CN113144715A - 一种新型功能纳米纤维可反洗精密滤芯过滤装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于纳滤预处理技术领域，具体公开了一种新型功能纳米纤维可反洗精密滤芯过滤装置和方法，包括中间水池、中间提升泵、功能纳米纤维精密过滤装置、空压机、杀菌剂、碱液、反洗泵以及产水；本发明可以有效改善传统精密保安过滤器工艺运行效率低，处理效果差、需频繁更换的问题，功能纳米纤维膜的高渗透性、良好的抗污染性能及高效抑菌性能可有效确保经由其预处理的微有机污染地表水经水厂常规处理工艺预沉+絮凝/砂滤出水的相关参数能稳定达到纳滤膜进水要求；此外，功能纳米纤维可反洗滤芯装置较传统精密保安过滤滤芯具有过滤精度更高、运行成本低、寿命长的优势。

Description

一种新型功能纳米纤维可反洗精密滤芯过滤装置和方法
技术领域
本发明涉及纳滤预处理技术领域，具体为一种新型功能纳米纤维可反洗精密滤芯过滤装置和方法。
背景技术
饮用水水质安全问题直接关系到广大人民群众身体健康，保障饮用水水质安全是基本民生问题，也是维护公众健康的重要基础。理论状态下，纳滤膜能完全除去大分子的有害有机物，同时选择性除去多余的无机物（出水应 TDS<300 mg/L，最大不超过500 mg/L)，对一价离子的截留率为40%，对二价离子的截留率为90%以上，并且可以选择性截留分子量200～1000Da的中性溶质。所以，纳滤膜在低分子有机物分级、水质软化、脱盐等方面具有独特的优势。但纳滤膜在使用过程中会出现膜污染，这限制了纳滤膜的大规模推广、应用。因此，提高纳滤膜的预处理效果、减轻纳滤膜污染，对纳滤膜发展及应用具有十分重要的意义。
目前工程上较为常见的纳滤预处理方式为超滤+保安过滤器，超滤孔径为0.01～0.1µm，而保安过滤器孔径为1～5µm，通过超滤+保安过滤器预处理，可有效缓解纳滤膜的有机物、微生物及胶体污染。但是由于保安过滤器的孔径较超滤膜孔径小，超滤对纳滤的预处理效果发挥的作用更大，而保安过滤器仅起到最后的“保安”作用，对纳滤预处理发挥作用不大。而水厂处理工艺秉承工艺短、效果好的原则，尤其南方地表水系，通过对超滤+保安过滤器对纳滤膜进行预处理的流程较长，增加了整个纳滤系统的运行成本。强化保安过滤器预处理效果，弱化超滤预处理的作用，采用功能强化后的保安过滤器对微有机污染地表水经水厂常规处理工艺预沉+絮凝/砂滤出水的相关参数进行纳滤进水预处理是提高纳滤系统运行效率、降低纳滤运行成本的关键因素：一方面使得微有机污染地表水经水厂常规处理工艺预沉+絮凝/砂滤出水的相关参数能稳定达到纳滤膜进水要求，另一方面简化纳滤预处理工艺流程，有效缓解纳滤膜污染，提高纳滤系统寿命，因此，提出一种新型功能纳米纤维可反洗精密滤芯过滤装置和方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型功能纳米纤维可反洗精密滤芯过滤装置和方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新型功能纳米纤维可反洗精密滤芯过滤装置，包括中间水池、中间提升泵、功能纳米纤维精密过滤装置、空压机、杀菌剂、碱液、反洗泵以及产水。
作为本发明一种优选的技术方案，所述中间水池的来水为微有机污染地表水经水厂常规处理工艺预沉+絮凝/砂滤的出水，出水的温度在4℃～35℃之间，出水浊度在≦0.1～0.3NTU；出水SDI15一般≦3～4，极端情况下SDI15为5～6；出水游离氯含量＜0.1mg/L；微有机污染地表水的CODMn为3.01～4.44 mg/L，TOC为1.8～3.9 mg/L。
作为本发明一种优选的技术方案，所述功能纳米纤维精密过滤装置核心元件为功能纳米纤维可反洗精密滤芯，功能纳米纤维可反洗精密滤芯的核心为功能纳米纤维膜，功能纳米纤维膜材质为PVDF/PTFE复合纤维，纤维直径为470±103nm，复合纳米纤维的EDS结果显示，氟含量为41.27±13.22%、氧元素含量为12.12±9.88%。
作为本发明一种优选的技术方案，所述功能纳米纤维精密过滤装置含52支功能纳米纤维可反洗精密滤芯，功能纳米纤维可反洗精密滤芯的设计处理水量为≥2.5m³/h，满足正向过滤、反向冲洗、水气联合反洗需求。
一种新型功能纳米纤维可反洗精密滤芯过滤方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：通过中间提升泵，将中间水池中经水厂常规处理工艺预沉+絮凝/砂滤处理的微有机污染地表水泵入功能纳米纤维精密过滤装置；经功能纳米纤维精密过滤装置清洗过程中，空压机提供维护性及恢复性物理化学清洗时气擦洗所需的气源；
步骤二：经功能纳米纤维精密过滤装置得到产水；
步骤三：通过反洗泵将杀菌剂和碱液泵入功能纳米纤维精密过滤装置，实现功能纳米纤维精密过滤装置的维护性及恢复性化学清洗。
作为本发明一种优选的技术方案，所述物理反洗为水气联合反洗，加药、循环及冲洗时启动；物理反洗周期为10～15天/次或者跨膜压差升至0.06MPa，每次反洗时间2～5min。
作为本发明一种优选的技术方案，所述化学反洗周期为30～50天/次，每次反洗时间为30～150min；所述化学清洗的药剂选择为非氧化杀菌剂和碱液，非氧化杀菌剂的浓度为0.01～0.09%，碱液浓度为5000～7500 mg/L。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明可以有效改善传统精密保安过滤器工艺运行效率低，处理效果差、需频繁更换的问题，功能纳米纤维膜的高渗透性、良好的抗污染性能及高效抑菌性能可有效确保经由其预处理的微有机污染地表水经水厂常规处理工艺预沉+絮凝/砂滤出水的相关参数能稳定达到纳滤膜进水要求；此外，功能纳米纤维可反洗滤芯装置较传统精密保安过滤滤芯具有过滤精度更高、运行成本低、寿命长的优势。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种新型功能纳米纤维可反洗精密滤芯过滤装置，包括中间水池、中间提升泵、功能纳米纤维精密过滤装置、空压机、杀菌剂、碱液、反洗泵以及产水。
进一步的，所述中间水池的来水为微有机污染地表水经水厂常规处理工艺预沉+絮凝/砂滤的出水（纳滤膜进水），出水的温度在4℃～35℃之间，出水浊度在≦0.1～0.3NTU；出水SDI15一般≦3～4，极端情况下SDI15为5～6；出水游离氯含量＜0.1mg/L；微有机污染地表水的CODMn为3.01～4.44 mg/L，TOC为1.8～3.9 mg/L。
进一步的，所述功能纳米纤维精密过滤装置的核心元件为功能纳米纤维可反洗精密滤芯，功能纳米纤维可反洗精密滤芯的核心为功能纳米纤维膜，功能纳米纤维膜材质为PVDF/PTFE复合纤维，纤维直径为470±103nm，复合纳米纤维的EDS结果显示，氟含量为41.27±13.22%、氧元素含量为12.12±9.88%；功能纳米纤维膜设计通量（最不利工况下，水温为4℃，几乎无进水压力）为≥10000LMH，膜正面、反面Zeta电位分别为-19.55±2.78mV、-17.21±1.23 mV，依据HG3950-2007，功能纳米纤维膜对金黄色葡萄球菌和大肠埃希氏菌的抗菌性能均为≥90%，抗两种菌的耐久性能均为≥85%。依据HG3950-2007，功能纳米纤维膜对黑曲霉 AS3.4463、土曲霉 AS3.3935、宛式拟青霉AS3.4253、绳状青霉 AS3.3875、出芽短梗霉AS3.3984及球毛壳AS3.4254的抗霉菌性能及其抗霉菌的耐久性能均为1级。
进一步的，所述功能纳米纤维精密过滤装置含52支功能纳米纤维可反洗精密滤芯，功能纳米纤维可反洗精密滤芯的设计处理处理水量≥130 m³/h，进水压力≤0.4MPa，反洗跨膜压差≤0.13MPa，反洗水压为0.15～0.25MPa，反洗压缩空气压力为0.1～0.25MPa，满足正向过滤、反向冲洗、水气联合反洗需求。
一种新型功能纳米纤维可反洗精密滤芯过滤方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：通过中间提升泵，将中间水池中经水厂常规处理工艺预沉+絮凝/砂滤处理的微有机污染地表水泵入功能纳米纤维精密过滤装置；经功能纳米纤维精密过滤装置清洗过程中，空压机提供维护性及恢复性物理化学清洗时气擦洗所需的气源；
步骤二：经功能纳米纤维精密过滤装置得到产水；
步骤三：通过反洗泵将杀菌剂和碱液泵入功能纳米纤维精密过滤装置，实现功能纳米纤维精密过滤装置的维护性及恢复性化学清洗。
功能纳米纤维可反洗精密滤芯作为功能纳米纤维精密过滤装置的核心元件，而功能纳米纤维可反洗精密滤芯的核心为功能纳米纤维膜；一方面利用功能纳米纤维膜的高效渗透性，赋予功能纳米纤维可反洗精密滤芯优良的透水性，另一方面利用功能纳米纤维膜的荷负电亲水性，赋予功能纳米纤维可反洗滤芯卓越的抗污染性能；其次，利用功能纳米纤维膜的高效抗菌、防霉性能，确保对通过功能纳米纤维可反洗精密滤芯的微有机污染地表水经水厂常规处理工艺预沉+絮凝/砂滤出水的菌类滋生物的生长进行抑制。
进一步的，所述物理反洗为水气联合反洗，加药、循环及冲洗时启动；物理反洗周期为10～15天/次或者跨膜压差升至0.06MPa，每次反洗时间2～5min。
进一步的，所述化学反洗周期为30～50天/次或者跨膜压差升至0.1MPa，每次反洗时间为30～150min；所述化学清洗的药剂选择为非氧化杀菌剂和碱液，非氧化杀菌剂的浓度为0.01～0.09%，碱液浓度为5000～7500 mg/L；化学清洗顺序为：非氧化杀菌剂投加、循环30min，碱液投加，循环30min，浸泡0～90min，循环30min，冲洗30min。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种新型功能纳米纤维可反洗精密滤芯过滤装置，其特征在于，包括中间水池、中间提升泵、功能纳米纤维精密过滤装置、空压机、杀菌剂、碱液、反洗泵以及产水。
2.根据权利要求1所述的一种新型功能纳米纤维可反洗精密滤芯过滤装置和方法，其特征在于：所述中间水池的来水为微有机污染地表水经水厂常规处理工艺预沉+絮凝/砂滤的出水，出水的温度在4℃～35℃之间，出水浊度在≦0.1～0.3NTU；出水SDI15一般≦3～4，极端情况下SDI15为5～6；出水游离氯含量＜0.1mg/L；微有机污染地表水的CODMn为3.01～4.44 mg/L，TOC为1.8～3.9 mg/L。
3.根据权利要求1所述的一种新型功能纳米纤维可反洗精密滤芯过滤装置，其特征在于：所述功能纳米纤维精密过滤装置的核心元件为功能纳米纤维可反洗精密滤芯，功能纳米纤维可反洗精密滤芯的核心为功能纳米纤维膜，功能纳米纤维膜材质为PVDF/PTFE复合纤维，纤维直径为470±103nm，复合纳米纤维的EDS结果显示，氟含量为41.27±13.22%、氧元素含量为12.12±9.88%。
4.根据权利要求1所述的一种新型功能纳米纤维可反洗精密滤芯过滤装置，其特征在于：所述功能纳米纤维精密过滤装置含52支功能纳米纤维可反洗精密滤芯，功能纳米纤维可反洗精密滤芯的设计处理水量为≥130 m³/h，满足正向过滤、反向冲洗、水气联合反洗需求。
5.一种新型功能纳米纤维可反洗精密滤芯过滤方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：通过中间提升泵，将中间水池中经水厂常规处理工艺预沉+絮凝/砂滤处理的微有机污染地表水泵入功能纳米纤维精密过滤装置；经功能纳米纤维精密过滤装置清洗过程中，空压机提供维护性及恢复性物理化学清洗时气擦洗所需的气源；
步骤二：经功能纳米纤维精密过滤装置得到产水；
步骤三：通过反洗泵将杀菌剂和碱液泵入功能纳米纤维精密过滤装置，实现功能纳米纤维精密过滤装置的维护性及恢复性化学清洗。
6.根据权利要求5所述的一种新型功能纳米纤维可反洗精密滤芯过滤方法，其特征在于：所述物理反洗为水气联合反洗，加药、循环及冲洗时启动；物理反洗周期为10～15天/次，每次反洗时间2～5min。
7.根据权利要求5所述的一种新型功能纳米纤维可反洗精密滤芯过滤装置和方法，其特征在于：所述化学反洗周期为30～50天/次，每次反洗时间为30～150min；所述化学清洗的药剂选择为非氧化杀菌剂和碱液，非氧化杀菌剂的浓度为0.01～0.09%，碱液浓度为5000～7500 mg/L。
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