离线反渗透膜清洗系统及清理洗涤方法与流程

  本发明涉及膜清洗技术领域，具体而言，涉及一种离线反渗透膜清洗系统及清洗方法。

  反渗透膜元件作为深层的过滤手段，其表面不可避免的会残留有胶体、微生物、杂质颗粒及难溶盐类，因此，在多种领域使用的反渗透装置，一旦投入到正常的使用中，最终都需要清洗，只是清洗周期的长短不同而已。反渗透膜清洗在专业领域被分为两大类，主要以在线清洗和离线清洗为主，在线清洗是反渗透系统定期清除污染物、定期杀菌、定期维护的必要手段，但是在面临反渗透膜元件重度污染时就显得无能为力，这样一个时间段就需要对反渗透膜元件进行离线清洗。

  目前，普遍的使用的反渗透膜离线清理洗涤方法是稳流横卧式离线清洗，清洗系统包括清洗水箱、清洗水泵、清洗过滤器、封闭式清洗膜壳、管路系统及检验测试仪表(压力表、流量表、电导表等)组成。清理洗涤方法是将配制好的清洗药剂加入清洗水箱，接着进行循环、浸泡，两个步骤反复进行，当污染物不同时，通过更改清洗药剂配方及清洗步骤的时间进行尝试清洗。但是，当污染物难以被药剂溶解、分散、剥离，水流难以将污染物带出反渗透膜时，反渗透膜的产水性能将产生下降，甚至远远达不到设计的基本要求，只能报废；反复使用药剂对反渗透膜进行清理洗涤，还会造成反渗透膜脱盐率的下降，缩短反渗透膜的使用寿命。

  本发明的最大的目的在于提供一种反渗透膜清洗系统及清理洗涤方法，以解决现有离线反渗透膜在线清洗系统清理洗涤效果差的缺点。

  为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种离线反渗透膜清洗系统，离线反渗透膜清洗系统包括：清洗液输入单元、用于固定反渗透膜的固定单元、超声波装置以及洗后液排出单元；其中，用于固定反渗透膜的固定单元包括上固定件、下固定件以及位于上固定件与下固定件之间的筒体，反渗透膜固定于筒体中；超声波装置位于上固定件和/或下固定件内；清洗液输入单元、固定单元以及洗后液排出单元依次连通。

  进一步地，超声波装置包含超声波发生器以及与超声波发生器驱动连接的超声波振子，下固定件包括下固定壁以及下固定壁围成的空腔，超声波振子位于空腔的底壁下方。

  进一步地，下固定件还包括法兰，螺栓将法兰、密封件以及下固定壁依次固定连接。

  进一步地，密封件包括水平段和竖直段，螺栓将水平段与下固定壁固定连接，下固定件还包括紧固件，紧固件用于固定竖直段。

  进一步地，清洗液输入单元包括：并联设置的上冲洗管线和下冲洗管线，上冲洗管线与上固定件连通，并通过反渗透膜与洗后液排出单元连通；下冲洗管线与空腔连通，并通过反渗透膜与洗后液排出单元连通，下冲洗管线出口位于下固定壁上且位于超声波振子的上方。

  进一步地，清洗液输入单元还包括依次连通的清洗水箱、清洗水泵以及清洗过滤器，上冲洗管线的入口和下冲洗管线的入口分别与清洗过滤器的出口连通。

  进一步地，清洗液输入单元还包括乱流介质输入管线，乱流介质输入管线与空腔连通，且乱流介质输入管线的出口设置在下固定壁上且位于超声波振子与下冲洗管线出口之间。

  进一步地，洗后液排出单元包括：上排液支管以及下排液支管，上排液支管与上冲洗管线连通，且上排液支管的入口位于上冲洗阀与上固定件之间的上冲洗管线上；下排液支管与下冲洗管线连通，且下排液支管的入口位于下冲洗阀与下固定件之间的下冲洗管线上。

  进一步地，洗后液排出单元还包括排液总管，上排液支管的出口和下排液支管的出口分别与排液总管的入口连通，排液总管的出口与清洗水箱的入口连通。

  根据本发明的另一方面，提供了一种离线反渗透膜清理洗涤方法，采用上述任一种离线反渗透膜清洗系统来进行清洗，该清洗方法包括：将清洗液通入反渗透膜中进行清理洗涤，并在清洗过程中开启超声波空化作用，进而获得清洗后的反渗透膜。

  进一步地，清洗液包含酸性清洗液和碱性清洗液，优选地，酸性清洗液包括质量分数为0.1％～0.2％的盐酸和浓度为50～200ppm的缓蚀剂；碱性清洗液包括质量分数为0.1％～0.2％的氢氧化钠、1％～4％的三聚磷酸钠和0.5％～1％的edta钠盐。

  进一步地，离线反渗透膜清洗系统还包括乱流介质输入管线，清理洗涤方法还包括：将清洗液通入反渗透膜中进行清洗时，同时向反渗透膜中通入乱流介质；优选地，乱流介质选自氮气、氢气、空气或惰性气体；优选地，乱流介质的压力为0.2～0.5mpa，乱流介质的流量为40～100l/min。

  应用本发明的技术方案，通过在反渗透膜的固定单元下方增设置超声波装置，利用超声波装置对进入反渗透膜中的清洗液产生空化作用，不仅能够增强乱流清洗液在反渗透膜中的混流效果，而且，空化本身产生的局部拉应力也能够使粘附在反渗透膜上的污染物被剥离下来，进而使得反渗透膜的清洗效果更彻底。

  构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

  图1示出了根据本发明的一种优选的实施例中反渗透膜清洗系统的结构示意图；以及

  图2示出了根据本发明的一种优选的实施例中反渗透膜清洗系统中反渗透膜的下固定件的结构示意图。

  21、下固定壁；22、空腔；23、超声波振子；24、密封件；25、螺栓；26、法兰；27、紧固件；

  需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。

  除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

  在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

  为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

  需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

  需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

  如背景技术所提到的，现有技术的离线反渗透膜清洗系统中污染物难以剥离，存在清洗效果比较差的缺陷，尽管通过乱流法立式离线清洗在一定程度上能够改善清洗效果，但清洗效果仍有限。为了进一步提高污染物在反渗透膜上的剥离效果，在本申请一种典型的实施方式中，提供了一种离线反渗透膜清洗系统，如图1所示，该离线反渗透膜清洗系统包括：清洗液输入单元、用于固定反渗透膜的固定单元、超声波装置以及洗后液排出单元；固定单元包括上固定件10、下固定件20以及位于上固定件10与下固定件20之间的筒体，反渗透膜固定于筒体中；超声波装置位于上固定件10和/或下固定件20内；其中，清洗液输入单元、固定单元以及洗后液排出单元依次连通。

  本申请的上述离线反渗透膜清洗系统通过在反渗透膜的固定单元中增设置超声波装置，利用超声波装置对进入反渗透膜中的清洗液产生空化作用，不仅能够增强乱流清洗液在反渗透膜中的混流效果，而且，空化本身产生的局部拉应力也能够使粘附在反渗透膜上的污染物被剥离下来，进而使得反渗透膜的清洗效果更彻底。

  上述超声波空化作用是指存在于液体中的微气核空化泡在声波的作用下振动，当声压达到一定值时发生的生长和崩溃的动力学过程。超声波作用于液体时，可以产生大量小气泡。一个原因是液体内局部出现拉应力而形成负压，压强的降低使原来溶于液体的气体过饱和，而从液体溢出，成为小气泡。另一原因是强大的拉应力把液体“撕开”成一空洞，称为空化。

  上述系统中，超声波装置的作用是产生空化作用，增强清洗效果，因而无论是设置在固定单元的上固定件中，还是下固定件中，还是两者同时都设置都可以，具体可以根据实际需要进行合理选择。在本申请一种优选的实施例中，如图2所示，超声波装置包括超声波发生器以及与超声波发生器驱动连接的超声波振子23，下固定件20包括下固定壁21以及下固定壁21围成的空腔22，超声波振子23位于空腔22的底壁下方。将超声波振子设置在下固定件的空腔的底壁下方，超声波振子在超声波发生器的驱动下发生振动，进而引起空腔22底壁的振动，从而带动空腔22中清洗介质的振动，有助于对反渗透膜进行从下至上进行反渗透清洗时产生强烈的空化乱流作用，提高清洗效果。

  上述反渗透膜清洗系统中，反渗透膜为常规使用的反渗透膜，其通常多层卷绕之后置于一个载体中，该载体俗称为玻璃钢，由玻璃丝布和环氧树脂形成。上述固定单元中的筒体即可为此处的玻璃钢。当然，根据反渗透膜膜的具体负载形式不同，上述筒体的具体材质也会有所差异，此处不再详述。

  为了进一步提高固定元件对反渗透膜的固定密封效果，从而提高清洗液的清洗效果。在本申请一种优选的实施例中，如图1和图2所示，下固定件20还包括密封件24，密封件24与下固定壁21通过螺栓25连接。通过在下固定壁上设置密封件，有助于使下固定件与固定反渗透膜的筒体之间连接更紧密，进而使得清洗液在渗透膜清洗过程中不会流失或因密封不严而影响清洗效果。

  为了进一步提高固定连接效果，在本申请一种优选的实施例中，如图1和图2所示，下固定件20还包括法兰26，螺栓25将法兰26、密封件24以及下固定壁21依次固定连接。通过将法兰、密封件以及下固定壁各部位对齐之后，用螺栓将三者固定连接，从而使得固定更牢固，密封效果更紧密。

  为了使密封效果更好，可以对上述密封件的结构或形态进行各种改进。在本申请一种优选的实施例中，如图1和图2所示，密封件24包括水平段和竖直段，螺栓25将水平段与下固定壁21固定连接，下固定件20还包括紧固件27，紧固件27用于固定竖直段。这样在竖直和水平接触的面上都进行密封，密封效果更好。

  上述固定竖直段的紧固件的具体形态或结构不受限制，只要能够起到固定上述竖直段的目的即可。在本申请一种优选的实施例中，如图1和图2所示，紧固件27为卡箍，不仅固定牢固，而且拆卸方便。

  上述上固定件的结构或形态可以采用现有的能够实现对反渗透膜进行固定作用的任何部件，其可以与下固定件的结构不同，也可以与下固定件的结构相同。在本申请一种优选的实施例中，上固定件中除不含有超声波装置外，其余结构与下固定件相同。此处不再具体详细说明。

  上述反渗透膜清洗系统中，清洗液输入单元可以采用现有的清洗液输入结构设置形式，也可以在上述结构形式的基础上进行适当改进得到。在本申请一种优选的实施例中，如图1所示，上述清洗液输入单元包括并联设置的上冲洗管线，上冲洗管线连通，并通过反渗透膜与洗后液排出单元连通；下冲洗管线连通，并通过反渗透膜与洗后液排出单元连通，下冲洗管线的上方。

  通过在清洗液输入单元中并联设置的上冲洗管线，使得根据实际清洗需要，选择对反渗透膜而言，自下而上地进行冲洗，或者自上而下地进行冲洗，并且在两种清洗方式中，都可以开启超声波装置，从而使超声波振子在清洗液中产生空化乱流作用，提高清洗效果。

  为了进一步提高冲洗操作灵活选择性，在本申请一种优选的实施例中，如图1所示，上冲洗管线，下冲洗管线。便于灵活选择开启或关闭某种冲洗方式。

  为了进一步使进入反渗透膜的清洗液满足清洗或运行安全需求，在本申请一种优选的实施例中，如图1所示，清洗液输入单元还包括依次连通的清洗水箱33、清洗水泵34以及清洗过滤器35，上冲洗管线的入口和下冲洗管线的入口分别与清洗过滤器35的出口连通。通过清洗水泵为清洗液提供足够的压力和动力，而清洗过滤器能够将可能的杂质或污染物过滤掉，进而提高进入反渗透膜的清洗液的水质质量，以提高清洗效果。

  为了进一步增强清洗液在反渗透膜中混流效果，进而增强对粘附在反渗透膜上的污染物的剥离作用，在本申请一种优选的实施例中，如图1和图2所示，清洗液输入单元还包括乱流介质输入管线，乱流介质输入管线连通，且乱流介质输入管线与下冲洗管线出口之间。乱流介质输入管线能够输入增强乱流效果的介质，使得清洗液对反渗透膜进行各种流向的清洗，进而提高清洗效果。

  在本申请一种优选的实施例中，如图1所示，洗后液排出单元包括上排液支管41和下排液支管42，上排液支管41与上冲洗管线之间的上冲洗管线与下冲洗管线之间的下冲洗管线上。为了更有效地对洗后液进行排出，通过设置上排液支管对自下而上冲洗后的液体进行高效排出，而设置下排液支管有利于对自上而下冲洗后的液体进行高效排出。这样能够避免冲洗后的污水再次返混进入反渗透膜中。

  在本申请一种优选的实施例中，如图1所示，上排液支管41上设置有上排液阀411，下排液支管42上设置有下排液阀421。上排液阀411和下排液阀421的设置有助于灵活控制排液管路。

  在反渗透膜相对干净，一次利用后的清洗液还能够再次利用时，为了进一步对清洗液进行高效利用，在本申请一种优选的实施例中，如图1所示，洗后液排出单元还包括排液总管43，上排液支管41的出口和下排液支管42的出口分别与排液总管43的入口连通，排液总管43的出口与清洗水箱33的入口连通。通过排液总管对两个支管排出的洗后液统一返回清洗水箱中，有助于对清洗液进行循环回收，提高清洗液的利用率。

  在本申请第二种优选的实施例中，提供了一种离线反渗透膜的清洗方法，该清洗方法采用上述任一种离线反渗透膜清洗系统进行清洗，该清洗方法有将清洗液通入反渗透膜中进行清理洗涤，并在所述清洗过程中开启超声波空化作用，进而获得清洗后的反渗透膜。采用本申请的具有上述空化乱流作用的清洗系统进行清洗，更容易使粘附在反渗透膜上的污染物剥离下来，进而使得清洗效果更彻底。

  上述清理洗涤方法中，清洗液可以采用现有的反渗透膜清洗液。在一种优选的实施例中，上述清洗液包含酸性清洗液和碱性清洗液，优选地，酸性清洗液包括质量分数为0.1％～0.2％的盐酸和浓度为50～200ppm的缓蚀剂；碱性清洗液包括质量分数为0.1％～0.2％的氢氧化钠、1％～4％的三聚磷酸钠和0.5％～1％的edta钠盐。上述清洗液配合本申请的空化效果，能够使清洗效果更好。

  当上述离线反渗透膜清洗系统还包括乱流介质输入管线时，上述清洗方法还包括：将清洗液通入反渗透膜中进行清理洗涤时，同时向反渗透膜中通入乱流介质；优选地，乱流介质选自氮气、氢气、空气或惰性气体；优选地，乱流介质的压力为0.2～0.5mpa，乱流介质的流量为40～100l/min。采用乱流介质同时与清洗液进行清洗，能增加空化乱流效果。介质的压力和流量根据反渗透膜的面积大小和污染程度而定，在上述压力和流量范围内能够能够实现对绝大多数的反渗透膜的清洗。

  在利用本申请的上述反渗透膜清洗系统进行反渗透膜的清洗时，一种具体的操作步骤如下：

  1)安装反渗透膜，将待清洗的反渗透膜的顶面以及底面分别安装在上固定件和含有超声波装置的下固定件的密封件内，反渗透膜的底面与下固定件的顶面平行且紧密接触，反渗透膜的顶面与上固定件的底面平行且紧密接触。

  3)当自下而上清洗反渗透膜时，在清洗水泵的作用下，水流从清洗水箱经清洗水泵依次通过清洗过滤器、下冲洗阀和含有超声波装置的下固定件的下介质出入口管到达反渗透膜进行清洗，清洗过的污水由下而上到达上固定件，由上排液阀排出回到清洗水箱。

  4)开启空化作用，当反渗透膜充满清洗液后，启动下固定件中的超声波装置，使充满清洗液的反渗透膜内依靠超声波产生空化作用，将大部分污垢剥离膜表面。

  乱流介质可以是氮气、氢气、空气或惰性气体，不断加入的乱流介质与清洗液共同作用，不断地程控造成乱流，强化了冲洗过程的污染物排出效果，同时，乱流介质与清洗液连续产生无数激射水珠，大大加强了污染物从膜表面及膜夹层各个角落剥离、分散的效果，并加快打开了反渗透膜的流道，进一步加快了污染物的排出，从而大大提高了离线)当自上而下清洗反渗透膜时，水流自清洗过滤器分成两路，一路流入下冲洗阀，另一路流入上冲洗阀并经过上固定件的上冲洗管线到达反渗透膜进行清洗，清洗过的污水由上而下到达下固定件，由下排液阀排出回到清洗水箱。在此过程中，清洗液自上而下，通过清洗液的流动改变了自下而上的清洗液形成的流道，产生乱流作用。

  对自下而上不容易冲洗到的部分夹缝等藏污点，起到反向冲洗、剥离、排出作用，同时，由于流向自上而下，符合重力方向，更加有利于碎垢、粉尘等污染物的排出，强化了清理洗涤效果，达到了将污染物快速排出的目的。

  在一种最优选的实施例中，如图1和图2所示，提供了一种空化乱流法立式离线反渗透膜清洗系统，该系统包括清洗水箱、清洗水泵、清洗过滤器、上冲洗阀、下冲洗阀、上排液阀、下排液阀、含超声波装置的下固定件、反渗透膜、上固定件以及相应的管道，清洗水箱、清洗水泵和清洗过滤器依次连接，清洗过滤器上下对称的并联有上冲洗管线和下冲洗管线，上冲洗管线和下冲洗管线上分别设置有上冲洗阀和下冲洗阀，上固件件和含超声波装置的下固定件上分别设有上介质出入口和下介质出入口，上冲洗阀和上排液阀均与上固定件的上介质出入口串联，下冲洗阀和下排液阀均与含超声波装置的下固定件的下介质出入口串联，同时含超声波装置的下固定件上还设有乱流介质入口，并且上排液阀和下排液阀与总排液管连通，反渗透膜由上固定件和含超声波装置的下固定件固定。

  如图2所示，用于固定反渗透膜的固定元件中，上固定件的上固定壁上及下固定件的下固定壁上还设有密封件，密封件上设有法兰，上/下固定壁、密封件和法兰对齐放正后，使用紧固螺栓将其固定，上介质出入口焊接在上固定壁上的侧壁上，下介质出入口与乱流介质入口焊接在下固定壁上的侧壁上，密封件的脖颈处。

  本发明的整套系统可以根据需要，实现多支反渗透膜元件并列清洗，也可以实现多支并列成一组，然后再由多组并列，多组同时进行清洗，以提高清洗效率。清洗效率的进一步提高，得益于整套系统的自动化控制，通过自动化程序，控制水泵、下冲洗阀、上排放阀、上冲洗阀、下排液阀、乱流介质，实现清洗系统的自动化清洗，拆卸及安装反渗透膜除外。

  1)本申请采用空化乱流法立式离线反渗透膜清洗系统及其清洗方法，克服了现有离线反渗透膜清洗系统清理洗涤效果差、污染物难以剥离排出、清洗周期长、消耗药剂量大的缺点。

  2)本申请可以大大加强膜表面污染物的剥离及排出能力，加快反渗透膜清洗速度并且减少了药剂消耗量，采用立式的清洗系统由利于清洗过程中利用水流的方向和自然力的作用对膜进行更全面的清洗。

  3)本申请利用自下而上的清洗方法，在此过程中不断加入的乱流介质与清洗液共同作用，不断地程控造成乱流，强化了冲洗过程的污染物排出效果，同时乱流介质与清洗液连续产生无数激射水珠，大大加强了污染物从膜表面及膜夹层各个角落剥离、分散的效果，并加快打开了反渗透膜的流道，进一步加快了污染物的排出，从而大大提高了离线)本申请采用超声波产生的空化作用，将污垢等各种粘附在膜表面的污染物快速剥离下来，大大加快了污染物的剥离速度，成倍提高了清洗效率。

  5)本申请采用自上而下的清洗方法，在此过程中清洗液自上而下，通过清洗液的流动改变了自下而上的清洗液形成的流道，产生乱流作用，对自下而上不容易冲洗到的部分夹缝等藏污点，起到反向冲洗、剥离、排出作用，同时，由于流向自上而下，符合重力方向，更加有利于碎垢、粉尘等污染物的排出，强化了清理洗涤效果，达到了将污染物快速排出的目的。

  以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

  技术所有人：神华集团有限责任公司;中国节能减排有限公司;金瓷科技实业发展有限公司;河南膜洁环保技术有限公司

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