一種提高膜分離過(guò)程效率的方法
一種提高膜分離過(guò)程效率的方法 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于膜分離領(lǐng)域，涉及一種提高膜分離過(guò)程效率的方法。
背景技術(shù)
[0002] 在傳統(tǒng)的膜分離過(guò)程中，料液從膜組件的進(jìn)料口進(jìn)，出料口出。在長(zhǎng)時(shí)間的膜過(guò)濾 過(guò)程中，由濃差極化、膜面吸附、粒子沉積以及溶質(zhì)與膜面之間的靜電效應(yīng)所導(dǎo)致的膜污染 不可避免。膜污染對(duì)膜分離過(guò)程的影響輕則造成膜通量衰減，膜分離效率低下，重則對(duì)膜的 性能產(chǎn)生不可逆的破壞，縮短膜的使用壽命，從而增加膜的操作和維護(hù)費(fèi)用。因此，如何降 低和調(diào)控膜分離過(guò)程中的污染是膜技術(shù)成功應(yīng)用的關(guān)鍵。
[0003] 目前，國(guó)內(nèi)外報(bào)道的對(duì)膜污染的調(diào)控主要包括以下兩方面：第一是通過(guò)優(yōu)化操作 條件（操作壓力、進(jìn)料速度及湍流程度）、膜類型（膜材料、膜表面性能和粗糙度、孔徑大小 和分布以及膜結(jié)構(gòu)等）、料液性能（濃度、pH)和增加適當(dāng)?shù)念A(yù)處理（離心、過(guò)濾）步驟等方 法減輕膜污染對(duì)膜分離效率的影響；第二是發(fā)展先進(jìn)的膜污染控制技術(shù)，如氣-液兩相流 (Gassparging),周期性反洗（Back-flushing)和脈沖反洗（Back-pulsing)等。
[0004] 反洗技術(shù)已廣泛應(yīng)用于膜分離過(guò)程，它是通過(guò)采用氣體、液體等作為反洗介質(zhì)， 給膜管施加反向作用力，使部分膜表面及膜孔內(nèi)所吸附的污染物脫離分離膜，從而使通量 得以恢復(fù)的一種方法，但它操作控制技術(shù)復(fù)雜，并引入其它反洗介質(zhì)，同時(shí)對(duì)膜有潛在的損 害，縮短膜的使用壽命。我們的研宄發(fā)現(xiàn)，通過(guò)周期性開啟和關(guān)閉透過(guò)液閥門，同時(shí)增大截 留液側(cè)閥門，使料液大流量周期性脈沖沖刷膜表面，也可取得類似反洗的效果，而不必引入 外來(lái)反洗介質(zhì)，并避免了常規(guī)反洗技術(shù)可能對(duì)膜產(chǎn)生的損害。這種采用原料液本身周期性 脈沖沖刷膜表面的方法操作簡(jiǎn)單，適用于各種膜組件和膜過(guò)程，易于工業(yè)化應(yīng)用。另一方 面，通過(guò)交替地改變?cè)弦涸谀っ娴牧鲃?dòng)方向，利用系統(tǒng)流體力學(xué)優(yōu)化控制亦可降低膜污 染，實(shí)現(xiàn)膜過(guò)程的高效運(yùn)行。其原理是原料液從膜組件進(jìn)料口進(jìn)入，回流濃縮液從出料口流 出。這時(shí)，進(jìn)料口端壓力高，膜的進(jìn)料口端因過(guò)濾速度快，污染逐漸加重，而回流濃縮液出口 壓力則較低，相應(yīng)的膜污染較輕。當(dāng)過(guò)濾進(jìn)行一段時(shí)間以后，通過(guò)閥門切換，原液和回流濃 縮液的方向進(jìn)行倒換。原液從污染較輕的出料口進(jìn)入，出料口端壓力高，過(guò)濾主要在出料 口端進(jìn)行，進(jìn)料口端壓力較低，回流濃縮液迅速通過(guò)，對(duì)污染較重的進(jìn)料口端膜表面進(jìn)行沖 刷，污染物脫落，膜的性能得以恢復(fù)。通過(guò)周期性切換閥門使膜組件料液進(jìn)口循環(huán)變換，在 過(guò)濾的同時(shí)對(duì)膜面進(jìn)行更有效的沖刷清洗，使膜一直在更好的狀態(tài)下工作。這種料液換向 流動(dòng)技術(shù)操作簡(jiǎn)便，可用于多種膜分離系統(tǒng)。本發(fā)明提出一種周期性換向-脈沖沖刷技術(shù) 來(lái)降低微濾、超濾和納濾分離過(guò)程中膜污染，可顯著提高膜過(guò)濾效率，取得了良好的結(jié)果。
發(fā)明內(nèi)容
[0005] 本發(fā)明目的在于在常規(guī)錯(cuò)流膜分離設(shè)備及操作工藝的基礎(chǔ)上提供一種提高膜分 離過(guò)程效率的方法，以使膜分離設(shè)備的過(guò)濾效率得到提高。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)要點(diǎn)在常規(guī)錯(cuò)流膜分離設(shè)備及操作工藝的基礎(chǔ)上，通過(guò)設(shè)計(jì)適宜的 管路和閥門，采用周期換向-脈沖沖刷方法減輕膜污染，即在膜過(guò)濾過(guò)程中，每隔0. 6-4h， 周期性交替改變膜組件原料液進(jìn)出口從而交替改變料液在膜面的流動(dòng)方向。同時(shí)，周期性 關(guān)閉透過(guò)液側(cè)閥門并加大料液循環(huán)速度使料液以高流速?zèng)_刷膜表面，維持一定時(shí)間后，透 過(guò)液側(cè)閥門和截留液側(cè)閥門復(fù)位，恢復(fù)膜過(guò)濾操作。料液換向和脈沖沖刷兩種操作各自獨(dú) 立進(jìn)行，實(shí)際運(yùn)行中，兩種動(dòng)作沖突時(shí)，料液換向操作優(yōu)先于脈沖沖刷操作。
[0007] 本發(fā)明所述的膜分離過(guò)程包括微濾、超濾和納濾；適宜的膜組件形式包括寬流道 卷式膜、管式或中空纖維有機(jī)膜組件或管式無(wú)機(jī)膜組件。
[0008] 本發(fā)明所述的周期性關(guān)閉透過(guò)液側(cè)閥門并加大料液循環(huán)速度的操作方式是每 隔10-60min關(guān)閉透過(guò)液側(cè)閥門并調(diào)節(jié)截留液側(cè)閥門使料液大流量通過(guò)膜組件循環(huán)，維持 l-10min后，透過(guò)液側(cè)閥門和截留液側(cè)閥門復(fù)位，恢復(fù)膜過(guò)濾操作。
[0009] 本發(fā)明提供的周期性換向-脈沖沖刷方法具有如下突出特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：
[0010] 1、操作方便，簡(jiǎn)單易行；
[0011] 2、與常規(guī)膜過(guò)程相比，高效低耗。本方法能使膜組件以較高的通量下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行， 降低膜清洗頻繁，減少了清洗劑的使用，提高了膜分離效率；而且料液周期性換向和脈沖沖 刷過(guò)程中所需能耗低；
[0012] 2、無(wú)需反洗，避免了反洗帶來(lái)外來(lái)清洗介質(zhì)及可能損害膜的問(wèn)題。
[0013] 表1比較了分別采用常規(guī)錯(cuò)流、換向流以及本發(fā)明所述周期性換向-脈沖沖刷技 術(shù)時(shí)多種物料的膜過(guò)濾效率。
附圖說(shuō)明
[0014] 圖1是膜分離工藝流程示意圖。
[0015] 附圖標(biāo)記
[0016] 1.儲(chǔ)料罐2.閥門3.進(jìn)料泵4.閥門5.閥門6.膜組件7.閥門8.閥門9.
[0017] 表1常規(guī)錯(cuò)流、換向流和周期性換向-脈沖沖刷技術(shù)過(guò)濾效率比較
[0018]
[0019] 閥門10.閥門11.閥門12.透過(guò)液流量計(jì)13.透過(guò)液儲(chǔ)罐14.截留液流量計(jì) 15.濃液儲(chǔ)罐
具體實(shí)施方式
[0020] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明所涉及的主題保護(hù)范圍并非僅限 于這些實(shí)施例。
[0021] 實(shí)施例1 :參見圖1，一種提高膜過(guò)程分離效率的方法。以醋胚發(fā)酵液為原料液，用 上述方法進(jìn)行超濾澄清，步驟如下：
[0022] (1)開啟閥門 2、4、8、10 和 11。
[0023] (2)開啟進(jìn)料泵3，儲(chǔ)料灌中的醋胚發(fā)酵液被泵入截留分子量為50000道爾頓的寬 流道卷式聚酰胺超濾組件6,調(diào)節(jié)閥門8,使超濾膜的跨膜壓力為0. 2MPa。
[0024] (3)每隔0.5小時(shí)，開啟閥門5和7,關(guān)閉閥門4和8,改變料液流經(jīng)膜組件的方向， 即進(jìn)入換向流模式。
[0025] (4)同時(shí)在膜過(guò)濾的過(guò)程中，每隔lOmin，使閥門8或7(換向流模式時(shí)）和9處于 全開狀態(tài)，同時(shí)關(guān)閉閥門10和11，使料液大流量沖刷膜表面，維持lmin后，閥門復(fù)位，進(jìn)行 膜過(guò)濾操作。必要時(shí)微調(diào)閥門8或7 (換向流模式時(shí)），使跨膜壓力保持在0. 2MPa以保證膜 過(guò)濾操作按要求進(jìn)行。
[0026] (5)如此反復(fù)操作直至超濾8h后停止。與常規(guī)的連續(xù)超濾過(guò)程相比，這種周期換 向-脈沖沖刷操作能使平均滲透通量提高32%。
[0027] 實(shí)施例2:采用與實(shí)施例1相同的裝置，以醋胚發(fā)酵液為原料液，用上述方法進(jìn)行 超濾澄清，步驟如下：
[0028] (1)開啟閥門 2、4、8、10 和 11。
[0029] (2)開啟進(jìn)料泵3，儲(chǔ)料灌中的醋胚發(fā)酵液被泵入截留分子量為50000道爾頓的中 空纖維聚酰胺超濾組件6,調(diào)節(jié)閥門8,使超濾膜的跨膜壓力為0. 3MPa。
[0030] (3)每隔1小時(shí)，開啟閥門5和7,關(guān)閉閥門4和8,改變料液流經(jīng)膜組件的方向，即 進(jìn)入換向流模式。
[0031] (4)同時(shí)在膜過(guò)濾的過(guò)程中，每隔30min，使閥門8或7(換向流模式時(shí)）和9處于 全開狀態(tài)，同時(shí)關(guān)閉閥門10和11，使料液大流量沖刷膜表面，維持5min后，閥門復(fù)位，進(jìn)行 膜過(guò)濾操作。必要時(shí)微調(diào)閥門8或7 (換向流模式時(shí)），使跨膜壓力保持在0. 3MPa以保證膜 過(guò)濾操作按要求進(jìn)行。
[0032] (5)如此反復(fù)操作直至超濾8h后停止。與常規(guī)的連續(xù)超濾過(guò)程相比，這種周期換 向-脈沖沖刷操作能使平均滲透通量提高23%。
[0033] 實(shí)施例3:采用與實(shí)施例1相同的裝置，以乳清為原料液，用上述方法進(jìn)行納濾濃 縮，步驟如下：
[0034] (1)開啟閥門 2、4、8、10 和 11。
[0035] (2)開啟進(jìn)料泵3,儲(chǔ)料灌中的乳清被泵入截留分子量為300道爾頓的卷式聚丙烯 酰胺納濾組件6,調(diào)節(jié)閥門8,使超濾膜的跨膜壓力為1. 5MPa。
[0036] (3)每隔4小時(shí)，開啟閥門5和7,關(guān)閉閥門4和8,改變料液流經(jīng)膜組件的方向，即 進(jìn)入換向流模式。
[0037] (4)同時(shí)在膜過(guò)濾的過(guò)程中，每隔60min，使閥門8或7(換向流模式時(shí)）和9處于 全開狀態(tài)，同時(shí)關(guān)閉閥門10和11，使料液大流量沖刷膜表面，維持lOmin后，閥門復(fù)位，進(jìn)行 膜過(guò)濾操作。必要時(shí)微調(diào)閥門8或7 (換向流模式時(shí)），使跨膜壓力保持在1. 5MPa以保證膜 過(guò)濾操作按要求進(jìn)行。
[0038] (5)如此反復(fù)操作直至納濾8h后停止。與常規(guī)的連續(xù)納濾過(guò)程相比，這種周期換 向-脈沖沖刷操作能使平均滲透通量提高15%。
[0039] 實(shí)施例4:采用與實(shí)施例1相同的裝置，以醬油生抽為原料液，用上述方法進(jìn)行微 濾澄清，步驟如下：
[0040] (1)開啟閥門 2、4、8、10 和 11。
[0041] (2)開啟進(jìn)料泵3,儲(chǔ)料灌中的醬油生抽被泵入0.02ym的管式無(wú)機(jī)陶瓷膜組件6， 調(diào)節(jié)閥門8,使微濾膜的跨膜壓力為0.lOMPa。
[0042] (3)每隔1小時(shí)，開啟閥門5和7,關(guān)閉閥門4和8,改變料液流經(jīng)膜組件的方向，即 進(jìn)入換向流模式。
[0043] (4)同時(shí)在膜過(guò)濾的過(guò)程中，每隔20min，使閥門8或7(換向流模式時(shí)）和9處于 全開狀態(tài)，同時(shí)關(guān)閉閥門10和11，使料液大流量沖刷膜表面，維持2min后，閥門復(fù)位，進(jìn)行 膜過(guò)濾操作。必要時(shí)微調(diào)閥門8或7(換向流模式時(shí)），使跨膜壓力保持在0.lOMPa以保證 膜過(guò)濾操作按要求進(jìn)行。
[0044] (5)如此反復(fù)操作直至微濾8h后停止。與常規(guī)的連續(xù)微濾過(guò)程相比，這種周期換 向-脈沖沖刷操作能使平均滲透通量提高28%。