CN108854559A - 适用于中空纤维膜组件的超声清洗装置、系统及工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请公开有一种适用于中空纤维膜组件的超声清洗装置、系统及工艺，能够充分利用超声波的高频震动，将清洗药剂有效成分导入到膜污染聚集处，使得膜污染得到有效的溶解；通过选取特定频率的超声波，利用膜材料密度与膜污染密度差，依靠超声波形成的被动震动的振幅不同使得膜污染物进行剥离到清洗溶液中，较之常规化学清洗方法，超声波化学清洗效果显著。
Description
技术领域
本公开一般涉及环保水处理技术领域，具体涉及一种适用于中空纤维膜组件的超声清洗装置、系统及工艺。
背景技术
膜技术是当代高效分离新技术，与传统的分离技术相比，它具有分离效率高、能耗低、占地面积小、过程简单、操作方便、不污染环境、便于与其他技术集成等突出优点。它的研究和应用与节能、环境保护、水资源开发、利用和再生极为密切。在当今世界能源、水资源短缺，水和环境污染日益严重的情况下，膜分离科学与技术的研究得到了世界各国的高度重视。目前，膜分离技术在我国的石油化工、制药、生化、环境、能源、电子、冶金、轻工、食品、航天、海水淡化、医疗等领域已获得有效而广泛的应用。
一般意义上，“膜”指两相之间的不连续区间，其主要通过膜孔进行物理截留，通常超滤膜的过滤精度为0.01μm-0.1μm，能截留绝大部分胶体和悬浮物、病毒和细菌等物质。在超滤膜运行过程中，由于截留物易附着在膜表面，并通过压力和浸蚀作用进入到膜材料断面，形成难清洗的污染物。而污染物会堵塞膜孔造成膜过水能力大幅度下降，并造成膜过滤的运行压力升高，导致系统能耗增加，运行费用提升，因此需要对膜污染进行有效控制，并确保膜过滤性能维持一个较高通量情况下进行运行。
膜污染物按照污染类型可分为有机污染、无机污染、微生物污染及其他非常规性污染，通常情况下，污染物的成分不是单纯的一类污染，而是复合形式的污染，既有有机污染又有无机污染，同时存在微生物污染等情况，而且膜污染结构上不同类型的污染物进行团聚，比如在以无机垢晶体为核心外层会有有机污染物附着，同膜材料断面及膜孔处并形成膜污染聚合体，在其表面还可能被微生物附着，由微生物代谢产生的生物胶质将其包裹。因此通过常规清洗药剂进行分散浸泡，往往不能有效的将溶剂释放到需要抵达位置，无法进行有效的清洗，亟待改进。
发明内容
第一方面，提供一种相较于现有技术而言，能够实现高效清洗的适用于中空纤维膜组件的超声清洗装置。
一种适用于中空纤维膜组件的超声清洗装置，包括：一对半圆环状结构的超声波换能器且每个所述超声波换能器的两端分别设有连接板，两所述超声波换能器之间能通过连接板固接且二者之间形成能容纳膜组件通过的空间。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述超声波换能器的内壁还设有半圆环状缓冲软垫。
第二方面，提供一种相较于现有技术而言，能够实现高效清洗的适用于中空纤维膜组件的超声清洗系统。
一种适用于中空纤维膜组件的超声清洗系统，包括：超声清洗主回路和化学清洗旁路；所述超声清洗主回路包括：清洗箱，与所述清洗箱连接的清洗泵，与所述清洗泵输出端相连的保安过滤器，与所述保安过滤器输出端相连的超滤系统；所述超滤系统的输出回流至所述清洗箱内；所述清洗箱与清洗泵之间设有清洗管路阀门V1且所述清洗泵与所述保安过滤器输入端之间依次设有清洗管路阀门V2、清洗管路阀门V3；所述化学清洗旁路包括：清洗箱和与所述清洗箱连接的清洗泵；所述清洗泵的输出端还通过管路进入所述清洗箱内；所述清洗管路阀门V2与所述清洗箱之间还设有混合阀门V6；所述超滤系统包括：至少一个膜组件；所述膜组件的进水阀门与所述保安过滤器输出端相连且其产水阀门和浓水阀门均与清洗箱相连；还包括：环接在所述膜组件上的如第一方面所述的超声清洗装置和与所述超声清洗装置相匹配的超声波发生装置。
根据本申请实施例提供的技术方案，单根所述膜组件上配接有至少两个超声清洗装置。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述保安过滤器与超滤系统之间设有清洗管路阀门V4；所述超滤系统与清洗箱之间设有清洗管路阀门V5。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述清洗箱通过管路连接至废水池一且所述管路上设有阀门V7。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述保安过滤器通过管路连接至废水池二且所述管路上设有阀门V8。
第三方面，提供一种相较于现有技术而言，能够实现高效清洗的适用于中空纤维膜组件的超声清洗工艺。
一种适用于中空纤维膜组件的超声清洗工艺，包括如下步骤：
S1：配接超声清洗装置：将权利要求1所述的超声清洗装置配接在所述超滤系统的膜组件上；
S2：开启化学清洗旁路：
S2-1：将膜污染化学分散药剂加入所述清洗箱内；
S2-2：开启清洗管路阀门V1、清洗管路阀门V2和混合阀门V6且闭合清洗管路阀门V3；
S2-3：开启清洗泵，最终得到混合均匀的清洗液，停机备用；
S3：一次注入清洗液：
S3-1：闭合混合阀门V6且开启清洗管路阀门V1、清洗管路阀门V2和清洗管路阀门V3；
S3-2：浓水阀门和产水阀门的流量按照1：1控制；
S3-3：开启清洗泵；将清洗箱内清洗液依次泵送至保安过滤器、超滤系统；清洗液自膜组件底部进入其内部；
S3-4：清洗泵停机；闭合清洗管路阀门V1、清洗管路阀门V2和清洗管路阀门V3；
S4：超声清洗：开启产水阀门和超声波发生装置，所述超声波发生装置间歇周期运行；然后，停机进入下一步清洗；
S5：二次注入清洗液：
S5-1：开启清洗管路阀门V1、清洗管路阀门V2和清洗管路阀门V3；
S5-2：浓水阀门和产水阀门的流量按照2：1控制；
S5-3：开启清洗泵；将清洗箱内清洗液依次泵送至保安过滤器、超滤系统；清洗液自膜组件底部进入其内部；
S5-4：清洗泵停机；闭合清洗管路阀门V1、清洗管路阀门V2和清洗管路阀门V3；
S6：超滤系统自冲洗：开启进水阀门、浓水阀门、产水阀门，将膜组件冲洗；排放冲洗水后，清洗过程终止。
根据本申请实施例提供的技术方案，在所述S4中，所述超声波发生装置频率控制在16500-17000Hz，所述超声波发生装置开启15s，停止15s为一周期；按照4-10个周期运行后，停机进入S5。
根据本申请实施例提供的技术方案，在S3-3中，化学清洗液流量控制单支膜1-2m3/h，清洗液循环10-15min。
根据本申请实施例提供的技术方案，在S5-3中，化学清洗液流量控制单支膜2-3m3/h，清洗液循环60-90min。
根据本申请实施例提供的技术方案，在S6中，将膜组件冲洗3-5min。
根据本申请实施例提供的技术方案，在S2-3中，保持清洗液温度为20-30℃。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述保安过滤器与超滤系统之间设有清洗管路阀门V4；所述超滤系统与清洗箱之间设有清洗管路阀门V5；在所述S3-1、S3-4、S5-1、S5-4中，依次需要同时开启、闭合、开启、闭合所述清洗管路阀门V4和清洗管路阀门V5。
综上所述，在本申请中总共提出三个技术方案，其中：
第一个技术方案提供有一种适用于中空纤维膜组件的超声清洗装置，相较于现有技术中已有的超声清洗装置而言，结构小型化，更加适应于与膜组件相互配接。
第二个技术方案中提供有一种适用于中空纤维膜组件的超声清洗系统，基于本超声清洗系统的设计，本技术方案能够将化学药剂清洗以及超声清洗进行了充分的结合。
第三个技术方案中提供有一种适用于中空纤维膜组件的超声清洗工艺，该超声清洗工艺以适用于中空纤维膜组件的超声清洗系统为基础，提供了具体的清洗步骤。
基于上述技术方案的设计，本申请能够充分利用超声波的高频震动，将清洗药剂有效成分导入到膜污染聚集处，使得膜污染得到有效的溶解；通过选取特定频率的超声波，利用膜材料密度与膜污染密度差，依靠超声波形成的被动震动的振幅不同使得膜污染物进行剥离到清洗溶液中，较之常规化学清洗方法，超声波化学清洗效果显著。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本申请中一种适用于中空纤维膜组件的超声清洗装置的主视结构示意图；
图2是本申请中一种适用于中空纤维膜组件的超声清洗装置的侧视结构示意图；
图3是本申请中一种适用于中空纤维膜组件的超声清洗系统的结构示意图；
图4是图3中超声清洗装置与膜组件配接的结构示意图；
图5是本申请中一种适用于中空纤维膜组件的超声清洗系统的结构示意图。
图中：
1、超声波换能器；2、连接板；3、缓冲软垫；4、清洗箱；5、清洗泵；6、保安过滤器；7、膜组件；8、超声清洗装置；9、超声波发生装置；10、进水阀门；11、产水阀门；12、浓水阀门；13、废水池一；14、废水池二。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例一：
请参考图1和图2，一种适用于中空纤维膜组件的超声清洗装置，包括：一对半圆环状结构的超声波换能器1且每个所述超声波换能器1的两端分别设有连接板2，两所述超声波换能器1之间能通过连接板2固接且二者之间形成能容纳膜组件通过的空间。
其中：
超声波换能器1，本实施例中的关键部件，其适用于有柱状容器外壳的中空纤维膜组件；其为半圆环状结构。
一个完整的超声清洗装置由两个超声波换能器1组成，每个所述超声波换能器1的两端分别设有连接板2，两所述超声波换能器1之间能通过连接板2固接且二者之间形成能容纳膜组件通过的空间。
在实际使用中，两超声波换能器1分别与超声波发生装置连接，启动超声波发生装置并分别启动两超声波换能器即可实现超声波清洗的效果。
在任一优选的实施例中，所述超声波换能器1的内壁还设有半圆环状缓冲软垫3。
基于此设计，缓冲软垫能够在整个的超声波清洗过程中，对中空纤维膜组件的外壁进行充分的保护。
实施例二：
请参考图3和图4，本实施例中具体地公开有一种适用于中空纤维膜组件的超声清洗系统。
所述适用于中空纤维膜组件的超声清洗系统，包括：超声清洗主回路和化学清洗旁路。
其中：
所述超声清洗主回路包括：清洗箱4，与所述清洗箱4连接的清洗泵5，与所述清洗泵5输出端相连的保安过滤器6，与所述保安过滤器6输出端相连的超滤系统；所述超滤系统的输出回流至所述清洗箱4内；所述清洗箱4与清洗泵5之间设有清洗管路阀门V1且所述清洗泵5与所述保安过滤器6输入端之间依次设有清洗管路阀门V2、清洗管路阀门V3。
所述超声清洗主回路构成整体的清洗回路的闭环设计，使得清洁箱中的清洗液被泵送至保安过滤器内，经由保安过滤器充分过滤之后的清洗液液进入所述超滤系统内，将清洗药剂有效成分导入到膜污染聚集处，使得膜污染得到有效的溶解；而后，超滤系统的输出回流至所述清洗箱4内，完成一次清洗。
需要说明的是：
在具体的清洗工艺中，上述清洗过程并非不间断的进行的，需要通过对超声清洗主回路中清洗管路阀门的开启或闭合状态的控制将上述整体清洗过程分段式进行，以最大限度地提升清洗效果。
所述化学清洗旁路包括：清洗箱4和与所述清洗箱4连接的清洗泵5；所述清洗泵5的输出端还通过管路进入所述清洗箱4内；所述清洗管路阀门V2与所述清洗箱4之间还设有混合阀门V6。
所述化学清洗旁路，由上述部件及管路构成，其作用在于：在超声清洗主回路处于非使用状态时，即：开启清洗管路阀门V1、清洗管路阀门V2和混合阀门V6且闭合清洗管路阀门V3时，化学清洗旁路进入工作状态，此时，将清洗箱内注入清洗剂的液体，经过清洗泵在整个化学清洗旁路不断循环，完成清洗剂与倾斜箱内液体的充分混合，得到最终的清洗液，以备使用。
所述超滤系统包括：至少一个膜组件7；所述膜组件7的进水阀门10与所述保安过滤器6输出端相连且其产水阀门11和浓水阀门12均与清洗箱4相连；还包括：环接在所述膜组件7上的如实施例一所述的超声清洗装置8和与所述超声清洗装置8相匹配的超声波发生装置9。
超滤系统，既是本实施例中拟定要清洗的结构，亦是上述超声清洗主回路的组成部分，其与超声清洗主回路中其他组成部件的连接关系如上所示。其由至少一个膜组件7构成，所述膜组件7上设有进水阀门10、产水阀门11和浓水阀门12，此为膜组件自身的结构，此处不加以赘述。
在实际使用中，依赖于超声清洗主回路的其他组件，将其与超滤系统依据本实施例中的连接方式进行配接即可，所述膜组件7的产水阀门11和浓水阀门12的输出即为超滤系统的输出；所述膜组件7的进水阀门10引入超滤系统的输入，即：与所述保安过滤器6输出端相连。
在任一优选的实施例中，每根所述膜组件上配接有至少两个超声清洗装置。鉴于所述膜组件具备一定的长度，为保证整体的清洗效果，在每根所述膜组件上需要配合至少两个超声清洗装置，优选为，在每根所述膜组件上需要配合三个超声清洗装置且在所述膜组件上均匀分布。
请参考图5，在任一优选的实施例中，所述保安过滤器6与超滤系统之间设有清洗管路阀门V4；所述超滤系统与清洗箱4之间设有清洗管路阀门V5。基于此设计，通过增设V4和V5能够增强对超声清洗主回路的控制。
在任一优选的实施例中，所述清洗箱4通过管路连接至废水池一13且该管路上设有阀门V7。本设计方便清洗箱排出废水。
在任一优选的实施例中，所述保安过滤器6通过管路连接至废水池二14且该管路上设有阀门V8。本设计方便保安过滤器6排出废水。
实施例三：
本实施例中具体地提供有一种适用于中空纤维膜组件的超声清洗工艺，该超声清洗工艺以适用于中空纤维膜组件的超声清洗系统为基础，提供了具体的清洗步骤。
所述适用于中空纤维膜组件的超声清洗工艺，包括如下步骤：
S1：配接超声清洗装置：将权利要求1所述的超声清洗装置配接在所述超滤系统的膜组件上；
S2：开启化学清洗旁路：
S2-1：将膜污染化学分散药剂加入所述清洗箱内；
S2-2：开启清洗管路阀门V1、清洗管路阀门V2和混合阀门V6且闭合清洗管路阀门V3；
S2-3：开启清洗泵，最终得到混合均匀的清洗液，停机备用；
S3：一次注入清洗液：
S3-1：闭合混合阀门V6且开启清洗管路阀门V1、清洗管路阀门V2和清洗管路阀门V3；
S3-2：浓水阀门和产水阀门的流量按照1：1控制；
S3-3：开启清洗泵；将清洗箱内清洗液依次泵送至保安过滤器、超滤系统；清洗液自膜组件底部进入其内部；
S3-4：清洗泵停机；闭合清洗管路阀门V1、清洗管路阀门V2和清洗管路阀门V3；
S4：超声清洗：开启产水阀门和超声波发生装置，所述超声波发生装置间歇周期运行；然后，停机进入下一步清洗；
S5：二次注入清洗液：
S5-1：开启清洗管路阀门V1、清洗管路阀门V2和清洗管路阀门V3；
S5-2：浓水阀门和产水阀门的流量按照2：1控制；
S5-3：开启清洗泵；将清洗箱内清洗液依次泵送至保安过滤器、超滤系统；清洗液自膜组件底部进入其内部；
S5-4：清洗泵停机；闭合清洗管路阀门V1、清洗管路阀门V2和清洗管路阀门V3；
S6：超滤系统自冲洗：开启进水阀门、浓水阀门、产水阀门，将膜组件冲洗；排放冲洗水后，清洗过程终止。
在任一优选的实施例中，在所述S4中，所述超声波发生装置频率控制在16500-17000Hz，所述超声波发生装置开启15s，停止15s为一周期；按照4-10个周期运行后，停机进入S5。基于此处设计，通过将超声波发生装置的频率如上设置，且将其周期参数进行如上设置，能够在S4步骤中，充分地借助超声波对附着于膜组件上的污染物进行有效地清除。
在任一优选的实施例中，在S3-3中，化学清洗液流量控制单支膜1-2m3/h，清洗液循环10-15min。
在任一优选的实施例中，在S5-3中，化学清洗液流量控制单支膜2-3m3/h，清洗液循环60-90min。
在任一优选的实施例中，在S6中，将膜组件冲洗3-5min。
在任一优选的实施例中，在S2-3中，保持清洗液温度为20-30℃。
请参考图5，在任一优选的实施例中，所述保安过滤器6与超滤系统之间设有清洗管路阀门V4；所述超滤系统与清洗箱4之间设有清洗管路阀门V5。基于此设计，通过增设V4和V5能够增强对超声清洗主回路的控制。在任一优选的实施例中，所述保安过滤器与超滤系统之间设有清洗管路阀门V4；所述超滤系统与清洗箱之间设有清洗管路阀门V5；在所述S3-1、S3-4、S5-1、S5-4中，依次需要同时开启、闭合、开启、闭合所述清洗管路阀门V4和清洗管路阀门V5。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (10)
1.一种适用于中空纤维膜组件的超声清洗装置，其特征在于：包括：一对半圆环状结构的超声波换能器(1)且每个所述超声波换能器(1)的两端分别设有连接板(2)，两所述超声波换能器(1)之间能通过连接板(2)固接且二者之间形成能容纳膜组件通过的空间。
2.根据权利要求1所述的一种适用于中空纤维膜组件的超声清洗装置，其特征在于：所述超声波换能器(1)的内壁还设有半圆环状缓冲软垫(3)。
3.一种适用于中空纤维膜组件的超声清洗系统，其特征在于：包括：超声清洗主回路和化学清洗旁路；
所述超声清洗主回路包括：清洗箱(4)，与所述清洗箱(4)连接的清洗泵(5)，与所述清洗泵(5)输出端相连的保安过滤器(6)，与所述保安过滤器(6)输出端相连的超滤系统；所述超滤系统的输出回流至所述清洗箱(4)内；所述清洗箱(4)与清洗泵(5)之间设有清洗管路阀门V1且所述清洗泵(5)与所述保安过滤器(6)输入端之间依次设有清洗管路阀门V2、清洗管路阀门V3；
所述化学清洗旁路包括：清洗箱(4)和与所述清洗箱(4)连接的清洗泵(5)；所述清洗泵(5)的输出端还通过管路进入所述清洗箱(4)内；所述清洗管路阀门V2与所述清洗箱(4)之间还设有混合阀门V6；
所述超滤系统包括：至少一个膜组件(7)；所述膜组件(7)的进水阀门(10)与所述保安过滤器(6)输出端相连且其产水阀门(11)和浓水阀门(12)均与清洗箱(4)相连；
还包括：环接在所述膜组件(7)上的如权利要求1所述的超声清洗装置(8)和与所述超声清洗装置(8)相匹配的超声波发生装置(9)。
4.根据权利要求3所述的一种适用于中空纤维膜组件的超声清洗系统，其特征在于：每根所述膜组件上配接有至少两个超声清洗装置。
5.一种适用于中空纤维膜组件的超声清洗工艺，其特征在于：包括如下步骤：
S1：配接超声清洗装置：将权利要求1所述的超声清洗装置配接在所述超滤系统的膜组件上；
S2：开启化学清洗旁路：
S2-1：将膜污染化学分散药剂加入所述清洗箱内；
S2-2：开启清洗管路阀门V1、清洗管路阀门V2和混合阀门V6且闭合清洗管路阀门V3；
S2-3：开启清洗泵，最终得到混合均匀的清洗液，停机备用；
S3：一次注入清洗液：
S3-1：闭合混合阀门V6且开启清洗管路阀门V1、清洗管路阀门V2和清洗管路阀门V3；
S3-2：浓水阀门和产水阀门的流量按照1：1控制；
S3-3：开启清洗泵；将清洗箱内清洗液依次泵送至保安过滤器、超滤系统；清洗液自膜组件底部进入其内部；
S3-4：清洗泵停机；闭合清洗管路阀门V1、清洗管路阀门V2和清洗管路阀门V3；
S4：超声清洗：开启产水阀门和超声波发生装置，所述超声波发生装置间歇周期运行；然后，停机进入下一步清洗；
S5：二次注入清洗液：
S5-1：开启清洗管路阀门V1、清洗管路阀门V2和清洗管路阀门V3；
S5-2：浓水阀门和产水阀门的流量按照2：1控制；
S5-3：开启清洗泵；将清洗箱内清洗液依次泵送至保安过滤器、超滤系统；清洗液自膜组件底部进入其内部；
S5-4：清洗泵停机；闭合清洗管路阀门V1、清洗管路阀门V2和清洗管路阀门V3；
S6：超滤系统自冲洗：开启进水阀门、浓水阀门、产水阀门，将膜组件冲洗；排放冲洗水后，清洗过程终止。
6.根据权利要求5所述的一种适用于中空纤维膜组件的超声清洗工艺，其特征在于：在所述S4中，所述超声波发生装置频率控制在16500-17000Hz，所述超声波发生装置开启15s，停止15s为一周期；按照4-10个周期运行后，停机进入S5。
7.根据权利要求5所述的一种适用于中空纤维膜组件的超声清洗工艺，其特征在于：在S3-3中，化学清洗液流量控制单支膜1-2m3/h，清洗液循环10-15min。
8.根据权利要求5所述的一种适用于中空纤维膜组件的超声清洗工艺，其特征在于：在S5-3中，化学清洗液流量控制单支膜2-3m3/h，清洗液循环60-90min。
9.根据权利要求5所述的一种适用于中空纤维膜组件的超声清洗工艺，其特征在于：在S6中，将膜组件冲洗3-5min。
10.根据权利要求5-9任一项所述的一种适用于中空纤维膜组件的超声清洗工艺，其特征在于：在S2-3中，保持清洗液温度为20-30℃。
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