一種介電電泳平板滲透膜元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種介電電泳平板滲透膜元件，包括平板骨架、電極和滲透膜，所述平板骨架采用ABS制作，在平板骨架內(nèi)橫向均布間隔鑲裝有電極，在平板骨架的前、后兩面采用壓塑方式安裝滲透膜，在平板骨架上設(shè)置有凈水口和電線輸出口，凈水口與平板骨架內(nèi)的水道連通，電線輸出口與平板骨架的電極連接，并引出連接外界電源。本發(fā)明使用介電電泳技術(shù)，利用固體微粒與其所懸浮的連續(xù)相介電極化能力不同的原理，介電電泳力將固體微粒推離電極或者將固體微粒吸附在電極上，減少甚至消除滲透膜工藝中發(fā)生的膜污染和堵膜現(xiàn)象，提高滲透膜使用壽命，提高滲透膜膜透過量，達(dá)到強(qiáng)化滲透膜工藝。
【專利說明】一種介電電泳平板滲透膜元件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于分離【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及多相(固液，固氣，液液)滲透膜的過濾分離工藝，尤其是一種介電電泳平板滲透膜元件。
【背景技術(shù)】
[0002]滲透膜分離技術(shù)在近30年中由于其操作方便、工藝設(shè)備緊湊、分離效率高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)而迅速發(fā)展成為工業(yè)中多相(主要于固液，固氣和液液等)分離的重要工藝方法。然而，在滲透膜過濾工藝中，膜污染這個(gè)不可避免的問題始終存在，且已成為這項(xiàng)工藝于實(shí)際應(yīng)用中的一個(gè)致命缺點(diǎn)。膜污染是由于膜表面和膜孔中由于微粒、膠體粒子、溶質(zhì)分子或細(xì)菌、病毒等的沉積或孳生而導(dǎo)致的膜孔堵塞或變小，造成過膜阻力的增大，從而使膜透過量下降，減少膜的使用壽命等后果。例如，在固液分離中經(jīng)常使用的超/微濾膜，其膜透過量由于膜污染會(huì)在近一個(gè)小時(shí)的工作之后減少約50% ;而由于固體小顆粒的吸附和堵塞，這種污染甚至不可逆。納濾和反滲透膜等用于液液分離中，由于濃差極化所產(chǎn)生的凝膠層會(huì)在膜表面形成一個(gè)不可透層，從而極大增大了膜阻力和透過壓的要求，這種膜污染可以通過膜清洗而除去，稱為可逆污染。
[0003]工業(yè)上經(jīng)常用來清洗膜污染的方法主要分為物理清洗和化學(xué)清洗，化學(xué)清洗是通過使用藥劑以將不溶污染物溶解并沖洗出膜組件。然而，化學(xué)清洗不僅由于藥劑的使用而增加過濾工藝的操作成本，而且由于酸性或堿性藥劑的使用而對(duì)膜造成損害且造成污染。物理清洗主要包括低壓高流速清洗、等壓沖洗、反沖洗、負(fù)壓清洗、機(jī)械刮除等方法，工業(yè)中普遍使用的是高速反沖洗和氣水反沖洗工藝。然而，上述兩種工藝都必須在清洗過程中停止膜過濾工藝，且需要高壓和高于產(chǎn)水量?jī)傻饺兜乃糜跊_洗，耗能高，用水量大。
[0004]超聲波被認(rèn)為可以實(shí)現(xiàn)防止膜污染的一個(gè)方法。然而，由于高強(qiáng)度超聲波對(duì)滲透膜所造成的侵蝕和破壞，以及龐大的超聲波生成系統(tǒng)阻礙了其在工業(yè)上的應(yīng)用?；陔娪驹淼碾娮訚B透膜于上世紀(jì)七十年代由Manegold等提出，并由Henry等通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)其可行性。然而，這種方法不適于用于多離子復(fù)雜性的工業(yè)條件，而且其高能耗也阻礙了它在工業(yè)上的廣泛使用。除此之外，裸電極在電泳的使用也提高了短路的可能及電擊的危險(xiǎn)，以及電極上發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)不僅會(huì)導(dǎo)致PH值變化，甚至于會(huì)生成有毒或污染環(huán)境的化學(xué)副
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[0005]平板滲透膜經(jīng)常被用于生物反應(yīng)器中用于過濾出廢水中的懸濁物，尤其是生物處理器中的反應(yīng)物。常規(guī)滲透膜生物反應(yīng)器經(jīng)常被這些懸濁物堵塞，于是通常通過在反應(yīng)器底部使用刨氣所產(chǎn)生的氣泡將滲透膜表面上的懸濁物移去。然而這種工藝不僅能耗高，而且其處理效率非常低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種介電電泳平板滲透膜元件，該元件通過施加在臨近滲透膜表面固體顆粒的介電電泳力而將其移離滲透膜表面從而減少甚至消除在滲透膜工藝中發(fā)生的膜污染和堵膜現(xiàn)象，以延長滲透膜使用壽命和提高滲透膜的工作效率及產(chǎn)水量。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]一種介電電泳平板滲透膜元件，包括平板骨架、電極和滲透膜，其特征在于:所述平板骨架采用ABS制作，在平板骨架內(nèi)橫向均布間隔鑲裝有電極，在平板骨架的前、后兩面采用壓塑方式安裝滲透膜，在平板骨架上設(shè)置有凈水口和電線輸出口，凈水口與平板骨架內(nèi)的水道連通，電線輸出口與平板骨架的電極連接，并引出連接外界電源。
[0009]而且，所述電極采用圓柱形叉指電極結(jié)構(gòu)，在每對(duì)電極中，一根電極采用絕緣電極，而另一根電極則采用防腐蝕材料的裸電極。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0011]1、本發(fā)明使用介電電泳技術(shù)，利用固體微粒與其所懸浮的連續(xù)相介電極化能力不同的原理，介電電泳力將固體微粒推離電極或者將固體微粒吸附在電極上，減少甚至消除滲透膜工藝中發(fā)生的膜污染和堵膜現(xiàn)象，提高滲透膜使用壽命，提高滲透膜膜透過量，達(dá)到強(qiáng)化滲透膜工藝。
[0012]2、本發(fā)明使用介電電泳技術(shù)，既消除膜污染的問題，且能耗低，操作成本低，與工業(yè)經(jīng)常使用的反沖洗技術(shù)相比，介電電泳增強(qiáng)膜的使用無需停止?jié)B透膜過濾工藝的工作。
[0013]3、本發(fā)明可在保持滲透膜過濾工藝正常工作的同時(shí)，無須添加額外物質(zhì)例如化學(xué)藥劑或大量的水，能夠減少甚至消除滲透膜過濾工藝中的膜污染和堵膜現(xiàn)象所造成的膜使用壽命降低和膜透過量下降的問題，降低減少和消除滲透膜污染問題所消耗的能量和成本。
[0014]4、本發(fā)明采用圓柱形叉指電極結(jié)構(gòu)，圓形表面使叉指電極強(qiáng)電場(chǎng)面最大化，使用最少材料，獲得更強(qiáng)的介電電泳力。
[0015]5、本發(fā)明所使用的電極，一根電極采用絕緣電極，另一根采用防腐蝕材料的裸電極，以減少能耗和電極生產(chǎn)成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明平板滲透膜元件的結(jié)構(gòu)主視圖；
[0017]圖2為圖1的A-A向截面剖視圖；
[0018]圖3為圖1的B部結(jié)構(gòu)放大示意圖；
[0019]圖4為圖2的C部結(jié)構(gòu)放大示意圖；
[0020]圖5是本發(fā)明介電電泳滲透膜元件工作原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面通過附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，但本發(fā)明并不限于下述實(shí)施方式，任何在本實(shí)施例原理上所做的改變或替代方案，均落入本發(fā)明要求保護(hù)的范圍之中。
[0022]一種介電電泳平板滲透膜元件，如圖1、2所示，包括平板骨架1、電極6和滲透膜4，平板骨架采用ABS制作，在平板骨架內(nèi)橫向均布間隔鑲裝有電極，在平板骨架的前、后兩面采用壓塑方式安裝滲透膜。電極采用圓柱形叉指電極結(jié)構(gòu)，在每對(duì)電極中，一根電極采用絕緣電極，而另一根電極則采用防腐蝕材料的裸電極，以減少能耗和電極生產(chǎn)成本。平板骨架與滲透膜的安裝結(jié)構(gòu)為可更換滲透膜的夾層平板結(jié)構(gòu)，滲透膜破損時(shí)可更換，結(jié)構(gòu)元件重復(fù)利用。在平板骨架上設(shè)置有凈水口 2和電線輸出口 3，凈水口與平板骨架內(nèi)的水道5連通，電線輸出口與平板骨架的電極連接，并引出連接外界電源。
[0023]本發(fā)明的工作過程是:
[0024]本發(fā)明所涉及的滲透膜元件浸泡于需要處理的廢水中，由于相對(duì)于水而更低的介電極化能力，固體顆粒在廢水中通常表現(xiàn)為陰性介電電泳性質(zhì)；即在不勻稱電場(chǎng)中，固體顆粒被向弱電場(chǎng)方向移動(dòng)。如圖5所示，廢水經(jīng)過滲透膜的表面，在滲透膜內(nèi)的平板骨架上所安裝的叉指電極提供介電電泳力所需的不勻稱電場(chǎng)。特有的圓形表面使叉指電極的強(qiáng)電場(chǎng)面最大化，從而使用更少的材料，但可得到更強(qiáng)的介電電泳力。當(dāng)廢水中固體顆?？拷鼭B透膜時(shí)，即靠近叉指電極時(shí)，將被移離而無法靠近滲透膜，如此減少甚至消除膜污染和堵膜得發(fā)生；水通過滲透膜進(jìn)入平板骨架的水道內(nèi)得到凈水，凈水由凈水口排出。
[0025]本發(fā)明所涉及的介電電泳概念及工作原理是:
[0026]介電電泳(Dielectrophoresis)技術(shù)已經(jīng)被成功的應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)工業(yè)來分離、富積、捕獲微粒和細(xì)胞。該技術(shù)描述的是位于非勻稱電場(chǎng)的中性微粒由于介電極化的作用而產(chǎn)生的平移運(yùn)動(dòng)。產(chǎn)生在微粒上的偶極矩可以由兩個(gè)相同帶電量但極性相反的電荷來表示，當(dāng)它們?cè)谖⒘＝缑嫔喜粚?duì)稱分布時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)宏觀的偶極矩。當(dāng)這個(gè)偶極矩位于不勻稱電場(chǎng)中，在微粒兩邊的局部電場(chǎng)強(qiáng)度的不同產(chǎn)生一個(gè)凈力，稱為介電電泳力。由于懸浮于媒介中的微粒與媒介有著不同的介電能力(介電常數(shù))，微粒會(huì)被向或者更強(qiáng)的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向移動(dòng)，稱為陽性介電電泳，或者更弱的電場(chǎng)強(qiáng)度的方向移動(dòng)，稱之為陰性介電電泳。
[0027]無論是在滲透膜過濾分離固液，固氣還是液液混合相中發(fā)生的分離滲透膜污染，都是固體微粒(微粒，膠體微粒，溶質(zhì)結(jié)晶體，細(xì)菌，和不溶有機(jī)物液滴及大分子有機(jī)物)相對(duì)于連續(xù)相(液體或氣體)存在。在這樣的一個(gè)系統(tǒng)中，由于固體微粒與其所懸浮的連續(xù)相的介電極化能力的不同，介電電泳力將固體微粒推離電極或者將固體微粒吸附在電極上，表現(xiàn)出或者陰性介電電泳性質(zhì)或者陽性介電電泳性質(zhì)。
[0028]由于相對(duì)于水而更低的介電極化能力，固體顆粒在廢水中通常表現(xiàn)為陰性介電電泳性質(zhì)；即在不勻稱電場(chǎng)中，固體顆粒被向弱電場(chǎng)方向移動(dòng)。如圖一所示，廢水經(jīng)過滲透膜的表面，在滲透膜下安裝的叉指電極提供介電電泳力所需的不勻稱電場(chǎng)。特有的圓形表面使叉指電極的強(qiáng)電場(chǎng)面最大化，從而使用更少的材料，但可得到更強(qiáng)的介電電泳力。于是將滲透膜安裝在叉指電極的表面上，當(dāng)固體顆?？拷鼭B透膜時(shí)，即靠近叉指電極時(shí)，將被移離而無法靠近滲透膜，如此減少甚至消除膜污染和堵膜得發(fā)生。
【權(quán)利要求】
1.一種介電電泳平板滲透膜元件，包括平板骨架、電極和滲透膜，其特征在于:所述平板骨架采用ABS制作，在平板骨架內(nèi)橫向均布間隔鑲裝有電極，在平板骨架的前、后兩面采用壓塑方式安裝滲透膜，在平板骨架上設(shè)置有凈水口和電線輸出口，凈水口與平板骨架內(nèi)的水道連通，電線輸出口與平板骨架的電極連接，并引出連接外界電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介電電泳平板滲透膜元件，其特征在于:所述電極采用圓柱形叉指電極結(jié)構(gòu)，在每對(duì)電極中，一根電極采用絕緣電極，而另一根電極則采用防腐蝕材料的裸電極。
【文檔編號(hào)】B01D61/42GK103463986SQ201310409364
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】王冰 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古天一環(huán)境技術(shù)有限公司