[实用新型]环套式超声场强化无机膜分离器

说明书

技术领域

本实用新型涉及以超声波防止无机膜污染的无机膜分离器，适用于工业废水处理及其他行业中两相体系的液固分离。.

背景技术

无机膜分离是近几十年迅速发展的一种新型分离技术，因具有分离效率高，强度大，耐酸碱等优点受到人们广泛关注。但在实际应用时，膜通量会随着时间的延长而逐渐下降。研究表明：膜污染与浓差极化现象是导致膜通量下降的主要原因。因此，在膜管使用一段时间后，需加入一定的化学试剂对其进行化学清洗。化学清洗虽能在一定程度上提高膜通量，但同时也带来了二次污染，且化学试剂容易损坏膜管，缩短膜管的使用寿命，化学清洗还增加了操作的繁琐，增加操作成本。

为解决膜污染与浓差极化带来的问题，国内外许多专家与学者将超声场与膜分离技术相结合，研究了超声强化膜分离过程的影响。如Takaomi Kobayashi等研究了超声场强化PAN膜等有机膜微滤蛋白胨时，结果表明超声能有效控制蛋白胨对PAN膜等有机膜的污染，提高膜通量。Simon等人将超声应用于1％的葡聚糖的超滤过程，膜通量提高了3倍。但张国俊，刘忠洲等在考察超声波清洗对中空纤维膜超滤膜损伤时，认为超声波对膜的损伤程度与超声功率大小密切相关，功率大于30W后，超滤膜截留率下降明显，特别是在超声波功率大于50W后，实验中可用肉眼观察到膜表面的针孔现象。因此，在采用超声波来清洗超滤膜或用超声波作为强化渗透的一种手段时，超声波对有机膜的损伤是一个不可忽视的问题。

实际上，超声对无机膜的损伤较小。张旭等人研究发现在CoX催化苯乙烯氧化-膜分离耦合连续反应过程中，将运行后膜通量下降后的膜管取出浸入装有溶剂的烧杯中，将烧杯放入超声振荡器中超声5min，超声频率为40KHz，膜通量可得到完全恢复。陶玲、邢卫红用阳极氧化铝无机陶瓷膜过滤牛血清白蛋白溶液后，超声清洗10min，纯水通量可以恢复到新膜的75％。

但是，将超声与无机膜分离技术相结合的分离器迄今未见报导。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对膜污染与浓差极化现象，提供一种环套式超声场强化无机膜分离器，以便有效控制膜污染、减轻浓差极化现象，实现在线提高膜通量，延长无机膜的使用寿命，简化操作工序，减少操作成本。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型环套式超声场强化无机膜分离器的结构特点是采用环套的结构形式，环状超声换能器安装在膜管与膜组件之间或套装在膜组件的外周，并通过固定支架与膜组件相连，料液入口和截留液出口分别为膜组件的上端口和下端口，渗透液出口位于膜组件的外周侧部，所述膜组件内部安装膜管，外部通过连接件与系统管路连接；膜管为单通道或多通道无机陶瓷膜管，陶瓷膜为无机材料制备的多孔膜。

本实用新型的结构特点也在于：

所述环状超声换能器采用环状压电元件，所述环状压电元件的频率为20KHz-100KHz连续可调，功率为0-600W连续可调。

所述超声换能器的轴向长度为100mm-1000mm，其沿轴向为独段，或为多段间隔设置，各段具有相同的频率和功率参数。

所述多段间隔设置的超声换能器各段之间的安装间隔为20mm-100mm。

所述陶瓷膜是由Al₂O₃、ZrO₂、TiO₂或SiO₂无机材料制备的多孔膜。

与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：

1、本实用新型利用超声场引起膜表面的振动、超声空化、声流、以及辐射压等因素以强化膜分离过程。超声引起膜表面的震动能使吸附在膜表面的颗粒脱落。超声空化现象是在液体中常见的一种物理现象，在液体中由于涡流或超声波等物理作用，某些地方形成局部的暂时负压区，从而引起液体的断裂，形成微小的空泡或气泡。液体中产生的这些空泡或气泡处于非稳定状态，有初生、发育和随后迅速闭合的过程。当它们迅速闭合破灭时，会产生微激波，能够除去或削弱层流底层的厚度，同时空泡还能“钻入”裂缝中做振动，使污层脱落。声流和辐射压是大振幅波在媒介中传播时产生的非线性现象。空化气泡在振荡过程中会使液体媒介本身产生一种环流，即所谓的声流。它可使振动气泡表面处存在很高的速度梯度和粘滞力，促使膜表面的污物的破坏和脱落，从而控制膜污染，减轻浓差极化现象，实现在线提高膜通量，延长无机膜的使用寿命，简化操作工序，减少操作成本。

2、本实用新型利用无机膜强度大的特点，能够承受超声所产生的机械作用和空化效应，避免膜面的损坏。