[實(shí)用新型]一種生產(chǎn)農(nóng)業(yè)灌溉用水的一體化膜裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202222009908.1
• 申請日: 2022-08-02
• 公開（公告）號: CN217757132U
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉磊;徐佳辰;李琦睿;徐佳彤;孟衛(wèi)東;王琦
• 申請（專利權(quán)）人: 長春理工大學(xué)
• 主分類號: C02F9/04
• 分類號: C02F9/04;C02F1/44;C02F1/72;C02F101/20;C02F101/10
• 代理公司: 長春市吉利專利事務(wù)所(普通合伙) 22206
• 代理人: 李曉莉

本實(shí)用新型提供一種生產(chǎn)農(nóng)業(yè)灌溉用水的一體化膜裝置，包括順次連接的具有催化活性的超濾膜系統(tǒng)、FO膜系統(tǒng)和出水調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其中具有催化活性的超濾膜系統(tǒng)結(jié)合了超濾膜孔徑篩分及活化過硫酸鹽催化降解有機(jī)污染物能力，有效減小了下游FO膜的污染負(fù)荷；FO膜系統(tǒng)采用壓力輔助FO方式，結(jié)合中空纖維式FO膜組件，在保證污染物高截留率的前提下，克服了傳統(tǒng)FO過程汲取液溶質(zhì)反向擴(kuò)散的問題，具有催化活性的超濾膜系統(tǒng)與FO膜系統(tǒng)結(jié)合進(jìn)一步提高了產(chǎn)水效率；采用化肥作為FO膜系統(tǒng)汲取液溶質(zhì)，F(xiàn)O膜系統(tǒng)稀釋的汲取液經(jīng)濃度調(diào)節(jié)后可直接用于農(nóng)業(yè)灌溉補(bǔ)給水，無需額外處理；整套裝置結(jié)構(gòu)緊湊、能耗低、能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行、適合農(nóng)業(yè)推廣使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于水處理及回用領(lǐng)域，具體涉及一種生產(chǎn)農(nóng)業(yè)灌溉用水的一體化膜裝置。

背景技術(shù)

農(nóng)業(yè)作為用水密集型產(chǎn)業(yè)，水資源利用量約占全球淡水取用量70％左右。我國作為農(nóng)業(yè)大國，隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)灌溉工程不斷推進(jìn)，節(jié)水灌溉效率雖不斷提升，但2021年我國農(nóng)業(yè)用水量仍高達(dá)3644.3億立方米，占用水總量的61.5％。因此，研究農(nóng)業(yè)水資源可持續(xù)利用方案并推廣節(jié)水型農(nóng)業(yè)是解決農(nóng)業(yè)發(fā)展與水資源短缺之間矛盾的有效途徑。

近些年，膜過程由于其高效、集成、出水水質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)在水處理領(lǐng)域異軍突起，成為污廢水處理與回用的替代選擇，其中以進(jìn)料液及汲取液兩側(cè)滲透壓差驅(qū)動(dòng)的正滲透技術(shù)(forward osmosis,FO)突顯出其優(yōu)勢。但FO過程并非獨(dú)立生產(chǎn)凈水單元，稀釋的汲取液需額外采用加熱、蒸餾或膜分離等過程濃縮或生產(chǎn)凈水。據(jù)估算FO過程中約有71-98％的總運(yùn)行能耗用于汲取液濃縮過程。因此，以化肥作為FO過程汲取液溶質(zhì)，利用污廢水中汲取的水分子稀釋化肥溶液，用于農(nóng)業(yè)灌溉與施肥，避免了FO過程汲取液回收帶來的能耗增加，還緩解了農(nóng)業(yè)灌溉用水的需求。實(shí)用新型專利(CN207361843U)公開了一種采用三乙酸纖維素膜作為FO膜片、化肥作為汲取液溶質(zhì)的水肥一體化正滲透膜水處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)汲取液無需回收，可以直接施入農(nóng)田，但專利中該體系水通量偏低，主要由以下三個(gè)原因?qū)е拢簜鹘y(tǒng)FO過程無外加壓力，水分子遷移僅靠FO膜兩側(cè)滲透壓驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)力有限；采用的三乙酸纖維素FO膜致密的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步限制了FO過程水通量的提升；三乙酸纖維素平板膜組件填充密度低，導(dǎo)致有效過濾面積有限；加之三乙酸纖維素FO膜抗污染性能弱、pH耐受性差，易受微生物降解。相較而言，實(shí)用新型專利(CN205109419U)公開的一種具有支撐管和聚酰胺分離層組成的中空結(jié)構(gòu)的FO膜從物化性能及分離性能方面都優(yōu)于三乙酸纖維素FO膜。

實(shí)用新型專利(CN210176647U)公開了一種光芬頓-正滲透聯(lián)合處理生物難降解有機(jī)廢水的一體化裝置，通過芬頓高級氧化技術(shù)的前置，降低FO膜污染風(fēng)險(xiǎn)，提高了膜片及裝置使用壽命。然而，芬頓過程需在pH酸性條件下運(yùn)行，且過程中產(chǎn)生的羥基自由基半衰期短，氧化還原電位低，芬頓過程還常伴有鐵泥的生成，易造成二次污染。過硫酸鹽高級氧化技術(shù)不受pH限制，催化降解效率更高，相較芬頓過程具有諸多優(yōu)勢。發(fā)明專利(CN108854588B)一種具有雙重過硫酸鹽活化功能的中空纖維陶瓷膜的制備方法公開了一種含鋁、銅等金屬元素且具有過硫酸鹽活化功能和降解水中有機(jī)污染物的中空纖維陶瓷膜。

如將兼具過濾及過硫酸鹽催化功能的中空纖維陶瓷膜應(yīng)用于FO裝置污水的預(yù)處理，勢必延長FO膜片的使用壽命，并使得整個(gè)系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是：提供一種生產(chǎn)農(nóng)業(yè)灌溉用水的一體化膜裝置用于解決現(xiàn)有的FO過程水通量低、膜易受污染無法長期穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)問題。

一種生產(chǎn)農(nóng)業(yè)灌溉用水的一體化膜裝置，包括順次連接的具有催化活性的超濾膜系統(tǒng)、FO膜系統(tǒng)和出水調(diào)節(jié)系統(tǒng)；