一種脈沖進(jìn)料控制膜污染的方法
【專利摘要】一種脈沖進(jìn)料控制膜污染的方法，原料液以不連續(xù)的方式進(jìn)入并流經(jīng)膜組件，即脈沖式進(jìn)料，使原料液在流動過程中壓力發(fā)生變化，相鄰兩個脈沖之間壓力減小，進(jìn)而引起附著在膜表面的沉積物疏松或脫落，減輕膜污染。當(dāng)壓力減小至小于膜另一側(cè)的壓力時，則可形成反沖作用。通過調(diào)整脈沖的強(qiáng)度、頻率以及脈沖函數(shù)形式，可以改變相鄰兩個脈沖之間的壓力變化幅度，不同程度提高流體湍流程度和沉積物在膜表面受到的剪切力。本發(fā)明適用于以錯流方式過濾的管式膜，在連續(xù)過濾過程中無需對膜組件進(jìn)行其它清洗或反沖操作，整個過程操作簡單，膜污染控制效果良好。
【專利說明】一種脈沖進(jìn)料控制膜污染的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于污水處理【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及錯流過濾過程中膜污染的控制方法，具體為一種脈沖進(jìn)料控制膜污染的方法

【背景技術(shù)】
[0002]膜分離技術(shù)是一種新型的分離技術(shù)，已在化工、醫(yī)藥、食品、環(huán)保等領(lǐng)域得到實際應(yīng)用。但是，該技術(shù)仍存在一些關(guān)鍵問題尚待解決，這些問題限制了該技術(shù)對傳統(tǒng)技術(shù)的取代、阻礙了該技術(shù)更廣泛的應(yīng)用。膜污染問題便是其中之一，該問題嚴(yán)重影響了膜分離效率和使用壽命等。目前比較有效去除膜污染，恢復(fù)膜通量的方法有化學(xué)清洗和反沖洗等，但是這些方法在不同程度上對膜表面有損傷或增加了單位產(chǎn)能的操作成本。因此，有必要對膜污染的控制方法進(jìn)行更深入的研宄。
[0003]CN101773787A 一種膜污染清洗方法，特別是涉及一種適用于氯堿工業(yè)和制鹽工業(yè)的膜法鹽水精制工藝的膜污染清洗方法。首先進(jìn)行反沖，用于清除膜表面沉積的濾餅；再進(jìn)行酸洗，用于清除反沖后殘留的碳酸鈣和氫氧化鎂顆粒污染；最后采用膜清洗劑清洗，用于清除酸洗無法清除的硫酸鋇顆粒污染。優(yōu)點是原料易得，使用方便，缺點是膜會有一定程度損傷、而且會降低膜的產(chǎn)能和增加成本。
[0004]CN102259991A 一種控制膜污染的化學(xué)預(yù)處理方法，該方法包括:向原水中加入氯胺氧化劑和絮凝劑，使原水經(jīng)過絮凝反應(yīng)沉淀出絮體顆粒后，進(jìn)入膜過濾設(shè)備過濾，從而制取飲用水。優(yōu)點是通過預(yù)處理減輕膜污染，缺點是必須加入化學(xué)試劑，增加成本。
[0005]CN102133505A 一種反滲透/納濾膜污染的強(qiáng)化清洗方法。特征在于在反滲透/納濾膜污染清洗過程中，導(dǎo)入具有PH響應(yīng)特性的功能材料，通過擴(kuò)散作用使pH響應(yīng)性功能材料進(jìn)入污染層，然后通過改變?nèi)芤篜H值使膜表面污染層中的具有pH響應(yīng)功能的材料發(fā)生分子形態(tài)轉(zhuǎn)變，從而使污染層疏松化，促進(jìn)污染物從膜表面去除，提高膜污染的清洗效率。優(yōu)點是可有效提高反滲透/納濾膜污染的清洗效果，缺點是仍需配合清洗工藝。
[0006]CN102125807A膜污染控制方法，其具體步驟如下:⑴采用非離子型表面活性劑對新膜表面進(jìn)行預(yù)處理；之后用反滲透水進(jìn)行反沖洗和浸泡；(2)將經(jīng)上述處理后的膜用于處理含油及陽離子型表面活性劑的污水，使用時一并投加非離子型表面活性劑；(3)膜污染后，經(jīng)反滲透水沖洗即可恢復(fù)通量。所述方法可以有效控制含油污水中陽離子型表面活性劑對超濾膜造成的不可逆污染，但是有效處理對象受限制。
[0007]CN103316592A—種分離膜污染控制與清洗方法，通過顆粒物多介質(zhì)的助濾作用，提高系統(tǒng)的納污能力。通過顆粒物多介質(zhì)粒徑的選擇，實現(xiàn)助濾層結(jié)構(gòu)控制，將化工分離過程與膜材料表面污染層結(jié)構(gòu)設(shè)計相結(jié)合，實現(xiàn)高通量的膜過濾過程。難度在于顆粒物的選擇和助濾層結(jié)構(gòu)的控制。
[0008]CN102580545A 一種帶有膜污染控制與超聲清洗的組合式超濾裝置，主要由超濾系統(tǒng)、鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)、超聲清洗系統(tǒng)、加壓溶氣反沖洗系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)組成。該方法可以減少化學(xué)清洗的頻率，但是該方法僅為多種控制方法的優(yōu)化組合，效果雖然較單一方法有改善，但是工藝復(fù)雜，且成本顯著增加。
[0009]CN102961969A利用藥劑浸泡減緩反滲透膜和納濾膜污染的裝置和方法。雖然在一定程度上延長了反滲透膜和納濾膜的使用壽命，但仍然需要外加藥劑。
[0010]CN103521081A利用高活性單線態(tài)氧清洗膜污染的方法:將固體漂白粉和無機(jī)固體過氧化物加入到裝有受污染膜組件的池子中，攪拌，浸泡，再進(jìn)行漂洗，即可。該方法雖然操作簡單易行，但需要大量藥劑。
[0011]CN103894070A 一種適用于控制外壓式膜污染的反沖洗方法，沖洗步驟包括膜內(nèi)單獨(dú)曝氣清洗或氣水混合沖洗，加氯水反沖洗等。該方法可以延長維護(hù)性化學(xué)清洗和恢復(fù)性化學(xué)清洗周期，但是所采用的氯具有危險性。
[0012]CN1416942A—種超聲波與磁場共同防治膜污染的裝置。應(yīng)用超聲波的空化作用和磁場的防垢作用共同防治膜污染。裝置由安裝在膜組件內(nèi)部或外部的超聲波發(fā)生器和在膜組件外壁設(shè)置的幾組永久性磁鐵構(gòu)成。兩者結(jié)合可起到有效防治膜污染的效果，但是當(dāng)用于大型膜組件時，防治效果會降低。
[0013]CN101224938A 一種利用納米材料光催化氧化抑制膜污染的方法，設(shè)有膜生物反應(yīng)器和納米Ti02光催化氧化反應(yīng)器，納米Ti02光催化氧化反應(yīng)器的進(jìn)水端與膜生物反應(yīng)器的生物反應(yīng)器出水端連通，納米Ti02光催化氧化反應(yīng)器的出水端與膜生物反應(yīng)器的膜分離組件進(jìn)水端連通。光催化反應(yīng)器的使用可以在一定程度上降解一些有機(jī)物，但是對固體顆粒物無效。
[0014]CN101397168A 一種添加磁性鐵氧體粉末減緩膜污染的方法。在膜生物反應(yīng)器污泥培養(yǎng)過程中，向生物反應(yīng)器內(nèi)加入磁化后的磁性鐵氧體粉末，繼續(xù)培養(yǎng)馴化，形成磁性污泥，然后穩(wěn)定運(yùn)行。依靠磁性鐵氧體粉末的磁催化、吸附等作用，有效緩解膜生物反應(yīng)器內(nèi)的膜污染。該方法不但要消耗磁性鐵氧體粉末，而且會導(dǎo)致污泥中的鐵含量增加。
[0015]CN101767866A 一種提高膜污染控制效能的曝氣方法及其在膜分離過程中應(yīng)用，主要使通過曝氣控制裝置使曝氣間歇性產(chǎn)生單個大氣泡，大氣泡在上升過程中對膜表面的剪切力和傳質(zhì)效率明顯高于普通的自由曝氣產(chǎn)生的小氣泡。該方法可以在一定程度上控制膜污染，但是與小氣泡相比，大氣泡對有效膜面積的影響會更顯著，在控制膜污染的同時也會減小單位膜面積的產(chǎn)能。
[0016]CN200710177388.2提供一種膜生物反應(yīng)器及其在廢水處理中的應(yīng)用。反應(yīng)器包括生化反應(yīng)單元、脈沖式空氣供給單元和膜過濾單元。其中脈沖空氣流摻入膜過濾單元的廢水料液，形成摻氣水流協(xié)助清除膜表面的污垢沉積。優(yōu)點是空氣成本低且對膜的損傷小，缺點是脈沖式空氣供給單元將增加設(shè)備成本，且空氣的摻入會增加跨膜壓差或降低產(chǎn)能。
[0017]CN200810110941.5提供一種脈沖射流型膜生物反應(yīng)器的裝置及使用方法。采用射流器代替?zhèn)鹘y(tǒng)鼓風(fēng)機(jī)來實現(xiàn)膜組件錯流沖刷作用，循環(huán)液在射流器內(nèi)高速通過，空氣通過PLC控制的閥門以脈沖形式進(jìn)入射流器，并通過擴(kuò)散布?xì)庋b置在底部噴射。PLC系統(tǒng)通過改變循環(huán)流量和脈沖頻率來調(diào)整氣液兩相流在膜表面的錯流狀態(tài)，改善空氣對膜表面的沖刷效果。該發(fā)明中脈沖空氣的作用與CN200710177388.2相同。脈沖式空氣供給系統(tǒng)同樣將增加設(shè)備成本，且空氣的摻入也同樣會增加跨膜壓差或降低產(chǎn)能。
[0018]CN101927131A—種用陶瓷微濾膜回收分子篩中防治膜污染的方法，通過改變料液在膜組件中的流動方向，使其流經(jīng)膜的進(jìn)、出口互換。該種料液在膜組件中流動方向的改變，料液中清水在膜組件中的流動，對膜組件起到了反沖作用，對膜面進(jìn)行沖洗，從而起到防治膜污染的目的。但該方法在進(jìn)出口互換的過程中，會對回收率產(chǎn)生一定的影響。
[0019]綜上所述，現(xiàn)有的膜污染防治方法對膜本身有損傷，或需要額外藥劑，膜污染的控制效果不理想。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]本發(fā)明要解決的問題是:現(xiàn)有的膜污染控制手段會影響膜性能，損傷膜表面，或需要額外添加藥劑，或增加設(shè)備成本和單位產(chǎn)能的操作成本，控制效果不理想。
[0021]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種脈沖進(jìn)料控制膜污染的方法，原料液以不連續(xù)的方式進(jìn)入并流經(jīng)膜組件，形成脈沖式進(jìn)料，使原料液在膜組件內(nèi)的流動過程中壓力發(fā)生變化，相鄰兩個脈沖之間壓力減小，進(jìn)而引起附著在膜表面的沉積物疏松或脫落，減輕膜污染。
[0022]通過程序可控的脈沖發(fā)生器實現(xiàn)脈沖式進(jìn)料，脈沖發(fā)生器的脈沖形式通過非恒定值的函數(shù)形式實現(xiàn)。
[0023]作為優(yōu)選方式，所述脈沖形式包括:間歇函數(shù)、正弦函數(shù)、冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)以及對數(shù)函數(shù)。
[0024]所述脈沖發(fā)生器為電磁閥或活塞泵。
[0025]進(jìn)一步的，通過調(diào)整脈沖的強(qiáng)度、頻率以及脈沖形式，改變相鄰兩個脈沖之間的壓力變化幅度，當(dāng)相鄰兩個脈沖之間壓力小于膜另一側(cè)的壓力時，形成反沖作用。
[0026]因為不存在藥劑和高壓流體反沖等引起的膜損傷，所以本發(fā)明適用于無機(jī)陶瓷膜和有機(jī)中空纖維膜組成的膜組件，原料液以錯流的方式流經(jīng)膜組件。
[0027]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:將脈沖發(fā)生器設(shè)置在膜組件的進(jìn)口端，原料液流經(jīng)脈沖發(fā)生器時形成脈沖流進(jìn)入膜組件，以錯流過濾的方式進(jìn)行膜分離過程，可以采用外壓或內(nèi)壓方式操作。內(nèi)壓和外壓分別指原料液從纖維膜管內(nèi)流過和從纖維膜管外流過。因為流體的壓力脈沖變化是由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生并設(shè)置程序控制，所以在連續(xù)過濾過程中無需對膜組件進(jìn)行曝氣強(qiáng)化和藥劑清洗或反沖操作。整個過程操作簡單，膜污染控制效果良好。
[0028]本發(fā)明的脈沖進(jìn)料與現(xiàn)有的脈沖曝氣方式不同。例如【背景技術(shù)】中提到的CN200710177388.2和CN200810110941.5，都提出了在生物反應(yīng)膜中采用脈沖曝氣的方式，它們所說的脈沖是指在膜分離系統(tǒng)外以脈沖的方式向膜分離單元充入空氣，主要依靠氣泡的擾動和在膜表面的剪切作用改善膜污染。而本發(fā)明所說的脈沖是指進(jìn)料液的脈沖，沒有空氣的加入，依靠脈沖引起的流體壓力變化控制污染物在膜表面的沉積，脈沖曝氣的缺陷已在【背景技術(shù)】進(jìn)行了分析。另外，膜生物反應(yīng)器中所用的膜材料(PVDF)屬于有機(jī)膜，形式上有平板式、管式和中空纖維。而陶瓷膜和有機(jī)膜是從膜材料角度的兩個分類，陶瓷膜所能夠承受的壓力更大。現(xiàn)有技術(shù)的曝氣方式都只能針對有機(jī)膜，曝氣產(chǎn)生的氣泡對陶瓷膜的擾動作用不大，與它們相比較，本發(fā)明適用范圍更廣。
[0029]本發(fā)明通過采用脈沖進(jìn)料控制膜污染，無需藥劑或曝氣裝置，可以在膜分離系統(tǒng)的工作時進(jìn)行。本發(fā)明脈沖進(jìn)料的不連續(xù)性可以造成流體在流動過程中壓力發(fā)生變化，相鄰兩個脈沖之間壓力減小，進(jìn)而引起附著在膜表面的沉積物疏松或脫落，達(dá)到有效減輕膜污染的目的。通過控制脈沖強(qiáng)度和脈沖頻率，使相鄰脈沖間的壓力減小，當(dāng)原料液一側(cè)的壓力減小至小于膜另一側(cè)的壓力時，則可形成反沖作用，無需額外的反沖操作，在原料液流動中即可實現(xiàn)。本發(fā)明過程的實現(xiàn)只需在膜組件的進(jìn)料口設(shè)置流體脈沖發(fā)生器即可，無需外加其它設(shè)備或化學(xué)試劑，操作簡單。實驗表明，相比通過藥劑或曝氣等手段的現(xiàn)有技術(shù)，采用本發(fā)明的脈沖式進(jìn)料處理生活污水時，膜通量可提高至其它不采用脈沖進(jìn)料方式的穩(wěn)定流的2倍以上。且由于本發(fā)明方法單純作用于原料液本身，無需額外藥劑或復(fù)雜工藝，只要能進(jìn)行膜分離過濾的對象都能適用，相比現(xiàn)有技術(shù)適用性廣。本發(fā)明也可以和曝氣等技術(shù)聯(lián)合使用，適用于各種液體過濾對象。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明方法的裝置及運(yùn)行示意圖。
[0031]圖2為本發(fā)明實施例中空纖維膜處理污水效果示意圖。

【具體實施方式】
[0032]本發(fā)明的目的在于提供一種通過脈沖進(jìn)料控制膜污染的方法。其中，脈沖進(jìn)料是指原料液以不連續(xù)的方式進(jìn)入膜組件，從而造成流體在流動過程中壓力發(fā)生變化，相鄰兩個脈沖之間壓力減小，進(jìn)而引起附著在膜表面的沉積物疏松或脫落，達(dá)到有效減輕膜污染的目的。在一定條件下，當(dāng)壓力減小至小于膜另一側(cè)的壓力時，則可形成反沖作用。通過調(diào)整脈沖的強(qiáng)度、頻率以及脈沖函數(shù)形式，可以改變相鄰兩個脈沖之間的壓力變化幅度，不同程度提高流體湍流程度和沉積物在膜表面受到的剪切力。
[0033]本發(fā)明采用脈沖發(fā)生器實現(xiàn)脈沖流體的形成，脈沖發(fā)生器為可程序控制的電磁閥或活塞泵。脈沖發(fā)生器的開關(guān)頻率、幅度、快慢均可通過輸入函數(shù)程序控制，所述輸入函數(shù)采用非恒定值的函數(shù)形式即可。例如:間歇函數(shù)、正弦函數(shù)、冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)以及對數(shù)函數(shù)。
[0034]下面通過實施例來說明本發(fā)明的實施及其效果。采用如圖1所示實驗裝置，污水在膜組件中以內(nèi)壓、錯流過濾的方式進(jìn)行過濾。開啟水泵并計時，測量濾液的體積，計算膜通量。實施例采用的改性PVC中空纖維超濾膜由海南立昇凈水科技有限公司提供，過濾面積0.8m2，孔徑0.01 μ m。生活污水取自?？谀澄鬯幚韽S，取回的污水保存在4°C的冰箱中，并且在3天之內(nèi)用完全部水樣。
[0035]實施例1、控制相鄰脈沖間隔時間為2min，單個脈沖時長分別為10min、20min、30min時，結(jié)果表明膜通量衰減差異顯著，如圖2(a)所示。當(dāng)膜分離系統(tǒng)無脈沖連續(xù)運(yùn)行60min時，膜比通量J/JO為0.31，而采用以上三種脈沖時的J/JO分別為0.75,0.71,0.63，
膜通量提高至2倍以上。
[0036]實施例2、控制相鄰脈沖間隔時間都為15s，單個脈沖時長分別為15s、30s、lmi時，通膜量隨時間的變化如圖2(b)所示。當(dāng)無脈沖連續(xù)運(yùn)行時，J/J0迅速下降，運(yùn)行30min時膜通量為初始通量的一半。而采用本發(fā)明脈沖進(jìn)料時，同樣情況下膜通量最高可達(dá)初始通量的90%以上。單脈沖時長為15s時，運(yùn)行Ih后膜通量仍為初始通量的85%。效率是無脈沖連續(xù)運(yùn)行的兩倍以上。
[0037]實施例3、當(dāng)脈沖形式對應(yīng)的函數(shù)分別為正弦函數(shù)、冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)以及對數(shù)函數(shù)時，系統(tǒng)運(yùn)行60min后，對應(yīng)的J/JO的最大值分別為0.81、0.77、0.78和0.75。較穩(wěn)定流進(jìn)料均提高約150%?200%。
[0038]實施例4、當(dāng)正弦函數(shù)脈沖進(jìn)料和氣泡摻雜聯(lián)合使用時，統(tǒng)運(yùn)行60min后，對應(yīng)的J/J0的最大值可達(dá)0.85。而單獨(dú)采用氣泡強(qiáng)化時，J/J0的最大值為0.44。本發(fā)明方式相比曝氣方式膜污染的控制作用非常顯著。
[0039]由于本發(fā)明方式無需藥劑或高壓流體反沖，本發(fā)明同樣適用于無機(jī)陶瓷膜的膜組件，它們的實施方式和作用原理都是一樣的。
[0040]綜上所述，本發(fā)明方法能夠方便快捷的控制膜污染，不產(chǎn)生膜損傷，無需額外藥劑或復(fù)雜的工藝設(shè)備，并且可在膜組件工作時進(jìn)行，不影響膜分離系統(tǒng)的工作，本發(fā)明方法可用于各種膜組件，各種過濾對象，具有廣泛的適用性。
【權(quán)利要求】
1.一種脈沖進(jìn)料控制膜污染的方法，其特征是原料液以不連續(xù)的方式進(jìn)入并流經(jīng)膜組件，形成脈沖式進(jìn)料，使原料液在膜組件內(nèi)的流動過程中壓力發(fā)生變化，相鄰兩個脈沖之間壓力減小，進(jìn)而引起附著在膜表面的沉積物疏松或脫落，減輕膜污染。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈沖進(jìn)料控制膜污染的方法，其特征是通過程序可控的脈沖發(fā)生器實現(xiàn)脈沖式進(jìn)料，脈沖發(fā)生器的脈沖形式通過非恒定值的函數(shù)形式實現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種脈沖進(jìn)料控制膜污染的方法，其特征是所述脈沖形式包括:間歇函數(shù)、正弦函數(shù)、冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)以及對數(shù)函數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種脈沖進(jìn)料控制膜污染的方法，其特征是所述脈沖發(fā)生器為電磁閥或活塞泵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種脈沖進(jìn)料控制膜污染的方法，其特征是通過調(diào)整脈沖的強(qiáng)度、頻率以及脈沖形式，改變相鄰兩個脈沖之間的壓力變化幅度，當(dāng)相鄰兩個脈沖之間壓力小于膜另一側(cè)的壓力時，形成反沖作用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種脈沖進(jìn)料控制膜污染的方法，其特征是所述膜組件包括無機(jī)陶瓷膜和有機(jī)中空纖維膜組成的膜組件，原料液以錯流的方式流經(jīng)膜組件。
【文檔編號】B01D65/08GK104474906SQ201410704582
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】史載鋒, 朱林華, 王向輝, 林強(qiáng), 張大帥, 彭婷, 熊玉琴 申請人:海南師范大學(xué)