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(cháng)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所導致的膜污染 不可避免。膜污染對膜分離過(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費用。因此，如何降 低和調控膜分離過(guò)程中的污染是膜技術(shù)成功應用的關(guān)鍵。
[0003] 目前，國內外報道的對膜污染的調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(lèi)型（膜材料、膜表面性能和粗糙度、孔徑大小 和分布以及膜結構等）、料液性能（濃度、pH)和增加適當的預處理（離心、過(guò)濾）步驟等方 法減輕膜污染對膜分離效率的影響；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所吸附的污染物脫離分離膜，從而使通量 得以恢復的一種方法，但它操作控制技術(shù)復雜，并引入其它反洗介質(zhì)，同時(shí)對膜有潛在的損 害，縮短膜的使用壽命。我們的研宄發(fā)現，通過(guò)周期性開(kāi)啟和關(guān)閉透過(guò)液閥門(mén)，同時(shí)增大截 留液側閥門(mén)，使料液大流量周期性脈沖沖刷膜表面，也可取得類(lèi)似反洗的效果，而不必引入 外來(lái)反洗介質(zhì)，并避免了常規反洗技術(shù)可能對膜產(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)化應用。另一方 面，通過(guò)交替地改變原料液在膜面的流動(dòng)方向，利用系統流體力學(xué)優(yōu)化控制亦可降低膜污 染，實(shí)現膜過(guò)程的高效運行。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，相應的膜污染較輕。當過(guò)濾進(jìn)行一段時(shí)間以后，通過(guò)閥門(mén)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。通過(guò)周期性切換閥門(mén)使膜組件料液進(jìn)口循環(huán)變換，在 過(guò)濾的同時(shí)對膜面進(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。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(zhù)提高膜過(guò)濾效率，取得了良好的結果。
發(fā)明內容
[0005] 本發(fā)明目的在于在常規錯流膜分離設備及操作工藝的基礎上提供一種提高膜分 離過(guò)程效率的方法，以使膜分離設備的過(guò)濾效率得到提高。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)要點(diǎn)在常規錯流膜分離設備及操作工藝的基礎上，通過(guò)設計適宜的 管路和閥門(mén)，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)液側閥門(mén)并加大料液循環(huán)速度使料液以高流速沖刷膜表面，維持一定時(shí)間后，透 過(guò)液側閥門(mén)和截留液側閥門(mén)復位，恢復膜過(guò)濾操作。料液換向和脈沖沖刷兩種操作各自獨 立進(jìn)行，實(shí)際運行中，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膜組件或管式無(wú)機膜組件。
[0008] 本發(fā)明所述的周期性關(guān)閉透過(guò)液側閥門(mén)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)液側閥門(mén)并調節截留液側閥門(mén)使料液大流量通過(guò)膜組件循環(huán)，維持 l-10min后，透過(guò)液側閥門(mén)和截留液側閥門(mén)復位，恢復膜過(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：
[0010] 1、操作方便，簡(jiǎn)單易行；
[0011] 2、與常規膜過(guò)程相比，高效低耗。本方法能使膜組件以較高的通量下長(cháng)時(shí)間運行， 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錯流、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] 附圖標記
[0016] 1.儲料罐2.閥門(mén)3.進(jìn)料泵4.閥門(mén)5.閥門(mén)6.膜組件7.閥門(mén)8.閥門(mén)9.
[0017] 表1常規錯流、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(mén)10.閥門(mén)11.閥門(mén)12.透過(guò)液流量計13.透過(guò)液儲罐14.截留液流量計 15.濃液儲罐
具體實(shí)施方式
[0020] 下面結合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明所涉及的主題保護范圍并非僅限 于這些實(shí)施例。
[0021] 實(shí)施例1 :參見(jiàn)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(kāi)啟閥門(mén) 2、4、8、10 和 11。
[0023] (2)開(kāi)啟進(jìn)料泵3，儲料灌中的醋胚發(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,調節閥門(mén)8,使超濾膜的跨膜壓力為0. 2MPa。
[0024] (3)每隔0.5小時(shí)，開(kāi)啟閥門(mén)5和7,關(guān)閉閥門(mén)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(mén)8或7(換向流模式時(shí)）和9處于 全開(kāi)狀態(tài)，同時(shí)關(guān)閉閥門(mén)10和11，使料液大流量沖刷膜表面，維持lmin后，閥門(mén)復位，進(jìn)行 膜過(guò)濾操作。必要時(shí)微調閥門(mén)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)如此反復操作直至超濾8h后停止。與常規的連續超濾過(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(kāi)啟閥門(mén) 2、4、8、10 和 11。
[0029] (2)開(kāi)啟進(jìn)料泵3，儲料灌中的醋胚發(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,調節閥門(mén)8,使超濾膜的跨膜壓力為0. 3MPa。
[0030] (3)每隔1小時(shí)，開(kāi)啟閥門(mén)5和7,關(guān)閉閥門(mén)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(mén)8或7(換向流模式時(shí)）和9處于 全開(kāi)狀態(tài)，同時(shí)關(guān)閉閥門(mén)10和11，使料液大流量沖刷膜表面，維持5min后，閥門(mén)復位，進(jìn)行 膜過(guò)濾操作。必要時(shí)微調閥門(mén)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)如此反復操作直至超濾8h后停止。與常規的連續超濾過(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(kāi)啟閥門(mén) 2、4、8、10 和 11。
[0035] (2)開(kāi)啟進(jìn)料泵3,儲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,調節閥門(mén)8,使超濾膜的跨膜壓力為1. 5MPa。
[0036] (3)每隔4小時(shí)，開(kāi)啟閥門(mén)5和7,關(guān)閉閥門(mén)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(mén)8或7(換向流模式時(shí)）和9處于 全開(kāi)狀態(tài)，同時(shí)關(guān)閉閥門(mén)10和11，使料液大流量沖刷膜表面，維持lOmin后，閥門(mén)復位，進(jìn)行 膜過(guò)濾操作。必要時(shí)微調閥門(mén)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)如此反復操作直至納濾8h后停止。與常規的連續納濾過(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(kāi)啟閥門(mén) 2、4、8、10 和 11。
[0041] (2)開(kāi)啟進(jìn)料泵3,儲料灌中的醬油生抽被泵入0.02ym的管式無(wú)機陶瓷膜組件6， 調節閥門(mén)8,使微濾膜的跨膜壓力為0.lOMPa。
[0042] (3)每隔1小時(shí)，開(kāi)啟閥門(mén)5和7,關(guān)閉閥門(mén)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(mén)8或7(換向流模式時(shí)）和9處于 全開(kāi)狀態(tài)，同時(shí)關(guān)閉閥門(mén)10和11，使料液大流量沖刷膜表面，維持2min后，閥門(mén)復位，進(jìn)行 膜過(guò)濾操作。必要時(shí)微調閥門(mén)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)如此反復操作直至微濾8h后停止。與常規的連續微濾過(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%。