在线混凝超滤系统中利用纳米级铁基材料改善超滤膜污染的方法技术方案

在线混凝超滤系统中利用纳米级铁基材料改善超滤膜污染的方法，它属于饮用水处理领域。本发明专利技术解决传统在线混凝超滤系统中因膜污染而造成膜过滤使用周期严重缩短、出水水量、水质不稳定的问题。方法：过滤周期，投加纳米级铁基材料，原水与纳米级铁基材料于原水混合池内混合，投加铝基混凝剂，并进入加载混凝池内搅拌，得到投加混凝剂后的原水，投加混凝剂后的原水进入絮凝池内继续搅拌，最后流入膜组件池进行膜过滤，得到净水；反冲洗周期，利用净水对膜组件池内膜进行反向加压冲洗，反冲洗后的浓缩水进入磁分离器，并将纳米级铁基材料回收，回收后的纳米级铁基材料继续投加使用。本发明专利技术用于在线混凝超滤系统中利用纳米级铁基材料改善超滤膜污染。材料改善超滤膜污染。材料改善超滤膜污染。

【技术实现步骤摘要】
在线混凝超滤系统中利用纳米级铁基材料改善超滤膜污染的方法


[0001]本专利技术属于饮用水处理领域。

技术介绍

[0002]饮用水安全一直是人类生存面临的挑战之一。目前，人们对于生活饮用水质量的要求也随着人民日益提高的生活水平所不断提高。以超滤处理技术为核心的第三代水处理技术是目前国内城市水处理的最新方向。超滤饮用水处理技术主要是通过膜孔筛分并拦截水中的杂质，因而透过膜孔的便是得到净化后的水。因此这项技术相比之前传统水处理技术所具有的高效、低能耗、适用性广泛的特点更加满足当今时代对饮用水水质安全的需求。然而，膜污染问题始终是制约其发展的关键性问题。膜污染主要是指水中的杂质在膜孔或膜表面堆积，从而影响渗透液的质量和数量。因此，膜污染控制是目前水处理膜分离技术研究的最大热点。
[0003]混凝超滤作为一种控制膜污染的工艺，是目前在膜污染控制研究方面应用最普及也是研究最成功的工艺。其一般是在膜处理之前，投加混凝剂(铝盐混凝剂最为常见)将污水先进行混凝后水中形成絮体再进行超滤的工艺。根据混凝之后是否有沉淀环节分为标准混凝超滤(混凝
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沉淀
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超滤)和在线混凝超滤(混凝
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超滤)。先前的关于混凝超滤的研究及专利技术主要集中在标准混凝
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超滤，曾普遍认为通过沉淀环节能够预先去除大量絮体及水中污染物，从而对后续过滤负荷能大大减少，然而目前有研究表明，在线混凝超滤因其不经沉淀，大量混凝后形成的絮体直接在膜表面堆积形成滤饼层，相较标准混凝反而改善了膜污染，因此得出絮体形成的滤饼层能够改善膜污染的结论。换句话说，膜污染改善好坏很大程度取决于滤饼层。此外，对于应用在一些不具备建设复杂水处理系统的简化膜基水厂或小型水处理厂，应用在线混凝超滤工艺相比标准混凝超滤工艺更具优势，省略沉淀池构筑物面积、减少混凝剂剂量及水处理持续时间。然而尽管混凝超滤优势突出，但在线混凝超滤容易受到污水性质(例如pH条件、水中颗粒物及有机物浓度等)、混凝剂形态、絮体形态等不同条件影响而使得膜污染控制效果大大降低。同时絮体形成的滤饼层随着过滤进行逐渐堆积，并且被压实，因此当水流通过时阻力逐渐增大，过水速率逐渐变低。当膜污染严重时，仍会造成超滤膜出水水质不达标、超滤膜出水水量剧减、超滤膜使用寿命降低等一系列问题。因此，需要开发一种新的在线混凝超滤系统，优化滤饼层，改善膜污染，获得更长的过滤使用周期、更优的出水水质、更稳定的运行性能。
[0004]在饮用水处理领域中，某些材料因在水中密度较大，在混凝过程中能够以其为“核心”形成絮体，从而更好地将水中的杂质分离，此类技术称为加载混凝技术。然后阻碍加载混凝技术发展应用于实际的一大因素在于加载材料的回收再利用。
[0005]因此，开发一种绿色无毒、材料可循环性高、最重要的是优化滤饼层、使得超滤膜过水速率与质量可达到长期稳定运行的在线混凝
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超滤系统方法是具有重要意义的。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决传统在线混凝超滤系统中因膜污染而造成膜过滤使用周期严重缩短、出水水量、水质不稳定的问题，进而提供在线混凝超滤系统中利用纳米级铁基材料改善超滤膜污染的方法。
[0007]在线混凝超滤系统中利用纳米级铁基材料改善超滤膜污染的方法，它包括过滤周期以及反冲洗周期；
[0008]过滤周期时，在原水混合池前端的第一投料口处投加纳米级铁基材料，原水与纳米级铁基材料于原水混合池内混合，混合后的原水在原水混合池与加载混凝池之间的第二投料口处投加铝基混凝剂，并进入加载混凝池内搅拌，得到投加混凝剂后的原水，投加混凝剂后的原水进入絮凝池内继续搅拌，最后在进水泵的作用下流入膜组件池进行膜过滤，得到净水，净水进入清水池；
[0009]所述的纳米级铁基材料为Fe3O4粉末状微球颗粒或SiO2包覆后的Fe3O4粉末状微球颗粒，所述的Fe3O4粉末状微球颗粒的粒径为50nm～300nm；所述的纳米级铁基材料的投加量为50mg/L～200mg/L；
[0010]反冲洗周期时，利用清水池内净水对膜组件池内膜进行反向加压冲洗，反冲洗后的浓缩水进入磁分离器，并将纳米级铁基材料回收，回收后的纳米级铁基材料继续投加于第一投料口。
[0011]本专利技术的有益效果是：
[0012]1、本专利技术对常规水质的去除效果如下：即便设置条件为高浊度、酸碱性较强的原水条件下，除浊方面整体优于常规工艺，出水浊度均在1.2NTU以下；出水UV
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方面与现有在线混凝超滤技术水平相当；出水DOC去除率均在47％以上，最高可达63％，而现有工艺处理水平为30％～56％。相比于传统在线混凝
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超滤方面各项出水水质指标可保持长期稳定，并在浊度、DOC去除率方面展现更佳的优越性及稳定性。
[0013]2、本专利技术控制膜污染方面，在面对不同浊度水源水时适应性极强，优化滤饼层后，过膜水量(简称膜通量，下同)与新膜的膜通量性能相比并未有太大下降。
[0014]3、本专利技术控制膜污染方面，在面对不同pH水源水时适应性极强，优化滤饼层后，过膜水量(简称膜通量，下同)与新膜的膜通量性能相比并未有太大下降。
[0015]4、本专利技术在所述工艺实际运行时，超滤膜结构不会因工艺引入材料受到损伤，且实际运行时材料投加量控制并不需十分准确，均可达到良好的膜污染控制效果。
[0016]5、本专利技术在运用于优化滤饼层的铁磁性材料可在反冲洗后进入磁分离器，利用磁力进行收集，材料循环再利用性高，大大降低运行成本，且优化后的利用SiO2进行包覆Fe3O4的材料由于SiO2的亲和性，因此过程损耗量极低，回收率进一步提升。虽然需要额外增加使用纳米级铁基材料的费用，但考虑到其能大大延长超滤膜的过滤使用周期，从而减少过滤
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反冲洗的次数，大大减少能耗；同时延长超滤膜的使用寿命，减少膜材料成本，因此相比于传统的混凝
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超滤工艺其费用甚至不增反减。且Fe3O4、SiO2均是常见的廉价材料，绿色无毒。因此，本专利技术不仅对环境友好，同时能带来可观的经济效益。
附图说明
[0017]图1为在线混凝超滤系统中利用纳米级铁基材料改善超滤膜污染的系统示意图；
[0018]图2为原水pH为7及浊度为55NTU的条件下，不同纳米级铁基材料投加量50mg/L对膜污染的控制效果图，
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为对比实验一，
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为对比实验二，
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为实施例五，
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为实施例七；图3为原水pH为7及浊度为55NTU的条件下，不同纳米级铁基材料投加量100mg/L对膜污染的控制效果图，
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为对比实验一，
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为对比实验二，
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为实施例一，
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为实施例三；图4为原水pH为7及浊度为55NTU的条件下，不同纳米级铁基材料投加量150mg/L对膜污染的控制效果图，
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为对比实验一，
●<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.在线混凝超滤系统中利用纳米级铁基材料改善超滤膜污染的方法，其特征在于它包括过滤周期以及反冲洗周期；过滤周期时，在原水混合池前端的第一投料口处投加纳米级铁基材料，原水与纳米级铁基材料于原水混合池内混合，混合后的原水在原水混合池与加载混凝池之间的第二投料口处投加铝基混凝剂，并进入加载混凝池内搅拌，得到投加混凝剂后的原水，投加混凝剂后的原水进入絮凝池内继续搅拌，最后在进水泵的作用下流入膜组件池进行膜过滤，得到净水，净水进入清水池；所述的纳米级铁基材料为Fe3O4粉末状微球颗粒或SiO2包覆后的Fe3O4粉末状微球颗粒，所述的Fe3O4粉末状微球颗粒的粒径为50nm～300nm；所述的纳米级铁基材料的投加量为50mg/L～200mg/L；反冲洗周期时，利用清水池内净水对膜组件池内膜进行反向加压冲洗，反冲洗后的浓缩水进入磁分离器，并将纳米级铁基材料回收，回收后的纳米级铁基材料继续投加于第一投料口。2.根据权利要求1所述的在线混凝超滤系统中利用纳米级铁基材料改善超滤膜污染的方法，其特征在于在线混凝超滤系统包括原水混合池(3)、加载混凝池(5)、絮凝池(6)、膜组件池(8)、清水池(9)、加药箱(11)及磁分离器(14)；所述的进水口(1)、原水混合池(3)、加载混凝池(5)、絮凝池(6)及膜组件池(8)通过进水管路依次连接，膜组件池(8)与清水池(9)之间通过进水管路及反冲洗管路连接，清水池(9)与出水口(10)通过出水管路相连通；进水口(1)与原水混合池(3)之间的进水管路上设置第一投料口(2)，原水混合池(3)与加载混凝池(5)之间的进水管路上设置第二投料口(4)；絮凝池(6)与膜组件池(8)之间的进水管路上设置进水泵(7)，且絮凝池(6)与膜组件池(8)之间的进水管路与浓缩水管路相连通，浓缩水管路与磁分离器(14)相连通，磁分离器(14)与反冲洗水排水口(15)相连通；膜组件池(8)与清水池(9)之间的反冲洗管路上设置反冲洗水泵(12)，且反冲洗管路与加药管路相连通，加药管路与加药箱(11)相连通，加药管路上设置加药泵(13)；所述的原水混合池(3)、加载混凝池(5)、絮凝池(6)内均设有搅拌器。3.根据权利要求1所述的在线混凝超滤系统中利用纳米级铁基材料改善超滤膜污染的方法，其特征在于所述的SiO2包覆后的Fe3O4粉末状微球颗粒是按以下步骤制备的：将Fe3O4粉末状微球颗粒加入到去离子水中，在功率为500W～3000W的条件下，超声水浴分散5min～60min，得到分散溶液，将分散溶液与无水乙醇混合，然后均匀滴加氨水溶液，滴加后在温度为15℃～35℃及搅拌速度为250rpm～500rpm的条件下搅拌，搅拌过程中滴加正硅酸乙酯，滴加后继续搅拌10h～30h，搅拌结束后，利用磁场强度为1.0T～3.0T的钕铁硼永磁体进行改性磁球的沉降分离，并用无水乙醇和...

【专利技术属性】
技术研发人员：南军，陈昀铉，刘博涵，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：