专利名称：一种基于复膜过滤技术的纳滤直饮水制备方法
技术领域：
本发明涉及一种直饮水制备方法，特别是涉及一种基于复膜过滤技术的纳滤直饮水制备方法。
背景技术：
随着人口的增加，人们活动范围的不断扩大以及工农业的发展和人口居住的城镇化，大量的工业生产污水、农业生产污水和人们生活污水被排入环境，水的污染问题已越来越严重。水是人们赖以生存的基本物质基础，我们每天都必须摄入一定数量的水，因此，饮水污染严重威胁着人们的生存安全。面对日益严重的水资源污染，今天，我们对饮水的安全问题已越来越关注。同时，随着社会的发展，人们生活水平的提高，人们对高品质的饮水需求快速增加。为了饮水安全，提高饮用水品质，人们发明了各种直接饮用水的生产方法，归纳起来有如下几类(一)蒸馏法蒸馏法生产的饮用水就是蒸馏水。它是将自来水经过必要的预处理后，泵入蒸馏水器中加热至沸产生水蒸汽，水蒸汽经冷却器冷却、收集就得到蒸馏水。蒸馏水作为饮用水有两个问题，一是在生产蒸馏水时除了需要消耗大量的能源，生产成本高以外，还会排出大量的废气，污染环境。二是蒸馏水是一种纯水，不含有任何矿物质，人们长期饮用这种没有矿物质的纯水，可能导致人体内的电解质缺乏，从而引起一系列因缺少电解质的疾病。
(二)离子交换法离子交换法生产的饮用水称为去离子水。它是将自来水经过必要的预处理(如絮凝沉淀过滤)后，泵入离子交换设备(通常由一级阳离子吸附柱、一级阴离子吸附柱和一级混合离子吸附柱组成)，经过离子交换，脱除自来水中的阳离子和阴离子从而得到去离子水。用离子交换法生产的饮用水存在如下问题(1)生产离子交换水的离子交换树脂本身可能会有一些溶于水的有害物质残留，会随着饮用水的生产而带入饮用水中，造成饮水的不安全性；(2)生产离子交换水时的树脂再生会产生一定数量的废水，污染环境；(3)离子水也是一种纯水，不含有任何矿物质，人们长期饮用这种没有矿物质的纯水，可能导致人体内的电解质缺乏，从而引起一系列因缺少电解质的疾病。
(三)过滤吸附法过滤吸附法生产饮用水的方法是将自来水经过必要的预处理(如沉淀过滤)后，泵入吸附塔(通常为装有活性碳的吸附柱)经活性碳等吸附剂吸附，除去对人体有害的细菌、大分子化合物、农药残留、重金属等得到可以直接饮用的水。这种方法的缺点是吸附剂都是有一定的吸附容量和吸附寿命的，当达到饱和后，吸附剂就失去吸附效果，需要更换或再生，否则，生产的水就不能直接饮用。由于自来水的水质不同，吸附剂的使用寿命也不相同，判断吸附剂是否饱和或更换吸附剂，不仅需要较高的专业知识，而且还要借助一定的分析测试。显然，这对一般的用户是难以做到的。这样也就带来了过滤吸附法生产饮用水的不安全性。
(四)膜过滤法膜过滤法是将自来水经过必要的预处理(如沉淀过滤)后，泵入反渗透膜(RO)或纳滤膜设备、超滤膜设备中，经过膜过滤而生产直接饮用水的方法。当前主要有两类，一类是反渗透(RO)法，另一类是纳滤法。
运用反渗透膜(RO)过滤生产饮用水的方法称为反渗透法，运用这种原理开发的直接饮用水生产技术和生产设备很多，中国专利CN95109777.6，CN01109407.9，CN02136445.1，CN200510049194.5，CN91209804.X，CN93220895.9，CN94211438.8，CN96219421.2，CN97201067.X，CN96241137.X，CN98208175.8，CN98213939.X，CN97240602.6，CN99206896.7，CN99210374.6，CN00230031.1，CN00212345.2，CN00228628.9，CN00227442.6，CN00228627.0，CN01252857.9，CN01256371.4，CN01251236.2，CN02225842.6，CN02260589.4，CN200320125779.7，CN200320102912.7等公开了多种反渗透制备纯水的方法和设备(装置)。运用反渗透的方法和设备(装置)生产的饮用水除了将对人体有害的细菌和污染物被除掉之外，水中人体必须的矿物质也同时被过滤去除，也就是说，在这种纯净水中没有人体必须的矿物质。因此，人们长期饮用这种没有矿物质的纯水，也可能导致人体内的电解质缺乏，从而导致一系列因缺少电解质的疾病。
运用纳滤膜(NF)过滤生产饮用水的方法称为纳滤法，运用这种原理开发的直接饮用水生产技术和生产设备也很多，中国专利CN200420015664.7，CN200320128766.5，CN03225134.3，CN01203992.6，CN03145434.8，CN01112971.9，CN99110755.1等分别公开了不同的纳滤水生产方法或设备。采用纳滤膜过滤的方法生产的直接饮用水不仅能够充分将固体悬浮物、沉淀、细菌、对人体有害的其它大分子杂质、农药残留和重金属等除去，而且还可以有选择性地充分保留对人体有益的矿物质。因此，纳滤直接饮用水是当前一种最为安全和健康的饮用水。但是，当前的纳滤水生产方法和设备存在因为原料水在进入纳滤系统之前没有通过有效的预处理，导致纳滤设备负荷过重，纳滤膜的污染严重，清洗次数多，换膜间隙时间短，产水率较低，水的生产成本较高等缺点。
发明内容
本发明的目的在于针对现有直接饮用水生产方法和生产设备(装置)存在的缺陷，特别是针对现有运用纳滤过滤生产直接饮用水的技术和设备存在的缺陷，提供一种基于复膜过滤技术的纳滤直饮水制备方法。
本发明采用的技术方案是使自来水在进入纳滤设备过滤之前，先通过纤维滤芯过滤，除去自来水中的大颗粒的固体悬浮物、沉淀等杂质，然后用超滤设备进行超滤过滤处理，以提高纳滤设备的使用效率，减少纳滤膜的清洗次数，提高产水率，从而大大降低直接饮用水的生产成本和水资源利用率。在纳滤之后，再将纳滤水经过活性碳吸附脱色脱味，从而获得高品质的纳滤直接饮用水。
本发明是通过如下步骤实现的1)纤维滤芯过滤将自来水通过纤维滤芯过滤，除去自来水中的大颗粒的固体悬浮物、沉淀等杂质得过滤水；2)超滤将压力不小于3bar的过滤水经过超滤系统过滤得透析液(超滤水)和超滤浓缩液(超滤浓缩水)，超滤水作为进一步生产直接饮用水的原料，浓缩水回收作为日常卫生用水，运用超滤过滤去除经纤维滤芯过滤后自来水中残余的悬浮物、细菌、其它沉淀、大分子化合物等有害杂质；3)纳滤将超滤水泵入纳滤系统过滤，得纳滤透析液(纳滤水)和纳滤浓缩液(纳滤浓缩水)，纳滤水作为进一步生产直接饮用水的原料，纳滤浓缩水回收与超滤浓缩水合并作为日常卫生用水，运用纳滤过滤去除超滤水中的农药残留、重金属及其它对人体有害的大分子化合物等杂质，但充分保留对人体健康有益的矿物质；4)吸附脱色脱味将纳滤水经装有活性碳的吸附柱吸附脱色脱味，得到高品质的纳滤直饮水；5)浓缩水回收将超滤浓缩水和纳滤浓缩水合并贮于水槽中，用于作为环境绿化、洗衣、打扫卫生等日常生活(非饮用)用水。
在步骤1)中，纤维滤芯为过滤孔径为5～25μm纤维滤芯。
在步骤2)中，超滤系统所用的膜选自聚砜超滤膜、聚醚砜超滤膜、聚氟酰胺超滤膜、醋酸纤维超滤膜、聚偏氟乙烯超滤膜等中的一种，其截留分子量为50000～300000MWCO，进压为4～8bar，出压为3～6.5bar，压力差为1bar～1.5bar。
在步骤3)中，纳滤系统所用的纳滤膜材料选自聚砜膜、聚醚砜膜、醋酸纤维素膜、复合纳滤膜等中的一种，其截留分子量为150～300MWCO，进压为12～45bar，出压为10.5～43.5bar，工作压力差为1.5bar～2.5bar。
与现有纳滤水技术相比，本发明具有如下突出优点(1)在自来水进入纳滤系统之前，采用纤维滤芯过滤和超滤过滤技术处理，可以有效去除自来水中的悬浮物、细菌、其它沉淀物、大分子化合物等有害杂质，减轻纳滤系统中纳滤膜材料的污染，减少纳滤膜材料的清洗次数，延长纳滤膜的使用寿命，大大减少换膜次数，从而提高纳滤的效率和产水率，节省成本。
(2)在超滤系统中，选用具有较高的稳定性，便于清洗再生的超滤膜，从而减少换膜成本和设备运行维修成本。
图1为本发明实施例的生产工艺流程框图。
具体实施例方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例1参见图1，将自来水通过过滤孔径为5μm的纤维滤芯过滤，除去自来水中的大颗粒的固体悬浮物、沉淀等杂质，再经过超滤系统过滤得透析液(超滤水)和超滤浓缩水。超滤水作为进一步生产纳滤直饮水的原料，转入下一工序，超滤浓缩水回收作为日常卫生用水。超滤系统所用的超滤膜为截留分子量为300000MWCO的聚醚砜膜。超滤的工作条件为常温，工作压力差1bar，即进压4bar，出压3bar。将经过超滤处理所得的超滤水用增加泵泵入纳滤系统过滤，得纳滤水和纳滤浓缩水。纳滤水作为进一步生产直饮水的原料，转入下一工序，纳滤浓缩水回收与超滤浓缩水合并作为日常卫生用水。纳滤系统所用的纳滤膜材料是截留分子量为150MWCO的聚醚砜纳滤膜，工作条件为温度为常温，进压13bar，出压10.5bar，工作压力差2.5bar。将经过纳滤过滤所得的纳滤水经装有活性碳的吸附柱吸附脱色脱味，就得到高品质的纳滤直饮水。将超滤浓缩水和纳滤浓缩水合并贮于水槽中，用于作为环境绿化、洗衣、打扫卫生等日常生活(非饮用)用水。
实施例2与实施例1类似，其区别在于纤维滤芯选用过滤孔径为15μm的醋酸纤维滤芯。超滤系统所用的超滤膜为截留分子量为50000MWCO的醋酸纤维膜，工作压力差为1.5bar，进压为5bar，出压为3.5bar。纳滤系统所用的纳滤膜材料是截留分子量为200MWCO的复合纳滤膜，进压34bar，出压32.5bar，工作压力差1.5bar。
实施例3与实施例1类似，其区别在于纤维滤芯选用过滤孔径为20μm的聚酯纤维滤芯。超滤系统所用的超滤膜为截留分子量为150000MWCO的聚氨脂膜，工作压力差为1.5bar，进压为6bar，出压为4.5bar。纳滤系统所用的纳滤膜材料是截留分子量为300MWCO的聚酰氨膜，进压31.5bar，出压29bar，工作压力差2.5bar。
实施例4与实施例1类似，其区别在于纤维滤芯选用过滤孔径为25μm的聚偏氟乙烯纤维滤芯。超滤系统所用的超滤膜为截留分子量为100000MWCO的聚砜膜，工作压力差为1bar，进压为7bar，出压为6bar。纳滤系统所用的纳滤膜材料是截留分子量为200MWCO的聚砜膜，进压12bar，出压10.5bar，工作压力差1.5bar。
实施例5与实施例1类似，其区别在于纤维滤芯选用过滤孔径为15μm的醋酸纤维滤芯。超滤系统所用的超滤膜为截留分子量为200000MWCO的聚氟酰胺膜，工作压力差为1.5bar，进压为8bar，出压为6.5bar。纳滤系统所用的纳滤膜材料是截留分子量为150MWCO的醋酸纤维素膜，进压38bar，出压36bar，工作压力差2bar。
实施例6与实施例1类似，其区别在于纤维滤芯选用过滤孔径为25μm的醋酸纤维滤芯。超滤系统所用的超滤膜为截留分子量为150000MWCO的聚偏氟乙烯膜，工作压力差为1bar，进压为6bar，出压为5bar。纳滤系统所用的纳滤膜材料是截留分子量为300MWCO的聚醚膜，进压45bar，出压43.5bar，工作压力差1.5bar。
权利要求
1.一种基于复膜过滤技术的纳滤直饮水制备方法，其特征在于其步骤为1)纤维滤芯过滤将自来水通过纤维滤芯过滤，除去自来水中的大颗粒的固体悬浮物、沉淀和杂质得过滤水；2)超滤将压力不小于3bar的过滤水经过超滤系统过滤得超滤水和超滤浓缩水，超滤水作为进一步生产直接饮用水的原料，进入下一工序，浓缩水回收；3)纳滤将超滤水泵入纳滤系统过滤，得纳滤水和纳滤浓缩水，纳滤水作为进一步生产直接饮用水的原料，进入下一工序，纳滤浓缩水回收与超滤浓缩水合并；4)吸附脱色脱味将纳滤水经装有活性碳的吸附柱吸附脱色脱味，得纳滤直饮水；5)浓缩水回收将超滤浓缩水和纳滤浓缩水合并。
2.如权利要求1所述的一种基于复膜过滤技术的纳滤直饮水制备方法，其特征在于在步骤1)中，纤维滤芯选自过滤孔径为5～25μm的纤维滤芯。
3.如权利要求1所述的一种基于复膜过滤技术的纳滤直饮水制备方法，其特征在于在步骤2)中，超滤系统所用的膜材料选自聚砜超滤膜、聚醚砜超滤膜、聚氟酰胺超滤膜，醋酸纤维超滤膜、聚偏氟乙烯超滤膜中的一种，其截留分子量为50000～300000MWCO。
4.如权利要求1或3所述的一种基于复膜过滤技术的纳滤直饮水制备方法，其特征在于在步骤2)中，自来水的进压为4～8bar，出压为3～6.5bar，压力差为1bar～1.5bar。
5.如权利要求1所述的一种基于复膜过滤技术的纳滤直饮水制备方法，其特征在于在步骤3)中，纳滤系统所用的纳滤膜材料选自聚砜膜、聚醚砜膜、醋酸纤维素膜、复合纳滤膜中的一种，其截留分子量为150～300MWCO。
6.如权利要求1或5所述的一种基于复膜过滤技术的纳滤直饮水制备方法，其特征在于在步骤3)中，所述的超滤水进压为12～45bar，出压为10.5～43.5bar，工作压力差为1.5bar～2.5bar。
全文摘要
一种基于复膜过滤技术的纳滤直饮水制备方法，涉及一种直饮水制备方法，提供一种基于复膜过滤技术的纳滤直饮水制备方法。自来水经纤维滤芯过滤得过滤水，过滤水经超滤系统得超滤水和超滤浓缩水，浓缩水回收；超滤水泵入纳滤系统过滤得纳滤水和纳滤浓缩水，纳滤浓缩水回收与超滤浓缩水合并；纳滤水经吸附柱吸附脱色脱味得纳滤直饮水；超滤浓缩水和纳滤浓缩水合并。用纤维滤芯和超滤过滤可去除水中的悬浮物和细菌等有害杂质，减轻纳滤系统中纳滤膜材料的污染，减少纳滤膜材料清洗次数，延长纳滤膜使用寿命，减少换膜次数，提高纳滤效率和产水率，节省成本。在超滤系统中选用高稳定性，便于清洗再生的超滤膜，减少换膜成本和设备运行维修成本。
文档编号B01D61/58GK1830839SQ200610008730
公开日2006年9月13日 申请日期2006年2月7日 优先权日2006年2月7日
发明者蓝伟光, 张世文, 王如顺 申请人:三达膜科技(厦门)有限公司