一種提高膜分離過程效率的方法
2023-10-24 13:15:47
一種提高膜分離過程效率的方法
【專利摘要】本發明涉及一種提高膜分離過程效率的方法，其特徵在於，在常規錯流膜分離設備及操作工藝的基礎上，通過設計適宜的管路和閥門，採用周期換向-脈衝衝刷方法減輕膜汙染，即在膜過濾過程中，在一定的時間間隔下，周期性交替改變膜組件原料液進出口從而交替改變料液在膜面的流動方向。同時，周期性關閉透過液側閥門並增大料液循環速度使料液以高流速衝刷膜表面，可取得類似反洗的效果。採用本方法可有效減輕膜表面的汙染程度，提高滲透通量，使膜分離設備的過濾效率得到明顯提高。該方法簡單易行，適於在工業化生產中推廣應用。
【專利說明】一種提高膜分離過程效率的方法
發明領域
[0001]本發明屬於膜分離領域，涉及一種提高膜分離過程效率的方法。
【背景技術】
[0002]在傳統的膜分離過程中，料液從膜組件的進料口進，出料口出。在長時間的膜過濾過程中，由濃差極化、膜面吸附、粒子沉積以及溶質與膜面之間的靜電效應所導致的膜汙染不可避免。膜汙染對膜分離過程的影響輕則造成膜通量衰減，膜分離效率低下，重則對膜的性能產生不可逆的破壞，縮短膜的使用壽命，從而增加膜的操作和維護費用。因此，如何降低和調控膜分離過程中的汙染是膜技術成功應用的關鍵。
[0003]目前，國內外報導的對膜汙染的調控主要包括以下兩方面:第一是通過優化操作條件(操作壓力、進料速度及湍流程度)、膜類型(膜材料、膜表面性能和粗糙度、孔徑大小和分布以及膜結構等)、料液性能(濃度、pH)和增加適當的預處理(離心、過濾)步驟等方法減輕膜汙染對膜分離效率的影響；第二是發展先進的膜汙染控制技術，如氣-液兩相流(Gassparging),周期性反洗(Back-flushing)和脈衝反洗(Back-pulsing)等。
[0004]反洗技術已廣泛應用於膜分離過程，它是通過採用氣體、液體等作為反洗介質，給膜管施加反向作用力，使部分膜表面及膜孔內所吸附的汙染物脫離分離膜，從而使通量得以恢復的一種方法，但它操作控制技術複雜，並引入其它反洗介質，同時對膜有潛在的損害，縮短膜的使用壽命。我們的研究發現，通過周期性開啟和關閉透過液閥門，同時增大截留液側閥門，使料液大流量周期性脈衝衝刷膜表面，也可取得類似反洗的效果，而不必引入外來反洗介質，並避免了常規反洗技術可能對膜產生的損害。這種採用原料液本身周期性脈衝衝刷膜表面的方法操作簡單，適用於各種膜組件和膜過程，易於工業化應用。另一方面，通過交替地改變原料液在膜面的流動方向，利用系統流體力學優化控制亦可降低膜汙染，實現膜過程的高效運行。其原理是原料液從膜組件進料口進入，回流濃縮液從出料口流出。這時，進料口端壓力高，膜的進料口端因過濾速度快，汙染逐漸加重，而回流濃縮液出口壓力則較低，相應的膜汙染較輕。當過濾進行一段時間以後，通過閥門切換，原液和回流濃縮液的方向進行倒換。原液從汙染較輕的出料口進入，出料口端壓力高，過濾主要在出料口端進行，進料口端壓力較低，回流濃縮液迅速通過，對汙染較重的進料口端膜表面進行衝刷，汙染物脫落，膜的性能得以恢復。通過周期性切換閥門使膜組件料液進口循環變換，在過濾的同時對膜面進行更有效的衝刷清洗，使膜一直在更好的狀態下工作。這種料液換向流動技術操作簡便，可用於多種膜分離系統。本發明提出一種周期性換向-脈衝衝刷技術來降低微濾、超濾和納濾分離過程中膜汙染，可顯著提高膜過濾效率，取得了良好的結果。
【發明內容】
[0005]本發明目的在於在常規錯流膜分離設備及操作工藝的基礎上提供一種提高膜分離過程效率的方法，以使膜分離設備的過濾效率得到提高。
[0006]本發明的技術要點在常規錯流膜分離設備及操作工藝的基礎上，通過設計適宜的管路和閥門，採用周期換向-脈衝衝刷方法減輕膜汙染，即在膜過濾過程中，在一定的時間間隔下，周期性交替改變膜組件原料液進出口從而交替改變料液在膜面的流動方向。同時，周期性關閉透過液側閥門並加大料液循環速度使料液以高流速衝刷膜表面，維持一定時間後，透過液側閥門和截留液側閥門復位，恢復膜過濾操作。料液換向和脈衝衝刷兩種操作各自獨立進行，實際運行中，兩種動作衝突時，料液換向操作優先於脈衝衝刷操作。
[0007]本發明所述的膜分離過程包括微濾、超濾和納濾；適宜的膜組件形式包括寬流道卷式膜、管式或中空纖維有機膜組件或管式無機膜組件。
[0008]本發明所述的一定的時間間隔是指每隔0.5-4h改變原料液在膜面的流動方向。
[0009]本發明所述的周期性關閉透過液側閥門並加大料液循環速度的操作方式是每隔10-60min關閉透過液側閥門並調節截留液側閥門使料液大流量通過膜組件循環，維持1-1Omin後，透過液側閥門和截留液側閥門復位，恢復膜過濾操作。
[0010]本發明提供的周期性換向-脈衝衝刷方法具有如下突出特點和優勢:
[0011]1、操作方便，簡單易行；
[0012]2、與常規膜過程相比，高效低耗。本方法能使膜組件以較高的通量下長時間運行，降低膜清洗頻繁，減少了清洗劑的使用，提高了膜分離效率；而且料液周期性換向和脈衝衝刷過程中所需能耗低；
[0013]2、無需反洗，避免了反洗帶來外來清洗介質及可能損害膜的問題。
[0014]表1比較了分別採用常規錯流、換向流以及本發明所述周期性換向-脈衝衝刷技術時多種物料的膜過濾效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是膜分離工藝流程示意圖。
[0016]附圖標記
[0017]1.儲料罐2.閥門3.進料泵4.閥門5.閥門6.膜組件7.閥門8.閥門9.[0018]表1常規錯流、換向流和周期性換向-脈衝衝刷技術過濾效率比較
[0019]
【權利要求】
1.一種提高膜分離過程效率的方法，其特徵在於，在常規錯流膜分離設備及操作工藝的基礎上，通過設計適宜的管路和閥門，採用周期換向-脈衝衝刷方法減輕膜汙染，即在膜過濾過程中，在一定的時間間隔下，周期性交替改變膜組件原料液進出口從而交替改變料液在膜面的流動方向；同時，周期性關閉透過液側閥門並加大料液循環速度使料液以高流速衝刷膜表面；料液換向和脈衝衝刷兩種操作各自獨立進行，實際運行中，兩種動作衝突時，料液換向操作優先於脈衝衝刷操作。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的一定的時間間隔是每隔0.5-4h改變原料液在膜面的流動方向。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的周期性關閉透過液側閥門並調節料液循環速度的操作方法是每隔10-60min關閉透過液側閥門並調大截留液側閥門，使料液大流量通過膜組件衝刷膜表面，維持1-1Omin後，透過液側閥門和截留液側閥門復位，恢復膜過濾操作。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的膜分離過程包括微濾、超濾和納濾；適宜的膜組件形式包括寬流道卷式膜、管式或中空纖維有機膜組件或管式無機膜組件。
【文檔編號】B01D65/04GK103463989SQ201310430661
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月18日 優先權日:2013年9月18日
【發明者】萬印華, 齊本坤, 陳向榮, 杭曉風 申請人:中國科學院過程工程研究所