利用铋改性沸石预涂层强化超滤膜性能的方法

摘要

本发明公开了一种利用铋改性沸石预涂层强化超滤膜性能的方法，通过加药装置向原水中加入铋改性处理后的沸石，含铋改性沸石预涂层材料溶液和原水一同通过超滤膜组件，在超滤膜表面可形成更有效的预涂层，超滤膜浓水回流到原水池，一个过滤周期结束后，用水对超滤膜进行反冲洗和正冲洗。本方法操作易于控制，设备要求低，既能有效缓解膜通量的下降速度，改善超滤膜的抗污染能力，又能提高对有机物的去除效率。

说明书

技术领域

本发明属于污水深度处理及回用工程领域，涉及一种超滤膜深度处理的方法。

背景技术

膜技术在污水深度处理及回用领域有着越来越广泛的应用，超滤技术优点是操作简单、成本相对较低、不发生相变等，而且超滤设备占地面积小、系统能耗低、运行费用低、可有效提高企业效益，超滤膜技术已成为是水处理领域近20年来最重要的热点技术之一。超滤组合工艺在提高超滤对废水的去除率上有较大作用，许多研究者发现将粉末活性炭与超滤联用，可通过吸附来提高有机物的去除率。通过超滤-反渗透膜联用，也是当今膜技术领域常采用的组合工艺，处理效果较好，超滤膜可以减少后续反渗透膜的污染，但经过一定时间的运行，超滤膜也会不可避免的受到污染。因此，超滤膜在实际运行中仍存在一定局限性，其应用中的一个关键性问题是如何有效地控制膜污染，延长超滤膜的使用寿命，同时，超滤膜还存在着对有机物去除率低的缺陷。

发明内容

针对现有技术中超滤深度处理及回用方法中存在的上述问题，本发明提供一种利用铋改性沸石预涂层强化超滤膜性能的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

利用铋改性沸石预涂层强化超滤膜性能的方法，处理步骤为：通过加药装置向原水中加入铋改性沸石预涂层材料，含铋改性沸石预涂层材料溶液和原水一同通过超滤膜组件，在超滤膜表面有效形成预涂层，超滤膜浓水回流到原水池，一个过滤周期结束后，用水对超滤膜进行反冲洗和正冲洗。

上述铋改性沸石预涂层材料的制备方法如下：

（1）将粒径为300~2000目的沸石以固液比为1：10~1：5加入0.05~0.2 mol/L硫酸中，以100~300r/min的振荡速度动态浸渍12~36h，倒出上清液，再用纯水洗1~2次，倒出上清液后80~100°C条件下烘干；

（2）将步骤（1）制得的沸石以固液比1：10~1：5加入盛有0.01~0.1mol/L硝酸铋溶液中，以100~300r/min的振荡速度动态浸渍12~36h，倒出上清液后80~100°C条件下烘干；

（3）将步骤（2）制得的沸石于300~500°C条件下焙烧2-4h，得到铋改性沸石预涂层材料。

作为本发明的进一步改进，所述的加药装置中，含铋改性沸石预涂层材料粒径为300~2000目，加药量为50~500 mg/L。

作为本发明的进一步改进，所述的超滤膜为中空纤维膜，超滤膜浓水回流比为0%~10%。

作为本发明的进一步改进，所述的过滤周期为0.5 小时到3.5小时。

作为本发明的进一步改进，所述的用水为膜过滤出水，反冲洗和正冲洗时间均为10秒到80秒，反冲洗和正冲洗流量均为超滤进水流量的1.5倍到3.0倍。

本发明的有益效果：

采用本发明的铋改性沸石预涂层强化超滤膜性能的方法，沸石通过铋改性之后，可以扩宽和疏通沸石的内部孔道，增加沸石的吸附活性中心，用于强化超滤膜性能，在超滤膜表面形成更有效的预涂层，减轻污染物和膜的直接接触。

本发明利用铋改性沸石预涂层强化超滤膜性能的方法，与传统的超滤膜直接过滤的方法相比，本方法操作易于控制，设备要求低，既能改善超滤膜的抗污染能力，又能提高对有机物的去除效率。用于污水深度处理及回用中，可有效缓解超滤膜通量的下降速度，延缓膜的污染，强化膜的抗污染能力，同时大大提高超滤膜对水质指标的去除效果。

附图说明

图1为本发明的膜通量变化比较图。

    图2 为本发明的化学需氧量（COD）去除率比较图。

图3 为本发明的总氮（TN）去除率比较图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明利用铋改性沸石预涂层强化超滤膜性能的方法，是通过加药装置向原水中加入铋改性沸石预涂层材料，含铋改性沸石预涂层材料溶液和原水一同通过超滤膜组件，在超滤膜表面有效形成预涂层，超滤膜浓水回流到原水池，一个过滤周期结束后，用水对超滤膜进行反冲洗和正冲洗。

作为本发明的优选方案，铋改性沸石预涂层材料的制备方法如下：

（1）将粒径为300~2000目的沸石以固液比为1：10~1：5加入0.05~0.2 mol/L硫酸中，以100~300r/min的振荡速度动态浸渍12~36h，倒出上清液，再用纯水洗1~2次，倒出上清液后80~100°C条件下烘干；

（2）将步骤（1）制得的沸石以固液比1：10~1：5加入盛有0.01~0.1mol/L硝酸铋溶液中，以100~300r/min的振荡速度动态浸渍12~36h，倒出上清液后80~100°C条件下烘干；

（3）将步骤（2）制得的沸石于300~500°C条件下焙烧2-4h，得到铋改性沸石预涂层材料。

作为本发明的优选方案，其中，含铋改性沸石预涂层材料粒径为300~2000目，加药量为50~500 mg/L；超滤膜为中空纤维膜，超滤膜浓水回流比为0%~10%；过滤周期为0.5 小时到3.5小时；用水为膜过滤出水，反冲洗和正冲洗时间均为10秒到80秒，反冲洗和正冲洗流量均为超滤进水流量的1.5倍到3.0倍。

对比案例1（直接超滤，简写UF）：

    原水为某工业污水处理厂尾水（COD 58mg/L，TN 19.2mg/L）。原水直接通过超滤膜组件，超滤膜为中空纤维膜，超滤膜浓水回流比为3%，超滤膜浓水回流到原水池，过滤周期为3小时，一个过滤周期结束后，采用膜过滤出水对超滤膜依次进行反冲洗和正冲洗，反冲洗和正冲洗时间均为50秒，反冲洗和正冲洗流量均为超滤进水流量的2倍。过滤4个周期，膜通量变化如图1所示，主要污染物去除率如图2和图3所示。 

对比案例2（仅利用沸石预涂层提高超滤膜性能的方法，简写Z-UF）：

    原水为某工业污水处理厂尾水（COD 58mg/L，TN 19.2mg/L）。通过加药装置向原水中加入未改性的天然沸石，沸石材料溶液和原水一同通过超滤膜组件，超滤膜为中空纤维膜，超滤膜浓水回流比为3%，超滤膜浓水回流到原水池，过滤周期为3小时，一个过滤周期结束后，采用膜过滤出水对超滤膜依次进行反冲洗和正冲洗，反冲洗和正冲洗时间均为50秒，反冲洗和正冲洗流量均为超滤进水流量的2倍。过滤4个周期，膜通量变化如图1所示，主要污染物去除率如图2和图3所示，相比直接超滤，可缓解超滤膜通量的下降速度，但COD和TN的去除率仅分别提高41.6%和40.5%。

实施例1（利用本发明铋改性沸石预涂层强化超滤膜性能的方法，简写0.03 Bi-Z-UF）：

原水为某工业污水处理厂尾水（COD 58mg/L，TN 19.2mg/L）。铋改性沸石预涂层材料的制备方法如下：（1）将粒径为1000目的沸石以固液比为1：5加入0.1 mol/L硫酸中，以20r/min的振荡速度动态浸渍18h，倒出上清液，再用纯水洗1次，倒出上清液后85°C条件下烘干；（2）将步骤（1）制得的沸石以固液比1：5加入盛有0.03mol/L硝酸铋溶液中，以200r/min的振荡速度动态浸渍18h，倒出上清液后85°C条件下烘干；（3）将步骤（2）制得的沸石于450°C条件下焙烧3h，得到铋改性沸石预涂层材料。通过加药装置向原水中加入铋改性沸石预涂层材料，沸石材料溶液和原水一同通过超滤膜组件，超滤膜为中空纤维膜，超滤膜浓水回流比为3%，超滤膜浓水回流到原水池，过滤周期为3小时，一个过滤周期结束后，采用膜过滤出水对超滤膜依次进行反冲洗和正冲洗，反冲洗和正冲洗时间均为50秒，反冲洗和正冲洗流量均为超滤进水流量的2倍。过滤4个周期，膜通量变化如图1所示，主要污染物去除率如图2和图3所示，相比直接超滤，可有效缓解超滤膜通量的下降速度，且COD和TN的去除率分别提高了102.5%和103.8%。

实施例2（利用本发明铋改性沸石预涂层强化超滤膜性能的方法，简写0.08 Bi-Z-UF）：

原水为某工业污水处理厂尾水（COD 58mg/L，TN 19.2mg/L）。铋改性沸石预涂层材料的制备方法如下：（1）将粒径为1000目的沸石以固液比为1：5加入0.1 mol/L硫酸中，以20r/min的振荡速度动态浸渍18h，倒出上清液，再用纯水洗1次，倒出上清液后85°C条件下烘干；（2）将步骤（1）制得的沸石以固液比1：5加入盛有0.08mol/L硝酸铋溶液中，以200r/min的振荡速度动态浸渍18h，倒出上清液后85°C条件下烘干；（3）将步骤（2）制得的沸石于450°C条件下焙烧3h，得到铋改性沸石预涂层材料。通过加药装置向原水中加入铋改性沸石预涂层材料，沸石材料溶液和原水一同通过超滤膜组件，超滤膜为中空纤维膜，超滤膜浓水回流比为3%，超滤膜浓水回流到原水池，过滤周期为3小时，一个过滤周期结束后，采用膜过滤出水对超滤膜依次进行反冲洗和正冲洗，反冲洗和正冲洗时间均为50秒，反冲洗和正冲洗流量均为超滤进水流量的2倍。过滤4个周期，膜通量变化如图1所示，主要污染物去除率如图2和图3所示，相比直接超滤，可有效缓解超滤膜通量的下降速度，且COD和TN的去除率分别提高了116.8%和119.2%。

综上可见，利用本铋改性沸石预涂层强化超滤膜性能的方法，相比直接超滤和仅利用沸石预涂层提高超滤膜性能的方法，可更有效缓解膜通量的下降速度，延缓膜的污染，同时大大提高膜对水质指标的去除效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。