一種介電電泳中空纖維膜組件的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種介電電泳中空纖維膜組件，主骨架與電極安裝板構(gòu)成板框簾式結(jié)構(gòu)，主骨架上、下設(shè)置，電極安裝板左、右設(shè)置，在由主骨架和電極安裝板所構(gòu)成的板框之間豎向安裝中空纖維膜，在中空纖維膜前后兩面的板框之間橫向均布間隔固裝電極，在主骨架上設(shè)置有凈水口，在電極安裝板上設(shè)置電線輸出口，引出并連接外界電源。本實用新型使用介電電泳技術(shù)，中空纖維膜過濾分離固液，固氣還是液液混合相中發(fā)生的分離中空纖維膜污染，都是固體微粒（微粒、膠體微粒、溶質(zhì)結(jié)晶體、細菌和不溶有機物液滴及大分子有機物）相對于連續(xù)相（液體或氣體）存在，由于固體微粒與其所懸浮的連續(xù)相的介電極化能力的不同，介電電泳力將固體微粒推離電極或者將固體微粒吸附在電極上，減少甚至消除中空纖維膜工藝中發(fā)生的膜污染和堵膜現(xiàn)象，以達到強化中空纖維膜工藝。
【專利說明】一種介電電泳中空纖維膜組件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于分離【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及多相(固液，固氣，液液)中空纖維膜過濾分離工藝，尤其是一種介電電泳中空纖維膜組件。
【背景技術(shù)】
[0002]滲透膜分離技術(shù)在近30年中由于其操作方便、工藝設(shè)備緊湊、分離效率高、能耗低等優(yōu)點而迅速發(fā)展成為工業(yè)中多相(主要于固液，固氣和液液等)分離的重要工藝方法。然而，在滲透膜過濾工藝中，膜污染這個不可避免的問題始終存在，且已成為這項工藝于實際應(yīng)用中的一個致命缺點。膜污染是由于膜表面和膜孔中由于微粒、膠體粒子、溶質(zhì)分子或細菌、病毒等的沉積或孳生而導(dǎo)致的膜孔堵塞或變小，造成過膜阻力的增大，從而使膜透過量下降，減少膜的使用壽命等后果。例如，在固液分離中經(jīng)常使用的超/微濾膜，其膜透過量由于膜污染會在近一個小時的工作之后減少約50% ;而由于固體小顆粒的吸附和堵塞，這種污染甚至不可逆。在納濾和反滲透膜等用于液液分離中，除了由于濃差極化所產(chǎn)生的凝膠層會在膜表面形成一個不可透層從而極大增大了膜阻力和透過壓的要求，這種膜污染可以通過膜清洗而除去，稱為可逆污染。
[0003]中空纖維方式制模始于1966年Dow Chemical公司，之后，Du Pont等公司均將該種方式用于商業(yè)化生產(chǎn)。中空纖維膜通?？杉毞譃橹睆?0-200微米之間的中空纖維絲(hollow fine fibers)和直徑500微米以上的毛細管中空纖維膜(capillary fibers)。與其他形式的膜相比，中空纖維膜具有以下幾個突出優(yōu)點:(1)膜的填充密度大，一般為1.6xl04?3xl04m2/m3 ; (2)膜為自承式，無需任何支撐體，價格便宜；(3)單個膜組器的回收率高，通常對水的回收率為35%?65%。被廣泛應(yīng)用于膜分離的各個領(lǐng)域，許多膜蒸餾的研究工作中采用了中空纖維膜元件。隨著化纖行業(yè)的高速發(fā)展，各種中空纖維技術(shù)得到快速發(fā)展，中空纖維膜技術(shù)也不斷提升。但是中空纖維膜較差的抗污染性能，仍是限制其發(fā)展的重要因素之一。
[0004]工業(yè)上用來清洗膜污染的常用方法主要為物理清洗和化學(xué)清洗?；瘜W(xué)清洗是通過藥劑的使用以將不溶污染物溶解并沖洗出膜組件，然而，化學(xué)清洗不僅由于藥劑的使用而增加過濾工藝的操作成本，而且由于酸性或堿性藥劑的使用而對膜造成損害且造成污染。物理清洗主要包括低壓高流速清洗、等壓沖洗、反沖洗、負壓清洗、機械刮除等方法，工業(yè)中普遍使用的是高速反沖洗和氣水反沖洗工藝。然而，這兩種工藝都必須在清洗過程中停止膜過濾工藝，且需要高壓和高于產(chǎn)水量兩到三倍的水用于沖洗，而耗能高，用水量大。
[0005]超聲波被認為可以實現(xiàn)防止膜污染的一個方法。然而，由于高強度超聲波對滲透膜所造成的侵蝕和破壞，以及龐大的超聲波生成系統(tǒng)阻礙了其在工業(yè)上的應(yīng)用。基于電泳原理的電子滲透膜于上世紀七十年代由Manegold等提出，并由Henry等通過實驗證實其可行性。然而，這種方法不適于用于多離子復(fù)雜性的工業(yè)條件，而且其高能耗也阻礙了它在工業(yè)上的廣泛使用。除此之外，裸電極在電泳的使用也提高了短路的可能及電擊的危險，以及電極上發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)不僅會導(dǎo)致PH值變化，甚至于生成有毒或污染環(huán)境的化學(xué)副產(chǎn)品O
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種介電電泳中空纖維膜組件，該組件可減少甚至消除在中空纖維膜分離工藝中發(fā)生的膜污染和堵膜現(xiàn)象以達到強化滲透膜工藝。
[0007]本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0008]一種介電電泳中空纖維膜組件，包括主骨架、電極安裝板、中空纖維膜，其特征在于:主骨架與電極安裝板構(gòu)成板框式結(jié)構(gòu)，主骨架上、下設(shè)置，電極安裝板左、右設(shè)置，在由主骨架和電極安裝板所構(gòu)成的板框之間豎向安裝中空纖維膜，在中空纖維膜前后兩面的板框之間橫向均布間隔固裝電極，在主骨架上設(shè)置有凈水口，在電極安裝板上設(shè)置電線輸出口，引出并連接外界電源。
[0009]而且，所述電極采用圓柱形叉指電極結(jié)構(gòu)，在所安裝的每對電極中，一根電極采用絕緣電極，而另一根電極則采用防腐蝕材料的裸電極。
[0010]而且，所述絕緣電極與裸電極間隔排列。
[0011]本實用新型的優(yōu)點和積極效果是:
[0012]1、本實用新型使用介電電泳技術(shù)，中空纖維膜過濾分離固液，固氣還是液液混合相中發(fā)生的分離中空纖維膜污染，都是固體微粒(微粒、膠體微粒、溶質(zhì)結(jié)晶體、細菌和不溶有機物液滴及大分子有機物)相對于連續(xù)相(液體或氣體)存在，由于固體微粒與其所懸浮的連續(xù)相的介電極化能力的不同，介電電泳力將固體微粒推離電極或者將固體微粒吸附在電極上，減少甚至消除中空纖維膜工藝中發(fā)生的膜污染和堵膜現(xiàn)象，以達到強化中空纖維膜工藝。
[0013]2、本實用新型在保持中空纖維膜過濾工藝的正常工作的同時，無須添加額外物質(zhì)例如化學(xué)藥劑或大量的水，能夠減少甚至消除中空纖維膜過濾工藝中的膜污染和堵膜現(xiàn)象所造成的膜使用壽命降低和膜透過量下降的問題，降低減少和消除中空纖維膜污染問題所消耗的能量和成本。
[0014]3、本實用新型通過施加在臨近中空纖維表面的固體顆粒的介電電泳力而將其移離中空纖維膜表面從而達到防止膜污染和堵膜的作用，以延長中空纖維膜使用壽命和提高中空纖維膜的工作效率及產(chǎn)水量。
[0015]4、本實用新型可以減少甚至消除膜污染的問題，提高中空纖維膜使用壽命，提高中空纖維膜膜透過量，與工業(yè)經(jīng)常使用的反沖洗技術(shù)相比，介電電泳中空纖維膜的使用無需停止中空纖維膜過濾工藝的工作。
[0016]5、本實用新型通過間斷施加介電電泳可消除膜污染的問題，且能耗低，操作成本低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)主視圖；
[0018]圖2為圖1的A-A向截面剖視圖；
[0019]圖3為圖1的B部結(jié)構(gòu)放大示意圖；[0020]圖4為圖2的C部結(jié)構(gòu)放大示意圖；
[0021]圖5是本實用新型介電電泳中空纖維膜工作原理示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面通過附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳述，但本實用新型并不限于下述實施方式，任何在本實施例原理上所做的改變或替代方案，均落入本實用新型要求保護的范圍之中。
[0023]一種介電電泳中空纖維膜組件，如圖1、2所示，包括主骨架1、電極安裝板5、中空纖維膜6，為板框簾式結(jié)構(gòu)，主骨架與電極安裝板構(gòu)成板框簾式結(jié)構(gòu)，主骨架上、下設(shè)置，電極安裝板左、右設(shè)置，主骨架及電極安裝板均由ABS制作并壓塑形成一體，在由主骨架和電極安裝板所構(gòu)成的板框之間豎向安裝中空纖維膜，在中空纖維膜前后兩面的板框之間橫向均布間隔固裝電極2，該電極采用圓柱形叉指電極結(jié)構(gòu)，本實施例中安裝有兩對電極；在每對電極中，一根電極采用絕緣電極，而另一根電極則采用防腐蝕材料的裸電極以減少能耗和電極生產(chǎn)成本，絕緣電極與裸電極間隔排列。在主骨架上設(shè)置有凈水口 4，在電極安裝板上設(shè)置電線輸出口 3，引出并連接外界電源。
[0024]本實用新型的工作過程是:
[0025]本組件浸泡于需要處理的廢水中，安裝在中空纖維膜兩側(cè)的電極安裝元件上的電極安裝口中的叉指電極通過電線輸出口與電源接通。由于相對于水而更低的介電極化能力，固體顆粒在廢水中通常表現(xiàn)為陰性介電電泳性質(zhì)；即在不勻稱電場中，固體顆粒被向弱電場方向移動。如附圖5所示，廢水經(jīng)過滲透膜的表面，在滲透膜下安裝的叉指電極提供介電電泳力所需的不勻稱電場。特有的圓形表面使叉指電極的強電場面最大化，從而使用更少的材料，但可得到更強的介電電泳力。中空纖維膜安裝在兩隊叉指電極的中間，當固體顆?？拷锌绽w維膜時，即先靠近叉指電極時，將被移離而無法靠近中空纖維膜，如此減少甚至消除膜污染和堵膜得發(fā)生；水通過中空纖維膜進入組件內(nèi)得到凈水，凈水由主骨架兩端的凈水口排出。
[0026]本實用新型所涉及的介電電泳概念及其工作原理:
[0027]介電電泳(Dielectrophoresis)技術(shù)已經(jīng)被成功的應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)工業(yè)來分離、富積、捕獲微粒和細胞。該技術(shù)描述的是位于非勻稱電場的中性微粒由于介電極化的作用而產(chǎn)生的平移運動。產(chǎn)生在微粒上的偶極矩可以由兩個相同帶電量但極性相反的電荷來表示，當它們在微粒界面上不對稱分布時，產(chǎn)生一個宏觀的偶極矩。當這個偶極矩位于不勻稱電場中，在微粒兩邊的局部電場強度的不同產(chǎn)生一個凈力，稱為介電電泳力。由于懸浮于媒介中的微粒與媒介有著不同的介電能力(介電常數(shù))，微粒會被向或者更強的電場強度的方向移動，稱為陽性介電電泳，或者更弱的電場強度的方向移動，稱之為陰性介電電泳。
[0028]無論是在滲透膜過濾分離固液，固氣還是液液混合相中發(fā)生的分離滲透膜污染，都是固體微粒(微粒，膠體微粒，溶質(zhì)結(jié)晶體，細菌，和不溶有機物液滴及大分子有機物)相對于連續(xù)相(液體或氣體)存在。在這樣的一個系統(tǒng)中，由于固體微粒與其所懸浮的連續(xù)相的介電極化能力的不同，介電電泳力將固體微粒推離電極或者將固體微粒吸附在電極上，表現(xiàn)出或者陰性介電電泳性質(zhì)或者陽性介電電泳性質(zhì)。
[0029]由于相對于水而更低的介電極化能力，固體顆粒在廢水中通常表現(xiàn)為陰性介電電泳性質(zhì)；即在不勻稱電場中，固體顆粒被向弱電場方向移動。如圖1所示，廢水經(jīng)過中空纖維膜的表面，在中空纖維膜兩側(cè)安裝的叉指電極提供介電電泳力所需的不勻稱電場。特有的圓形表面使叉指電極的強電場面最大化，從而使用更少的材料，但可得到更強的介電電泳力。于是將中空纖維膜安裝在兩隊叉指電極的中間，當固體顆?？拷锌绽w維膜時，即先靠近叉指電極時，將被移離而無法靠近中空纖維膜。如此減少甚至消除膜污染和堵膜得發(fā)生。
[0030]介電電泳中空纖維膜組件為本實用新型介電電泳中空纖維膜組件的一種實施例，采用板框簾式結(jié)構(gòu)，電極及電極安裝元件可重復(fù)利用。
【權(quán)利要求】
1.一種介電電泳中空纖維膜組件，包括主骨架、電極安裝板、中空纖維膜，其特征在于:主骨架與電極安裝板構(gòu)成板框簾式結(jié)構(gòu)，主骨架上、下設(shè)置，電極安裝板左、右設(shè)置，在由主骨架和電極安裝板所構(gòu)成的板框之間豎向安裝中空纖維膜，在中空纖維膜前后兩面的板框之間橫向均布間隔固裝電極，在主骨架上設(shè)置有凈水口，在電極安裝板上設(shè)置電線輸出口，引出并連接外界電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介電電泳中空纖維膜組件，其特征在于:所述電極采用圓柱形叉指電極結(jié)構(gòu)，在所安裝的每對電極中，一根電極采用絕緣電極，而另一根電極則采用防腐蝕材料的裸電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的介電電泳中空纖維膜組件，其特征在于:所述絕緣電極與裸電極間隔排列。
【文檔編號】B01D65/08GK203507828SQ201320560240
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】王冰 申請人:內(nèi)蒙古天一環(huán)境技術(shù)有限公司