CN113788513A - 一种过滤分离装置及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种过滤分离装置及其应用。所述过滤分离装置包括壳体及设置在所述壳体内的过滤元件，其中所述过滤元件包括：中空旋转轴；碟片状中空陶瓷膜，多个所述碟片状中空陶瓷膜相互平行的套设在所述中空旋转轴的外周，且在所述中空旋转轴的驱动下随所述中空旋转轴共同旋转；所述碟片状中空陶瓷膜的直径沿着物料流入方向逐渐增大；所述中空旋转轴的表面开设有通孔与所述碟片状中空陶瓷膜的内部连通。该过滤分离装置适用于处理高粘度的厌氧消化液，如热水解厌氧消化污泥，餐厨垃圾消化液等，过滤效果好且耐污染能力强，解决了厌氧消化液固液难分离的问题，处理后的浓缩液含水率＜85％，清液悬浮物＜100mg/L。

Description

一种过滤分离装置及其应用
技术领域
本发明属于厌氧消化液处理技术领域，具体涉及一种过滤分离装置及其应用。
背景技术
厌氧消化处理高含水有机固体废弃物(如污泥、餐厨垃圾等)产沼气，由于其稳定化和资源化效果显著，已得到广泛应用。厌氧消化过程产生的消化液具有难降解物质含量高，微生物代谢产物含量高，粒径小而悬浮物难分离的特点。
厌氧消化液处理过程中固液分离是关键，现应用的设备存在离心机固体回收率低、板框压滤机药剂消耗大等问题，膜分离技术在废水处理中越来越受到重视。然而，常用的有机膜分离如反渗透、纳滤等会使膜造成严重的膜污染和破损，此外有机膜无法承受多次的高压反洗，使其应用范围受到限制。陶瓷膜具有耐酸碱性、耐高温、利械强度高与抗污染性能强等特点，随着陶瓷膜制膜成本的下降和制膜技术的进一步提升，在水处理中逐渐的得到应用。
发明内容
本发明提供了一种过滤分离装置及其应用，可实现高效错流过滤，陶瓷膜片表面光滑，具有强度大、通量高、耐高温、可反洗等优点，将其用于厌氧消化液的过滤分离，可将厌氧消化液由固液混合物变为澄清的滤液，还能完成固相浓缩需要。
具体来说，本发明提供了如下技术方案：
一种过滤分离装置，其特征在于，包括壳体及设置在所述壳体内的过滤元件，其中所述过滤元件包括：
中空旋转轴；
碟片状中空陶瓷膜，多个所述碟片状中空陶瓷膜相互平行的套设在所述中空旋转轴的外周，且在所述中空旋转轴的驱动下随所述中空旋转轴共同旋转；多个所述碟片状中空陶瓷膜的直径沿着物料流入方向逐渐增大；
所述中空旋转轴的表面开设有通孔与所述碟片状中空陶瓷膜的内部连通。
本发明所述过滤元件，通过碟片状中空陶瓷膜旋转膜片的旋转带动周边料液的流动，对料液流体产生剪切速度，这个剪切速度通过流体传到膜表面使膜表面具有一定切向速度，减少料液里颗粒的沉积，阻止膜表面滤饼的形成。同时，发明人在研发过程中发现，将碟片状中空陶瓷膜设置为直径由小到依次排列，由于膜片直径不同会产生不同压力，可形成多点扰流辅助在膜片表面形成湍流，湍流和压力变化进一步避免膜表面形成滤饼层，从而提高粘度耐受，是过滤保持较高通量。
优选的，上述过滤分离装置中，多个所述碟片状中空陶瓷膜的直径成等差数列变化。
优选的，上述过滤分离装置中，所述中空旋转轴的一端封闭，另一端设有出料口。
优选的，上述过滤分离装置中，所述碟片状中空陶瓷膜的孔径为0.05μm～2μm。
优选的，上述过滤分离装置中，所述碟片状中空陶瓷膜的材质选自氧化铝、氧化锆、二氧化钛和氧化硅中的一种或两种以上。
本发明还提供上述的过滤分离装置在过滤分离厌氧消化液中固液两相中的应用。
本发明还提供一种过滤分离厌氧消化液中固液两相的方法，包括以下步骤：利用上述的过滤分离装置将厌氧消化液进行动态错流过滤。在动态错流过滤的过程中，可以高效利用碟片状中空陶瓷膜旋转产生离心力和液体的的剪切力清除滤饼，减少陶瓷膜片污染，保持过滤效果和可持续的通量，延长反洗周期，进而实现连续高效过滤分离操作。
优选的，上述的过滤分离厌氧消化液中固液两相的方法中，所述动态错流过滤中，过滤的压力为0.1MPa～0.6Mpa，更优选为恒压过滤。
优选的，上述的过滤分离厌氧消化液中固液两相的方法中，所述动态错流过滤中，所述中旋转轴的的转速控制在480～960rpm/min。
优选的，上述的过滤分离厌氧消化液中固液两相的方法中，所述动态错流过滤中，所述厌氧消化液的温度控制在15～80℃。
本发明所取得的有益效果：
(1)本发明提供的过滤分离装置，可以实现厌氧消化液中固液两相的无药剂过滤分离；陶瓷膜具有高物理化学稳定性，对组成复杂且性质波动较大的厌氧消化液的处理具有较强的适应性与稳定性，膜不宜污染且清洗恢复效果好，处理后的清液悬浮物低。
(2)本发明提供的过滤分离装置，不同大小的碟片状中空陶瓷膜旋转形成多点扰流辅助在膜片表面形成湍流，由于膜片直径不同会产生不同压力，湍流和压力变化避免膜表面形成滤饼层，从而提高粘度耐受。
(3)本发明提供的过滤分离装置，对厌氧消化液泥质指标如悬浮物、有机物等都具有显著的耐受性和可调控性，因此可以满足不同原料来源的消化液处理要求。
附图说明
图1示出根据实施例1的厌氧消化液中固液两相过滤分离系统的示意图，其中，1-缓存罐；2-供料泵；3-过滤容器；4-反洗泵；5-清液罐；6-搅拌器及电机；7-进料管；8-排放管；9-浓缩液回流管；10-清液反洗管；11-清液排放管；12-清液收集管；13-缓冲罐；14-空气压力表；15-空气管；16-进料阀门；17-浓缩液出阀门；18-浓缩液回流阀门；19-清液反洗阀门；20-清液出阀门；21-清液排放阀门；22-空气阀门；23-加热棒；24-电机；25-絮凝剂投加管；26-进料管；27-中空旋转轴；28-碟片状中空陶瓷膜。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。
在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以下实施例中，所用仪器设备等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得
实施例1
一种厌氧消化液中固液两相过滤分离系统(部分参考图1)，包括物料调理系统、进料过滤系统、清液反洗系统、空气反吹系统、浓液排出系统；其中：
物料调理系统包括：缓存罐1、搅拌器及电机6、进料管7、加热棒23、絮凝剂投加管25；
进料过滤系统包括：供料泵2、过滤容器3(D＝400mm)、中空旋转轴27、碟片状中空陶瓷膜29、浓缩液回流管9、浓缩液回流阀门18、进料管26、清液收集管12、进料阀门16、清液出阀门20、清液排放管11、清液排放阀门21、电机24；
清液反洗系统包括：反洗泵4、清液罐5、清液反洗管10、清液反洗阀门19；
空气反吹系统包括：缓冲罐13、空气压力表14；空气管15、空气阀门22；
浓液排出系统包括：排放管8、浓缩液出阀门17。
所述过滤容器3通过供料泵2与缓存罐1相连并通过浓液排出系统形成循环回路，过滤设备3底部的电机24通过减速器和中空旋转轴27连接，中空旋转轴27的下端封闭、上端设有清液出料口。
15片碟片状中空陶瓷膜28相互平行的套设在所述中空旋转轴27的外周(通过隔圈夹持固定)，任一所述碟片状中空陶瓷膜28的上下两面为过滤层(材质为三氧化二铝，孔径：2μm)，起到截留悬浮物的作用，中间为中空腔体；中空旋转轴27的表面开设有圆孔和碟片状中空陶瓷膜29的内部中空腔体相连通，形成密封通道，便于经过滤层过滤后的清液流通进入中空旋转轴27。
15片碟片状中空陶瓷膜28的直径由下向上成等差数列增大(最下层碟片D＝152mm，最上层碟片D＝374mm)。
实施例2
采用实施例1所述过滤分离系统，进行厌氧消化液中固液两相的过滤分离(部分参考图1)，所处理的厌氧消化液为污泥热水解厌氧消化液，该厌氧消化液总COD＝32310mg/L，含固率＝6.68％。
具体包括以下步骤：
(1)将厌氧消化液泵入缓存罐1内，开启所述搅拌器和电机6；
(2)开启供料泵2和电机24，将厌氧消化液泵入过滤容器3内(进料量为60L/(m2·h))，对厌氧消化液进行动态错流过滤，并在所述清液罐得到透过清液，浓缩液通过浓缩液回流管9回流至所述缓存罐1，通过空压机维持过滤压力；
动态错流过滤条件：中空旋转轴转速960r/min，温度15℃-20℃，压力0.2MPa，平均膜通量为35L/(m2·h)；
(3)缓存罐1中含固率达到15％时，完成厌氧消化液的过滤分离，通过罐底管路将浓缩液外排。
注：膜通量低于10L/(m2·h)时进料过滤暂停，对碟片状中空陶瓷膜28进行清液反洗和空气反吹。本实施例的碟片状中空陶瓷膜28需要30min进行一次清液反洗和空气反吹。
清液反洗：反洗泵4把清液泵入碟片状中空陶瓷膜29内表面，透过膜片清洗除去表面的污物；
空气反吹：利用压缩空气对碟片状中空陶瓷膜29外表面进行反吹，使陶瓷膜表面的固体污物松动。
处理前后的水质参数见表1。
表1水质参数
Figure BDA0003273659180000061
经检测，厌氧消化液经实施例2的方法过滤分离后，得到清液COD＝3610mg/L，悬浮物62.67mg/L，过滤效果好。
对比例1
对比例1提供了一种过滤分离系统，与实施例1相比，其区别仅在于，碟片状中空陶瓷膜28的直径均为374mm。
采用对比例1所述过滤分离系统，按实施例2所述方法进行厌氧消化液中固液两相的过滤分离，平均膜通量为22L/(m2·h)，需要15min进行一次清液反洗和空气反吹。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对其作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种过滤分离装置，其特征在于，包括壳体及设置在所述壳体内的过滤元件，其中所述过滤元件包括：
中空旋转轴；
碟片状中空陶瓷膜，多个所述碟片状中空陶瓷膜相互平行的套设在所述中空旋转轴的外周，且在所述中空旋转轴的驱动下随所述中空旋转轴共同旋转；多个所述碟片状中空陶瓷膜的直径沿着物料流入方向逐渐增大；
所述中空旋转轴的表面开设有通孔与所述碟片状中空陶瓷膜的内部连通。
2.根据权利要求1所述的过滤分离装置，其特征在于，多个所述碟片状中空陶瓷膜的直径成等差数列变化。
3.根据权利要求1所述的过滤分离装置，其特征在于，所述中空旋转轴的一端封闭，另一端设有出料口。
4.根据权利要求1-3任一项所述的过滤分离装置，其特征在于，所述碟片状中空陶瓷膜的孔径为0.05μm～2μm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的过滤分离装置，其特征在于，所述碟片状中空陶瓷膜的材质选自氧化铝、氧化锆、二氧化钛和氧化硅中的一种或两种以上。
6.权利要求1-5任一项所述的过滤分离装置在过滤分离厌氧消化液中固液两相中的应用。
7.一种过滤分离厌氧消化液中固液两相的方法，其特征在于，包括以下步骤：利用权利要求1-5任一项所述的过滤分离装置将厌氧消化液进行动态错流过滤。
8.根据权利要求7所述的过滤分离厌氧消化液中固液两相的方法，其特征在于，所述动态错流过滤中，过滤的压力为0.1MPa～0.6Mpa。
9.根据权利要求7或8所述的过滤分离厌氧消化液中固液两相的方法，其特征在于，所述动态错流过滤中，所述中旋转轴的的转速控制在480～960rpm/min。
10.根据权利要求7-9任一项所述的过滤分离厌氧消化液中固液两相的方法，其特征在于，所述动态错流过滤中，所述厌氧消化液的温度控制在15～80℃。
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