CN103509717B - 一种动态流膜浓缩装置 - Google Patents
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Abstract
一种动态流系统的膜过滤装置，包括缸体、可调转盘、磁力盘、连杆转轴、过滤板、进料口、出水口及出料口，所述缸体的上表面设有上凹槽，并且所述缸体的下表面设有下凹槽，所述连杆转轴设置于所述缸体内部，并由所述上凹槽及所述下凹槽固定并可进行旋转，所述可调转盘安装于连杆转轴上并可在连杆转轴上滑动，所述磁力盘安装于连杆转轴上且置于可调转盘上方，所述过滤板设置于缸体的下表面，所述过滤板上方支撑有滤膜。本发明利用可调转盘的转动，增加了浓缩液的扰动程度，使微藻不易在膜表面富集，降低膜污染程度。在转轴转动过程中，利用电机磁体带动缸内磁体转动，此方法能使内外分隔，并非用轴连接。在提高压力的同时，不会因轴密封效果差而出现漏液。
Description
技术领域
本发明涉及一种动态流膜过滤装置，尤其是一种微藻浓缩的装置，适用于小球藻或其他微藻浓缩的装置。
背景技术
膜浓缩是一种高效纯化浓缩的技术。它利用有效成分与液体的分子量的不同实现定向的分离，达到浓缩的作用。相对于传统的加热浓缩，具有能耗低，常温下进行，对产品影响小对环境污染少等优点，已经广泛应用于饮用水处理、制药、生物制品、污水处理等行业。但是,渗透通量的快速衰减限制了超滤技术在大规模工业生产中的应用,而导致通量衰减的根本原因是膜污染。利用膜技术对微生物收获浓缩，已日益受到人们的重视，而影响膜分离在大量应用的主要原因之一是膜的污染问题，提高了微藻收获的成本。膜污染会导致膜通量的下降，缩短膜的使用寿命，所以深入了解膜污染产生的各种原因，研究膜污染的理论及提高膜通量显得十分重要，对此人们已进行了大量的研究并已取得许多成果：原料液预处理；改性膜研制；错流过滤取代终端过滤；旋转流过滤；反冲技术等。而在微藻过滤浓缩方面起步较晚，但也取得了一些成果。王晓昌等人提出了超滤过程中膜面滤饼层内对流传输、反向传输和颗粒积累的质量平衡关系出发,建立了描述渗透通量随时间变化关系的横向流超滤膜污染动力学模型。BoksoonKwon等在处理污水的过程中，利用氢氧化钠、次氯酸钠溶液对膜进行清洗，得出100ppm的次氯酸钠溶液清洗效果较理想。为减少膜的污染，福斯特公司开发了带负电的改性聚四氟乙烯膜。考虑了横流速度、膜压力、浓度、悬浮特性（四种类型）及随时间变化，以膜通量为指标，得出了超滤膜为较合理的浓缩方式。
在微藻浓缩过程中，液体流动方式对膜的污染程度差别较大，现阶段主要研究的方式有横流和动态流。AmbroiseBrou等利用转盘形成动态流来提高膜的利用率，在浓缩过程中，动态流明显优于横流方式。但此装置体积较小、压力较低、转盘离膜距离可调性差等特点。
发明内容
本发明的目的是提供一种动态流膜过滤装置，以解决现有技术膜过滤装置膜污染严重的缺陷。
为实现上述目的，本发明提出一种动态流膜浓缩装置，包括缸体、可调转盘、磁力盘、连杆转轴、过滤板、进料口、出水口及出料口，所述缸体的上表面设有上凹槽，并且所述缸体的下表面设有下凹槽，所述连杆转轴设置于所述缸体内部，并由所述上凹槽及所述下凹槽固定并可进行旋转，所述可调转盘安装于所述连杆转轴上并可在所述连杆转轴上滑动，所述磁力盘安装于所述连杆转轴上且置于所述可调转盘上方，所述过滤板设置于所述缸体的下表面，所述过滤板上方支撑有滤膜。
其中，所述进料口设置于所述缸体的上表面，所述出料口设置于所述缸体的下表面。
其中，所述缸体上表面与侧面成一体，所述缸体的下表面与侧面分离，并用螺丝进行固定。
其中，所述可调转盘侧面有固定螺丝可同所述连杆转轴进行固定。
其中，所述滤膜中心开一直径为2-6mm的孔。
其中，所述出料口安装有出料管，所述出料管穿过滤膜同所述过滤板接触压实，过滤液由所述滤膜过滤经所述过滤板从所述出料管流出。
其中，于所述出料口安装有调节阀，调节压力及流量，在所述调节阀外安装有流量计。
其中，所述缸体侧面高度为50-120mm，用高聚物透明材料制成。
其中，所述可调转盘直径为80-100mm，在与膜相对的面由边长1-3mm的方格组成。
其中，所述缸体上部对应所述连杆转轴上端的位置安有磁铁电机，所述连杆转轴上端由一片直径为20-50mm磁铁组成，与所述磁铁电机相互吸引，同步转动。
本发明的动态流膜过滤装置适合简易更换各种膜、调节转盘距离、调节压力，能很好的用于动态流膜过滤，摸索膜浓缩条件，建立各种膜污染模型，为微藻收获降低成本，实现微藻能源的产业化。
附图说明
图1为动态流膜过滤装置剖面图。
图2为动态流膜过滤装置立体外观效果图。
图3为动态流膜过滤装置立体分解图。
其中，附图标记：
1：进料管2：磁力盘
3：膜过滤装置4：可调转盘
5：缸体6：出水管
7：出料管8：连杆转轴
9：过滤板10：滤膜
具体实施方式
本发明提出一种带有可调转盘的膜过滤、膜分离装置，通过可调转盘的转动在膜表面形成扰动，增加流动速度。其能调节压力、简便更换滤膜、改变转盘距离，为摸索合理有效的浓缩微藻提供的高效的膜过滤装置。
本发明所提出的动态流膜浓缩装置，包括缸体、可调转盘、磁力盘、连杆转轴、过滤板、进料口及出料口，所述缸体的上表面设有上凹槽，并且所述缸体的下表面设有下凹槽，所述连杆转轴设置于所述缸体内部，并由所述上凹槽及所述下凹槽固定并可进行旋转，所述可调转盘安装于所述连杆转轴上并可在所述连杆转轴上滑动，所述磁力盘安装于所述连杆转轴上且置于所述可调转盘上方，所述过滤板设置于所述缸体的下表面，所述过滤板上方支撑有滤膜。该装置利用可调转盘的转动，增加了浓缩液的扰动程度，使微藻不容易在膜表面富集，提高膜的利用率。
其中，所述缸体上表面与侧面成一体，所述缸体的下表面与侧面分离，并用螺丝进行固定。所述缸体侧面高度为50-120mm，用高聚物透明材料制成，能随时观察浓缩过程及膜污染情况。
所述进料口设置于所述缸体的上表面，所述出料口设置于所述缸体的下表面。所述出水口安装有出料管，所述出料管穿过滤膜同所述过滤板接触压实，过滤液由所述滤膜过滤经所述过滤板从所述出料管流出。并且，于所述出料口安装有调节阀，调节压力及流量，在所述调节阀外安装有流量计。
并且，所述可调转盘侧面有固定螺丝可同所述连杆转轴进行固定。松开螺丝，转盘可以再转轴上滑动，进而改变转盘与膜的距离。所述可调转盘直径为80-100mm，由聚四氟乙烯材料做成，在与膜相对的面由边长1-3mm的方格组成，增大了扰动能力。
其中，所述滤膜中心开一直径为6mm的孔。浓缩液出料口管穿过膜，并同过滤板压实，形成密封。
并且，所述缸体上部对应所述连杆转轴上端的位置安有磁铁电机，所述连杆转轴上端由一片直径为20-50mm磁铁组成，与所述磁铁电机相互吸引，同步转动。此方法能使内外隔离，并不用轴连接。在提高压力的同时，不会出现在轴的密封上漏液。
图1-3是本发明装置一种典型实例的结构和功能图。如图1-3所示，本发明的动态流膜过滤装置3包括：进料管1、磁力盘2、膜过滤装置3、可调转盘4、缸体5、出水管6、出料管7、连杆转轴8、过滤板9、滤膜10。
本发明的动态流膜过滤装置3的进料管1侧上表面缸体与侧面缸体5成一体，出料口的底盘与侧面缸体5可分离，利用内角螺丝进行固定。连杆转轴8插入上表面的中间凹槽和浓缩液出料管7处凹槽固定进行旋转。其中，出料管7在滤膜10上部，较佳地，出料管7上有四个小圆柱支撑出一个圆圈。圆锥形的转轴嵌入其中。
转盘4可在转轴上滑动，转盘侧面有固定螺丝可同转轴进行固定。圆形滤膜中心有一个直径6mm的孔，出料口管穿过滤膜同过滤板接触压实。滤膜被过滤板9支撑，过滤液由滤膜过滤经过滤板从分离液出水管6流出。在浓缩液出料口安装有调节阀，调节压力及流量。在调节阀外安装有流量计。
本发明动态流膜浓缩装置的操作方法：将培养一定浓度的微藻，利用蠕动泵将藻液由进料管1泵入膜过滤装置3。调节蠕动泵的转速，查看进料管1处的压力。按流量调节出料口阀大小。根据需要，得到理想的浓缩效果。
本发明适用于错流超滤和微滤膜的浓缩及水处理。在电机转速为0r/s时或是在转盘被卸下的情况下进行膜过滤，形成错流过滤系统，根据流速、压力、流体溶度等参数进行。也可对膜的通量进行实时监测。
本发明适用于动态流超滤和微滤膜的浓缩及水处理。可根据需要，调节流速、转盘转速等因素，测定膜通量等参数，研究动态流过滤超膜污染的问题，推导出—个计算错流超滤通量的数学模型,并对模型进行验证。
具体而言，本发明的膜过滤装置，其进料管1侧上表面缸体与侧面缸体成一体，出料口的底盘与侧面缸体利用内角螺丝进行固定。连杆转轴8顶部安装由直径80-100cm的磁性圆盘，顶尖设计有三角圆锥，嵌入上表面缸体中心圆锥凹槽。缸体5上部安有电机，电机前端连接同连杆顶部安装磁性圆盘大小形状一样，同缸内磁性圆盘相互吸引，电机前端连接同连杆顶部安装的磁性圆盘大小形状一样的磁性圆盘，该磁性圆盘与连杆转轴顶部的磁性圆盘相互吸引，在电机的旋转过程中带动缸内转轴转动。连杆转轴被上表面的中间凹槽和浓缩液出料管处凹槽固定进行旋转。可调转盘4可在转轴上滑动，转盘侧面有固定螺丝可同转轴进行固定。圆形滤膜中心有一个直径6mm的孔，用于出料管穿过，出料管穿过滤膜同过滤板接触压实，出料管外装有阀门，内腔内有一定压力，水分会一部分从滤膜中过滤。所以起到的是浓缩作用，并非全部过滤水分。滤膜被过滤板支撑，过滤液由滤膜过滤经过滤板从分离液出水管流出。在浓缩液出料口安装有调节阀，调节压力及流量。在调节阀外安装有流量计。
本发明动态流膜浓缩装置的操作方法：
1．将培养浓度为5g/l的小球藻，利用蠕动泵将藻液由进料管泵入膜过滤装置，压力0.15-0.2MPa。记录出水管流速，根据数据得出膜通量的变化。
2.将培养浓度为5g/l的小球藻，利用蠕动泵将藻液由进料管泵入膜过滤装置，压力0.15-0.2MPa。开动转盘电机，转速0.5-2r/s，记录出料管流速，根据数据得出膜通量的变化。按流量调节出料口阀大小。根据需要，得到理想的浓缩效果。
3.将培养浓度为5g/l的小球藻，利用蠕动泵将藻液由进料管泵入膜过滤装置，压力0.15-0.2MPa。开动转盘电机，转速0.5-2r/s，每隔10min记录膜增厚数据。
下面以两个具体的实例详细说明本发明的方法
实例一：
1）取湿法发酵沼气的沼液，在5000r/min条件下离心10min，取上清液。将上清液在121℃条件下，灭菌30min。
2）加入已灭菌的沼液100mL加入50L的培养液中，光照比12h:12h，培养7天。每天定时通入二氧化碳30min。
3）利用蠕动泵将藻液由进料管泵入膜过滤装置，调节压力至0.15-0.2MPa。打开转盘电机，转速0.5r/s。记录出料管流速，根据数据得出膜通量的变化。
实例二：
1）取湿法发酵沼气的沼液，在5000r/min条件下离心10min，取上清液。将上清液在121℃条件下，灭菌30min。
2）以GB11培养基培养蛋白核小球藻，光照比12h:12h，培养4天。
3）加入已灭菌的沼液100mL加入50L的纯培养4天培养液中，光照比12h:12h，培养7天。每天定时通入二氧化碳30min。
4）利用蠕动泵将藻液由进料管泵入膜过滤装置，调节压力至0.15-0.2MPa。打开转盘电机，转速0.5r/s。记录出料管流速，根据数据得出膜通量的变化。
本发明的效果：
本发明的膜过滤装置利用可调转盘的转动，增加了浓缩液的扰动程度，使微藻不易在膜表面富集，降低膜污染程度，提高膜的利用率。在转轴转动过程中，利用电机磁体带动缸内磁体转动，此方法能使内外分隔，并非用轴连接。在提高压力的同时，不会因轴密封效果差而出现漏液。
本发明克服了现有利用膜装置来浓缩废水养殖微藻溶液其成分复杂，污染膜的因素较多，错流浓缩时需要形成较大速度才能防止有机质在膜壁上的沉积的问题。并且克服了现有膜过滤装置其能耗大且对其他附件要求高、流速低，膜过滤装置浓缩效率低的问题。同时克服了现有装置在浓缩过程中膜污染严重，通量下降严重、浓缩成本高的等问题。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种动态流膜小球藻浓缩装置，其特征在于，包括缸体、可调转盘、磁力盘、连杆转轴、过滤板、进料口、出水口及出料口，所述缸体的上表面设有上凹槽，并且所述缸体的下表面设有下凹槽，所述连杆转轴设置于所述缸体内部，并由所述上凹槽及所述下凹槽固定并能够进行旋转，所述可调转盘安装于所述连杆转轴上并能够在所述连杆转轴上滑动，所述磁力盘安装于所述连杆转轴上且置于所述可调转盘上方，所述过滤板设置于所述缸体的下表面，所述过滤板上方支撑有滤膜，并且，于所述出料口安装有调节阀，调节压力及流量，在所述调节阀外安装有流量计。
2.根据权利要求1所述的动态流膜小球藻浓缩装置，其特征在于，所述进料口设置于所述缸体的上表面，所述出料口设置于所述缸体的下表面。
3.根据权利要求1所述的动态流膜小球藻浓缩装置，其特征在于，所述缸体上表面与侧面成一体，所述缸体的下表面与侧面分离，并用螺丝进行固定。
4.根据权利要求1所述的动态流膜小球藻浓缩装置，其特征在于，所述可调转盘侧面由固定螺丝同所述连杆转轴进行固定。
5.根据权利要求1所述的动态流膜小球藻浓缩装置，其特征在于，所述滤膜中心开一直径为2-6mm的孔。
6.根据权利要求1所述的动态流膜小球藻浓缩装置，其特征在于，所述出料口安装有出料管，所述出料管穿过滤膜同所述过滤板接触压实，过滤液由所述滤膜过滤经所述过滤板从所述出料管流出。
7.根据权利要求1所述的动态流膜小球藻浓缩装置，其特征在于，所述缸体侧面高度为50-120mm，用高聚物透明材料制成。
8.根据权利要求1所述的动态流膜小球藻浓缩装置，其特征在于，所述可调转盘直径为80-100mm，在与膜相对的面由边长1-3mm的方格组成。
9.根据权利要求1所述的动态流膜小球藻浓缩装置，其特征在于，所述缸体上部对应所述连杆转轴上端的位置安有磁铁电机，所述连杆转轴上端由一片直径为20-50mm磁铁组成，与所述磁铁电机相互吸引，同步转动。
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