一種適用于污水脫鹽回用的復(fù)合膜分離方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于污水脫鹽回用的復(fù)合膜分離方法，運(yùn)用膜過濾與電吸附耦合原理去除污水中的離子，提高出水水質(zhì)，屬于污(廢)水處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，環(huán)境形勢也愈發(fā)嚴(yán)峻，在眾多環(huán)境問題中，水資源短缺日益嚴(yán)重，已經(jīng)成了制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重大瓶頸問題。在此形勢下，僅僅提倡節(jié)約用水也已不足以滿足當(dāng)前的用水需求，亟待進(jìn)行非常規(guī)水源的開發(fā)利用，例如苦咸水的淡化、工業(yè)廢水循環(huán)利用以及市政廢水深度處理回用等，但某些農(nóng)村地區(qū)的地下水，沿海城市混合海水的生活污水，以及化工、印染、食品加工等行業(yè)的工業(yè)廢水中，均含有較高濃度的離子，例如Cl—、no3—、so42—以及各種金屬離子等，其處理不當(dāng)可能會(huì)引起嚴(yán)重的水體污染問題。此外，重金屬離子一旦進(jìn)入水體，會(huì)影響居民生活飲用水安全，危害人體健康，比如鉛會(huì)誘發(fā)貧血癥，汞的富集可引發(fā)水俁病，鎘可導(dǎo)致骨痛病，銅攝入過量會(huì)損害肝臟，而砷的化合物劇毒，有致癌作用。因此要實(shí)現(xiàn)對這些非常規(guī)水源的利用，還需要對其進(jìn)行脫鹽處理，以達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)排放或有效回用的目的，成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。
[0003]近年來電吸附技術(shù)憑借其在去除效果和能耗等方面的獨(dú)特的優(yōu)勢，受到了廣泛的關(guān)注。通過外加低電壓直流供電，電吸附技術(shù)可以去除污染性離子，實(shí)現(xiàn)污水凈化。與其他水處理技術(shù)相比，電吸附技術(shù)具有操作維護(hù)簡便、設(shè)備壽命長、能耗低、無二次污染等特點(diǎn)，對溶解性污染物具有良好的去除效果。然而，傳統(tǒng)的電吸附工藝對顆粒態(tài)的污染物較為敏感。顆粒物的引入不僅降低了脫鹽效果，而且堵塞電極，增加了設(shè)備維護(hù)成本。因此，在處理含有顆粒污染物的含鹽廢水中，通常需要在電吸附工藝前端設(shè)置預(yù)處理流程以攔截顆粒物，增加了電吸附工藝的占地面積、設(shè)備成本及操作步驟。
[0004]另一方面，膜分離方法由于其優(yōu)良的固液分離效果而廣泛應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域。膜分離技術(shù)是有效解決電吸附工藝中的顆粒污染物污染問題的有效手段。限制膜分離工藝發(fā)展的最主要問題是膜污染，通過外加直流電場，使膜表面帶負(fù)電荷，排斥污水中同帶負(fù)電荷的顆粒污染物，從而起到控制膜污染的作用。通過耦合電吸附與膜分離工藝，形成新型導(dǎo)電復(fù)合膜電吸附脫鹽工藝，可以同步實(shí)現(xiàn)顆粒物攔截與離子脫除，可以為含鹽廢水的處理拓展新思路。然而，現(xiàn)有的研究成果以及文獻(xiàn)報(bào)道主要集中于電吸附工藝的優(yōu)化，且國內(nèi)專利中涉及脫鹽的成果也都集中在膜分離和電吸附單獨(dú)運(yùn)行的工況，如木內(nèi)崇文(膜分離裝置以及膜分離方法發(fā)明專利公布號103052437)，常錚(一種通過電吸附技術(shù)從工業(yè)廢水中選擇性去除Fe2+和/或Fe3+的方法發(fā)明專利公布號104609518)，關(guān)于膜分離和電吸附耦合的工藝卻鮮有報(bào)道。為數(shù)不多的將二者結(jié)合的工藝，如張鴻濤(一種用于脫鹽系統(tǒng)的膜-電吸附裝置發(fā)明專利公布號103693718)運(yùn)用離子交換膜結(jié)合電吸附工藝對廢水脫鹽，其增加陽離子交換膜和陰離子交換膜的目的是分別增加陽離子與陰離子的選擇透過性，離子交換膜不起污水過濾作用；其次該系統(tǒng)依舊無法解決顆粒污染物對裝置本身的損害，且離子交換膜成本較高，運(yùn)行維護(hù)較為麻煩。
[0005]本發(fā)明將膜分離與電吸附結(jié)合，同時(shí)實(shí)現(xiàn)污水的過濾分離與電吸附脫除離子的功能，可有效截留污水中的顆粒物，避免其對吸附材料的損害，同時(shí)去除污水中的污染性離子，避免二次污染，節(jié)省能耗，降低造價(jià)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種在污水處理中能將固液分離與脫鹽功能同時(shí)實(shí)現(xiàn)的膜分離技術(shù)，該技術(shù)方法耦合膜分離與電吸附工藝，同時(shí)實(shí)現(xiàn)污水的過濾分離與電吸附脫除離子的功能，可有效截留顆粒物，吸附廢水中的離子型污染物，提高脫鹽的效果，無二次污染，且操作簡便，能耗較低，適用于低濃度的含鹽廢水的處理。
[0007]本發(fā)明提出的一種適用于污水脫鹽回用的復(fù)合膜分離方法，所述分離方法采用導(dǎo)電復(fù)合膜反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)污水脫鹽，所述導(dǎo)電復(fù)合膜反應(yīng)器由進(jìn)水系統(tǒng)1、電源系統(tǒng)2、膜反應(yīng)器
3、出水控制系統(tǒng)4和清水池5組成，進(jìn)水系統(tǒng)I由進(jìn)水池和進(jìn)水流量調(diào)節(jié)裝置組成，根據(jù)工藝要求調(diào)節(jié)進(jìn)水流量，進(jìn)水流量調(diào)節(jié)裝置設(shè)置于進(jìn)水池的進(jìn)水口，進(jìn)水池的出水口通過管道與膜反應(yīng)器連接，膜反應(yīng)器由反應(yīng)池、復(fù)合膜組件6和攪拌系統(tǒng)組成，位于反應(yīng)池中的若干片復(fù)合膜組件6分別通過導(dǎo)電性能良好的導(dǎo)線7與電源系統(tǒng)2的正負(fù)極相連。膜反應(yīng)器采用浸沒式的布置方式，攪拌器設(shè)置于反應(yīng)池內(nèi)，使反應(yīng)池內(nèi)的反應(yīng)液混合均勻，膜反應(yīng)器的反應(yīng)池出水口通過管道與出水系統(tǒng)連接；
每組復(fù)合膜組件為平板膜結(jié)構(gòu)，由陰極復(fù)合膜8、陽極復(fù)合膜9和分隔層10組成，其中:陰極復(fù)合膜由陰極電極11和陰極集流體12通過聚合物材料粘合而成，陽極復(fù)合膜由陽極電極13和陽極集流體14通過聚合物材料粘合而成，所述陰極復(fù)合膜8和陽極復(fù)合膜9通過分隔層10隔開，以防止短路;所述陰極集流體位于進(jìn)水口一側(cè)，陽極集流體位于出水口一側(cè)，SP進(jìn)水先流經(jīng)陰極集流體和陰極電極，經(jīng)過分隔層，再通過陽極電極和陽極集流體，以膜出水的形式排出導(dǎo)電復(fù)合膜反應(yīng)器；
具體步驟如下:
將符合工藝要求的進(jìn)水接入進(jìn)水池，通過進(jìn)水流量調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)進(jìn)水流量，進(jìn)水池的出水進(jìn)入膜反應(yīng)器，采用恒流或恒壓的方式運(yùn)行，進(jìn)水先流經(jīng)陰極集流體和陰極電極，經(jīng)過分隔層，再通過陽極電極和陽極集流體，以膜出水的形式排出導(dǎo)電復(fù)合膜反應(yīng)器，控制膜通量范圍8?50 17(111211)，跨膜壓差范圍0.4?20 kPa，接通電源，啟動(dòng)膜反應(yīng)器，吸附含鹽廢水中的離子型污染物。
[0008]本發(fā)明中，控制進(jìn)水池的進(jìn)水濃度低于5000 mg/L(以TDS計(jì))。
[0009]本發(fā)明中，外加直流電壓范圍為0.4?2.0 V。
[0010]本發(fā)明中，電源系統(tǒng)由穩(wěn)壓直流電源為電吸附過程供電，陰極復(fù)合膜接電源負(fù)極，陽極復(fù)合膜接電源正極，電源系統(tǒng)與陰極或陽極連接的電路中設(shè)置電流監(jiān)測裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測電流情況。
[0011]本發(fā)明中，集流體采用導(dǎo)電性佳的網(wǎng)孔狀材料，所述材料為鈦、鈦合金材料或不銹鋼材料等中任一種，電極采用碳基材料，為碳布、碳納米管、活性炭粉末或纖維、碳?xì)饽z、石墨烯或炭黑中任一種，聚合物材料采用高分子聚合物，具體為聚偏氟乙烯、聚醚砜、聚四氟乙烯或聚丙烯腈中任一種。
[0012]本發(fā)明中，所述分隔層采用透水性較好的材料，具體為尼龍網(wǎng)、無紡布或聚丙烯材料中的一種。
[0013]本發(fā)明中，所述陰極復(fù)合膜和陽極復(fù)合膜可采用不同的電極材料和集流體材料。
[0014]本發(fā)明的原理是:采用平板膜電極的形式，耦合膜分離和電吸附過程，在適合的膜通量下，分離層對顆粒污染物進(jìn)行截留，實(shí)現(xiàn)對污水的固液分離，在陰陽電極施加適合的電壓，吸附污水中的離子型污染物，實(shí)現(xiàn)污水脫鹽的目的。當(dāng)電極吸附飽和后，通過短接外加電源開始解吸，將電極再生。通過吸附-解吸循環(huán)，可實(shí)現(xiàn)膜組件的重復(fù)利用，降低運(yùn)行成本。
[0015]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
(I)本發(fā)明采用平板膜的膜組件形式，耦合膜分離和電吸附的技術(shù)方法，可在固液分離的同時(shí)對離子型污染物進(jìn)行吸附，突破膜分離和電吸附工藝的局限性，提升脫鹽效果，該技術(shù)運(yùn)行能耗較低，運(yùn)行管理方便。
[0016](2)本發(fā)明中的導(dǎo)電復(fù)合膜外側(cè)具有截留顆粒物的功能，減少無效吸附的同時(shí)可減少對內(nèi)側(cè)吸附材料的磨損。且外加直流電場，使膜表面帶負(fù)電荷，排斥污水中同帶負(fù)電荷的顆粒、膠體等污染物，控制膜污染，延長膜清洗周期和膜的使用壽命，減少膜清洗的能耗，降低運(yùn)行成本。
【附圖說明】
[0017]圖1為耦合膜分離與電吸附技術(shù)的脫鹽工藝的示意圖；
圖中標(biāo)號:I為進(jìn)水系統(tǒng)，2為電源系統(tǒng)，3為膜反應(yīng)器，4為出水控制系統(tǒng)，5為清水池，6為復(fù)合膜組件，7為導(dǎo)線，8為陰極復(fù)合膜，9為陽極復(fù)合膜，10為分隔層。
[0018]圖2為單片膜復(fù)合膜組件的詳細(xì)構(gòu)成示意圖；
圖中標(biāo)號:7為導(dǎo)線，8為陰極復(fù)合膜，9為陽極復(fù)合膜，10為分隔層，11為陰極集流體，12為陰極電極，13為陽極電極，14為陽極集流體。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面通過實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0020]實(shí)施例1:
采用圖1中所示的工藝裝置，進(jìn)水系統(tǒng)I由進(jìn)水池和進(jìn)