专利名称：一种水处理方法
技术领域：
本发明涉及水处理技术，具体为一种利用弹性功能中空纤维膜进行水处理的方法。
背景技术：
近年来，随着膜技术的发展，具有高弹、高强、耐热、耐磨，耐化学药品，分子可设计，形状记忆等优点的聚氨酯材料已经吸引了很多制膜专家的亲赖，但由于聚氨酯材料结构致密，难于成孔，在超微滤过程中应用很少。申请人曾以聚氨酯为制膜基体材料，通过熔融纺丝-拉伸法，利用界面成孔技术，制得了具有压力响应功能的聚氨酯系中空纤维膜(参见“一种中空纤维膜及其制造方法”[200810053896. 4]和“一种聚氨酯共混中空纤维膜及其制造方法”[ZL200610013868. 0])。这种中空纤维膜具有压力响应性，在加压条件下，膜径向会大幅度增加(参见图1，4,。< dna,dw,0 < O，同时轴向也伸长(参见图LIZciCIZ1), 微孔结构(尺寸和孔隙率)会发生大幅度变化。同时膜外表面孔隙率、孔径均小于内表面， 适于外压使用、内压反洗过程。另一方面，在现有超微滤技术应用过程中，膜污染会导致通量大幅度下降，影响膜的使用性能，大大限制了膜技术应用的进一步扩展。常用的恢复通量的方法是通过物理清洗及化学清洗去除附着在膜表面或者嵌入在膜孔内部的污染物。物理清洗可自动控制在线进行，操作过程方便快捷、有效减少劳动支出，但是对于现有膜过程，通过物理清洗并不能高效去除污染物，在后续过滤过程中，已有污染物会促进新污染物的沉积、结垢，形成物理清洗难以去除的污染层。为了去除这种污染，需进行化学清洗。化学清洗需要依据污染物的类型、污染程度及膜本身的性质来选择合适的清洗剂，不合适的清洗剂有可能大幅度降低膜的使用性能，缩短膜寿命。化学清洗需完全停产，且需专业人员进行，若化学清洗频繁，则会缩短膜使用寿命，降低生产效率，增加生产成本。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积，减少原液中污染物与已沉积污染物之间的富集、结垢，减少化学清洗的次数，有效提高生产效率。但是对于现在常用的膜材料(醋酸纤维素、 聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚砜等)，其微孔结构(孔径和孔隙率)相对稳定，通过物理清洗去除污染物的效果较差，直接或间接增加了化学清洗的次数，降低了生产效率，增加了成本。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种水处理方法。这种方法为简单地物理清洗，可高效去除污染物，有效减少化学清洗的次数，延长膜的使用寿命， 降低成本。本发明解决所述技术问题的技术方案是设计一种水处理方法，其特征在于该方法采用具有压力响应功能的弹性中空纤维膜来处理水，并采用外常压使用、内高压反洗的工艺过程，所述高压为0. IMPa-O. 4MPa。与现有技术相比，本发明利用弹性功能中空纤维膜的特性，采用外常压使用、内高压反洗的工艺方法处理水，不用新设计组件，在现有技术基础上即可大幅度改善物理清洗的效果，减少化学清洗次数，有效降低生产成本，具有明显的工业实施可行性。
图1为本发明水处理过程中膜的宏观形态示意图；图2为本发明水处理过程中外压使用过程示意图；图3为本发明水处理过程中内压反洗过程示意图；图4为本发明水处理过程中反洗前膜组件的照片图；图5为本发明水处理过程中反洗后膜组件的照片图。
具体实施例方式下面结合实施例及附图进一步说明本发明，本发明设计的一种水处理方法(简称方法，参见图1- ，其特征在于该方法采用具有压力响应功能的弹性中空纤维膜来处理水，并采用外常压使用、内高压反洗的工艺过程，所述高压为0. 1-0. 4MPa。本发明方法是对现有膜用于水处理技术的改进。现在常规使用的膜材料(醋酸纤维素、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚砜等)适用的使用条件为外压使用(对于容器收纳方式微滤过程操作压力一般均低于0. 2MPa ；而槽浸没方式膜组件采取抽滤的方式，压力一般小于等于0. 06MPa)，内压反洗，反洗过程压力设置一般等于或略高于外压使用时的压力。由于现有膜孔结构稳定，若对已有过程采用本发明所使用的外常压使用、内高压反洗的方法会促使膜孔结构发生不可逆形变，影响正常使用时的过滤精度。而本发明所使用的弹性中空纤维膜具有压力响应性，其本身具有高弹性，对于形变易于回复且回复精度高。提高反洗压力 (压力设定在0. 1-0. 4MPa，依据操作方法及被过滤液具体情况而定)可以增大孔尺寸、孔隙率，使单位面积上反洗水流增大，有效去除污染物，减少化学清洗的次数，延长膜的使用寿命，降低生产成本；而压力降低，外压使用时，膜孔结构回复至原来的尺寸，保证过滤效果。 本发明所用弹性中空纤维膜及其压力响应性表征方式适用于申请人的在先专利“一种聚氨酯共混中空纤维膜及其制造方法”[ZL200610013868. 0]。换言之，该在先专利公开的技术内容视为被本发明引用公开。本发明所述弹性功能中空纤维膜的制膜基体材料为聚氨酯弹性体或者过滤功能层为聚氨酯弹性体，特征是在一定压力条件下，膜径向会大幅度增加(参见图1(a)、(b)， dn,0 < dna, dw,0 < dwa ;dn,0-未使用时膜内径，dn,「反洗时膜内径，dw,0-未使用时膜外径， dw,r反洗时膜外径)，同时轴向也伸长(参见图1 (a)、(b)，L，0 < L，i ；L，0—未使用时膜长度，L’ r反洗时膜长度)，微孔结构(尺寸和孔隙率)会发生大幅度变化，同时膜外表面的孔隙率、孔径均小于其内表面，因而适于外常压使用、内高压反洗过程。本发明方法利用所述弹性功能中空纤维膜的特性，采用外常压使用、内高压反洗的工艺方法处理水。本发明方法适用于容器收纳方式和槽浸没方式，所述外常压使用中的常压是指常规条件下，外压使用中空纤维膜时采用常用压力；所述内高压反洗中的高压一般是在0. 1-0. 4MPa，该压力下即保证膜的孔径能够发生大幅度变化，同时又不对膜造成损伤，确保反洗后，膜孔结构(孔径和孔隙率)回复至原来的状态。本发明具体使用方法是利用现有膜组件(但要求容器收纳方式的膜组件壳体保证其抗压强度，槽浸没式组件浇注方式与现有技术相同)，在常规条件外压过滤得到滤过液，在过滤过程不可避免会在膜表面形成滤饼层；假设膜孔结构为梯形，忽略曲折度的影响，所述的弹性功能中空纤维膜在外压使用过程中，会形成滤饼层(参见图2)。所述的弹性功能中空纤维膜的内压反洗过程与公知的使用方法类似，但是压力高于常规使用压力，为0. IMPa-O. 4MPa。这一压力区间，可以保证膜孔结构发生有效形变，且不对膜造成物理损伤。在高压反洗过程中，当外界压力施加在膜内壁，由于聚氨酯具有高弹性，膜孔结构胀大，较常规膜在相同压力下单位面积反洗水流增多，可有效去除污染物的附着，减少原液中污染物与已沉积污染物之间富集、结垢，提高物理清洗的效率，减少化学清洗的次数。同样假设膜孔结构为梯形，忽略曲折度的影响，所述的弹性功能中空纤维膜在内压反洗过程中，膜孔结构胀大，单位面积内反洗水流强度增大，能够有效提高反洗效率(参见图3)。以下给出本发明的具体实施例，以进一步具体描述本发明，但本发明的权利要求保护范围不受具体实施例的限制。实施例1利用无机粉体(粒径分布在1-30 μ m之间，其中87. 16%的孔集中在4_25 μ m之间)分散在水中形成悬浊液作为被过滤原液，考察聚氨酯系弹性中空纤维膜(孔径分布在 0. 08-0. 28μπι之间，其中76. 36%的孔集中在0. 18-0. 22μπι之间)在外压条件下使用，内压条件下反洗后，通量回复情况。测试条件如下将聚氨酯系弹性中空纤维膜浇注成U型槽浸没方式膜组件，采取抽滤方式进行外压过滤，组件内膜面积约为8. 64X 10- 2 ；被过滤原液浓度为5%。；测试过程为(1)测试中空纤维膜的纯水通量，测试压力为0. 05MPa,测试时间为30min，外压测试，得到膜的纯水通量为70. 32L/V · h)；(2)对配好的悬浊液进行过滤，测试时间为30min，待膜表面及壳体内形成明显滤饼层后，用纯水进行反洗；(3)反洗在0. IMPa下进行，反洗时间为5min ；(4)反洗后，再次测试膜的纯水通量，条件同(1)，得到到膜的纯水通量为68. 93L/ (m2.h)；通量回复高达98. 02%。实施例2利用同实施例1中无机粉体配成的悬浊液，浓度为0. 5%。，考察同实施例1中所提到的弹性中空纤维膜的截留性能。测试过程如下将聚氨酯系弹性中空纤维膜浇注成U型组件，采用容器收纳方式进行外压过滤， 组件内膜面积约为8. 64X 10 2 ；测试压力为0. IMPa，测试时间为120min，平均每隔20min 取一次滤过液测试其浊度，与原液浊度相比较。连续测试120min，平均通量为69. 68L/ (m2 -h)，原液浊度为32. Intu,而滤过液浊度平均为0. 154。(远低于国家2007年7月1日开始实施的国家标准委和卫生部联合发布的《生活饮用水卫生标准》中，关于饮用水浊度标准(lntu))。清除率高达99. 52%，清除效果好。实施例3利用同实施例1中无机粉体配成的悬浊液，浓度为2%。，考察同实施例1中所提到的弹性中空纤维膜的截留性能及反洗后中空纤维膜水通量的回复率。测试过程如下将聚氨酯系弹性中空纤维膜浇注成U型组件，采用容器收纳方式进行外压过滤， 组件内膜面积约为8. 64X 10- 2 ；测试压力为0. IMPa,测试时间为140min，平均每隔20min取一次滤过液测试其浊
度，与原液浊度相比较。(1)用纯水，在内压条件下，测得膜的初始跨膜压差为0. 06MPao(2)外压条件，测试时间为30min，测试压力为0. IMPa，得到膜的纯水通量为 94. 291/ (m2 · h)；(3)对配好的悬浊液进行连续过滤，平均每隔20min取滤过液50ml待测，测试时间为HOmin (测试通量保持恒定的时间)，滤过液平均浊度为0. 1751ntu，原液浊度为273ntu， 清除率为99. 94%。(4)用纯水反洗，压力为0. IMPa,反洗时间约为IOmin时，跨膜压力回复至 0.06MPa。(5)条件同(2)测得纯水通量为87. 98L/(m2 · h)，通量回复率为93. 31%。实施例4利用同实施例1中无机粉体配成的悬浊液，浓度为5%。，考察同实施例1中所提到的弹性中空纤维膜的截留性能及反洗后中空纤维膜水通量的回复率。测试过程如下将聚氨酯系弹性中空纤维膜浇注成U型组件，采用容器收纳方式进行外压过滤， 组件内膜面积约为8. 64X 10- 2 ；测试压力为0. 05MPa,测试时间为140min，平均每隔IOmin测试一次通量，每隔 20min取一次滤过液测试其浊度，与原液浊度相比较。(1)用纯水，在内压条件下，测得膜的初始跨膜压差为0. 06MPao(2)外压条件，测试时间为30min，测试压力为0.05MPa，得到膜的纯水通量为 73. 24L/ (m2 · h)；(3)对配好的悬浊液进行连续过滤，每隔20min取滤过液50ml待测，测试时间为 HOmin (测试通量保持恒定的时间)，滤过液平均浊度为0. 1463ntu,原液浊度为27^tu，清除率为99. 95%。图4给出了反洗前该膜组件照片，可以看出其中形成了大量滤饼层。(4)用滤过液反洗，压力为0. 25MPa,反洗时间约为!Min时，跨膜压力回复至 0. 06MPao图5给出了反洗后组件照片。(5)测试纯水通量，方法同0)，得到纯水通量为69.3817(!112*11)，通量回复率为 94. 73%。
权利要求
1. 一种水处理方法，其特征在于该方法采用具有压力响应功能的弹性中空纤维膜来处理水，并采用外常压使用、内高压反洗的工艺过程，所述高压为0. IMPa-O. 4MPa。
全文摘要
本发明公开一种水处理方法，其特征在于该方法采用具有压力响应功能的弹性中空纤维膜来处理水，并采用外常压使用、内高压反洗的工艺过程，所述高压为0.1MPa-0.4MPa。本发明水处理方法不用新设计膜组件，在现有技术基础上即可大幅度改善物理清洗的效果，减少化学清洗次数，有效降低生产成本，具有明显的工业实施可行性。
文档编号C02F1/44GK102295323SQ20111016184
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月16日 优先权日2011年6月16日
发明者刘海亮, 刘美甜, 肖长发, 胡晓宇 申请人:天津工业大学