一種間歇螺旋錯(cuò)流膜過(guò)濾裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種間歇螺旋錯(cuò)流膜過(guò)濾裝置，該裝置包括膜組件和水循環(huán)系統(tǒng)，膜組件包括殼體、中空纖維外壓膜和螺旋擋板，在殼體內(nèi)設(shè)有螺旋擋板，在螺旋擋板之上設(shè)有預(yù)留儲(chǔ)水區(qū)，螺旋擋板與殼體之間形成螺旋通道；中空纖維外壓膜貫穿螺旋擋板，殼體下、上端分別設(shè)有錯(cuò)流進(jìn)、出水口，錯(cuò)流進(jìn)水口對(duì)應(yīng)螺旋通道的入口，螺旋通道的出口通過(guò)預(yù)留儲(chǔ)水區(qū)與錯(cuò)流出水口連通；水循環(huán)系統(tǒng)包括依次管路連通的儲(chǔ)水池、循環(huán)水泵和脈沖水流發(fā)生器，脈沖水流發(fā)生器與錯(cuò)流進(jìn)水口管路連通，儲(chǔ)水池的進(jìn)水端與錯(cuò)流出水口管路連通。過(guò)濾方式為錯(cuò)流過(guò)濾和死端過(guò)濾交替進(jìn)行。本實(shí)用新型操作方便、降低能耗，易于自動(dòng)化控制，有效減緩膜污染累積，延長(zhǎng)膜使用壽命。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種間歇螺旋錯(cuò)流膜過(guò)濾裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種膜分離方式，特別是涉及一種膜分離技術(shù)中的膜過(guò)濾裝置:錯(cuò)流過(guò)濾和死端過(guò)濾交替進(jìn)行，運(yùn)行過(guò)程中脈沖進(jìn)水流過(guò)螺旋器、引起料液產(chǎn)生螺旋流并與膜面污染物發(fā)生切向和縱向兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，完成料液的進(jìn)入和膜面的清洗，恢復(fù)膜通量。
【背景技術(shù)】
[0002]膜分離技術(shù)是一種借助外界能量或化學(xué)位的推動(dòng)，以選擇性透過(guò)多孔膜為分離介質(zhì)，對(duì)混合液體進(jìn)行分離、分級(jí)和富集的。具有無(wú)相變、常溫或低溫操作、能耗小等優(yōu)點(diǎn)。然而，膜分離過(guò)程中所伴隨的膜污染問(wèn)題，膜污染將導(dǎo)致膜通量的下降，降低產(chǎn)水量，縮短膜的使用壽命，導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用和制水成本的增加，因此濾膜應(yīng)用推廣的一個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題就是由污染物造成的膜污染和清洗恢復(fù)的問(wèn)題。
[0003]在膜分離中，溶質(zhì)及微粒通過(guò)膜時(shí)，同時(shí)存在著截留、吸附、膜孔的堵塞、濾餅層的形成以及濃差極化的產(chǎn)生等現(xiàn)象，產(chǎn)生膜污染，導(dǎo)致膜阻力隨過(guò)濾時(shí)間增大，膜滲透通量下降。一般認(rèn)為當(dāng)料液與膜一接觸，污染就發(fā)生了，也即是說(shuō)膜過(guò)濾過(guò)程中濃差極化和膜污染現(xiàn)象是不能避免的，那么維持較高的過(guò)濾通量就需要對(duì)膜污染進(jìn)行控制。
[0004]通過(guò)有效的技術(shù)手段可以盡量延緩膜污染的進(jìn)程，降低膜污染的程度，提高系統(tǒng)處理能力，降低運(yùn)行費(fèi)用。
[0005]在防控膜污染方面的方法主要集中在改變?cè)再|(zhì)、改良膜性質(zhì)、優(yōu)化操作條件及膜清洗等方面:(I)改變?cè)再|(zhì)，在原水過(guò)濾前向其中加入適當(dāng)?shù)乃巹?，通過(guò)改變?nèi)軇┗蛉苜|(zhì)的性質(zhì)，可以減輕膜負(fù)荷和污染。(2)膜材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)、親水性或疏水性、荷電性、極性或非極性、表面能等都會(huì)影響膜的分離性能。(3)通過(guò)優(yōu)化膜分離操作條件，如溫度、pH值、流速、操作壓力、過(guò)濾方式等可減少膜污染產(chǎn)生，強(qiáng)化過(guò)濾過(guò)程。(4)膜清洗是現(xiàn)在最常用的方式之一，常用的清洗方法包括物理清洗和化學(xué)清洗，物理清洗的效果一般要差于化學(xué)清洗的效果，但是頻繁的化學(xué)清洗會(huì)造成膜材料的破壞，嚴(yán)重影響膜的壽命，也可能造成二次污染。
[0006]膜過(guò)濾的一般方式為錯(cuò)流過(guò)濾和死端過(guò)濾兩種:
[0007]死端過(guò)濾是指在膜兩邊壓力差的驅(qū)動(dòng)下，溶質(zhì)和溶劑垂直于分離膜方向運(yùn)動(dòng)，溶質(zhì)被膜截留，溶劑通過(guò)膜而被分離。死端過(guò)濾中主體料液與透過(guò)液運(yùn)動(dòng)方向相同。它隨著操作時(shí)間的增加，膜污染會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重，過(guò)濾阻力越來(lái)越大，膜的滲透速率將下降，必須周期性的停下來(lái)進(jìn)行膜表面的清洗或者是更換膜，所以全程過(guò)濾是間歇式的。
[0008]錯(cuò)流過(guò)濾過(guò)程中，主體料液與膜表面相切流動(dòng)，料液中的溶質(zhì)被截留，透過(guò)液垂直與膜面通過(guò)膜流出，因而錯(cuò)流過(guò)濾也稱(chēng)為切向流過(guò)濾。在錯(cuò)流過(guò)濾過(guò)程中，料液流經(jīng)膜表面時(shí)產(chǎn)生的剪切力會(huì)把膜面上的滯留顆粒帶走，使污染層保持在一個(gè)較薄的水平上，能有效的控制濃差極化和濾餅層堆積，所以長(zhǎng)時(shí)間操作仍可以保持較高的膜通量。錯(cuò)流過(guò)濾方式相比于死端過(guò)濾方式，膜污染累積速率減緩，但是能量消耗較大、水量要求較高。[0009]上述的過(guò)濾方式的效果受到本身?xiàng)l件的限制，需要一種相對(duì)高效、簡(jiǎn)單、易操作的膜過(guò)濾方式方法，使膜維持較高的通量。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0010]本實(shí)用新型的目的是提供一種克服現(xiàn)有中空纖維式膜的過(guò)濾方式易產(chǎn)生且難處理污染的缺點(diǎn)的裝置，其具有較高的處理效果和較簡(jiǎn)單的清洗操作。
[0011]為了實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0012]一種間歇螺旋錯(cuò)流膜過(guò)濾裝置，包括膜組件和水循環(huán)系統(tǒng)，所述膜組件包括豎立的殼體、中空纖維外壓膜和螺旋擋板，在殼體內(nèi)緊貼其內(nèi)壁設(shè)有螺旋擋板，在螺旋擋板之上設(shè)有預(yù)留儲(chǔ)水區(qū)，螺旋擋板的中部設(shè)有支撐管，在螺旋擋板與殼體之間形成圍繞支撐管的螺旋通道；所述中空纖維外壓膜貫穿螺旋擋板豎直設(shè)于殼體內(nèi)，中空纖維外壓膜的下端固定在螺旋擋板的底部，上端由膜頭固定，并與殼體上的濾液出口相連通，殼體下、上端分別設(shè)有錯(cuò)流進(jìn)、出水口，所述錯(cuò)流進(jìn)水口對(duì)應(yīng)螺旋通道的入口，螺旋通道的出口通過(guò)預(yù)留儲(chǔ)水區(qū)與錯(cuò)流出水口連通；所述水循環(huán)系統(tǒng)包括依次管路連通的儲(chǔ)水池、循環(huán)水泵和脈沖水流發(fā)生器，所述脈沖水流發(fā)生器通過(guò)流量閥與錯(cuò)流進(jìn)水口管路連通，儲(chǔ)水池的進(jìn)水端與錯(cuò)流出水口管路連通。
[0013]所述的脈沖水流發(fā)生器包括水箱和控制脈沖水流發(fā)生間隔的電磁閥，所述電磁閥與水箱出水口連接。
[0014]本實(shí)用新型的裝置中，為獲得較好的螺旋效果，所述錯(cuò)流進(jìn)水口的進(jìn)水方向與殼體內(nèi)壁相切。
[0015]所述螺旋擋板與殼體內(nèi)壁間隙為I?3mm。
[0016]膜組件內(nèi)上部設(shè)置一定的預(yù)留空間，即預(yù)留儲(chǔ)水區(qū)，用以確保脈沖間隙期間的死端過(guò)濾用水。
[0017]本實(shí)用新型中螺旋流產(chǎn)生裝置為螺旋擋板。中空纖維膜穿過(guò)螺旋擋板，為保持中空纖維膜與螺旋擋板無(wú)摩擦破損，采用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘結(jié)連接處，起到穩(wěn)定抗沖擊的作用。
[0018]螺旋擋板一次成型，中心有空心支撐管，螺旋擋板內(nèi)部形成特定螺旋流道。葉片寬度與筒狀殼體半徑相當(dāng)，葉片內(nèi)沖擊有若干孔洞，用于中空纖維膜的貫穿。通過(guò)調(diào)整螺旋擋板葉片圈數(shù)，可調(diào)整水力停留時(shí)間和水流速度。
[0019]利用螺旋擋板是因?yàn)樗哂惺顾鳟a(chǎn)生螺旋流的特點(diǎn)，螺旋流在與中空纖維膜膜面的水平和垂直兩個(gè)方向上都存在作用力，垂直方向和水平方向的力給于膜面污染物切向上的力，促使膜面的污染物脫離膜面，另外水平方向的水流將污染物帶出膜過(guò)濾器，從而減緩膜污染的速度并有效去除累積的污染物。上述裝置進(jìn)行間歇螺旋錯(cuò)流膜過(guò)濾的方法，是由錯(cuò)流過(guò)濾和死端過(guò)濾交替進(jìn)行的，錯(cuò)流過(guò)濾時(shí)，脈沖水流發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖水流沖入膜組件，當(dāng)水流流過(guò)螺旋通道時(shí)，產(chǎn)生螺旋流，對(duì)膜面進(jìn)行切向和豎向上的液流擾動(dòng)；在脈沖水流發(fā)生后，利用預(yù)留儲(chǔ)水區(qū)內(nèi)的料液進(jìn)行死端過(guò)濾。循環(huán)周期包括一次脈沖開(kāi)啟到下一次脈沖開(kāi)啟之間的時(shí)間。
[0020]中空纖維膜正常過(guò)濾時(shí):脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖水流以較快的速度沖入膜過(guò)濾器，當(dāng)水流流過(guò)螺旋器時(shí)，產(chǎn)生螺旋流，對(duì)膜面進(jìn)行清洗，同時(shí)將污染物帶出膜過(guò)濾器。整個(gè)過(guò)程與正常過(guò)濾階段不分離，在進(jìn)水的同時(shí)使膜通量得以恢復(fù)。并且進(jìn)水與膜清洗同時(shí)進(jìn)行，不存在單獨(dú)的清洗階段，有效的提高了膜處理效率。
[0021]本實(shí)用新型中進(jìn)水方式采用脈沖進(jìn)水，實(shí)際情況下也可以采用連續(xù)錯(cuò)流進(jìn)水。
[0022]為獲得周期性的脈沖效果，并考慮到簡(jiǎn)便操作方面的要求，所述的脈沖發(fā)生器利用電磁閥控制開(kāi)關(guān)達(dá)到脈沖的效果，具有簡(jiǎn)單、易操作的特點(diǎn)。啟動(dòng)時(shí)間可以根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)、膜污染狀況，啟動(dòng)周期從5?30分鐘可調(diào)，整個(gè)脈沖過(guò)程可電腦自動(dòng)控制。采用的脈沖水流較為緩和，防止了劇烈水沖擊對(duì)中空纖維膜的造成的破損。
[0023]本實(shí)用新型以脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖水流，以螺旋器產(chǎn)生螺旋流，采用間歇螺旋錯(cuò)流過(guò)濾方式，利用螺旋流與膜面污染物發(fā)生切向和縱向兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，延緩膜污染，與現(xiàn)有的膜處理裝置相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0024](I)與現(xiàn)有裝置相比，本實(shí)用新型的間歇螺旋錯(cuò)流的過(guò)濾方式是利用螺旋器產(chǎn)生的，進(jìn)水的同時(shí)將死端過(guò)濾階段累積的膜污染沖出。相比于全程死端過(guò)濾方式，本實(shí)用新型的間歇螺旋錯(cuò)流過(guò)濾方式可以間歇的將膜池的濃液排出，消除或減少濃差極化現(xiàn)象，延緩膜污染。相比于錯(cuò)流過(guò)濾，本實(shí)用新型的間歇螺旋錯(cuò)流過(guò)濾方式可以提高錯(cuò)流水流路程，減少?zèng)_洗水的用量；脈沖螺旋錯(cuò)流在膜面產(chǎn)生兩個(gè)方向的切向力，并具有一定的沖擊作用，效果好于錯(cuò)流過(guò)濾單一的水平切向力。同時(shí)，本實(shí)用新型裝置可以通過(guò)調(diào)節(jié)錯(cuò)流過(guò)濾和死端過(guò)濾各自所占用的時(shí)間使得能耗大為降低，并易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。
[0025](2)與現(xiàn)有裝置相比，本實(shí)用新型的間歇螺旋錯(cuò)流的過(guò)濾方式利用旋轉(zhuǎn)分離技術(shù)，大分子污染物在離心力的作用下，易遠(yuǎn)離膜過(guò)濾進(jìn)水的中心區(qū)域，造成中心的溶質(zhì)分子較少、較小，不易產(chǎn)生膜污染。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為本實(shí)用新型的間歇螺旋錯(cuò)流過(guò)濾裝置的示意圖。
[0027]圖2為本實(shí)用新型膜組件的示意圖。
[0028]圖3為本實(shí)用新型膜組件中螺旋擋板的三維放大示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此，對(duì)于未特別注明的工藝參數(shù)，可參照常規(guī)技術(shù)進(jìn)行。
[0030]一種間歇螺旋錯(cuò)流膜過(guò)濾裝置，包括膜組件2和水循環(huán)系統(tǒng)，所述膜組件2包括豎立的殼體18、中空纖維外壓膜19和螺旋擋板20，在殼體內(nèi)緊貼其內(nèi)壁設(shè)有螺旋擋板20，螺旋擋板與殼體內(nèi)壁間隙為2mm ;在螺旋擋板之上設(shè)有預(yù)留儲(chǔ)水區(qū)21，螺旋擋板20的中部設(shè)有支撐管22，在螺旋擋板20與殼體18之間形成圍繞支撐管22的螺旋通道；所述中空纖維外壓膜19貫穿螺旋擋板20豎直設(shè)于殼體18內(nèi)，中空纖維外壓膜19的下端固定在螺旋擋板的底部，上端由膜頭固定，并通過(guò)出水管23與殼體上的濾液出口相連通；殼體下、上端分別設(shè)有錯(cuò)流進(jìn)、出水口，所述錯(cuò)流進(jìn)水口對(duì)應(yīng)螺旋通道的入口，其進(jìn)水方向與殼體內(nèi)壁相切；螺旋通道的出口通過(guò)預(yù)留儲(chǔ)水區(qū)21與錯(cuò)流出水口連通；所述水循環(huán)系統(tǒng)包括依次管路連通的儲(chǔ)水池1、循環(huán)水泵6、水箱5和電磁閥10 (水箱5和電磁閥10組成脈沖發(fā)生器)，電磁閥10與水箱出水口連接，用于控制脈沖水流發(fā)生間隔，所述電磁閥10出口通過(guò)進(jìn)水管路3與錯(cuò)流進(jìn)水口連通，進(jìn)水管路3上設(shè)有流量閥9 ;儲(chǔ)水池I的進(jìn)水端通過(guò)回流管路4與錯(cuò)流出水口連通。
[0031]螺旋擋板20由塑料一次成型，中心設(shè)有空心支撐管，螺旋擋板內(nèi)部形成特定螺旋流道。葉片內(nèi)沖壓有若干孔洞，用于中空纖維膜的貫穿。通過(guò)調(diào)整螺旋擋板葉片圈數(shù)，可調(diào)整水力停留時(shí)間和水流速度。
[0032]儲(chǔ)水池I內(nèi)安裝有機(jī)械攪拌器8，用于混合脈沖回水和進(jìn)水，定期將儲(chǔ)液循環(huán)中的液體從泄空閥12排出，減少進(jìn)水污染物含量。在中空纖維膜正常運(yùn)行中儲(chǔ)水池I中的料液周期性供應(yīng)給中空纖維膜。儲(chǔ)水池I用于脈沖出水的儲(chǔ)存，以便循環(huán)水泵6可以將料液均勻充入水箱5內(nèi)。
[0033]殼體上的濾液出口處設(shè)有壓力表7和出水泵11。
[0034]下面參照?qǐng)D1、2、3對(duì)間歇螺旋錯(cuò)流過(guò)濾方式和裝置進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。
[0035]上述裝置進(jìn)行間歇螺旋錯(cuò)流膜過(guò)濾的方法，是由錯(cuò)流過(guò)濾和死端過(guò)濾交替進(jìn)行的。錯(cuò)流過(guò)濾時(shí)，膜組件正常運(yùn)行:啟動(dòng)脈沖發(fā)生器的電磁閥10，將進(jìn)水管路3、回流管路4上的閥門(mén)打開(kāi)；當(dāng)電磁閥10開(kāi)啟，水箱5中的脈沖水流經(jīng)過(guò)進(jìn)水管路3進(jìn)入膜組件2，當(dāng)水流通過(guò)膜組件2中的螺旋擋板20，水流形態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變，從直流變?yōu)槁菪?。螺旋流繞整個(gè)螺旋擋板20運(yùn)動(dòng)，期間與膜面發(fā)生切向交錯(cuò)，沖洗膜面，對(duì)膜面進(jìn)行切向和豎向上的液流擾動(dòng)，并將污染物沖出膜組件2，延緩膜污染，維持膜通量。螺旋流出水經(jīng)回流管路4進(jìn)入儲(chǔ)水池1，通過(guò)循環(huán)水泵泵6將儲(chǔ)水池I中液體輸入到水箱5，完成整個(gè)循環(huán)。在脈沖水流發(fā)生的間隔時(shí)間內(nèi)，利用預(yù)留儲(chǔ)水區(qū)內(nèi)的料液進(jìn)行死端過(guò)濾。
[0036]本實(shí)用新型脈沖進(jìn)水的過(guò)程中，水流具有一定的沖擊作用，帶有一定的清洗效果。本實(shí)用新型可以在脈沖進(jìn)水的同時(shí)將上一周期死端過(guò)濾所積累的膜污染有效的去除，從而使中空纖維膜維持較高的膜通量。
[0037]上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種間歇螺旋錯(cuò)流膜過(guò)濾裝置，其特征在于，包括膜組件和水循環(huán)系統(tǒng)，所述膜組件包括豎立的殼體、中空纖維外壓膜和螺旋擋板，在殼體內(nèi)緊貼其內(nèi)壁設(shè)有螺旋擋板，在螺旋擋板之上設(shè)有預(yù)留儲(chǔ)水區(qū)，螺旋擋板的中部設(shè)有支撐管，在螺旋擋板與殼體之間形成圍繞支撐管的螺旋通道；所述中空纖維外壓膜貫穿螺旋擋板豎直設(shè)于殼體內(nèi)，中空纖維外壓膜的下端固定在螺旋擋板的底部，上端由膜頭固定，并與殼體上的濾液出口相連通，殼體下、上端分別設(shè)有錯(cuò)流進(jìn)、出水口，所述錯(cuò)流進(jìn)水口對(duì)應(yīng)螺旋通道的入口，螺旋通道的出口通過(guò)預(yù)留儲(chǔ)水區(qū)與錯(cuò)流出水口連通；所述水循環(huán)系統(tǒng)包括依次管路連通的儲(chǔ)水池、循環(huán)水泵和脈沖水流發(fā)生器，所述脈沖水流發(fā)生器通過(guò)流量閥與錯(cuò)流進(jìn)水口管路連通，儲(chǔ)水池的進(jìn)水端與錯(cuò)流出水口管路連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的脈沖水流發(fā)生器包括水箱和控制脈沖水流發(fā)生間隔的電磁閥，所述電磁閥與水箱出水口連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述錯(cuò)流進(jìn)水口的進(jìn)水方向與殼體內(nèi)壁相切。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述螺旋擋板與殼體內(nèi)壁間隙為I?3mm ο
【文檔編號(hào)】C02F1/44GK203635081SQ201320773281
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】牛曉君, 閆新秀, 王彩虹 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)