一種減緩濃差極化的改進(jìn)型正滲透膜組件及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種減緩濃差極化的改進(jìn)型正滲透膜組件及其應(yīng)用，屬于環(huán)境工程中廢水處理【技術(shù)領(lǐng)域】。該正滲透膜組件包括兩塊平板、墊片、正滲透膜、金屬網(wǎng)，兩塊平板中間夾有墊片和正滲透膜，正滲透膜兩側(cè)分別形成原料液腔室和汲取液腔室，在原料液腔室和汲取液腔室各設(shè)一個(gè)金屬網(wǎng)。向原料液腔室和汲取液腔室灌注原料液和汲取液，原料液的滲透壓低于汲取液的滲透壓；在膜兩側(cè)溶液滲透壓差的作用下，實(shí)現(xiàn)純水分離。金屬網(wǎng)對(duì)流體的擾動(dòng)作用、傳質(zhì)促進(jìn)作用減緩運(yùn)行中濃差極化，提升水通量運(yùn)行效果。該正滲透膜組件裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單，運(yùn)行靈活，操作方便，適于模塊化和一體化反應(yīng)器設(shè)計(jì)，在直接提取飲用水領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種減緩濃差極化的改進(jìn)型正滲透膜組件及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境工程【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種減緩濃差極化的改進(jìn)型正滲透膜組件及其應(yīng)用，在運(yùn)行過程中通過在膜組件的適當(dāng)位置引入起擾動(dòng)作用的金屬網(wǎng)來達(dá)到減緩濃差極化的目的。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人口的增加，水資源短缺現(xiàn)象日益嚴(yán)峻，甚至成為了制約社會(huì)可持續(xù)發(fā)展不可忽視的因素之一?；谀し蛛x技術(shù)無相變、低能耗、常溫操作等優(yōu)勢(shì)，將其應(yīng)用于污水再利用已經(jīng)日漸成為一種解決水資源短缺的理想方法之一。而從屬于膜分離技術(shù)的正滲透工藝，僅依靠膜兩側(cè)的溶液滲透壓差作為純水通過的驅(qū)動(dòng)力，能耗低；而且膜污染輕微，降低操作復(fù)雜度，近年有逐漸取代傳統(tǒng)壓力驅(qū)動(dòng)型膜工藝的趨勢(shì)。目前正滲透技術(shù)已經(jīng)在食品濃縮、醫(yī)藥、能源、污水提純及海水淡化領(lǐng)域有所嘗試。
[0003]盡管有上述優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際運(yùn)行過程中，由于濃差極化(尤其是內(nèi)濃差極化)現(xiàn)象的存在，造成正滲透技術(shù)的實(shí)際水通量要遠(yuǎn)低于其理論水通量。McCutcheon等人也指出相比于外濃差極化現(xiàn)象，內(nèi)濃差極化現(xiàn)象對(duì)正滲透過程的實(shí)際水通量起主導(dǎo)作用。可以說，內(nèi)濃差極化的減緩對(duì)于正滲透技術(shù)盡早投入大規(guī)模應(yīng)用起著不可忽視的作用。
[0004]針對(duì)于外濃差極化現(xiàn)象，目前人們多用增加流體錯(cuò)流速率等方式對(duì)其進(jìn)行削弱；但這種削弱作用勢(shì)必要以額外的能源消耗(由提高錯(cuò)流速率引起)為代價(jià)；針對(duì)于內(nèi)濃差極化現(xiàn)象，N.Ma等人提出了一種對(duì)正滲透膜支撐層進(jìn)行改性的方法來減緩內(nèi)濃差極化，但是這種改性方法過程復(fù)雜，距離真正的工業(yè)化應(yīng)用還有很長(zhǎng)的一段距離。因此，尋找一種簡(jiǎn)捷、低成本的減緩正滲透技術(shù)中存在的濃差極化現(xiàn)象就顯得很有意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的即為對(duì)傳統(tǒng)的正滲透平板膜組件進(jìn)行改進(jìn)，在不增加能耗的條件下，使其完成純水分離的同時(shí)能夠顯著減緩運(yùn)行過程中出現(xiàn)的濃差極化，最終提高其單位膜面積上的產(chǎn)水量。
[0006]一種減緩濃差極化的改進(jìn)型正滲透膜組件，該正滲透膜組件包括兩塊平板、墊片、正滲透膜、金屬網(wǎng)，兩塊平板中間夾有墊片和正滲透膜，正滲透膜兩側(cè)分別形成原料液腔室和汲取液腔室，在原料液腔室和汲取液腔室各設(shè)有一個(gè)金屬網(wǎng)。其中，在原料液腔室中間位置和汲取液腔室貼緊膜的位置上通過腔室內(nèi)的支架固定金屬網(wǎng)。
[0007]利用蠕動(dòng)泵向原料液腔室和汲取液腔室灌注原料液和汲取液，原料液的滲透壓低于汲取液的滲透壓；在膜兩側(cè)溶液滲透壓差的作用下，原料液中的水通過正滲透膜滲透到汲取液腔室中，實(shí)現(xiàn)水的分離。位于原料液或汲取液腔室內(nèi)的金屬網(wǎng)通過對(duì)流體的擾動(dòng)作用、傳質(zhì)促進(jìn)作用來減緩運(yùn)行中出現(xiàn)的濃差極化現(xiàn)象，最終達(dá)到提升水通量運(yùn)行效果的目的。
[0008]本發(fā)明的效果和益處是通過對(duì)傳統(tǒng)的正滲透膜組件的簡(jiǎn)易改造，即在原料液腔室遠(yuǎn)離膜的位置添加金屬網(wǎng)，或者在汲取液腔室貼近膜的位置添加金屬網(wǎng)，就可以在一定程度上借助金屬網(wǎng)造成的流體擾動(dòng)作用以及增強(qiáng)傳質(zhì)作用來減緩運(yùn)行過程中出現(xiàn)的濃差極化(外濃差極化與內(nèi)濃差極化)。尤其是在原料液腔室以及汲取液腔室均安置金屬網(wǎng)后，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這種改進(jìn)的正滲透裝置相較于傳統(tǒng)的平板正滲透膜組件，其水通量可達(dá)到至少14%的提升幅度。實(shí)驗(yàn)證實(shí)該方法確實(shí)有利于促進(jìn)正滲透技術(shù)的節(jié)能降耗、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。這種改進(jìn)的正滲透裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單，運(yùn)行靈活，操作方便，適宜于模塊化和一體化反應(yīng)器設(shè)計(jì)，在海水淡化和污水中直接提取飲用水領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。此外，也可將其應(yīng)用于食品業(yè)中果汁的濃縮等。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是一種減緩濃差極化的改進(jìn)型正滲透膜組件的示意圖。
[0010]圖2是金屬網(wǎng)的平面圖。
[0011]圖3是原料液腔室/汲取液腔室金屬網(wǎng)固定裝置放大圖。
[0012]圖中:I汲取液進(jìn)水口 ；2汲取液出水口 ；3金屬網(wǎng)；4正滲透膜；
[0013]5汲取液腔室；6原料液腔室；7原料液進(jìn)水口 ；8原料液出水口 ；
[0014]9金屬網(wǎng)固定裝置；10墊片。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0016]實(shí)施例
[0017]一種減緩濃差極化的改進(jìn)型正滲透膜組件，膜組件的構(gòu)造:透明的有機(jī)玻璃平板，中間通過墊片10 (墊片厚度為4mm)以及正滲透膜4的阻隔形成原料液腔室以及汲取液腔室。正滲透膜的尺寸為2.1cmX20cm。形成的原料液腔室以及汲取液腔室的尺寸均為長(zhǎng)X寬X高=2.lcmX20cmX4mmo正滲透膜活性層朝向原料液，原料液為污水，汲取液為高濃度氯化鈉溶液。按照說明書附圖所示將金屬網(wǎng)(孔眼規(guī)格為3.5mmX3.5mm)安置在膜組件的對(duì)應(yīng)位置上，并通過腔室內(nèi)的金屬網(wǎng)固定裝置固定。其中，位于原料液腔室中的金屬網(wǎng)與正滲透膜保持2mm的間距，位于汲取液腔室中的金屬網(wǎng)與正滲透膜則呈貼緊狀態(tài)。啟動(dòng)蠕動(dòng)泵，原料液經(jīng)由原料液進(jìn)水口 7進(jìn)入，原料液出水口 8流出；汲取液經(jīng)由汲取液進(jìn)水口 I流入，汲取液出水口 2流出。此時(shí)，正滲透膜4兩側(cè)就會(huì)形成溶液的滲透壓差，在此滲透壓差的驅(qū)動(dòng)力下，原料液腔室6中的水分子就會(huì)透過正滲透膜4進(jìn)入到汲取液腔室5中。
[0018]結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在活性層朝向原料液的膜取向下，位于原料液腔室的金屬網(wǎng)安置在遠(yuǎn)離膜的位置(可以提升膜面流體紊流程度，減緩濃縮外濃差極化)、位于汲取液腔室的金屬網(wǎng)安置在貼緊膜的位置(可以促使汲取液溶質(zhì)在膜支撐層積累，提高膜兩側(cè)的滲透壓差，減緩稀釋內(nèi)濃差極化)達(dá)到最好的運(yùn)行效果，外濃差極化以及內(nèi)濃差極化現(xiàn)象都得到改善。與未安置金屬網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)相比，水通量分別有5.4%和9%的提升；另外，當(dāng)在原料液腔室以及汲取液腔室均安置金屬網(wǎng)時(shí)，與未安置金屬網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)相比，其水通量提升了 14%。對(duì)金屬網(wǎng)尺寸的最優(yōu)化設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn):金屬網(wǎng)的孔眼尺寸為3.5mmX3.5mm時(shí)具有最佳的水通量提升效果。
【權(quán)利要求】
1.一種減緩濃差極化的改進(jìn)型正滲透膜組件，其特征在于，該正滲透膜組件包括兩塊平板、墊片、正滲透膜、金屬網(wǎng)，兩塊平板中間夾有墊片和正滲透膜，正滲透膜兩側(cè)分別形成原料液腔室和汲取液腔室，在原料液腔室和汲取液腔室各設(shè)有一個(gè)金屬網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改進(jìn)型正滲透膜組件，其特征在于，所述的金屬網(wǎng)分別位于原料液腔室中間位置和汲取液腔室貼緊膜的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的改進(jìn)型正滲透膜組件，其特征在于，所述的金屬網(wǎng)，其網(wǎng)孔尺寸為3.5mm X 3.5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的改進(jìn)型正滲透膜組件，其特征在于，所述的墊片為橡膠墊片。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的改進(jìn)型正滲透膜組件，其特征在于，所述的墊片為橡膠墊片。
6.權(quán)利要求1或2或5所述的改進(jìn)型正滲透膜組件的應(yīng)用，其特征在于，向原料液腔室和汲取液腔室灌注原料液和汲取液，原料液的滲透壓低于汲取液的滲透壓；在膜兩側(cè)溶液滲透壓差的作用下，原料液中的水分子通過正滲透膜滲透到汲取液腔室中，實(shí)現(xiàn)純水分離。
7.權(quán)利要求3所述的改進(jìn)型正滲透膜組件的應(yīng)用，其特征在于，向原料液腔室和汲取液腔室灌注原料液和汲取液，原料液的滲透壓低于汲取液的滲透壓；在膜兩側(cè)溶液滲透壓差的作用下，原料液中的水分子通過正滲透膜滲透到汲取液腔室中，實(shí)現(xiàn)純水分離。
8.權(quán)利要求4所述的改進(jìn)型正滲透膜組件的應(yīng)用，其特征在于，向原料液腔室和汲取液腔室灌注原料液和汲取液，原料液的滲透壓低于汲取液的滲透壓；在膜兩側(cè)溶液滲透壓差的作用下，原料液中的水分子通過正滲透膜滲透到汲取液腔室中，實(shí)現(xiàn)純水分離。
【文檔編號(hào)】C02F1/44GK103801195SQ201410075646
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月4日
【發(fā)明者】張捍民, 程世營(yíng) 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)