一种压电PVDF膜过滤装置的制作方法

本实用新型涉及一种压电PVDF膜过滤装置，属于过滤装置技术领域。

背景技术：

由于具有较高的热稳定性、较强的机械性能及良好的加工特性，聚偏氟乙烯（PVDF）已经成为了一种广泛应用于超滤（UF）、微滤（MF）和膜生物反应器（MBR）等膜过程的膜材料。在这些应用过程中，膜污染常常不可避免，导致 PVDF膜渗透性能大幅衰减，严重影响其经济性，抑制膜污染是PVDF膜应用中受到关注的核心问题。机械冲洗、高压反冲洗、化学清洗等是减轻膜污染、恢复膜通量的常用手段，但化学清洗对膜材料耐化学腐蚀性要求较高，频繁化学清洗会大大降低分离膜的使用寿命；高压反冲洗、机械冲洗方法对去除膜面滤饼层很有效，能够在一定程度上缓解膜污染，但是对不可逆的膜孔堵塞污染效果有限。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够解决现有技术膜污染高、过滤效率低，以及使用寿命低问题的运用压电PVDF膜振动自清洁的过滤装置。

本实用新型为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本实用新型设计了一种压电PVDF膜过滤装置，包括循环泵、导向管、第一多孔压电电极、多孔PVDF压电膜、第二多孔压电电极、排液管道、第一导电棒、第二导电棒和交变信号发生器；

其中，导向管两端均敞开，且相互贯通，导向管的其中一端定义为进料端，另一端定义为出料端，循环泵的输出端通过管路对接导向管的进料端，导向管的出料端通过管路通向原料液池，循环泵的输入端位于原料液池中；导线管水平应用，导向管侧面的最低位置、设置贯穿其内外空间的通孔，该通孔的形状、口径与第一多孔压电电极的形状、外径相适应，第一多孔压电电极位于导向管下方，且第一多孔压电电极对接于导向管侧面上的通孔；

多孔PVDF压电膜的形状、外径与第一多孔压电电极的形状、外径相适应，多孔PVDF压电膜对接于第一多孔压电电极的下表面，第二多孔压电电极的形状、外径与第一多孔压电电极的形状、外径相适应，第二多孔压电电极对接于多孔PVDF压电膜的下表面；

排液管道两端敞开、且相互贯通，排液管道上其中一敞开端的形状、口径与第二多孔压电电极的形状、外径相适应，排液管道上该敞开端对接于第二多孔压电电极的下表面；

交变信号发生器的输出端分别通过信号线对接第一导电棒的其中一端、第二导电棒的其中一端，第一导电棒的另一端对接第一多孔压电电极，第二导电棒的另一端对接第二多孔压电电极。

作为本实用新型的一种优选技术方案：还包括第一闭合环形圈和第二闭合环形圈，其中，第一闭合环形圈表面的形状、外径与所述第一多孔压电电极的形状、外径相适应，第一闭合环形圈对接于第一多孔压电电极的下表面，所述多孔PVDF压电膜对接于第一闭合环形圈的下表面；

第二闭合环形圈表面的形状、外径与所述多孔PVDF压电膜的形状、外径相适应，第二闭合环形圈对接于多孔PVDF压电膜的下表面，所述第二多孔压电电极对接于第二闭合环形圈的下表面。

作为本实用新型的一种优选技术方案：还包括第一横向固定架、第二横向固定架和至少一组锁紧装置，其中，第一横向固定架、第二横向固定架、导向管彼此平行设置，第一横向固定架与第二横向固定架位于导向管的两侧，实现对导向管的夹持固定，各组锁紧装置分别均包括螺栓和螺帽，各组锁紧装置中螺栓顶端依次穿过第一横向固定架、第二横向固定架，并通过与对应螺帽彼此的螺纹旋转结构，实现第一横向固定架和第二横向固定架彼此位置的固定。

作为本实用新型的一种优选技术方案：所述第一横向固定架、第二横向固定架均为不导电材质制成。

作为本实用新型的一种优选技术方案：第一多孔压电电极上还设有上游导流孔和下游导流孔，所述的上游导游孔位于原料液的上游侧，下游导流孔位于原料液的下游侧，上游导流孔朝向多孔PVDF压电膜的开孔方向与下游导流孔朝向多孔PVDF压电膜的开孔方向都向第一多孔压电电极的中心倾斜。

本实用新型所述一种压电PVDF膜过滤装置采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

（1）本实用新型设计的运用压电PVDF膜振动自清洁的过滤装置，利用β相PVDF 晶体的压电性，在PVDF压电膜两侧施加交变电场，在交变电场电压的作用下，PVDF压电膜会成为振动源，原位产生高频振动，能够降低过滤过程中的膜污染，解决低效率膜过滤问题，以及能够有效提高膜的使用寿命，并且实验证明，在显著降低膜面污染发生的同时，使稳定通量提高 165%-235%；

（2）本实用新型设计的运用压电PVDF膜振动自清洁的过滤装置中，针对多孔PVDF压电膜，分设第一闭合环形圈和第二闭合环形圈，能够防止料液从多孔PVDF压电膜边缘与组件的间隙漏过，同时为多孔PVDF压电膜的安装缓解压力，防止多孔PVDF压电膜的膜结构受损，保证多孔PVDF压电膜的使用寿命；

（3）本实用新型设计的运用压电PVDF膜振动自清洁的过滤装置中，过滤方式采用错流过滤，属于非死端过滤，可以有效缓解膜面污染，单批过滤量大；

（4）本实用新型设计的运用压电PVDF膜振动自清洁的过滤装置中，设计、并针对第一横向固定架、第二横向固定架，引入螺栓与螺帽的锁紧装置进行相对位置的固定，并具有可拆卸，灵活性高，可操作性强，便于实验的调整和优化的优点。

附图说明

图1是本实用新型所设计运用压电PVDF膜振动自清洁的过滤装置的结构示意图。

图2是本实用新型的一种改进的第一多孔压电电极的结构示意图。

其中，1. 导向管，2. 第一多孔压电电极，3. 多孔PVDF压电膜，4. 第二多孔压电电极，5. 排液管道，6. 第一导电棒，7. 第二导电棒，8. 第一闭合环形圈，9. 第二闭合环形圈，10. 第一横向固定架，11. 第二横向固定架，12. 锁紧装置，13. 螺栓，14. 螺帽，15. 交变信号发生器；16、上游导流孔；17、下游导流孔。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型设计了一种压电PVDF膜过滤装置，实际应用中，具体包括循环泵、导向管1、第一多孔压电电极2、多孔PVDF压电膜3、第二多孔压电电极4、排液管道5、第一导电棒6、第二导电棒7、第一闭合环形圈8、第二闭合环形圈9、第一横向固定架10、第二横向固定架11、交变信号发生器15和至少一组锁紧装置12。

其中，导向管1两端均敞开，且相互贯通，导向管1的其中一端定义为进料端，另一端定义为出料端，循环泵的输出端通过管路对接导向管1的进料端，导向管1的出料端通过管路通向原料液池，循环泵的输入端位于原料液池中；导线管1水平应用，导向管1侧面的最低位置、设置贯穿其内外空间的通孔，该通孔的形状、口径与第一多孔压电电极2的形状、外径相适应，第一多孔压电电极2位于导向管1下方，且第一多孔压电电极2对接于导向管1侧面上的通孔。

第一闭合环形圈8表面的形状、外径与第一多孔压电电极2的形状、外径相适应，第一闭合环形圈8对接于第一多孔压电电极2的下表面，多孔PVDF压电膜3的形状、外径与第一闭合环形圈8表面的形状、外径相适应，多孔PVDF压电膜3对接于第一闭合环形圈8的下表面；第二闭合环形圈9表面的形状、外径与多孔PVDF压电膜3的形状、外径相适应，第二闭合环形圈9对接于多孔PVDF压电膜3的下表面，第二多孔压电电极4的形状、外径与第二闭合环形圈9表面的形状、外径相适应，第二多孔压电电极4对接于第二闭合环形圈9的下表面。

排液管道5两端敞开、且相互贯通，排液管道5上其中一敞开端的形状、口径与第二多孔压电电极4的形状、外径相适应，排液管道5上该敞开端对接于第二多孔压电电极4的下表面。

交变信号发生器15的输出端分别通过信号线对接第一导电棒6的其中一端、第二导电棒7的其中一端，第一导电棒6的另一端对接第一多孔压电电极2，第二导电棒7的另一端对接第二多孔压电电极4。

具体应用中，第一多孔压电电极2经第一导电棒6对接交变信号发生器15的正极输出端，第二多孔压电电极4经第二导电棒7对接交变信号发生器15的负极输出端。

第一横向固定架10、第二横向固定架11均为不导电材质制成，第一横向固定架10、第二横向固定架11、导向管1彼此平行设置，第一横向固定架10与第二横向固定架11位于导向管1的两侧，实现对导向管1的夹持固定，各组锁紧装置12分别均包括螺栓13和螺帽14，各组锁紧装置12中螺栓13顶端依次穿过第一横向固定架10、第二横向固定架11，并通过与对应螺帽14彼此的螺纹旋转结构，实现第一横向固定架10和第二横向固定架11彼此位置的固定。

将上述所设计运用压电PVDF膜振动自清洁的过滤装置，应用到实际操作当中，构建具体实施例，其中，针对多孔PVDF压电膜3，具体可以设计应用厚度为0.22mm的多孔PVDF压电膜3；针对分设多孔PVDF压电膜3两侧的第一闭合环形圈8、第二闭合环形圈9，均设计闭合环形圈的厚度为1mm。

在具体的实际应用中，交变信号发生器15工作，其正极输出端、负极输出端分别经第一导电棒6、第二导电棒7向第一多孔压电电极2、第二多孔压电电极4输送对应极性的交变电信号，则在交变电场电压的作用下，多孔PVDF压电膜3成为振动源，原位产生高频振动，同时控制循环泵开始工作。

具体的过滤过程中，循环泵的输入端由原料液池中获得原料液，在循环泵的控制下，循环泵的输出端通过管路向导向管1的进料端输送原料液，原料液在循环泵的作用下流入导向管1的进料端，并在循环泵的压力作用下，进入导向管1的原料液依次透过第一多孔压电电极2、多孔PVDF压电膜3、第二多孔压电电极4进行过滤，直至向排液管道5输送，实现渗透液的获得与收集，在此过程中，通过对循环泵的控制，实现循环泵对原料液向导向管1中输送的流量；在多孔PVDF压电膜3上的杂质与部分未过滤的原料液混合，从导向管1的出料端输出，经管路回到原料液池中，并基于循环泵由原料液池对原料液的获取，实现循环过程。

实验完毕后，通过循环泵将装置中的残留液抽出，运用循环泵输入清水至组件内，清洗各组件，关闭交变信号发生器15，然后拆卸膜组件，取出膜进行膜的清洗工作。

上述技术方案所设计运用压电PVDF膜振动自清洁的过滤装置，利用β相PVDF 晶体的压电性，在PVDF压电膜两侧施加交变电场，在交变电场电压的作用下，PVDF压电膜会成为振动源，原位产生高频振动，能够降低过滤过程中的膜污染，解决低效率膜过滤问题，以及能够有效提高膜的使用寿命，并且实验证明，在显著降低膜面污染发生的同时，使稳定通量提高 165%-235%；并且针对多孔PVDF压电膜3，分设第一闭合环形圈8和第二闭合环形圈9，能够防止料液从多孔PVDF压电膜3边缘与组件的间隙漏过，同时为多孔PVDF压电膜3的安装缓解压力，防止多孔PVDF压电膜3的膜结构受损，保证多孔PVDF压电膜3的使用寿命；以及过滤方式采用错流过滤，属于非死端过滤，可以有效缓解膜面污染，单批过滤量大；不仅如此，设计、并针对第一横向固定架10、第二横向固定架11，引入螺栓13与螺帽14的锁紧装置12进行相对位置的固定，并具有可拆卸，灵活性高，可操作性强，便于实验的调整和优化的优点。

如图2所示，作为本实用新型的一种优选技术方案：第一多孔压电电极2上还设有上游导流孔16和下游导流孔17，所述的上游导游孔16位于原料液的上游侧，下游导流孔17位于原料液的下游侧，上游导流孔16朝向多孔PVDF压电膜3的开孔方向与下游导流孔17朝向多孔PVDF压电膜3的开孔方向都向第一多孔压电电极2的中心倾斜。由于第一闭合环形圈8和第二闭合环形圈9的存在，导致了多孔PVDF压电膜3表面与第一多孔压电电极2之间形成了一个空腔，被截留的污染物在这个空腔中受到了第一多孔压电电极2的阻挡，不容易被排除，会在过滤过程中带来越来越多的污染物，因此，在第一多孔压电电极2上分别开设上游导流孔16和下游导流孔17，并且设置了相应的角度之后，可以使原料液在流入和流出的过程中，通过导流孔形成一个料液弧形流动，可以将PVDF膜与电极之间的截留物通过环形流动带离表面，减轻了膜污染的发生。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。