CN203333350U - 一种阴离子组合膜 - Google Patents

Abstract

一种阴离子组合膜，可用于渗析、电解操作及水中特定阴离子富集。它需要解决的技术问题是，提供一种易于操作，便于维护，能耗低，具有一定富集特定阴离子能力和允许水透过的膜组件。一种阴离子组合膜，其特征在于：该阴离子组合膜由阴离子交换膜、超滤膜或者微滤膜之一、和带有导流槽和孔洞的支撑板组成；阴离子交换膜、超滤膜或者微滤膜之一分别固定在支撑板的两面。

Description

一种阴离子组合膜

技术领域

本实用新型提供了一种阴离子组合膜，可用于渗析、电解操作及水中特定阴离子富集。

背景技术

离子交换膜具有很强的离子选择透过性、分离效率高、能耗低、污染少，因此在许多领域有着重要的应用价值。

近年来，离子交换膜广泛应用于给水、污水处理行业，分离目标组分并使之浓缩富集，以利于后续处理。Seung Joo Lim等采用单一的离子交换膜，实现了废水中NH₄ ⁺分离，但由于采用单膜且膜两边均为溶液，无法实现大规模污水处理应用实践，而且当膜污染时，膜清洗难度较大；Yasuyuki FUKUMOTO等采用管状的离子交换膜，实现了废水中NO₃ ^-分离，但分离富集的NO₃ ^-溶液，需要外加循环泵进行循环并将浓液排出，不仅增加了运行成本，而且无法实现连续输出NO₃ ^-浓缩溶液；另外，离子交换膜广泛用于电渗析，但电渗析有一定局限性，即只允许特定离子透过膜，而水分子不能透过。

因此，实用新型操作简便低碳环保膜组件，将显得尤为必要。为了更好的评价膜组件性能，需引入富集率这个重要参数，即富集率（η）定义为：在一定的操作条件下，进水离子浓度（N₁）与膜组件出水中该离子浓度（N₂），再除以进水离子浓度（N₁）。具体计算公式如下：

$\mathrm{\η}(\%)=\frac{N_2-N_1}{N_1}\×100\%$

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是，提供一种易于操作，便于维护，能耗低，具有一定富集特定阴离子能力和允许水透过的膜组件。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：

一种阴离子组合膜，其特征在于：该阴离子组合膜由阴离子交换膜、超滤膜或者微滤膜之一、和带有导流槽和孔洞的支撑板组成；阴离子交换膜、超滤膜或者微滤膜之一分别固定在支撑板的两面。

本实用新型中所述的一种膜组件是一种平板膜。

本实用新型中所述的一种膜组件是浸没式。

一种水中硝氮富集装置，其特征在于：该装置包括敞口的硝氮分离器，放置在硝氮分离器内的膜组件、曝气头和电极，气泵，气体流量计，气路管线，出水蠕动泵，压力表，进水泵，进水管，出水管，电源，导线，时间继电器；膜组件出水口与出水管、压力表和出水蠕动泵依次相连，并受时间继电器的控制；进水泵受时间继电器控制；曝气头与气路管线、气体流量计和气泵依次相连；曝气头位于膜组件下部；电极的两极经导线分别和电源相连，两极放在膜组件两侧；进水泵接进水管，进水管末端位于硝氮分离器内，且靠近硝氮分离器底部；膜组件由阴离子交换膜、超滤膜或者微滤膜和带有导流槽和孔洞的支撑板组成。

本实用新型还提供了一种利用上述装置的硝氮富集方法，其步骤包括：

(1) 原水引入：原水经进水泵增压后，以4-6.6 ml/min进入硝氮分离器中，进水泵受时间继电器控制，进水为间歇性型进水即进水泵抽停时间比为5分钟：1-4分钟；

(2) 膜组件连接、流量设定及微曝气：将膜组件浸没于硝氮分离器中，其出水口与出水管、压力表和出水蠕动泵依次相连，并受时间继电器的控制，打开出水蠕动泵，调整流量为4-6.6ml/min，经出水管出水。同时，将曝气头放入硝氮分离器中膜组件下部进行曝气，调整气体流量计，控制DO在0.5-0.7mg/L；

(3) 电源连接及电流设定：将电极的两极经导线分别与电源相连，并将阳极正对超滤膜，阴极正对阴离子交换膜，打开电源，调整到电流为0.05-0.25 A，并保持不变；

(4) 抽停时间比设定及膜组件清洗：出水蠕动泵，在时间继电器的控制下，出水为间歇性型出水即出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:1-4分钟，且与进水泵同步间歇进出水，当压力表指示数值超过15kpa时，需对膜组件进行清洗；

(5) 重新投入运行： 将膜组件清洗后可重新投入运行。整个过程被富集的硝氮从出水管流出，进而实现了硝氮富集。

本实用新型的一种膜组件，其原理在于：

膜组件由阴离子交换膜、超滤膜和带有导流槽和孔洞的支撑板组成，膜组件中的超滤膜可以允许水分子透过进入到超滤膜和支撑板之间，透过的水分子通过支撑板的孔洞进入到支撑板和阴离子交换膜之间，使阴离子交换膜两侧均为水溶液，由于阴离子交换膜具有阴离子（如NO₃ ^-）选择透过性，在不外加电流作用下，可以通过渗析原理，进入膜组件内，在外加电流作用下，单位时间内加快NO₃ ^-进入膜组件的数量增加，进入膜组件的离子，会迅速进入到从超滤膜透过的水中，形成高浓度的硝氮浓缩液，在蠕动泵的抽吸作用下，将硝氮浓缩液转移到后续处理工艺，从而实现硝氮富集。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及突出效果：

（1）膜组件不仅可以允许水分子透过，而且对阴离子（如NO₃ ^-）具有选择透过性。

（2）膜组件为浸没式平板膜组件，易于操作和便于维护，并可实现规模化污水处理。

（3）被富集的浓缩液可直接用蠕动泵抽出，输送到后续处理工艺，不需额外添加循环泵，进而减少运行成本。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种膜组件示意图。

图2为本实用新型提供的一种膜组件的支撑板示意图。

图3为本实用新型提供的一种水中硝氮富集装置示意图。

图4为本实用新型提供的一种水中硝氮富集方法运行示意图。

图中：1-支撑板 2-普通超滤膜或者微滤膜 3-阴离子交换膜 4-膜组件出水口 5-导流槽  6-孔洞 7-进水泵  8-进水管  9-硝氮分离器  10-电源  11-导线  12-电极  13-曝气头 14-膜组件  15-压力表  16-出水蠕动泵  17-时间继电器  18-出水管  19-气体流量计 20-气泵 21-气路管线

具体实施方式

下面结合附图1、2、3、4及实施例详细加以说明，以进一步理解本实用新型：

本实用新型中的膜组件(图1、图2)由阴离子交换膜3、超滤膜或者微滤膜2及带有导流槽5和孔洞6的支撑板1组成。

本实用新型中的阴离子交换膜3为普通的阴离子交换膜，超滤膜2为普通超滤膜或者微滤膜，为了使实验效果达到更好，本实用新型所采用的阴离子交换膜3为来自日本astom提供的型号为ACS的阴离子交换膜，超滤膜2为来自南京瑞洁特提供的孔径为0.1μm、膜通量为18.75-20.83 L/m².h的超滤膜。

本实用新型所提供的一种水中硝氮富集装置（图3）包括敞口的硝氮分离器9，放置在硝氮分离器9内的膜组件 14、曝气头13和电极12，进水泵7，进水管8，电源10，导线11，压力表15，出水蠕动泵16，时间继电器17，出水管18，气体流量计19，气泵20，气路管线21；膜组件出水口4与出水管18、压力表15和出水蠕动泵16依次相连，并受时间继电器17的控制；进水泵7受时间继电器17控制；曝气头13与气路管线21、气体流量计19和气泵20依次相连；曝气头13位于膜组件 14下部；电极12的两极经导线11分别和电源10相连，采用阳极正对超滤膜2，阴极正对阴离子交换膜3；进水泵7接进水管8，进水管末端位于硝氮分离器9内，且靠近硝氮分离器9底部。

图4表示了水中硝氮富集装置运行状态，具体步骤为：

（1）原水引入：原水经进水泵7增压后，经过进水管8以流量为4-6.6ml/min进入硝氮分离器9中，进水泵7受时间继电器17控制，进水为间歇性型进水即进水泵抽停时间比为5分钟：1-4分钟。

（2）膜组件连接、流量设定及微曝气：将膜组件 14浸没于硝氮分离器9中，其出水口4与出水管18、压力表15和出水蠕动泵16依次相连，并受时间继电器17的控制，打开出水蠕动泵16，调整出水流量为4-6.6 ml/min并不断调整转速维持出水流量不变，经出水管18出水。同时，将曝气头13放入硝氮分离器9中膜组件 14下部进行曝气，调整气体流量计19，控制DO在0.5-0.7mg/L；

（3）电源连接及电流设定：将电极12的两极经导线11分别与电源10相连，并将阳极正对超滤膜2，阴极正对阴离子交换膜3，打开电源10，调整电流为0.05-0.25 A，并保持不变。膜组件 14中的超滤膜2可以允许水分子透过进入到超滤膜2和支撑板1之间，透过的水分子通过支撑板1的孔洞6进入到支撑板1和阴离子交换膜3之间，使阴离子交换膜3两侧均为水溶液，由于阴离子交换膜3具有阴离子（如NO₃ ^-）选择透过性，在外加电流作用下，单位时间内NO₃ ^-进入膜组件 14的数量增加，进入膜组件 14的离子，会迅速进入到从超滤膜2透过的水中，形成高浓度的硝氮浓缩液，进而使硝氮得到富集。

（4）抽停时间比设定及膜组件清洗：出水蠕动泵16，在时间继电器17的控制下，出水为间歇性型出水即出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:1-4分钟，且与进水泵7同步间歇进出水，当压力表15指示数值超过15kpa时，需对膜组件 14进行清洗。

将膜组件 14清洗后可重新投入运行。整个过程被富集的硝氮从出水管18流出，进而实现了硝氮富集。

以下实施例给出膜组件性能。然而，这些实施例仅仅是提供作为说明而不是限定本实用新型；实施例中DO均控制在0.5-0.7mg/L即可，DO在该范围对实验结果影响可以忽略。

结果：

例1当原水为配水时，其主要水质指标为： NO₃ ^--N=86.38 mg/L；操作条件为：进水泵、出水：蠕动泵抽停时间比均为5分钟:4分钟，进水流量为6.6 ml/min,膜组件出水流量为6.6 ml/min ，电流为0.25A时，经过硝氮富集装置后，膜出水的主要指标可以达到： NO₃ ^--N ^-=139.03 mg/L，硝氮富集率为65.96%.

例2当原水为配水时，其主要水质指标为： NO₃ ^--N =82.1 mg/L；操作条件为：进水泵、出水蠕动泵抽停时间比均为5分钟:4分钟，进水流量为4 ml/min,膜组件出水流量为4 ml/min ，电流为0.25A时，经过硝氮富集装置后，膜出水的主要指标可以达到： NO₃ ^--N =138.61 mg/L，硝氮富集率为68.82%。

例3当原水为配水时，其主要水质指标为： NO₃ ^--N =90.33 mg/L；操作条件为：进水泵、出水蠕动泵抽停时间比均为5分钟:1分钟，进水流量为4 ml/min,膜组件出水流量为4 ml/min ，电流为0.25A时，经过硝氮富集装置后，膜出水的主要指标可以达到： NO₃ ^--N =130.99 mg/L，硝氮富集率为45.01%。

例4当原水为配水时，其主要水质指标为： NO₃ ^--N =90.44 mg/L；操作条件为：进水泵、出水蠕动泵抽停时间比均为5分钟:4分钟，进水流量为4 ml/min,膜组件出水流量为4 ml/min ，电流为0.05A时，经过硝氮富集装置后，膜出水的主要指标可以达到： NO₃ ^--N =93.57 mg/L，硝氮富集率为3.46%。

Claims (1)

1.一种阴离子组合膜，其特征在于：该阴离子组合膜由阴离子交换膜、超滤膜或者微滤膜之一、和带有导流槽和孔洞的支撑板组成；阴离子交换膜、超滤膜或者微滤膜之一分别固定在支撑板的两面。

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