专利名称：浓缩液回流循环式膜分离设备及其方法
技术领域：
本发明涉及一种液体物料分离领域的膜分离设备及方法。
背景技术：
膜分离设备在化工分离、水处理、物料提纯等领域的应用越来越广泛。目前，市场上的膜设备大体可分为中空纤维膜设备，平板式膜设备。其中，中空纤维膜设备按照小分子料液透过膜的方式不同可分为内压式膜设备和外压式膜设备；按照膜组件的安装位置不同，可分为浸溃型膜设备和外置型膜设备。板式膜设备多为浸溃型膜设备。上述各种膜设备均存在当物料原液浓度太高时，造成膜污染严重，使得膜通量降低，有时会出现膜孔完全堵塞，膜通量为零(例如利用中空纤维膜设备处理聚驱采油废水时)，不得不改用其它分离方法的情况。针对膜通量低的情况时，需要对料液进行预处理，这无疑增加了料液(或废水)分离的工艺流程，同时也相应的增加了物料分离的运行费用(电费、药剂费等)。目前，常用的膜设备的方法是如图2所示，供料泵2将待处理或分离的料液由缓冲水箱I输送到膜组件4中，在膜组件4中实现膜的分离，分离后的水和小分子物料从渗透液输出管13输出，而尺寸大于膜孔径的物料会被截留在膜的输入端并形成浓缩液，该浓缩液经膜组件4分离的浓缩液流动到浓缩液出口 4-2后，分成两路，一路经浓缩液输送管9和浓缩液排放管12排放或进行收集利用，另一路经浓缩液输送管9和回流管10回流到缓冲水箱I中，与待分离的原料液混合后，再由供料泵2输送到膜组件4中，再次进行分离。这种方案虽然不需要对料液进行预处理，但是由于无循环泵，膜设备通量随着压力的增加通量开始减少，导致膜的抗污染性能下降。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的膜设备在分离高浓度物料时，由于无循环泵，膜设备通量随着压力的增加通量开始减少，导致膜的抗污染性能下降的问题，进而提供一种浓缩液回流循环式膜分离设备及其方法。本发明的技术方案是浓缩液回流循环式膜分离设备包括缓冲水箱、供料泵、循环泵、膜组件、供料泵吸水管、供料泵压水管、循环泵吸水管、循环泵压水管、浓缩液输送管、回流管、循环管、浓缩液排放管和渗透液输出管，所述供料泵的输入端通过供料泵吸水管与缓冲水箱连接，所述供料泵的输出端通过供料泵压水管与循环泵吸水管连接，循环泵的输入端与循环泵吸水管连接，循环泵的输出端与循环泵压水管的输入端连接，循环泵压水管的输出端与膜组件的进液口连接，浓缩液输送管的输入端与膜组件的浓缩液出口连接，回流管的输入端与浓缩液输送管的输出端连接，回流管的输出端与缓冲水箱连接，循环管的输入端与回流管连接，循环管的输出端与循环泵吸水管和供料泵压水管连接，浓缩液排放管的输入端与浓缩液输送管连接，渗透液输出管的输入端与膜组件的渗透液出口连接。浓缩液回流循环式膜分离的方法，所述方法是通过以下步骤实现的步骤一、供料泵以O. 02MPa 2. 70MPa的压力将待处理或分离的料液由缓冲水箱输送到循环泵；步骤二、循环泵将料液以O. 02MPa O. 70MPa的压力输送到膜组件中，膜组件的膜管内的空塔流速为O. 01m/s 12m/s ;步骤三、料液在膜组件中流动，尺寸小于膜孔径的水和小分子物料会通过膜，到膜的另一侧，从而实现了膜的分离，分离后的水和小分子物料从渗透液输出管输出，而尺寸大于膜孔径的物料会被截留在膜的输入端并形成浓缩液；步骤四、经膜组件分尚的浓缩液流动到浓缩液出口后，分成三路，一路经浓缩液输送管和浓缩液排放管排放或进行收集利用，另一路经浓缩液输送管、回流管、循环管、循环泵吸水管、循环泵和循环泵压水管进入膜组件中，继续在膜组件的膜管内进行循环分离，还有一路经浓缩液输送管和回流管回流到缓冲水箱中，与待分离的原料液混合后，再由供料泵、循环泵升压后输送到膜组件，再次进行分离，其中浓缩液出口的压力为O. OlMPa O. 5MPa ;步骤五、膜的渗透液通过输送管输送到总管道或储存设备中，渗透液出口压力为O O. IMPa。本发明与现有技术相比具有以下效果一、本发明通过循环泵控制料液的流速和压力，使待处理料液在膜内循环，循环泵使膜内的液体流量增加，膜的表面流速增大，高速水流对膜表面的冲刷，降低了污染物在膜表面的吸附，减轻膜污染，提高了膜通量，从而提高了膜使用寿命，膜使用寿命可达到4-6年。二、利用本发明对料液进行分离前，无需对料液进行预处理。三、本发明设备自动化程度高，运行管理简便。四、本发明可用于高浓度料液(或废水)的分离、处理。例如化工分离，工业废水、生活废水以及垃圾渗滤液处理、废水回用以及浓缩液的回收利用，食品提纯等。四、本发明能提高渗透液的产率(对污水处理而言，可以提高清水的产水率)。
图I是本发明的回流循环式浓缩液膜分离设备的整体结构示意图，图2是现有浓缩液膜分离设备的整体结构示意图，图3是本发明的回流循环式浓缩液膜分离设备与现有浓缩液膜分离设备的通量和抗污染性能比较图。
具体实施例方式具体实施方式
一结合图I说明本实施方式，本实施方式的浓缩液回流循环式膜分离设备包括缓冲水箱I、供料泵2、循环泵3、膜组件4、供料泵吸水管5、供料泵压水管6、 循环泵吸水管7、循环泵压水管8、浓缩液输送管9、回流管10、循环管11、浓缩液排放管12 和渗透液输出管13，供料泵2的输入端通过供料泵吸水管5与缓冲水箱I连接，供料泵2的输出端通过供料泵压水管6与循环泵吸水管7连接，循环泵3的输入端与循环泵吸水管7 连接，循环泵3的输出端与循环泵压水管8的输入端连接，循环泵压水管8的输出端与膜组件4的进液口 4-1连接，浓缩液输送管9的输入端与膜组件4的浓缩液出口 4-2连接，回流管10的输入端与浓缩液输送管9的输出端连接，回流管10的输出端与缓冲水箱I连接，循环管11的输入端与回流管10连接，循环管11的输出端与循环泵吸水管7和供料泵压水管 6连接，浓缩液排放管12的输入端与浓缩液输送管9连接，渗透液输出管13的输入端与膜组件4的渗透液出口 4-3连接。可以将2-1500根单根膜管组装在I个膜壳内，形成多孔膜管组件；单根膜管长度为O. 2m-5m时，可将2-50根膜管串联起来，安装在一台膜设备上。本实施方式中的膜组件4为管式膜组件、卷式膜组件、微滤膜组件、超滤膜组件、纳滤膜组件
4或反渗透膜组件，管式膜组件、卷式膜组件、微滤膜组件、超滤膜组件、纳滤膜组件和反渗透膜组件均为现有技术。缓冲水箱I对物料有一定的辅助分离作用。
具体实施方式
二 结合图I说明本实施方式，本实施方式的膜组件4中的单根管式膜的内径为O. Imm 50mm,管式膜的膜孔径为O. 001 μ m 10 μ m。其它组成和连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三结合图I说明本实施方式，本实施方式与所述浓缩液回流循环式膜分离设备还包括背压阀14，背压阀14安装在浓缩液输送管9上。其它组成和连接关系与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四结合图I说明本实施方式，本实施方式的浓缩液回流循环式膜分离的方法，所述方法是通过以下步骤实现的步骤一、供料泵2以O. 02MPa 2. 70MPa 的压力将待处理或分离的料液由缓冲水箱I输送到循环泵3 ;步骤二、循环泵3将料液以
O.02MPa 2. 70MPa的压力输送到膜组件4中，膜组件4的膜管内的空塔流速为O. 01m/s 12m/s ;步骤三、料液在膜组件4中流动，尺寸小于膜孔径的水和小分子物料会通过膜，到膜的另一侧，从而实现了膜的分离，分离后的水和小分子物料从渗透液输出管13输出，而尺寸大于膜孔径的物料会被截留在膜的输入端并形成浓缩液；步骤四、经膜组件4分离的浓缩液流动到浓缩液出口 4-2后，分成三路，一路经浓缩液输送管9和浓缩液排放管12排放或进行收集利用，另一路经浓缩液输送管9、回流管10、循环管11、循环泵吸水管7、循环泵3 和循环泵压水管8进入膜组件4中，继续在膜组件4的膜管内进行循环分离，还有一路经浓缩液输送管9和回流管10回流到缓冲水箱I中，与待分离的原料液混合后，再由供料泵2、 循环泵3升压后输送到膜组件4，再次进行分离，其中浓缩液出口 4-2的压力为O. OlMPa
O.5MPa ;步骤五、膜的渗透液通过输送管13输送到总管道或储存设备中，渗透液出口 4_3压力为O O. IMPa0具体实施方式
五结合图I说明本实施方式，本实施方式的步骤二中的膜组件4内的管式膜的材质为有机膜、无机膜或有机/无机杂化膜。其它步骤与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
六结合图I说明本实施方式，本实施方式的步骤二中循环泵3将料液以O. 30MPa的压力输送到膜组件4中。其它组成和连接关系与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
七结合图I说明本实施方式，本实施方式的步骤二中的膜组件4的膜管内的空塔流速为8m/s，其它组成和连接关系与具体实施方式
四相同。利用本发明设备与现有技术进行的抗污染性和通量的试验结果(I)、试验的原水试验原水用大庆采油五厂的洗井废水，原水不仅含悬浮物，而且油含量和聚合物含量也较高，如表I所示。表I聚驱采油废水水质情况
悬浮物含量 (mg/L)油含量 (mg/L)含聚浓度 (mg/L)聚合物分子量 (道尔顿)温度fc)pH46820-301800-20001700 万5-407.1(2)、通过循环泵使待处理料液在膜内循环的膜设备抗污染性和膜通量试验比较了通过循环泵3使料液在膜内循环的膜设备(如图I所示)，与不设循环泵(如图2所示)的料液不在膜内循环的膜设备的抗污染性能和膜通量(膜设备的抗污染性能，通过膜通量的大小反映)。试验结果如图3所示从图3可以看出，随着操作压差的上升，两种设备膜通量都在不同程度的上升，但是两者增加的幅度明显不同。有循环的膜设备通量和抗污染性能，明显好于无循环的膜设备。当操作压差达到O. 40MPa时，无循环的膜设备通量随着压力的增加通量开始减少，而有循环的膜设备的通量，随压力的增加仍有适当的增加。这说明有循环的膜设备较无循环的膜设备不仅可以提高膜通量和膜的抗污染性，而且还可以扩大膜设备操作压力的操作范围，两者的膜通量及抗污染性差异很大。
权利要求
1.一种浓缩液回流循环式膜分离设备，所述浓缩液回流循环式膜分离设备包括缓冲水箱(I)、供料泵(2)、循环泵(3)、膜组件(4)、供料泵吸水管(5)、供料泵压水管￠)、循环泵吸水管(7)、循环泵压水管(8)、浓缩液输送管(9)、回流管(10)、循环管(11)、浓缩液排放管 (12)和渗透液输出管(13)，其特征在于所述供料泵(2)的输入端通过供料泵吸水管(5) 与缓冲水箱(I)连接，所述供料泵(2)的输出端通过供料泵压水管(6)与循环泵吸水管(7) 连接，循环泵(3)的输入端与循环泵吸水管(7)连接，循环泵(3)的输出端与循环泵压水管(8)的输入端连接，循环泵压水管(8)的输出端与膜组件(4)的进液口(4-1)连接，浓缩液输送管(9)的输入端与膜组件⑷的浓缩液出口(4-2)连接，回流管(10)的输入端与浓缩液输送管(9)的输出端连接，回流管(10)的输出端与缓冲水箱(I)连接，循环管(11)的输入端与回流管(10)连接，循环管(11)的输出端与循环泵吸水管(7)和供料泵压水管(6) 连接，浓缩液排放管(12)的输入端与浓缩液输送管(9)连接，渗透液输出管(13)的输入端与膜组件(4)的渗透液出口(4-3)连接。
2.根据权利要求I所述浓缩液回流循环式膜分离设备，其特征在于所述膜组件(4) 中的单根管式膜的内径为O. Imm 50mm,管式膜的膜孔径为O. 001 μ m 10 μ m。
3.根据权利要求I或2所述浓缩液回流循环式膜分离设备，其特征在于所述浓缩液回流循环式膜分离设备还包括背压阀(14)，背压阀(14)安装在浓缩液输送管(9)上。
4.一种利用权利要求I所述设备实现浓缩液回流循环式膜分离的方法，其特征在于所述方法是通过以下步骤实现的步骤一、供料泵(2)以O. 02MPa 2. 70MPa的压力将待处理或分离的料液由缓冲水箱(I)输送到循环泵(3);步骤二、循环泵(3)将料液以O.02MPa 2. 70MPa的压力输送到膜组件(4)中，膜组件(4)的膜管内的空塔流速为O. Olm/ s 12m/s ;步骤三、料液在膜组件(4)中流动，尺寸小于膜孔径的水和小分子物料会通过膜，到膜的另一侧，从而实现了膜的分离，分离后的水和小分子物料从渗透液输出管(13) 输出，而尺寸大于膜孔径的物料会被截留在膜的输入端并形成浓缩液；步骤四、经膜组件 (4)分离的浓缩液流动到浓缩液出口(4-2)后，分成三路，一路经浓缩液输送管(9)和浓缩液排放管(12)排放或进行收集利用，另一路经浓缩液输送管(9)、回流管(10)、循环管 (11)、循环泵吸水管(7)、循环泵(3)和循环泵压水管(8)进入膜组件(4)中，继续在膜组件 ⑷的膜管内进行循环分离，还有一路经浓缩液输送管(9)和回流管(10)回流到缓冲水箱 (I)中，与待分离的原料液混合后，再由供料泵(2)、循环泵(3)升压后输送到膜组件(4)，再次进行分离，其中浓缩液出口(4-2)的压力为O. OIMPa O. 5MPa;步骤五、膜的渗透液通过输送管(13)输送到总管道或储存设备中，渗透液出口(4-3)压力为O O. IMPa。
5.根据权利要求4所述浓缩液回流循环式膜分离的方法，其特征在于步骤二中的膜组件(4)内的管式膜的材质为有机膜、无机膜或有机/无机杂化膜。
全文摘要
浓缩液回流循环式膜分离设备及其方法，它涉及一种液体物料分离领域的膜分离设备及方法，以解决现有膜设备在分离高浓度物料时，造成膜污染、膜通量低的问题。设备供料泵2的两端分别与缓冲水箱和循环泵连接，循环泵与膜组件连接，膜组件通过管路分别与缓冲水箱、循环泵和浓缩液排放管连接。方法一、供料泵将料液由缓冲水箱输送到循环泵；二、循环泵将料液输送到膜组件中；三、料液在膜组件中实现膜的分离；四、经膜组件分离的浓缩液流动到膜组件出口后，分成三路，一路由浓缩液排放管排放或收集利用，另一路经回流管、循环管进入膜组件内进行循环分离，还有一路经回流管回流到缓冲水箱中；五、膜的渗透液通过输送管输送到总管道或储存设备中。
文档编号B01D61/00GK102580534SQ20121008578
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月28日 优先权日2012年3月28日
发明者于水利 申请人:于水利