[发明专利]往复旋转式料液膜分离方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及膜分离领域技术，尤其是指一种可应用于生物工程、医药、食品、饮料与废水处理等多个领域中的往复旋转式料液膜分离方法和装置。

背景技术

近年来，膜分离技术在生物工程、医药、食品、饮料与废水处理等领域内的应用发展迅速，但是，如何减轻膜污染和浓差极化的影响、延缓膜通量的衰减，仍是困扰膜分离技术发展的主要问题之一。

尽管高性能膜材料的研制已经达到了很高的水平，但在现有膜材料性能的前提下，从膜分离操作工艺及其设备入手来强化膜分离的传质过程，控制膜污染及浓差极化现象，提高膜的渗透效率，是促进膜分离技术工业化应用直接而现实的道路之一。

目前，从非膜材料的角度出发，提高膜表面水力剪切作用是延缓膜通量衰减的最常用措施。在众多的提高膜面剪切率的措施中，将待处理料液沿膜表面高速切向流动是最常用的方法，也就是切向流过滤(Cross flowfiltration)。不过大量研究表明，虽然切向流过滤通过料液在膜表面的快速流动可以产生较好的水力剪切效果，但料液流速过快会产生较高的轴向压力梯度，导致沿膜面的TMP分布不均匀，从而影响膜的渗透通量及传质过程；并且，高速切向流需要较高的回流比才能实现，而回流比过高必然导致进料泵的能耗较高。

旋转膜分离技术是近三十年迅速发展起来的一种膜过滤形式，它通过膜本身的旋转或者近膜面转子的旋转在膜表面产生强剪切作用，很好地削减了膜污染和浓差极化的影响，延缓了膜通量的衰减速率。目前，旋转膜分离技术的组件形式主要有旋转盘式膜过滤器(Rotating disk module)和旋转管式膜过滤器(Rotating cylindrical membranes)。另外CN1762555A公开了一种旋转中空纤维膜分离器，这些分离器的共同特点就是只沿单一方向旋转，膜面的高切变率是由膜面或强化转子的同方向高速旋转运行产生的，其切变率与膜运动速度成正比例增加，而强化能的消耗却与速度的平方成正比例增加，这种增长关系致使强化能的有效利用随着转速的增加而急剧下降，并很快达到很不经济的程度，甚至会出现料液与膜同步旋转，料液对膜表面剪切率接近于零的情况。

发明内容

本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种往复旋转式料液膜分离方法和装置，其能有效解决现在之利用膜分离技术进行料液过滤分离时出现的料液与膜同步旋转以使得料液过滤分离效果差问题。

本发明的另一目的是提供一种往复旋转式料液膜分离方法和装置，其能有效解决现在之利用膜分离技术进行料液过滤分离时出现能耗高的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种往复旋转式料液膜分离方法，利用膜组件的旋转对料液进行过滤分离，在开始运行时，使该膜组件在料液中沿一个方向旋转；当膜组件旋转一段时间后，使该膜组件向反方向旋转相同的时间，且该膜组件反方向旋转时的速率与膜组件开始旋转时的速率相同，该膜组件在反方向旋转的过程中，旋转速度与料液流速的数值迭加使得膜表面料液的速度梯度增大，提高膜表面的液体切应力，抑制了膜污染和浓差极化；在后续的料液过滤分离过程中，重复进行上述往复旋转运动，不断地实现料液过滤分离。

作为一种优选方案，所述膜组件正转一次和反转一次为膜组件的一个旋转周期，该旋转周期为2S。

一种往复旋转式料液膜分离装置，包括有一料液筒、一中空转轴、两转盘和复数个膜组件；该料液筒上设置有连通外界与料液筒内部的料液进口和出料口；该中空转轴可转动地设置于料液筒中，于该中空转轴上设置有连通外界与中空转轴内部的出液口；该两转盘位于料液筒中，且该两转盘间隔固定于该中空转轴上随中空转轴同步转动；该膜组件的两端分别固定于该两转盘上随转盘同步转动，且该膜组件的内部通过集水管与该中空转轴的内部连通，进一步包括有驱动机构，该驱动机构带动该中空转轴往复正转和反转，该中空转轴往复正转和反转的速率以及正转和反转的时间相同，该膜组件随该中空转轴同步往复正转和反转，以增大膜表面料液的速度梯度，从而提高膜表面的液体切应力。

作为一种优选方案，所述两转盘之间固定有24根前述膜组件，该些膜组件依次呈“米”字型排布，每一膜组件的管径为2cm。

作为一种优选方案，所述转盘为单层实心盘或者双层中空盘，该转盘的半径为10cm。

作为一种优选方案，所述膜组件为外压式管式膜组件或者中空纤维式膜组件。

作为一种优选方案，所述外压式管式膜组件为PVDF材质的超滤膜。

作为一种优选方案，所述中空纤维式膜组件为聚丙烯超滤中空纤维式膜组件。