CN109939567B - 由组件构成的膜分离器及分离方法 - Google Patents

Abstract

一种由组件构成的膜分离器及分离方法。目前，膜在使用过程中，膜污染与清洗是膜过程中不可避免的，由于膜污染致使膜通量逐步下降，进而导致膜使用周期比较短，甚至是一次性使用。一种由组件构成的膜分离器，其组成包括：柔性膜片(1)和膜基(2)，柔性膜片镶嵌在膜基内，且柔性膜片的顶面与膜基的顶面在同一水平面上，膜基下端左右两侧均设置有结构相同的M轴(3)，膜基上端左右两侧均设置有结构相同的N轴(4)，两个M轴的轴心在一直线上和两个N轴的轴心在另一直线上，柔性膜片为矩形结构，且柔性膜片的长度与膜基长度相同。柔性膜片A面或B面刻有紧密相邻的半微孔，这些半微孔与膜基C面紧密接触并被压板压紧时，形成微孔线，N组柔性膜片和膜基，可搭建成‘膜’。位于V型槽端边的实心锥喷嘴定时清理凝胶层，使凝胶层所产生的阻力维持在较低水平，颗粒或溶质堵塞微孔导致膜分离器内压差超过设定值时，压板上升、左右活动板左移、半微孔壁暴露，V型槽上方的喷嘴清洗微孔壁上的附着物，膜通量恢复至初始状态，有效的延长膜使用寿命。本发明应用于膜分离器。

Description

由组件构成的膜分离器及分离方法

技术领域：

本发明涉及一种由组件构成的膜分离器及分离方法。

背景技术：

膜分离技术已成为解决当前能源、资源和环境污染问题的重要技术，应用遍及海水淡化，环境保护，石油化工，节能技术，清洁生产以及生物、医药、轻工、食品、电子、纺织、冶金、能源及仿生领域。

目前，膜在使用过程中，膜污染与清洗是膜过程中不可避免的，由于膜污染致使膜通量逐步下降，进而导致膜使用周期比较短，甚至是一次性使用。

发明内容：

本发明的目的是提供一种由组件构成的膜分离器及分离方法，突破现有膜是一个整体的概念，提出了用组件搭建膜的方式，重点解决膜使用寿命短，更换勤的问题。通过控制凝胶层产生的阻力，清洗液直接作用于微孔内壁使膜清洗更彻底，清洗后保持初始膜通量，进而延长膜的使用寿命。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种由组件构成的膜分离器，其组成包括：柔性膜片和膜基，所述的柔性膜片镶嵌在所述的膜基内，且所述的柔性膜片的顶面与所述的膜基的顶面在同一水平面上，所述的膜基下端左右两侧均设置有结构相同的M轴，所述的膜基上端左右两侧均设置有结构相同的N轴，两个所述的M轴轴心在一条直线上和两个所述的N轴的轴心在另一直线上，所述的柔性膜片为矩形结构，且所述的柔性膜片的长度与所述的膜基长度相同。

所述的由组件构成的膜分离器，所述的柔性膜片包括A面和B面，所述的膜基包括C面，所述的A面、所述的B面和所述的C面均进行研磨抛光表面处理，所述的A面和所述的B面的相交线为E线。

所述的由组件构成的膜分离器，所述的A面或所述的B面的其中一面加工有紧密相邻的半微孔，或是在加工所述的柔性膜片形成的遗留纹路状隆起与凹陷，其中凹陷结构为所述的半微孔，上述中所述的半微孔与所述的C面相贴，形成微孔。

所述的由组件构成的膜分离器，所述的M轴和所述的N轴分别套入在左右固定板上、左右活动板上的圆孔内，且圆孔数量和直径大小与所述的M轴和所述的N轴的数量和大小相对应。

所述的由组件构成的膜分离器的分离方法，该方法包括如下步骤：

(1)当柔性膜片E线与C面是接触状态时，既搭建成膜状态，半微孔与C面搭建成一个完整的微孔线，通过活塞带动压板下行使柔性膜片与C面全面接触，很多组柔性膜片、膜基，如N个并排，便搭建起N-1个微孔线，此N-1个微孔线便搭建组成了一个膜。

(2)膜过程中，大于微孔的微粒、溶质大都沉积在柔性膜片A面与膜基C面形成的V型槽中，随着时间延长形成凝胶层及浓差极化，位于V型槽端边的实心锥喷嘴喷液可通过冲击力清除V型槽内的微粒、溶质及凝胶层等，定时清除，可减少或消除凝胶层，有效恢复透水速率。

(3)当V型槽的凝胶层经常被清理后，颗粒在微孔中的吸附和堵塞，上升为主要矛盾，当膜污染到一定程度时，膜分离器内压差增大，达到设定值后，控制器启动柔性膜片压紧装置，使其脱离柔性膜片，然后启动电机或电磁牵引器向左拉动左、右活动板，左右活动板带动N个膜基，以M轴为中心向左转动。

(4)当E线与C面呈分离状态，位于柔性膜片A面上方扇型喷咀开始喷液，即为清洗状态，由于E线与C面脱离接触，半微孔不被遮挡，充分暴露，冲洗液直接作用在半微孔壁上，冲洗附着在孔壁上溶质、颗粒等，E线与C面脱离的同时，微孔附近的凝胶层被撕裂，被冲洗液剥离，因而清洗效果更彻底，膜通量恢复到最初状态。

(5)清洗完毕后，电机停止工作，在右端弹簧作用下，左右活动板向右转动，致使E线与C面重新接触，活塞带动压板下行至柔性膜片，使柔性膜片与C面又紧密接触，膜过程重新开始。

本发明的有益效果：

1.本发明工作过程，当柔性膜片E线与C面是接触状态时，见图4，既搭建成膜状态，半微孔与C面搭建成一个完整的微孔线，通过活塞带动压板下行使柔性膜片与C面全面接触，很多组柔性膜片、膜基，如N个并排，便搭建起N-1个微孔线，此N-1个微孔线便搭建组成了一个膜。膜过程中，大于微孔的微粒、溶质大都沉积在柔性膜片A面与膜基C面形成的V型槽中，随着时间延长形成凝胶层及浓差极化，位于V型槽端边的实心锥喷嘴喷液可通过冲击力清除V型槽内的微粒、溶质及凝胶层等，定时清除，可减少或消除凝胶层，有效恢复透水速率。当V型槽的凝胶层经常被清理后，颗粒在微孔中的吸附和堵塞，上升为主要矛盾，当膜污染到一定程度时，膜分离器内压差增大，达到设定值后，控制器启动柔性膜片压紧装置，使其脱离柔性膜片，然后启动电机或电磁牵引器向左拉动左、右活动板，左右活动板带动N个膜基，以M轴为中心向左转动，当E线与C面呈分离状态(见图3)，位于柔性膜片A面上方扇型喷咀开始喷液，即为清洗状态，由于E线与C面脱离接触，半微孔不被遮挡，充分暴露，冲洗液直接作用在半微孔壁上，冲洗附着在孔壁上溶质、颗粒等，E线与C面脱离的同时，微孔附近的凝胶层被撕裂，被冲洗液剥离，因而清洗效果更彻底，膜通量恢复到最初状态，膜的寿命大大延长，能够大大延长膜的更换周期。清洗完毕后，电机停止工作，在右端弹簧作用下，左右活动板向右转动，致使E线与C面重新接触，活塞带动压板下行至柔性膜片，使柔性膜片与C面又紧密接触，膜过程重新开始。

2.本发明提出了用组件搭建膜的方式，重点解决膜使用寿命短，更换勤的问题，使膜清洗更彻底，清洗后保持初始膜通量，进而延长膜的使用寿命。

3.主要措施是：

(1)使微孔集聚在一条直线上，同时，也通过V型槽将一些大于微孔的颗粒、溶质等集聚到V型槽内，通过实心锥喷嘴定时喷射清除这些颗粒、溶质等，可将由此带来的阻力维持在较低水平。

(2)柔性膜片A面上的半微孔与膜基C面可以搭建成微孔，又可以彼此分离，使冲洗液直接喷射微孔壁，清洗无死角，膜通量恢复到初始状态。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是附图1的主视图。

附图3是搭建成膜状态时的结构示意图。

附图4是清洗时膜的状态示意图。

附图5是在A面加工半微孔的结构示意图。

附图6是在A面上斜切半微孔的结构示意图。

附图7是在B面上加工半微孔的结构示意图。

附图8是在B面上斜切半微孔的结构示意图。

图中：1、柔性膜片，2、膜基，3、M轴，4、N轴、，5、E线，6、半微孔，1-1、A面，1-2、B面，2-1、C面。

具体实施方式：

实施例1：

一种由组件构成的膜分离器，其组成包括：柔性膜片1和膜基2，所述的柔性膜片镶嵌在所述的膜基内，且所述的柔性膜片的顶面与所述的膜基的顶面在同一水平面上，所述的膜基下端左右两侧均设置有结构相同的M轴3，所述的膜基上端左右两侧均设置有结构相同的N轴4，两个所述的M轴轴心在一直线上和两个所述的N轴的轴心在另一直线上，所述的柔性膜片为矩形结构，且所述的柔性膜片的长度与所述的膜基长度相同。

实施例2：

根据实施例1所述的由组件构成的膜分离器，所述的柔性膜片包括A面1-1和B面1-2，所述的膜基包括C面2-1，所述的A面、所述的B面和所述的C面均进行研磨抛光表面处理，所述的A面和所述的B面的相交线为E线5。

实施例3：

根据实施例1或2所述的由组件构成的膜分离器，所述的A面或所述的B面的其中一面加工有紧密相邻的半微孔6，或是在加工所述的柔性膜片形成的遗留纹路状隆起与凹陷，其中凹陷结构为所述的半微孔，上述中所述的半微孔与所述的C面相贴，形成微孔。

实施例4：

根据实施例1或2或3所述的由组件构成的膜分离器，所述的M轴和所述的N轴分别套入在左右固定板上、左右活动板上的圆孔内，且圆孔数量和直径大小与所述的M轴和所述的N轴的数量和大小相对应。

实施例5：

这种由组件(以下简称膜体)构成的新型膜分离器，其组成包括：若干膜基、若干柔性膜片、左右固定板、左右活动板、电机或电磁牵引器、弹簧、钢绳、柔性膜片压紧装置、控制器、扇型喷嘴与实心锥喷嘴喷射装置等。

实施例6：

膜基下端左右均有在一条直线上的M轴，上端左右均有在一条直线上的N轴，柔性膜片镶嵌在膜基上，柔性膜片的A面、B面及膜基的C面均进行诸如研磨、抛光等方式的表面处理，A面、B面的相交线(简称为E线)，A面或者B面其中之一面用刻蚀、光刻或用其他加工方法加工紧密相邻的半微孔(如微米级、纳米级半微孔)。见图5至图8，或者是加工柔性膜片工艺所形成的遗留纹路状隆起与凹陷(半微孔)，这些半微孔与C面紧密相贴时，可形成微孔。

实施例7：

左右固定板上设有圆孔(简称Q孔)与膜基上是M轴数量、大小相互对应，M轴套入Q孔中。

左右活动板上设有圆孔(简称P孔)与膜基上的N轴数量、大小相互对应，N轴套入P孔中。

实施例8：

柔性膜片压紧装置由弹簧、液压活塞、进水电磁阀、出水电磁阀、压板等组成，位于柔性膜片上方，当柔性膜片与C面闭合后，由控制器控制进水电磁阀开启，出水电磁阀关闭，液体向活塞加压。活塞带动压板下行致使柔性膜片与C面紧密接触，以排除柔性膜片与C面不全面紧密接触可能性，使柔性膜片的半微孔与C面形成完整的微孔，当需要柔性膜片离开C面时，出水电磁阀打开，进水电磁阀关闭，在弹簧作用下，活塞带动压板上行脱离柔性膜片。

控制器为膜分离控制中心，由若干电子元件及编程软件组成。

实施例9：

本发明可分为左右活动板向左移动的型号及左右活动板向右移动的型号，本图例均以左右活动板向左移动的型号为例(下同)，电机或电磁牵引器与左右活动板左端相连，弹簧与左右活动板右端相连。

在柔性膜片A面上刻蚀、光刻或使用其他加工工艺加工成紧密相邻的半微孔，如图5、图6，当E线与C面接触后，可形成微孔线，N个膜体形成“膜分离器”。

在膜性膜片B面上刻蚀或光刻或使用其他加工工艺加工成紧密相邻的半微孔，如图7、图8，当E线与C面接触后，可形成微孔线，N个柔性膜片形成“膜分离器”。

在加工柔性膜片时，加工工艺在表面材料形成纹路状隆起与凹陷(半微孔)，当E线与C面接触后可形成紧密相邻的微孔，N个柔性膜片形成“膜分离器”。

每个膜体的A面、B面、C面均进行诸如研磨，抛光等方式的表面处理，A面与B面之间相对位置包括但不限于相互垂直，在柔性膜片的A面或B面之一与E线包括但不限于垂直方向上刻蚀，光刻或用其他加工方式加工半微孔，或者是加工柔性膜片工艺所形成的遗留纹路状隆起与凹陷(半微孔)，当柔性膜片如图3排列，并且E线与C面完全接触时，E线与C面搭建成完整的微孔线，N个膜体组成一个“膜”。

当N个柔性膜片以M轴为中心，向左转动N轴(本例为向左移动左右活动板)，柔性膜片处于E线与C面分离状态，即为清洗状态，这时半微孔内壁完全暴露，C面也完全没有遮挡，清洗液可对半壁孔内壁及C面清洗更直接和更大的打击力度，可使半微孔及C面清理更彻底，恢复初始状态，膜通量恢复到初始膜通量。

柔性膜片压紧装置位于柔性膜片上方，当柔性膜片与C面闭合后，活塞带动压板下行致使柔性膜片与C面紧密接触，使柔性膜片的半微孔与C面形成完整微孔。

实施例10：

扇型喷嘴位于柔性膜片A面与膜基C面形成的V型槽上方，可沿着V型槽水平移动及可步进至各个V型槽上方；实心锥喷嘴位于V型槽两个端边之一，喷孔面对V型槽，通过步进方式可移动到各个V型槽端边。

Claims (2)

1.一种由组件构成的膜分离器，其组成包括：柔性膜片和膜基，其特征是：柔性膜片镶嵌在膜基内，且柔性膜片的顶面与膜基的顶面在同一水平面上，膜基下端左右两侧均设置有结构相同的M轴，膜基上端左右两侧均设置有结构相同的N轴，两个M轴轴心在一直线上和两个N轴轴心在另一直线上，柔性膜片为矩形结构，且柔性膜片的长度与膜基长度相同；柔性膜片包括A面和B面，膜基包括C面，A面、B面和C面均进行研磨抛光表面处理，A面和B面的相交线为E线；A面或B面的其中一面加工有紧密相邻的半微孔，或是在加工柔性膜片形成的遗留纹路状隆起与凹陷，其中凹陷结构为半微孔，上述半微孔与C面紧密相贴，形成微孔，当柔性膜片E线与C面是接触状态时，既搭建成膜状态，半微孔与C面搭建成一个完整的微孔线，很多组柔性膜片、膜基，N个并排，便搭建起N-1个微孔线，此N-1个微孔线便搭建组成了一个膜；M轴和N轴分别套入在左右固定板上、左右活动板上的圆孔内，且圆孔数量和直径大小与M轴和N轴的数量和大小相对应；该膜分离器还包括柔性膜片压紧装置，其中柔性膜片压紧装置包括活塞和压板，膜片压紧装置位于柔性膜片的上方。

2.根据权利要求1所述的由组件构成的膜分离器的分离方法，该方法包括如下步骤：

(1)当柔性膜片E线与C面是接触状态时，既搭建成膜状态，半微孔与C面搭建成一个完整的微孔线，通过活塞带动压板下行使柔性膜片与C面全面接触，很多组柔性膜片、膜基，N个并排，便搭建起N-1个微孔线，此N-1个微孔线便搭建组成了一个膜；

(2)膜过程中，大于微孔的微粒、溶质大都沉积在柔性膜片A面与膜基C面形成的V型槽中，随着时间延长形成凝胶层及浓差极化，位于V型槽端边的实心锥喷嘴喷液可通过冲击力清除V型槽内的微粒、溶质及凝胶层，定时清除，可减少或消除凝胶层，有效恢复透水速率；

(3)当V型槽的凝胶层经常被清理后，颗粒在微孔中的吸附和堵塞，上升为主要矛盾，当膜污染到一定程度时，膜分离器内压差增大，达到设定值后，控制器启动柔性膜片压紧装置，使其脱离柔性膜片，电机或电磁牵引器与左右活动板左端相连，弹簧与左右活动板右端相连，然后启动电机或电磁牵引器向左拉动左、右活动板，左右活动板带动N个膜基，以M轴为中心向左转动；

(4)当E线与C面呈分离状态，位于柔性膜片A面上方扇型喷咀开始喷液，即为清洗状态，由于E线与C面脱离接触，半微孔不被遮挡，充分暴露，冲洗液直接作用在半微孔壁上，冲洗附着在孔壁上溶质、颗粒，E线与C面脱离的同时，微孔附近的凝胶层被撕裂，被冲洗液剥离，因而清洗效果更彻底，膜通量恢复到最初状态；

(5)清洗完毕后，电机停止工作，在右端弹簧作用下，左右活动板向右转动，致使E线与C面重新接触，活塞带动压板下行至柔性膜片，使柔性膜片与C面又紧密接触，膜过程重新开始。