CN203333352U - 一种阳离子组合膜 - Google Patents

Abstract

一种阳离子组合膜，可用于渗析、电解操作及水中特定阳离子富集。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，具有一定富集特定阳离子能力和允许水透过的一种阳离子组合膜。一种阳离子组合膜由阳离子交换膜、超滤膜或者微滤膜以及带有导流槽和孔洞的支撑板组成，阳离子交换膜和超滤膜或者微滤膜分别固定在支撑板的两面。

Description

一种阳离子组合膜

技术领域

本实用新型提供了一种完整的阳离子组合膜，可用于渗析、电解操作及水中特定阳离子富集。

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，发明操作简便低碳环保阳离子组合膜，将显得尤为必要。为了更好的评价阳离子组合膜性能，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）与阳离子组合膜出水中该离子浓度（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，具有一定富集特定阳离子能力和允许水透过的阳离子组合膜。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：

一种阳离子组合膜，其特征在于：该阳离子组合膜由阳离子交换膜、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；阳离子交换膜、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阳离子组合膜是一种平板膜。

本实用新型中所述的一种阳离子组合膜是浸没式。

一种水中氨氮富集装置，其特征在于：该装置包括敞口的氨氮分离器，放置在氨氮分离器内的阳离子组合膜、电极和搅拌器，出水蠕动泵，压力表，进水泵，进水管，出水管，出水口，电源，导线，时间继电器；阳离子组合膜出水口与出水管、压力表和出水蠕动泵依次相连，并受时间继电器的控制；搅拌器叶片位于阳离子组合膜下部；电极的两极经导线分别和电源相连，两极放在阳离子组合膜两侧；出水口位于氨氮分离器上部；进水泵接进水管，进水管末端位于氨氮分离器内，且靠近氨氮分离器底部；阳离子组合膜由阳离子交换膜、超滤膜或者微滤膜和带有导流槽和孔洞的支撑板组成。

本实用新型提供了一种利用上述装置的氨氮富集方法，其步骤包括：

(1) 原水引入：原水经进水泵增压后，以3-11 ml/min进入氨氮分离器中;

(2) 阳离子组合膜连接、流量设定及搅拌： 将阳离子组合膜浸没于氨氮分离器中，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1.45-4.15 ml/min，经出水管出水。同时，将搅拌器放入氨氮分离器中并运行，其搅拌叶片位于阳离子组合膜下部;

(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，并将阳极正对阳离子交换膜，阴极正对超滤膜，打开电源，调整到电流为0.05-0.3A，并保持不变;

(4) 抽停时间比设定及阳离子组合膜清洗： 出水蠕动泵，在时间继电器的控制下，出水为间歇性出水即出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:1-5分钟，当压力表指示数值超过15kpa时，需对阳离子组合膜进行清洗;

(5) 重新投入运行：将阳离子组合膜清洗后可重新投入运行。整个过程被富集的氨氮从出水管流出，进而实现了氨氮富集。

本实用新型的一种阳离子组合膜，其原理在于：

阳离子组合膜由阳离子交换膜、超滤膜和带有导流槽和孔洞的支撑板组成。阳离子组合膜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阳离子交换膜之间，使阳离子交换膜两侧均为水溶液，由于阳离子交换膜具有阳离子（如NH₄ ⁺）选择透过性，在不外加电流作用下，可以通过渗析原理，进入阳离子组合膜内，在外加电流作用下，单位时间内NH₄ ⁺进入阳离子组合膜的数量增加，进入阳离子组合膜的离子，会迅速进入到从超滤膜透过的水中，形成高浓度的氨氮浓缩液，在蠕动泵的抽吸作用下，将氨氮浓缩液转移到后续处理工艺，从而实现氨氮富集。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及突出效果：

（1）阳离子组合膜不仅可以允许水分子透过，而且对阳离子（如NH₄ ⁺）具有选择透过性。

（2）阳离子组合膜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阳离子组合膜示意图。

图2为本实用新型提供的一种阳离子组合膜的支撑板示意图。

图3为本实用新型提供的一种水中氨氮富集装置示意图。

图4为本实用新型提供的一种水中氨氮富集方法运行示意图。

图中：1-支撑板 2-超滤膜或者微滤膜 3-阳离子交换膜 4-阳离子组合膜出水口 5-导流槽  6-孔洞 7-进水泵  8-进水管  9-氨氮分离器  10-电源  11-导线  12-电极  13-搅拌器14-阳离子组合膜  15-压力表  16-出水蠕动泵  17-时间继电器  18-出水管  19-出水口

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：

本实用新型中的阳离子组合膜(图1、图2)由阳离子交换膜3、超滤膜或者微滤膜2以及带有导流槽5和孔洞6的支撑板1组成。

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

本实用新型所提供的一种水中氨氮富集装置（图3）包括敞口的氨氮分离器9，放置在氨氮分离器9内的阳离子组合膜 14、搅拌器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，出水口19；阳离子组合膜出水口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；搅拌器叶片位于阳离子组合膜 14下部；电极12的两极经导线11分别和电源10相连，采用阳极正对阳离子交换膜3，阴极正对超滤膜2；出水口19位于氨氮分离器9上部；进水泵7接进水管8，进水管末端位于氨氮分离器9内，且靠近氨氮分离器9底部。

图4表示了水中氨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3-11ml/min进入氨氮分离器9中。

（2）阳离子组合膜连接、流量设定及搅拌：将阳离子组合膜 14浸没于氨氮分离器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1.45-4.15ml/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，将搅拌器13放入氨氮分离器9中并运行，其搅拌叶片位于阳离子组合膜 14下部。由于搅拌器13的搅拌，氨氮在反应器中的浓度基本上是均匀的。

（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，并将阳极正对阳离子交换膜3，阴极正对超滤膜2，打开电源10，调整电流为0.05-0.3 A，并保持不变。阳离子组合膜 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和阳离子交换膜3之间，使阳离子交换膜3两侧均为水溶液，由于阳离子交换膜3具有阳离子（如NH₄ ⁺）选择透过性，在外加电流作用下，单位时间内NH₄ ⁺进入阳离子组合膜14的数量增加，进入阳离子组合膜 14的离子，会迅速进入到从超滤膜2透过的水中，形成高浓度的氨氮浓缩液，进而使氨氮富集。

（4）抽停时间比设定及阳离子组合膜清洗：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:1-5分钟，当压力表15指示数值超过15kpa时，需对阳离子组合膜14进行清洗。

（5）重新投入运行：将阳离子组合膜 14清洗后可重新投入运行。整个过程被富集的氨氮从出水管18流出，进而实现了氨氮富集。

以下实施例给出阳离子组合膜性能。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。

结果：

例1当原水为一般的生活污水时，其主要水质指标为： NH₄ ⁺-N=83.54 mg/L；操作条件为：出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:4分钟，进水流量为6 ml/min, 阳离子组合膜出水流量为4.15 ml/min ，电流为0.25A时，经过氨氮富集装置后，膜出水的主要指标可以达到： NH₄ ⁺-N=105.61 mg/L，氨氮富集率为26.41%。

例2当原水为一般的生活污水时，其主要水质指标为： NH₄ ⁺-N=77.95 mg/L；操作条件为：出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:4分钟，进水流量为6 ml/min, 阳离子组合膜出水流量为2.6 ml/min ，电流为0.3A时，经过氨氮富集装置后，膜出水的主要指标可以达到：NH₄ ⁺-N=110.29 mg/L，氨氮富集率为41.49%。

例3当原水为一般的生活污水时，其主要水质指标为： NH₄ ⁺-N=105.61mg/L；操作条件为：出水蠕动泵抽停时间比5分钟:4分钟，进水流量为6 ml/min, 阳离子组合膜出水流量为3 ml/min ，电流为0.25A时，经过氨氮富集装置后，膜出水的主要指标可以达到： NH₄ ⁺-N=137.95 mg/L，氨氮富集率为30.62%。

例4当原水为一般的生活污水时，其主要水质指标为：NH₄ ⁺-N=99.46mg/L；操作条件为：出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:4分钟，进水流量为4.5 ml/min, 阳离子组合膜出水流量为4 ml/min ，电流为0.25A时，经过氨氮富集装置后，膜出水的主要指标可以达到： NH₄ ⁺-N=127.67 mg/L，氨氮富集率为28.36%。

例5当原水为一般的生活污水时，其主要水质指标为：NH₄ ⁺-N=82.64mg/L；操作条件为：出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:1分钟，进水流量为6 ml/min, 阳离子组合膜出水流量为4.15 ml/min ，电流为0.25A时，经过氨氮富集装置后，膜出水的主要指标可以达到： NH₄ ⁺-N=92.16 mg/L，氨氮富集率为11.52%。

例6当原水为一般的生活污水时，其主要水质指标为：NH₄ ⁺-N=84.00mg/L；操作条件为：出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:5分钟，进水流量为6 ml/min, 阳离子组合膜出水流量为4.15 ml/min ，电流为0.25A时，经过氨氮富集装置后，膜出水的主要指标可以达到： NH₄ ⁺-N=107.57mg/L，氨氮富集率为28.06%。

例7当原水为一般的生活污水时，其主要水质指标为：NH₄ ⁺-N=85.66mg/L；操作条件为：出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:4分钟，进水流量为6 ml/min, 阳离子组合膜出水流量为2.6 ml/min ，电流为0.05A时，经过氨氮富集装置后，膜出水的主要指标可以达到： NH₄ ⁺-N=88.08 mg/L，氨氮富集率为2.83%。

例8当原水为一般的生活污水时，其主要水质指标为：NH₄ ⁺-N=108.78mg/L；操作条件为：出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:4分钟，进水流量为3.1 ml/min, 阳离子组合膜出水流量为3 ml/min ，电流为0.25A时，经过氨氮富集装置后，膜出水的主要指标可以达到： NH₄ ⁺-N=120.27 mg/L，氨氮富集率为10.56%。

例9当原水为一般的生活污水时，其主要水质指标为：NH₄ ⁺-N=98.96mg/L；操作条件为：出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:4分钟，进水流量为11 ml/min, 阳离子组合膜出水流量为3 ml/min ，电流为0.25A时，经过氨氮富集装置后，膜出水的主要指标可以达到： NH₄ ⁺-N=131.15 mg/L，氨氮富集率为32.53%。

例10当原水为一般的生活污水时，其主要水质指标为：NH₄ ⁺-N=85.96mg/L；操作条件为：出水蠕动泵抽停时间比为5分钟:4分钟，进水流量为3 ml/min, 阳离子组合膜出水流量为1.45  ml/min ，电流为0.25A时，经过氨氮富集装置后，膜出水的主要指标可以达到： NH₄ ⁺-N=87.62mg/L，氨氮富集率为1.93%。

Claims (1)

1.一种阳离子组合膜，其特征在于：该阳离子组合膜由阳离子交换膜、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；阳离子交换膜、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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