專利名稱：一種水處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水處理技術(shù)，具體為一種利用彈性功能中空纖維膜進行水處理的方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著膜技術(shù)的發(fā)展，具有高彈、高強、耐熱、耐磨，耐化學(xué)藥品，分子可設(shè)計，形狀記憶等優(yōu)點的聚氨酯材料已經(jīng)吸引了很多制膜專家的親賴，但由于聚氨酯材料結(jié)構(gòu)致密，難于成孔，在超微濾過程中應(yīng)用很少。申請人曾以聚氨酯為制膜基體材料，通過熔融紡絲-拉伸法，利用界面成孔技術(shù)，制得了具有壓力響應(yīng)功能的聚氨酯系中空纖維膜(參見“一種中空纖維膜及其制造方法”[200810053896. 4]和“一種聚氨酯共混中空纖維膜及其制造方法”[ZL200610013868. 0])。這種中空纖維膜具有壓力響應(yīng)性，在加壓條件下，膜徑向會大幅度增加(參見圖1，4,。< dna,dw,0 < O，同時軸向也伸長(參見圖LIZciCIZ1), 微孔結(jié)構(gòu)(尺寸和孔隙率)會發(fā)生大幅度變化。同時膜外表面孔隙率、孔徑均小于內(nèi)表面， 適于外壓使用、內(nèi)壓反洗過程。另一方面，在現(xiàn)有超微濾技術(shù)應(yīng)用過程中，膜污染會導(dǎo)致通量大幅度下降，影響膜的使用性能，大大限制了膜技術(shù)應(yīng)用的進一步擴展。常用的恢復(fù)通量的方法是通過物理清洗及化學(xué)清洗去除附著在膜表面或者嵌入在膜孔內(nèi)部的污染物。物理清洗可自動控制在線進行，操作過程方便快捷、有效減少勞動支出，但是對于現(xiàn)有膜過程，通過物理清洗并不能高效去除污染物，在后續(xù)過濾過程中，已有污染物會促進新污染物的沉積、結(jié)垢，形成物理清洗難以去除的污染層。為了去除這種污染，需進行化學(xué)清洗?；瘜W(xué)清洗需要依據(jù)污染物的類型、污染程度及膜本身的性質(zhì)來選擇合適的清洗劑，不合適的清洗劑有可能大幅度降低膜的使用性能，縮短膜壽命?；瘜W(xué)清洗需完全停產(chǎn)，且需專業(yè)人員進行，若化學(xué)清洗頻繁，則會縮短膜使用壽命，降低生產(chǎn)效率，增加生產(chǎn)成本。如果可以提高物理清洗的效率及效果， 就可以有效防止膜表面污染物的沉積，減少原液中污染物與已沉積污染物之間的富集、結(jié)垢，減少化學(xué)清洗的次數(shù)，有效提高生產(chǎn)效率。但是對于現(xiàn)在常用的膜材料(醋酸纖維素、 聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚砜等)，其微孔結(jié)構(gòu)(孔徑和孔隙率)相對穩(wěn)定，通過物理清洗去除污染物的效果較差，直接或間接增加了化學(xué)清洗的次數(shù)，降低了生產(chǎn)效率，增加了成本。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種水處理方法。這種方法為簡單地物理清洗，可高效去除污染物，有效減少化學(xué)清洗的次數(shù)，延長膜的使用壽命， 降低成本。本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是設(shè)計一種水處理方法，其特征在于該方法采用具有壓力響應(yīng)功能的彈性中空纖維膜來處理水，并采用外常壓使用、內(nèi)高壓反洗的工藝過程，所述高壓為0. IMPa-O. 4MPa。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用彈性功能中空纖維膜的特性，采用外常壓使用、內(nèi)高壓反洗的工藝方法處理水，不用新設(shè)計組件，在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上即可大幅度改善物理清洗的效果，減少化學(xué)清洗次數(shù)，有效降低生產(chǎn)成本，具有明顯的工業(yè)實施可行性。


圖1為本發(fā)明水處理過程中膜的宏觀形態(tài)示意圖；圖2為本發(fā)明水處理過程中外壓使用過程示意圖；圖3為本發(fā)明水處理過程中內(nèi)壓反洗過程示意圖；圖4為本發(fā)明水處理過程中反洗前膜組件的照片圖；圖5為本發(fā)明水處理過程中反洗后膜組件的照片圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖進一步說明本發(fā)明，本發(fā)明設(shè)計的一種水處理方法(簡稱方法，參見圖1- ，其特征在于該方法采用具有壓力響應(yīng)功能的彈性中空纖維膜來處理水，并采用外常壓使用、內(nèi)高壓反洗的工藝過程，所述高壓為0. 1-0. 4MPa。本發(fā)明方法是對現(xiàn)有膜用于水處理技術(shù)的改進。現(xiàn)在常規(guī)使用的膜材料(醋酸纖維素、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚砜等)適用的使用條件為外壓使用(對于容器收納方式微濾過程操作壓力一般均低于0. 2MPa ；而槽浸沒方式膜組件采取抽濾的方式，壓力一般小于等于0. 06MPa)，內(nèi)壓反洗，反洗過程壓力設(shè)置一般等于或略高于外壓使用時的壓力。由于現(xiàn)有膜孔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，若對已有過程采用本發(fā)明所使用的外常壓使用、內(nèi)高壓反洗的方法會促使膜孔結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆形變，影響正常使用時的過濾精度。而本發(fā)明所使用的彈性中空纖維膜具有壓力響應(yīng)性，其本身具有高彈性，對于形變易于回復(fù)且回復(fù)精度高。提高反洗壓力 (壓力設(shè)定在0. 1-0. 4MPa，依據(jù)操作方法及被過濾液具體情況而定)可以增大孔尺寸、孔隙率，使單位面積上反洗水流增大，有效去除污染物，減少化學(xué)清洗的次數(shù)，延長膜的使用壽命，降低生產(chǎn)成本；而壓力降低，外壓使用時，膜孔結(jié)構(gòu)回復(fù)至原來的尺寸，保證過濾效果。 本發(fā)明所用彈性中空纖維膜及其壓力響應(yīng)性表征方式適用于申請人的在先專利“一種聚氨酯共混中空纖維膜及其制造方法”[ZL200610013868. 0]。換言之，該在先專利公開的技術(shù)內(nèi)容視為被本發(fā)明引用公開。本發(fā)明所述彈性功能中空纖維膜的制膜基體材料為聚氨酯彈性體或者過濾功能層為聚氨酯彈性體，特征是在一定壓力條件下，膜徑向會大幅度增加(參見圖1(a)、(b)， dn,0 < dna, dw,0 < dwa ;dn,0-未使用時膜內(nèi)徑，dn,「反洗時膜內(nèi)徑，dw,0-未使用時膜外徑， dw,r反洗時膜外徑)，同時軸向也伸長(參見圖1 (a)、(b)，L，0 < L，i ；L，0—未使用時膜長度，L’ r反洗時膜長度)，微孔結(jié)構(gòu)(尺寸和孔隙率)會發(fā)生大幅度變化，同時膜外表面的孔隙率、孔徑均小于其內(nèi)表面，因而適于外常壓使用、內(nèi)高壓反洗過程。本發(fā)明方法利用所述彈性功能中空纖維膜的特性，采用外常壓使用、內(nèi)高壓反洗的工藝方法處理水。本發(fā)明方法適用于容器收納方式和槽浸沒方式，所述外常壓使用中的常壓是指常規(guī)條件下，外壓使用中空纖維膜時采用常用壓力；所述內(nèi)高壓反洗中的高壓一般是在0. 1-0. 4MPa，該壓力下即保證膜的孔徑能夠發(fā)生大幅度變化，同時又不對膜造成損傷，確保反洗后，膜孔結(jié)構(gòu)(孔徑和孔隙率)回復(fù)至原來的狀態(tài)。本發(fā)明具體使用方法是利用現(xiàn)有膜組件(但要求容器收納方式的膜組件殼體保證其抗壓強度，槽浸沒式組件澆注方式與現(xiàn)有技術(shù)相同)，在常規(guī)條件外壓過濾得到濾過液，在過濾過程不可避免會在膜表面形成濾餅層；假設(shè)膜孔結(jié)構(gòu)為梯形，忽略曲折度的影響，所述的彈性功能中空纖維膜在外壓使用過程中，會形成濾餅層(參見圖2)。所述的彈性功能中空纖維膜的內(nèi)壓反洗過程與公知的使用方法類似，但是壓力高于常規(guī)使用壓力，為0. IMPa-O. 4MPa。這一壓力區(qū)間，可以保證膜孔結(jié)構(gòu)發(fā)生有效形變，且不對膜造成物理損傷。在高壓反洗過程中，當(dāng)外界壓力施加在膜內(nèi)壁，由于聚氨酯具有高彈性，膜孔結(jié)構(gòu)脹大，較常規(guī)膜在相同壓力下單位面積反洗水流增多，可有效去除污染物的附著，減少原液中污染物與已沉積污染物之間富集、結(jié)垢，提高物理清洗的效率，減少化學(xué)清洗的次數(shù)。同樣假設(shè)膜孔結(jié)構(gòu)為梯形，忽略曲折度的影響，所述的彈性功能中空纖維膜在內(nèi)壓反洗過程中，膜孔結(jié)構(gòu)脹大，單位面積內(nèi)反洗水流強度增大，能夠有效提高反洗效率(參見圖3)。以下給出本發(fā)明的具體實施例，以進一步具體描述本發(fā)明，但本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍不受具體實施例的限制。實施例1利用無機粉體(粒徑分布在1-30 μ m之間，其中87. 16%的孔集中在4_25 μ m之間)分散在水中形成懸濁液作為被過濾原液，考察聚氨酯系彈性中空纖維膜(孔徑分布在 0. 08-0. 28μπι之間，其中76. 36%的孔集中在0. 18-0. 22μπι之間)在外壓條件下使用，內(nèi)壓條件下反洗后，通量回復(fù)情況。測試條件如下將聚氨酯系彈性中空纖維膜澆注成U型槽浸沒方式膜組件，采取抽濾方式進行外壓過濾，組件內(nèi)膜面積約為8. 64X 10- 2 ；被過濾原液濃度為5%。；測試過程為(1)測試中空纖維膜的純水通量，測試壓力為0. 05MPa,測試時間為30min，外壓測試，得到膜的純水通量為70. 32L/V · h)；(2)對配好的懸濁液進行過濾，測試時間為30min，待膜表面及殼體內(nèi)形成明顯濾餅層后，用純水進行反洗；(3)反洗在0. IMPa下進行，反洗時間為5min ；(4)反洗后，再次測試膜的純水通量，條件同(1)，得到到膜的純水通量為68. 93L/ (m2.h)；通量回復(fù)高達98. 02%。實施例2利用同實施例1中無機粉體配成的懸濁液，濃度為0. 5%。，考察同實施例1中所提到的彈性中空纖維膜的截留性能。測試過程如下將聚氨酯系彈性中空纖維膜澆注成U型組件，采用容器收納方式進行外壓過濾， 組件內(nèi)膜面積約為8. 64X 10 2 ；測試壓力為0. IMPa，測試時間為120min，平均每隔20min 取一次濾過液測試其濁度，與原液濁度相比較。連續(xù)測試120min，平均通量為69. 68L/ (m2 -h)，原液濁度為32. Intu,而濾過液濁度平均為0. 154。(遠(yuǎn)低于國家2007年7月1日開始實施的國家標(biāo)準(zhǔn)委和衛(wèi)生部聯(lián)合發(fā)布的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中，關(guān)于飲用水濁度標(biāo)準(zhǔn)(lntu))。清除率高達99. 52%，清除效果好。實施例3利用同實施例1中無機粉體配成的懸濁液，濃度為2%。，考察同實施例1中所提到的彈性中空纖維膜的截留性能及反洗后中空纖維膜水通量的回復(fù)率。測試過程如下將聚氨酯系彈性中空纖維膜澆注成U型組件，采用容器收納方式進行外壓過濾， 組件內(nèi)膜面積約為8. 64X 10- 2 ；測試壓力為0. IMPa,測試時間為140min，平均每隔20min取一次濾過液測試其濁
度，與原液濁度相比較。(1)用純水，在內(nèi)壓條件下，測得膜的初始跨膜壓差為0. 06MPao(2)外壓條件，測試時間為30min，測試壓力為0. IMPa，得到膜的純水通量為 94. 291/ (m2 · h)；(3)對配好的懸濁液進行連續(xù)過濾，平均每隔20min取濾過液50ml待測，測試時間為HOmin (測試通量保持恒定的時間)，濾過液平均濁度為0. 1751ntu，原液濁度為273ntu， 清除率為99. 94%。(4)用純水反洗，壓力為0. IMPa,反洗時間約為IOmin時，跨膜壓力回復(fù)至 0.06MPa。(5)條件同(2)測得純水通量為87. 98L/(m2 · h)，通量回復(fù)率為93. 31%。實施例4利用同實施例1中無機粉體配成的懸濁液，濃度為5%。，考察同實施例1中所提到的彈性中空纖維膜的截留性能及反洗后中空纖維膜水通量的回復(fù)率。測試過程如下將聚氨酯系彈性中空纖維膜澆注成U型組件，采用容器收納方式進行外壓過濾， 組件內(nèi)膜面積約為8. 64X 10- 2 ；測試壓力為0. 05MPa,測試時間為140min，平均每隔IOmin測試一次通量，每隔 20min取一次濾過液測試其濁度，與原液濁度相比較。(1)用純水，在內(nèi)壓條件下，測得膜的初始跨膜壓差為0. 06MPao(2)外壓條件，測試時間為30min，測試壓力為0.05MPa，得到膜的純水通量為 73. 24L/ (m2 · h)；(3)對配好的懸濁液進行連續(xù)過濾，每隔20min取濾過液50ml待測，測試時間為 HOmin (測試通量保持恒定的時間)，濾過液平均濁度為0. 1463ntu,原液濁度為27^tu，清除率為99. 95%。圖4給出了反洗前該膜組件照片，可以看出其中形成了大量濾餅層。(4)用濾過液反洗，壓力為0. 25MPa,反洗時間約為!Min時，跨膜壓力回復(fù)至 0. 06MPao圖5給出了反洗后組件照片。(5)測試純水通量，方法同0)，得到純水通量為69.3817(!112*11)，通量回復(fù)率為 94. 73%。
權(quán)利要求
1. 一種水處理方法，其特征在于該方法采用具有壓力響應(yīng)功能的彈性中空纖維膜來處理水，并采用外常壓使用、內(nèi)高壓反洗的工藝過程，所述高壓為0. IMPa-O. 4MPa。
全文摘要
本發(fā)明公開一種水處理方法，其特征在于該方法采用具有壓力響應(yīng)功能的彈性中空纖維膜來處理水，并采用外常壓使用、內(nèi)高壓反洗的工藝過程，所述高壓為0.1MPa-0.4MPa。本發(fā)明水處理方法不用新設(shè)計膜組件，在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上即可大幅度改善物理清洗的效果，減少化學(xué)清洗次數(shù)，有效降低生產(chǎn)成本，具有明顯的工業(yè)實施可行性。
文檔編號C02F1/44GK102295323SQ20111016184
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月16日
發(fā)明者劉海亮, 劉美甜, 肖長發(fā), 胡曉宇 申請人:天津工業(yè)大學(xué)