CN102284248A - 一种超声洗膜装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种超声洗膜装置及工艺，该装置的特征在于其组成结构是：水池依次与进料液隔膜泵、进料液阀门、压力表和膜组件的一端管路连接；膜组件的另一端依次与出料液隔膜泵、出料液阀门和废液罐管路连接；所述清洗池内安装有浸没式超声发生器；所述膜组件浸没在清洗池内；所述膜组件用于安装待清洗膜。该洗膜工艺的超声频率为20-50KHz，声强为1700-2700W·m^-2；洗膜工艺温度为26-30℃；超声洗膜时间为30-360min。

Description

一种超声洗膜装置及工艺

技术领域

本发明涉及膜技术，具体为一种利用浸没式超声发生器对污染膜组件进行在线清洗的超声洗膜装置及工艺。

背景技术

随着社会经济的发展和人口的增长，水资源短缺已经成为一个全球化的问题，而我国的缺水形势尤其严峻。缺水每年给城市工业产值造成的损失在1200亿元以上。如何有效解决废水处理问题成为缓解用水压力一个重要的环节，而就目前研究趋势看来将生物膜应用于废水处理方面是最行之有效的途径，但怎样才能使生物膜在处理过程中尽可能地保证使用寿命，较好地保证膜通量也显得尤为重要。寻求消除膜污染，快速恢复膜通量的高效清洗方法，成了生物膜长期稳定运行的关键所在。

膜污染是指被处理物料中的微粒、胶体粒子和溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的膜表面或膜孔内吸附、堵塞使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化的现象。膜污染产生的原因有吸附、浓差极化、凝胶化、结垢等，依次形成滤饼层、凝胶层、膜孔堵塞。

膜工作过程中水透过膜而活性污泥和胶体物质则被截留下来，这些被截留下来的物质在虑压差和透过水流的作用下堆积在膜的表面形成膜面污染即滤饼层。滤饼层中既含有无机污染物也含有有机污染物。无机污染物主要是一些盐类，如碳酸盐、硫酸盐、和硅酸盐，最常见的是CaCO₃和CasO₄。有机污染物主要是蛋白质、絮凝剂、天然高分子等有机胶体和容易在膜表面附着的溶解性有机物，它们在氢键、色散力和憎水作用下被吸附在膜上。

溶解性有机物是PVDF膜在抽吸过程中出现浓差极化现象的重要原因之一，反应器污水中自身的溶解性高分子有机物、大分子的微生物可溶性代谢产物都容易通过浓差极化作用而在膜表面形成凝胶层，一旦当膜面上形成凝胶层后，膜表面上的凝胶层溶液浓度和主体溶液浓度梯度达到了最大值。若再增加超滤压差，则凝胶层厚度增加而使凝胶层阻力增大，所增加的压力与增厚的凝胶层阻力所抵消，以致实际渗透速率没有明显增加。由此可知，凝胶层形成后，渗透速率就与超滤压差无关，即在此条件下，再提高超滤压差只增加凝胶层的厚度或阻力，而超滤通量不变，这就大大影响了超滤的经济效益。悬浮物或水溶性大分子在膜孔中受到空间位阻，蛋白质等水溶性大分子在膜孔中的表面被吸附，以及难溶性物质在膜孔中的析出等都可能产生膜孔堵塞。此外膜内的微孔中也有微生物生长所需的营养物质，适宜微生物生存，因而不可避免地有大量微生物滋生，极易形成一层生物膜，造成膜的不可逆阻塞，使膜通量下降，成为膜污染的一个重要原因。

膜分离的主要特点是：过程在常温下进行，不发生相变，能耗低，特别适用于热敏性物质和一些特殊体系的分离，如共沸体系。膜的分离孔径可以精确控制，能够实现各种层次的分离，适用范围广，从无机物到有机物甚至细菌、病毒都可以分离。膜装置结构简单，操作容易，效率高，因而其潜在应用领域很宽，将会越来越受到重视。随着膜分离技术在工业中应用越来越多，膜污染问题也日趋严重，导致通量下降、操作压力升高等问题。膜污染问题是膜分离技术的关键问题之一，它关系到膜的使用寿命、生产成本和产品质量。膜污染及其防治方法的研究，已引起膜分离工作者的高度重视，但这些研究大多集中在反渗透、超滤和微滤过程方面。

常用的清洗方法有机械清洗、物理清洗、化学清洗。机械清洗效果差，仅能清除膜面之间相互作用的软质污染物。目前工厂大都采用物理清洗和化学清洗。物理方法一般有水力方法、气-液脉冲、反冲洗涤和循环洗涤，物理清洗利用高速水流或气流冲洗膜面，但效果不够理想，使用范围受限制；超声波清洗利用超声波脉冲产生的高能量破坏膜面的污染物，特点是可能会破坏膜的结构、成本高；化学方法一般化学洗剂进行清洗，常用洗涤剂有酸碱液、表面活性剂、氧化剂、酶。化学清洗利用化学物品物质与膜表面的污染物发生化学反应，缺点是可能产生二次污染，或导致膜损伤、成本高。目前典型的用双碱或酸的化学清洗法可参见申请号为200910114006的专利文献；典型的物理清洗与化学清洗相结合的清洗方法可参见申请号为200819113983的专利文献。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种超声洗膜装置及工艺，该装置结构简单，装置和工艺操作容易，清洗效果良好，清洗效率高，可在线使用等优点。

本发明解决所述装置技术问题的技术方案是，设计一种超声洗膜装置，其特征在于该装置的组成结构是：水池依次与进料液隔膜泵、进料液阀门、压力表和膜组件的一端管路连接；膜组件的另一端依次与出料液隔膜泵、出料液阀门和废液罐管路连接；所述清洗池内安装有浸没式超声发生器；所述膜组件浸没在清洗池内；所述膜组件用于安装待清洗膜。

本发明解决所述洗膜技术问题的技术方案是，设计一种洗膜工艺，该工艺采用本发明超声洗膜装置，其特征在于所述洗膜工艺的超声频率为20-50kHz，声强为1700-2700W·m^-2；洗膜工艺温度为26-30℃；超声洗膜时间为30-360min。

与现有技术相比，本发明超声洗膜装置及工艺具有如下特点：

1.洗膜效果良好，膜通量恢复好，同等条件下，膜通量恢复率可由目前的20-30％提高到80-90％；

2.洗膜过程简便，容易操作，能有效节约成本，提高经济效益；

3.洗膜时间有效缩短，相比常规清洗工艺，超声清洗时间由常规的18-48h缩短到0.5h-6h。

附图说明

图1为本发明超声洗膜装置一种实施例的组成结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明：

本发明设计的超声洗膜装置(简称装置，参见图1)，其特征在于该装置的组成结构是：水池1依次与进料液隔膜泵(简称进液泵)2、进料液阀门(简称进液阀)3、压力表4和膜组件6的一端管路连接；膜组件6的另一端依次与出料液隔膜泵(简称出液泵)7、出料液阀门(简称出液阀)8和废液罐9管路连接；所述清洗池5内安装有浸没式超声发生器(简称超声器)，所述的膜组件6浸没在清洗池5内；所述膜组件6用于安装待清洗膜。

本发明装置的洗膜工艺是：所述超声器的超声频率为20-50kHz，声强为1700-2700W·m^-2；清洗工艺温度为26-30℃；超声清洗时间为30-360min，即可完成清洗。

本发明装置可以清洗的膜包括：中空纤维膜、有机膜或平板膜；也包括微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜中的任何一种。所述膜组件6适用于安装所述的膜，或者说所述膜组件6与待清洗的膜匹配设计。所述各种膜及与之匹配的膜组件本身为现有技术。

本发明装置所述膜组件6的一端或另一端是指膜的两面，包括中空纤维膜的内外。

本发明装置洗膜工艺的具体流程为：先把将待清洗的污染膜放入膜组件6中，然后打开进液阀3和出液阀8，开启进液泵2和出液泵7，再启动超声器5，调节声强，使其达到膜组件6的最大负荷能力，观察进液表4，记录膜组件6(污染膜)的初始产水压力；待超声发生器5工作半小时后，再次记录膜组件6的产水压力；通过计算超声清洗前后污染膜组件6的产水压力变化情况，即得到膜组件6(污染膜)超声清洗后膜通量的恢复情况。

本发明装置及工艺是利用浸没式超声发生器对污染膜组件进行在线清洗的清洗装置。其工作原理是：超声发生器发出的超声波由于空化作用在膜面产生空化泡，利用空化泡生长、压缩和崩溃时产生的空化效应使污垢剥离，从而达到膜的清洗。超声清洗还具有超搅拌功能，能够很好的减少浓差极化和实现破边界层作用，是一种行之有效的清洗方法，可以达到单一使用现行的物理清洗与化学清洗方法都无法达到清洗效果。

下面给出本发明装置的具体洗膜工艺实施例：

实施例1

在水池1中，注入质量浓度2％的柠檬酸钠溶液，将待清洗的污染膜(中空纤维膜)放入膜组件6中，然后接通电源，打开进液阀3和出液阀8，启动进液泵2和出液泵7，并开启超声器5，控制水温为28℃，调节压力表4的示数，使得清洗剂的流速为2L/min，进液泵2将柠檬酸钠溶液从膜组件6的底端压入中空纤维膜内腔，经出液泵7流入废液罐9，调节超声器5，使其声强为2700W·m^-2，记录压力表4的初始读数，运行30min后，记录压力表4的读数，关闭清洗装置；通过清洗前后产水压力的变化，计算出该膜清洗后的膜通量恢复率为83.4％。

实施例2

采用质量浓度10％的次氯酸钠溶液作为清洗剂，调节超声器5，使声强维持在1700W·m^-2，其他条件同于实施例1，测得清洗后的膜通量恢复率为87.3％。

Claims (3)

1.一种超声洗膜装置，其特征在于该装置的组成结构是：水池依次与进料液隔膜泵、进料液阀门、压力表和膜组件的一端管路连接；膜组件的另一端依次与出料液隔膜泵、出料液阀门和废液罐管路连接；所述清洗池内安装有浸没式超声发生器；所述膜组件浸没在清洗池内；所述膜组件用于安装待清洗膜。

2.根据权利要求1所述的超声洗膜装置，其特征在于所述的待清洗膜包括：中空纤维膜、有机膜或平板膜，也包括微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜中的任何一种。

3.一种权利要求1或2所述超声洗膜装置的洗膜工艺，其特征在于所述洗膜工艺的超声频率为20-50kHz，声强为1700-2700W·m^-2；洗膜工艺温度为26-30℃；超声洗膜时间为30-360min。

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