本發明屬于水處理技術領域，具體涉及一種基于振動復合濾膜的超純水制備系統和方法。

背景技術：

水是一種最常見的化合物，既是生命之源，也是現代工業不可缺少的資源，隨著科學技術的發展和人們生活水平的提高，許多領域對水質量的要求越來越高，純水包括超純水的制備和處理技術已成為一個熱門研究領域。超純水作為高品質水的分析實驗用水、生產工藝用水和補給用水廣泛應用于電子、醫藥、電力、化工等眾多工業領域。

地下水是存在于底層中的水體資源，地下水中含懸浮物(如泥沙、原生動物、細菌等)，膠體，溶解物三類物質，其中分布最廣的是鉀、鈉、鎂、鈣、氯、硫酸根和碳酸氫根7種離子，鐵錳含量較高。傳統地下水處理工藝為：先沉淀池自然氧化除鐵錳，多介質過濾介質(濾料：石英砂/錳砂/SS濾料)，活性炭過濾(濾料：椰殼碳/果殼碳/煤質碳)，根據處理需求可另輔設精細過濾器(如纖維球過濾器，金屬燒結管過濾器，陶瓷燒結過濾器)，經臭氧氧化除氨后水質可達到生活飲用水標準。若要達到工業超純水標準(電導率0.055～0.1μs/cm)，通常需采用高性能離子交換(拋光)，除TOC等較為苛刻的工藝技術。如：中國專利CN105692973公開了一種超純水制備系統，包括通過管路依次連接的過濾組件，反滲透處理裝置及EDI處理裝置，其中反滲透處理裝置包括一個或多個串并聯設置的包含RO反滲透膜元件的反滲透處理單元；中國專利CN 104150663公開了一種超純水生產系統，包括預處理子系統、反滲透子系統、混床子系統，其中預處理系統包括一級高壓泵、RO反滲透系統、RO水箱、二級高壓泵等，RO反滲透系統包括一級反滲透主機、二級反滲透主機，混床子系統包括純水泵、混床、紫外線殺菌器、精密過濾器的等；中國專利CN105236661公開了一種零排放的制備超純水的系統，包括預處理子系統、脫鹽子系統、精處理子系統和再生廢水預處理子系統，其中預處理子系統包括軟化過濾器、pH調節罐、石英砂過濾器、活性炭過濾器、沸石過濾器等，脫鹽子系統包括以一級反滲透主機、反滲透水箱、二級反滲透主機、紫外線殺菌器、精密過濾器和脫鹽水儲罐，精處理子系統包括混合離子交換柱。

由上可知，基于現有技術，以地下水為資源制備符合工業標準的超純水需涉及眾多復雜設備，技術水平要求較高，如精濾、EDI脫鹽、拋光等，工藝流程繁瑣，處理周期較長，很多材料及配件需依賴進口，初期投資非常昂貴，綜合生產成本高，不適用于中小型企業。

技術實現要素：

針對現有超純水制備工藝存在的上述問題，本發明的目的之一在于提供一種基于振動復合濾膜的超純水制備系統，該系統以地下水為處理對象，包括通過管路依次連接的調節池、多介質過濾器、平衡罐、振動復合濾膜裝置、貯液罐、活性炭過濾器，其中：

所述調節池用于地下水曝氣氧化；

所述多介質過濾器用于吸附、過濾除去水中不溶性鐵錳化合物和其他沉淀物；所述調節池和所述多介質過濾器之間設有增壓泵；

所述平衡罐用于調節待過濾原液的pH值、溫度，調節水量并沉淀部分懸浮顆粒；

所述振動復合濾膜裝置包括設置于同一水平底座上的一對激振器和復合濾膜堆，以及管路系統；所述激振器由伺服電機和偏心輪組成，所述復合濾膜堆由若干層含超濾膜以及若干層含反滲透膜的圓盤型膜組件平行疊加而成，所述膜組件包括碳纖維片，以及自所述碳纖維片兩面由內至外依次設置的導流網和濾膜，每層所述膜組件外緣密封，且各層所述膜組件外緣之間設有O形密封圈，形成一定分隔間距；所述膜組件上設有原液孔、濾液孔和濃縮液孔，所述原液孔和濃縮液孔內緣密封，并上下疊加依次形成原液輸入通道、濾液輸出通道和濃縮液輸出通道；所述濾液輸出通道內設有一限位棒，每層所述膜組件之間圍繞所述濾液孔設有O形密封圈，該密封圈內緣設有若干與所述限位棒表面接觸的齒牙，以固定所述密封圈；所述伺服電機驅動所述偏心輪產生偏心運動，并將振動傳遞至所述復合濾膜堆而產生振動；所述平衡罐和所述振動復合濾膜裝置之間設有增壓泵；

所述貯液罐進水口通過管道與所述濾液輸出通道連接；

所述活性炭過濾器進水口通過管道與所述貯液罐出水口連接；

所述管路上設有閥門和流量控制器。

優選的，所述多介質過濾器內濾料選自4-6目石英砂或錳砂。

具體的，所述復合濾膜堆底部設有聚丙烯底盤，并放置于不銹鋼筒體內，該筒體上設有原液入口，濾液出口和濃縮液出口。

具體的，所述O形密封圈材質為EPDM或氟橡膠。

具體的，所述超濾膜孔徑為0.01μm，所述反滲透膜孔徑為0.0001μm。

優選的，所述齒牙縱向排列，形成間隙供濾液通過。

優選的，所述振動復合濾膜裝置上設有循環管路，根據實際情況可對濾液進行重復過濾。

具體的，所述活性炭過濾器內濾料選自椰殼炭、果殼碳、煤質碳中的一種或幾種。

優選的，所述管路材質選自聚丙烯、聚氯乙烯或不銹鋼。

優選的，所述超純水制備系統由PLC控制運行。

本發明的另一目的在于提供一種使用上述超純水制備系統制備超純水的方法，具體包括以下步驟：

(1)調節池曝氣氧化：將地下水抽提至所述調節池進行曝氣，將離子和錳離子由低價氧化成高價；

(2)多介質過濾器再氧化和過濾：將曝氣后水中的二價鐵和二價錳氧化生成不溶性三價鐵和四價錳，并與曝氣后水中的沉淀物一起被吸附過濾而去除；

(3)平衡罐前處理：調節步驟(2)處理液的pH值和溫度，優選50℃，調節水量，使其適應所述濾膜工作環境，同時沉淀部分懸浮顆粒；

(4)振動復合過濾處理：將步驟(3)所得處理液由增壓泵泵入所述振動復合濾膜裝置，所述伺服電機驅動所述偏心輪產生偏心運動，并將振動傳遞至所述復合濾膜堆而產生振動，操作參數為：振幅0.5-1英寸，振動頻率43-55Hz，軸承轉速2800-3000轉/分，過濾壓力6-10公斤；優選的，所述振幅為1英寸，振動頻率為50Hz，過濾壓力為8公斤，水流速為150m/min；處理所得濾液經所述濾液輸出通道流入所述貯液罐內，所得濃縮液經所述濃縮液輸出通道排出再利用；

(5)活性炭過濾器過濾：步驟(4)所得濾液流入所述貯液罐停留一段時間后泵入所述活性炭過濾器，進一步吸附除雜，降低化學耗氧量COD，制得符合工藝標準的超純水；所述雜質包括濾液中的異色、異味、余氯、氯的副產物及有機物、部分色素和有害物質等(如氯化烴、芳香族化合物等)。

本發明創造性地將高頻振動膜分離技術應用于地下水處理工藝中，經過工藝摸索和整合，基于自行設計的特殊復合式過濾膜堆結構，并配套特定特定振動超濾和反滲透參數(包括振動頻率、振幅、水流量、操作壓力等)，獲得一套利用地下原水直接制備符合工業標準超純水的方法。本發明振動復合濾膜裝置可實現高效固液分離，防止膜淤塞，顯著提高了過濾效率，使膜始終保持高通量狀態，減少了膜清洗費用，延長了使用周期，一次性連續組合式分層過濾即可達到理想的濾過效果。與現有地下水處理及超純水制備工藝相比：省去了眾多復雜的精密設備(另僅需常規性多介質過濾器、平衡罐、貯液罐和活性炭過濾器)及繁瑣的工藝(如脫鹽，拋光等)，無需另外投藥，無需特殊預處理，即可制得高質量的超純水；系統設計緊湊、占地小，操作簡單，運行成本低，處理回收率高達95％，副產物濃縮液可回收再利用，實現污水零排放，節能環保，尤其適合中小型企業。

附圖說明

圖1為本發明實施例超純水制備系統運行示意圖。

圖2為本發明實施例復合濾膜堆結構示意圖。

圖3為本發明實施例單個膜組件結構示意圖。

圖4為本發明實施例O形密封圈齒牙結構示意圖。

附圖標記：1、調節池；2、多介質過濾器；3、平衡罐；4、振動復合濾膜裝置；5、貯液罐；6、活性炭過濾器；7、增壓泵；8、增壓泵；401、膜組件；402、碳纖維片；403、導流網；404、超濾膜/反滲透膜；405、原液孔；406、濾液孔；407、濃縮液孔；408、原液輸入通道；409、濾液輸出通道；410、濃縮液輸出通道；411、限位棒；412、齒牙；A、地下井水；B、濃縮液；C、超純水。

具體實施方式

下面結合附圖，通過實施例對本發明的具體實施方式做進一步說明，但不對本發明的權利要求做任何限定。

如圖1～圖4所示，本實施例超純水制備系統，包括通過管路依次連接的調節池1、多介質過濾器2、平衡罐3、振動復合濾膜裝置4、貯液罐5、活性炭過濾器6；調節池1和多介質過濾器2之間設有增壓泵7；平衡罐3和振動復合濾膜裝置4之間設有增壓泵8；多介質過濾器2內填充錳4-6目石英砂作為濾料；振動復合濾膜裝置4包括設置于同一水平底座上的一對激振器和復合濾膜堆；激振器由伺服電機和偏心輪組成，復合濾膜堆由若干層含超濾膜以及若干層含反滲透膜的圓盤型膜組件401平行疊加而成，膜組件401包括碳纖維片，以及自碳纖維片402兩面由內至外依次設置的導流網、超濾膜/反滲透膜404，超濾膜孔徑0.01μm(美國陶氏)，反滲透膜孔徑0.0001μm(美國陶氏)，每層膜組件401外緣密封，且各層膜組件401外緣之間設有O形密封圈(材質：EPDM)，形成一定分隔間距；每個膜組件401上設有原液孔405、濾液孔406和濃縮液孔407，原液孔405和濃縮液孔407內緣密封，上下疊加依次形成原液輸入通道408、濾液輸出通道409和濃縮液輸出通道410；濾液輸出通道409內設有一限位棒411，每層膜組件401之間圍繞濾液孔406設有0形密封圈(材質：EPDM)，該密封圈內緣設有若干與限位棒411表面接觸的縱向平行排列的齒牙412，以固定密封圈防止其發生位移，并形成間隙供濾液通過；復合濾膜堆底部設有聚丙烯底盤，并設置于不銹鋼筒體內，筒體上開設有原液入口，濾液出口和濃縮液出口；貯液罐5進水口通過管道與濾液輸出通道409連通；活性炭過濾器6進水口通過管道與貯液罐5出水口連接，其內填充椰殼活性炭作為濾料。上述系統由PLC控制運行，管路上設有閥門和流量控制器。

以地下水為處理對象，本實施例工藝流程如下：

(1)調節池曝氣氧化：將地下水井中的地下水通過水泵抽提至調節池1內，通過鼓風機進行曝氣，延長水中鐵錳離子和空氣中的氧離子發生化學反應的時間，生成三氧化鐵/二氧化錳等沉淀物，并沉淀部分大顆粒懸浮物等雜質。

(2)多介質過濾器再氧化和過濾：將調節池1內處理液通過增壓泵7泵入多介質過濾器2內，過濾器內濾料將曝氣后水中的二價鐵和二價錳氧化生成不溶性三價鐵和四價錳，并連同其他沉淀物一起吸附過濾而去除。

(3)平衡罐前處理：將步驟(2)所得處理液輸入平衡罐3內，調節處理液的pH值和溫度(50℃)，調節水量，使其適應濾膜工作環境，同時沉淀部分懸浮顆粒。

(4)振動復合過濾處理：將步驟(3)所得處理液由增壓泵8泵入振動復合濾膜裝置4內，經原液輸入通道408分布于各層膜組件401內，伺服電機404驅動偏心輪405產生偏心運動，并將振動傳遞至復合濾膜堆403而產生振動，操作參數為：振幅1英寸，振動頻率50Hz，軸承轉速3000轉/分，過濾壓力8公斤，水流速150m/min；經超濾膜/反滲透膜404過濾后的濾液由濾液輸出通道414流入貯液罐5內，所得濃縮液由濃縮液輸出通道415排出再利用；此步可有效去除原液中的懸浮雜質、大分子有機物、膠體、乳化液、微生物等雜質。

(5)活性炭過濾器過濾：步驟(4)所得濾液流入所述貯液罐停留一段時間后被泵入活性炭過濾器6，進一步吸附除去水中的異色、異味、余氯、氯的副產物及有機物、部分色素和有害物質等，降低化學耗氧量，制得超純水。

上述運行過程由PLC監控。

經水質檢測，本實施例超純水制備系統出水水質符合工業超純水標準，且具有較高的回收率。

如無特殊說明，以上實施例所涉及設備均為本領域通用設備。

可以理解的是，以上關于本發明的具體描述，僅用于說明本發明而并非受限于本發明實施例所描述的技術方案。本領域的普通技術人員應當理解，仍然可以對本發明進行修改或等同替換，以達到相同的技術效果；只要滿足使用需要，都在本發明的保護范圍之內。