微污染物由水相转移到动态膜材料的表面，完成微污染物的净化作用，而被净化的水则从动态膜的孔隙中渗透出去，经过内层管从第二控制阀排出渗透单元。
步骤S4：反冲洗恢复：随着微污染物不断由水相转移到动态膜层后，膜材料表面功能性基团被饱和，同时由于外压驱动，膜层被压实，阻力不断增大，当渗透单元内的压力达到所设定的最大操作压力时，由控制单元控制停止水泵，关闭第一控制阀和第二控制阀，开启第六控制阀和第四控制阀，启动反冲洗泵，将反冲洗水从渗透膜单元的内腔注入，经过内层管从反向将饱和的动态膜层冲洗而从内层管表面脱落，形成混合液自第四控制阀进入到磁性收集罐中；内层管表面清洗干净后，则可再经过步骤S2形成新的动态膜后在进行下一步的渗透净化操作。
步骤S5：膜材料再生：在磁性收集罐底部安装强磁性底板，可加速废膜浆中磁基多孔颗粒材料在水中沉降，上清液可排出到原水罐中，而收集的磁性颗粒材料则采用高级氧化的方法予以再生，待恢复表面活性后，磁性颗粒材料则可重新使用。
作为本发明的优选方案，所述步骤S3中的多种作用力包括范德华力、氢键、共价键、静电引力、磁力。
本发明的工作过程和原理是：本发明利用磁基动态膜组件的分离性能高，膜参数可动态调节且无膜组件污染的优势，将多孔磁基复合颗粒材料分散在水中生成成膜材料(膜浆)，并采用预沉积技术将膜浆在某一多孔支撑材料(孔直径小于膜浆中的无机磁性颗粒)表面均匀附着，水分透过多孔支撑材料后，磁基多孔复合颗粒材料被截留并形成一层具有选择透过性能的固体膜。该固体膜由上述微小的磁基多孔复合颗粒材料堆积而成，颗粒之间的缝隙可灵活进行调节，即适当调控沉积速度及膜浆中磁性颗粒的浓度，则可根据调控固体膜的厚度及孔隙率以满足净化水的需求。成膜之后的正常运行过程中，原水在一定压力的作用下强制通过膜的孔隙进行渗透，其中所含有的污染物质在颗粒表面官能团的多种力作用下(包括范德华力、氢键、共价键、静电引力、磁力)被强制吸附到颗粒表面或其裂隙中，在强制对流的情况下完成净化过程，比常规的表面吸附效率将大大提高。截留下来的污染物质逐步累积，逐渐引起跨膜压差增高(该过程与传统的膜分离过程比较相似)，当达到一定的跨膜阻力后则引入反冲洗水流从多孔支撑材料的另外一面将表面附着的固体膜去除，裸露的支撑材料再次沉积膜浆形成新膜完成下一个操作周期。本发明还具有结构简单、操作方便、容易实施的优点。
与现有技术相比，本发明还具有以下优点：
(1)本发明所提供的功能性磁基动态膜系统及其实施方法具有膜材料性能优异且能根据需要进行灵活调节的优点，其采用尺寸介于纳米级到微米级之间的磁基多孔复合颗粒材料作为成膜的基本材料，比表面积巨大，吸附性能优异且能根据需要在表面接枝功能性基团，并与目标污染物有着良好的亲和能力。
(2)本发明所提供的功能性磁基动态膜系统及其实施方法采用磁基多孔复合颗粒材料带有磁性，能高效去除饮用水和废(污)水的微量污染物质，在被反冲洗出系统时可利用带有磁性的收集系统进行回收，避免废弃的动态膜材料造成新的污染。
(3)本发明所提供的功能性磁基动态膜系统及其实施方法的饱和的动态膜可通过反冲洗的方式从支撑体表面清除，动态膜材料带有磁性，废膜浆用磁性罐体进行收集，在磁力的作用下废膜浆中的多孔磁基复合颗粒材料快速下沉，迅速实现固液分离，分离得到的饱和的多孔磁基复合颗粒材料采用高级氧化的方法可进行再生。
附图说明
图1是本发明所提供的功能性磁基动态膜系统的结构示意图。
上述附图中的标号说明：
1-第一控制阀，2-第二控制阀，3-第三控制阀，4-第四控制阀，5-第五控制阀，6-第六控制阀，8-膜浆泵，9-水泵，10-反冲洗泵。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
采用常规废(污)水处理工艺处理后的尾水中仍旧含有微量的污染物质，而由于饮水水源遭受污染后则会含有各种各样的微污染物。这些微量污染物质虽然大部分不能造成急性毒性，但长期累积后对生态系统及人体健康都会造成蓄积性的影响，所以饮用水及常规污水处理系统的尾水需要进行深度处理。拟深度处理的对象主要是常规处理方法难以有效进行处理的溶解性微污染物，包括重金属、有机物等，若采用常规物化加生化处理方法，则处理成本非常高，或是会引入化学药剂造成“二次污染”。近二十多年来发展起来的膜分离方法是采用选择性渗透膜分离微污染物的方法，可以得到水质较好的出水，但常规膜分离只是起到浓缩分离的作用，在产出优质出水的同时，也将微量污染物质富集在另一端出来的浓水中。而在另一方面，由于浓差极化现象或是微污染物质进入到膜内后则引起严重的膜污染，从而造成膜分离过程效率下降或能耗增大。
为解决上述膜分离技术存在的问题，本发明提出的技术方案的目的在于提供一种功能性磁基动态膜系统，用于饮用水净化及废(污)水的深度处理。该系统在于利用性能优越且表面活性高的功能性磁基多孔复合颗粒材料，并采用预沉积的方法使之在支撑体上形成一层具有高效分离作用的动态膜，动态膜不仅具备了传统固体膜的高效截留效应，同时高活性的表面基团还对水中微量可溶性的污染物质具有强烈的吸附、截留作用，可将溶解性微污染物直接截留在动态膜内，而非如传统的固体膜将其截留在浓缩液内。因此，经过本发明所述系统进行深度净化后的废(污)水或是饮用水后，可将其中大部分溶解性的微污染物去除，从而获得水质更加优良的出水，分离去除的微污染物被动态膜层截留和吸附，不会产生浓缩液。而当动态膜层达到饱和后，则从支撑层的另外一侧进行反冲洗，清洗干净的支撑体则可重新沉积一层动态膜再进行使用。由于动态膜材料带有磁性，使用磁性收集器对反冲洗出来的废膜材料则可以很容易地进行固液分离，收集的废膜材料可再生利用。
如图1所示，本实施例公开了一种功能性磁基动态膜系统，该系统可基于进水水质情况调整膜层厚度、孔隙率及膜组成，主要包括控制单元、用于存储待过滤水的原水单元、利用动态膜过滤原水的渗透单元、利用膜浆在渗透单元内形成动态膜的制膜单元、以及通过反向冲洗方式对渗透单元进行冲洗清理的反冲洗单元。所述渗透单元设有五个出入口，分别为与原水单元连接的第一入口、排出渗透水的第二出口、与制膜单元连接的第三入口、排出反冲洗水的第四出口、以及与反冲洗单元连接的第五入口。
具体的，所述原水单元的出口与渗透单元的第一入口连接，原水单元的入口分别与反冲洗单元的上清液出口和外界连接。所述渗透单元的第二出口与外界连接。所述制膜单元的膜浆出口与渗透单元的第三入口连接。所述反冲洗单元的冲洗出口与渗透单元的第五入口连接，渗透单元的第四出口与反冲洗单元连接。所述控制单元分别与原水单元、制膜单元、制膜单元和反冲洗单元电连接。
具体的，所述渗透单元采用双层套管结构设计，主要包括外层管、内层管、第一端盖、以及第二端盖。所述外层管套设在内层管外，与内层管同轴设置。所述内层管的空腔为渗透水通道，外层管与内层管之间的空腔为膜浆通道。所述内层管的外壁为动态膜附着表面。所述第一端盖固定设置在外层管和内层管的一端上，第二端盖固定设置在外层管和内层管的另一端上。
进一步的，所述第一入口设置在外层管的管壁上，与膜浆通道连通；所述第二出口设置在第二端盖上，与渗透水通道连通。所述第三入口设置在外层管的管壁上，与膜浆通道连通。所述第四出口设置在外层管的管壁上，与膜浆通道连通。所述第五入口设置在第一端盖上，与渗透水通道连通。
具体的，所述原水单元主要包括原水罐、水泵9、第一控制阀1、以及第二控制阀2。所述水泵9的输入端与原水罐连接，输出端通过第一控制阀1与渗透单元的第一入口连接。所述渗透单元的第二出口通过第二控制阀2与外界连接。所述控制单元分别与水泵9、第一控制阀1和第二控制阀2电连接。
具体的，所述制膜单元主要包括膜浆、膜浆罐、膜浆泵8、第三控制阀3、以及第五控制阀5。所述膜浆注入膜浆罐内。所述膜浆泵8的输入端与膜浆罐的膜浆出口连接，输出端通过第三控制阀3与渗透单元的第三入口连接。所述渗透单元的第二出口通过第五控制阀5与膜浆罐的膜浆入口连接。所述控制单元分别与膜浆泵8、第三控制阀3和第五控制阀5电连接。
具体的，所述反冲洗单元主要包括反冲洗水罐、反冲洗泵10、第四控制阀4、第六控制阀6、以及磁性收集罐。所述反冲洗泵10的输入端与反冲洗水罐的反冲洗出口连接，输出端通过第六控制阀6与渗透单元的第五入口连接。所述渗透单元的第四出口通过第四控制阀4与磁性收集罐的入口连接。磁性收集罐的上清液出口与原水单元连接。所述控制单元分别与反冲洗泵10、第四控制阀4和第六控制阀6电连接。
进一步的，所述反冲洗单元还包括加速磁基多孔颗粒沉降的强磁性底板。所述强磁性底部设置在磁性收集罐的底部，并与磁性收集罐固定连接。
作为本发明的优选方案，所述外层管为密闭抗压金属管或工程塑料管。所述内层管为带有微孔的渗透管。所述微孔为微米级孔。
作为本发明的优选方案，所述膜浆为磁基多孔复合颗粒材料、添加剂和清水配制成合适浓度的浆液。其中，磁基多孔复合颗粒材料由F3O4或其它磁基材料负载在多孔SiO2表面复合而成，其外形粒径在0.5-10μm范围内，内部含有大量的纳米级微孔。添加剂为带有OH-，COOH-，CHO-功能性基团的表面活性物质。
本实施例还公开了一种功能性磁基动态膜系统的实施方法，主要包括如下具体步骤：
步骤S1：根据原水的水质条件配制膜浆：按照一定比例，将磁基多孔复合颗粒材料、添加剂和清水配制成合适浓度的膜浆；其中，磁基多孔复合颗粒材料由F3O4或其它磁基材料负载在多孔SiO2表面复合而成，其外形粒径在0.5-10μm范围内，内部含有大量的纳米级微孔；添加剂为带有OH-，COOH-，CHO-功能性基团的表面活性物质。
步骤S2：形成具有选择渗透性的动态膜：膜浆配制完毕后，由控制单元启动膜浆泵8，开启第三控制阀3和第五控制阀5，关闭第一控制阀1、第二控制阀2、第四控制阀4和第六控制阀6；基于成膜的需要，由控制单元控制成膜时间为20-100s，工作压力为20-150kPa，并按照水质处理的要求形成厚度在500-1500μm范围内的动态膜。
步骤S3：渗透净化：达到设定的成膜时间后，由控制单元控制停止膜浆泵8，关闭第三控制阀3和第五控制阀5，开启第一控制阀1和第二控制阀2，启动水泵9，将原水注入到渗透单元中，在压力的驱动下，待处理的水从垂直方向被强制透过动态膜层，其中溶解性的微污染物质与动态膜上功能性基团相接触，通过多种作用力的作用下，溶解性微污染物由水相转移到动态膜材料的表面，完成微污染物的净化作用，而被净化的水则从动态膜的孔隙中渗透出去，经过内层管从第二控制阀2排出渗透单元。
步骤S4：反冲洗恢复：随着微污染物不断由水相转移到动态膜层后，膜材料表面功能性基团被饱和，同时由于外压驱动，膜层被压实，阻力不断增大，当渗透单元内的压力达到所设定的最大操作压力时，由控制单元控制停止水泵9，关闭第一控制阀1和第二控制阀2，开启第六控制阀6和第四控制阀4，启动反冲洗泵10，将反冲洗水从渗透膜单元的内腔注入，经过内层管从反向将饱和的动态膜层冲洗而从内层管表面脱落，形成混合液自第四控制阀4进入到磁性收集罐中；内层管表面清洗干净后，则可再经过步骤S2形成新的动态膜后在进行下一步的渗透净化操作。
步骤S5：膜材料再生：在磁性收集罐底部安装强磁性底板，可加速废膜浆中磁基多孔颗粒材料在水中沉降，上清液可排出到原水罐中，而收集的磁性颗粒材料则采用高级氧化的方法予以再生，待恢复表面活性后，磁性颗粒材料则可重新使用。
作为本发明的优选方案，所述步骤S3中的多种作用力包括范德华力、氢键、共价键、静电引力、磁力。
本发明的工作过程和原理是：本发明利用磁基动态膜组件的分离性能高，膜参数可动态调节且无膜组件污染的优势，将多孔磁基复合颗粒材料分散在水中生成成膜材料(膜浆)，并采用预沉积技术将膜浆在某一多孔支撑材料(孔直径小于膜浆中的无机磁性颗粒)表面均匀附着，水分透过多孔支撑材料后，磁基多孔复合颗粒材料被截留并形成一层具有选择透过性能的固体膜。该固体膜由上述微小的磁基多孔复合颗粒材料堆积而成，颗粒之间的缝隙可灵活进行调节，即适当调控沉积速度及膜浆中磁性颗粒的浓度，则可根据调控固体膜的厚度及孔隙率以满足净化水的需求。成膜之后的正常运行过程中，原水在一定压力的作用下强制通过膜的孔隙进行渗透，其中所含有的污染物质在颗粒表面官能团的多种力作用下(包括范德华力、氢键、共价键、静电引力、磁力)被强制吸附到颗粒表面或其裂隙中，在强制对流的情况下完成净化过程，比常规的表面吸附效率将大大提高。截留下来的污染物质逐步累积，逐渐引起跨膜压差增高(该过程与传统的膜分离过程比较相似)，当达到一定的跨膜阻力后则引入反冲洗水流从多孔支撑材料的另外一面将表面附着的固体膜去除，裸露的支撑材料再次沉积膜浆形成新膜完成下一个操作周期。本发明还具有结构简单、操作方便、容易实施的优点。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种功能性磁基动态膜系统的实施方法，其特征在于，功能性磁基动态膜系统可基于进水水质情况调整膜层厚度、孔隙率及膜组成，包括控制单元、用于存储待过滤水的原水单元、利用动态膜过滤原水的渗透单元、利用膜浆在渗透单元内形成动态膜的制膜单元、以及通过反向冲洗方式对渗透单元进行冲洗清理的反冲洗单元；所述渗透单元设有五个出入口，分别为与原水单元连接的第一入口、排出渗透水的第二出口、与制膜单元连接的第三入口、排出反冲洗水的第四出口、以及与反冲洗单元连接的第五入口；
所述原水单元的出口通过第一控制阀与渗透单元的第一入口连接，原水单元的入口分别与反冲洗单元的上清液出口和外界连接；所述渗透单元的第二出口通过第二控制阀与外界连接；所述制膜单元的膜浆出口通过第三控制阀与渗透单元的第三入口连接；所述反冲洗单元的冲洗出口通过第六控制阀与渗透单元的第五入口连接，渗透单元的第四出口通过第四控制阀与反冲洗单元连接；所述渗透单元的第二出口通过第五控制阀与制膜单元的膜浆罐的膜浆入口连接；所述控制单元分别与原水单元、制膜单元、制膜单元和反冲洗单元电连接；
所述反冲洗单元还包括加速磁基多孔颗粒沉降的强磁性底板；所述强磁性底板设置在磁性收集罐的底部，并与磁性收集罐固定连接；
所述实施方法包括如下步骤：
步骤S1：根据原水的水质条件配制膜浆：按照一定比例，将磁基多孔复合颗粒材料、添加剂和清水配制成合适浓度的膜浆；其中，磁基多孔复合颗粒材料由F3O4或其它磁基材料负载在多孔SiO2表面复合而成，其外形粒径在0.5-10μm范围内，内部含有大量的纳米级微孔；添加剂为带有OH-，COOH-，CHO-功能性基团的表面活性物质；
步骤S2：形成具有选择渗透性的动态膜：膜浆配制完毕后，由控制单元启动膜浆泵，开启第三控制阀和第五控制阀，关闭第一控制阀、第二控制阀、第四控制阀和第六控制阀；基于成膜的需要，由控制单元控制成膜时间为20-100s，工作压力为20-150kPa，并按照水质处理的要求形成厚度在500-1500μm范围内的动态膜；
步骤S3：渗透净化：达到设定的成膜时间后，由控制单元控制停止膜浆泵，关闭第三控制阀和第五控制阀，开启第一控制阀和第二控制阀，启动水泵，将原水注入到渗透单元中，在压力的驱动下，待处理的水从垂直方向被强制透过动态膜层，其中溶解性的微污染物质与动态膜上功能性基团相接触，通过多种作用力的作用下，溶解性微污染物由水相转移到动态膜材料的表面，完成微污染物的净化作用，而被净化的水则从动态膜的孔隙中渗透出去，经过内层管从第二控制阀排出渗透单元；
步骤S4：反冲洗恢复：随着微污染物不断由水相转移到动态膜层后，膜材料表面功能性基团被饱和，同时由于外压驱动，膜层被压实，阻力不断增大，当渗透单元内的压力达到所设定的最大操作压力时，由控制单元控制停止水泵，关闭第一控制阀和第二控制阀，开启第六控制阀和第四控制阀，启动反冲洗泵，将反冲洗水从渗透膜单元的内腔注入，经过内层管从反向将饱和的动态膜层冲洗而从内层管表面脱落，形成混合液自第四控制阀进入到磁性收集罐中；内层管表面清洗干净后，则可再经过步骤S2形成新的动态膜后在进行下一步的渗透净化操作；
步骤S5：膜材料再生：在磁性收集罐底部安装强磁性底板，可加速废膜浆中磁基多孔颗粒材料在水中沉降，上清液可排出到原水罐中，而收集的磁性颗粒材料则采用高级氧化的方法予以再生，待恢复表面活性后，磁性颗粒材料则可重新使用。
2.根据权利要求1所述的功能性磁基动态膜系统的实施方法，其特征在于，所述渗透单元采用双层套管结构设计，包括外层管、内层管、第一端盖、以及第二端盖；所述外层管套设在内层管外，与内层管同轴设置；所述内层管的空腔为渗透水通道，外层管与内层管之间的空腔为膜浆通道；所述内层管的外壁为动态膜附着表面；所述第一端盖固定设置在外层管和内层管的一端上，第二端盖固定设置在外层管和内层管的另一端上；
所述第一入口设置在外层管的管壁上，与膜浆通道连通；所述第二出口设置在第二端盖上，与渗透水通道连通；所述第三入口设置在外层管的管壁上，与膜浆通道连通；所述第四出口设置在外层管的管壁上，与膜浆通道连通；所述第五入口设置在第一端盖上，与渗透水通道连通。
3.根据权利要求2所述的功能性磁基动态膜系统的实施方法，其特征在于，所述原水单元包括原水罐、水泵、第一控制阀、以及第二控制阀；所述水泵的输入端与原水罐连接，输出端通过第一控制阀与渗透单元的第一入口连接；所述渗透单元的第二出口通过第二控制阀与外界连接；所述控制单元分别与水泵、第一控制阀和第二控制阀电连接。
4.根据权利要求2所述的功能性磁基动态膜系统的实施方法，其特征在于，所述制膜单元包括膜浆、膜浆罐、膜浆泵、第三控制阀、以及第五控制阀；所述膜浆注入膜浆罐内；所述膜浆泵的输入端与膜浆罐的膜浆出口连接，输出端通过第三控制阀与渗透单元的第三入口连接；所述渗透单元的第二出口通过第五控制阀与膜浆罐的膜浆入口连接；所述控制单元分别与膜浆泵、第三控制阀和第五控制阀电连接。
5.根据权利要求2所述的功能性磁基动态膜系统的实施方法，其特征在于，所述反冲洗单元包括反冲洗水罐、反冲洗泵、第四控制阀、第六控制阀、以及磁性收集罐；所述反冲洗泵的输入端与反冲洗水罐的反冲洗出口连接，输出端通过第六控制阀与渗透单元的第五入口连接；所述渗透单元的第四出口通过第四控制阀与磁性收集罐的入口连接；磁性收集罐的上清液出口与原水单元连接；所述控制单元分别与反冲洗泵、第四控制阀和第六控制阀电连接。
6.根据权利要求2所述的功能性磁基动态膜系统的实施方法，其特征在于，所述外层管为密闭抗压金属管或工程塑料管；所述内层管为带有微孔的渗透管；所述微孔为微米级孔。
7.根据权利要求4所述的功能性磁基动态膜系统的实施方法，其特征在于，所述膜浆为磁基多孔复合颗粒材料、添加剂和清水配制成合适浓度的浆液；其中，磁基多孔复合颗粒材料由F3O4或其它磁基材料负载在多孔SiO2表面复合而成，其外形粒径在0.5-10μm范围内，内部含有大量的纳米级微孔；添加剂为带有OH-，COOH-，CHO-功能性基团的表面活性物质。
8.根据权利要求1所述的功能性磁基动态膜系统的实施方法，其特征在于，所述步骤S3中的多种作用力包括范德华力、氢键、共价键、静电引力、磁力。
CN202010651926.2A 2020-07-08 2020-07-08 一种功能性磁基动态膜系统及其实施方法 Active CN111992056B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010651926.2A CN111992056B (zh) 2020-07-08 2020-07-08 一种功能性磁基动态膜系统及其实施方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010651926.2A CN111992056B (zh) 2020-07-08 2020-07-08 一种功能性磁基动态膜系统及其实施方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111992056A CN111992056A (zh) 2020-11-27
CN111992056B true CN111992056B (zh) 2022-11-22

Family

ID=73467381

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010651926.2A Active CN111992056B (zh) 2020-07-08 2020-07-08 一种功能性磁基动态膜系统及其实施方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111992056B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114873718A (zh) * 2022-04-25 2022-08-09 北京华宇辉煌生态环保科技股份有限公司 一种污水处理系统

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1462171A (en) * 1972-12-21 1977-01-19 Nederlandse Appl Scient Res Process for making thin polymer foils and their use in a dynamic membrane
CN201648131U (zh) * 2009-07-06 2010-11-24 九江学院 一种外压式预涂无机动态膜水处理装置
CN103877936B (zh) * 2014-04-16 2016-02-10 北京建筑大学 一种活性焦改性方法及其用于去除再生水中有机物的应用方法
CN107129575B (zh) * 2017-04-07 2020-10-16 苏州硒诺唯新新材料科技有限公司 功能化材料及其生产工艺与用途
CN108191093A (zh) * 2017-12-29 2018-06-22 中国海洋石油集团有限公司 一种适用于稠油污水处理的气浮-动态膜耦合分离装置及分离方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111992056A (zh) 2020-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8057688B2 (en) Purification method for effluent
CN104671502B (zh) 一种在线化学氧化动态膜废水处理系统
CN111229055A (zh) 一种复合滤芯组件和净水系统
CN102417273B (zh) 一种动态膜净化反应器和去除再生水中氨氮和有机物的方法
Vigneswaran et al. Physicochemical treatment processes for water reuse
CN106315939B (zh) 一种电镀废水处理系统及其处理方法
CN102417250A (zh) 一种动态膜净化反应器和用于再生水除磷的方法
CN103466844A (zh) 含铅废水处理与回用的工艺与设备
CN103466876A (zh) 外置式双级膜生物反应器
CN103387316A (zh) 复合式双级膜生物反应器
CN201610402U (zh) 电子电镀废水回用深度处理装置
CN111992056B (zh) 一种功能性磁基动态膜系统及其实施方法
CN102633394B (zh) 一体化的混凝超滤-浸没膜组联合水净化系统
KR20050001895A (ko) 막분리를 이용한 하수 및 침출수의 순수화 재이용 시스템
CN202343006U (zh) 适用于生物膜处理工艺中去除悬浮物的两级过滤系统
Kootenaei et al. Membrane biological reactors (MBR) and their applications for water reuse
CN203498200U (zh) 含铅废水处理与回用的设备
Abdel-Fatah et al. Industrial wastewater treatment by membrane process
CN108083480A (zh) 一种陶瓷膜分离脱碳除氮一体化应急治理装置
Heijman et al. Submicron powdered activated carbon used as a pre-coat in ceramic micro-filtration
CN202044907U (zh) 一种小孔径卷式超滤膜
CN110803733B (zh) 一种预涂层膜分离技术及成套装置
CN215439974U (zh) 医药化工废水综合预处理系统
CN205892904U (zh) 用于自动处理污水的一体化设备
CN207276417U (zh) 一种陶瓷膜曝气和微正压臭氧膜再生水处理装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant