CN100351005C - 一种高速旋转的膜装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种膜的应用技术。悬浮液进入高速旋转的膜装置，高速旋转的膜装置带动滤液高速旋转形成了离心力场，首先经过沉降分离相对较清的小半径处滤液，经过导流器导入待滤液部分，在清液槽液面和待滤液部分液面半径差形成的压力推动下，滤液中的清液透过膜面，液透过膜面的清液由清液吸泵吸出经清液管排出，被膜面截留的截留液、浓缩液和污染物向截留液部分处流动，其中重相的浓缩液和污染物受离心力向筒壁沉降，轻相的截留液则由导流器导流到待滤液侧循环，沉降的浓缩液和污染物通到浓污液槽由浓污液吸泵吸出经浓污液排管排出。本装置，不用外设泵即能形成膜的透过压力和滤液的流动力，并且在离心力的作用下既能使膜面保持清洁又提高了截留液的排放浓度。

Description

一种高速旋转的膜装置

技术领域：

本发明涉及一种膜的应用技术。作为一种分离、浓缩、提纯及净化工艺的膜在石油化工、轻工、纺织、食品、生物工程、医药、海水淡化、环境保护等领域得到应用，但由于各种膜在使用中的污染问题，限制了膜在更大范围的使用。所以膜污染的控制，提高截留液的排放浓度就成为膜应用技术领域中的关键技术。

背景技术：

目前为解决膜污染问题，通常都采用错流技术作为主要的运行方式，污染严重时采用间歇的反冲洗或化学清洗方法恢复膜的通量。错流技术的特征是滤液和膜面之间有一个相对速度，依靠液流和膜面的剪切力清除附着在膜面的污染物。目前共知的膜使用方法都是以泵提供透过压和供液量的，由于膜面上的滤液流过量远大於透过膜的清液量，为了保持一定的操作压力和膜面的相对流速，大量的能量消耗在滤液的循环上，由于循环过程中截留液中的浓液不能有效分离，重复参加过滤，这就限制了截留液的排放浓度无法进一步提高。《无机膜技术及其应用》一书P230中所述的高剪切错流过滤，“它的基本原则是以膜(或靠近膜的表面)相对于流体运动以代替将液体泵进固定的滤膜流道，也可以采用使流体内的转体贴近膜表面而产生高速度梯度的方法。”其中，“膜在进到静止套框内的液体中转动，滤液则由中空旋转轴抽出”和“具有转动滤膜的轴向过滤器”这二种方式形象上和本技术有些相似，但其实质仍旧是以泵产生的压力为过滤压力，旋转装置的目的仅为得到滤液相对膜面的高剪切速度。因此它的壳体必须是密封的。由于该技术仅从提高错流速度来达到膜表面沉积物的清除，不能有意识的使被清除的沉积物和浓缩液在截留液中分离，从而限制了排放液浓度的提高。

发明内容：

本发明的目的是提供一种在离心力场内工作的膜装置，它在运转中不依赖外设泵就可以自动保持稳定的膜透过压力，稳定的错流速度，还能以离心沉降方式将截留液中的重相污染物、浓液和轻液分层。使重相污染物、浓液向离开膜过滤面的方向沉降，轻液在机内循环过滤，保持膜面的清洁，减轻了滤膜的负载，提高截留液的排放浓度。

本发明的目的是这样实现的，高速旋转的膜装置，带动液体高速旋转形成了离心力场，以离心力场内滤液面与清液面两个不同半径液位间存在的压力差为膜的透过压力。滤液中和膜面截留物中的重相物，在离心力作用下，向离开膜面的方向沉降。

为了增加膜的过滤面积，膜还可以做成有许多过滤流道的膜组件。离心力场内滤液被膜组件分成待滤液和截留液二部分，在膜组件流道内通过的截留液还可以通过导流器，导流至待滤液侧循环过滤。截留液面和待滤液面之间不同半径液位的压力差和离心力为滤液通过膜组件流道的动力。使滤液可以在流道内以错流方式过滤，膜组件可以由圆片膜、管状膜、中空纤维膜等多种组成方式。

高速旋转的膜装置，带动液体高速旋转形成的离心力场，既提供了膜的透过压力又提供了滤液在膜组件流道内的流动力，改变了目前公知依赖泵的膜应用方式，离心力的沉降作用，使和离心力反方向的膜面重相污染物脱离膜面，使膜面保持良好的过滤能力，滤液中重相物的沉降又使膜面仅有较为清的轻相滤液参与过滤，减轻了膜的负荷。

附图说明：

附图是本发明高速旋转的膜装置示意图，下面结合附图作进一步的说明：高速旋转的膜装置是由主轴1，筒体2，膜组件3，清液槽6，清液吸泵7，浓污液槽8，浓污液吸泵9，连通管10，导流器11组成。膜组件3由膜元件4，清液腔5组成，膜组件3将筒体2隔分为二个部分，在膜组件3内侧的为待滤液部分13，在膜组件3外侧和筒体2之间的为截留液部分14，其间有导流器11。

具体实施方式：

高速旋转的膜装置带动滤液高速旋转形成了离心力场，悬浮液由悬浮液进口12处进入高速旋转的膜装置。

滤液首先进入截留液部分14，经过沉降分离相对较清的小半径处滤液，经过导流器11导入待滤液部分13，再通过膜元件4，在清液槽液面和待滤液部分液面半径差形成的压力推动下，在膜元件4的膜面上形成渗透，透过膜面的清液汇集在膜组件3内的清液部分15处，由连通管10输到清液槽6内，再由清液吸泵7吸出经清液管16排出，清液吸泵7的位置和清液管16内的压力控制清液槽6的液位半径，被膜面截留的截留液、浓缩液和污染物受离心力和待滤液位与截留液位间压差的推动，向截留液部分14处流动，其中重相的浓缩液和污染物受离心力向筒壁沉降。轻相的截留液则由导流器导流到待滤液侧循环，沉降的浓缩液和污染物通到浓污液槽8由浓污液吸泵9吸出经浓污液排管17排出。也可以通过筒壁上均布的孔直接排出。

膜组件中的有效膜面以与离心力相反到平行的方向排列，滤液受压差和离心力驱动，通过由膜面组成的滤液通道，在膜面上呈错流状，其中透过膜面的清液则由膜组件内部通过连通管汇集到筒体端面外的清液槽内，再由清液槽内的向心泵或吸管抽吸出，截留液则聚集在膜组件和壳体之间，因受离心力的沉降作用，截留液中的浓缩液和污染物聚集在筒体内大半径的筒壁侧由浓污液吸泵排出，而处在小半径处的轻液则由导流盘引流到膜组件内侧的待滤部分循环过滤，导流盘是内有导叶，剖面U形的圆盘，也可以是多根剖面为U形的管子。它对于膜组件静止或和膜组件差速旋转。控制导流盘进口截留液面和膜组件内侧待滤液面的液位半径差即可控制待滤液在过滤通道入口和出口间的压差，在这个压差和离心力共同作用下，滤液以很小的压降即能相对膜面形成高速流动使膜面处于错流状工作。由于机内不同液体的压力差异是由液面位的不同形成的，因此只要减小或停止供液，滤液面液位降低到清液出口液面以下时即形成滤膜反冲洗。

本发明之高速旋转的膜装置可以在微滤、超滤、反渗透领域内应用：滤液的供给只需无压力的自流液就可，滤液的再循环由机内的导流盘完成，减少了能量损耗。截留液经过离心沉降分离后分别将浓液排放，轻液经导流到滤液入口侧再循环过滤，既减轻了膜面的过滤负荷又大大的提高了排放浓液的浓度。

本发明之高速旋转的膜装置可在乳制品的浓缩、分离、果胶分离、果汁浓缩、蛋白质分离和污水处理等领域应用。可以提高浓缩物的浓度，降低功耗，延长膜的使用寿命。在污水处理应用中，由于对预处理要求低，排放浓度高，极有实用价值。

Claims (3)

1.一种高速旋转的膜装置，其特征是：高速旋转的膜装置带动滤液高速旋转形成了离心力场，悬浮液由悬浮液进口(12)处进入高速旋转的膜装置，滤液首先进入截留液部分(14)，经过沉降分离相对较清的小半径处滤液，经过导流器(11)导入待滤液部分(13)，再通过膜元件(4)，在清液槽(6)液面和待滤液部分(13)液面半径差形成的压力推动下，在膜元件(4)的膜面上形成渗透，透过膜面的清液汇集在膜组件(3)内的清液部分(15)处，由连通管(10)输到清液槽(6)内，再由清液吸泵(7)吸出经清液管(16)排出，清液吸泵(7)的位置和清液管(16)内的压力控制清液槽(6)的液位半径，被膜面截留的截留液、浓缩液和污染物受离心力和待滤液位与截留液位间压差的推动，向截留液部分(14)处流动，其中重相的浓缩液和污染物受离心力向筒壁沉降，轻相的截留液则由导流器(11)导流到待滤液侧循环，沉降的浓缩液和污染物通到浓污液槽(8)由浓污液吸泵(9)吸出经浓污液排管(17)排出。

2.根据权利要求1所述的高速旋转的膜装置，其特征是：为了增加膜的过滤面积，膜做成有许多过滤流道的膜组件，使滤液在流道内以错流方式过滤。

3.根据权利要求1所述的高速旋转的膜装置，其特征是：沉降的浓缩液和污染物，通过筒壁上均布的孔直接排出。

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