專利名稱：一種水處理方法
技術領域：
本發明涉及水處理技術，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：
近年來，隨著膜技術的發展，具有高彈、高強、耐熱、耐磨，耐化學藥品，分子可設計，形狀記憶等優點的聚氨酯材料已經吸引了很多制膜專家的親賴，但由于聚氨酯材料結構致密，難于成孔，在超微濾過程中應用很少。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，制得了具有壓力響應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), 微孔結構(尺寸和孔隙率)會發生大幅度變化。同時膜外表面孔隙率、孔徑均小于內表面， 適于外壓使用、內壓反洗過程。另一方面，在現有超微濾技術應用過程中，膜污染會導致通量大幅度下降，影響膜的使用性能，大大限制了膜技術應用的進一步擴展。常用的恢復通量的方法是通過物理清洗及化學清洗去除附著在膜表面或者嵌入在膜孔內部的污染物。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，但是對于現有膜過程，通過物理清洗并不能高效去除污染物，在后續過濾過程中，已有污染物會促進新污染物的沉積、結垢，形成物理清洗難以去除的污染層。為了去除這種污染，需進行化學清洗。化學清洗需要依據污染物的類型、污染程度及膜本身的性質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。化學清洗需完全停產，且需專業人員進行，若化學清洗頻繁，則會縮短膜使用壽命，降低生產效率，增加生產成本。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、結垢，減少化學清洗的次數，有效提高生產效率。但是對于現在常用的膜材料(醋酸纖維素、 聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚砜等)，其微孔結構(孔徑和孔隙率)相對穩定，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清洗的次數，降低了生產效率，增加了成本。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，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，有效減少化學清洗的次數，延長膜的使用壽命， 降低成本。本發明解決所述技術問題的技術方案是設計一種水處理方法，其特征在于該方法采用具有壓力響應功能的彈性中空纖維膜來處理水，并采用外常壓使用、內高壓反洗的工藝過程，所述高壓為0. IMPa-O. 4MPa。與現有技術相比，本發明利用彈性功能中空纖維膜的特性，采用外常壓使用、內高壓反洗的工藝方法處理水，不用新設計組件，在現有技術基礎上即可大幅度改善物理清洗的效果，減少化學清洗次數，有效降低生產成本，具有明顯的工業實施可行性。
圖1為本發明水處理過程中膜的宏觀形態示意圖；圖2為本發明水處理過程中外壓使用過程示意圖；圖3為本發明水處理過程中內壓反洗過程示意圖；圖4為本發明水處理過程中反洗前膜組件的照片圖；圖5為本發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合實施例及附圖進一步說明本發明，本發明設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功能的彈性中空纖維膜來處理水，并采用外常壓使用、內高壓反洗的工藝過程，所述高壓為0. 1-0. 4MPa。本發明方法是對現有膜用于水處理技術的改進。現在常規使用的膜材料(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)，內壓反洗，反洗過程壓力設置一般等于或略高于外壓使用時的壓力。由于現有膜孔結構穩定，若對已有過程采用本發明所使用的外常壓使用、內高壓反洗的方法會促使膜孔結構發生不可逆形變，影響正常使用時的過濾精度。而本發明所使用的彈性中空纖維膜具有壓力響應性，其本身具有高彈性，對于形變易于回復且回復精度高。提高反洗壓力 (壓力設定在0. 1-0. 4MPa，依據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，減少化學清洗的次數，延長膜的使用壽命，降低生產成本；而壓力降低，外壓使用時，膜孔結構回復至原來的尺寸，保證過濾效果。 本發明所用彈性中空纖維膜及其壓力響應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內容視為被本發明引用公開。本發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-未使用時膜內徑，dn,「反洗時膜內徑，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)，微孔結構(尺寸和孔隙率)會發生大幅度變化，同時膜外表面的孔隙率、孔徑均小于其內表面，因而適于外常壓使用、內高壓反洗過程。本發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、內高壓反洗的工藝方法處理水。本發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條件下，外壓使用中空纖維膜時采用常用壓力；所述內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生大幅度變化，同時又不對膜造成損傷，確保反洗后，膜孔結構(孔徑和孔隙率)回復至原來的狀態。本發明具體使用方法是利用現有膜組件(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有技術相同)，在常規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；假設膜孔結構為梯形，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壓反洗過程與公知的使用方法類似，但是壓力高于常規使用壓力，為0. IMPa-O. 4MPa。這一壓力區間，可以保證膜孔結構發生有效形變，且不對膜造成物理損傷。在高壓反洗過程中，當外界壓力施加在膜內壁，由于聚氨酯具有高彈性，膜孔結構脹大，較常規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、結垢，提高物理清洗的效率，減少化學清洗的次數。同樣假設膜孔結構為梯形，忽略曲折度的影響，所述的彈性功能中空纖維膜在內壓反洗過程中，膜孔結構脹大，單位面積內反洗水流強度增大，能夠有效提高反洗效率(參見圖3)。以下給出本發明的具體實施例，以進一步具體描述本發明，但本發明的權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，內壓條件下反洗后，通量回復情況。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。(遠低于國家2007年7月1日開始實施的國家標準委和衛生部聯合發布的《生活飲用水衛生標準》中，關于飲用水濁度標準(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，跨膜壓力回復至 0.06MPa。(5)條件同(2)測得純水通量為87. 98L/(m2 · h)，通量回復率為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)，通量回復率為 94. 73%。
權利要求
1. 一種水處理方法，其特征在于該方法采用具有壓力響應功能的彈性中空纖維膜來處理水，并采用外常壓使用、內高壓反洗的工藝過程，所述高壓為0. IMPa-O. 4MPa。
全文摘要
本發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功能的彈性中空纖維膜來處理水，并采用外常壓使用、內高壓反洗的工藝過程，所述高壓為0.1MPa-0.4MPa。本發明水處理方法不用新設計膜組件，在現有技術基礎上即可大幅度改善物理清洗的效果，減少化學清洗次數，有效降低生產成本，具有明顯的工業實施可行性。
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 優先權日2011年6月16日
發明者劉海亮, 劉美甜, 肖長發, 胡曉宇 申請人:天津工業大學