[发明专利]一种间歇螺旋错流膜过滤装置及方法

说明书

技术领域

本发明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方法及其装置：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，提高系统处理能力，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。

发明内容

本发明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方法和装置，其具有较高的处理效果和较简单的清洗操作。

为了实现本上述发明的目的，本发明的技术方案如下：

一种间歇螺旋错流膜过滤装置，包括膜组件和水循环系统，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；所述水循环系统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。

本发明的装置中，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。