一種提高膜分離過程效率的方法
一種提高膜分離過程效率的方法 發明領域
[0001] 本發明屬于膜分離領域，涉及一種提高膜分離過程效率的方法。
背景技術
[0002] 在傳統的膜分離過程中，料液從膜組件的進料口進，出料口出。在長時間的膜過濾 過程中，由濃差極化、膜面吸附、粒子沉積以及溶質與膜面之間的靜電效應所導緻的膜污染 不可避免。膜污染對膜分離過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 性能産生不可逆的破壞，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 低和調控膜分離過程中的污染是膜技術成功應用的關鍵。
[0003] 目前，國内外報道的對膜污染的調控主要包括以下兩方面：第一是通過優化操作 條件（操作壓力、進料速度及湍流程度）、膜類型（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)和增加适當的預處理（離心、過濾）步驟等方 法減輕膜污染對膜分離效率的影響；第二是發展先進的膜污染控制技術，如氣-液兩相流 (Gassparging),周期性反洗（Back-flushing)和脈沖反洗（Back-pulsing)等。
[0004] 反洗技術已廣泛應用于膜分離過程，它是通過采用氣體、液體等作為反洗介質， 給膜管施加反向作用力，使部分膜表面及膜孔内所吸附的污染物脫離分離膜，從而使通量 得以恢複的一種方法，但它操作控制技術複雜，并引入其它反洗介質，同時對膜有潛在的損 害，縮短膜的使用壽命。我們的研宄發現，通過周期性開啟和關閉透過液閥門，同時增大截 留液側閥門，使料液大流量周期性脈沖沖刷膜表面，也可取得類似反洗的效果，而不必引入 外來反洗介質，并避免了常規反洗技術可能對膜産生的損害。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單，适用于各種膜組件和膜過程，易于工業化應用。另一方 面，通過交替地改變原料液在膜面的流動方向，利用系統流體力學優化控制亦可降低膜污 染，實現膜過程的高效運行。其原理是原料液從膜組件進料口進入，回流濃縮液從出料口流 出。這時，進料口端壓力高，膜的進料口端因過濾速度快，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。當過濾進行一段時間以後，通過閥門切換，原液和回流濃 縮液的方向進行倒換。原液從污染較輕的出料口進入，出料口端壓力高，過濾主要在出料 口端進行，進料口端壓力較低，回流濃縮液迅速通過，對污染較重的進料口端膜表面進行沖 刷，污染物脫落，膜的性能得以恢複。通過周期性切換閥門使膜組件料液進口循環變換，在 過濾的同時對膜面進行更有效的沖刷清洗，使膜一直在更好的狀态下工作。這種料液換向 流動技術操作簡便，可用于多種膜分離系統。本發明提出一種周期性換向-脈沖沖刷技術 來降低微濾、超濾和納濾分離過程中膜污染，可顯著提高膜過濾效率，取得了良好的結果。
發明内容
[0005] 本發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 離過程效率的方法，以使膜分離設備的過濾效率得到提高。
[0006] 本發明的技術要點在常規錯流膜分離設備及操作工藝的基礎上，通過設計适宜的 管路和閥門，采用周期換向-脈沖沖刷方法減輕膜污染，即在膜過濾過程中，每隔0. 6-4h， 周期性交替改變膜組件原料液進出口從而交替改變料液在膜面的流動方向。同時，周期性 關閉透過液側閥門并加大料液循環速度使料液以高流速沖刷膜表面，維持一定時間後，透 過液側閥門和截留液側閥門複位，恢複膜過濾操作。料液換向和脈沖沖刷兩種操作各自獨 立進行，實際運行中，兩種動作沖突時，料液換向操作優先于脈沖沖刷操作。
[0007] 本發明所述的膜分離過程包括微濾、超濾和納濾；适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機膜組件。
[0008] 本發明所述的周期性關閉透過液側閥門并加大料液循環速度的操作方式是每 隔10-60min關閉透過液側閥門并調節截留液側閥門使料液大流量通過膜組件循環，維持 l-10min後，透過液側閥門和截留液側閥門複位，恢複膜過濾操作。
[0009] 本發明提供的周期性換向-脈沖沖刷方法具有如下突出特點和優勢：
[0010] 1、操作方便，簡單易行；
[0011] 2、與常規膜過程相比，高效低耗。本方法能使膜組件以較高的通量下長時間運行， 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 刷過程中所需能耗低；
[0012] 2、無需反洗，避免了反洗帶來外來清洗介質及可能損害膜的問題。
[0013] 表1比較了分别采用常規錯流、換向流以及本發明所述周期性換向-脈沖沖刷技 術時多種物料的膜過濾效率。
附圖說明
[0014] 圖1是膜分離工藝流程示意圖。
[0015] 附圖标記
[0016] 1.儲料罐2.閥門3.進料泵4.閥門5.閥門6.膜組件7.閥門8.閥門9.
[0017] 表1常規錯流、換向流和周期性換向-脈沖沖刷技術過濾效率比較
[0018]
[0019] 閥門10.閥門11.閥門12.透過液流量計13.透過液儲罐14.截留液流量計 15.濃液儲罐
具體實施方式
[0020] 下面結合實施例對本發明做進一步說明，本發明所涉及的主題保護範圍并非僅限 于這些實施例。
[0021] 實施例1 :參見圖1，一種提高膜過程分離效率的方法。以醋胚發酵液為原料液，用 上述方法進行超濾澄清，步驟如下：
[0022] (1)開啟閥門 2、4、8、10 和 11。
[0023] (2)開啟進料泵3，儲料灌中的醋胚發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8,使超濾膜的跨膜壓力為0. 2MPa。
[0024] (3)每隔0.5小時，開啟閥門5和7,關閉閥門4和8,改變料液流經膜組件的方向， 即進入換向流模式。
[0025] (4)同時在膜過濾的過程中，每隔lOmin，使閥門8或7(換向流模式時）和9處于 全開狀态，同時關閉閥門10和11，使料液大流量沖刷膜表面，維持lmin後，閥門複位，進行 膜過濾操作。必要時微調閥門8或7 (換向流模式時），使跨膜壓力保持在0. 2MPa以保證膜 過濾操作按要求進行。
[0026] (5)如此反複操作直至超濾8h後停止。與常規的連續超濾過程相比，這種周期換 向-脈沖沖刷操作能使平均滲透通量提高32%。
[0027] 實施例2:采用與實施例1相同的裝置，以醋胚發酵液為原料液，用上述方法進行 超濾澄清，步驟如下：
[0028] (1)開啟閥門 2、4、8、10 和 11。
[0029] (2)開啟進料泵3，儲料灌中的醋胚發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8,使超濾膜的跨膜壓力為0. 3MPa。
[0030] (3)每隔1小時，開啟閥門5和7,關閉閥門4和8,改變料液流經膜組件的方向，即 進入換向流模式。
[0031] (4)同時在膜過濾的過程中，每隔30min，使閥門8或7(換向流模式時）和9處于 全開狀态，同時關閉閥門10和11，使料液大流量沖刷膜表面，維持5min後，閥門複位，進行 膜過濾操作。必要時微調閥門8或7 (換向流模式時），使跨膜壓力保持在0. 3MPa以保證膜 過濾操作按要求進行。
[0032] (5)如此反複操作直至超濾8h後停止。與常規的連續超濾過程相比，這種周期換 向-脈沖沖刷操作能使平均滲透通量提高23%。
[0033] 實施例3:采用與實施例1相同的裝置，以乳清為原料液，用上述方法進行納濾濃 縮，步驟如下：
[0034] (1)開啟閥門 2、4、8、10 和 11。
[0035] (2)開啟進料泵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8,使超濾膜的跨膜壓力為1. 5MPa。
[0036] (3)每隔4小時，開啟閥門5和7,關閉閥門4和8,改變料液流經膜組件的方向，即 進入換向流模式。
[0037] (4)同時在膜過濾的過程中，每隔60min，使閥門8或7(換向流模式時）和9處于 全開狀态，同時關閉閥門10和11，使料液大流量沖刷膜表面，維持lOmin後，閥門複位，進行 膜過濾操作。必要時微調閥門8或7 (換向流模式時），使跨膜壓力保持在1. 5MPa以保證膜 過濾操作按要求進行。
[0038] (5)如此反複操作直至納濾8h後停止。與常規的連續納濾過程相比，這種周期換 向-脈沖沖刷操作能使平均滲透通量提高15%。
[0039] 實施例4:采用與實施例1相同的裝置，以醬油生抽為原料液，用上述方法進行微 濾澄清，步驟如下：
[0040] (1)開啟閥門 2、4、8、10 和 11。
[0041] (2)開啟進料泵3,儲料灌中的醬油生抽被泵入0.02ym的管式無機陶瓷膜組件6， 調節閥門8,使微濾膜的跨膜壓力為0.lOMPa。
[0042] (3)每隔1小時，開啟閥門5和7,關閉閥門4和8,改變料液流經膜組件的方向，即 進入換向流模式。
[0043] (4)同時在膜過濾的過程中，每隔20min，使閥門8或7(換向流模式時）和9處于 全開狀态，同時關閉閥門10和11，使料液大流量沖刷膜表面，維持2min後，閥門複位，進行 膜過濾操作。必要時微調閥門8或7(換向流模式時），使跨膜壓力保持在0.lOMPa以保證 膜過濾操作按要求進行。
[0044] (5)如此反複操作直至微濾8h後停止。與常規的連續微濾過程相比，這種周期換 向-脈沖沖刷操作能使平均滲透通量提高28%。