一種過濾膜清洗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及膜分離技術(shù)領(lǐng)域；特別是涉及一種利于了高壓脈沖放電作用處理的過濾膜清洗方法。
【背景技術(shù)】
[0002]膜分離是在20世紀初出現(xiàn)，20世紀60年代后迅速崛起的一門分離新技術(shù)。采用具有選擇性分離功能的過濾膜，利用膜的選擇性分離實現(xiàn)料液的不同組分的分離、純化、濃縮的過程稱作膜分離。膜分離技術(shù)由于兼有分離、濃縮、純化和精制的功能，又有高效、節(jié)能、環(huán)保、分子級過濾及過濾過程簡單、易于控制等特征，因此，目前已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、生物、環(huán)保、化工、冶金、能源、石油、水處理、電子、並生等領(lǐng)域，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，已成為當今分離科學(xué)中最重要的手段之一。
[0003]過濾膜由于具有耐高溫、機械強度大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、孔徑分布窄、化學(xué)穩(wěn)定性好、不易被微生物侵蝕等特點，近年來在越來越多的領(lǐng)域中得到應(yīng)用。這些應(yīng)用的成功與否與膜本身性能是否穩(wěn)定、污染后能否再生有著密切的關(guān)系。傳統(tǒng)的膜清洗技術(shù)已經(jīng)達不到現(xiàn)今膜的需求。因此確定有效且穩(wěn)定的清洗方法對于膜分離技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用相當重要。
[0004]濃差極化和膜污染造成的滲透通量下降是膜技術(shù)廣泛應(yīng)用受到限制的最主要問題之一。膜污染按其程度可分為三個部分:表面沉積，膜孔內(nèi)阻塞，膜表面和孔內(nèi)的吸附。傳統(tǒng)的膜清洗的方法目前可分為物理方法和化學(xué)方法。物理方法包括:增大膜表面湍動程度，氣體、液體反沖，超聲清洗、海綿球清洗；化學(xué)方法包括:酸、堿清洗，表面活性劑、螯合劑清洗，氧化劑和酶清洗。根據(jù)膜材質(zhì)、污染物和污染程度不同加以選用。目前為止，單純的以上兩種方法都存在清洗效果不理想或清洗成本過高導(dǎo)致無法應(yīng)用到實際工作中，此外還存在著有~■次污染等問題。
[0005]故對于本領(lǐng)域人員，有必要研發(fā)一種能夠?qū)^濾膜實現(xiàn)高效清洗，快速回復(fù)膜通量達到膜再生，清洗周期短，成本低，效果好的過濾膜清洗方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:如何提供一種能夠?qū)^濾膜實現(xiàn)高效清洗，快速回復(fù)膜通量達到膜再生，清洗周期短，成本低，效果好的過濾膜清洗方法。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案:
一種過濾膜清洗方法，其特征在于，將待清洗過濾膜置于液相中，然后采用高壓脈沖電源通過電極對待清洗過濾膜進行液相放電，使得在液相中發(fā)生電暈放電、輝光放電或流光放電；在放電反應(yīng)過程中產(chǎn)生的物理化學(xué)效應(yīng)下，阻塞膜孔的物質(zhì)從膜孔脫離，實現(xiàn)清洗。
[0008]本發(fā)明中通過高壓脈沖放電產(chǎn)生等離子體的化學(xué)效應(yīng)以及物理效應(yīng)，對膜進行高強度、全方位的清洗。具體地說，其原理為通過使用短脈沖放電形式(優(yōu)選采用電壓為10-30KV,電源脈沖頻率為50~100Hz的高壓短脈沖)可以有效地建立液相等離子體。隨著電源技術(shù)的發(fā)展，使得高壓脈沖液相放電使用的短電壓上升時間小于100ns、窄脈沖寬度小于幾微秒的脈沖得以實現(xiàn)，因此在電極間形成瞬時高強電場。這一瞬時高強電場可以在不加速離子的情況下加速電子，從而形成高能能化電子，電子撞擊周圍的原子和分子，形成等離子體通道。在產(chǎn)生這一過程的同時還伴隨著物理和化學(xué)效應(yīng)，物理效應(yīng)為除了強電場外，還可以形成紫外光、沖擊波、超聲空穴作用。化學(xué)效應(yīng)主要為產(chǎn)生各種活性物質(zhì)，如瞬時存在的.0H、.0、.HO2和存在時間較長的H 202和O 3等物質(zhì)。也就是說，液相放電可以同時產(chǎn)生強電場、強氧化性自由基、紫外光和沖擊波四種作用效果。
[0009]這樣過濾膜在沖擊波和超聲波(超聲空穴)的作用下，膜孔內(nèi)的附著的物質(zhì)開始脫落并擴散至清洗液中，膜通量逐漸恢復(fù)。此外，紫外光的形成是脈沖液相放電重要的物理特征，紫外線具有很強的光能，可使附著于膜表面的有機物的化學(xué)鍵發(fā)生斷裂而分解，而且紫外線具有很強的穿透能力，可透過膜的表層并深入達到數(shù)微米從而產(chǎn)生作用。紫外輻射被本體溶液吸收后，使溶解氧產(chǎn)生激發(fā)態(tài)氧原子降解被污染膜中的有機物。此外，在液相中進行高壓脈沖放電會產(chǎn)生.0H、.0、.!102和H2O2和O 3強氧化性物質(zhì)，氧化從膜內(nèi)擴散至水中的有機物，從而達到恢復(fù)膜通量的目的。
[0010]本發(fā)明中，待清洗的膜為無機膜或其他耐高溫氧化類膜。因為有機膜可能因為放電作用而損壞。
[0011]作為優(yōu)化，本發(fā)明可以具體包括以下步驟:
a、先獲取以下結(jié)構(gòu)的清洗裝置，所述清洗裝置包括一清洗容器，清洗容器上端開口并具有匹配的容器蓋能夠?qū)崿F(xiàn)密封，清洗容器上端一側(cè)連通設(shè)置有進水管，清洗容器內(nèi)腔中部水平設(shè)置有金屬網(wǎng)狀的接地電極，接地電極一端通過一根接地線連出清洗容器并接地，清洗容器遠離進水管一側(cè)的下部還連通設(shè)置有出水管，所述接地電極中部上方位置垂直正對設(shè)置有針形電極，針形電極上端固定且穿出容器蓋后通過電源開關(guān)和高壓脈沖電源相連；
b、清洗時，先打開清洗容器，將待清洗的過濾膜鋪平到接地電極上，關(guān)閉出水管并打開進水管放入清洗水進行蓄水，當水位淹沒過濾膜并高出針形電極下端位置后，打開出水管實現(xiàn)清洗水的流動，同時保證放電過程中水位高于針形電極下端；
C、然后開啟電源開關(guān)，利用高壓脈沖電源供電，并使得針形電極與接地電極之間的液相中形成電暈放電、輝光放電或流光放電，放電反應(yīng)過程中產(chǎn)生的物理化學(xué)效應(yīng)下，阻塞膜孔的物質(zhì)進入清洗水中并隨水流從出水管流出，完成清洗。
[0012]這樣優(yōu)化后，采用了簡單的清洗裝置，簡單的操作步驟，實現(xiàn)了上述清洗過程，清洗裝置的獨特結(jié)構(gòu)能夠更加利于放電現(xiàn)象的產(chǎn)生。同時清洗放電時，過濾膜處于流動的清洗液中，能夠更好地將受沖擊而脫離的堵塞物順水流帶出，提高清洗效率。
[0013]作為進一步優(yōu)化，所述出水管包括相鄰設(shè)置于接地電極上方的第一出水管和位于清洗容器底端位置的第二出水管。這樣優(yōu)化后，設(shè)置了兩個出水管，是因為在對過濾膜放電清洗過程中，部分膜孔堵塞物會受放電現(xiàn)象的沖擊作用向過濾膜上方的方向沖出，這樣在第一出水管出水的引導(dǎo)作用下，這部分膜孔堵塞物會從第一出水管流出，避免其再次通過過濾膜造成二次堵塞，這樣就極大地保證了清洗效果。另外，兩個出水管的設(shè)置，可以方便清洗后快速地檢測第一出水管與第二出水管的壓差，得出膜的通透性的相關(guān)參數(shù)。
[0014]作為進一步優(yōu)化，放電前關(guān)閉容器蓋，使得放電過程中清洗容器處于密閉狀態(tài)。這樣可以使得在清洗過程中充分利用高壓脈沖放電產(chǎn)生的氣態(tài)活性物質(zhì)如O3等，03等溶于水中并去除附著在膜孔上的污染物。此外，在密閉容器中高壓脈沖放電產(chǎn)生的高壓脈沖效果可以使得被清洗膜的正反面有適當?shù)膲毫Σ钪?，加強對堵塞在膜孔中的污染物的去除，從而可以更好地保證放電效果。
[0015]作為進一步優(yōu)化，高壓脈沖電源電壓為10~30KV，電源脈沖頻率為50~100Hz，加入的清洗水電導(dǎo)率為10~80μ S/cm，流量為5~50L/min，所述針形電極與接地電極之間的距離為10~45mm，針形電極的直徑為l~50mm，其下端為尖端。這樣，可以更好地保證在電極間能夠產(chǎn)生電暈放電、輝光放電或流光放電現(xiàn)象，保證清洗效果。同時需要注意的是:為了使得等離子體通道不達到接地電極一端而破壞膜結(jié)構(gòu)，放電形式不可為電弧放電。
[0016]作為進一步優(yōu)化，接地電極設(shè)置為孔徑為5~20μπι的孔狀金屬網(wǎng)。這樣可有效防止因高壓脈沖放電而產(chǎn)生的沖擊波過大而對膜造成破壞。此外，通過比較將針形電極放置于膜上端和下端的試驗，發(fā)現(xiàn)將針形電極放置于膜上端時膜通量恢復(fù)率比下端的要高，因此將針形電極放置于膜上端。
[0017]本發(fā)明的有益效