本发明涉及水处理技术领域，具体是涉及一种陶瓷膜过滤吸附处理系统及其工作方法。
背景技术：
水是人类发展不可缺少的自然资源，是人类和一切生物赖以生存的物质基础。当今世界，水资源不足和污染构成的水源危机已成为任何一个国家在政策、经济和技术上所面临的复杂问题和社会经济发展的主要制约因素。水处理设备按类别主要可分为污水处理设备、原水处理设备、净水设备、过滤设备、超纯水设备这几大类等。传统水处理吸附分离装置主要存在结构复杂，制造成本高，使用繁杂等缺陷。更重要的是作为核心组件的过滤膜，其造价普遍较高，更换不便，使用寿命短。
陶瓷膜，又称无机陶瓷膜，是以无机陶瓷材料经特殊工艺制备而形成的非对称膜。陶瓷膜主要分为管式陶瓷膜和片状陶瓷膜两种。管式陶瓷膜管壁密布微孔，在压力作用下，原料液在膜管内或膜外侧流动，小分子物质(或液体)透过膜，大分子物质(或固体)被膜截留，从而达到分离、浓缩、纯化和环保等目的。片状陶瓷膜(或称为平板陶瓷膜)上密布微孔，根据在一定的膜孔径范围内，渗透的物质分子直径不同则渗透率不同，以膜两侧的压力差为驱动力，膜为过滤介质，在一定压力作用下，当料液流过膜表面时，只允许水、无机盐、小分子物质透过膜，而阻止水中的悬浮物、胶和微生物等大分子物质通过。陶瓷膜具有分离效率高、效果稳定、化学稳定性好、耐酸碱、耐有机溶剂、耐菌、耐高温、抗污染、机械强度高、再生性能好、分离过程简单、能耗低、操作维护简便、使用寿命长等众多优势，已经成功应用于食品、饮料、植(药)物深加工、生物医药、发酵、精细化工等众多领域。
粉煤灰是一种灰质材料，主要是由煤中的粘土矿物、石英、方解石、黄铁矿等矿物等无机组分煅烧产生。因此粉煤灰化学成分以al2o3和sio2为主，另外还有cao、fe2o3、mgo、na2o、k2o、so3及没有燃烧完全的有机物质。粉煤灰颗粒呈球形结构且有大量的微孔，活性高、比表面积大，容易研磨，在制成产品时煅烧温度低，节省能耗，是一种优异的原材料。
由于al2o3、氧化锆等制作陶瓷膜的材料价格较为昂贵，同时在制作陶瓷膜是需要高温烧结造成生产成本高，很难进行产业化，因此仅在制药、食品、饮料等高端领域取得初步应用；然而在废水处理，特别是工业废水处理领域，由于行业本身的利润率低且日处理量大，如果采用陶瓷膜去处理，成本高一直不能投入实际应用。针对粉煤灰中含有大量的al2o3、sio2等物质，如果利用粉煤灰制成陶瓷膜不仅可以把粉煤灰资源化，而且制成的陶瓷膜将在很多方面都具有潜在的应用价值。因此，无论是在环保方面还是在科技方面都具有十分重要的意义。本发明正是基于该出发点，进行研制和研究。
技术实现要素：
针对上述技术问题，本发明提供了一种陶瓷膜过滤吸附处理系统及其工作方法。为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种陶瓷膜过滤吸附处理系统，由原料罐、循环泵、多介质过滤器、陶瓷膜组件、反冲罐、空气压缩机以及若干设置在管路上的电磁阀组成；
原料罐的底部通过电磁阀v14分成两个管路，一管路通过电磁阀v10实现排污或进液，另一管路连接循环泵的入口端；
循环泵的出口端分别与电磁阀v01、电磁阀v02、电磁阀v03连接分成三个管路，电磁阀v01设置的管路与原料罐的顶部连接，电磁阀v02设置的管路与陶瓷膜组件的顶部入口端连接，电磁阀v03设置的管路与多介质过滤器的入口端连接，多介质过滤器的出口端通过设置电磁阀v13的管路与陶瓷膜组件的顶部入口端连接；
陶瓷膜组件的底部浓液出口端分别与电磁阀v11、电磁阀v12连接分成两个管路，一管路通过电磁阀v12实现浓液排出，电磁阀v11设置的管路与原料罐的顶部连接；
陶瓷膜组件的底部清液出口端分别与电磁阀v07、电磁阀v08、电磁阀v09连接分成三个管路，一管路通过电磁阀v09实现清液排出，电磁阀v07设置的管路与原料罐的顶部连接，电磁阀v08设置的管路与反冲罐的底部连接；
反冲罐的顶部分别与电磁阀v05、电磁阀v06连接分成两个管路，一管路通过电磁阀v06实现排气，电磁阀v05设置的管路与空气压缩机连接。
陶瓷膜组件的上部通过电磁阀v04设置的管路形成取样管路。
本发明的陶瓷膜过滤吸附处理系统的工作方法，主要包括过滤吸附方法，具体为：
打开电磁阀v01和电磁阀v10，关闭其他所有电磁阀，开启循环泵，将原料液或待处理液自循环泵进入原料罐中；
关闭电磁阀v01、电磁阀v10，打开电磁阀v14、电磁阀v02、电磁阀v11，此时，在循环泵作用下，待处理液自原料罐出来后经过陶瓷膜组件过滤吸附处理，浓液自电磁阀v11所在管路再次回到原料罐等待再次吸附处理；经过数个处理循环后，打开电磁阀v04进行取样分析，若检测合格，则关闭电磁阀v11，打开电磁阀v09放出清液；处理完成后关闭电磁阀v11，浓液自电磁阀v12所在管路排出；
当待处理液需要预处理时，则关闭电磁阀v02，打开电磁阀v03、电磁阀v13，待处理液自原料罐出来后首先经过多介质过滤器预处理后再进入陶瓷膜组件进行过滤吸附处理。
本发明的陶瓷膜过滤吸附处理系统的工作方法还包括反冲方法，具体为：
为了防止陶瓷膜微孔被阻塞导致吸附能力下降，反冲是在吸附过滤处理过程中进行的，首先打开电磁阀v05、电磁阀v08，关闭电磁阀v09、电磁阀v07，开启空气压缩机，使压缩空气进入陶瓷膜组件中，在压力作用下，冲刷的物质被带离陶瓷膜表面，被阻塞的微孔重新恢复吸附过滤功能；反冲结束后，关闭电磁阀v05、电磁阀v08，重新开启电磁阀v09或电磁阀v07继续吸附过滤处理，通过打开电磁阀v06实现排气。
作为本发明的优选技术方案，所述陶瓷膜组件内装载有管式多孔陶瓷膜，管式多孔陶瓷膜的制备方法步骤如下：
(1)、把电厂取回的粉煤灰进行500目振动筛过筛分级处理；
(2)、将51.1g粉煤灰、7g高岭土(4000目)、7g淀粉以及3.5gcaco3放入球磨罐中，以料：球为1：2的质量比加入球进行球磨，球磨时间为2-3h；
(3)、将球磨后的粉料放入烧杯中，加入20ml蒸馏水搅拌15min，密封陈腐12h；然后将混料倒入模压机的模具中加压至18mpa，并保压一段时间，得到坯体，用保鲜膜包裹放置3d；
(4)、将坯体放入高温炉中进行程序升温烧结，以0.35℃/min的速率从室温25℃升至90℃，保温60min，再以0.5℃/min的速率升至300℃，保温60min，使造孔剂淀粉充分热分解形成孔隙，随后以1℃/min的速率升至1200℃，并保温60min，最后以2℃/min的速率降至室温。
相对于现有技术，本发明的有益效果表现如下：
1)、本发明从两个角度出发，以克服现有技术的陶瓷膜过滤吸附处理系统所存在的缺陷。首先，通过合理设计陶瓷膜过滤吸附处理系统的结构组成，陶瓷膜过滤吸附处理系统具有使用简单，操作简便，设备制造成本低廉，过滤吸附处理效率高等优点。同时，对陶瓷膜过滤吸附处理系统的核心组件——陶瓷膜进行改进，通过合理设计陶瓷膜的制备方法，使制备的陶瓷过滤膜具有良好的吸附性能，且具有可再生性，使用寿命长。
2)、本发明以粉煤灰为主要原料，以淀粉为造孔剂，提高多孔陶瓷膜的孔隙率和水通量；以caco3和高岭土为助烧剂。同时，添加一定量caco3的主要目的是提高多孔陶瓷膜的抗折强度；添加一定量的高岭土是改变粉煤灰中sio2和al2o3的比例在高温烧结后形成性能优良的多孔陶瓷材料。制备的多孔陶瓷膜的主晶相为莫来石晶相，而莫来石晶相的多孔陶瓷膜强度较大，一般情况下主晶相为莫来石晶相的多孔陶瓷膜的抗折强度多达1400-1500mpa，适用于较大压强下的污水过滤处理。
3)、本发明利用粉煤灰研制无机多孔陶瓷膜，不仅提高粉煤灰的利用率，也降低无机陶瓷膜的制备成本及原料紧张局势。通过制备的无机多孔陶瓷膜对工业废水及高温废气进行过滤吸附处理后，可以减轻环境污染问题，也节省了大量能量和资源，属于一种新型环保工艺，也达到以废治废的环保理念。
附图说明
以下结合实施例和附图对本发明的一种陶瓷膜过滤吸附处理系统及其工作方法作出进一步的详述。
图1为本发明的陶瓷膜过滤吸附处理系统的结构示意图。
图2为制备方法中煅烧程序升温曲线。
具体实施方式
实施例1
请参阅图1所示，本发明的一种陶瓷膜过滤吸附处理系统，由原料罐15、循环泵20、多介质过滤器16、陶瓷膜组件17、反冲罐18、空气压缩机19以及若干设置在管路上的电磁阀组成。原料罐15的底部通过电磁阀v14分成两个管路，一管路通过电磁阀v10实现排污或进液，另一管路连接循环泵20的入口端。
循环泵20的出口端分别与电磁阀v01、电磁阀v02、电磁阀v03连接分成三个管路，电磁阀v01设置的管路与原料罐15的顶部连接，电磁阀v02设置的管路与陶瓷膜组件17的顶部入口端连接，电磁阀v03设置的管路与多介质过滤器16的入口端连接，多介质过滤器16的出口端通过设置电磁阀v13的管路与陶瓷膜组件17的顶部入口端连接。
陶瓷膜组件17的上部通过电磁阀v04设置的管路形成取样管路。陶瓷膜组件17的底部浓液出口端分别与电磁阀v11、电磁阀v12连接分成两个管路，一管路通过电磁阀v12实现浓液排出，电磁阀v11设置的管路与原料罐15的顶部连接。陶瓷膜组件17的底部清液出口端分别与电磁阀v07、电磁阀v08、电磁阀v09连接分成三个管路，一管路通过电磁阀v09实现清液排出，电磁阀v07设置的管路与原料罐15的顶部连接，电磁阀v08设置的管路与反冲罐18的底部连接。
反冲罐18的顶部分别与电磁阀v05、电磁阀v06连接分成两个管路，一管路通过电磁阀v06实现排气，电磁阀v05设置的管路与空气压缩机19连接。
本发明的陶瓷膜过滤吸附处理系统的工作方法，主要包括过滤吸附方法和反冲方法：
①、过滤吸附方法，具体为：
打开电磁阀v01和电磁阀v10，关闭其他所有电磁阀，开启循环泵20，将原料液或待处理液自循环泵20进入原料罐15中。
关闭电磁阀v01、电磁阀v10，打开电磁阀v14、电磁阀v02、电磁阀v11，此时，在循环泵20作用下，待处理液自原料罐15出来后经过陶瓷膜组件17过滤吸附处理，浓液自电磁阀v11所在管路再次回到原料罐15等待再次吸附处理；经过数个处理循环后，打开电磁阀v04进行取样分析，若检测合格，则关闭电磁阀v11，打开电磁阀v09放出清液；处理完成后关闭电磁阀v11，浓液自电磁阀v12所在管路排出。
当待处理液需要预处理时，则关闭电磁阀v02，打开电磁阀v03、电磁阀v13，待处理液自原料罐15出来后首先经过多介质过滤器16(采用市售产品)预处理后再进入陶瓷膜组件17进行过滤吸附处理。
②、反冲方法，具体为：
为了防止陶瓷膜微孔被阻塞导致吸附能力下降，反冲是在吸附过滤处理过程中进行的，首先打开电磁阀v05、电磁阀v08，关闭电磁阀v09、电磁阀v07，开启空气压缩机19，使压缩空气进入陶瓷膜组件17中，在压力作用下，冲刷的物质被带离陶瓷膜表面，被阻塞的微孔重新恢复吸附过滤功能；反冲结束后，关闭电磁阀v05、电磁阀v08，重新开启电磁阀v09或电磁阀v07继续吸附过滤处理，通过打开电磁阀v06实现排气。
本发明的陶瓷膜过滤吸附处理系统中，陶瓷膜组件17内部装载有三根管式多孔陶瓷膜，在泵压的作用下，液体自每一根陶瓷膜的外侧进入其内部，截留物质富积于陶瓷膜的外侧，从而实现过滤吸附处理。
实施例2
管式多孔陶瓷膜的制备方法步骤如下：
(1)、把电厂取回的粉煤灰进行500目振动筛过筛分级处理；
(2)、将51.1g粉煤灰、7g高岭土(4000目)、7g淀粉以及3.5gcaco3放入球磨罐中，以料：球为1：2的质量比加入球进行球磨，球磨时间为2.5h；
(3)、将球磨后的粉料放入烧杯中，加入20ml蒸馏水搅拌15min，密封陈腐12h；然后将混料倒入模压机的模具中加压至18mpa，并保压一段时间，得到坯体，用保鲜膜包裹放置3d；
(4)、将坯体放入高温炉中进行程序升温烧结，由于淀粉在283℃时完全热分解，因此，胚体需要在该温度下设置保温时间，管式多孔陶瓷膜烧结的升温曲线如图2所示，以0.35℃/min的速率从室温25℃升至90℃，保温60min，此时保温目的是充分出去坯体的水分，再以0.5℃/min的速率升至300℃，保温60min，此时保温是为了使得造孔剂淀粉充分热分解形成孔隙，随后以1℃/min的速率升至1200℃，并保温60min，此时保温主要是使粒子完全烧结，最后以2℃/min的速率降至室温。
实施例3
管式多孔陶瓷膜的性能优点主要体现在以下几个方面：
1.多孔陶瓷膜具有良好的吸附性能
1.1吸附亚甲基蓝溶液
1.1.1最大吸附率测定
配制体积为1000ml浓度为1mg/l的亚甲基蓝溶液；将配好的亚甲基蓝溶液循环地经过实施例1陶瓷膜过滤吸附处理系统(装载实施例2制备的管式多孔陶瓷膜，下同)吸附处理。一定次数后，测定滤液的吸光度，并与亚甲基蓝溶液的初试吸光度进行对比。通过实验可得：多孔陶瓷膜对亚甲基蓝溶液第一次处理的吸附去除率多达90.1％，说明多孔陶瓷膜的吸附处理效果较好，并不需要进行多次过滤吸附处理。当第3次膜过滤时去除率增长缓慢，第四次膜过滤后去除率达到最大值为93.6％。
1.1.2最大吸附量测定
配制相同浓度为1mg/l的若干份体积为1000ml的亚甲基蓝溶液，经过实施例1陶瓷膜过滤吸附处理系统吸附处理，测定每次吸附过后滤液的吸光度。经过重复实验可得：随着膜过滤相同浓度亚甲基蓝溶液体积的增加，对应的过滤溶液吸光度逐渐变大，去除率也相应的逐渐变小。当浓度为1mg/l的亚甲基蓝溶液的过滤总体积达到12000ml时，对应的去除率几乎不变，当去除率低于10％时即为膜失去吸附效果，故膜吸附1mg/l亚甲基蓝溶液体积约为8000ml。
1.2吸附印染废水
为进一步探究多孔陶瓷膜处理实际印染废水的效果，给工业应用提供一定的参考价值，取少量的印染废水离心后取上层清液，稀释20倍后利用实施例1陶瓷膜过滤吸附处理系统对其进行吸附处理。研究中实际处理的废水为浙江美欣达印染集团股份有限公司的未经任何处理的印染废水。经过实验，得出该多孔陶瓷膜处理稀释20倍的印染废水的脱色率为42％左右，cod去除率为31％左右。
2.多孔陶瓷膜具有可再生性
将吸附过后的多孔陶瓷膜置于乙醇溶液中进行超声振荡，随着时间的增加析出液的颜色逐渐加深，通过测定其吸光度，也可发现其吸光度在逐渐增加。60min后，析出液的吸光度不再增加。表明通过一定的手段(如乙醇溶液中超声振荡等)，可以使多孔陶瓷膜吸附的物质重新析出，从而实现多孔陶瓷膜的再生及再利用。
3.物理性能优异
经过检测可知，实施例2烧结制备得到的管式多孔陶瓷膜的平均孔径为1μm，孔隙率为37.2％，抗折强度为15.7mpa，水通量为1201l/(m2·h·mpa)，吸水率为22.61％，耐酸度为95.5％，耐碱度为94.1％，体积密度为1.74g/ml，管式膜的外直径为20mm，内直径为10mm，厚度为10mm，长度为250mm，烧结后质量为68g，烧结收缩率为2.7％。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。