[发明专利]一种基于中空纤维膜的垂直错流过滤集成装置

说明书

本发明公开了一种基于中空纤维膜的垂直错流过滤集成装置，包括压力容器，特点是压力容器的一端设置有原料液进口且其另一端设置有浓缩液出口，压力容器内设置有至少一个滤芯集成组件，压力容器内的料液流动方向垂直绕过滤芯集成组件的过滤膜面，滤芯集成组件内设置有滤过液收集腔室，压力容器的底板下方设有滤过液汇集管道，各个滤过液收集腔室分别与滤过液汇集管道相连通，滤过液汇集管道的一端设置有滤过液出口，压力容器上且位于浓缩液出口的一端设置有废液排出口，优点是有效减缓中空纤维膜污染问题，维持膜组件过滤效率，且能显著提高中空纤维膜内部组件的有效利用率，延长膜组件重复使用周期。

技术领域

本发明涉及一种错流过滤装置，尤其是涉及一种基于中空纤维膜的垂直错流过滤集成装置。

背景技术

近年来，膜分离过滤技术越来越多地引起人们的关注。中空纤维膜组件因其独特的结构特点，如装填密度大、自支撑体系、成本低等已广泛应用于水处理等领域。但在应用过程中，膜污染问题会影响膜过滤效率以及缩短膜组件使用寿命，也关系到膜的清洗成本、运行成本、更换成本等经济效益。因此，为了降低膜污染，增加膜组件过滤有效面积，延长膜组件的使用寿命，增进膜组件优化，尤其是滤芯核心部位的优化设计需求日益突显。

针对上述问题，有不少发明专利通过优化膜组件浇注方法，或优化端头设计，或改变膜过滤模式等方式来减少膜污染，一定程度上提高了中空纤维的耐污染性，延长了膜组件运行周期等。例如中国发明专利申请200510015346.X采用在中空纤维根部实施二次浇注形成保护层，在一定程度上提高了出水质量，延长了膜组件运行周期。但是其二次浇注后的膜组件设计繁琐复杂，不能很好地兼顾膜丝的耐污染性以及膜元件的清洗后重复利用等问题。又如美国专利申请US524824公布的中空纤维膜组件“拱形”设计，即通过集水基板之间的优化设计，使膜丝处于浮游状态，该技术一定程度上降低了膜丝表面的污染物堆积量，但过滤时由于膜丝布置呈大幅面的屏幕状，因此也存在着膜组件受力不均匀，影响出水水质等问题。

现如今市面上针对膜污染普遍采用的措施为在膜组件下方增加曝气装置。如发明专利CN101549902B公开了一种通过曝气形成的气水二相流对膜丝进行冲刷的膜组件设计，通过曝气形式实现膜丝的冲刷清洗，达到减轻膜丝污染的目的。该技术从一定程度上减轻了膜丝中部的污染，但膜丝根部的积泥现象仍然较为严重。若增加曝气量运行膜组件，可以在一定程度上减缓膜污染问题，但运行能耗也会显著提高。若为了降低能耗而长期以偏小曝气量运行组件，其根部污染问题只会更加严重，膜丝根部的污染问题也仍然没有解决。如中国发明专利申请CN 10859235 A介绍了一种带曝气式的帘式膜生产方法，即在集气槽内安装多个曝气器以达到减少中空纤维膜上下两端的污染物堆积的目的。该方法能减缓膜丝两端的污染问题，但膜丝中部的污染问题仍然存在，且曝气过程中膜丝的大幅度摆动会使相邻组件的膜丝之间互相缠绕，缩短了膜组件的使用寿命。在膜过滤过程中，若出现污泥浓度突然升高或污泥劣化等状况时，常规的曝气擦洗对膜污染的减缓效果也将明显变差。

再如不少专利中提到的通过优化中空纤维膜组件过滤模式以增加膜过滤平衡通量，达到提高膜过滤效率的目的。传统的死端过滤时，过滤液体垂直于过滤膜面，沉积物堆积于过滤介质的表面，因此其过滤平衡通量衰减严重，优化后的错流过滤打破了这一传统。

比如中国发明专利CN 205948686 U公开介绍了一种管式陶瓷膜错流过滤装置，专利公开了错流过滤与传统死端过滤的区别，错流过滤时，料液流经膜面时产生的剪切力能够把膜面上滞留的一部分积泥带走，降低了污染层的堆积厚度，从而达到了延长过滤时间的过滤效果。再如中国发明专利CN 105311966 A公开介绍了一种平板膜错流过滤设计装置，与传统死端过滤相比，所述装置在一定程度上提高了膜过滤效率，提高了膜工业经济效益。但上述所例举的都是平行错流过滤，指进料液流向平行于过滤膜面的过滤方式。由于平行错流过滤时，流体流动方向平行于过滤膜面，因此，靠近膜面的层流底层冲刷作用并不是很强烈，且相关专利的介绍中平行错流过滤装置中流道比较狭窄，会造成流体流动时的摩擦阻力比较大，导致运行能耗较高，长时间的运行期内也很难维持较好的膜过滤通量等问题，因而上述专利中提到的错流过滤工艺仍然不能充分体现错流过滤的优势。