一种用于污水净化的核孔膜结构

1.本发明属于污水处理技术领域，涉及一种用于污水净化的核孔膜结构。


背景技术：

2.城镇污水包括各类生活污水、工业废水及降雨径流的混合水，城镇污水中90%以上是水，其余是固体物质。固体物质除了有机物、无机物，还含有病原微生物和较多悬浮物及重金属等。水体被有害物质污染后可能通过饮水或食物链造成动植物体中毒，因此各类污水排放前都必须经过净化处理达到排放标准。
3.由于传统膜材料处理工艺处理效率较低，应用场景有限，已不能满足严格的出水排放要求及回用水标准。目前，核孔膜处理技术已被应用至污水处理领域，核孔膜材料由重离子加速器轰击有机高分子塑料薄膜产生辐照通道后蚀刻形成。根据蚀刻时间的不同，可制备出不同孔径的核孔膜材料。利用核孔膜收集颗粒物吸附重金属离子并过滤水中不同粒径污染物，具有净化效率高，且过滤效果好的优势。但是根据污水实际条件而采用不同规格核孔膜系统，实现污水净化的精确控制是一个未被解决的技术难题。


技术实现要素：

4.为解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明采用如下技术方案：根据出水水质的要求和废水中颗粒物的不同粒径分布，选取多种孔径和尺寸的核孔膜材料组合。即根据废水中颗粒物粒径尺寸范围，设置若干不同孔径的核孔膜，进行梯度过滤，完成不同粒径颗粒物由大到小的依次过滤、去除。
5.针对孔分布密度的选择，根据废水中颗粒物的浓度来决定，即某一粒径颗粒物的浓度和孔分布密度呈正相关：浓度越大，则孔分布密度越高。根据实际应用场景调整优化，实现污水的精准过滤。
6.基于上述技术方案，本发明提供一种用于污水净化的核孔膜结构，包括不同孔径及分布密度的核孔膜材料，所述核孔膜材料按照孔径尺寸由大至小逐级组装。
7.进一步地，所述核孔膜采用至少2种孔径组合。
8.进一步地，所述核孔膜的孔径范围为10nm~10μm，分布密度为105~109/cm2。
9.进一步地，所述核孔膜分为平板膜、软片膜，所述平板膜两边有衬布，上方有流道焊接而成的硬质膜结构。所述软片膜相对平板膜而言，膜片正面更光滑，柔软度较高。
10.进一步地，所述核孔膜的制备材料为绝缘固体薄膜材料，所述绝缘固体薄膜材料包括：聚碳酸酯、聚酯、聚酰亚胺、聚偏氟乙烯。
11.另一方面，本发明提供用于污水净化的核孔膜结构的制备方法，包括：选取厚度为12
µ
m、25
µ
m的聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）薄膜材料，利用辐照技术制备核孔膜，再用蚀刻液蚀刻薄膜表面形成不同孔径后，去离子水超声清洗5~10min，晾干。
12.与现有技术相比，本发明“一种用于污水净化的核孔膜结构”具有以下有益效果：本发明提供的用于污水净化的核孔膜结构，可根据污水中被过滤物粒径不同，组
装相应规格核孔膜净化装置，实现污水颗粒物、病原微生物、有机污染物等的分级过滤。
13.本发明提供的用于污水净化的核孔膜结构，核孔膜孔径大小及孔分布密度可实现精确控制，产水通量、出水稳定性和抗污堵性表现优异，出水水质达标排放。
14.本发明提供的用于污水净化的核孔膜结构，可多场景应用，适用于实验室或医院污水、生活污水、养殖废水或沼液、城镇污水等的净化。
15.本发明提供的用于污水净化的核孔膜结构，在核孔膜结构受损时，可直接取出再进行插入式替换，便于操作、节约设备运行成本。
具体实施方式
16.下面，结合实施例对本发明的技术方案进行说明，但是，本发明并不限于下述的实施例。
17.实施例1本实施例提供了平板膜材料对城镇污水的过滤效果。
18.待过滤污水：陕西省杨陵区揉谷镇城镇污水样品1过滤材料：平板膜pet薄膜材料进水水质：见表1表1，进水水质（即处理前水质）实验方法：该城镇污水处理方法分别采用本发明提供的核孔膜污水净化装置及循环式活性污泥法。将内孔孔径大小依次为10μm、1μm、100nm、10nm的核孔膜组件放入污水处理池内进行过滤净化。通风量为6~8l/min/m3，进水通量20l/h/m3，直到通量最小，孔被完全堵塞。运行模式每开8h停2h共持续24h，之后进行水反冲洗处理堵塞后的膜组件，使膜组件系统无压力过滤运行3~4d；再利用维护性化学清洗城镇污水中存在的碱性污水和酸性污水。针对碱性污水在油水中混入破乳剂，利用破乳技术进行油水分离，酸性污水则向水中投放氢氧化物及氟化钙，采用氢氧化物沉淀法分离出金属离子、氟化钙沉淀法沉淀氟化物，彻底处理污水，将污染程度降至最低后出水排放。
19.循环式活性污泥法则采用常规污水处理工艺进行。分别将进水水样（表1）和核孔膜污水净化装置处理法及循环式活性污泥法处理后的出水水样（表2）进行检测，评估平板膜系统污水处理能力。
20.实验结果：见表2表2，出水水质（即处理后水质）
表2为分别采用两种方法处理后的水质检测结果。由表可知，循环式活性污泥法处理城镇污水后cod含量为23.44mg/l，氨氮含量为5.73mg/l，总氨含量为26.86mg/l，总磷含量为2.75mg/l。而通过本发明提供的方法处理后，污水过滤净化能力明显，cod含量从310.7mg/l降低至11.52mg/l，氨氮含量从55.3mg/l降低至0.77mg/l，总氨含量从40.62mg/l降低至14.62mg/l，总磷含量从4.58mg/l降低至0.28mg/l，其中氨氮总量降低效果极显著，处理率达71.81倍。
21.由表2呈现的数据，得出相比于循环式活性污泥法处理城镇污水，平板膜系统污水处理能力更强，效果更好。
22.实施例2本实施例提供了软片膜材料对城镇污水的过滤效果。
23.待过滤污水：陕西省杨陵区揉谷镇城镇污水样品2过滤材料：pet软片膜材料进水水质：见表3表3，进水水质（即处理前水质）实验方法：该城镇污水处理方法分别采用本发明提供的核孔膜污水净化装置及循环式活性污泥法。将内孔孔径大小依次为15μm、3μm的软片膜组件放入城镇污水处理池内进行过滤净化。污水水质进入软片膜池，高污泥浓度条件下，通风量6~8l/min/m3，进水通量为20l/h/m3，运行模式每开8h停2h共持续24h，之后进行水反洗处理堵塞后的膜样品，内孔孔径为15μm的软片膜进行无压力过滤3~4d；内孔孔径为3μm的软片膜无压力过滤运行9~10d；3μm软片膜系统运行41d后压力上升至0.03，停机，总过水量90m3，再利用维护性化学清洗城镇污水中存在的碱性污水和酸性污水。针对碱性污水在油水中混入破乳剂，利用破乳技术进行油水分离，酸性污水则向水中投放氢氧化物及氟化钙，采用氢氧化物沉淀法分离出金属离子、氟化
钙沉淀法沉淀氟化物，彻底处理污水，将污染程度降至最低后出水排放。
24.循环式活性污泥法则采用常规污水处理工艺进行。分别将进水水样（表3）和核孔膜污水净化装置处理法及循环式活性污泥法处理后的出水水样（表4）进行检测，评估软片膜系统污水处理能力。
25.实验结果：见表4表4，出水水质（即处理后水质）表4为分别采用两种方法处理后的水质检测结果。经过软片膜的深度处理，达到泥水分离的效果，去除水中悬浮物。由表4可知，循环式活性污泥法处理城镇污水后cod含量为18.32mg/l，氨氮含量为1.46mg/l，总氨含量为17.64mg/l，总磷含量为2.05mg/l。而用本发明提供核孔膜组件处理后，3μm膜处理后污水净化显著，cod含量从529.9mg/l降低至10.27mg/l，氨氮含量从64.35mg/l降低至0.333mg/l，总氨含量从66.55mg/l降低至10.58mg/l，总磷含量从3.95mg/l降低至0.135mg/l，其中氨氮总量降低效果极显著，处理率达193.24倍。15μm膜处理后cod含量为14.37mg/l，氨氮含量为0.602mg/l，总氨含量为12.42mg/l，总磷含量为0.16mg/l，两种孔径膜材料相比循环式活性污泥法污水净化能力更强，其出水水质均达到黄河流域污水综合排放标准a级标准。
26.以上所述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。在依据本发明构思的条件下本领域普通技术人员进行的相关推演和替换，在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

技术特征：
1.一种用于污水净化的核孔膜结构，其特征在于，包括不同孔径及分布密度的核孔膜，所述核孔膜按照孔径尺寸由大至小逐级组装。2.根据权利要求1所述的用于污水净化的核孔膜结构，其特征在于，所述核孔膜采用至少2种孔径组合使用。3.根据权利要求1所述的用于污水净化的核孔膜结构，其特征在于，所述核孔膜的孔径范围为10nm~10μm，分布密度为105~109/cm2。4.根据权利要求1所述的用于污水净化的核孔膜结构，其特征在于，所述核孔膜分为平板膜、软片膜。5.根据权利要求1所述的用于污水净化的核孔膜结构，其特征在于，所述核孔膜的制备材料为绝缘固体薄膜材料，所述绝缘固体薄膜材料包括：聚碳酸酯、聚酯、聚酰亚胺、聚偏氟乙烯。6.用于污水净化的核孔膜结构制备方法，其特征在于，包括：选取厚度为12
µ
m、25
µ
m的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜材料，利用辐照技术制备核孔膜，再用蚀刻液蚀刻薄膜表面形成不同孔径后，去离子水超声清洗5~10min，晾干。7.权利要求1~5任一项所述的用于污水净化的核孔膜结构在污水或废液净化处理中的应用。

技术总结
本发明属于污水处理技术领域，公开了一种用于污水净化的核孔膜结构。本发明提供的用于污水净化的核孔膜结构，将不同孔径及孔分布密度的核孔膜按照孔径尺寸由大至小逐级组装成膜组件，根据污水中污染物粒径大小实现分级过滤净化。所述核孔膜的孔径范围为10nm~10μm，密度为105~109/cm2。本发明较普通过滤膜占地更小，自动化程度高，运行成本小，适用于各种污水，比如养殖废水、城镇污水、沼液等的净化。沼液等的净化。


技术研发人员：姚义清 杨彩云 陈洋 艾平 李砚飞 郭晓慧 杨选民 李振宇
受保护的技术使用者：西北农林科技大学深圳研究院
技术研发日：2023.06.27
技术公布日：2023/8/1