一种旋转双向动态网膜过滤系统.pdf

本发明公开了一种旋转双向动态网膜过滤系统，包括：进料腔体、旋转网膜轮、旋转轴、出料腔体、第一隔片和第二隔片，旋转网膜轮设置于进料腔体与出料腔体之间，旋转网膜轮、进料腔体和出料腔体截面相同，旋转网膜轮M圆心处固定在旋转轴上，进料腔体被第一隔片分隔为2～4个功能区域，出料腔体被与第一隔片截面完全相同的第二隔片分隔为2～4个功能区域，旋转轴的两端分别连接有涡轮一和涡轮二，涡轮一和涡轮二的叶片扭转方向正好相反，此网膜过滤系统使网膜过滤性能随时得到恢复，故此网膜过滤系统可以实现长期不间歇连续工作，提高了设备利用率和工作效率，有效降低了生产成本。

权利要求书
1.  一种旋转双向动态网膜过滤系统，其特征在于，包括：进料腔体G1、旋转网 膜轮M、旋转轴Z、出料腔体G2、第一隔片B1和第二隔片B11，旋转网膜 轮M设置于进料腔体G1与出料腔体G2之间，旋转网膜轮M、进料腔体G1 和出料腔体G2截面相同，旋转网膜轮M圆心处固定在旋转轴Z上，进料腔 体G1被第一隔片B1分隔为2～4个功能区域，出料腔体G2被第二隔片B11 分隔为2～4个功能区域，旋转轴Z的两端分别连接有涡轮一W1和涡轮二 W2，进料腔体G1内设置有涡轮一W1，出料腔体G2内设置有涡轮二W2， 涡轮一W1和涡轮二W2的叶片扭转方向正好相反。

2.  根据权利要求1所述的旋转双向动态网膜过滤系统，其特征在于，所述旋转 网膜轮M包括第一轮架Ma、网膜Mb和第二轮架Mc，第一轮架Ma和第二 轮架Mc将网膜Mb紧密夹在中间成为一个整体，第一轮架Ma和第二轮架 Mc将网膜Mb间隔成独立的膜区，互不相通，第一隔片B1和第二隔片B11 在端口处隔条的宽度大于或等于网膜轮M上膜区的最宽尺寸，第一隔片B1 和第二隔片B11与旋转网膜轮M的所有轮辐条相互紧密相贴。

3.  根据权利要求2所述的旋转双向动态网膜过滤系统，其特征在于，所述进料 腔体G1被第一隔片B1分隔为进料区A1、第一漂洗区A2、第一出渣区A3 和第一反洗区A4四个功能区域，出料腔体G2被第二隔片B11分隔为出料区 A11、第二漂洗区A22、第二出渣区A33和第二反洗区A44四个功能区域， 进料区A1和出料区A11面积相同，第一漂洗区A2和第二漂洗区A22面积 相同，第一出渣区A3和第二出渣区A33面积相同，第一反洗区A4和第二 反洗区A44面积相同。

4.  根据权利要求1所述的旋转双向动态网膜过滤系统，其特征在于，所述进料 腔体G1被第一隔片B1分隔为进料区A1、第一漂洗区A2和第一反洗区A4 三个功能区域，或者分隔为进料区A1、第一出渣区A3和第一反洗区A4三 个功能区域，出料腔体G2被第二隔片B11分隔为出料区A11、第二漂洗区 A22、第二反洗区A44三个功能区域，或者分隔为出料区A11、第二出渣区 A33和第二反洗区A44三个功能区域，进料区A1和出料区A11面积相同， 第一漂洗区A2和第二漂洗区A22面积相同，第一出渣区A3和第二出渣区 A33面积相同，第一反洗区A4和第二反洗区A44面积相同。

5.  根据权利要求1所述的旋转双向动态网膜过滤系统，其特征在于，所述进料 腔体G1被第一隔片B1分隔为进料区A1和第一反洗区A4两个功能区域， 出料腔体G2被第二隔片B11分隔为出料区A11和第二反洗区A44两个功能 区域，进料区A1和出料区A11面积相同，第一反洗区A4和第二反洗区A44 面积相同。

6.  根据权利要求3或4或5所述的旋转双向动态网膜过滤系统，其特征在于， 所述第一漂洗区A2从进料腔体G1的侧面紧贴第一隔片B1附近设置开口作 为漂洗液进口P1；第一反洗区A4从进料腔体G1的侧面紧贴第一隔片B1附 近设置开口作为反洗液出口F2；第一出渣区A3紧贴第一隔片B1附近为设 置出渣口C1朝下用于出渣；第二漂洗区A22从出料腔体G2的侧面紧贴第二 隔片B11附近设置开口作为漂洗液出口P11，涡轮一W1固定在进料区A1 中；出料区A11从出料腔体G2的侧面紧贴第二隔片B11附近设置开口作为 滤液出口F11；第二出渣区A33紧贴第二隔片B11附近设置封闭式接口C11， 用于泵入压缩空气，出渣液透过旋转网膜轮M的另一面从出渣口C1出渣， 涡轮二W2固定在出料腔体G2的第二反洗区A44中。

7.  根据权利要求2所述的旋转双向动态网膜过滤系统，其特征在于，所述第一 轮架Ma和第二轮架Mc是带有辐条的硬质材料构成，两者材质、形状、尺 寸、等分大小完全相同。

8.  根据权利要求2所述的旋转双向动态网膜过滤系统，其特征在于，所述网膜 Mb材质是不同孔径大小的多孔烧结玻璃、陶瓷膜材料、不锈钢网、尼龙网、 纤维布、纸等各种过滤材料，或者是具双向通透能力的复合有机膜材料，或 者是将两张单向复合膜的过滤膜相对而贴紧而成的一张双向复合膜。

9.  根据权利要求1所述的旋转双向动态网膜过滤系统，其特征在于，所述第一 隔片B1和第二隔片B11之间设置有多个膜孔大小不同的旋转网膜轮M，旋 转网膜轮M依照料液流动方向以膜孔从大到小的顺序排列。

10.  根据权利要求1所述的旋转双向动态网膜过滤系统，其特征在于，所述旋转 网膜轮M的外缘或旋转轴Z的一端上设置有齿轮或皮带凹槽，用外置可调速电 机通过齿轮或皮带带动旋转网膜轮M或旋转轴Z旋转。

说明书一种旋转双向动态网膜过滤系统
技术领域：
本发明可以应用到固－液、液－液分离的几乎所有场合，包括矿业、石化、 化工、医药、食品、生物、能源、环保等多种产业技术领域，具体涉及一种旋转 双向动态网膜过滤系统。
背景技术：
径向流过滤属于等量或全量过滤，网膜面积利用率高，但存在容易积料堵 通道的弊端，需不断停机清洗恢复网膜通量，设备工作方式基本上是间歇式的操 作模式。
切向流过滤属于减量或比量过滤，网膜面积利用率低，且随着工作时间的 延长，网膜通量也会逐步降低，设备运行一段时间后也需要停机清洗恢复通量。 设备工作方式为主连续辅间歇的操作模式。
对于有不溶性固形物的过滤体系，无论是径向流过滤或切向流过滤，不溶 性固形物都无法及时出料，所以出料时需占用设备工作时间，设备工作效率大幅 降低。
不同于径向流过滤可以得到含水量较低的滤饼，切向流过滤会受到不溶性 固形物浓度的限制，视物料不同一般有20～30％的浓度高限限制，超过此限设 备基本无法正常运行，这一部分的残余物中含有的可溶性固形物无法回收会有不 同程度的损失，而且单独处理此部分的设备投入、运行成本和环保压力都不低。 这部分物料一般也是工业废水的主要污染物来源。
无论径向流过滤还是切向流过滤，只能进行简单的固－液分离或分离不同 分子量大小的可溶性固形物物料，都无法同时分离不同粒度的固形物物料，故需 要对这种物料作进一步处理。
针对以上不足，本发明提出了一种旋转式双向流动态网膜系统，将原本一 个通道的进料管分成2～4个功能区域，利用进料流体流动压力推动涡轮叶片旋 转带动与其连接的网膜一起转动，使网膜的不同区域同时分别处于过滤、漂洗、 出料和反洗状态，从而有效利用网膜的使用面积，动态的将网膜的工作状态保持 最佳，提高产品回收率和设备效率，降低生产成本，实现废水零排放的环保最高 目标。
发明内容：
本发明的目的在于：克服了传统膜系统的过滤－出渣－清洗不能同时进行的 弊端，提供一种旋转双向动态网膜过滤系统,将原本一个通道的进料管分成2～4 个功能区域，使网膜过滤性能随时得到恢复，故此网膜过滤系统可以实现长期不 间歇连续工作，提高了设备利用率和工作效率，有效降低了生产成本。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种旋转双向动态网膜过滤 系统，包括：进料腔体、旋转网膜轮、旋转轴、出料腔体、第一隔片和第二隔片， 旋转网膜轮设置于进料腔体与出料腔体之间，旋转网膜轮、进料腔体和出料腔体 截面相同，旋转网膜轮圆心处固定在旋转轴上，进料腔体被第一隔片分隔为2～4 个功能区域，出料腔体被第二隔片分隔为2～4个功能区域，旋转轴的两端分别连 接有涡轮一和涡轮二，进料腔体内设置有涡轮一，出料腔体内设置有涡轮二，涡 轮一和涡轮二的叶片扭转方向正好相反。
上述旋转网膜轮包括第一轮架、网膜和第二轮架，第一轮架和第二轮架将 网膜紧密夹在中间成为一个整体，第一轮架和第二轮架将网膜间隔成独立的膜 区，互不相通，第一隔片和第二隔片在端口处隔条的宽度大于或等于网膜轮上膜 区的最宽尺寸，第一隔片和第二隔片与旋转网膜轮的所有轮辐条相互紧密相贴。
上述进料腔体被第一隔片分隔为进料区、第一漂洗区、第一出渣区和第一反 洗区四个功能区域，出料腔体被第二隔片分隔为出料区、第二漂洗区、第二出渣 区和第二反洗区四个功能区域，进料区和出料区面积相同，第一漂洗区和第二漂 洗区面积相同，第一出渣区和第二出渣区面积相同，第一反洗区和第二反洗区面 积相同。
上述进料腔体被第一隔片分隔为进料区、第一漂洗区和第一反洗区三个功能 区域，或者分隔为进料区、第一出渣区和第一反洗区三个功能区域，出料腔体被 第二隔片分隔为出料区、第二漂洗区、第二反洗区三个功能区域，或者分隔为出 料区、第二出渣区和第二反洗区三个功能区域，进料区和出料区面积相同，第一 漂洗区和第二漂洗区面积相同，第一出渣区和第二出渣区面积相同，第一反洗区 和第二反洗区面积相同。
上述进料腔体被第一隔片分隔为进料区和第一反洗区两个功能区域，出料腔 体被第二隔片分隔为出料区和第二反洗区两个功能区域，进料区和出料区面积相 同，第一反洗区和第二反洗区面积相同。
上述第一漂洗区从进料腔体的侧面紧贴第一隔片附近设置开口作为漂洗液 进口；第一反洗区从进料腔体的侧面紧贴第一隔片附近设置开口作为反洗液出 口；第一出渣区紧贴第一隔片附近为设置出渣口朝下用于出渣；第二漂洗区从出 料腔体的侧面紧贴第二隔片附近设置开口作为漂洗液出口，涡轮一固定在进料区 中；出料区从出料腔体的侧面紧贴第二隔片附近设置开口作为滤液出口；第二出 渣区紧贴第二隔片附近设置封闭式接口，用于泵入压缩空气，出渣液透过旋转网 膜轮的另一面从出渣口出渣，涡轮二固定在出料腔体的第二反洗区中。
上述第一轮架和第二轮架是带有辐条的硬质材料构成，两者材质、形状、尺 寸、等分大小完全相同。
上述网膜材质是不同孔径大小的多孔烧结玻璃、陶瓷膜材料、不锈钢网、尼 龙网、纤维布、纸等各种过滤材料，或者是具双向通透能力的复合有机膜材料， 或者是将两张单向复合膜的过滤膜相对而贴紧而成的一张双向复合膜。
上述第一隔片和第二隔片之间设置有多个膜孔大小不同的旋转网膜轮，旋转 网膜轮依照料液方向以膜孔从大到小的顺序排列。
上述旋转网膜轮的外缘或旋转轴的一端上设置有齿轮或皮带凹槽，用外置可 调速电机通过齿轮或皮带带动旋转网膜轮或旋转轴旋转。
相对于现有技术，本发明具有以下优点：
1、由于网膜过滤系统的核心部件旋转网膜轮始终处于过滤－漂洗－出渣－ 反洗的动态工作状态中，网膜过滤性能随时得到恢复，故此网膜过滤系统可以实 现长期不间歇连续工作，避免了传统膜系统的过滤－出渣－清洗不能同时进行的 弊端，提高了设备利用率和工作效率，有效降低了生产成本。
2、在实现了出渣可以随过滤过程同时进行的工艺目标，既避免了径向流过 滤的堵膜效应，也解决切向流过滤的滤渣反复循环弊端，提高了设备效率，对于 滤渣本身是产品的情形，可以使产品及时出料，避免反复循环对产品造成的损伤 或损失，缩短产品停留时间，有利于提高产品质量。
3、由于除了出渣部分对外开放，液体部分均在密闭状态中进行，对产品安 全要求高的场合，或需对产品进行隔氧保护的场合，本系统可以发挥巨大优势。
4、第一隔片和第二隔片之间设置有多个膜孔大小不同的旋转网膜轮，旋转 网膜轮依照料液方向以膜孔从大到小的顺序排列，可实现对于有多种不同粒度产 品的物料，在过滤同时分别出料，颠覆了传统过滤不能同时获得多种产品的模式， 是过滤行业的革命性突破。
5、由于利用了流体本身的压力带动旋转网膜转动，加上过滤时间的缩短， 可以大幅提高生产效率，节约能耗，实现工艺废物零排放，对环境保护产业来说 也是新的福音。
附图说明
图1是本发明具有4个功能区域的结构示意图。
图2是本发明中旋转网膜轮的结构示意图。
图3是本发明功能区域带有进出口的结构示意图。
图4是本发明具有2个或3个功能区域的结构示意图。
图5是本发明具有多个网膜轮的结构示意图。
图6是本发明外置动力的结构示意图。
图中，G1、进料腔体；G2、出料腔体；M、旋转网膜轮；Z、旋转轴；W1、 涡轮一；W2、涡轮二；B1、第一十字形隔片；B11、第二十字形隔片；A1、进 料区；A2、第一漂洗区、A3第一出渣区；A4、第一反洗区；A11、出料区；A22、 第二漂洗区、A33第二出渣区；A44、第二反洗区；Ma、第一轮架；Mb、网膜； Mc、第二轮架；P1、漂洗液进口；C1、出渣口；P11、漂洗液出口；F1、滤液 入口；F11、滤液出口；F22、反洗液入口；F2、反洗液出口；C11、封闭式接口。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示：进料腔体G1由十字型第一隔片B1及其延伸部分，将进料腔体 G1区分隔成进料区A1、第一漂洗区A2、第一出渣区A3和第一反洗区A4四个区 域，对应在旋转网膜轮M的另一边由与十字型第一隔片B1截面完全相同的十字 型第二隔片B11将出料腔体G2分隔成的出料区A11、第二漂洗区A22、第二出渣 区A33和第二反洗区A44，从面积来看，A1＝A11，A2＝A22，A3＝A33，A4＝A44。而 A1(A11)与A2(A22)、A3(A33)、A4(A44)各区域相互之间面积可以相等也 可以不等，以满足工艺或料液性质不同要求为原则。
如图2中所示，旋转网膜轮M分别由第一轮架Ma、网膜Mb和第二轮架Mc 组合而成，第一轮架Ma和第二轮架Mc是带有辐条的硬质材料构成，两者材质、 形状、尺寸、等分大小完全一样。网膜Mb材质可以是不同孔径大小的多孔烧结 玻璃、陶瓷膜材料、不锈钢网、尼龙网、纤维布、纸等各种过滤材料，也可以是 具双向通透能力的复合有机膜材料，或者将两张单向复合膜的过滤膜相对而贴紧 作为一张双向复合膜使用。第一轮架Ma和第二轮架Mc辐条对齐后将网膜Mb紧 密夹在中间成为一个整体，并由第一轮架Ma和第二轮架Mc的辐条将网膜Mb间 隔成独立的膜区，互不相通，如图1中的膜区M1、M2等。旋转网膜轮M在圆心 处固定在旋转轴Z上，旋转轴Z的两端分别连接有涡轮一W1和涡轮二W2，涡轮 一W1和涡轮二W2的叶片扭转方向正好相反。
如图3所示，进料腔体G1的进料区A1占据腔体的主要部分，涡轮一W1也 处于此区域中，第一漂洗区A2由第一隔片B1隔成的小区域从进料腔体G1的侧 面开口紧贴第一隔片B1附近作为漂洗液进口P1。第一反洗区A4也由第一隔片 B1隔成的小区域从进料腔体G1的侧面开口紧贴第一隔片B1附近作为反洗液出 口F2。第一出渣区A3紧贴第一隔片B1附近为出渣口C1朝下用于出渣；而相对 应的出料腔体G2的第二反洗区A44占据出料腔体G2的主要部分，涡轮二W2也 处于此区域中。第二漂洗区A22由第二隔片B11隔成的小区域从出料腔体G2的 侧面开口紧贴第二隔片B11附近作为漂洗液出口P11，出料区A11也由第二隔片 B11隔成的小区域从出料腔体G2的侧面开口紧贴第二隔片B11附近作为滤液出 口F22；第二出渣区A33也紧贴第二隔片B11附近为封闭式接口C11用于泵入压 缩空气，出渣液透过旋转网膜轮M的另一面第一出渣区A3出渣口C1出渣。
第一隔片B1和第二隔片B11所隔出的对应区域大小相等，第一隔片B1和 第二隔片B11在端口处隔条的宽度应不低于旋转网膜轮M上膜区M1的最宽尺寸， 以避免各膜区的短路或串流；在组合时，第一隔片B1和第二隔片B11与旋转网 膜轮M的所有轮幅条相互紧密相贴不能有任何缝隙，当旋转网膜轮M随涡轮一 W1和涡轮二W2转动时，被第一隔片B1和第二隔片B11所隔成的几个区域相互 也不会有任何短路或串流。
当系统工作时，滤浆由如图1中滤液入口F1所示方向泵入，带动涡轮一W1 以逆时针方向旋转从而带动旋转网膜轮M也按逆时针方向转动，滤浆从进料区 A1滤过网膜Mb后的滤液由出料区A11区经滤液出口F11流出。随着旋转网膜轮 M转动进入第一漂洗区A2时，被网膜Mb阻挡的滤渣由漂洗液进口P1泵入的漂 洗液洗涤，漂洗液带着洗下的少量可溶性固形物从漂洗液出口P11流出，漂洗流 出液可并入前述料液管也可单独处理。在旋转网膜轮M转动到第一出渣区A3时， 从封闭式接口C11泵入的压缩空气或出料液从反向将被旋转网膜轮M阻挡的滤渣 从旋转网膜轮M上吹出或冲出，而从出渣口C1落入承接容器中另行处理；当旋 转网膜轮M转动到第一反洗区A4时，从出料腔体G2主腔以反洗液入口F22泵入 的反洗液从旋转网膜轮M的反面对可能造成旋转网膜轮M堵塞的残渣进行反向冲 洗以恢复旋转网膜轮M的过滤能力并进入下一个过滤循环。反洗液从反洗液出口 F2回到收集容器中，反洗液可以是料液滤过清液，也可以是其他来源的反洗液。
由于涡轮二W2的叶片旋转方向与涡轮一W1相反，当反洗液从反洗液入口 F22方向流入时，带动涡轮二W2的旋转方向会与涡轮一W1的旋转方向相同，从 而共同带动旋转网膜轮M的旋转。同时，根据滤浆不同或工艺的需要，旋转网膜 轮M的旋转速度可由调整涡轮一W1和涡轮二W2叶片正对滤浆和反洗液流入方向 的旋转夹角来调节。
如图4所示，同样根据料液不同或工艺的需要，可以将第一隔片B1和第二 个隔片B11分成三区或两区，当分成三区时，各工作区分别为过滤区－漂洗区－ 反洗区，或过滤区－出渣区－反洗区；当只有两区时，工作区分别只有过滤区－ 反洗区。
如图5所示，更进一步，旋转网膜轮M可以根据膜孔大小，依照料液方向以 从大到小的顺序增加不同数量的网膜Mb以过滤不同粒度的固形物并在各自的 出渣区同时出料，此时每个出渣区都有独立的压缩空气进口和出渣口。
如图6所示，对于不溶性固形物含量不高，旋转网膜轮M的转速不用太大 的情形，除可以减小涡轮一W1和涡轮二W2的叶片与旋转轴Z的夹角外，也可在 旋转网膜轮M的外缘或者旋转轴Z另一端上增加齿轮或皮带凹槽，用外置可调速 电机通过齿轮和皮带带动旋转以取代涡轮。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能 认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应 当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。