[实用新型]一种可高效清洗的膜分离装置

说明书

本实用新型涉及外压中空纤维膜的分离装置技术，国际分类号拟为Int.Cl⁶.BO1D 63/02、BO1D 65/02。

水是生命之源。随着生活水平的提高，一方面，人们对饮用水的要求不断提高。所谓纯净水，太空水或净化水已进入人们的日常生活。另一方面，生产和工业用水如生化、医药、食品、调料等领域对水的纯度或净度要求也越来越高。近年人们开发研制的微滤和超滤膜分离装置技术用于水质的净化，正适应了这种需要，并且取得了良好的实际效果。其中尤以外压中空纤维膜分离装置用的最多。这是因为外压中空纤维膜(以下简称膜)具有单位体积内装填膜的面积最大，可去除原水中的藻类，微生物和胶体物质等多种悬浮物，并且净化纯度高的优点。但在实际应用中，膜的内腔、孔隙及外壁由于各种悬浮物的滞留、淤积而使膜的透水通量迅速下降，甚至堵塞而不能正常工作。因此对分离装置中膜的清洗是膜应用技术不可缺少重要组成部分。特别是在目前原水(包括河水、湖水、井水、海水和自来水)已经或正在受到日趋严重污染的情况下，对膜有效并高效的清洗有着特别重要的实际意义。

对膜清洗常用的技术是反向渗透清洗(以下简称反洗或内洗)。由于污染膜通量已下降，这种技术清洗效率较低。特别是对于膜外壁淤沉粘附的污物不易去除，反洗效果不好。较先进的方法是在膜组件的腔内(即膜与膜组件壳体之间的空隙，但注有一定的洗液)充入压缩空气，使膜在所产生的空气泡和水流的作用下产生晃动和振荡，抖落或冲刷掉膜外的污物，达到清洗膜的目的。如日本特开平5-253450、特开平7-770号文献所给出的清洗方法。这种压入空气振荡清洗(以下简称振洗或外洗)的方法，对膜外污物去除较好，但对膜孔隙和膜内的污物去除作用不大，清洗效率仍不高。特公平7-60197号日本专利注意到这一问题，其既采用外压振洗的方法，又采用了内压反洗的方法，以期对膜内外有较好的清洗。但这一方法的外压振洗，与内压反洗分别单独进行，且反洗液利用的是膜组件内的残留水，反洗效果不明显，清洗效率也低。为了增加反洗效果，又有人提出在反洗液中加“药”(净化剂)的技术方案，如特开平7-275671号文献报道了在反洗液中加入次氯酸钠的反洗方法，每次工作20分钟，反洗一次25秒，每天或每周再采用一次空气振洗的清洗方法。这种方法加“药”频繁，不易控制，耗药费水，也易引起二次污染，特别是加药为某些净化过程如生化，医药等所不允许，应用效果不好。还有人为了提高清洗效果，提出了向外压中空纤维膜内充入高压压缩空气的方法，如日本特许公报2721787号专利报道了向外压中空纤维膜内充入0.6MPa高压压缩空气使其透过膜以提高内洗效果的方法。但这种方法首先就对外压中空纤维膜的内部耐压性能提出了更高的要求，使膜的成本提高，甚至不能作到；其次，在湿态下，在0.6MPa的高压压缩空气对于膜的孔径0.2μm以上者尚可通过，而对于0.1μm以下的微孔膜和超滤膜，则根本不能透过，也即该方法不适用。

另一方面，现有分离装置中的膜组件和水气系统设计也存在着缺陷；在所见文献报道中，膜组件中的膜设置方式有两种：一种为单开口(膜一端开口，另一端集束或为U型)向上的悬垂吊挂式，如前述特开平7-770号所示；另一种为双开口(膜上、下均开口)的两端固定式，如前述特许公报2721787号所示。第一种方式膜的上端作封头，下端则集束为整体，形成一种上端固定，下端束紧的悬垂吊挂式结构。这种结构使膜自然有一种归于铅直向下的力，不易摆动或振动，不利于振洗发挥更大的作用。这种结构还必须使出气口设计在膜组件上端膜封头以下的侧壁上。清洗气流向上遇封头受阻，转向侧壁排气，气流排出不畅，但此处正是膜被封头固定处，使其本应增加的振荡或摆动反而减弱或受到限制。同样道理，膜的集束处或U型膜折弯处设计在膜组件的下端，正是清洗液水流即将排出的位置，污染水的浓度较大，但由于膜的束紧或折弯而较易滞留污物或更不易清洁干净。因此，清洗效果不尽理想。第二种方式同样存在着第一种方式的缺陷，并且因膜在下端固定处形成流体死角而更易滞阻污物和更不易清洗干净，效果会更差。

另外，现有膜组件的水、气出入口过多(可高达8个，如特开平7-770所示，一般也为6个)，不但会使膜组件结构复杂，加工困难，而且更会使与之配套的泵、表、阀门、管路大量增加，导致膜分离装置整体结构复杂，操作不便，控制困难，成本提高。特别是这种复杂化，并不会带来清洗效果的提高，反而会引起正常滤净工作成本增加，很不经济。