申请日2005.06.30
公开(公告)日2008.03.19
IPC分类号C02F1/44
摘要
本发明涉及一种用于水处理的一体化微孔过滤方法及其装置。本发明的装置是包括在一个封闭容器内从进水端到出水端依次封装有预处理单元和中空纤维微孔膜组件两段主体处理单元。其中预处理单元使原水通过一个活性碳纤维毡的过滤层，以吸附水中的乳化油和溶解态有机物，再通过一个孔径为5微米级的聚乙烯过滤板，以截留水中的大颗粒悬浮性固体物。膜单元是将经上述吸附处理和截留处理的水通过一个膜孔径为0.2-0.4微米的有机高分子中空纤维膜组件，得到处理水。应用本发明处理后的水质根据不同场合能分别达到国家饮用纯净水标准、低渗透油田注水水质标准和杂用水水质标准，处理量可根据具体需要任意设计组合。
权利要求书
1.一种用于水处理的一体化微孔过滤方法，其特征在于，该方法包括在一个封闭 容器内从进水端到出水端依次封装有预处理单元和中空纤维微孔膜组件两段主 体处理单元：
一.预处理单元
(1)使原水通过一个活性碳纤维毡的过滤层，以吸附水中的乳化油和溶解态有 机物;
(2)经上述吸附处理后的水通过一个孔径为5微米级的聚乙烯过滤板，以截留 水中的大颗粒悬浮性固体物;
二.膜单元
经上述吸附处理和截留处理的水通过一个膜孔径为0.2-0.4微米的有机高 分子中空纤维膜组件，得到处理水。
2.一种用于水处理的一体化微孔过滤装置，其特征在于：
所述的一体化微孔过滤装置包括在一个封闭容器内从进水端到出水端依次 封装有预处理单元和中空纤维微孔膜组件两段主体处理单元，
其中预处理单元包括：
靠近进水端的活性碳纤维毡过滤层(2);
位于上述活性碳纤维毡过滤层(2)之后的孔径为5微米级的聚乙烯过滤板 (3);
膜单元包括：
位于上述聚乙烯过滤板(3)之后的膜孔径为0.2-0.4微米的有机高分子中空 纤维膜组件(4);
所述封闭容器(1)的进水端上部设有排除上浮物的接口(7)，下部设有排除 下沉物的接口(8)。
3.如权利要求2所述的一体化微孔过滤装置，其特征在于：
所述的活性碳纤维毡过滤层(2)采用粘胶基活性碳纤维毡。
4.如权利要求2所述的一体化微孔过滤装置，其特征在于：
所述的活性碳纤维毡过滤层(2)和5微米级的聚乙烯过滤板(3)固定在 两片穿孔布水钢板(5)之间，所述的穿孔布水钢板(5)固定于封闭容器(1)内。
5.如权利要求2所述的一体化微孔过滤装置，其特征在于：
所述的有机高分子中空纤维膜组件(4)呈水平列管式排列固定于带孔的固 定板(6)上，所述固定板(6)固定于封闭容器(1)内。
6.如权利要求5所述的一体化微孔过滤装置，其特征在于：
所述的有机高分子中空纤维膜组件(4)采用外压式。
说明书
用于水处理的一体化微孔过滤方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种用于水处理方法及其装置。尤其涉及一种低渗透油田注水 水质处理、污水处理与回用、高标准用水处理的一体化微孔过滤方法及其装置。
背景技术
在世界上，低渗透油田资源十分丰富。在我国国内，低渗透油田的分布也 很广泛。因此，低渗透油田的开发，在我国当前和未来油田开发中具有举足轻重 的地位。
低渗透油田开发的关键技术之一，就是确保注水水质达标。低渗透油田注水 标准的水质一般要达到下列指标：悬浮物总量小于等于1mg/l、颗粒粒径中值小 于等于1微米、小于等于含油5mg/l。由于低渗透油田注水水质标准的要求较高， 因此，研究一种适合低渗透油田注水水质处理的膜分离技术，已经成为低渗透 油田开发的当务之急。因此需要一种更加可靠的、经济简便的技术来处理油田 采出水并使处理后的排水达到低渗透油田注水标准。
膜材料是一种多孔介质材料。膜分离过程就是被处理料液中的溶剂在压力 推动下通过膜介质、而被处理料液中的部分溶质被截留的过程。一般膜处理设 备对进水水质有非常严格的要求，需要配备大量的预处理设备，流程长、占地多、 操作管理复杂。因此，膜分离技术目前主要应用在处理清水的领域。另外，由于 水资源短缺已经成为制约我国可持续发展的重要因素，因此大力发展污水处理 与回用技术是势在必行的。应用膜处理技术进行污水处理，能够确保出水水质达 到回用标准，是实现污水资源化的可靠技术。
中国专利CN1451610A公开了一种利用膜分离技术进行油田采油废水深度处 理及循环利用的方法。该方法采用微滤或超微滤膜分离系统对采油废水中的悬 浮物、CODcr(化学耗氧量)、油、聚合物进行去除;处理后的水再经过纳滤或 反渗透，去除水中的矿化度和小分子油;最后将采出水处理到回注到油田采油过 程及用于配合聚合物用水。但是该方法的缺点是：油田采油废水经过微滤或超 滤处理后后，还需要再经过纳滤或反渗透处理，才能达到注水要求。由于该方法 处理过程复杂、并且成本较高，因而在技术和经济两方面限制了其使用。
另外，中国专利CN1486936A中公开了一种造纸中段废水的微滤膜分离与回 用技术。该技术采用微滤膜过滤造纸洗涤、筛选、漂白工艺中产生的中段废水。 其选用的膜孔径范围是0.1～100微米，膜层由氧化铝或氧化锆无机材料制备，在 一定操作条件下滤后水能够用于洗涤、冷却等场合。该发明涉及造纸中段废水 这一特定废水用微滤膜分离技术，因而其缺点是：1.针对性太强，难以普遍推广; 2.在上述的方法中，由于膜组件本身对环境要求较高，一般都需要将膜处理设备 放置在具有采暖、通风、照明条件的厂房内，因而提高了膜技术应用的成本，难 以适应现场比较恶劣的环境条件，限制了其应用范围;3.另外，在上述的方法中， 没有很好地解决膜清洗问题，膜使用寿命短，因而在经济上无优势。
日本专利JP4022491A公开了一种净水方法，该方法提出了使水先通过包括活 性碳的吸附剂层，然后通过孔径为0.01～0.05微米的过滤膜，然后再通过一个中 空纤维膜组件的工艺路线。该方法尽管预处理过程简单，装置成本低，但仍然存 在着膜处理设备需要放置在室内、难以适应恶劣的现场环境的缺点。
另外，在各种高标准用水如饮用水、工艺用水等的处理时，现有的微滤膜技 术由于在独立进行水处理方面还存在对进水水质要求高、反洗再生能力较差以 及对应用环境条件要求较高等原因，大都作为反渗透的预处理，大大限制了应用 范围和效果。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种成本低、操作简单、 能够适应恶劣的现场环境的用于水处理的一体化微孔过滤方法及其装置。
本发明之一的用于水处理的一体化微孔过滤方法是这样实现的：
本发明的用于水处理的一体化微孔过滤方法包括在一个封闭容器内从进水 端到出水端依次封装有预处理单元和中空纤维微孔膜组件两段主体处理单元：
一.预处理单元
(3)使原水通过一个活性碳纤维毡的过滤层，以吸附水中的乳化油和溶解态有 机物;
(4)经上述吸附处理后的水通过一个孔径为5微米级的聚乙烯过滤板，以截留 水中的大颗粒悬浮性固体物;
二.膜单元
经上述吸附处理和截留处理的水通过一个膜孔径为0.2-0.4微米的有机高 分子中空纤维膜组件，得到处理水。
本发明之二的用于水处理的一体化微孔过滤装置是这样实现的：
本发明的用于水处理的一体化微孔过滤装置包括在一个封闭容器内从进水 端到出水端依次封装有预处理单元和中空纤维微孔膜组件两段主体处理单元， 其中包括：
一个固定于封闭容器内、靠近进水端的活性碳纤维毡过滤层;
一个固定于封闭容器内、在上述活性碳纤维毡过滤层之后的孔径为5微米 级的聚乙烯过滤板;
一个固定于封闭容器内、在上述聚乙烯过滤板之后的有机高分子中空纤维 膜组件，膜孔径为0.2-0.4微米;
所述封闭容器的进水端上部设有排除上浮物的接口，下部设有排除下沉物 的接口。
本发明根据一般水处理流程特点，在一个封闭容器内从进水端到出水端依 次封装有预处理单元和中空纤维微孔膜组件两段主体处理单元。所述的封闭容 器可以根据需要选用各种耐压材质，例如：金属、工程塑料等材质。
所述的预处理单元包括靠近进水端的活性碳纤维毡过滤层和该活性碳纤维 毡过滤层之后的5微米级的聚乙烯过滤板。活性碳纤维由高分子合成纤维经碳 化、活化而成，与粒状活性碳相比具有比表面积大，细孔发达，吸附性能高， 脱附速度快、可反复使用等特点，能够吸附乳化油和溶解态有机物，其中优选粘 胶基活性碳纤维毡。5微米级聚乙烯滤板具有一定的孔径分布，能够截留大颗粒 悬浮性固体，兼具表面过滤和深层过滤两种功效。
本发明的装置中，从简洁实用、易于更换的角度考虑，活性碳纤维毡和5微 米聚乙烯滤板可以固定在两片穿孔布水钢板之间，该穿孔布水钢板再固定于封 闭容器内，形成一个独立的预处理单元。原水经过上述预处理单元后，水质达到 膜组件的进水要求，由此可以避免膜受来水水质波动的影响，优化后续膜元件的 工作状况。
经上述预处理单元的吸附、截留处理后的原水接着进入膜单元。从具有单 位平方米造价低、装填密度高、便于反冲法清洗等特点考虑，本发明装置中的膜 单元采用有机高分子中空纤维式膜组件。该有机高分子中空纤维式膜组件可以 通过把很多根外径80-400μm、内径40-100μm的中空纤维膜弯成U性，纤维束 的一端或二端用环氧树脂铸成管板或封头，再装入圆桶型耐压容器内而得到;也 可以采用直线型中空纤维膜，一端开口，另一端封死。本发明的装置中，有机高分 子中空纤维膜组件呈水平列管式排列固定于带孔的固定板上，所述固定板固定 于封闭容器内。中空纤维式膜组件可以采用外压式和内压式两种，本发明优选采 用待处理液走膜外，处理液进入膜内流出的外压式。
本发明装置中，所述的有机高分子中空纤维膜组件的膜材料具体例如：纤维 素衍生物类、聚砜类、聚酰胺类、聚酯类、聚烯烃类、含氟聚合物等高分子膜。 其中优选聚偏氟乙烯(PVDF)，这是因为它具有优良的化学稳定性、耐辐射性、耐 酸碱性、耐有机溶剂性、抗污染性等，对温度的适应能力强，并且具有孔径分布 范围窄、孔径均匀、空隙率高等特点。PVDF中空纤维微孔过滤膜，利用相转化法 生产。
另外，本发明的一体化微孔过滤装置中，在所述封闭容器的进水端上部设有 排除上浮物的接口，下部设有排除下沉物的接口，可以定期及时地排污，简单易 行。待处理水连续通过活性碳纤维毡、5微米级聚乙烯过滤板、有机高分子中空 纤维膜组件后，得到的处理水从出水管送出，含有杂质的浓水经浓水收水管进入 循环。
如上所述本发明通过将所有处理单元封装在一个封闭容器内，使其成为一 体化微孔过滤装置。封闭容器的前端是湿室，充满一定工作压力的待处理水; 封闭容器的后端为干室，保护膜组件不受恶劣环境的影响。因此，该装置兼具 处理设备(前半段)和为膜组件提供优良的工作环境(后半段)的双重功能。同时 本装置能够适应恶劣的现场环境，一般情况下不需要将其放置在室内，从而大大 简化了应用条件，对应用场所基本没有限制，能够节省大笔配套费用，降低处理 成本。
本发明的优点：
1.由于本发明的装置既是处理设备本体，又是膜组件的维护结构，使膜组 件处于一个封闭的工作环境。这对环境条件恶劣的野外应用，具有十分重要的 意义。
2.由于本发明所选用的预处理材料价格低廉，所采用的结构型式易于更换， 使整个膜处理过程更加简洁实用。这种自带预处理的一体化模式，不但优化了 后续膜组件的运行条件，而且由于设备本身结构紧凑，能够节省占地、简化处 理流程，是所有用户乐于接受的形式。
3.用于本发明所采用的中空纤维膜器件形式，装填密度大、可反洗再生， 比较适合大规模工业应用。
