CN203635081U - 一种间歇螺旋错流膜过滤装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种间歇螺旋错流膜过滤装置，该装置包括膜组件和水循环***，膜组件包括壳体、中空纤维外压膜和螺旋挡板，在壳体内设有螺旋挡板，在螺旋挡板之上设有预留储水区，螺旋挡板与壳体之间形成螺旋通道；中空纤维外压膜贯穿螺旋挡板，壳体下、上端分别设有错流进、出水口，错流进水口对应螺旋通道的入口，螺旋通道的出口通过预留储水区与错流出水口连通；水循环***包括依次管路连通的储水池、循环水泵和脉冲水流发生器，脉冲水流发生器与错流进水口管路连通，储水池的进水端与错流出水口管路连通。过滤方式为错流过滤和死端过滤交替进行。本实用新型操作方便、降低能耗，易于自动化控制，有效减缓膜污染累积，延长膜使用寿命。

Description

一种间歇螺旋错流膜过滤装置

技术领域

本实用新型涉及一种膜分离方式，特别是涉及一种膜分离技术中的膜过滤装置：错流过滤和死端过滤交替进行，运行过程中脉冲进水流过螺旋器、引起料液产生螺旋流并与膜面污染物发生切向和纵向两个方向的运动，完成料液的进入和膜面的清洗，恢复膜通量。

背景技术

膜分离技术是一种借助外界能量或化学位的推动，以选择性透过多孔膜为分离介质，对混合液体进行分离、分级和富集的。具有无相变、常温或低温操作、能耗小等优点。然而，膜分离过程中所伴随的膜污染问题，膜污染将导致膜通量的下降，降低产水量，缩短膜的使用寿命，导致运行费用和制水成本的增加，因此滤膜应用推广的一个关键性问题就是由污染物造成的膜污染和清洗恢复的问题。

在膜分离中，溶质及微粒通过膜时，同时存在着截留、吸附、膜孔的堵塞、滤饼层的形成以及浓差极化的产生等现象，产生膜污染，导致膜阻力随过滤时间增大，膜渗透通量下降。一般认为当料液与膜一接触，污染就发生了，也即是说膜过滤过程中浓差极化和膜污染现象是不能避免的，那么维持较高的过滤通量就需要对膜污染进行控制。

通过有效的技术手段可以尽量延缓膜污染的进程，降低膜污染的程度，提高***处理能力，降低运行费用。

在防控膜污染方面的方法主要集中在改变原水性质、改良膜性质、优化操作条件及膜清洗等方面：（1）改变原水性质，在原水过滤前向其中加入适当的药剂，通过改变溶剂或溶质的性质，可以减轻膜负荷和污染。（2）膜材料的化学结构、亲水性或疏水性、荷电性、极性或非极性、表面能等都会影响膜的分离性能。（3）通过优化膜分离操作条件，如温度、pH值、流速、操作压力、过滤方式等可减少膜污染产生，强化过滤过程。（4）膜清洗是现在最常用的方式之一，常用的清洗方法包括物理清洗和化学清洗，物理清洗的效果一般要差于化学清洗的效果，但是频繁的化学清洗会造成膜材料的破坏，严重影响膜的寿命，也可能造成二次污染。

膜过滤的一般方式为错流过滤和死端过滤两种：

死端过滤是指在膜两边压力差的驱动下，溶质和溶剂垂直于分离膜方向运动，溶质被膜截留，溶剂通过膜而被分离。死端过滤中主体料液与透过液运动方向相同。它随着操作时间的增加，膜污染会越来越严重，过滤阻力越来越大，膜的渗透速率将下降，必须周期性的停下来进行膜表面的清洗或者是更换膜，所以全程过滤是间歇式的。

错流过滤过程中，主体料液与膜表面相切流动，料液中的溶质被截留，透过液垂直与膜面通过膜流出，因而错流过滤也称为切向流过滤。在错流过滤过程中，料液流经膜表面时产生的剪切力会把膜面上的滞留颗粒带走，使污染层保持在一个较薄的水平上，能有效的控制浓差极化和滤饼层堆积，所以长时间操作仍可以保持较高的膜通量。错流过滤方式相比于死端过滤方式，膜污染累积速率减缓，但是能量消耗较大、水量要求较高。

上述的过滤方式的效果受到本身条件的限制，需要一种相对高效、简单、易操作的膜过滤方式方法，使膜维持较高的通量。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种克服现有中空纤维式膜的过滤方式易产生且难处理污染的缺点的装置，其具有较高的处理效果和较简单的清洗操作。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型的技术方案如下：

一种间歇螺旋错流膜过滤装置，包括膜组件和水循环***，所述膜组件包括竖立的壳体、中空纤维外压膜和螺旋挡板，在壳体内紧贴其内壁设有螺旋挡板，在螺旋挡板之上设有预留储水区，螺旋挡板的中部设有支撑管，在螺旋挡板与壳体之间形成围绕支撑管的螺旋通道；所述中空纤维外压膜贯穿螺旋挡板竖直设于壳体内，中空纤维外压膜的下端固定在螺旋挡板的底部，上端由膜头固定，并与壳体上的滤液出口相连通，壳体下、上端分别设有错流进、出水口，所述错流进水口对应螺旋通道的入口，螺旋通道的出口通过预留储水区与错流出水口连通；所述水循环***包括依次管路连通的储水池、循环水泵和脉冲水流发生器，所述脉冲水流发生器通过流量阀与错流进水口管路连通，储水池的进水端与错流出水口管路连通。

所述的脉冲水流发生器包括水箱和控制脉冲水流发生间隔的电磁阀，所述电磁阀与水箱出水口连接。

本实用新型的装置中，为获得较好的螺旋效果，所述错流进水口的进水方向与壳体内壁相切。

所述螺旋挡板与壳体内壁间隙为1～3mm。

膜组件内上部设置一定的预留空间，即预留储水区，用以确保脉冲间隙期间的死端过滤用水。

本实用新型中螺旋流产生装置为螺旋挡板。中空纤维膜穿过螺旋挡板，为保持中空纤维膜与螺旋挡板无摩擦破损，采用环氧树脂胶粘结连接处，起到稳定抗冲击的作用。

螺旋挡板一次成型，中心有空心支撑管，螺旋挡板内部形成特定螺旋流道。叶片宽度与筒状壳体半径相当，叶片内冲击有若干孔洞，用于中空纤维膜的贯穿。通过调整螺旋挡板叶片圈数，可调整水力停留时间和水流速度。

利用螺旋挡板是因为它具有使水流产生螺旋流的特点，螺旋流在与中空纤维膜膜面的水平和垂直两个方向上都存在作用力，垂直方向和水平方向的力给于膜面污染物切向上的力，促使膜面的污染物脱离膜面，另外水平方向的水流将污染物带出膜过滤器，从而减缓膜污染的速度并有效去除累积的污染物。上述装置进行间歇螺旋错流膜过滤的方法，是由错流过滤和死端过滤交替进行的，错流过滤时，脉冲水流发生器产生的脉冲水流冲入膜组件，当水流流过螺旋通道时，产生螺旋流，对膜面进行切向和竖向上的液流扰动；在脉冲水流发生后，利用预留储水区内的料液进行死端过滤。循环周期包括一次脉冲开启到下一次脉冲开启之间的时间。

中空纤维膜正常过滤时：脉冲发生器产生的脉冲水流以较快的速度冲入膜过滤器，当水流流过螺旋器时，产生螺旋流，对膜面进行清洗，同时将污染物带出膜过滤器。整个过程与正常过滤阶段不分离，在进水的同时使膜通量得以恢复。并且进水与膜清洗同时进行，不存在单独的清洗阶段，有效的提高了膜处理效率。

本实用新型中进水方式采用脉冲进水，实际情况下也可以采用连续错流进水。

为获得周期性的脉冲效果，并考虑到简便操作方面的要求，所述的脉冲发生器利用电磁阀控制开关达到脉冲的效果，具有简单、易操作的特点。启动时间可以根据进水水质、膜污染状况，启动周期从5～30分钟可调，整个脉冲过程可电脑自动控制。采用的脉冲水流较为缓和，防止了剧烈水冲击对中空纤维膜的造成的破损。

本实用新型以脉冲发生器产生脉冲水流，以螺旋器产生螺旋流，采用间歇螺旋错流过滤方式，利用螺旋流与膜面污染物发生切向和纵向两个方向的运动，延缓膜污染，与现有的膜处理装置相比，具有以下优点：

（1）与现有装置相比，本实用新型的间歇螺旋错流的过滤方式是利用螺旋器产生的，进水的同时将死端过滤阶段累积的膜污染冲出。相比于全程死端过滤方式，本实用新型的间歇螺旋错流过滤方式可以间歇的将膜池的浓液排出，消除或减少浓差极化现象，延缓膜污染。相比于错流过滤，本实用新型的间歇螺旋错流过滤方式可以提高错流水流路程，减少冲洗水的用量；脉冲螺旋错流在膜面产生两个方向的切向力，并具有一定的冲击作用，效果好于错流过滤单一的水平切向力。同时，本实用新型装置可以通过调节错流过滤和死端过滤各自所占用的时间使得能耗大为降低，并易于实现自动化控制。

（2）与现有装置相比，本实用新型的间歇螺旋错流的过滤方式利用旋转分离技术，大分子污染物在离心力的作用下，易远离膜过滤进水的中心区域，造成中心的溶质分子较少、较小，不易产生膜污染。

附图说明

图1为本实用新型的间歇螺旋错流过滤装置的示意图。

图2为本实用新型膜组件的示意图。

图3为本实用新型膜组件中螺旋挡板的三维放大示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步具体详细描述，但本实用新型的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

一种间歇螺旋错流膜过滤装置，包括膜组件2和水循环***，所述膜组件2包括竖立的壳体18、中空纤维外压膜19和螺旋挡板20，在壳体内紧贴其内壁设有螺旋挡板20，螺旋挡板与壳体内壁间隙为2mm；在螺旋挡板之上设有预留储水区21，螺旋挡板20的中部设有支撑管22，在螺旋挡板20与壳体18之间形成围绕支撑管22的螺旋通道；所述中空纤维外压膜19贯穿螺旋挡板20竖直设于壳体18内，中空纤维外压膜19的下端固定在螺旋挡板的底部，上端由膜头固定，并通过出水管23与壳体上的滤液出口相连通；壳体下、上端分别设有错流进、出水口，所述错流进水口对应螺旋通道的入口，其进水方向与壳体内壁相切；螺旋通道的出口通过预留储水区21与错流出水口连通；所述水循环***包括依次管路连通的储水池1、循环水泵6、水箱5和电磁阀10（水箱5和电磁阀10组成脉冲发生器），电磁阀10与水箱出水口连接，用于控制脉冲水流发生间隔，所述电磁阀10出口通过进水管路3与错流进水口连通，进水管路3上设有流量阀9；储水池1的进水端通过回流管路4与错流出水口连通。

螺旋挡板20由塑料一次成型，中心设有空心支撑管，螺旋挡板内部形成特定螺旋流道。叶片内冲压有若干孔洞，用于中空纤维膜的贯穿。通过调整螺旋挡板叶片圈数，可调整水力停留时间和水流速度。

储水池1内安装有机械搅拌器8，用于混合脉冲回水和进水，定期将储液循环中的液体从泄空阀12排出，减少进水污染物含量。在中空纤维膜正常运行中储水池1中的料液周期性供应给中空纤维膜。储水池1用于脉冲出水的储存，以便循环水泵6可以将料液均匀充入水箱5内。

壳体上的滤液出口处设有压力表7和出水泵11。

下面参照图1、2、3对间歇螺旋错流过滤方式和装置进行更详细的说明。

上述装置进行间歇螺旋错流膜过滤的方法，是由错流过滤和死端过滤交替进行的。错流过滤时，膜组件正常运行：启动脉冲发生器的电磁阀10，将进水管路3、回流管路4上的阀门打开；当电磁阀10开启，水箱5中的脉冲水流经过进水管路3进入膜组件2，当水流通过膜组件2中的螺旋挡板20，水流形态发生转变，从直流变为螺旋流。螺旋流绕整个螺旋挡板20运动，期间与膜面发生切向交错，冲洗膜面，对膜面进行切向和竖向上的液流扰动，并将污染物冲出膜组件2，延缓膜污染，维持膜通量。螺旋流出水经回流管路4进入储水池1，通过循环水泵泵6将储水池1中液体输入到水箱5，完成整个循环。在脉冲水流发生的间隔时间内，利用预留储水区内的料液进行死端过滤。

本实用新型脉冲进水的过程中，水流具有一定的冲击作用，带有一定的清洗效果。本实用新型可以在脉冲进水的同时将上一周期死端过滤所积累的膜污染有效的去除，从而使中空纤维膜维持较高的膜通量。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种间歇螺旋错流膜过滤装置，其特征在于，包括膜组件和水循环***，所述膜组件包括竖立的壳体、中空纤维外压膜和螺旋挡板，在壳体内紧贴其内壁设有螺旋挡板，在螺旋挡板之上设有预留储水区，螺旋挡板的中部设有支撑管，在螺旋挡板与壳体之间形成围绕支撑管的螺旋通道；所述中空纤维外压膜贯穿螺旋挡板竖直设于壳体内，中空纤维外压膜的下端固定在螺旋挡板的底部，上端由膜头固定，并与壳体上的滤液出口相连通，壳体下、上端分别设有错流进、出水口，所述错流进水口对应螺旋通道的入口，螺旋通道的出口通过预留储水区与错流出水口连通；所述水循环***包括依次管路连通的储水池、循环水泵和脉冲水流发生器，所述脉冲水流发生器通过流量阀与错流进水口管路连通，储水池的进水端与错流出水口管路连通。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的脉冲水流发生器包括水箱和控制脉冲水流发生间隔的电磁阀，所述电磁阀与水箱出水口连接。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述错流进水口的进水方向与壳体内壁相切。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述螺旋挡板与壳体内壁间隙为1～3mm。

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