专利名称：用于中空纤维气液膜接触器的清洗方法
技术领域：
本发明涉及的是一种环境保护技术领域的方法，具体是一种用于中空纤维气 液膜接触器的清洗方法。
技术背景中空纤维气液膜接触器是能有效实现气液两相传质而不需要气液两相接触 的装置。它使用微孔中空纤维膜将气、液两相流体分隔开，膜孔为两相流体提供 传质的场所。与传统接触器相比，中空纤维气液膜接触器有许多优点。如，气液 两相互不混溶，不会产生液泛、雾沫夹带等现象，能提供极大的膜面积，放大简 单，传质效率也比传统接触器大大增加。由于气液膜接触器的诸多优点，已在化 工、环保、食品、医药等领域中展示了广阔的应用前景。然而，中空纤维气液膜 接触器在长期运行后，不可避免地会产生膜污染，导致效率下降。膜污染是制约 膜技术更广泛应用的主要因素之一，也极大制约了中空纤维气液膜接触器的更广 泛应用。为了延长膜的有效操作时间及使用寿命，更好地发挥其性能，提高生产 能力和效率，对膜污染进行有效控制以及对污染的膜进行清洗是非常有必要的。简单有效的清洗方法是防止和解决膜污染的重要途径。气液膜接触器通常在中空纤维膜组件中完成。当气液膜接触器用于气体吸收 时，如血液充氧或饮料中富集二氧化碳等，气体通常进入中空纤维的管程，液相 通过中空纤维的壳程。当气液膜接触器用于气体脱除时，如水中除氧、水中除二 氧化碳或水中去除挥发性有机物，通常管程内抽真空和/或其它气体吹扫，液相 通过中空纤维的壳程。针对不同的应用实例或不同的膜组件设计方式，液相通过 壳程或管程，气相则通过相反侧。由于膜污染引起的中空纤维气液膜接触器效率 降低，普遍采用的清洗方法为在膜的一侧(实际应用中通过液体的一侧)用清 水和/或合适的酸溶液和/或碱溶液等直接循环冲洗来去除膜表面的污染物，最后 再用清水冲洗或干燥空气吹扫。若清洗过程中仅用清水作为清洗液，则水可以不循环使用。但只用清水冲洗通常无法达到有效去除污染物的目的，而通常必须采 用合适的酸和/或碱溶液循环清洗污染物。由于气液膜组件较大，并且管路较长， 在清洗液清洗过程中需要大量的清洗酸溶液和/或碱溶液，在清洗完成后清洗液 的回收较为困难，往往直接当成废液处理掉，这在经济上很不合理，而且大量的 清洗液排放对环境也是一种污染。另外，对于污染严重的膜组件，即使采用合适 的酸和/或碱溶液，膜孔表面、尤其是膜孔内的污染物也常无法有效去除。所以 需要寻求更为有效、经济的针对中空纤维气液膜接触器膜污染的清洗方法。经对现有技术的査新，世界上著名的中空纤维气液膜接触器供应商美国 Membrana-Charlotte公司在其提供的清洗中空纤维气液膜接触器指南中，针对 不同的膜污染物给出了不同的清洗方法及清洗液。基本步骤与前面所述的普遍采 用的清洗中空纤维气液膜接触器的方法类似。因此，同样存在上面所述的缺点。 在进一步的检索中，尚未发现与本发明技术相同或者类似的文献报道。发明内容本发明针对现有技术的不足，提供一种用于中空纤维气液膜接触器的清洗方 法，使其通过气一液混合相湍流对膜表面及膜孔内污染物进行清洗，恢复中空纤 维气液膜接触器的分离功能，具有高效、清洁、节能的特点。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明利用在气液膜接触器的壳程和管 程分别通过液态清洗液和压力气体，压力气体进入中空纤维一侧，通过膜孔进入 另一侧，与另一侧内流动的清洗液形成气-液混合相湍流，对膜壁上附着的污染 物进行撞击和冲刷，使之松动脱离。膜孔内的污染物可被压力气体吹扫脱离，并 随着气-液混合相湍流被带走。本发明包括以下步骤第一步，先将清洗液经温度控制(5°C -85°C)和过滤后以设定流量(0. 5 m7hr -201!17^)进入中空纤维膜组件的壳程。该清洗液可由方向阀控制实现从膜接触 器不同端进入壳程；也可使清洗液按既定程序从两端交替进入，以达到更优的清 洗效果。清洗液可根据需要循环使用。所述清洗液，为清水，酸溶液，或碱溶液。所述酸溶液，可以是盐酸、硫酸、硝酸、柠檬酸等。所述碱溶液，可以氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钠、次氯酸钠、磷酸钠、氢氧化钾、碳酸钙等。所述过滤，是指经过2)iim或5iam的过滤器过滤。第二步，开启压縮泵或高压气体钢瓶产生的压缩气体(0. 15MPa-lMPa)，由 压力调节阀控制流速(0.1m7hr-10m7hr),进入中空纤维膜组件的管程。压 力气体可以在清洗设定时间内连续式或间歇式地通过中空纤维膜的膜孔进入膜 组件的壳程。压力气体通过中空纤维膜的膜孔进入膜组件的壳程，与壳程内流动 的清洗液形成气-液混合相湍流，连续冲击膜的表面。第三步，清洗过程后段，可用清水对膜组件管程，壳程进行冲洗，并用干燥 空气吹扫。本发明压力气体首先进入中空纤维膜的一侧，然后穿过中空纤维膜的膜孔进 入另一侧，与另一侧内流动的清洗液形成气-液混合相湍流，连续冲击膜的表面， 产生较大的局部剪切力，对膜壁上附着的污染物撞击和冲刷，使之松动脱离，达 到有效的清洗作用。膜孔内的残留污染物可通过压力气体的吹扫被有效吹离。被 冲下来的膜表面及膜孔内的污染物，随着气-液混合相湍流从膜组件内被带走。 利用由压力气体和清洗液形成的气-液混合相湍流对中空纤维污染膜进行冲洗， 有效地提高清洗效率，延长中空纤维膜滤装置的使用寿命。中空纤维气液膜接触器应用于除氧过程中，由于除氧技术效果好，占地面积 小，操作费用低，且节能环保，在电子、制药等行业高纯水制备中已得到广泛应 用，进年来在锅炉给水除氧中也已经得到越来越多的应用。以下以锅炉给水中除 氧为例，对于所使用的新的中空纤维气液膜接触器，采用真空除氧的操作方式， 操作条件为锅炉水流量4.9m7hr，锅炉水温度20°C，真空度为-O. 095MPa时， 其除氧效率可以达到80%。本发明方法只需在原中空纤维膜装置的基础上增加一个由压力泵(或高压气 体钢瓶)、控制阀组成的一高压气体的进料装置，无需拆卸原膜组件装置或额外 添加复杂设备，操作相当方便。通常，清洗液只需用清水，气体和清水形成的气 -液混合相湍流可有效地清除污染物。清洗液采用清水，省去了化学清洗剂的使 用，使膜不会受化学清洗剂的腐蚀作用，对于延长膜的使用寿命具有一定意义。 另外，无化学清洗剂的使用，降低了费用，且不会形成二次污染。当膜污染严重 时，可采用适当浓度的化学清洗剂，达到有效去除污染物的目的，此时的化学清洗剂的浓度较传统的化学清洗方法低的多，从而节省了费用，减少了二次污染。 因此，本发明提供了一种高效、节能、环保、经济的适用于中空纤维气液膜接触 器装置的清洗方法，能使污染后的膜组件完全恢复到未污染前膜组件的功能。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下 进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限 于下述的实施例。实施例11) 将清水作为清洗液在贮液罐中被加热到20°C，然后经过5pm过滤器过滤 后以设定流量4m7hr进入中空纤维膜组件的壳程。清水由中空纤维气液膜接触 器壳程的一端且连续进入壳程，从中空纤维气液膜接触器壳程的另一端流出并排 走，不进行循环使用。2) 开启压縮泵使产生的0. 2MPa压縮空气，经压力调节阔控制流速在2m7hr, 进入中空纤维膜组件的管程。压力气体在采用的1小时清洗时间内连续式地通过 中空纤维膜的膜孔进入膜组件的壳程。压力气体通过中空纤维膜的膜孔进入膜组 件的壳程，与壳程内流动的清洗液形成气-液混合相湍流，连续冲击膜的表面。3) 清洗l小时结束后，先用清水对膜组件壳程进行冲洗，然后用干燥空气 吹扫，完成被污染的中空纤维气液膜接触器的清洗过程。最后在前述条件下进行 除氧效率测试，除氧效率恢复到80%，即完全恢复了中空纤维气液膜接触器的 除氧效率。实施例21) 将清水作为清洗液在贮液罐中被加热到20°C，然后经过5nm过滤器过滤 后以设定流量2m7hr进入中空纤维膜组件的壳程。清水由中空纤维气液膜接触 器壳程的一端且连续进入壳程，从中空纤维气液膜接触器壳程的另一端流出并排 走，不进行循环使用。2) 开启压缩泵使产生的0. 2MPa压縮空气，经压力调节阀控制流速在2mVhr， 进入中空纤维膜组件的管程。压力气体在采用的1小时清洗时间内连续式地通过 中空纤维膜的膜孔进入膜组件的壳程。压力气体通过中空纤维膜的膜孔进入膜组7件的壳程，与壳程内流动的清洗液形成气-液混合相湍流，连续冲击膜的表面。3)清洗1小时结束后，先用清水对膜组件壳程进行冲洗，然后用干燥空气 吹扫，完成被污染的中空纤维气液膜接触器的清洗过程。最后在前述条件下进行 除氧效率测试，除氧效率恢复到78%，即接近恢复了中空纤维气液膜接触器的 除氧效率。实施例31) 将清水作为清洗液在贮液罐中被加热到20。C，然后经过5nm过滤器过滤 后以设定流量4mVhr进入中空纤维膜组件的壳程。清水由中空纤维气液膜接触 器壳程的两端交替连续进入壳程(每隔IO分种切换一次方向)，从中空纤维气液 膜接触器壳程的另一端流出并排走，不进行循环使用。2) 开启压縮泵使产生的0. 2MPa压縮空气，经压力调节阀控制流速在2m7hr， 进入中空纤维膜组件的管程。压力气体在采用的清洗1小时时间内连续式地通过 中空纤维膜的膜孔进入膜组件的壳程。压力气体通过中空纤维膜的膜孔进入膜组 件的壳程，与壳程内流动的清洗液形成气-液混合相湍流，连续冲击膜的表面。3) 清洗1小时结束后，先用清水对膜组件壳程进行冲洗，然后用干燥空气 吹扫，完成污染的中空纤维气液膜接触器的清洗。最后在前述条件下进行除氧效 率测试，除氧效率恢复到80%，即完全恢复了中空纤维气液膜接触器的除氧效 率。实施例41) 将清水作为清洗液在贮液罐中被加热到20°C，然后经过5pm过滤器过滤 后以设定流量4m7hr进入中空纤维膜组件的壳程。清水由中空纤维气液膜接触 器壳程的一端且连续进入壳程，从中空纤维气液膜接触器壳程的另一端流出并排 走，不进行循环使用。2) 开启压縮泵使产生的0. 2MPa压縮空气，经压力调节阀控制流速在2m7hr， 进入中空纤维膜组件的管程。压力气体在采用的1.5小时清洗时间内间歇式地(每隔10分钟加载一次压力气体且一次通气时间为10分钟)加载，通过中空纤 维膜的膜孔进入膜组件的壳程。压力气体通过中空纤维膜的膜孔进入膜组件的壳程，与壳程内流动的清洗液形成气-液混合相湍流，连续冲击膜的表面。3)清洗1.5小时结束后，先用清水对膜组件壳程进行冲洗，然后用干燥空 气吹扫，完成被污染的中空纤维气液膜接触器的清洗过程。最后在前述条件下进 行除氧效率测试，除氧效率恢复到80%，即完全恢复了中空纤维气液膜接触器 的除氧效率。
权利要求
1、一种用于中空纤维气液膜接触器的清洗方法，其特征在于，利用在气液膜接触器的壳程和管程分别通过液态清洗液和压力气体，压力气体进入中空纤维一侧，通过膜孔进入另一侧，与另一侧内流动的清洗液形成气-液混合相湍流，对膜壁上附着的污染物进行撞击和冲刷，使之松动脱离，膜孔内的污染物被压力气体吹扫脱离，并随着气-液混合相湍流被带走。
2、 根据权利要求1所述的用于中空纤维气液膜接触器的清洗方法，其特征 是，包括以下步骤第一步，先将清洗液经温度控制5°C -85°C和经过滤后以设定流量0. 5 m7hr -20m3/hr进入中空纤维膜组件的壳程；第二步，开启压縮泵或高压气体钢瓶产生的压縮气体，压縮气体的压力 0. 15MPa-lMPa，由压力调节阀控制流速0. 1 m7hr -10 mVhr，进入中空纤维膜 组件的管程，压力气体通过中空纤维膜的膜孔进入膜组件的壳程，与壳程内流动 的清洗液形成气-液混合相湍流，连续冲击膜的表面；第三步，清洗过程后段，用清水对膜组件管程，壳程进行冲洗，并用干燥空 气吹扫。
3、 根据权利要求1或2所述的用于中空纤维气液膜接触器的清洗方法，其 特征是，所述清洗液，为清水，酸溶液，或碱溶液。
4、 根据权利要求3所述的用于中空纤维气液膜接触器的清洗方法，其特征 是，所述酸溶液，是盐酸、硫酸、硝酸、柠檬酸中一种。
5、 根据权利要求3所述的用于中空纤维气液膜接触器的清洗方法，其特征 是，所述碱溶液，是氢氧化钠、碳酸钠、硅酸钠、次氯酸钠、磷酸钠、氢氧化钾、 碳酸钙中一种。
6、 根据权利要求2所述的用于中空纤维气液膜接触器的清洗方法，其特征 是，第一步中，所述过滤，是指经过2pm或5pm的过滤器过滤。
7、 根据权利要求1或2所述的用于中空纤维气液膜接触器的清洗方法，其 特征是，所述清洗液由方向阀控制从膜接触器进入壳程，或按设定程序从两端交 替进入。 8、根据权利要求1或2所述的用于中空纤维气液膜接触器的清洗方法，其 特征是，所述压力气体在设定的清洗时间内连续式或间歇式地进入中空纤维气液 膜接触器。
全文摘要
本发明公开一种环境保护技术领域的用于中空纤维气液膜接触器的清洗方法，压力气体进入中空纤维一侧，通过膜孔进入另一侧，与另一侧内流动的清洗液形成气-液混合相湍流，对膜壁上附着的污染物进行撞击和冲刷，使之松动脱离。膜孔内的污染物可被压力气体吹扫脱离，并随着气-液混合相湍流被带走。本发明有效地结合物理与化学的清洗方法，利用由压力气体和清洗液形成的气-液混合相湍流对中空纤维膜进行清洗，省去或减少化学清洗剂的使用，降低清洗剂对膜的腐蚀，延长膜的使用寿命，降低工艺费用，且不会形成二次污染。
文档编号B01D65/02GK101259379SQ20071017215
公开日2008年9月10日 申请日期2007年12月13日 优先权日2007年12月13日
发明者何义亮, 刘惠峰, 娟 赵, 邵嘉慧, 强 靳 申请人:上海交通大学