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陶瓷膜死端过滤

目前在水处理领域有着广阔的应用前景的膜技术被认为是“二十一世纪的水处理技术”,既可用于给水处理,也可用于废水处理。无机陶瓷膜作为一种新型的膜材料,与传统的有机膜相比,无机陶瓷过滤膜具有机械强度高、化学稳定性好、耐酸、耐碱、耐高温高压、使用寿命长并且冲洗条件要求低等优点,随着对无机陶瓷膜技术研究的不断深入,无机陶瓷膜市场以每年30%的速度增长,被广泛的应用于食品、饮料、医药、化工、环保等方面,而且开始将陶瓷膜分离技术应用于水处理、中水回用等领域。

目前国内外对于陶瓷膜的应用主要有两种技术:

1)错流过滤。

在错流过滤时,液体从一端进入膜通道内从另外一端流出,因为膜通道内流体的流速很高,在过滤的同时浓缩液体可以扫流一部分附着在膜表面的附着物一同流出,膜通道内表面附着的截留物较少,因此错流过滤反冲洗频率较低,但是由于错流过滤液体从一端进入膜通道内从另外一端流出,流体在膜通道内基本上是水平方向的推动力,垂直作用于膜表面的推动力(压力)很小,原料液向膜外渗透力较弱,单位时间获得的过滤液量较少,回收率较低(30%-40%),错流过滤反冲洗频率较低,操作较简单,特别适合需长期运行的大型过滤设备,国内普遍采用这种过滤技术。

2)死端过滤。

死端过滤时因为一端封闭,原料液由一端进入膜通道内后呈静止受压状态,原料液以一定的推动力(静压力)向膜外渗透,过滤速度快,出水回收率高可达95%,但在过滤过程中,膜内表面上不断有悬浊粒子被截流,不断被截流的固形悬浮粒子增厚形成滤饼层,使过滤膜阻力增大,过滤速度减小,为了减少过滤阻力恢复膜过滤状态,需要对过滤膜洗涤,因此死端过滤反冲洗频率较高,操作较繁琐,不适合长期运行的大型过滤设备,因此国内很少使用这种过滤技术。

但陶瓷膜死端过滤较错流过滤,有过滤速度快、回收率高、设备体积小等优点,特别适合用在野外作业时携带的小型净水设备,随着环境污染的日趋严峻,而人们对饮水的要求越来越高,野外作业时的便携式净水设备逐渐走进了人们的生活。陶瓷膜死端过滤的技术应用的研究势在必行,本文总结了几种死端过滤的应用类型。

1管式陶瓷膜死端过滤组件

管式陶瓷膜组件由于其易加工,安装方便,目前大多应用此类型。管式陶瓷膜,顾名思义,就是将陶瓷基体浇筑成管状,在管内壁或外壁挂膜,原料液流入管内,在静压力的作用下原料液向外渗透,达到去除杂质的目的。管式陶瓷膜组件使用时,可单管使用,也可组合起来形成类似于列管换热器的形式。便携式净水设备,一般采用单管形式,例如,隋贤栋发明的笔式陶瓷膜净水器均采用管式死端过滤形式。此法有效的增大了膜过滤面积,提高了过滤速度,而且操作简单、安装方便、易于维护,不失为一种有效的陶瓷膜过滤手段。但由于无机陶瓷过滤管属脆性元件,在使用过程中,受疲劳和其他不确定因素的影响,极易破碎,成为了制约其使用的重要因素。

2平板式陶瓷膜过滤组件

由于有效过滤面小,且过滤面承受能力,尤其是大尺寸平板制作难度大等问题,导致平板式陶瓷膜不能大量应用于工业生产中,但平板式陶瓷膜过滤装置构造简单(见图1),条件易控制,膜面形状规则,普遍应用于实验,对膜性质的评估与操作条件的调试。随着对实验要求的越来越高,对平板式陶瓷膜的要求也越来越高,为提高其性能出现了金属支撑平板陶瓷膜,无支撑多孔陶瓷平板膜等新型平板式陶瓷膜,大大提高了平板式陶瓷膜的性能,极大的扩大了其应用范围。

 图片1

3旋转圆筒型过滤膜组件

旋转圆筒型过滤膜组件是由阿不都瓦依提・玉素甫设计的一种由马达带动旋转的陶瓷过滤膜筒为核心的封闭式过滤装置(见图2)。在工作过程中,原料液注满高速旋转的过滤筒,过滤液透过陶瓷膜由出水口流出,与此同时,原料液在压力作用下注入过滤筒,一部分原料液由过滤筒流出,形成循环。在过滤筒高速旋转过程中,过滤膜表面生成的滤饼不断被扫流(即利用料液对过滤膜表面的剪切力),使过滤膜表面始终保持暴露状态或保持很薄的滤饼层厚度,能使过滤操作始终保持连续稳定的(平衡)过滤状态,从而提高过滤效果。笔者认为,此过滤形式虽不是传统的死端过滤,但其原料液始终在一个密闭系统中循环,其过滤原理与死端一致,因此为死端过滤的一种形式。旋转圆筒型过滤是一种新型的过滤形式,既解决了错流过滤的回收率,同时又解决了死端过滤的膜污染问题。

4结语

1)陶瓷膜死端过滤由于其易污染,不易清洗等问题,很少应用于实际工程中。但陶瓷膜死端过滤,回收率高,单位产水能耗少,装置集成性高,有很高的实用价值。

2)传统的死端过滤工艺易污染,清洗困难,不能保持连续稳定的过滤状态。

3)旋转圆筒型过滤工艺,集错流过滤和死端过滤优势于一身,解决了错流过滤的回收率的同时又解决了死端过滤的膜污染问题。

4)旋转圆筒型过滤工艺,加大了单位产水的能耗,提高了运行成本。