本发明属于过滤技术领域，特别是一种强化错流过滤的方法。
背景技术：
膜污染是指与膜接触的料液中的微粒、胶体粒子或溶解性物质由于与膜存在相互作用，而在膜面或膜孔内吸附、沉积以及微生物在膜水界面的积累，造成膜孔径变小或堵塞，膜的透过流量与分离。
错流过滤是一种有效的流体处理技术。错流过滤与普通的终端过滤不同，料液的流动方向不是垂直于而是平行于滤膜，故也称作平行过滤。它的目的是阻止生成滤饼，并控制浓差极化现象，使膜组件有较高的渗透通量和分离效能。低剪切过滤低剪切应力不足以把过滤介质表面上的沉积物冲扫干净，致使在过滤介质表面形成一层浓缩液。污垢是膜过滤技术中不可避免的一个方面，人们对其复杂性以及不同工艺参数(如进料性能、膜材料、组件等)的影响进行了大量研究。减轻或清楚污垢的主要方法：增强水动力、反冲洗、膜表面处理、添加化学试剂减缓颗粒沉淀、膜清洗。如lixin,xinpingl,jiongp,etal.comparisonofturbulencepromotergeometryonflowpatternfromviewpointoffieldsynergyprinciple[j].procediaenvironmentalences,2011,11(partc):1566-1573发表了一种借助方形棒柱促进器提高膜通量，它在不需要增加雷诺数的情况下，通过在层流状态中形成涡流，帮助减少膜表面的颗粒沉积，但结构不易调整，装拆不方便；jaffrinmy.dynamicshear-enhancedmembranefiltration:areviewofrotatingdisks,rotatingmembranesandvibratingsystems.[j].journalofmembraneence,2008,324(1-2):7-25发表了一种借助联轴器产生相同偏角的情况下传动板所产生扭转偏角,对过滤装置产生振动减缓污堵层形成速度，但装置结构复杂，成本高；raip,majumdargc,dasguptas,etal.fluxenhancementduringultrafiltrationofdepectinizedmosambi(citrussinensis[l]osbeck)juice[j].journaloffoodprocessengineering,2010,33(3):p.554-567发表了一种借助直径为0.19mm的细线促进扰流，产生的局部湍流能减少了凝胶层的厚度，有助于增强传质，以降低蛋白质和果胶污染的影响，但该装置装拆不便，难以调节尺寸。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种强化错流过滤的方法，产生脉冲流的方式增强滤透膜表面的剪切作用，减少固体微粒在滤透膜表面的粘附，减缓甚至消除污堵层的形成，以解决渗透液通量低，过滤介质清洗频繁、寿命短等弊病。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种强化错流过滤的方法，在过滤装置的入口处形成含有负压段的周期性振荡流，用于同时使过滤装置内的滤膜表面产生瞬时剪切力，使滤膜产生同期性振动，使流体在滤膜附近产生回流对滤膜进行反冲洗。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：
(1)本发明强化错流过滤的方法，在过滤装置的入口处形成含有负压段的周期性振荡流，用于同时使过滤装置内的滤膜表面产生瞬时剪切力，增强了对滤膜表面的冲刷效果；使滤膜产生同期性振动，压力扰动作用下滤膜可消除浓差极化的影响；使流体在滤膜附近产生回流对滤膜进行反冲洗每一个振荡周期会有一个负压段，流体在滤膜处短时间内产生回流。
(2)本发明强化错流过滤的方法，在过滤前端安装振荡器产生扰流，根据需求方便调整频率，装拆方便；脉冲式强化错流过滤技术方法可控范围广，通过改变压力可以改变频率，产生剪切力减缓污堵层，无需对整体装置进行改进就可快速适应不同级别过滤要求。
附图说明
图1为实例中过滤装置流程示意图。
图2为实例中负流阻振荡器示意图。
图3为负流阻振荡器结构图。
图4为实例中驱动压力500kpa下压力波动数据图。
图5为在同等操作情况下稳态流和振荡流膜通量数据图。
图6(a-c)分别为过滤前滤透膜、稳态流过滤19min滤膜堵塞、脉冲流过滤19min滤膜堵塞sem图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
一种强化错流过滤的方法，在过滤装置的入口处设置负流阻振荡器，形成含有负压段的周期性振荡流，用于同时使过滤装置内的滤膜表面产生瞬时剪切力，使滤膜产生同期性振动，使流体在滤膜附近产生回流对滤膜进行反冲洗。
在周期性振荡流作用下，滤膜表面产生较大的瞬时剪切力，增强了对滤膜表面的冲刷效果；同时周期性振荡流作用下，对流场产生压力扰动，使得滤膜同期性振动，可消除滤膜表面浓差极化的影响；同时每一个周期性振荡流都存在一个负压段，流体在滤膜处短时间内产生回流，起到反冲洗效果。
用于产生含有负压段的周期性振荡流的负流阻振荡器，包括上盖板7、下盖板12、弹性构件8；所述上盖板7上设有流体入口9，下盖板上设有与流体入口9正对的流体出口16；上下盖板之间设有一级腔室10和二级腔室11，弹性构件8设置在一级腔室10内，可在两个腔室内弹性变形；弹性构件8为星形结构，弹性构件8外圆半径r1与一级腔室10内壁直径间隙配合，二级腔室11半径r2大于弹性构件8内圆半径r3同时小于弹性构件8外圆半径r1。流体流入过程中，弹性构件8的一级腔室10和二级腔室11表面产生压力差，导致弹性构件8向下游偏转。此时凹槽通道打开、压力差削减，弹性构件8偏转产生的弹性力，以及液体流入二级腔室11产生的升力推动弹性构件8恢复。当这个过程重复进行时，随着弹性构件8的周期性运动产生振荡，弹性能量的储存和释放。
结合图1，整个强化错流过滤的方法，可用于含有滤膜装置的过滤系统，该系统在原液桶3入口处通入气源，气源通过调压阀1调整压力，以控制原液的压力。原液桶3出口处设有通断阀2连通负流阻振荡器4，负流阻振荡器4连接在含有滤膜6的过滤装置5的入口处。负流阻振荡器4产生不同振幅及频率的振荡流，流场受到高剪切力快速流动；与此同时产生回流对流场进行干扰，增强错流过滤效率。
对于弹性构件8外圆半径r1、内圆半径r3、二级腔室11半径r2为确定的情况下，对于较小范围流量的变化，可通过调压阀1调整气源压力，调整过滤效果，例如对于30ml/min流量，压力在200kpa对于强化过滤有逐步提高。若要达到工业级应用(流量为1l/min)，则压力需达到600kpa方能产生足够的振荡剪切力对流场产生影响。当过滤流量为0～100ml/min时，所需驱动压力为0～200kpa；当过滤流量为100～500ml/min时，所需驱动压力为200～500kpa；当过滤流量为500～2000ml/min时，所需驱动压力为500～1000kpa。
当随着流量增加，单纯的增加压力，会使弹性构件8紧贴二级腔室11，无法弹性变形，因此需要改变负流阻振荡器尺寸参数，来增加过滤流量，包括通过调整二级腔室11深度，以及二级腔室11半径r2与弹性构件8内圆半径r3的差值进行调整，例如增加二级腔室11深度和减小二级腔室11半径r2与弹性构件8内圆半径r3的差值，使得弹性构件8继续产生含有负压段的周期性振荡流。其中改变负流阻振荡器尺寸参数，可通过增加二级腔室11深度进行过滤流量增加的小范围微调，通过减小二级腔室11半径r2与弹性构件8内圆半径r3的差值进行过滤流量增加的大范围粗调。
以过滤生物疫苗为例，其针对生物公司在过滤不同尺寸的高分子链所遇到的膜通量下降严重的问题所采用的技术方式。在过滤过程中传统的错流过滤对于浓度大的过滤介质，运行很短时间就需更换，而采用负流阻振荡器应用到过滤装置中，过滤效率大大提高。结合图4，在驱动压力500kpa，通过压力传感器采集负流阻振荡器产生的压力信号，可以看出在特定时间内会产生负压对滤膜表面产生瞬时反冲洗；产生的振动频率37.2hz，高剪切力对对滤膜附近流场扰动带起沉积颗粒，提高膜通量。结合图5，本发明的脉冲流的膜通量图与常规稳态流的膜通量图进行对比。在流速相等的情况下，带有回流的振荡流明显提高了膜通量。因此脉冲振荡流可以缓解污堵层，提高膜通量。结合图6(a-c)，脉冲流的膜截面sem图与稳态流的膜截面sem图进行对比。在经过19min过滤，稳态流的膜表面几乎被污染物覆盖，而脉冲流产生的振荡、反冲洗则明显减缓污堵层的形成。
1.一种强化错流过滤的方法，其特征在于，在过滤装置的入口处形成含有负压段的周期性振荡流，用于同时使过滤装置内的滤膜表面产生瞬时剪切力，使滤膜产生同期性振动，使流体在滤膜附近产生回流对滤膜进行反冲洗。
2.根据权利要求1所述的强化错流过滤的方法，其特征在于，通过调整流体压力，增加过滤流量。
3.根据权利要求1所述的强化错流过滤的方法，其特征在于，在过滤装置的入口处设置负流阻振荡器，通过改变负流阻振荡器尺寸参数，增加过滤流量，所述尺寸参数包括过滤装置下腔室深度、过滤装置下腔室直径与弹性构件内圆直径的差值。
4.根据权利要求3所述的强化错流过滤的方法，其特征在于，下腔室深度对于过滤流量的调整范围小于过滤装置下腔室直径与弹性构件内圆直径的差值的调整范围。
技术总结