CN106390756A - 一种中空纤维膜组件的清洗方法 - Google Patents

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邵嘉慧
李隽�
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Abstract

本发明涉及一种中空纤维膜组件的清洗方法，包括以下步骤：1)将中空纤维膜组件置于清洗装置中，以清水冲洗中空纤维膜组件30min；2)以酸或碱清洗液同超声波对中空纤维膜清洗30‑90min；3)以清水对中空纤维膜组件再冲洗30min；4)热风干燥中空纤维膜组件。清洗液，配合超声组件的高频机械振动波在水中形成的“空化”效应将中空纤维上的污染清洗掉，随后向组件管程内鼓入热风干燥，并采用离子色谱等对清洗前后膜上污染物进行表征，清洗试剂选用简单、成本低廉。

Description

一种中空纤维膜组件的清洗方法
技术领域
本发明涉及一种中空纤维膜组件的清洗、干燥方法，具体说是通过超声-化学清洗联用技术，清洗中空纤维膜组件，恢复膜性能的方法。
背景技术
膜法富氮可有效富集高纯氮气，基于气体膜分离技术在与传统的分离技术(吸附、吸收、深冷分离)的竞争中显示出独特的优势，相比之下具有投资少、能耗低、使用方便和操作弹性大等特点，因此气体膜分离技术的研究与开发已经成为世界各国的重点发展项目。而在实际应用中，膜污染所引起的分离效率下降是不容忽视的。膜污染是指处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特征的不可逆变化现象。相对其他形式的膜来说，中空纤维膜技术较新。针对它有大量的研究工作需要展开，如膜污染的控制、膜的清洗、膜组件的形式对传质的影响，过程的控制对膜及膜过程各个环节的影响等。但中空纤维膜的污染不像液体分离膜那样存在明显的污染物凝胶层，目前针对中空纤维膜的清洗的研究较少，大都集中在己被严重污染的液体分离膜组件。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种中空纤维膜组件的清洗方法，通过化学清洗并辅以超声振荡，有效去除中空纤维膜上的阴、阳离子，并在线干燥，此外还提供一种中空纤维膜组件的清洗装置。
针对上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种中空纤维膜组件的清洗方法，包括以下步骤：
1)将中空纤维膜组件置于清洗装置中，以清水冲洗中空纤维膜组件30min；
2)以酸或碱清洗液同超声波对中空纤维膜清洗30-90min；
3)以清水对中空纤维膜组件再冲洗30min；
4)热风干燥中空纤维膜组件；
其中，所述的清洗装置包括
设备箱体及设置在设备箱体内部的超声清洗装置；
液槽，所述的液槽有碱槽、酸槽、清水槽、碱液回收槽、酸液回收槽、水回收槽；
控制液体的阀门，有碱液截止阀、酸液截止阀、清水截止阀及相应的碱液回收截止阀、酸液回收截止阀、水回收截止阀；
控制液体流量的流量计、隔膜泵；
用于烘干膜组件以管件自下而上相连的鼓风机、空气过滤器、脉冲阀、气体截止阀。
进一步的，所述的酸清洗液为盐酸、硫酸、硝酸或草酸溶液。
进一步的，所述的碱清洗液为氢氧化钠、氢氧化钾、次氯酸钠或碳酸钠溶液。
进一步的，所述酸溶液的质量分数为0.3～1.5％。
进一步的，所述碱溶液的质量分数为0.3～2％。
进一步的，热风温度为40～80℃，干燥时间为120～480分钟。
进一步的，清水、酸或碱清洗液的流量为100mL/min～500mL/min。
清洗液配合超声组件产生的高频机械振动波在水中形成的“空化”效应，将中空纤维上的污染物清除，随后向组件管程内鼓入热风，对纤维膜进行干燥，克服了单纯化学清洗或超声清洗带来的清洗效率低的问题，形成了对中空纤维膜组件有效的清洗与干燥的新技术。采用的化学清洗剂浓度较传统的化学清洗方法低，同时可实现酸碱清洗剂的自由切换，从而节省了费用，且对干燥膜的方法简便、高效。
附图说明
图1为膜清洗前、酸清洗剂清洗30分钟后膜表面阴离子浓度变化曲线。
图2为膜清洗前、碱清洗剂清洗30分钟后膜表面阴离子浓度变化曲线。
图3显示了用于中空纤维膜组件的清洗装置示意图。
图4是中空纤维膜组件结构示意图。
具体实施方式
如附图3，一种中空纤维膜组件清洗装置，包括
设备箱体1，及设置在设备箱体1内部的超声清洗装置12；
液槽，所述的液槽有碱槽2、酸槽4、清水槽6、碱液回收槽3、酸液回收槽5、水回收槽7；
控制液体的阀门，有碱液截止阀16、酸液截止阀17、清水截止阀18及相应的碱液回收截止阀19、酸液回收截止阀20、水回收截止阀21；
控制液体流量的流量计14、隔膜泵15；
用于烘干膜组件以管件自下而上相连的鼓风机8、空气过滤器9、脉冲阀10、气体截止阀11。
如附图3、4，洗涤时，碱液、酸液或清水经隔膜泵15和流量计14进入中空纤维膜组件液路口23，对膜进行清洗，清洗液从出口24流出，分别流入碱液回收槽3、酸液回收槽5或水回收槽7；烘干时，热风经过空气过滤器9去除颗粒物，再由脉冲阀10调节进入中空纤维膜气路进口22流进管程25中对膜丝进行烘干。
实施例1
1)将清水作为清洗液在储罐中加热到30℃，然后以流量200mL/min进入中空纤维膜组件的管程，清洗30分钟。清水由中空纤维膜组件的另一端流出并排走，由回收槽收集；
2)开启超声装置，0.3％的盐酸以流量200mL/min冲洗膜组件，超声波在清洗液中向前辐射，形成“空化”效应和振动效应，空化效应的气泡闭合可形成瞬间高压，不断冲击膜，使污染物迅速溶解于清洗剂中；超声与酸清洗液清洗共同清洗30分钟。
3)以清水再对膜冲洗30分钟，以去除膜表面残存的酸清洗液；随后打开热风进气阀，向膜组件鼓入热风在线干燥120分钟，热风温度为80℃；
4)随机抽取经干燥后膜组件中的一根膜丝、溶解于10mL去离子水中，超声提取1h后使用离子色谱仪上机检测膜表面阴离子浓度，以此指标来表示膜的清洗效率。离子色谱条件为：ICSI-904E离子色谱柱；1050色谱单元；数据处理***；淋洗液：3.2mmol·L-1Na2CO3+1.0mmol·L-1NaHCO3；淋洗液流速0.7mL·min-1；温度系数1.7％；电流强度30mA；温度35℃。
实施例2
1)将质量分数为0.3％的盐酸作为清洗液在储罐中加热到30℃，然后以设定流量400mL/min进入中空纤维膜组件的管程，清洗30分钟；清洗液由中空纤维膜组件的另一端流出并排走，收集于酸液回收槽；
2)开启超声装置，0.3％的盐酸以流量500mL/min冲洗膜组件，超声波在清洗液中向前辐射，形成“空化”效应和振动效应，空化效应的气泡闭合可形成瞬间高压，不断冲击膜，使污染物迅速溶解于清洗剂中；超声与酸液清洗共同作用30分钟；
3)以清水再对膜冲洗30分钟，以去除膜表面残存的酸清洗液；随后打开热风进气阀，向膜组件鼓入热风进行在线干燥350分钟，热风温度为45℃。
4)随机抽取经干燥后膜组件中的一根膜丝、溶解于10mL去离子水中，超声提取1h后使用离子色谱仪上机检测膜表面阴离子浓度，以此指标来表示膜的清洗效率。离子色谱条件为：ICSI-904E离子色谱柱；1050色谱单元；数据处理***；淋洗液：3.2mmol·L-1Na2CO3+1.0mmol·L-1NaHCO3；淋洗液流速0.7mL·min-1；温度系数1.7％；电流强度30mA；温度35℃。
实施例3
1)将质量分数为0.6％的硫酸作为清洗液在储罐中加热到30℃，然后以设定流量250mL/min进入中空纤维膜组件的管程，清洗30分钟；清洗液由中空纤维膜组件的另一端流出并排走，收集于酸液回收槽；
2)开启超声装置，0.6％的硫酸以流量200mL/min冲洗膜组件，超声波在清洗液中向前辐射，形成“空化”效应和振动效应，空化效应的气泡闭合可形成瞬间高压，不断冲击膜，使污染物迅速溶解于清洗剂中；超声与化学清洗共同作用30分钟；
3)以清水再对膜冲洗30分钟，以去除膜表面残存的酸清洗液；随后打开热风进气阀，向膜组件鼓入热风进行在线干燥400分钟，热风温度为40℃；
4)随机抽取经干燥后膜组件中的一根膜丝、溶解于10mL去离子水中，超声提取1h后使用离子色谱仪上机检测膜表面阴离子浓度，以此指标来表示膜的清洗效率。离子色谱条件为：ICSI-904E离子色谱柱；1050色谱单元；数据处理***；淋洗液：3.2mmol·L-1Na2CO3+1.0mmol·L-1NaHCO3；淋洗液流速0.7mL·min-1；温度系数1.7％；电流强度30mA；温度35℃。
实施例4
1)将质量分数为0.9％的草酸作为清洗液在储罐中加热到30℃，然后以设定流量150mL/min进入中空纤维膜组件的管程，清洗30分钟；清洗液由中空纤维膜组件的另一端流出并排走，收集于酸液回收槽；
2)开启超声装置，0.9％的草酸以流量150mL/min冲洗膜组件，超声波在清洗液中向前辐射，形成“空化”效应和振动效应，空化效应的气泡闭合可形成瞬间高压，不断冲击膜，使污染物迅速溶解于清洗剂中；超声与酸液清洗共同作用30分钟；
3)以清水再对膜冲洗30分钟，以去除膜表面残存的酸清洗液；随后打开热风进气阀，向膜组件鼓入热风进行在线干燥250分钟，热风温度为60℃；
4)随机抽取经干燥后膜组件中的一根膜丝、溶解于10mL去离子水中，超声提取1h后使用离子色谱仪上机检测膜表面阴离子浓度，以此指标来表示膜的清洗效率。离子色谱条件为：ICSI-904E离子色谱柱；1050色谱单元；数据处理***；淋洗液：3.2mmol·L-1Na2CO3+1.0mmol·L-1NaHCO3；淋洗液流速0.7mL·min-1；温度系数1.7％；电流强度30mA；温度35℃。
实施例5
1)将质量分数为0.3％的氢氧化钠作为清洗液在储罐中加热到30℃，然后以设定流量300mL/min进入中空纤维膜组件的管程，清洗30分钟；清洗液由中空纤维膜组件的另一端流出并排走，收集于碱液回收槽；
2)开启超声装置，0.3％的氢氧化钠以流量400mL/min冲洗膜组件，超声波在清洗液中向前辐射，形成“空化”效应和振动效应，空化效应的气泡闭合可形成瞬间高压，不断冲击膜，使污染物迅速溶解于清洗剂中；超声与碱液清洗共同作用30分钟；
3)以清水再对膜冲洗30分钟，以去除膜表面残存的碱清洗液；随后打开热风进气阀，向膜组件鼓入热风进行在线干燥200分钟，热风温度为65℃；
4)随机抽取经干燥后膜组件中的一根膜丝、溶解于10mL去离子水中，超声提取1h后使用离子色谱仪上机检测膜表面阴离子浓度，以此指标来表示膜的清洗效率。离子色谱条件为：ICSI-904E离子色谱柱；1050色谱单元；数据处理***；淋洗液：3.2mmol·L-1Na2CO3+1.0mmol·L-1NaHCO3；淋洗液流速0.7mL·min-1；温度系数1.7％；电流强度30mA；温度35℃。
实施例6
1)将质量分数为1.2％的氢氧化钾作为清洗液在储罐中加热到30℃，然后以设定流量150mL/min进入中空纤维膜组件的管程，清洗30分钟；清洗液由中空纤维膜组件的另一端流出并排走，收集于碱液回收槽；
2)开启超声装置，1.2％的氢氧化钾以流量250mL/min冲洗膜组件，超声波在清洗液中向前辐射，形成“空化”效应和振动效应，空化效应的气泡闭合可形成瞬间高压，不断冲击膜，使污染物迅速溶解于清洗剂中；超声与碱液清洗共同作用30分钟；
3)以清水再对膜冲洗30分钟，以去除膜表面残存的碱清洗液；随后打开热风进气阀，向膜组件鼓入热风进行在线干燥150分钟，热风温度为70℃；
4)随机抽取经干燥后膜组件中的一根膜丝、溶解于10mL去离子水中，超声提取1h后使用离子色谱仪上机检测膜表面阴离子浓度，以此指标来表示膜的清洗效率。离子色谱条件为：ICSI-904E离子色谱柱；1050色谱单元；数据处理***；淋洗液：3.2mmol·L-1Na2CO3+1.0mmol·L-1NaHCO3；淋洗液流速0.7mL·min-1；温度系数1.7％；电流强度30mA；温度35℃。
实施例7
1)将质量分数为1.9％的碳酸钠作为清洗液在储罐中加热到30℃，然后以设定流量100mL/min进入中空纤维膜组件的管程，清洗30分钟；清洗液由中空纤维膜组件的另一端流出并排走，收集于碱液回收槽；
2)开启超声装置，1.9％的碳酸钠以流量150mL/min冲洗膜组件，超声波在清洗液中向前辐射，形成“空化”效应和振动效应，空化效应的气泡闭合可形成瞬间高压，不断冲击膜，使污染物迅速溶解于清洗剂中；超声与碱液清洗共同作用30分钟；
3)以清水再对膜冲洗30分钟，以去除膜表面残存的碱清洗液；随后打开热风进气阀，向膜组件鼓入热风进行在线干燥150分钟，热风温度为75℃；
4)随机抽取经干燥后膜组件中的一根膜丝、溶解于10mL去离子水中，超声提取1h后使用离子色谱仪上机检测膜表面阴离子浓度，以此指标来表示膜的清洗效率。离子色谱条件为：ICSI-904E离子色谱柱；1050色谱单元；数据处理***；淋洗液：3.2mmol·L-1Na2CO3+1.0mmol·L-1NaHCO3；淋洗液流速0.7mL·min-1；温度系数1.7％；电流强度30mA；温度35℃。
上述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种中空纤维膜组件的清洗方法，包括以下步骤：
1)将中空纤维膜组件置于清洗装置中，以清水冲洗中空纤维膜组件30min；
2)以酸或碱清洗液同超声波对中空纤维膜清洗30-90min；
3)以清水对中空纤维膜组件再冲洗30min；
4)热风干燥中空纤维膜组件；
其中，所述的清洗装置包括
设备箱体(1)，及设置在设备箱体(1)内部的超声清洗装置(12)；
液槽，所述的液槽有碱槽(2)、酸槽(4)、清水槽(6)、碱液回收槽(3)、酸液回收槽(5)、水回收槽(7)；
控制液体的阀门，有碱液截止阀(16)、酸液截止阀(17)、清水截止阀(18)及相应的碱液回收截止阀(19、酸液回收截止阀(20)、水回收截止阀(21)；
控制液体流量的流量计(14)、隔膜泵(15)；
用于烘干膜组件以管件自下而上相连的鼓风机(8)、空气过滤器(9)、脉冲阀(10)、气体截止阀(11)。
2.根据权利要求1所述的一种中空纤维膜组件的清洗方法，其特征在于：所述的酸清洗液为盐酸、硫酸、硝酸或草酸溶液。
3.根据权利要求1所述的一种中空纤维膜组件的清洗方法，其特征在于：所述的碱清洗液为氢氧化钠、氢氧化钾、次氯酸钠或碳酸钠溶液。
4.根据权利要求1所述的一种中空纤维膜组件的清洗方法，其特征在于：所述酸溶液的质量分数为0.3～1.5％。
5.根据权利要求1所述的一种中空纤维膜组件的清洗方法，其特征在于：所述碱溶液的质量分数为0.3～2％。
6.根据权利要求1所述的一种中空纤维膜组件的清洗方法，其特征在于：热风温度为40～80℃，干燥时间为120～480分钟。
7.根据权利要求1所述的一种中空纤维膜组件的清洗方法，其特征在于：清水、酸或碱清洗液的流量为100mL/min～500mL/min。
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