一种基于介电润湿膜的可反冲洗膜蒸馏装置及运行方式的制作方法

本发明涉及一种膜蒸馏海水淡化装置及运行方式，尤其涉及一种基于介电润湿膜的可反冲洗膜蒸馏装置及运行方式。

背景技术：

膜蒸馏是一种极具前景的海水淡化工艺，它以疏水膜为介质，仅允许料液侧的水以气态形式通过蒸馏膜，并在另一侧液化为液态水，从而实现水与其他非挥发性组分的分离。然而长时间的运行将会导致膜污染和膜润湿，使得产水速率下降，出水水质变差，从而极大的影响了膜蒸馏工艺的广泛运行。膜清洗是一种恢复膜性能的常用手段，然而膜蒸馏工艺选择疏水膜作为膜材料，无法通过反冲洗等常见的手段进行膜清洗及性能恢复，因此针对膜蒸馏工艺开发便捷、高效的膜清洗方法具有极大的现实意义。

技术实现要素：

发明目的：本发明目的是提供一种基于介电润湿膜的可反冲洗膜蒸馏装置及运行方式，解决了膜蒸馏系统无法用液态水进行反冲洗的问题。

技术方案：本发明包括真空膜蒸馏反应器，所述真空膜蒸馏反应器的一侧连接海水侧装置，另一侧连接淡水侧装置，所述的真空膜蒸馏反应器内设有介电润湿膜，所述的介电润湿膜采用表面修饰钛网—疏水膜—表面修饰钛网的结构，所述真空膜蒸馏反应器的两侧均设有抽滤孔，其中，位于海水侧的抽滤孔与真空泵连接，位于淡水侧的抽滤孔与清洗液瓶连接。

所述的真空膜蒸馏反应器包括玻璃板，所述的玻璃板之间安装有介电润湿膜，所述的玻璃板与介电润湿膜之间设有导流网，所述介电润湿膜两侧的两端均贴有电极，所述的电极与电源连接。

所述的玻璃板包括海水侧玻璃板和淡水侧玻璃板，所述的海水侧玻璃板上设有海水侧真空抽滤孔，所述的淡水侧玻璃板上设有淡水侧真空抽滤孔，海水侧玻璃板的两端各设有水管接口，用于和海水侧水箱连接。

所述的海水侧装置包括海水侧水箱，所述的海水侧水箱置于加热装置内，海水侧水箱与海水侧玻璃板两端的水管接口连接。

所述的淡水侧装置包括冷却装置，所述冷却装置的一端与淡水侧抽滤孔连接，另一端连接淡水侧水箱，所述的淡水侧水箱连接淡水侧真空泵。

所述的疏水膜采用聚四氟乙烯膜，所述的钛网进行绝缘处理。

一种基于介电润湿膜的可反冲洗膜蒸馏装置的运行方式，包括真空膜蒸馏脱盐阶段、介电润湿原位反冲洗阶段和焦耳热原位烘干阶段。

所述的真空膜蒸馏脱盐阶段的运行方式为：所有电极均与电源连接，此时电场平行于膜面，负载电压控制在30v-60v，海水侧真空抽滤孔封闭，海水侧水管阀门打开，连接加热后的海水，淡水侧真空抽滤孔打开，连接淡水侧真空泵，海水侧溶液中的液态水以水蒸气形式通过介电润湿膜，在淡水侧的冷却装置内液化为液态水，收集于淡水侧水箱内。

所述的介电润湿原位反冲洗阶段的运行方式为：位于介电润湿膜一端的电极与电源连接，此时电场垂直于膜面，负载电压控制在120v-300v，海水侧水管封闭，海水侧真空抽滤孔打开，连接海水侧真空泵，淡水侧真空抽滤孔打开，连接清洗液瓶，在电场作用下，聚四氟乙烯膜由疏水转变为亲水，淡水侧清洗液以液态形式通过介电润湿膜，实现膜材料反冲洗。

所述的焦耳热原位烘干阶段的运行方式为：所有电极均与电源连接，此时电场平行于膜面，负载电压控制在30v-60v，海水侧水管封闭，海水侧真空抽滤孔打开，连接海水侧真空泵，淡水侧真空抽滤孔打开，连接外界空气，在钛网焦耳热作用下，介电润湿膜温度提高至80℃以上，膜内的液态水蒸发并随空气被海水侧真空泵抽出。

有益效果：本发明装置利用介电润湿原理，改变膜材料的亲疏水性，使得膜材料在膜蒸馏过程中呈现疏水性，在膜清洗过程中呈现亲水性，解决了膜蒸馏系统无法用液态水进行反冲洗的问题，此外该装置还借助焦耳热效应，实现了清洗后膜材料的原位烘干，从而可快速有效恢复膜材料疏水性并提高膜通量，装置运行简单，能耗低，并可实现自动化，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的真空膜蒸馏反应器结构示意图；

图3为本发明的真空膜蒸馏反应器剖视图；

图4为本发明的运行流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1至图3所示，本发明包括真空膜蒸馏反应器4，真空膜蒸馏反应器4的一侧连接海水侧装置，另一侧连接淡水侧装置。如图2所示，真空膜蒸馏反应器4包括两块有机玻璃板401，介电润湿膜402，导流网403和电极404，介电润湿膜402安装于两块有机玻璃板401中间，导流网403置于有机玻璃板401与介电润湿膜402之间的水流通道内，电极404贴于介电润湿膜402两侧的两端，共四个。四个电机均匀电源9连接，连接管路上分别设有一个电极开关s1-s4。

介电润湿膜402采用表面修饰钛网-聚四氟乙烯蒸馏膜-表面修饰钛网的三层结构，聚四氟乙烯蒸馏膜的适宜孔径为0.2-0.6μm；安装于真空膜蒸馏反应器4内，并通过电极404与电源9连接，其中，钛网进行绝缘处理，具体处理步骤为：以1:9的比例将聚苯乙烯溶解于四氢呋喃中，选择孔径为500-2000目的钛网，以fast-dip-coating的方式使得溶液完全包裹钛网，并在通风环境下，室温存储24h以上直到四氢呋喃完全挥发。

有机玻璃板401包括海水侧玻璃板和淡水侧玻璃板，海水侧玻璃板和淡水侧玻璃板通过位于玻璃板表面的螺丝孔4011连接为一体，海水侧玻璃板中央设有海水侧真空抽滤孔4012，海水侧真空抽滤孔4012与海水侧真空泵7连接，连接管路上设有管路阀门s5。淡水侧玻璃板中央设有淡水侧真空抽滤孔4013，海水侧玻璃板的两端各设有一个水管接口4015，用于和海水侧水箱2连接，水管接口4015内侧均设有一处布水槽4014，如图3所示。

如图1所示，海水侧装置包括海水侧水箱2，海水侧水箱2置于加热装置1中，海水侧水箱2与海水侧玻璃板两端的水管接口4015连接，连接管路上分别设有一处水管阀门s7、s8，其中，与海水侧玻璃板顶部的水管接口4015连接的管路上设有水泵3。

淡水侧装置包括冷却装置5，冷却装置5的一侧连接淡水侧真空抽滤孔4013，连接管路上设有管路阀门s6，另一侧连接淡水侧水箱6，淡水侧水箱6与淡水侧真空泵8连接。淡水侧真空抽滤孔4013上还连接有清洗液瓶10，连接管路上设有管路阀门s9。清洗液选择浓度为0.2-1.0mol/l的稀盐酸溶液。

一种基于介电润湿膜的可反冲洗膜蒸馏装置的运行方式包括真空膜蒸馏脱盐、介电润湿原位反冲洗、焦耳热原位烘干三个运行阶段。利用介电润湿原理，改变膜材料的亲疏水性，使得膜材料在膜蒸馏过程中呈现疏水性，在膜清洗过程中呈现亲水性，从而实现膜蒸馏工艺的原位反冲洗，此外，该装置还借助焦耳热效应实现了清洗后膜材料的原位烘干。具体运行方式如下：

s1.真空膜蒸馏脱盐阶段持续运行12-48h：电极开关s1、s3连接电源正极，电极开关s2、s4连接电源负极，此时电场平行于膜面，负载电压控制在30v-60v，海水侧真空抽滤孔阀门s5封闭，海水侧水管阀门s7、s8打开，连接加热后的海水，淡水侧真空抽滤孔阀门s6打开，s9封闭，连接淡水侧真空泵8，海水侧溶液中的液态水以水蒸气形式通过介电润湿膜402，在淡水侧冷却装置5内液化为液态水，收集于淡水侧水箱6内，如图4a所示；

s2.介电润湿原位反冲洗阶段持续运行15min：电极开关s1连接电源正极，电极开关s3连接电源负极，电极开关s2、s4断开，此时电场垂直于膜面，负载电压控制在120v-300v，海水侧水管阀门s7、s8封闭，海水侧真空抽滤孔阀门s5打开，连接海水侧真空泵7，淡水侧真空抽滤孔阀门s9打开，s6封闭，连接清洗液瓶10，在电场作用下，聚四氟乙烯膜由疏水转变为亲水，淡水侧清洗液以液态形式通过介电润湿膜402，实现膜材料反冲洗，如图4b所示，该阶段虽然电压较高，但电流极小，故能耗也较小；

s3.焦耳热原位烘干阶段持续运行15min：电极开关s1、s3连接电源正极，电极开关s2、s4连接电源负极，此时电场平行于膜面，负载电压控制在30v-60v，海水侧水管阀门s7、s8封闭，海水侧真空抽滤孔阀门s5打开，连接连接海水侧真空泵7，淡水侧真空抽滤孔阀门s9打开，s6封闭，连接外界空气，在钛网焦耳热作用下，介电润湿膜402温度提高至80℃以上，膜内的液态水蒸发并随空气被海水侧真空泵7抽出，如图4c所示；

s4.重新进入s1阶段，开始新一轮循环。

真空膜蒸馏脱盐、介电润湿原位反冲洗、焦耳热原位烘干三个运行阶段交替进行，首先真空膜蒸馏脱盐阶段持续运行12-48h，随后，介电润湿原位反冲洗阶段运行15min，焦耳热原位烘干阶段运行15min。电源9采用直流电源，真空膜蒸馏脱盐阶段和焦耳热原位烘干阶段的负载电压视运行条件控制在30v-60v之间，介电润湿原位反冲洗阶段的负载电压视运行条件控制在120v-300v之间。