一种功能性磁基动态膜系统及其实施方法技术方案

本发明专利技术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。本发明专利技术可将废/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。

【技术实现步骤摘要】
一种功能性磁基动态膜系统及其实施方法
本专利技术涉及水质深度净化
，尤其涉及一种功能性磁基动态膜系统及其实施方法。
技术介绍
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，本专利技术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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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，所述反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功能性磁基动态膜系统，其特征在于，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，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；/n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。/n

【技术特征摘要】
1.一种功能性磁基动态膜系统，其特征在于，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，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。


2.根据权利要求1所述的功能性磁基动态膜系统，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，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，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，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1所述的功能性磁基动态膜系统，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤兵，胡权，叶建文，宾丽英，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44