本发明属于污水深度处理
技术领域：
，尤其涉及一种用于污水处理的mofs混合基质过滤材料及制备方法。
背景技术：
：随着城市人口的增长和工农业生产的发展，污水排放量日益增加，国家环境保护监督部门对污水排放的标准也日趋严格。目前，污水深度处理往往需要超、微滤膜技术，但该技术投资成本较高。而对于中水回用和“零排放”的处理，需对膜系统进行保护，减轻膜材料的污堵，常在纳滤、反渗透前端设置砂滤+碳滤+超滤预处理单元，该工艺流程长，砂滤、碳滤易板结难清洗，超滤膜易污堵，直接导致后续纳滤、反渗透处理单元无法正常运行等一系列现实问题。金属有机骨架化合物metalorganicframeworks(简称：mofs)是一个涉及无机化学、有机化学和配位化学等多学科的研究课题，同时也是近几十年来配位化学发展最快的一个方向。mofs兼有无机材料的刚性和有机材料的柔性特征，使其在现代材料研究方面呈现巨大发展潜力和诱人的发展前景，在水处理方面同样具有独特优势。技术实现要素：为了解决上述问题，本发明提出了一种用于污水处理的mofs混合基质过滤材料，过滤材料由聚合物材料和mofs材料制成的纤维丝构成；其中，聚合物材料的质量分数为97％以上，余量为mofs材料；所述过滤材料的厚度为550-1550mm，孔径为0.04-0.6μm，空隙率范围为45％-75％。所述过滤材料纤维丝直径为8-55μm。所述过滤材料是将mofs材料加入修饰剂酸酐，酸酐中的酯键断裂后与mofs中官能团反应，mofs材料经表面修饰、改性后与聚合物材料结合。所述的mofs材料包括irmof系列材料、zif系列材料、cpl系列材料、mil系列材料及pcn系列材料中任意一种或几种组合。所述的聚合物材料包括聚砜、聚酰胺、聚乙烯醇缩甲醛、聚氨酯、聚醚砜、聚氯乙烯中的任意一种或几种组合。所述过滤材料能进行污水处理，有效降低污水中浊度、悬浮物、codcr、bod5、氨氮含量。用于污水处理的mofs混合基质过滤材料的制备方法，具体方法如下：1)将mofs材料表面化学键改性或修饰后，与聚合物材料混合，得到mofs混合基质；2)将mofs混合基质经熔体纺丝制成纤维丝；3)纤维丝通过构筑、组合和叠加方法，制备得到过滤材料。一种集成净水设备，其包含过滤罐，过滤罐体中安装有所述过滤材料。有益效果：采用mofs混合基质过滤材料制备的高效集成净水设备，与传统的砂滤、碳滤设备相比，具有以下优势：1.mofs混合基质过滤材料机械强度高，滤速快(可达30-45m/h)，过滤阻力小。2.mofs混合基质过滤材料通过构筑、组合和叠加方法构建成不同孔径、孔隙率的结构，纳污能力强，去除率高。3.mofs混合基质过滤材料种类繁多、成键方式多样，可得到不同结构和孔径的材料，去除不同类型污染物质。4.mofs混合基质过滤材料的压实度随水流方向增大，进水侧可吸附截留粒径较大的胶体颗粒，出水侧可吸附截留粒径较小的颗粒，过滤精度高于传统粒状滤料。5.出水水质好，将其应用于高效集成净水设备出水水质优于微滤膜出水水质；将过滤材料固定安装在过滤罐中，建造出高效集成净水设备。采用该设备用于生活污水和工业废水处理，浊度和悬浮物降低92％以上，codcr、bod5、氨氮含量降低23％左右。6.占地面积小，高效集成净水设备过滤速度高(可达30-45m/h)，为常规石英砂过滤的4-6倍，相同处理水量过滤面积仅为石英砂过滤的1/5。7.投资费用省，高效集成净水设备与微滤膜技术相比，出水水质相当，但关键材料使用寿命更长，前期投资不到微滤的2/3。8.运行成本低，与微滤膜相比，操作简单，运维费用低。更换过滤材料费用不到微滤膜换膜费用的2/5。9.高效集成净水设备可进行模块化设计，设备可自由组合，满足不同规模污水处理厂需求，易于实现在线监测和自动化控制，有力改善污水处理厂的工作环境和技术水平。具体实施方式以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明：实施例1：将irmof系列材料、zif系列材料、cpl系列材料加入修饰剂酸酐，酸酐中的酯键断裂后与mofs中官能团反应，经表面修饰后分别与聚砜混合，再经熔体纺丝制成直径为8-55μm的纤维丝。通过纤维丝构筑、组合和叠加方法，制备出聚合物与mofs材料的配比为98.5:1.5、孔径为0.2μm、空隙率为70％的，过滤层厚度为1100mm的mofs混合基质过滤材料。将过滤材料固定安装在直径为1400mm过滤罐中，建造出高效集成净水设备。将该设备用于生活污水(浊度：35.5ntu；悬浮物：71.3mg/l；codcr：70.4mg/l；bod5：25.8mg/l；氨氮：17.2mg/l；)处理，在室温、0.15mpa操作压力下，过滤速度为38.5-39.2m/h，压力损失为0.01-0.02mpa，压实度为30％-80％，过滤材料使用寿命为三年以上，具体处理结果如表1所示，出水悬浮物指标优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》gb18918-2002一级a标准。表1、不同mofs混合基质过滤材料的高效集成净水设备处理结果表mofs材料irmof系列材料zif系列材料cpl系列材料过滤速度(m/h)39.038.539.2产水流量(m3/h)60.059.260.3出水浊度(ntu)≤2.5≤2.4≤2.8浊度去除率(％)93.093.292.1出水ss(mg/l)≤5.3≤5.2≤5.8ss去除率(％)92.692.791.9出水codcr(mg/l)≤53.5≤52.5≤54.8codcr去除率(％)24.025.422.2出水bod5(mg/l)≤19.5≤18.5≤20.4bod5去除率(％)24.428.320.9出水氨氮(mg/l)≤13.1≤12.8≤13.5氨氮去除率(％)23.425.621.5实施例2：将irmof系列材料加入修饰剂酸酐，酸酐中的酯键断裂后与mofs中官能团反应，经表面修饰后与聚砜混合，再经熔体纺丝制成直径为8-55μm的纤维丝。通过纤维丝构筑、组合和叠加方法，制备出聚合物与mofs材料的配比分别为为98:2、98.5:1.5、99:1、99.5:0.5，孔径为0.2μm、空隙率为70％，过滤层厚度为1100mm的mofs混合基质过滤材料。将过滤材料固定安装在直径为1400mm过滤罐中，建造出高效集成净水设备。将该设备用于生活污水(浊度：35.5ntu；悬浮物：71.3mg/l；codcr：70.4mg/l；bod5：25.8mg/l；氨氮：17.2mg/l；)处理，在室温、0.15mpa操作压力下，过滤速度为38.0-39.0m/h，压力损失为0.01-0.02mpa，压实度为30％-80％，过滤材料使用寿命为三年以上，具体处理结果如表2所示，出水悬浮物指标优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》gb18918-2002一级a标准。表2、不同配比mofs混合基质过滤材料的高效集成净水设备处理结果表实施例3：将irmof系列材料加入修饰剂酸酐，酸酐中的酯键断裂后与mofs中官能团反应，经表面修饰后与聚砜混合，再经熔体纺丝制成直径为8-55μm的纤维丝。通过纤维丝构筑、组合和叠加方法，制备出聚合物与mofs材料的配比为98.5:1.5，孔径分别为0.1μm、0.2μm、0.3μm、空隙率为70％，过滤层厚度为1100mm的mofs混合基质过滤材料。将过滤材料固定安装在直径为1400mm过滤罐中，建造出高效集成净水设备。将该设备用于煤矿井废水(浊度：61.3ntu；悬浮物：123.5mg/l；codcr：8.9mg/l；bod5：4.3mg/l；氨氮：1.7mg/l)处理，在室温、0.15mpa操作压力下，过滤速度为38.2-39.5m/h，压力损失为0.01-0.02mpa，压实度为30％-80％，过滤材料使用寿命为三年以上，具体处理结果如表3所示，出水指标优于《城市污水再生利用城市杂用水水质》gb/t189208-2002标准。表3、不同孔径mofs混合基质过滤材料的高效集成净水设备处理结果表孔径(μm)0.10.20.3过滤速度(m/h)38.239.039.5产水流量(m3/h)58.860.060.7出水浊度(ntu)≤3.9≤4.4≤4.7浊度去除率(％)93.692.892.3出水ss(mg/l)≤8.1≤9.5≤9.8ss去除率(％)93.492.392.1出水codcr(mg/l)≤6.5≤6.8≤6.9codcr去除率(％)25.823.622.5出水bod5(mg/l)≤3.1≤3.3≤3.4bod5去除率(％)27.923.320.9出水氨氮(mg/l)≤1.2≤1.3≤1.3氨氮去除率(％)29.423.523.5实施例4：将irmof系列材料加入修饰剂酸酐，酸酐中的酯键断裂后与mofs中官能团反应，经表面修饰后与聚砜混合，再经熔体纺丝制成直径为8-55μm的纤维丝。通过纤维丝构筑、组合和叠加方法，制备出聚合物与mofs材料的配比为98.5:1.5，孔径分别为0.2μm，空隙率分别为60％、70％、80％，过滤层厚度为1100mm的mofs混合基质过滤材料。将过滤材料固定安装在直径为1400mm过滤罐中，建造出高效集成净水设备。将该设备用于煤矿井废水(浊度：61.3ntu；悬浮物：123.5mg/l；codcr：8.9mg/l；bod5：4.3mg/l；氨氮：1.7mg/l)处理，在室温、0.15mpa操作压力下，过滤速度为38.6-39.4m/h，压力损失为0.01-0.02mpa，压实度为30％-80％，过滤材料使用寿命为三年以上，具体处理结果如表4所示，出水指标优于《城市污水再生利用城市杂用水水质》gb/t189208-2002标准。表4、不同空隙率mofs混合基质过滤材料的高效集成净水设备处理结果表空隙率(％)607080过滤速度(m/h)38.639.039.4产水流量(m3/h)59.460.060.6出水浊度(ntu)≤4.0≤4.4≤4.8浊度去除率(％)93.592.892.2出水ss(mg/l)≤8.3≤9.5≤10.1ss去除率(％)93.392.391.8出水codcr(mg/l)≤6.7≤6.8≤7.0codcr去除率(％)24.723.621.3出水bod5(mg/l)≤3.2≤3.3≤3.5bod5去除率(％)25.623.318.6出水氨氮(mg/l)≤1.2≤1.3≤1.4氨氮去除率(％)29.423.517.6实施例5：将irmof系列加入修饰剂酸酐，酸酐中的酯键断裂后与mofs中官能团反应，经表面修饰后与聚砜混合，再经熔体纺丝制成直径为8-55μm的纤维丝。通过纤维丝构筑、组合和叠加方法，制备出聚合物与mofs材料的配比为98.5:1.5，孔径分别为0.2μm，空隙率为70％，过滤层厚度分别为1000mm、1100mm、1200mmmofs混合基质过滤材料。将过滤材料固定安装在直径为1400mm过滤罐中，建造出高效集成净水设备。将该设备用于生活污水(浊度：35.5ntu；悬浮物：71.3mg/l；codcr：70.4mg/l；bod5：25.8mg/l；氨氮：17.2mg/l；)处理，在室温、0.15mpa操作压力下，过滤速度为38.2-39.3m/h，压力损失为0.01-0.02mpa，压实度为30％-80％，过滤材料使用寿命为三年以上，具体处理结果如表5所示，出水悬浮物指标优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》gb18918-2002一级a标准。表5、不同过滤层厚度mofs混合基质过滤材料的高效集成净水设备处理结果表过滤层厚度(mm)100011001200过滤速度(m/h)39.339.038.2产水流量(m3/h)60.560.058.8出水浊度(ntu)≤2.9≤2.5≤2.4浊度去除率(％)91.893.093.2出水ss(mg/l)≤5.9≤5.3≤5.2ss去除率(％)91.792.692.7出水codcr(mg/l)≤54.3≤53.5≤53.1codcr去除率(％)22.924.024.6出水bod5(mg/l)≤19.7≤19.5≤19.3bod5去除率(％)23.624.425.2出水氨氮(mg/l)≤14.1≤13.1≤12.9氨氮去除率(％)18.023.825.0当前第1页12