[發(fā)明專利]同步吸附解吸的選擇性膜技術(shù)的裝置、方法及其應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810240044.6
• 申請日: 2008-12-17
• 公開（公告）號: CN101439889A
• 公開（公告）日: 2009-05-27
• 發(fā)明（設計）人: 趙華章;趙斌;倪晉仁
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學
• 主分類號: C02F1/00
• 分類號: C02F1/00
• 代理公司: 北京金闕華進專利事務所（普通合伙）
• 代理人: 曹正鳳

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于飲用水處理領域，尤其是家庭用飲用水處理裝置POU(point?of?use)技術(shù)領域，具體地說，是涉及同步吸附解吸的選擇性膜技術(shù)的裝置、方法及其應用。

背景技術(shù)

由于地表水污染日益嚴重，人們越發(fā)依賴地下水作為飲用水水源。這雖然使有機物污染、致病微生物污染以及消毒副產(chǎn)物危害得到暫時緩解，但地下巖層中有害無機成分的溶出同樣引發(fā)了新的飲用水安全問題，其中最為嚴重的就是地下水的砷污染和氟污染。本部分僅就有關(guān)地下水除砷的背景技術(shù)進行簡單介紹。

大量研究表明，長期飲用含砷濃度超過0.05mg?l^-1水體的人群，患皮膚癌、膀胱癌和肺癌的幾率會大大提高。20世紀至今，世界許多國家，如孟加拉國、智利、墨西哥、印度等都曾出現(xiàn)由于飲用地下水誘發(fā)慢性砷中毒的病例。在我國，目前已有8個省約兩百萬人口暴露于高砷環(huán)境中，其中至少一萬人已被確診為慢性砷中毒，而這種情況在相對貧窮落后的廣大農(nóng)村地區(qū)尤為嚴重。我國生活飲用水衛(wèi)生標準中已將集中式供水中的最大允許砷濃度由原0.05mg?l^-1(GB5749-85)下調(diào)至0.01mg?l^-1(GB5749-2006)，與世界衛(wèi)生組織(WHO)的推薦標準相同，這對飲用水除砷技術(shù)及工藝提出了更為嚴格的要求。

傳統(tǒng)的除砷技術(shù)主要有混凝沉淀、吸附、膜以及一些組合工藝等。混凝沉淀是去除地表水濁度和有機物的常規(guī)處理單元，其中鐵系絮凝劑可兼顧除砷。一般而言由于沉淀需要時間相對較長，該工藝占地面積相對較大。再者除砷過程中形成的含鐵絮體細小，并不能被砂濾充分截留，在一定程度上影響了混凝沉淀整體除砷效果。此外，砂濾單元反沖洗操作降低了該工藝的可操作性。吸附是當前全球除砷研究的熱點，具有處理效果好、對水質(zhì)影響小、處理速度快、操作簡便等優(yōu)點，被公認為是滿足POU模式要求的小型除砷技術(shù)之一，高效廉價吸附劑的開發(fā)是其中重要一環(huán)。吸附劑分為可再生吸附劑和不可再生吸附劑，前者如專利CN1772370中制備的固載三價鐵的強堿性陰離子交換數(shù)脂，而后者如專利CN1648064中制備的以凹凸棒礦石粉和活性炭為主要成分的除砷吸附劑。一般而言可再生吸附劑成本較高，雖可重復利用，但再生過程復雜，消耗酸堿等化學藥劑，操作人員需經(jīng)專門培訓；“一次性吸附劑”雖無需再生，但廢棄吸附劑的安全處置問題有待解決。膜技術(shù)最大優(yōu)勢在于出水水質(zhì)穩(wěn)定可靠，不受進水水質(zhì)影響，一步操作可解決有機污染、無機污染等多種問題，如專利CN2913347中以靜電紡絲氯化聚氯乙烯為膜材料層通過靜電排斥實現(xiàn)砷的去除。納濾和反滲透有可靠的除砷效果，但由于存在操作壓力高、能耗較大、膜組件昂貴、維護程序復雜、需后處理補充飲用水中必要的無機成分等問題，其推廣應用尚存在一些困難。組合工藝混凝-超濾是通過低壓超濾技術(shù)使絮凝過程中所產(chǎn)生的絮體得到充分截留，如專利CN1733616中開發(fā)的氧化絮凝-砂濾-超濾組合除砷工藝。該組合工藝一方面提高了出水水質(zhì)，另一方面使整個處理系統(tǒng)更為緊湊，減小占地面積；再者超濾膜成本及運行費用比納濾和反滲透低。但使用過程中膜污染會導致處理通量下降，系統(tǒng)壓力升高，需頻繁反沖洗，操作相對復雜，需專門培訓。

鑒于我國農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟實力、技術(shù)水平、接受程度以及缺乏集中供水設施等實際情況，上述傳統(tǒng)的除砷技術(shù)，在實際應用中并未取得滿意的處理效果。本發(fā)明針對農(nóng)村家庭用飲用水處理技術(shù)的特點，將傳統(tǒng)吸附技術(shù)中獨立的吸附、解吸環(huán)節(jié)結(jié)合在一起，開發(fā)出基于同步吸附解吸的選擇性膜技術(shù)用于去除飲用水中的有害陰離子，如砷、氟、硝酸根、高氯酸根等，以期提高處理效果、降低運行成本、簡化工藝流程、方便操作維護，從而推動農(nóng)村飲用水安全問題的解決。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，尤其是在應用于農(nóng)村飲用水處理時所暴露出的問題，而提供了一種同步吸附解吸的選擇性膜技術(shù)的裝置、方法及其應用。

本發(fā)明的目的是通過如下措施來實現(xiàn)：本發(fā)明的裝置由：待處理溶液室、.吸附劑解吸液室、.硅膠密封墊圈、選擇性膜、待處理溶液攪拌、吸附劑解吸液攪拌、料液出口和解吸液出口組成；其中：左側(cè)為待處理溶液室，右側(cè)為吸附劑解吸液室，通過法蘭將夾于硅膠密封墊圈間的選擇性膜固定在兩室之間，左側(cè)待處理溶液室中央設置待處理溶液攪拌，右側(cè)吸附劑解吸液室中央設置吸附劑解吸液攪拌，左側(cè)待處理溶液室器壁底端設有料液出口，右側(cè)吸附劑解吸液室器壁底端設有解吸液出口。

污染物吸附材料以“膜”形式分隔待處理溶液和吸附劑解吸液；