專利名稱：濃縮液回流循環(huán)式膜分離設備及其方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種液體物料分離領域的膜分離設備及方法。
背景技術：
膜分離設備在化工分離、水處理、物料提純等領域的應用越來越廣泛。目前，市場上的膜設備大體可分為中空纖維膜設備，平板式膜設備。其中，中空纖維膜設備按照小分子料液透過膜的方式不同可分為內(nèi)壓式膜設備和外壓式膜設備；按照膜組件的安裝位置不同，可分為浸潰型膜設備和外置型膜設備。板式膜設備多為浸潰型膜設備。上述各種膜設備均存在當物料原液濃度太高時，造成膜污染嚴重，使得膜通量降低，有時會出現(xiàn)膜孔完全堵塞，膜通量為零(例如利用中空纖維膜設備處理聚驅采油廢水時)，不得不改用其它分離方法的情況。針對膜通量低的情況時，需要對料液進行預處理，這無疑增加了料液(或廢水)分離的工藝流程，同時也相應的增加了物料分離的運行費用(電費、藥劑費等)。目前，常用的膜設備的方法是如圖2所示，供料泵2將待處理或分離的料液由緩沖水箱I輸送到膜組件4中，在膜組件4中實現(xiàn)膜的分離，分離后的水和小分子物料從滲透液輸出管13輸出，而尺寸大于膜孔徑的物料會被截留在膜的輸入端并形成濃縮液，該濃縮液經(jīng)膜組件4分離的濃縮液流動到濃縮液出口 4-2后，分成兩路，一路經(jīng)濃縮液輸送管9和濃縮液排放管12排放或進行收集利用，另一路經(jīng)濃縮液輸送管9和回流管10回流到緩沖水箱I中，與待分離的原料液混合后，再由供料泵2輸送到膜組件4中，再次進行分離。這種方案雖然不需要對料液進行預處理，但是由于無循環(huán)泵，膜設備通量隨著壓力的增加通量開始減少，導致膜的抗污染性能下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的膜設備在分離高濃度物料時，由于無循環(huán)泵，膜設備通量隨著壓力的增加通量開始減少，導致膜的抗污染性能下降的問題，進而提供一種濃縮液回流循環(huán)式膜分離設備及其方法。本發(fā)明的技術方案是濃縮液回流循環(huán)式膜分離設備包括緩沖水箱、供料泵、循環(huán)泵、膜組件、供料泵吸水管、供料泵壓水管、循環(huán)泵吸水管、循環(huán)泵壓水管、濃縮液輸送管、回流管、循環(huán)管、濃縮液排放管和滲透液輸出管，所述供料泵的輸入端通過供料泵吸水管與緩沖水箱連接，所述供料泵的輸出端通過供料泵壓水管與循環(huán)泵吸水管連接，循環(huán)泵的輸入端與循環(huán)泵吸水管連接，循環(huán)泵的輸出端與循環(huán)泵壓水管的輸入端連接，循環(huán)泵壓水管的輸出端與膜組件的進液口連接，濃縮液輸送管的輸入端與膜組件的濃縮液出口連接，回流管的輸入端與濃縮液輸送管的輸出端連接，回流管的輸出端與緩沖水箱連接，循環(huán)管的輸入端與回流管連接，循環(huán)管的輸出端與循環(huán)泵吸水管和供料泵壓水管連接，濃縮液排放管的輸入端與濃縮液輸送管連接，滲透液輸出管的輸入端與膜組件的滲透液出口連接。濃縮液回流循環(huán)式膜分離的方法，所述方法是通過以下步驟實現(xiàn)的步驟一、供料泵以O. 02MPa 2. 70MPa的壓力將待處理或分離的料液由緩沖水箱輸送到循環(huán)泵；步驟二、循環(huán)泵將料液以O. 02MPa O. 70MPa的壓力輸送到膜組件中，膜組件的膜管內(nèi)的空塔流速為O. 01m/s 12m/s ;步驟三、料液在膜組件中流動，尺寸小于膜孔徑的水和小分子物料會通過膜，到膜的另一側，從而實現(xiàn)了膜的分離，分離后的水和小分子物料從滲透液輸出管輸出，而尺寸大于膜孔徑的物料會被截留在膜的輸入端并形成濃縮液；步驟四、經(jīng)膜組件分尚的濃縮液流動到濃縮液出口后，分成三路，一路經(jīng)濃縮液輸送管和濃縮液排放管排放或進行收集利用，另一路經(jīng)濃縮液輸送管、回流管、循環(huán)管、循環(huán)泵吸水管、循環(huán)泵和循環(huán)泵壓水管進入膜組件中，繼續(xù)在膜組件的膜管內(nèi)進行循環(huán)分離，還有一路經(jīng)濃縮液輸送管和回流管回流到緩沖水箱中，與待分離的原料液混合后，再由供料泵、循環(huán)泵升壓后輸送到膜組件，再次進行分離，其中濃縮液出口的壓力為O. OlMPa O. 5MPa ;步驟五、膜的滲透液通過輸送管輸送到總管道或儲存設備中，滲透液出口壓力為O O. IMPa。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下效果一、本發(fā)明通過循環(huán)泵控制料液的流速和壓力，使待處理料液在膜內(nèi)循環(huán)，循環(huán)泵使膜內(nèi)的液體流量增加，膜的表面流速增大，高速水流對膜表面的沖刷，降低了污染物在膜表面的吸附，減輕膜污染，提高了膜通量，從而提高了膜使用壽命，膜使用壽命可達到4-6年。二、利用本發(fā)明對料液進行分離前，無需對料液進行預處理。三、本發(fā)明設備自動化程度高，運行管理簡便。四、本發(fā)明可用于高濃度料液(或廢水)的分離、處理。例如化工分離，工業(yè)廢水、生活廢水以及垃圾滲濾液處理、廢水回用以及濃縮液的回收利用，食品提純等。四、本發(fā)明能提高滲透液的產(chǎn)率(對污水處理而言，可以提高清水的產(chǎn)水率)。


圖I是本發(fā)明的回流循環(huán)式濃縮液膜分離設備的整體結構示意圖，圖2是現(xiàn)有濃縮液膜分離設備的整體結構示意圖，圖3是本發(fā)明的回流循環(huán)式濃縮液膜分離設備與現(xiàn)有濃縮液膜分離設備的通量和抗污染性能比較圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結合圖I說明本實施方式，本實施方式的濃縮液回流循環(huán)式膜分離設備包括緩沖水箱I、供料泵2、循環(huán)泵3、膜組件4、供料泵吸水管5、供料泵壓水管6、 循環(huán)泵吸水管7、循環(huán)泵壓水管8、濃縮液輸送管9、回流管10、循環(huán)管11、濃縮液排放管12 和滲透液輸出管13，供料泵2的輸入端通過供料泵吸水管5與緩沖水箱I連接，供料泵2的輸出端通過供料泵壓水管6與循環(huán)泵吸水管7連接，循環(huán)泵3的輸入端與循環(huán)泵吸水管7 連接，循環(huán)泵3的輸出端與循環(huán)泵壓水管8的輸入端連接，循環(huán)泵壓水管8的輸出端與膜組件4的進液口 4-1連接，濃縮液輸送管9的輸入端與膜組件4的濃縮液出口 4-2連接，回流管10的輸入端與濃縮液輸送管9的輸出端連接，回流管10的輸出端與緩沖水箱I連接，循環(huán)管11的輸入端與回流管10連接，循環(huán)管11的輸出端與循環(huán)泵吸水管7和供料泵壓水管 6連接，濃縮液排放管12的輸入端與濃縮液輸送管9連接，滲透液輸出管13的輸入端與膜組件4的滲透液出口 4-3連接。可以將2-1500根單根膜管組裝在I個膜殼內(nèi)，形成多孔膜管組件；單根膜管長度為O. 2m-5m時，可將2-50根膜管串聯(lián)起來，安裝在一臺膜設備上。本實施方式中的膜組件4為管式膜組件、卷式膜組件、微濾膜組件、超濾膜組件、納濾膜組件
4或反滲透膜組件，管式膜組件、卷式膜組件、微濾膜組件、超濾膜組件、納濾膜組件和反滲透膜組件均為現(xiàn)有技術。緩沖水箱I對物料有一定的輔助分離作用。
具體實施方式
二 結合圖I說明本實施方式，本實施方式的膜組件4中的單根管式膜的內(nèi)徑為O. Imm 50mm,管式膜的膜孔徑為O. 001 μ m 10 μ m。其它組成和連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結合圖I說明本實施方式，本實施方式與所述濃縮液回流循環(huán)式膜分離設備還包括背壓閥14，背壓閥14安裝在濃縮液輸送管9上。其它組成和連接關系與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四結合圖I說明本實施方式，本實施方式的濃縮液回流循環(huán)式膜分離的方法，所述方法是通過以下步驟實現(xiàn)的步驟一、供料泵2以O. 02MPa 2. 70MPa 的壓力將待處理或分離的料液由緩沖水箱I輸送到循環(huán)泵3 ;步驟二、循環(huán)泵3將料液以
O.02MPa 2. 70MPa的壓力輸送到膜組件4中，膜組件4的膜管內(nèi)的空塔流速為O. 01m/s 12m/s ;步驟三、料液在膜組件4中流動，尺寸小于膜孔徑的水和小分子物料會通過膜，到膜的另一側，從而實現(xiàn)了膜的分離，分離后的水和小分子物料從滲透液輸出管13輸出，而尺寸大于膜孔徑的物料會被截留在膜的輸入端并形成濃縮液；步驟四、經(jīng)膜組件4分離的濃縮液流動到濃縮液出口 4-2后，分成三路，一路經(jīng)濃縮液輸送管9和濃縮液排放管12排放或進行收集利用，另一路經(jīng)濃縮液輸送管9、回流管10、循環(huán)管11、循環(huán)泵吸水管7、循環(huán)泵3 和循環(huán)泵壓水管8進入膜組件4中，繼續(xù)在膜組件4的膜管內(nèi)進行循環(huán)分離，還有一路經(jīng)濃縮液輸送管9和回流管10回流到緩沖水箱I中，與待分離的原料液混合后，再由供料泵2、 循環(huán)泵3升壓后輸送到膜組件4，再次進行分離，其中濃縮液出口 4-2的壓力為O. OlMPa
O.5MPa ;步驟五、膜的滲透液通過輸送管13輸送到總管道或儲存設備中，滲透液出口 4_3壓力為O O. IMPa0具體實施方式
五結合圖I說明本實施方式，本實施方式的步驟二中的膜組件4內(nèi)的管式膜的材質為有機膜、無機膜或有機/無機雜化膜。其它步驟與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
六結合圖I說明本實施方式，本實施方式的步驟二中循環(huán)泵3將料液以O. 30MPa的壓力輸送到膜組件4中。其它組成和連接關系與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
七結合圖I說明本實施方式，本實施方式的步驟二中的膜組件4的膜管內(nèi)的空塔流速為8m/s，其它組成和連接關系與具體實施方式
四相同。利用本發(fā)明設備與現(xiàn)有技術進行的抗污染性和通量的試驗結果(I)、試驗的原水試驗原水用大慶采油五廠的洗井廢水，原水不僅含懸浮物，而且油含量和聚合物含量也較高，如表I所示。表I聚驅采油廢水水質情況
懸浮物含量 (mg/L)油含量 (mg/L)含聚濃度 (mg/L)聚合物分子量 (道爾頓)溫度fc)pH46820-301800-20001700 萬5-407.1(2)、通過循環(huán)泵使待處理料液在膜內(nèi)循環(huán)的膜設備抗污染性和膜通量試驗比較了通過循環(huán)泵3使料液在膜內(nèi)循環(huán)的膜設備(如圖I所示)，與不設循環(huán)泵(如圖2所示)的料液不在膜內(nèi)循環(huán)的膜設備的抗污染性能和膜通量(膜設備的抗污染性能，通過膜通量的大小反映)。試驗結果如圖3所示從圖3可以看出，隨著操作壓差的上升，兩種設備膜通量都在不同程度的上升，但是兩者增加的幅度明顯不同。有循環(huán)的膜設備通量和抗污染性能，明顯好于無循環(huán)的膜設備。當操作壓差達到O. 40MPa時，無循環(huán)的膜設備通量隨著壓力的增加通量開始減少，而有循環(huán)的膜設備的通量，隨壓力的增加仍有適當?shù)脑黾?。這說明有循環(huán)的膜設備較無循環(huán)的膜設備不僅可以提高膜通量和膜的抗污染性，而且還可以擴大膜設備操作壓力的操作范圍，兩者的膜通量及抗污染性差異很大。
權利要求
1.一種濃縮液回流循環(huán)式膜分離設備，所述濃縮液回流循環(huán)式膜分離設備包括緩沖水箱(I)、供料泵(2)、循環(huán)泵(3)、膜組件(4)、供料泵吸水管(5)、供料泵壓水管￠)、循環(huán)泵吸水管(7)、循環(huán)泵壓水管(8)、濃縮液輸送管(9)、回流管(10)、循環(huán)管(11)、濃縮液排放管 (12)和滲透液輸出管(13)，其特征在于所述供料泵(2)的輸入端通過供料泵吸水管(5) 與緩沖水箱(I)連接，所述供料泵(2)的輸出端通過供料泵壓水管(6)與循環(huán)泵吸水管(7) 連接，循環(huán)泵(3)的輸入端與循環(huán)泵吸水管(7)連接，循環(huán)泵(3)的輸出端與循環(huán)泵壓水管(8)的輸入端連接，循環(huán)泵壓水管(8)的輸出端與膜組件(4)的進液口(4-1)連接，濃縮液輸送管(9)的輸入端與膜組件⑷的濃縮液出口(4-2)連接，回流管(10)的輸入端與濃縮液輸送管(9)的輸出端連接，回流管(10)的輸出端與緩沖水箱(I)連接，循環(huán)管(11)的輸入端與回流管(10)連接，循環(huán)管(11)的輸出端與循環(huán)泵吸水管(7)和供料泵壓水管(6) 連接，濃縮液排放管(12)的輸入端與濃縮液輸送管(9)連接，滲透液輸出管(13)的輸入端與膜組件(4)的滲透液出口(4-3)連接。
2.根據(jù)權利要求I所述濃縮液回流循環(huán)式膜分離設備，其特征在于所述膜組件(4) 中的單根管式膜的內(nèi)徑為O. Imm 50mm,管式膜的膜孔徑為O. 001 μ m 10 μ m。
3.根據(jù)權利要求I或2所述濃縮液回流循環(huán)式膜分離設備，其特征在于所述濃縮液回流循環(huán)式膜分離設備還包括背壓閥(14)，背壓閥(14)安裝在濃縮液輸送管(9)上。
4.一種利用權利要求I所述設備實現(xiàn)濃縮液回流循環(huán)式膜分離的方法，其特征在于所述方法是通過以下步驟實現(xiàn)的步驟一、供料泵(2)以O. 02MPa 2. 70MPa的壓力將待處理或分離的料液由緩沖水箱(I)輸送到循環(huán)泵(3);步驟二、循環(huán)泵(3)將料液以O.02MPa 2. 70MPa的壓力輸送到膜組件(4)中，膜組件(4)的膜管內(nèi)的空塔流速為O. Olm/ s 12m/s ;步驟三、料液在膜組件(4)中流動，尺寸小于膜孔徑的水和小分子物料會通過膜，到膜的另一側，從而實現(xiàn)了膜的分離，分離后的水和小分子物料從滲透液輸出管(13) 輸出，而尺寸大于膜孔徑的物料會被截留在膜的輸入端并形成濃縮液；步驟四、經(jīng)膜組件 (4)分離的濃縮液流動到濃縮液出口(4-2)后，分成三路，一路經(jīng)濃縮液輸送管(9)和濃縮液排放管(12)排放或進行收集利用，另一路經(jīng)濃縮液輸送管(9)、回流管(10)、循環(huán)管 (11)、循環(huán)泵吸水管(7)、循環(huán)泵(3)和循環(huán)泵壓水管(8)進入膜組件(4)中，繼續(xù)在膜組件 ⑷的膜管內(nèi)進行循環(huán)分離，還有一路經(jīng)濃縮液輸送管(9)和回流管(10)回流到緩沖水箱 (I)中，與待分離的原料液混合后，再由供料泵(2)、循環(huán)泵(3)升壓后輸送到膜組件(4)，再次進行分離，其中濃縮液出口(4-2)的壓力為O. OIMPa O. 5MPa;步驟五、膜的滲透液通過輸送管(13)輸送到總管道或儲存設備中，滲透液出口(4-3)壓力為O O. IMPa。
5.根據(jù)權利要求4所述濃縮液回流循環(huán)式膜分離的方法，其特征在于步驟二中的膜組件(4)內(nèi)的管式膜的材質為有機膜、無機膜或有機/無機雜化膜。
全文摘要
濃縮液回流循環(huán)式膜分離設備及其方法，它涉及一種液體物料分離領域的膜分離設備及方法，以解決現(xiàn)有膜設備在分離高濃度物料時，造成膜污染、膜通量低的問題。設備供料泵2的兩端分別與緩沖水箱和循環(huán)泵連接，循環(huán)泵與膜組件連接，膜組件通過管路分別與緩沖水箱、循環(huán)泵和濃縮液排放管連接。方法一、供料泵將料液由緩沖水箱輸送到循環(huán)泵；二、循環(huán)泵將料液輸送到膜組件中；三、料液在膜組件中實現(xiàn)膜的分離；四、經(jīng)膜組件分離的濃縮液流動到膜組件出口后，分成三路，一路由濃縮液排放管排放或收集利用，另一路經(jīng)回流管、循環(huán)管進入膜組件內(nèi)進行循環(huán)分離，還有一路經(jīng)回流管回流到緩沖水箱中；五、膜的滲透液通過輸送管輸送到總管道或儲存設備中。
文檔編號B01D61/00GK102580534SQ20121008578
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月28日 優(yōu)先權日2012年3月28日
發(fā)明者于水利 申請人:于水利