[实用新型]一种生产农业灌溉用水的一体化膜装置

说明书

本实用新型提供一种生产农业灌溉用水的一体化膜装置，包括顺次连接的具有催化活性的超滤膜系统、FO膜系统和出水调节系统。其中具有催化活性的超滤膜系统结合了超滤膜孔径筛分及活化过硫酸盐催化降解有机污染物能力，有效减小了下游FO膜的污染负荷；FO膜系统采用压力辅助FO方式，结合中空纤维式FO膜组件，在保证污染物高截留率的前提下，克服了传统FO过程汲取液溶质反向扩散的问题，具有催化活性的超滤膜系统与FO膜系统结合进一步提高了产水效率；采用化肥作为FO膜系统汲取液溶质，FO膜系统稀释的汲取液经浓度调节后可直接用于农业灌溉补给水，无需额外处理；整套装置结构紧凑、能耗低、能够长期稳定运行、适合农业推广使用。

技术领域

本实用新型属于水处理及回用领域，具体涉及一种生产农业灌溉用水的一体化膜装置。

背景技术

农业作为用水密集型产业，水资源利用量约占全球淡水取用量70％左右。我国作为农业大国，随着现代农业灌溉工程不断推进，节水灌溉效率虽不断提升，但2021年我国农业用水量仍高达3644.3亿立方米，占用水总量的61.5％。因此，研究农业水资源可持续利用方案并推广节水型农业是解决农业发展与水资源短缺之间矛盾的有效途径。

近些年，膜过程由于其高效、集成、出水水质稳定等优点在水处理领域异军突起，成为污废水处理与回用的替代选择，其中以进料液及汲取液两侧渗透压差驱动的正渗透技术(forward osmosis,FO)突显出其优势。但FO过程并非独立生产净水单元，稀释的汲取液需额外采用加热、蒸馏或膜分离等过程浓缩或生产净水。据估算FO过程中约有71-98％的总运行能耗用于汲取液浓缩过程。因此，以化肥作为FO过程汲取液溶质，利用污废水中汲取的水分子稀释化肥溶液，用于农业灌溉与施肥，避免了FO过程汲取液回收带来的能耗增加，还缓解了农业灌溉用水的需求。实用新型专利(CN207361843U)公开了一种采用三乙酸纤维素膜作为FO膜片、化肥作为汲取液溶质的水肥一体化正渗透膜水处理系统，该系统汲取液无需回收，可以直接施入农田，但专利中该体系水通量偏低，主要由以下三个原因导致：传统FO过程无外加压力，水分子迁移仅靠FO膜两侧渗透压驱动，驱动力有限；采用的三乙酸纤维素FO膜致密的结构进一步限制了FO过程水通量的提升；三乙酸纤维素平板膜组件填充密度低，导致有效过滤面积有限；加之三乙酸纤维素FO膜抗污染性能弱、pH耐受性差，易受微生物降解。相较而言，实用新型专利(CN205109419U)公开的一种具有支撑管和聚酰胺分离层组成的中空结构的FO膜从物化性能及分离性能方面都优于三乙酸纤维素FO膜。

实用新型专利(CN210176647U)公开了一种光芬顿-正渗透联合处理生物难降解有机废水的一体化装置，通过芬顿高级氧化技术的前置，降低FO膜污染风险，提高了膜片及装置使用寿命。然而，芬顿过程需在pH酸性条件下运行，且过程中产生的羟基自由基半衰期短，氧化还原电位低，芬顿过程还常伴有铁泥的生成，易造成二次污染。过硫酸盐高级氧化技术不受pH限制，催化降解效率更高，相较芬顿过程具有诸多优势。发明专利(CN108854588B)一种具有双重过硫酸盐活化功能的中空纤维陶瓷膜的制备方法公开了一种含铝、铜等金属元素且具有过硫酸盐活化功能和降解水中有机污染物的中空纤维陶瓷膜。

如将兼具过滤及过硫酸盐催化功能的中空纤维陶瓷膜应用于FO装置污水的预处理，势必延长FO膜片的使用寿命，并使得整个系统长期稳定运行。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种生产农业灌溉用水的一体化膜装置用于解决现有的FO过程水通量低、膜易受污染无法长期稳定运行的技术问题。

一种生产农业灌溉用水的一体化膜装置，包括顺次连接的具有催化活性的超滤膜系统、FO膜系统和出水调节系统；