[发明专利]一种超声洗膜装置及工艺

说明书

技术领域

本发明涉及膜技术，具体为一种利用浸没式超声发生器对污染膜组件进行在线清洗的超声洗膜装置及工艺。

背景技术

随着社会经济的发展和人口的增长，水资源短缺已经成为一个全球化的问题，而我国的缺水形势尤其严峻。缺水每年给城市工业产值造成的损失在1200亿元以上。如何有效解决废水处理问题成为缓解用水压力一个重要的环节，而就目前研究趋势看来将生物膜应用于废水处理方面是最行之有效的途径，但怎样才能使生物膜在处理过程中尽可能地保证使用寿命，较好地保证膜通量也显得尤为重要。寻求消除膜污染，快速恢复膜通量的高效清洗方法，成了生物膜长期稳定运行的关键所在。

膜污染是指被处理物料中的微粒、胶体粒子和溶质大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膜表面或膜孔内吸附、堵塞使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化的现象。膜污染产生的原因有吸附、浓差极化、凝胶化、结垢等，依次形成滤饼层、凝胶层、膜孔堵塞。

膜工作过程中水透过膜而活性污泥和胶体物质则被截留下来，这些被截留下来的物质在虑压差和透过水流的作用下堆积在膜的表面形成膜面污染即滤饼层。滤饼层中既含有无机污染物也含有有机污染物。无机污染物主要是一些盐类，如碳酸盐、硫酸盐、和硅酸盐，最常见的是CaCO₃和CasO₄。有机污染物主要是蛋白质、絮凝剂、天然高分子等有机胶体和容易在膜表面附着的溶解性有机物，它们在氢键、色散力和憎水作用下被吸附在膜上。

溶解性有机物是PVDF膜在抽吸过程中出现浓差极化现象的重要原因之一，反应器污水中自身的溶解性高分子有机物、大分子的微生物可溶性代谢产物都容易通过浓差极化作用而在膜表面形成凝胶层，一旦当膜面上形成凝胶层后，膜表面上的凝胶层溶液浓度和主体溶液浓度梯度达到了最大值。若再增加超滤压差，则凝胶层厚度增加而使凝胶层阻力增大，所增加的压力与增厚的凝胶层阻力所抵消，以致实际渗透速率没有明显增加。由此可知，凝胶层形成后，渗透速率就与超滤压差无关，即在此条件下，再提高超滤压差只增加凝胶层的厚度或阻力，而超滤通量不变，这就大大影响了超滤的经济效益。悬浮物或水溶性大分子在膜孔中受到空间位阻，蛋白质等水溶性大分子在膜孔中的表面被吸附，以及难溶性物质在膜孔中的析出等都可能产生膜孔堵塞。此外膜内的微孔中也有微生物生长所需的营养物质，适宜微生物生存，因而不可避免地有大量微生物滋生，极易形成一层生物膜，造成膜的不可逆阻塞，使膜通量下降，成为膜污染的一个重要原因。

膜分离的主要特点是：过程在常温下进行，不发生相变，能耗低，特别适用于热敏性物质和一些特殊体系的分离，如共沸体系。膜的分离孔径可以精确控制，能够实现各种层次的分离，适用范围广，从无机物到有机物甚至细菌、病毒都可以分离。膜装置结构简单，操作容易，效率高，因而其潜在应用领域很宽，将会越来越受到重视。随着膜分离技术在工业中应用越来越多，膜污染问题也日趋严重，导致通量下降、操作压力升高等问题。膜污染问题是膜分离技术的关键问题之一，它关系到膜的使用寿命、生产成本和产品质量。膜污染及其防治方法的研究，已引起膜分离工作者的高度重视，但这些研究大多集中在反渗透、超滤和微滤过程方面。

常用的清洗方法有机械清洗、物理清洗、化学清洗。机械清洗效果差，仅能清除膜面之间相互作用的软质污染物。目前工厂大都采用物理清洗和化学清洗。物理方法一般有水力方法、气-液脉冲、反冲洗涤和循环洗涤，物理清洗利用高速水流或气流冲洗膜面，但效果不够理想，使用范围受限制；超声波清洗利用超声波脉冲产生的高能量破坏膜面的污染物，特点是可能会破坏膜的结构、成本高；化学方法一般化学洗剂进行清洗，常用洗涤剂有酸碱液、表面活性剂、氧化剂、酶。化学清洗利用化学物品物质与膜表面的污染物发生化学反应，缺点是可能产生二次污染，或导致膜损伤、成本高。目前典型的用双碱或酸的化学清洗法可参见申请号为200910114006的专利文献；典型的物理清洗与化学清洗相结合的清洗方法可参见申请号为200819113983的专利文献。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种超声洗膜装置及工艺，该装置结构简单，装置和工艺操作容易，清洗效果良好，清洗效率高，可在线使用等优点。