CN101862599B - 一种用于工业废水处理的疏水膜的清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于用于工业废水处理的疏水膜的清洗方法技术领域的一种用于工业废水处理的疏水膜的清洗方法。依次采用NaOH溶液、HCl溶液、EDTA溶液和空气对膜组件中的膜进行清洗，然后干燥疏水膜。在应用NaOH溶液、HCl溶液和EDTA溶液进行清洗时，每种清洗溶液均采用浸泡、管程循环、壳程循环和过膜抽吸四种方式进行。采用本发明的清洗方法可以有效的去除污染膜表面的污染层，使得膜的传质效率得到大幅提高、膜分离效率得到有效恢复；实现膜组件在膜法工业污水处理技术中的重复利用。
Description
技术领域
本发明属于用于工业废水处理的疏水膜的清洗方法技术领域，特别涉及一种用于工业废水处理的疏水膜的清洗方法。
背景技术
膜蒸馏技术、脱气膜技术以及膜吸收技术是近年来被开发且被广泛关注的有效的工业废水处理的新方法，它们都利用疏水性多孔膜为介质，分离废水与其中挥发性组分，从而实现去除废水中污染物的目的。与其他的工业废水处理过程相比，它们具有分离效率高、适用范围广、操作条件温和、没有二次污染、操作简便等优点，具有重大的社会效益和经济效益。但在这些膜分离运行过程中，不可避免的要发生膜污染。膜污染导致工业废水处理效率下降，膜分离无法继续进行，给运行管理带来了很大的不便。因此有关膜的清洗成为这些用于工业废水处理的膜分离技术推广应用中的关键问题。
在国内外的专利文献中，未发现有专门针对用于膜法工业废水处理技术的有机疏水膜的清洗方法。相近的发明专利有针对有机材质膜进行清洗的处理方法，如“一种利用软质球形颗粒进行膜清洗的系统及其清洗方法(中国发明专利03120999.8，申请日2003年3月27日)”、“一种膜分离技术中的膜清洗装置、清洗方法及其应用(中国发明专利200510103122.4，申请日2005年9月16日)”、“碱性超滤膜清洗剂(中国发明专利200710158838.3，申请日2007年12月12日)”、“酸性超滤膜清洗剂(中国发明专利200710158842.X，申请日2007年12月12日)”、“一种液体酶膜清洗剂(中国发明专利200910064033.1，申请日2009年1月8日)”。但这些清洗方法均无法针对工业废水处理中的膜蒸馏、脱气膜以及膜吸收技术的有机疏水膜的污染层实现高效的清洗去除。因为工业废水中含有高浓度有机物、高浓度无机盐类易于在有机疏水膜表面形成致密的凝胶层和产生各种金属元素形成结垢层，使疏水膜表面发生亲水化。上述方法均无针对结垢亲水化这一问题进行处理解决的有效手段。且以上发明专利所提到方法与本发明所提出清洗方法从洗剂到清洗方式完全不同。在国内外的学术论文中，也缺乏相关用于膜法工业废水处理技术的有机疏水膜的清洗方法的报道。仅见Han等推荐采用2％HCl溶液浸泡清洗膜组件20min，但膜的传质速率恢复效果并不理想(Han，B.B.，Shen，Z.S.，Wickramasinghe，S.R.(2005)Fouling nadcleaning of gas-filled membranes for cyanide removal，Separation and PurificationTechnology，40(6)：1169-1189)。
发明内容
本发明人长期的研究表明，用于工业污水处理的有机疏水膜表面容易沉积微生物、溶解性有机物以及无机盐类等污染物。随着膜分离过程的进行，污染物堵塞膜孔，减小膜的有效面积，导致膜的传质速率下降，膜吸收效率降低，甚至膜吸收停止，膜组件继续利用。为了去除膜表面污染物，使膜吸收效率得到有效的恢复，膜组件得到重复利用，本发明的目的是提供一种用于工业废水处理的疏水膜的清洗方法。
一种用于工业废水处理的疏水膜的清洗方法，其特征在于：依次采用NaOH溶液、HCl溶液、EDTA溶液和空气对膜组件中的膜进行清洗，然后干燥疏水膜。疏水膜的干燥采用在空气中静置或采用其他干燥方法直至膜两侧表面完全干燥。
在应用NaOH溶液、HCl溶液和EDTA溶液进行清洗时，每种清洗溶液均采用浸泡、管程循环、壳程循环和过膜抽吸四种方式进行；其中，浸泡、管程循环、壳程循环和过膜抽吸四种方式中，所述浸泡清洗为将膜组件中膜的内外表面完全接触清洗溶液静置1小时以上；所述管程循环为：使清洗溶液在膜丝内表面(或一侧膜表面)形成切向流动，可采用循环泵实现膜丝内部的管程循环流动实现，清洗时间为20分钟以上；所述壳程循环：是清洗溶液在膜丝外表面(或另一侧膜表面)形成切向流动，可采用循环泵实现膜丝外部的壳程循环流动实现，清洗时间为10分钟以上；所述过膜抽吸：使清洗溶液经膜丝中膜孔由一侧抽吸到另一侧，实现清洗溶液经过膜孔的流动清洗，可通过将清洗溶液放至膜的一侧，通过另一侧的抽吸泵实现过膜抽吸，清洗时间为10分钟以上；
溶液清洗均完成后，将膜组件中清洗溶液放空，采用空气进行过膜抽吸，过膜抽吸时间为30分钟。
所用的NaOH溶液可由氢氧化钠与水配制而成，其质量分数为0.5～5.0％。
所用的HCl溶液可由盐酸与水配制而成，其质量分数为0.1～1.0％。
所用的EDTA溶液可由乙二胺四乙酸二钠与水配制而成，其质量分数为2.0～3.0％。
该方法应用于以各种污水处理为目的的膜蒸馏、脱气膜、膜吸收等技术中所用的疏水膜。利用NaOH溶液、HCl溶液、EDTA溶液和空气四种洗剂对膜组件进行清洗；利用每种清洗溶液进行清洗时，分别采用浸泡、管程循环、壳程循环和过膜抽吸四种方式进行，清洗的最后步骤为气冲和干燥。
本发明提出了利用四种洗剂，分别采用四种清洗方式对用于工业废水处理的膜蒸馏、脱气膜或膜吸收过程中的膜组件进行清洗，以恢复膜吸收效率，实现膜组件重复利用，其原理在于：进行工业废水处理时，废水中的污染物容易沉积于膜表面形成污染。而发明人长期的研究表明，膜表面污染层由外至内分别形成以微生物或悬浮固体、溶解性有机物以及无机盐类为主要污染物的泥饼层、凝胶层和结垢层。利用NaOH和微生物、有机物；HCl和有机物以及无机盐类；EDTA和金属元素间形成化学作用，易于将污染物从膜表面洗脱下来的原理。因此，依次采用NaOH、HCl和EDTA溶液对污染的膜进行清洗。针对膜组件整体、膜丝的内表面(或平板膜的一侧表面)、外表面(平板膜的另一侧表面)、膜孔内部分别采用浸泡、管程循环、壳程循环和过膜抽吸四种清洗方式进行清洗。针对膜的疏水特性，最后采用气冲、干燥处理结束清洗。
本发明的有益效果为：应用本发明与膜蒸馏、脱气膜或膜吸收技术联合对工业污水进行处理时，可以达到以下效果：一、有效的去除污染膜表面的污染层(1.利用NaOH溶液对膜进行浸泡、管壳程循环可以有效去除污染膜表面的泥饼层和大部分凝胶层；2.利用HCl溶液、对膜进行浸泡、管壳程循环清洗可以进一步去除污染膜表面的凝胶层和部分结垢层；3.利用EDTA溶液对膜进行浸泡、管壳程循环清洗可以进一步去除金属元素形成的污染；4.利用三种溶液对膜进行过膜抽吸清洗可以有效去除膜孔中的污染物、改善膜孔堵塞；5.利用气冲、干燥方法对膜进行处理可以恢复膜的疏水性)；
二、膜的传质效率得到大幅提高、膜分离效率得到有效恢复；
三、实现膜组件在膜法工业污水处理技术中的重复利用。
附图说明
图1为实现本发明实施例一的液/液膜吸收装置的结构示意图；
图2为实现本发明实施例一的浸泡清洗、管程循环和壳程循环清洗的结构示意图；
图3为实现本发明实施例一的过膜抽吸清洗的结构示意图；
图4为本发明实施例一中的膜的传质速率恢复效果示意图；
图1中标号：1-微滤装置，2-废水循环池，3-膜组件，4-吸收液循环池，5-废水(管程)循环泵，6-吸收液(壳程)循环泵；
图2中标号：1-洗剂管程循环池(原废水池)，2-膜组件，3-洗剂壳程循环池(原吸收液池)，4-管程循环泵，5-壳程循环泵；
图3中标号：1-洗脱液池(原废水池)，2-膜组件，3-洗剂壳程循环池(原吸收液池)，4-过膜抽吸泵(原管程循环泵)，5-壳程循环泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
具体实施方式
依次采用NaOH溶液、HCl溶液、EDTA溶液和空气对膜组件中的膜进行清洗，在应用NaOH溶液、HCl溶液和EDTA溶液进行清洗时，将每种清洗溶液均采用浸泡、管程循环、壳程循环和过膜抽吸四种方式进行，其中，
浸泡清洗：将膜组件中膜的内外表面完全接触清洗溶液静置1小时以上；管程循环：使清洗溶液在膜丝内表面(或一侧膜表面)形成切向流动，可采用循环泵实现膜丝内部的管程循环流动实现，清洗时间为20分钟以上；壳程循环：是清洗溶液在膜丝外表面(或另一侧膜表面)形成切向流动，可采用循环泵实现膜丝外部的壳程循环流动实现，清洗时间为10分钟以上；过膜抽吸：使清洗溶液经膜丝中膜孔由一侧抽吸到另一侧，实现清洗溶液经过膜孔的流动清洗，可通过将清洗溶液放至膜的一侧，通过另一侧的抽吸泵实现过膜抽吸，清洗时间为10分钟以上；
溶液清洗均完成后，最后将膜组件中清洗溶液放空，采用空气进行过膜抽吸30分钟后，在空气中静置或采用其他干燥方法直至膜两侧表面完全干燥。
实施例一
图1表示实施例一的用于回收丙烯腈生产废水中的氰化物的液/液膜(中空纤维)吸收系统，此装置系统主要由微滤装置1，废水循环池2，膜组件3，吸收液循环池4，废水(管程)循环泵5，吸收液(壳程)循环泵6等组成。丙烯腈废水中的氰化物经酸化后产生氢氰酸(管程中循环)在膜组件中被碱性吸收液(壳程中循环)吸收。氰化物由管程向壳程的传质系数k随着膜吸收过程进行持续降低，表征膜污染的发生(如图4)。当k持续降低而使丙烯腈废水中的氰化物浓度保持基本稳定而不能被进一步去除时，采用本发明方法进行膜清洗：
1、NaOH溶液浸泡清洗：图2表示实施例一的浸泡、管程循环和壳程循环清洗的结构示意图，此系统主要由洗剂管程循环池(原废水池)1，膜组件2，洗剂壳程循环池(原吸收液池)3，管程循环泵4，壳程循环泵5等组成。将图2所示洗剂管程循环池和洗剂壳程循环池中装入5％(质量分数)NaOH溶液，利用管程和壳程的循环泵将NaOH溶液抽吸入膜组件，使膜组件中膜丝完全浸没在NaOH溶液中，停止循环泵，静置1小时；
2、NaOH溶液管程循环清洗、壳程循环清洗：浸泡清洗后，开启管程和壳程循环泵，控制循环泵流量，使NaOH溶液以高于膜吸收运行的流速在管程和壳程中循环，在膜丝内外表面形成切向流动，循环10分钟。
3、NaOH溶液过膜抽吸：图3表示实施例一的过膜抽吸清洗的结构示意图，此系统由洗脱液池(原废水池)1，膜组件2，洗剂壳程循环池(原吸收液池)3，过膜抽吸泵(原管程循环泵)4，壳程循环泵5等组成。将图2所示管程壳程循环清洗系统的管程循环系统略为改造，膜组件管程循环口6封起，管程循环泵反向抽吸，即改为图3所示过膜抽吸清洗系统。利用过膜抽吸泵将NaOH溶液由洗剂壳程循环池经壳程通过膜抽吸至管程系统的洗脱液池中，过膜清洗10分钟；
4、HCl溶液、EDTA溶液清洗：将上述NaOH溶液换为1％(质量分数)的HCl溶液和3％(质量分数)的EDTA溶液，分别重复1-3步骤；
5、气冲、干燥：EDTA溶液过膜抽吸清洗结束后，放空洗剂壳程循环池和洗脱液池，启动壳程循环泵和过膜抽吸泵，进行气冲，30分钟后，静置干燥，结束清洗。
完成全部清洗步骤后，传质系数k恢复95％以上，如图4所示，显示污染膜得到有效清洗。
Claims (8)
1.一种用于工业废水处理的疏水膜的清洗方法，其特征在于：依次采用NaOH溶液、HCl溶液、EDTA溶液和空气对膜组件中的膜进行清洗，然后干燥疏水膜；在应用NaOH溶液、HCl溶液和EDTA溶液进行清洗时，每种清洗溶液均采用浸泡、管程循环、壳程循环和过膜抽吸四种方式进行清洗。
2.根据权利要求1所述的用于工业废水处理的疏水膜的清洗方法，其特征在于：NaOH溶液、HCl溶液、EDTA溶液浓度分别为0.5～5.0％(质量分数)、0.1～1.0％(质量分数)、2.0～3.0％(质量分数)。
3.根据权利要求1所述的用于工业废水处理的疏水膜的清洗方法，其特征在于：溶液清洗均完成后，将膜组件中清洗溶液放空，采用空气进行过膜抽吸。
4.根据权利要求3所述的用于工业废水处理的疏水膜的清洗方法，其特征在于：采用空气清洗时，空气过膜抽吸时间为30分钟。
5.根据权利要求1所述的用于工业废水处理的疏水膜的清洗方法，其特征在于：疏水膜的干燥采用在空气中静置的方法直至膜两侧表面完全干燥。
6.根据权利要求1所述的用于工业废水处理的疏水膜的清洗方法，其特征在于：浸泡、管程循环、壳程循环和过膜抽吸四种方式中，所述浸泡为将膜组件中膜的内外表面完全接触清洗溶液静置；所述管程循环为：使清洗溶液在膜丝内表面或一侧膜表面形成切向流动；所述壳程循环：是清洗溶液在膜丝外表面或另一侧膜表面形成切向流动；所述过膜抽吸为：使清洗溶液经膜丝中膜孔由一侧抽吸到另一侧，实现清洗溶液经过膜孔的流动清洗。
7.根据权利要求6所述的用于工业废水处理的疏水膜的清洗方法，其特征在于：浸泡清洗的浸泡时间为1小时以上，管程循环清洗时间为20分钟以上，壳程循环清洗时间为10分钟以上，过膜抽吸清洗时间为10分钟以上。
8.根据权利要求1所述的用于工业废水处理的疏水膜的清洗方法，其特征在于：所述方法适用于以各种污水处理为目的的膜蒸馏、脱气膜、膜吸收技术中所用的疏水膜的清洗。
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