专利名称：环套式超声场强化无机膜分离器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及以超声波防止无机膜污染的无机膜分离器，适用于工业废水处理及其他 行业中两相体系的液固分离。
背景技术：
无机膜分离是近几十年迅速发展的一种新型分离技术，因具有分离效率高，强度大，耐 酸碱等优点受到人们广泛关注。但在实际应用时，膜通量会随着时间的延长而逐渐下降。研 究表明膜污染与浓差极化现象是导致膜通量下降的主要原因。因此，在膜管使用一段时间 后，需加入一定的化学试剂对其进行化学清洗。化学清洗虽能在一定程度上提高膜通量，但 同时也带来了二次污染，且化学试剂容易损坏膜管，縮短膜管的使用寿命，化学清洗还增加 了操作的繁琐，增加操作成本。
为解决膜污染与浓差极化带来的问题，国内外许多专家与学者将超声场与膜分离技术相 结合，研究了超声强化膜分离过程的影响。如TakaomiKobayashi等研究了超声场强化PAN 膜等有机膜微滤蛋白胨时，结果表明超声能有效控制蛋白胨对PAN膜等有机膜的污染，提高 膜通量。Simon等人将超声应用于P/。的葡聚糖的超滤过程，膜通量提高了3倍。但张国俊， 刘忠洲等在考察超声波清洗对中空纤维膜超滤膜损伤时，认为超声波对膜的损伤程度与超声 功率大小密切相关，功率大于30W后，超滤膜截留率下降明显，特别是在超声波功率大于50W 后，实验中可用肉眼观察到膜表面的针孔现象。因此，在采用超声波来清洗超滤膜或用超声 波作为强化渗透的一种手段时，超声波对有机膜的损伤是一个不可忽视的问题。
实际上，超声对无机膜的损伤较小。张旭等人研究发现在CoX催化苯乙烯氧化-膜分离 耦合连续反应过程中，将运行后膜通量下降后的膜管取出浸入装有溶剂的烧杯中，将烧杯放 入超声振荡器中超声5min，超声频率为40KHz,膜通量可得到完全恢复。陶玲、邢卫红用 阳极氧化铝无机陶瓷膜过滤牛血清白蛋白溶液后，超声清洗10min，纯水通量可以恢复到新 膜的75 %。
但是，将超声与无机膜分离技术相结合的分离器迄今未见报导。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对膜污染与浓差极化现象，提供一种环套式超声场 强化无机膜分离器，以便有效控制膜污染、减轻浓差极化现象，实现在线提高膜通量，延长 无机膜的使用寿命，简化操作工序，减少操作成本。
本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是本实用新型环套式超声场强化无机膜分离器的结构特点是采用环套的结构形式，环状超 声换能器安装在膜管与膜组件之间或套装在膜组件的外周，并通过固定支架与膜组件相连， 料液入口和截留液出口分别为膜组件的上端口和下端口，渗透液出口位于膜组件的外周侧 部，所述膜组件内部安装膜管，外部通过连接件与系统管路连接；膜管为单通道或多通道无 机陶瓷膜管，陶瓷膜为无机材料制备的多孔膜。
本实用新型的结构特点也在于
所述环状超声换能器采用环状压电元件，所述环状压电元件的频率为20 KiHz-100 KHz 连续可调，功率为0-600 W连续可调。
所述超声换能器的轴向长度为100mm-1000mm，其沿轴向为独段，或为多段间隔设置， 各段具有相同的频率和功率参数。
所述多段间隔设置的超声换能器各段之间的安装间隔为20 mm-100 mm。
所述陶瓷膜是由A1203、 Zr02、 Ti02或Si02无机材料制备的多孔膜。
与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在
1、 本实用新型利用超声场引起膜表面的振动、超声空化、声流、以及辐射压等因素以 强化膜分离过程。超声引起膜表面的震动能使吸附在膜表面的颗粒脱落。超声空化现象是在 液体中常见的一种物理现象，在液体中由于涡流或超声波等物理作用，某些地方形成局部的 暂时负压区，从而引起液体的断裂，形成微小的空泡或气泡。液体中产生的这些空泡或气泡 处于非稳定状态，有初生、发育和随后迅速闭合的过程。当它们迅速闭合破灭时，会产生微 激波，能够除去或削弱层流底层的厚度，同时空泡还能"钻入"裂缝中做振动，使污层脱落。 声流和辐射压是大振幅波在媒介中传播时产生的非线性现象。空化气泡在振荡过程中会使液 体媒介本身产生一种环流，即所谓的声流。它可使振动气泡表面处存在很高的速度梯度和粘 滞力，促使膜表面的污物的破坏和脱落，从而控制膜污染，减轻浓差极化现象，实现在线提 高膜通量，延长无机膜的使用寿命，简化操作工序，减少操作成本。
2、 本实用新型利用无机膜强度大的特点，能够承受超声所产生的机械作用和空化效应， 避免膜面的损坏。
3、 本实用新型采用环套的结构形式，超声波沿垂直于膜管表面的方向发射，有利于减 轻膜污染与浓差极化。同时环套结构的超声波换能器能够有效增大换能器的辐射面积，从而 改善换能器的阻抗匹配。便于其广泛应用于超声清洗等领域。
4、 本实用新型因其可以有效的控制膜污染和浓差极化，因此可以应用于膜法可以分离 但是因其高污染、难清洗而严重而影响分离生产的体系；对超声敏感的体系，通过超声的氧化降解作用改变体系的组成，实现分离；也可以应用于对化学清洗剂不稳定的体系。
图l为本实用新型结构示意图。
图2为本实用新型另一实施方式结构示意图。
图中标号l料液入口、 2密封圈、3固定支架、4环状超声换能器、5膜组件、6膜管、 7渗透液出口、 8截留液出口。
以下通过具体实施方式
，并结合附图对本实用新型作进一步描述
具体实施方式
参见图l，采用环套的结构形式，环状超声换能器4套装在膜管6与膜组件5之间，或 套装在膜组件5的外周，料液入口 l和截留液出口8分别为膜组件5的上端口和下端口，渗 透液出口7位于膜组件5的外周侧部，膜组件5是支撑、安装膜管的壳体， 一般采用金属制 造，膜组件内部安装膜管，外部通过连接件与系统的管路连接；膜管6为单通道无机陶瓷膜 管，陶瓷膜可以是Al203， Zr02， Ti02和Si02等无机材料制备的多孔膜；在分别位于料液入 口 1和截留液出口 8的位置处，膜组件5与膜管3之间设置密封圈2。
具体实施中也包括
环状超声换能器4是套装在膜管6与膜组件5之间，或套装在膜组件5的外周，环状压 电元件的频率为应设置为20 KHz-100 KHz连续可调，功率为0-600 W连续可调。
设置环状超声换能器4的轴向长度为100mm-1000mm，沿轴向为图1所示的独段，或 为图2所示多段间隔设置，各段具有相同的频率和功率参数，对于多段式间隔设置的结构形 式，各段之间的安装间隔为20mm-100mm。
实施例1:
本实施例环套式超声场强化无机膜分离器的结构形式如图1所示，环状超声换能器4 的长度为400mm，内径为34mm,外径为40 mm，套装在膜管6与膜组件5之间。陶瓷膜 为19通道陶瓷膜，直径为30mm，长500 mm，有效面积为0.1 m2 。膜组件5的长度为500 mm，夕卜径45mm， 内径40mm。
在操作压力为0.1 MPa，错流速度为1.0m.s—1，超声功率为180W，频率为21 KHz，反 冲压力为0.6 MPa,反冲时间为3 s，反冲周期为10 min的条件下，考査环套式超声场强化 无机膜分离器对分离粉体颗粒Ti02的影响，结果显示环套式超声场强化无机膜分离器使 得膜渗透通量提高约25 % - 28 %左右。 实施例2:本实施例环套式超声场强化无机膜分离器的结构形式如图2所示，每段超声换能器的长 度为100mm，共三段，套装在膜管6与膜组件5之间，其间距为70mm,内径为58mm， 外径为62mm。陶瓷膜为单通道陶瓷膜，陶瓷膜为单通道，外径56 mm，内径40mm，长 500 mm，膜管有效面积为0.064 m2;膜组件长500mm，外径67mm，内径62mm，膜管的 平均孔径为0.2 um。
在操作压力为O.lMPa，错流速度为l.Om.s"，超声功率180W，频率为21KHz，反冲压 力为0.6MPa，反冲时间为3s，反冲周期为10min的条件下。环套式超声场强化无机膜分离 器对分离粉体颗粒Ti02的影响，结果显示环套式超声场强化无机膜分离器使得膜渗透通 量提高约20%左右。
权利要求1、环套式超声场强化无机膜分离器，其特征是采用环套的结构形式，环状超声换能器(4)安装在膜管(6)与膜组件(5)之间或套装在膜组件(5)的外周，并通过固定支架(3)与膜组件(5)相连，料液入口(1)和截留液出口(8)分别为膜组件(5)的上端口和下端口，渗透液出口(7)位于膜组件(5)的外周侧部，所述膜组件(5)内部安装膜管(6)，外部通过连接件与系统管路连接；膜管(6)为单通道或多通道无机陶瓷膜管，陶瓷膜为无机材料制备的多孔膜。
2、 根据权利要求1所述的环套式超声场强化无机膜分离器，其特征是所述环状超声换 能器(1)采用环状压电元件，所述环状压电元件的频率为20KHz-100KHz连续可调，功率 为0-600 W连续可调。
3、 根据权利要求1所述的环套式超声场强化无机膜分离器，其特征是所述超声换能器 (4)的轴向长度为100 mm-1000 mm，其沿轴向为独段，或为多段间隔设置，各段具有相同的频率和功率参数。
4、 根据权利要求4所述的环套式超声场强化无机膜分离器，其特征是所述多段间隔设 置的超声换能器(4)各段之间的安装间隔为20mm-100mm。
专利摘要环套式超声场强化无机膜分离器，其特征是采用环套的结构形式，环状超声换能器安装在膜管与膜组件之间或套装在膜组件的外周，并通过固定支架与膜组件相连，料液入口和截留液出口分别为膜组件的上端口和下端口，渗透液出口位于膜组件的外周侧部，膜组件内部安装膜管，外部通过连接件与系统管路连接；膜管为单通道或多通道无机陶瓷膜管，陶瓷膜为无机材料制备的多孔膜。本实用新型利用超声波在液体传播中表现的机械作用、空化效应，解决了膜污染、浓差极化问题，有效提高在线膜管的渗透通量、延长无机膜的使用寿命、简化操作工序、提高分离效率。
文档编号C02F1/44GK201264931SQ200820040140
公开日2009年7月1日 申请日期2008年6月27日 优先权日2008年6月27日
发明者鹏 崔, 赵先治, 陈桂娟 申请人:合肥工业大学