申请日2021.08.05
公开日期2021.11.19
IPC分类C02F1/44;B01D71/02;B01D69/02;B01D67/00;B01D65/02
摘要
本发明公开了一种高效抗有机污染阻垢陶瓷膜及制备和原位再生方法，它包括采用α‑Al2O3压制膜作为滤膜基材，其特征在于：以铁氰化钾和氯化锰为原料合成铁氰化锰前驱体，经煅烧得到微粉状锰铁复合材料，将微粉状锰铁复合材料分散于纯水中，再将α‑Al2O3压制膜作为过滤膜，经真空抽滤并加热干燥将分散于纯水中的微粉状锰铁复合材料负载固化至α‑Al2O3压制膜一侧的膜面上，制得一种高效抗有机污染阻垢陶瓷膜。本发明公开的高效抗有机污染阻垢陶瓷膜具有抗有机污染阻垢特性和易再生优势，可经过一硫酸氢钾复合盐清洗实现原位再生，多次循环后比通量的恢复率仍可高达95％以上，性能显著优于传统陶瓷膜，能够有效解决二级出水有机物造成的膜污染问题，适合于工业园区污水处理厂二级出水的深度处理与回用过程。
权利要求
1.一种高效抗有机污染阻垢陶瓷膜的制备方法，它包括采用α-Al2O3压制膜作为滤膜基材，其特征在于：以铁氰化钾和氯化锰为原料合成铁氰化锰前驱体，经煅烧得到微粉状锰铁复合材料，将微粉状锰铁复合材料分散于纯水中，再将α-Al2O3压制膜作为过滤膜，经真空抽滤并加热干燥将分散于纯水中的微粉状锰铁复合材料负载固化至α-Al2O3压制膜一侧的膜面上，制得一种高效抗有机污染阻垢陶瓷膜；在此，所述铁氰化钾和氯化锰的摩尔比为1:1.3，获得沉淀物铁氰化锰前驱体；所述经煅烧得到微粉状锰铁复合材料，是将沉淀物铁氰化锰前驱体在空气氛围下进行煅烧，通过对煅烧温度和时间的控制使煅烧后形成的微粉状锰铁复合材料粒径在0.2～0.8μm。
2.根据权利要求1所述的高效抗有机污染阻垢陶瓷膜的制备方法，其特征是所述煅烧温度为300℃至400℃，煅烧时间为1-3小时，所述经真空抽滤并加热干燥中的加热干燥温度为100℃-200℃。
3.根据权利要求1或2所述的高效抗有机污染阻垢陶瓷膜的制备方法，其特征是所述的将微粉状锰铁复合材料分散于纯水中是将微粉状锰铁复合材料置于纯水中并施加超声波振荡分散1分钟以上，使微粉状锰铁复合材料均匀分散于水中，并形成悬浮液，再进行在α-Al2O3压制膜的膜面上经真空抽滤并加热干燥。
4.根据权利要求1或2所述的高效抗有机污染阻垢陶瓷膜的制备方法，其特征是在α-Al2O3压制膜的膜面上负载固化的微米级锰铁复合材料为1.24-3.73mg cm-2，由此获得厚度为7μm至20μm的锰铁复合材料层。
5.一种根据上述权利要求1-4所述的高效抗有机污染阻垢陶瓷膜的制备方法得到的高效抗有机污染阻垢陶瓷膜，其特征是以α-Al2O3压制膜作为滤膜基材，在α-Al2O3压制膜的膜面一侧负载固化有微米级锰铁复合材料，所述微米级锰铁复合材料其粒径在0.2～0.8μm。
6.一种高效抗有机污染阻垢陶瓷膜的原位再生方法，其特征在于采用过一硫酸氢钾复合盐对污染后的高效抗有机污染阻垢陶瓷膜进行在线清洗，即以过一硫酸氢钾复合盐溶液替代处理水由锰铁复合材料层向α-Al2O3压制膜方向流动运行60min，即可实现原位再生。
7.根据权利要求6所述的一种高效抗有机污染阻垢陶瓷膜的原位再生方法，其特征在于所述采用的过一硫酸氢钾复合盐，其浓度为1.5mmol L-1至2.5mmol L-1。
说明书
一种高效抗有机污染阻垢陶瓷膜及制备和原位再生方法
技术领域
本发明涉及污水深度处理与回用领域，尤其涉及用于工业园区综合污水二级出水深度处理的一种高效抗有机污染阻垢陶瓷膜及制备和原位再生方法。
背景技术
水是人类赖以生存的重要资源，随着全球人口快速增长和工业化进程加快，用水需求量和废水产生量不断增大，导致水资源紧缺和水质性缺水问题日益突出。因此，发展污水深度处理与回用技术，对保护地球水资源和人类社会可持续发展具有重要意义。膜分离技术利用膜截留的原理去除水中的悬浮颗粒、细菌与其他污染物，具有污染物去除率高和出水水质好的特性。近年来，微滤陶瓷膜因具有机械强度高、稳定性好和使用寿命长的优势，在污水的深度处理与回用方面得到广泛关注。但是，二级出水有机物(EfOM)是造成膜阻垢的主要因素之一，不仅影响处理效率，而且降低膜的使用寿命，增大运行成本，是该技术面临的难点。为此，人们采用各种清洗方法缓解膜阻垢问题，例如机械清洗、化学清洗等。但是，机械清洗的效率较低，酸碱化学清洗则会损伤膜组件，而次氯酸钠氧化清洗会导致卤代消毒副产物的产生。
发明内容
本发明目的是为解决上述技术不足而提供一种能够有效推动污水的深度处理与回用的高效抗有机污染阻垢陶瓷膜及制备和原位再生方法。
为了达到上述目的，本发明提供的一种高效抗有机污染阻垢陶瓷膜的制备方法，它包括采用α-Al2O3压制膜作为滤膜基材，以铁氰化钾和氯化锰为原料合成铁氰化锰前驱体，经煅烧得到微粉状锰铁复合材料，将微粉状锰铁复合材料分散于纯水中，再将α-Al2O3压制膜作为过滤膜，经真空抽滤并加热干燥将分散于纯水中的微粉状锰铁复合材料负载固化至α-Al2O3压制膜一侧的膜面上，制得一种高效抗有机污染阻垢陶瓷膜；在此，所述铁氰化钾和氯化锰的摩尔比为1:1.3，二者均匀混合后静置以充分反应，获得沉淀物铁氰化锰前驱体；将沉淀物铁氰化锰前驱体可经纯水及或乙醇洗涤，然后进行煅烧，所述经煅烧得到微粉状锰铁复合材料，是将沉淀物铁氰化锰前驱体在空气氛围下进行煅烧，通过对煅烧温度和时间的控制使煅烧后形成的微粉状锰铁复合材料粒径在0.2～0.8μm。
为了最优实现铁氰化锰前驱体煅烧后的微粉状锰铁复合材料粒径，所述煅烧温度可以为300℃至400℃，煅烧时间为1-3小时；为了获得微粉状锰铁复合材料在α-Al2O3压制膜的膜面一侧负载固化牢度，所述经真空抽滤并加热干燥中的加热干燥温度为100℃-200℃。
为了更好地将微粉状锰铁复合材料分散于水中形成悬浮液，以便使微粉状锰铁复合材料负载固化在α-Al2O3压制膜的膜面一侧上，所述的将微粉状锰铁复合材料分散于纯水中是将微粉状锰铁复合材料置于纯水中并施加超声波振荡分散1分钟以上，使微粉状锰铁复合材料均匀分散于水中，并形成悬浮液，再进行在α-Al2O3压制膜的膜面上经真空抽滤并加热干燥。
为了提高本发明抗有机污染阻垢，提高污水处理及有效实现原位再生效果，在α-Al2O3压制膜的膜面上负载固化的微米级锰铁复合材料为1.24-3.73mg cm-2，由此获得厚度为7μm至20μm的锰铁复合材料层。
本发明提供的一种高效抗有机污染阻垢陶瓷膜，也可简称为MFACM膜，它是以α-Al2O3压制膜作为滤膜基材，在α-Al2O3压制膜的膜面一侧负载固化有微米级锰铁复合材料，所述微米级锰铁复合材料其粒径在0.2～0.8μm，负载固化在α-Al2O3压制膜的膜面一侧的微米级锰铁复合材料的厚度可以为7μm至20μm。
本发明提供的一种高效抗有机污染阻垢陶瓷膜的原位再生方法，是采用过一硫酸氢钾复合盐对污染后的高效抗有机污染阻垢陶瓷膜进行在线清洗，即以过一硫酸氢钾复合盐溶液替代处理水由锰铁复合材料层向α-Al2O3压制膜方向流动运行60min，即可实现原位再生。为了获得更好的原位再生效果，所述采用的过一硫酸氢钾复合盐，其浓度为1.5mmolL-1至2.5mmol L-1。
本发明提供的一种高效抗有机污染阻垢陶瓷膜及制备和原位再生方法，经过一硫酸氢钾复合盐进行在线清洗是经过一硫酸氢钾复合盐多次循环清洗，多次循环清洗后比通量的恢复率仍可高达95％以上，其中清洗时间可控制在60min，经过多次循环，证明通量无明显下降，性能显著优于传统陶瓷膜，从而有效解决二级出水有机物引起的膜污染问题，适合于工业园区污水处理厂二级出水的深度处理与回用过程。
通过本发明方法制备的高效抗有机污染阻垢陶瓷膜具有以下优点：
(1)与传统陶瓷膜相比，本发明公开的高效抗有机污染阻垢陶瓷膜具有抗污染能力强、易原位清洗再生和化学稳定性好等优点，具有抗有机阻垢特性和易再生优势。
(2)可利用过一硫酸氢钾复合盐溶液对本发明提供的高效抗有机污染阻垢陶瓷膜进行原位清洗再生，再生通量恢复率达到95％以上，多次循环使用通量无明显下降。
(3)本发明公开提供的高效抗有机污染阻垢陶瓷膜，属于微滤陶瓷膜，能够克服二级出水有机物造成的膜阻垢问题，可用于工业园区综合污水处理厂二级出水的深度处理与回用过程。