申请日2018.10.25
公开(公告)日2019.01.15
IPC分类号B01D61/08; B01D65/02; C02F1/44; C02F9/02
摘要
本发明公开一种处理工业浓盐污水的反渗透装置，包括上安装座、下安装座和反渗透膜，上安装座、下安装座和反渗透膜之间围设成液体容纳区，该液体容纳区中设有竖向设有滤筒，滤筒将溶液容纳区分隔成外渗透区和内渗透区，外渗透区中设有清洁组件，上安装座上开设有进液口，下安装座上开设有浓水出口和废渣出口。与现有技术相比，本发明通过超声振动装置和曝气装置带动液体容纳区中的液体对反渗透膜逐步清洗，防止反渗透装置堵塞，有效地提高了净水出水率，大大降低了运行所需的能耗;反渗透膜可以有效阻止带电离子通过而让电中性的水分子自由通过，在截盐率基本保持不变的情况下，大幅度提高了复合膜的通量，使用寿命长。
权利要求书
1.一种处理工业浓盐污水的反渗透装置，其特征在于：包括正对设置的上安装座(1)和下安装座(2)，上安装座(1)和下安装座(2)之间设有反渗透膜，所述上安装座(1)、下安装座(2)和所述反渗透膜之间围设成液体容纳区，该液体容纳区中设有竖向设有滤筒(4)，所述滤筒(4)将所述溶液容纳区分隔成外渗透区(a)和内渗透区(b)，所述外渗透区(a)中设有清洁组件(5)，所述上安装座(1)上开设有进液口(7)，所述下安装座(2)上开设有浓水出口(8)和废渣出口(6)，所述进液口(7)和所述废渣出口(6)均位于所述外渗透区(a)，该浓水出口(8)位于所述内渗透区(b);
所述反渗透膜由质量比为1：(0.6-1.3)的聚季铵盐阳离子PVA和聚磺酸基取代阴离子PVA自组装而成自组装PVA基膜和氨基化介孔SiO2经界面聚合而成。
2.根据权利要求1所述的处理工业浓盐污水的反渗透装置，其特征在于：所述聚季铵盐阳离子PVA的取代度为2.5-7;所述聚磺酸基取代阴离子PVA的取代度为2.5-4。
3.根据权利要求1或2所述的处理工业浓盐污水的反渗透装置，其特征在于所述聚季铵盐阳离子PVA采用以下方法获得：将质量浓度为5-10mol/L的KOH溶液搅拌滴加至PVA水溶液碱化，再加入(3-氯-2-羟甲基)三甲基氯化铵，所述(3-氯-2-羟甲基)三甲基氯化铵、KOH溶液和PVA水溶液的质量体积比为(0.5-5)g：(1-10)ml：100ml，在60-85℃下搅拌反应1-3h，反应结束后，加入质量分数为95%乙醇，分离出沉淀物，将沉淀物分离、洗涤、干燥，得到所述聚季铵盐阳离子PVA。
4.根据权利要求3所述的处理工业浓盐污水的反渗透装置，其特征在于所述聚磺酸基取代阴离子PVA采用以下方法获得：将浓硫酸搅拌滴加至PVA水溶液中，其中浓硫酸与PVA水溶液的质量体积比为(0.2-3)g：100ml，在60-85℃下搅拌反应1-3h，反应结束后，加入质量分数为95%乙醇，分离出沉淀物，将沉淀物分离、洗涤至中性、干燥，得到所述聚磺酸基取代阴离子PVA。
5.根据权利要求1、2或4任一项所述的处理工业浓盐污水的反渗透装置，其特征在于氨基化介孔SiO2采用以下方法获得：将质量浓度为2-4.5mol/L的氢氧化钠溶液和无水乙醇投入质量分数为0.005-0.01mol/L的CTAB水溶液中，在60-85℃下剧烈搅拌得到预混液，然后将摩尔比为1：(0.05-0.3)的正硅酸四乙酯和3-氨丙基三乙氧基硅烷搅拌投入预混液中，继续剧烈搅拌反应1-3h，反应结束后，将反应物过滤分离、洗涤、真空干燥得到SiO2前驱体，然后将SiO2前驱体投入体积比为(5-8)：1的无水乙醇和浓盐酸的混合溶液中，在水浴65～80℃条件下，回流反应4-7h后，将反应物过滤分离、洗涤、真空干燥得到所述氨基化介孔SiO2。
6.根据权利要求1、2或4任一项所述的处理工业浓盐污水的反渗透装置，其特征在于：所述清洁组件(5)包括超声振动装置(51)和曝气装置(52)，所述超声振动装置(51)设置在所述上安装座(1)上，所述曝气装置(52)靠近所述下安装座(2)设置。
7.根据权利要求6所述的处理工业浓盐污水的反渗透装置，其特征在于：所述上安装座(1)和下安装座(2)上均设有膜固定组件(9)，所述膜固定组件(9)包括环形安装座(91)，两个所述环形安装座(91)分别与所述上安装座(1)的下表面和下安装座(2)的上表面固定连接，两个所述环形安装座(91)之间设有原水导流网(92)和透过水道网(93)，所述环形安装座(91)上竖直开设有环形固定槽，所述原水导流网(92)和所述透过水道网(93)的上下边沿分别与在所述环形固定槽的槽底固定连接，所述反渗透膜贴合在所述原水导流网(92)和透过水道网(93)之间。
8.根据权利要求1、4或7任一项所述的处理工业浓盐污水的反渗透装置，其特征在于：所述原水导流网(92)靠近滤筒(4)设置，所述透过水道网(93)远离所述滤筒(4)设置，并且原水导流网(92)的孔径小于所述透过水道网(93)的孔径。
9.根据权利要求8所述的处理工业浓盐污水的反渗透装置，其特征在于：所述滤筒(4)为不锈钢滤网，所述滤筒(4)的上下端分别与所述上安装座(1)的下表面和下安装座(2)的上表面固定连接，所述不锈钢滤网的孔径小于100μm。
10.根据权利要求7或9所述的处理工业浓盐污水的反渗透装置，其特征在于：所述曝气装置(52)包括环形空气管(521)，所述环形空气管(521)围绕所述滤筒(4)一圈设置，所述环形空气管(521)上设有至少一个曝气器(522)，所述环形空气管(521)连接有风机。
说明书
处理工业浓盐污水的反渗透装置
技术领域
本发明涉及反渗透技术领域，特别涉及一种处理工业浓盐污水的反渗透装置。
背景技术
化工、印染、医药、食品等诸多工业生产中会产生大量高含盐废水，这类废水的排放会对环境造成严重污染。因此，如何处理高盐废水，已成为目前人们研究的热点。反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。因为它和自然渗透的方向相反，故称反渗透。根据各种物料的不同渗透压，就可以使用大于渗透压的反渗透压力，即反渗透法，达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。在反渗透技术中最核心的构件就是反渗透膜，反渗透膜是一种模拟生物半透膜制成的具有一定特性的人工半透膜，是反渗透技术的核心构件。反渗透技术原理是在高于溶液渗透压的作用下，依据其他物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来。反渗透膜的膜孔径非常小，因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等。
现有技术的缺陷：反渗透装置长时间使用时会造成阻塞，降低了净水的出水率，大大降低的工作效率能耗大，同时废水中盐离子易使设备腐蚀和结垢，降低设备处理效率，增大设备后期维护保养费用;目前处理含盐废水的反渗透膜有无机分子筛膜、有机膜以及有机/无机复合膜。但无机分子筛膜孔径小、水通量小且亲水性不高，不利于分散，制备成本高且制备工艺复杂;聚乙烯醇等有机膜处理高含盐废水存在水热稳定性不高，聚酰胺复合膜在盐截留率和渗透通量方面有很大提高，但存在能量消耗高，耐污染性和抗结垢性较差的问题。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种处理工业浓盐污水的反渗透装置，解决了反渗透装置维护费用高，运行能耗高，以及有机膜水热稳定性不高，盐截留率和通量较低，无机膜水通量小、制备工艺复杂等问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种处理工业浓盐污水的反渗透装置，关键在于：包括正对设置的上安装座和下安装座，上安装座和下安装座之间设有反渗透膜，所述上安装座、下安装座和所述反渗透膜之间围设成液体容纳区，该液体容纳区中设有竖向设有滤筒，所述滤筒将所述溶液容纳区分隔成外渗透区和内渗透区，所述外渗透区中设有清洁组件，所述上安装座上开设有进液口，所述下安装座上开设有浓水出口和废渣出口，所述进液口和所述废渣出口均位于所述外渗透区，该浓水出口位于所述内渗透区;
所述反渗透膜由质量比为1：(0.6-1.3)的聚季铵盐阳离子PVA和聚磺酸基取代阴离子PVA自组装而成自组装PVA基膜和氨基化介孔SiO2经界面聚合而成。
优选的，所述聚季铵盐阳离子PVA的取代度为2.5-7;所述聚磺酸基取代阴离子PVA的取代度为2.5-4。
优选的，所述聚季铵盐阳离子PVA采用以下方法获得：将质量浓度为5-10mol/L的KOH溶液搅拌滴加至PVA水溶液碱化，再加入(3-氯-2-羟甲基)三甲基氯化铵，所述(3-氯-2-羟甲基)三甲基氯化铵、KOH溶液和PVA水溶液的质量体积比为(0.5-5)g：(1-10)ml：100ml，在60-85℃下搅拌反应1-3h，反应结束后，加入质量分数为95%乙醇，分离出沉淀物，将沉淀物分离、洗涤、干燥，得到所述聚季铵盐阳离子PVA。
优选的，所述聚磺酸基取代阴离子PVA采用以下方法获得：将浓硫酸搅拌滴加至PVA水溶液中，在60-85℃下搅拌反应1-3h，反应结束后，加入质量分数为95%乙醇，分离出沉淀物，将沉淀物分离、洗涤至中性、干燥，得到所述聚磺酸基取代阴离子PVA。
优选的，氨基化介孔SiO2采用以下方法获得：将质量浓度为2-4.5mol/L的氢氧化钠溶液和无水乙醇投入质量分数为0.005-0.01mol/L的CTAB水溶液中，在60-85℃下剧烈搅拌得到预混液，然后将摩尔比为1：(0.05-0.3)的正硅酸四乙酯和3-氨丙基三乙氧基硅烷搅拌投入预混液中，继续剧烈搅拌反应1-3h，反应结束后，将反应物过滤分离、洗涤、真空干燥得到SiO2前驱体，然后将SiO2前驱体投入体积比为(5-8)：1的无水乙醇和浓盐酸的混合溶液中，在水浴65～80℃条件下，回流反应4-7h后，将反应物过滤分离、洗涤、真空干燥得到所述氨基化介孔SiO2。
优选的，所述清洁组件包括超声振动装置和曝气装置，所述超声振动装置设置在所述上安装座上，所述曝气装置靠近所述下安装座设置。
优选的，所述上安装座和下安装座上均设有膜固定组件，所述膜固定组件包括环形安装座，两个所述环形安装座分别与所述上安装座的下表面和下安装座的上表面固定连接，两个所述环形安装座之间设有原水导流网和透过水道网，所述环形安装座上竖直开设有环形固定槽，所述原水导流网和所述透过水道网的上下边沿分别与在所述环形固定槽的槽底固定连接，所述反渗透膜贴合在所述原水导流网和透过水道网之间。
优选的，所述原水导流网靠近滤筒设置，所述透过水道网远离所述滤筒设置，并且原水导流网的孔径小于所述透过水道网的孔径。
优选的，所述滤筒为不锈钢滤网，所述滤筒的上下端分别与所述上安装座的下表面和下安装座的上表面固定连接，所述不锈钢滤网的孔径小于100μm。
优选的，所述曝气装置包括环形空气管，所述环形空气管围绕所述滤筒一圈设置，所述环形空气管上设有至少一个曝气器，所述环形空气管连接有风机。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供的处理工业浓盐污水的反渗透装置，水通量大，结垢少，不易堵塞。通过超声振动装置和曝气装置带动液体容纳区中的液体对反渗透膜逐步清洗，防止反渗透装置堵塞，有效地提高了净水出水率，大大降低了运行所需的能耗;而清洗下来的不可溶解物被隔离在滤筒外，沉积在外渗透区后由废渣出口排出，浓水则通过滤筒进入内渗透区，然后经浓水出口排出;反渗透膜的自组装PVA基膜的聚阴、聚阳离子由于静电吸引相互靠近，形成强极性的离子对，会对分离体系中极性强的物质有很强的吸附能力，有利于分离极性不同的液体混合物，并且阴阳离子对交联成网站结构，提高了PVA基膜的致密性，并且由于电荷密度较低，形成的网站结构较稀疏，极性分子容易通过，渗透通量大，有利于渗透气化过程的进行;而且由于聚阴、聚阳离子均为水溶性的，混合后不会产生聚离子复合物沉淀，可以采用一次涂布法成膜，易于控制膜的厚度和聚离子复合物反应的程度;氨基化介孔SiO2的介孔SiO2颗粒内外表面含有大量羟基，掺杂到基膜中增加了膜的亲水性，有利于水分子优先通过，能在保持高截盐率的情况下大限度的提高水通量，引入了亲水性氨基能与基膜中的基团发生反应后以化学键牢固地与基膜结合在一起，确保复合膜的稳定性和分离体系的安全性与纯度，延长复合膜的使用寿命;本发明的复合膜会在开始阶段允许一部分亚纳米尺度的水合离子通过，运行一段时间后由于离子的吸附会在介孔SiO2表面形成离子的双电层，可以有效阻止带电离子通过而让电中性的水分子自由通过，在截盐率基本保持不变的情况下，大幅度提高了复合膜的通量。