一种基于振动复合滤膜的超纯水制备系统和方法与流程

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种基于振动复合滤膜的超纯水制备系统和方法。

背景技术：

水是一种最常见的化合物，既是生命之源，也是现代工业不可缺少的资源，随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，许多领域对水质量的要求越来越高，纯水包括超纯水的制备和处理技术已成为一个热门研究领域。超纯水作为高品质水的分析实验用水、生产工艺用水和补给用水广泛应用于电子、医药、电力、化工等众多工业领域。

地下水是存在于底层中的水体资源，地下水中含悬浮物(如泥沙、原生动物、细菌等)，胶体，溶解物三类物质，其中分布最广的是钾、钠、镁、钙、氯、硫酸根和碳酸氢根7种离子，铁锰含量较高。传统地下水处理工艺为：先沉淀池自然氧化除铁锰，多介质过滤介质(滤料：石英砂/锰砂/SS滤料)，活性炭过滤(滤料：椰壳碳/果壳碳/煤质碳)，根据处理需求可另辅设精细过滤器(如纤维球过滤器，金属烧结管过滤器，陶瓷烧结过滤器)，经臭氧氧化除氨后水质可达到生活饮用水标准。若要达到工业超纯水标准(电导率0.055～0.1μs/cm)，通常需采用高性能离子交换(抛光)，除TOC等较为苛刻的工艺技术。如：中国专利CN105692973公开了一种超纯水制备系统，包括通过管路依次连接的过滤组件，反渗透处理装置及EDI处理装置，其中反渗透处理装置包括一个或多个串并联设置的包含RO反渗透膜元件的反渗透处理单元；中国专利CN 104150663公开了一种超纯水生产系统，包括预处理子系统、反渗透子系统、混床子系统，其中预处理系统包括一级高压泵、RO反渗透系统、RO水箱、二级高压泵等，RO反渗透系统包括一级反渗透主机、二级反渗透主机，混床子系统包括纯水泵、混床、紫外线杀菌器、精密过滤器的等；中国专利CN105236661公开了一种零排放的制备超纯水的系统，包括预处理子系统、脱盐子系统、精处理子系统和再生废水预处理子系统，其中预处理子系统包括软化过滤器、pH调节罐、石英砂过滤器、活性炭过滤器、沸石过滤器等，脱盐子系统包括以一级反渗透主机、反渗透水箱、二级反渗透主机、紫外线杀菌器、精密过滤器和脱盐水储罐，精处理子系统包括混合离子交换柱。

由上可知，基于现有技术，以地下水为资源制备符合工业标准的超纯水需涉及众多复杂设备，技术水平要求较高，如精滤、EDI脱盐、抛光等，工艺流程繁琐，处理周期较长，很多材料及配件需依赖进口，初期投资非常昂贵，综合生产成本高，不适用于中小型企业。

技术实现要素：

针对现有超纯水制备工艺存在的上述问题，本发明的目的之一在于提供一种基于振动复合滤膜的超纯水制备系统，该系统以地下水为处理对象，包括通过管路依次连接的调节池、多介质过滤器、平衡罐、振动复合滤膜装置、贮液罐、活性炭过滤器，其中：

所述调节池用于地下水曝气氧化；

所述多介质过滤器用于吸附、过滤除去水中不溶性铁锰化合物和其他沉淀物；所述调节池和所述多介质过滤器之间设有增压泵；

所述平衡罐用于调节待过滤原液的pH值、温度，调节水量并沉淀部分悬浮颗粒；

所述振动复合滤膜装置包括设置于同一水平底座上的一对激振器和复合滤膜堆，以及管路系统；所述激振器由伺服电机和偏心轮组成，所述复合滤膜堆由若干层含超滤膜以及若干层含反渗透膜的圆盘型膜组件平行叠加而成，所述膜组件包括碳纤维片，以及自所述碳纤维片两面由内至外依次设置的导流网和滤膜，每层所述膜组件外缘密封，且各层所述膜组件外缘之间设有O形密封圈，形成一定分隔间距；所述膜组件上设有原液孔、滤液孔和浓缩液孔，所述原液孔和浓缩液孔内缘密封，并上下叠加依次形成原液输入通道、滤液输出通道和浓缩液输出通道；所述滤液输出通道内设有一限位棒，每层所述膜组件之间围绕所述滤液孔设有O形密封圈，该密封圈内缘设有若干与所述限位棒表面接触的齿牙，以固定所述密封圈；所述伺服电机驱动所述偏心轮产生偏心运动，并将振动传递至所述复合滤膜堆而产生振动；所述平衡罐和所述振动复合滤膜装置之间设有增压泵；

所述贮液罐进水口通过管道与所述滤液输出通道连接；

所述活性炭过滤器进水口通过管道与所述贮液罐出水口连接；

所述管路上设有阀门和流量控制器。

优选的，所述多介质过滤器内滤料选自4-6目石英砂或锰砂。

具体的，所述复合滤膜堆底部设有聚丙烯底盘，并放置于不锈钢筒体内，该筒体上设有原液入口，滤液出口和浓缩液出口。

具体的，所述O形密封圈材质为EPDM或氟橡胶。

具体的，所述超滤膜孔径为0.01μm，所述反渗透膜孔径为0.0001μm。

优选的，所述齿牙纵向排列，形成间隙供滤液通过。

优选的，所述振动复合滤膜装置上设有循环管路，根据实际情况可对滤液进行重复过滤。

具体的，所述活性炭过滤器内滤料选自椰壳炭、果壳碳、煤质碳中的一种或几种。

优选的，所述管路材质选自聚丙烯、聚氯乙烯或不锈钢。

优选的，所述超纯水制备系统由PLC控制运行。

本发明的另一目的在于提供一种使用上述超纯水制备系统制备超纯水的方法，具体包括以下步骤：

(1)调节池曝气氧化：将地下水抽提至所述调节池进行曝气，将离子和锰离子由低价氧化成高价；

(2)多介质过滤器再氧化和过滤：将曝气后水中的二价铁和二价锰氧化生成不溶性三价铁和四价锰，并与曝气后水中的沉淀物一起被吸附过滤而去除；

(3)平衡罐前处理：调节步骤(2)处理液的pH值和温度，优选50℃，调节水量，使其适应所述滤膜工作环境，同时沉淀部分悬浮颗粒；

(4)振动复合过滤处理：将步骤(3)所得处理液由增压泵泵入所述振动复合滤膜装置，所述伺服电机驱动所述偏心轮产生偏心运动，并将振动传递至所述复合滤膜堆而产生振动，操作参数为：振幅0.5-1英寸，振动频率43-55Hz，轴承转速2800-3000转/分，过滤压力6-10公斤；优选的，所述振幅为1英寸，振动频率为50Hz，过滤压力为8公斤，水流速为150m/min；处理所得滤液经所述滤液输出通道流入所述贮液罐内，所得浓缩液经所述浓缩液输出通道排出再利用；

(5)活性炭过滤器过滤：步骤(4)所得滤液流入所述贮液罐停留一段时间后泵入所述活性炭过滤器，进一步吸附除杂，降低化学耗氧量COD，制得符合工艺标准的超纯水；所述杂质包括滤液中的异色、异味、余氯、氯的副产物及有机物、部分色素和有害物质等(如氯化烃、芳香族化合物等)。

本发明创造性地将高频振动膜分离技术应用于地下水处理工艺中，经过工艺摸索和整合，基于自行设计的特殊复合式过滤膜堆结构，并配套特定特定振动超滤和反渗透参数(包括振动频率、振幅、水流量、操作压力等)，获得一套利用地下原水直接制备符合工业标准超纯水的方法。本发明振动复合滤膜装置可实现高效固液分离，防止膜淤塞，显著提高了过滤效率，使膜始终保持高通量状态，减少了膜清洗费用，延长了使用周期，一次性连续组合式分层过滤即可达到理想的滤过效果。与现有地下水处理及超纯水制备工艺相比：省去了众多复杂的精密设备(另仅需常规性多介质过滤器、平衡罐、贮液罐和活性炭过滤器)及繁琐的工艺(如脱盐，抛光等)，无需另外投药，无需特殊预处理，即可制得高质量的超纯水；系统设计紧凑、占地小，操作简单，运行成本低，处理回收率高达95％，副产物浓缩液可回收再利用，实现污水零排放，节能环保，尤其适合中小型企业。

附图说明

图1为本发明实施例超纯水制备系统运行示意图。

图2为本发明实施例复合滤膜堆结构示意图。

图3为本发明实施例单个膜组件结构示意图。

图4为本发明实施例O形密封圈齿牙结构示意图。

附图标记：1、调节池；2、多介质过滤器；3、平衡罐；4、振动复合滤膜装置；5、贮液罐；6、活性炭过滤器；7、增压泵；8、增压泵；401、膜组件；402、碳纤维片；403、导流网；404、超滤膜/反渗透膜；405、原液孔；406、滤液孔；407、浓缩液孔；408、原液输入通道；409、滤液输出通道；410、浓缩液输出通道；411、限位棒；412、齿牙；A、地下井水；B、浓缩液；C、超纯水。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明，但不对本发明的权利要求做任何限定。

如图1～图4所示，本实施例超纯水制备系统，包括通过管路依次连接的调节池1、多介质过滤器2、平衡罐3、振动复合滤膜装置4、贮液罐5、活性炭过滤器6；调节池1和多介质过滤器2之间设有增压泵7；平衡罐3和振动复合滤膜装置4之间设有增压泵8；多介质过滤器2内填充锰4-6目石英砂作为滤料；振动复合滤膜装置4包括设置于同一水平底座上的一对激振器和复合滤膜堆；激振器由伺服电机和偏心轮组成，复合滤膜堆由若干层含超滤膜以及若干层含反渗透膜的圆盘型膜组件401平行叠加而成，膜组件401包括碳纤维片，以及自碳纤维片402两面由内至外依次设置的导流网、超滤膜/反渗透膜404，超滤膜孔径0.01μm(美国陶氏)，反渗透膜孔径0.0001μm(美国陶氏)，每层膜组件401外缘密封，且各层膜组件401外缘之间设有O形密封圈(材质：EPDM)，形成一定分隔间距；每个膜组件401上设有原液孔405、滤液孔406和浓缩液孔407，原液孔405和浓缩液孔407内缘密封，上下叠加依次形成原液输入通道408、滤液输出通道409和浓缩液输出通道410；滤液输出通道409内设有一限位棒411，每层膜组件401之间围绕滤液孔406设有0形密封圈(材质：EPDM)，该密封圈内缘设有若干与限位棒411表面接触的纵向平行排列的齿牙412，以固定密封圈防止其发生位移，并形成间隙供滤液通过；复合滤膜堆底部设有聚丙烯底盘，并设置于不锈钢筒体内，筒体上开设有原液入口，滤液出口和浓缩液出口；贮液罐5进水口通过管道与滤液输出通道409连通；活性炭过滤器6进水口通过管道与贮液罐5出水口连接，其内填充椰壳活性炭作为滤料。上述系统由PLC控制运行，管路上设有阀门和流量控制器。

以地下水为处理对象，本实施例工艺流程如下：

(1)调节池曝气氧化：将地下水井中的地下水通过水泵抽提至调节池1内，通过鼓风机进行曝气，延长水中铁锰离子和空气中的氧离子发生化学反应的时间，生成三氧化铁/二氧化锰等沉淀物，并沉淀部分大颗粒悬浮物等杂质。

(2)多介质过滤器再氧化和过滤：将调节池1内处理液通过增压泵7泵入多介质过滤器2内，过滤器内滤料将曝气后水中的二价铁和二价锰氧化生成不溶性三价铁和四价锰，并连同其他沉淀物一起吸附过滤而去除。

(3)平衡罐前处理：将步骤(2)所得处理液输入平衡罐3内，调节处理液的pH值和温度(50℃)，调节水量，使其适应滤膜工作环境，同时沉淀部分悬浮颗粒。

(4)振动复合过滤处理：将步骤(3)所得处理液由增压泵8泵入振动复合滤膜装置4内，经原液输入通道408分布于各层膜组件401内，伺服电机404驱动偏心轮405产生偏心运动，并将振动传递至复合滤膜堆403而产生振动，操作参数为：振幅1英寸，振动频率50Hz，轴承转速3000转/分，过滤压力8公斤，水流速150m/min；经超滤膜/反渗透膜404过滤后的滤液由滤液输出通道414流入贮液罐5内，所得浓缩液由浓缩液输出通道415排出再利用；此步可有效去除原液中的悬浮杂质、大分子有机物、胶体、乳化液、微生物等杂质。

(5)活性炭过滤器过滤：步骤(4)所得滤液流入所述贮液罐停留一段时间后被泵入活性炭过滤器6，进一步吸附除去水中的异色、异味、余氯、氯的副产物及有机物、部分色素和有害物质等，降低化学耗氧量，制得超纯水。

上述运行过程由PLC监控。

经水质检测，本实施例超纯水制备系统出水水质符合工业超纯水标准，且具有较高的回收率。

如无特殊说明，以上实施例所涉及设备均为本领域通用设备。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。