一种介电电泳中空纤维膜组件的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种介电电泳中空纤维膜组件，主骨架与电极安装板构成板框帘式结构，主骨架上、下设置，电极安装板左、右设置，在由主骨架和电极安装板所构成的板框之间竖向安装中空纤维膜，在中空纤维膜前后两面的板框之间横向均布间隔固装电极，在主骨架上设置有净水口，在电极安装板上设置电线输出口，引出并连接外界电源。本实用新型使用介电电泳技术，中空纤维膜过滤分离固液，固气还是液液混合相中发生的分离中空纤维膜污染，都是固体微粒（微粒、胶体微粒、溶质结晶体、细菌和不溶有机物液滴及大分子有机物）相对于连续相（液体或气体）存在，由于固体微粒与其所悬浮的连续相的介电极化能力的不同，介电电泳力将固体微粒推离电极或者将固体微粒吸附在电极上，减少甚至消除中空纤维膜工艺中发生的膜污染和堵膜现象，以达到强化中空纤维膜工艺。
【专利说明】一种介电电泳中空纤维膜组件
【技术领域】
[0001]本实用新型属于分离【技术领域】，涉及多相(固液，固气，液液)中空纤维膜过滤分离工艺，尤其是一种介电电泳中空纤维膜组件。
【背景技术】
[0002]渗透膜分离技术在近30年中由于其操作方便、工艺设备紧凑、分离效率高、能耗低等优点而迅速发展成为工业中多相(主要于固液，固气和液液等)分离的重要工艺方法。然而，在渗透膜过滤工艺中，膜污染这个不可避免的问题始终存在，且已成为这项工艺于实际应用中的一个致命缺点。膜污染是由于膜表面和膜孔中由于微粒、胶体粒子、溶质分子或细菌、病毒等的沉积或孳生而导致的膜孔堵塞或变小，造成过膜阻力的增大，从而使膜透过量下降，减少膜的使用寿命等后果。例如，在固液分离中经常使用的超/微滤膜，其膜透过量由于膜污染会在近一个小时的工作之后减少约50% ;而由于固体小颗粒的吸附和堵塞，这种污染甚至不可逆。在纳滤和反渗透膜等用于液液分离中，除了由于浓差极化所产生的凝胶层会在膜表面形成一个不可透层从而极大增大了膜阻力和透过压的要求，这种膜污染可以通过膜清洗而除去，称为可逆污染。
[0003]中空纤维方式制模始于1966年Dow Chemical公司，之后，Du Pont等公司均将该种方式用于商业化生产。中空纤维膜通常可细分为直径50-200微米之间的中空纤维丝(hollow fine fibers)和直径500微米以上的毛细管中空纤维膜(capillary fibers)。与其他形式的膜相比，中空纤维膜具有以下几个突出优点:(1)膜的填充密度大，一般为1.6xl04?3xl04m2/m3 ; (2)膜为自承式，无需任何支撑体，价格便宜；(3)单个膜组器的回收率高，通常对水的回收率为35%?65%。被广泛应用于膜分离的各个领域，许多膜蒸馏的研究工作中采用了中空纤维膜元件。随着化纤行业的高速发展，各种中空纤维技术得到快速发展，中空纤维膜技术也不断提升。但是中空纤维膜较差的抗污染性能，仍是限制其发展的重要因素之一。
[0004]工业上用来清洗膜污染的常用方法主要为物理清洗和化学清洗。化学清洗是通过药剂的使用以将不溶污染物溶解并冲洗出膜组件，然而，化学清洗不仅由于药剂的使用而增加过滤工艺的操作成本，而且由于酸性或碱性药剂的使用而对膜造成损害且造成污染。物理清洗主要包括低压高流速清洗、等压冲洗、反冲洗、负压清洗、机械刮除等方法，工业中普遍使用的是高速反冲洗和气水反冲洗工艺。然而，这两种工艺都必须在清洗过程中停止膜过滤工艺，且需要高压和高于产水量两到三倍的水用于冲洗，而耗能高，用水量大。
[0005]超声波被认为可以实现防止膜污染的一个方法。然而，由于高强度超声波对渗透膜所造成的侵蚀和破坏，以及庞大的超声波生成系统阻碍了其在工业上的应用。基于电泳原理的电子渗透膜于上世纪七十年代由Manegold等提出，并由Henry等通过实验证实其可行性。然而，这种方法不适于用于多离子复杂性的工业条件，而且其高能耗也阻碍了它在工业上的广泛使用。除此之外，裸电极在电泳的使用也提高了短路的可能及电击的危险，以及电极上发生的电化学反应不仅会导致PH值变化，甚至于生成有毒或污染环境的化学副产品O
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种介电电泳中空纤维膜组件，该组件可减少甚至消除在中空纤维膜分离工艺中发生的膜污染和堵膜现象以达到强化渗透膜工艺。
[0007]本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的:
[0008]一种介电电泳中空纤维膜组件，包括主骨架、电极安装板、中空纤维膜，其特征在于:主骨架与电极安装板构成板框式结构，主骨架上、下设置，电极安装板左、右设置，在由主骨架和电极安装板所构成的板框之间竖向安装中空纤维膜，在中空纤维膜前后两面的板框之间横向均布间隔固装电极，在主骨架上设置有净水口，在电极安装板上设置电线输出口，引出并连接外界电源。
[0009]而且，所述电极采用圆柱形叉指电极结构，在所安装的每对电极中，一根电极采用绝缘电极，而另一根电极则采用防腐蚀材料的裸电极。
[0010]而且，所述绝缘电极与裸电极间隔排列。
[0011]本实用新型的优点和积极效果是:
[0012]1、本实用新型使用介电电泳技术，中空纤维膜过滤分离固液，固气还是液液混合相中发生的分离中空纤维膜污染，都是固体微粒(微粒、胶体微粒、溶质结晶体、细菌和不溶有机物液滴及大分子有机物)相对于连续相(液体或气体)存在，由于固体微粒与其所悬浮的连续相的介电极化能力的不同，介电电泳力将固体微粒推离电极或者将固体微粒吸附在电极上，减少甚至消除中空纤维膜工艺中发生的膜污染和堵膜现象，以达到强化中空纤维膜工艺。
[0013]2、本实用新型在保持中空纤维膜过滤工艺的正常工作的同时，无须添加额外物质例如化学药剂或大量的水，能够减少甚至消除中空纤维膜过滤工艺中的膜污染和堵膜现象所造成的膜使用寿命降低和膜透过量下降的问题，降低减少和消除中空纤维膜污染问题所消耗的能量和成本。
[0014]3、本实用新型通过施加在临近中空纤维表面的固体颗粒的介电电泳力而将其移离中空纤维膜表面从而达到防止膜污染和堵膜的作用，以延长中空纤维膜使用寿命和提高中空纤维膜的工作效率及产水量。
[0015]4、本实用新型可以减少甚至消除膜污染的问题，提高中空纤维膜使用寿命，提高中空纤维膜膜透过量，与工业经常使用的反冲洗技术相比，介电电泳中空纤维膜的使用无需停止中空纤维膜过滤工艺的工作。
[0016]5、本实用新型通过间断施加介电电泳可消除膜污染的问题，且能耗低，操作成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型的结构主视图；
[0018]图2为图1的A-A向截面剖视图；
[0019]图3为图1的B部结构放大示意图；[0020]图4为图2的C部结构放大示意图；
[0021]图5是本实用新型介电电泳中空纤维膜工作原理示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面通过附图和具体实施例对本实用新型作进一步详述，但本实用新型并不限于下述实施方式，任何在本实施例原理上所做的改变或替代方案，均落入本实用新型要求保护的范围之中。
[0023]一种介电电泳中空纤维膜组件，如图1、2所示，包括主骨架1、电极安装板5、中空纤维膜6，为板框帘式结构，主骨架与电极安装板构成板框帘式结构，主骨架上、下设置，电极安装板左、右设置，主骨架及电极安装板均由ABS制作并压塑形成一体，在由主骨架和电极安装板所构成的板框之间竖向安装中空纤维膜，在中空纤维膜前后两面的板框之间横向均布间隔固装电极2，该电极采用圆柱形叉指电极结构，本实施例中安装有两对电极；在每对电极中，一根电极采用绝缘电极，而另一根电极则采用防腐蚀材料的裸电极以减少能耗和电极生产成本，绝缘电极与裸电极间隔排列。在主骨架上设置有净水口 4，在电极安装板上设置电线输出口 3，引出并连接外界电源。
[0024]本实用新型的工作过程是:
[0025]本组件浸泡于需要处理的废水中，安装在中空纤维膜两侧的电极安装元件上的电极安装口中的叉指电极通过电线输出口与电源接通。由于相对于水而更低的介电极化能力，固体颗粒在废水中通常表现为阴性介电电泳性质；即在不匀称电场中，固体颗粒被向弱电场方向移动。如附图5所示，废水经过渗透膜的表面，在渗透膜下安装的叉指电极提供介电电泳力所需的不匀称电场。特有的圆形表面使叉指电极的强电场面最大化，从而使用更少的材料，但可得到更强的介电电泳力。中空纤维膜安装在两队叉指电极的中间，当固体颗粒靠近中空纤维膜时，即先靠近叉指电极时，将被移离而无法靠近中空纤维膜，如此减少甚至消除膜污染和堵膜得发生；水通过中空纤维膜进入组件内得到净水，净水由主骨架两端的净水口排出。
[0026]本实用新型所涉及的介电电泳概念及其工作原理:
[0027]介电电泳(Dielectrophoresis)技术已经被成功的应用于生物医学工业来分离、富积、捕获微粒和细胞。该技术描述的是位于非匀称电场的中性微粒由于介电极化的作用而产生的平移运动。产生在微粒上的偶极矩可以由两个相同带电量但极性相反的电荷来表示，当它们在微粒界面上不对称分布时，产生一个宏观的偶极矩。当这个偶极矩位于不匀称电场中，在微粒两边的局部电场强度的不同产生一个净力，称为介电电泳力。由于悬浮于媒介中的微粒与媒介有着不同的介电能力(介电常数)，微粒会被向或者更强的电场强度的方向移动，称为阳性介电电泳，或者更弱的电场强度的方向移动，称之为阴性介电电泳。
[0028]无论是在渗透膜过滤分离固液，固气还是液液混合相中发生的分离渗透膜污染，都是固体微粒(微粒，胶体微粒，溶质结晶体，细菌，和不溶有机物液滴及大分子有机物)相对于连续相(液体或气体)存在。在这样的一个系统中，由于固体微粒与其所悬浮的连续相的介电极化能力的不同，介电电泳力将固体微粒推离电极或者将固体微粒吸附在电极上，表现出或者阴性介电电泳性质或者阳性介电电泳性质。
[0029]由于相对于水而更低的介电极化能力，固体颗粒在废水中通常表现为阴性介电电泳性质；即在不匀称电场中，固体颗粒被向弱电场方向移动。如图1所示，废水经过中空纤维膜的表面，在中空纤维膜两侧安装的叉指电极提供介电电泳力所需的不匀称电场。特有的圆形表面使叉指电极的强电场面最大化，从而使用更少的材料，但可得到更强的介电电泳力。于是将中空纤维膜安装在两队叉指电极的中间，当固体颗粒靠近中空纤维膜时，即先靠近叉指电极时，将被移离而无法靠近中空纤维膜。如此减少甚至消除膜污染和堵膜得发生。
[0030]介电电泳中空纤维膜组件为本实用新型介电电泳中空纤维膜组件的一种实施例，采用板框帘式结构，电极及电极安装元件可重复利用。
【权利要求】
1.一种介电电泳中空纤维膜组件，包括主骨架、电极安装板、中空纤维膜，其特征在于:主骨架与电极安装板构成板框帘式结构，主骨架上、下设置，电极安装板左、右设置，在由主骨架和电极安装板所构成的板框之间竖向安装中空纤维膜，在中空纤维膜前后两面的板框之间横向均布间隔固装电极，在主骨架上设置有净水口，在电极安装板上设置电线输出口，引出并连接外界电源。
2.根据权利要求1所述的介电电泳中空纤维膜组件，其特征在于:所述电极采用圆柱形叉指电极结构，在所安装的每对电极中，一根电极采用绝缘电极，而另一根电极则采用防腐蚀材料的裸电极。
3.根据权利要求2所述的介电电泳中空纤维膜组件，其特征在于:所述绝缘电极与裸电极间隔排列。
【文档编号】B01D65/08GK203507828SQ201320560240
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2013年9月10日
【发明者】王冰 申请人:内蒙古天一环境技术有限公司