嵌入式超声场强化无机膜分离器制造技术

嵌入式超声场强化无机膜分离器，其特征是采用嵌入式结构形式，超声波换能器置于膜管内部，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，膜管为单通道无机陶瓷膜管。本实用新型专利技术利用超声波在液体中传播表现的机械作用、空化效应与无机膜分离技术强度大的特点相结合，以解决膜污染、浓差极化现象的问题，实现在线提高膜管的渗透通量，延长无机膜的使用寿命，简化操作工序，减少操作成本。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

Embedded ultrasonic field reinforced inorganic membrane separator

Embedded ultrasonic field strengthened inorganic membrane separator, which is characterized by the use of embedded structure, internal ultrasonic transducer is placed in the membrane tube, upper port and the lower port of the liquid entrance and outlet interception respectively the membrane module, the peripheral side of the penetrating fluid outlet is positioned at the membrane, membrane tube for single channel inorganic ceramic membrane tube. The utility model uses the ultrasonic propagation mechanical effect and cavitation effect and performance of inorganic membrane combined with characteristics of high intensity separation in liquid, the concentration polarization phenomenon to solve the problem of membrane fouling, the realization of online, improve the penetration flux of the membrane tube, prolong the service life of inorganic membrane, simplifies the operation process and reduce operating costs.

【技术实现步骤摘要】

本技术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。
技术介绍
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，縮短膜管的使用寿命，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TakaomiKobayashi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P/。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5 min，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。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是针对膜污染与浓差极化现象，提供一种嵌入式超声场 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。本技术解决技术问题采用如下技术方案3本技术嵌入式超声场强化无机膜分离器的结构特点是采用嵌入式结构形式，超声波 换能器置于膜管的内部，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，膜管为单通道无机陶瓷膜管。本技术嵌入式超声强化无机膜分离器的结构特点也在于 所述膜管的陶瓷膜是由A1203、 Zr02、 Ti02或Si02无机材料制成的多孔膜。 所述超声波换能器通过螺纹密封连接在陶瓷膜管中，频率为20KHz-100KHz可调，功 率为0-600 W连续可调。与已有技术相比，本技术的有益效果体现在1、 本技术利用超声场引起膜表面的振动、超声空化现象、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、 本技术巧妙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。3、 本技术采用嵌入式的结构形式，超声波的传播方向是以超声换能器为中心向 四周发射，能量可以被充分利用。4、 本技术因其可以有效地控制膜污染和浓差极化，因此可以应用于膜法能够分离 但是因其高污染、难清洗而严重而影响分离生产的体系；对于一些对超声敏感的物料体系， 通过超声的机械振荡、空化作用改变体系与膜的作用形式，实现强化分离；也可以应用于对 化学清洗剂不稳定而难以化学清洗的物料体系。附图说明图1为本技术结构示意图中标号l料液入口、 2超声波换能器、3膜管、4膜组件、5渗透液出口、 6密封圈、 7截留液出口。4以下通过具体实施方式，并结合附图对本技术作进一步描述具体实施方式参见图1，本实施例采用嵌入式结构，超声波换能器2置于膜管的3内部，超声波的传播方向是自中心向四周发射；料液入口 1和截留液出口 7分别为膜组件4的上端口和下端 口，渗透液出口5位于膜组件4的外周侧部，膜管3为单通道无机陶瓷膜管，膜管3的陶瓷 膜可以是由Al203、 Zr02、 Ti02或Si02无机材料制成的多孔膜；膜组件4是用于支撑、安装 膜管的壳体，可以采用金属制造，膜组件4的内部安装膜管3，外部通过连接件与系统管路 连接，密封圈6在陶瓷膜管3与膜组件4之间形成密封。 具体实施中也包括超声换能器2为不锈钢制品，长度为450 mm，直径为28 mm，频率为20 KHz-100 KHz 可调，功率为0-600 W连续可调，通过螺纹密封连接而插入陶瓷膜管中；陶瓷膜管为单通道， 外径56mm，内径40mm，长500mm，陶瓷膜管有效面积为0.064 m2;膜组件长500mm, 外径67mm，内径62mm，膜管的均孔径为0.2um 。实施例l:在操作压力为0.1-0.15 MPa，错流速度为1.0m.s"，TiO2溶液浓度1.0g丄"-1.5 g'I/1，， 溶液温度20-30°C， pH值2.0-4.0，超声功率180 W，频率为21 KHz，反冲压力为0.6 MPa， 反冲时间为3s，反冲周期为10min的条件下，考查了嵌入式超声强化无机膜分离器对分离 粉体颗粒Ti02的过程。结果显示嵌入式超声强化无机膜分离器使得膜渗透通量提高约 7%-9%。实施例2:在操作压力为0.1-0.15 MPa，膜面错流速度为l.Om.s'1，聚丙烯酰胺溶液初始浓度为 1.0 g丄"，溶液温度20-30°C， pH值2.0-4.0，超声场功率180W，超声场频率为21 KHz， 反冲压力为0.6 MPa，反冲时间为3 s，反冲周期为10 min的条件下，考查了嵌入式超声强 化无机膜分离器对分离微滤聚丙烯酰胺溶液的过程。结果显示嵌入式超声强化无机膜分 离器应用于无机陶瓷膜微滤聚丙烯酰胺大分子溶液的过程，能提高20-25%的膜通量。权利要求1、嵌入式超声场强化无机膜分离器，其特征是采用嵌入式结构形式，超声波换能器(2)置于膜管(3)的内部，料液入口(1)和截留液出口(7)分别为膜组件(4)的上端口和下端口，渗透液出口(5)位于膜组件(4)的外周侧部，膜管(3)为单通道无机陶瓷膜管。2、 根据权利要求1所述的嵌入式超声强化无机膜分离器，其特征是所述超声波换能器 (2)通过螺纹密封连接在陶瓷膜管本文档来自技高网...

【技术保护点】
嵌入式超声场强化无机膜分离器，其特征是采用嵌入式结构形式，超声波换能器（２）置于膜管（３）的内部，料液入口（１）和截留液出口（７）分别为膜组件（４）的上端口和下端口，渗透液出口（５）位于膜组件（４）的外周侧部，膜管（３）为单通道无机陶瓷膜管。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈桂娟，崔鹏，赵先治，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：实用新型
国别省市：34[中国|安徽]