專利名稱：用來(lái)清洗濾膜的程序的制作方法
專利說(shuō)明用來(lái)清洗濾膜的程序 本發(fā)明涉及清洗用于廢水處理的濾膜。
由于干旱地區(qū)缺水和在不久的將來(lái)較嚴(yán)厲的立法，為了重復(fù)使用或提高流出物質(zhì)量，薄膜過(guò)濾在先進(jìn)的廢水處理中的應(yīng)用正在增加。大量的全尺寸成套設(shè)備已經(jīng)在全球運(yùn)行了好幾年。
在操作期間，濾膜淤塞問(wèn)題正變得更嚴(yán)峻。這些問(wèn)題不僅出現(xiàn)在廢水處理廠流出物的過(guò)濾中而且出現(xiàn)在像地表水處理這樣的其它薄膜過(guò)濾應(yīng)用中。然而，實(shí)用的水力和化學(xué)清洗方法往往不夠有效，而且往往以實(shí)際經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)。
為了最大限度地恢復(fù)流量在將清洗策略應(yīng)用于有機(jī)淤塞的濾膜方面已經(jīng)研究過(guò)許多方法。為了調(diào)查不可逆的淤塞，已經(jīng)借助經(jīng)常使用的短期過(guò)濾測(cè)試和偶爾使用的中試規(guī)模觀察研究不同的化學(xué)藥品(例如，NaOH、NaOCl、HCl、檸檬酸和陰離子型表面活性劑)的效力。然而，關(guān)于以廢水處理廠流出污物的物理化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)清除不可逆的淤塞的清洗策略的更機(jī)理性的研究是相對(duì)稀有的。
特定的清洗劑提供有關(guān)污物的性質(zhì)和物化特性的信息。提供有關(guān)污物和濾膜材料之間的接壤類型的信息的污物和濾膜材料之間的相互作用由于使用清洗劑被擾亂或破壞。
在目前的技術(shù)狀態(tài)，濾膜要么是水力清理要么是化學(xué)清理。水力清理可以用水或水和空氣的組合來(lái)完成?；瘜W(xué)清理可以用多種清洗化學(xué)品進(jìn)行。
化學(xué)清理包括一些必須按特定的次序完成的步驟。首先，提供逆流沖洗(BF)或順流沖洗(FF)以除去可逆的淤塞?；瘜W(xué)清洗溶液可以通過(guò)BF或FF引到濾膜表面。然后，往往將濾膜浸泡特定的時(shí)間。為了引進(jìn)機(jī)械能，可以沿著濾膜表面泵送清洗溶液。最后一個(gè)步驟是用滲透物、自來(lái)水或超純水沖洗濾膜。
一般地說(shuō)，就化學(xué)清洗而言，要提到四個(gè)方面接觸時(shí)間、化學(xué)反應(yīng)、溫度和機(jī)械能。這些參數(shù)可以改變，取決于存在的淤塞和清洗劑。溫度對(duì)化學(xué)清洗的影響可能呈指數(shù)關(guān)系。大多數(shù)化學(xué)清洗是在30℃和50℃之間完成的，取決于濾膜組件的局限性。
本發(fā)明的目的是提供用來(lái)清洗供過(guò)濾廢水處理廠流出物使用的濾膜的程序，以便減少或消除濾膜的淤塞。本發(fā)明的另一個(gè)目的是這樣清洗濾膜，以便本質(zhì)上達(dá)到它開始的清水流量。
依照本發(fā)明，上述的和其它的目的是借助用來(lái)清洗濾膜的程序?qū)崿F(xiàn)的，該濾膜是供過(guò)濾廢水處理廠流出物使用的，其中所述程序包括至少一個(gè)使用酶清洗溶液的酶清洗步驟。
酶清洗步驟能有利地減少或清除在廢水處理廠流出物的超濾期間引起的并且有可能是由作為胞外聚合物質(zhì)的主要成份之一的蛋白質(zhì)的吸附作用引起的不可逆的淤塞。因此，以酶清洗溶液為基礎(chǔ)的新的酶清洗規(guī)程被本發(fā)明應(yīng)用。
依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，所述清洗步驟是用溫度從10℃到50℃，尤其是從25℃到30℃的酶清洗溶液完成的。
依照本發(fā)明的程序可以包括在酶清洗步驟之前或之后或兩者用水沖洗濾膜。用來(lái)沖洗的水可以是，舉例來(lái)說(shuō)，自來(lái)水或廢水處理廠中濾膜的滲透物。此外，酶清洗溶液可以在循環(huán)時(shí)間里越過(guò)濾膜循環(huán)。循環(huán)時(shí)間優(yōu)選從10分鐘至1.5小時(shí)，尤其是1小時(shí)。
此外，濾膜可以在浸泡時(shí)間里用酶清洗溶液浸泡，浸泡時(shí)間優(yōu)選從12小時(shí)到48小時(shí)，尤其是24小時(shí)。
依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，酶清洗步驟包括下述步驟 A)用清洗液體(優(yōu)選用滲透物)順流沖洗濾膜， B)酶清洗溶液越過(guò)濾膜循環(huán)1小時(shí)， C)用酶清洗溶液的濾膜浸泡24小時(shí)， D)酶清洗溶液越過(guò)濾膜循環(huán)1小時(shí)，以及 E)用水沖洗濾膜3。
能用本發(fā)明的程序清理的濾膜可以是，舉例來(lái)說(shuō)，超濾濾膜、微孔濾膜、納米濾膜或反滲透濾膜。
依照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，酶清洗溶液包含來(lái)自內(nèi)源型或外源型 依照本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，酶清洗溶液包含蛋白酶。
用于本發(fā)明的程序的酶清洗溶液優(yōu)選包含濃度從0.0125％到0.1％的酶。優(yōu)選，酶清洗溶液有從8.5到10的pH值. 此外，本發(fā)明的濾膜清洗程序可以包含使用酸性清洗溶液清洗濾膜的酸清洗步驟。所述酸清洗步驟可以在酶清洗步驟之前，在酶清洗步驟之后或在酶清洗步驟之前和之后應(yīng)用。優(yōu)選，適度的酸性預(yù)清洗步驟在應(yīng)用酶清洗規(guī)程之前應(yīng)用。
酸性清洗溶液可以包含至少一種酸和至少一種補(bǔ)充清洗劑。那至少一種補(bǔ)充清洗劑可以選自表面活性劑、螯合劑和多價(jià)螯合劑。
依照本申請(qǐng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，酸性清洗溶液有小于3的pH值 此外，本發(fā)明的濾膜清洗程序可以包括使用堿性清洗溶液清洗濾膜的堿清洗步驟。
堿性清洗溶液可以包含至少一種堿和至少一種補(bǔ)充清洗劑。那至少一種補(bǔ)充清洗劑可以選自表面活性劑、螯合劑和多價(jià)螯合劑。
依照本申請(qǐng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，堿性清洗溶液有大于9，優(yōu)選從9.3到12.5的pH值。
在依照本發(fā)明的程序中，不同的清洗步驟可以連續(xù)地實(shí)施。不同的清洗步驟優(yōu)選以相間在數(shù)天或數(shù)周范圍內(nèi)的時(shí)間間隔完成。不同的清洗步驟也可以相繼地完成，其間不需要相當(dāng)大的時(shí)間間隔。
本發(fā)明是用附圖舉例說(shuō)明的，其中

圖1展示能使用依照本發(fā)明的程序清理濾膜的試驗(yàn)廠的配置的示意圖。
依照?qǐng)D1，廢水處理廠流出物1被引向篩網(wǎng)2，從那里它可以被直接地傳送到微孔過(guò)濾裝置3或者先傳送到多媒體過(guò)濾器4和然后傳送到微孔過(guò)濾裝置3。經(jīng)微孔過(guò)濾裝置3微孔過(guò)濾的液體進(jìn)入超濾裝置5。微孔過(guò)濾裝置3和超濾裝置5的濾膜6和7出現(xiàn)淤塞，它們的潔凈水流量減少。為了使這些濾膜的潔凈水流量恢復(fù)到100％，可以將本發(fā)明的程序應(yīng)用于這些濾膜。
圖1所示的配置被用于試驗(yàn)依照本發(fā)明的程序。
多媒體過(guò)濾器4包含一層無(wú)煙煤和一層沙子而且是以在1.73米的過(guò)濾床上方固定的水位操作的。凝結(jié)劑可能是在線地按劑量提供給補(bǔ)給水管道的而且是先在靜態(tài)混合器中與補(bǔ)給水混合，然后進(jìn)入該過(guò)濾器。絮凝發(fā)生在過(guò)濾床之上和之中。
微孔過(guò)濾裝置3包含提供45平方米濾膜表面積的三個(gè)組件。濾膜的微孔尺寸是0.2微米。該裝置是以恒定不變的流量工作的，該流量在50和105升/平方米-小時(shí)之間變化，而且在15分鐘的生產(chǎn)間隔之后有一次回沖?；瘜W(xué)清理是每周進(jìn)行一次或兩次，取決于過(guò)濾阻力。
超濾裝置5包含毛細(xì)管直徑為0.8毫米、微孔尺寸為0.02微米的X-流濾膜。裝置能力是10立方米/小時(shí)并且配備了兩個(gè)8英寸組件，每個(gè)組件有1.5米的長(zhǎng)度，提供70平方米的濾膜面積。該裝置是以恒定不變的流量工作的。凝結(jié)劑可能是按劑量在線地提供給補(bǔ)給水的。
實(shí)施例1 在廢水處理廠的中試調(diào)查期間，完成了一些清洗實(shí)驗(yàn)。首先，為了調(diào)查酶蛋白酶的效力，指出作為淤塞機(jī)制的蛋白質(zhì)吸附，將采用蛋白酶的酶清洗與其基本的堿性清洗相比較。所采用的清洗溶液和方案列在表1中。清洗的效果是通過(guò)測(cè)量清洗之前和之后的潔凈水流量(CWF)確定的。這些清洗實(shí)驗(yàn)進(jìn)行兩次。在第一廢水處理廠，這些實(shí)驗(yàn)是在運(yùn)行8個(gè)月之后進(jìn)行的，而在第二廢水處理廠，這些實(shí)驗(yàn)是在中試調(diào)查周期開始時(shí)進(jìn)行的。
表1酶清洗和基本堿清洗的清洗方案 為了在不同的廢水處理廠繼續(xù)研究，在中試調(diào)查結(jié)束時(shí)清洗這些濾膜。所以，酶清洗采用蛋白酶的條件下連續(xù)地應(yīng)用不同的清洗方法。所用的清洗方法列在表2中。
表2所用清洗方法的描述 1)FF＝順流沖洗；2)BF＝逆流沖洗 為了測(cè)量廢水處理廠流出物中的蛋白質(zhì)，已將Rosenberger的方法做了修改。這種方法以Lowry的方法為基礎(chǔ)。所形成顏色的吸收是在750nm下用光譜儀Milton Roy spectromic 401在4cm玻璃試管中測(cè)量的。蛋白質(zhì)的數(shù)量用毫克/升表示。
第一組酶和基本堿清洗實(shí)驗(yàn)的結(jié)果按時(shí)間次序呈現(xiàn)在表3中。潔凈水流量(CWF)被標(biāo)準(zhǔn)化到20℃。新濾膜組件的CWF是由制造商給定的在20℃下介于400和500升/平方米/小時(shí)/條之間。
表3酶清洗方法和基本堿性清洗方法的結(jié)果 結(jié)果清楚地表明在依照本發(fā)明應(yīng)用新的酶清洗方案之后，CWF回到新濾膜組件的初始CWF。在第一廢水處理廠，酶清洗的效果比基本堿性清洗方法顯著。事實(shí)上，基本堿性清洗的效果隨著時(shí)間推移逐漸減少。這表明蛋白質(zhì)吸附是作為淤塞機(jī)制發(fā)生的。在第二廢水處理廠，酶清洗之后的CWF呈現(xiàn)與基本堿清洗之后類似的結(jié)果。雖然酶清洗的效果似乎大于基本堿清洗，但是兩種清洗方法的應(yīng)用都導(dǎo)致CWF的100％恢復(fù)。
在圖2和圖3中，這些清洗實(shí)驗(yàn)以及分別在第一廢水處理廠和第二廢水處理廠清洗之后濾膜淤塞的結(jié)果是作為在20℃標(biāo)準(zhǔn)化的潔凈水流量(CWF)隨時(shí)間變化呈現(xiàn)的。CWF在微孔濾出液的超濾開始之后快速下降，尤其是當(dāng)CWF的初始值大于400升/平方米/小時(shí)/條的時(shí)候。在第一廢水處理廠，CWF在大約1天里從大約440升/平方米/小時(shí)/條下降到220升/平方米/小時(shí)/條，并且在大約3天里進(jìn)一步下降到大約150升/平方米/小時(shí)/條。在第二廢水處理廠，CWF在大約1天里從大約430升/平方米/小時(shí)/條下降到305升/平方米/小時(shí)/條并且在大約3天中進(jìn)一步下降到大約260升/平方米/小時(shí)/條。在第一廢水處理廠，在微孔濾出液超濾1天之后CWF下降是大約50％，而在第二廢水處理廠，是大約30％，這個(gè)數(shù)字在40％以下。在過(guò)濾大約3天之后CWF在第一廢水處理廠穩(wěn)定在160升/平方米/小時(shí)/條，然而在第二廢水處理廠發(fā)現(xiàn)這個(gè)值在大約260升/平方米/小時(shí)/條。換句話說(shuō)，超濾濾膜的有機(jī)大分子淤塞在第一廢水處理廠比在第二廢水處理廠嚴(yán)重。

圖2在第一廢水處理廠借助微孔濾出液的超濾清理和淤塞的濾膜的CWF測(cè)量結(jié)果
圖3在第二廢水處理廠借助微孔濾出液的超濾清理和淤塞的濾膜的CWF測(cè)量結(jié)果 這些結(jié)果表明在應(yīng)用酶清洗方案之后潔凈水流量相對(duì)于濾膜組件本身的初始潔凈水流量100％的恢復(fù)。采用這個(gè)方案，在低溫(25-30℃)下有可能進(jìn)行酶法清洗，并因此可適用于低溫流體阻力濾膜。
如果金屬絡(luò)合物在過(guò)濾(經(jīng)過(guò)預(yù)先過(guò)濾的)廢水處理廠流出物期間形成，建議在酶清洗之前應(yīng)用酸清洗。
權(quán)利要求
1.一種用來(lái)清洗濾膜的程序，所述濾膜被用于廢水處理廠流出物的過(guò)濾，其中所述程序包括至少一個(gè)使用酶清洗溶液的酶清洗步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的程序，其中所述清洗步驟是用溫度從10℃到50℃的酶清洗溶液完成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的程序，包括在酶清洗步驟之前或之后用水沖洗所述濾膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3之中任何一項(xiàng)的程序，其中酶清洗溶液在循環(huán)時(shí)間里越過(guò)所述濾膜循環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的程序，其中所述循環(huán)時(shí)間從10分鐘到1.5小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5之中任何一項(xiàng)的程序，其中濾膜在浸泡時(shí)間里用所述酶清洗溶液浸泡。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的程序，其中浸泡時(shí)間從12小時(shí)到48小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7之中任何一項(xiàng)的程序，其中酶清洗步驟包括下述步驟
F)用清洗液體順流沖洗所述濾膜，
G)讓所述酶清洗溶液越過(guò)所述濾膜循環(huán)1小時(shí)，
H)用所述酶清洗溶液將所述濾膜浸泡24小時(shí)，
I)讓所述酶清洗溶液越過(guò)所述濾膜循環(huán)1小時(shí)，以及
J)用水沖洗所述濾膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8之中任何一項(xiàng)的程序，其中濾膜是超濾膜、微孔濾膜、納米濾膜或反滲透膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到9之中任何一項(xiàng)的程序，使用包含蛋白酶的酶清洗溶液。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10之中任何一項(xiàng)的程序，其中酶清洗溶液包含來(lái)自內(nèi)源型或外源型或兩者混合型的蛋白水解酶。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到11之中任何一項(xiàng)的程序，其中酶清洗溶液包含濃度從0.0125％到0.1％的酶。
13.根據(jù)權(quán)利要求1到12之中任何一項(xiàng)的程序，其中酶清洗溶液有從8.5到10的pH值。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到13之中任何一項(xiàng)的程序，包括使用酸性清洗溶液清洗所述濾膜的酸清洗步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的程序，其中酸清洗步驟是在酶清洗步驟之前應(yīng)用的。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15之中任何一項(xiàng)的程序，其中酸性清洗溶液包含至少一種酸和至少一種補(bǔ)充清洗劑。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所要求的程序，其中至少一種補(bǔ)充清洗劑選自表面活性劑、螯合劑和多價(jià)螯合劑。
18.根據(jù)權(quán)利要求14到17之中任何一項(xiàng)的程序，其中酸性清洗溶液具有小于3的pH值。
19.根據(jù)權(quán)利要求1到18之中任何一項(xiàng)的程序，包括使用堿性清洗溶液清洗所述濾膜的堿清洗步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的程序，其中堿性清洗溶液包含至少一種堿和至少一種補(bǔ)充清洗劑。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所要求的程序，其中至少一種補(bǔ)充清洗劑選自表面活性劑、螯合劑和多價(jià)螯合劑。
22.根據(jù)權(quán)利要求19到21之中任何一項(xiàng)的程序，其中堿性清洗溶液有從9.3到12.5的pH值。
23.根據(jù)權(quán)利要求1到22之中任何一項(xiàng)的程序，其中不同的清洗步驟是連續(xù)地完成的。
24.根據(jù)權(quán)利要求1到22之中任何一項(xiàng)的程序，其中不同的清洗步驟是以相間在數(shù)天或數(shù)周范圍內(nèi)的時(shí)間間隔完成的。
全文摘要
本發(fā)明涉及用來(lái)清洗濾膜的程序，所述濾膜用于廢水處理廠流出物的過(guò)濾，其中所述程序包括至少一個(gè)使用酶清洗溶液的酶清洗步驟。
文檔編號(hào)B01D65/02GK101098747SQ200580046027
公開日2008年1月2日 申請(qǐng)日期2005年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月16日
發(fā)明者桑蒂·特波樂(lè), 杰艾普·范德格夫, 威爾伯特·曼克維羅德, 杰羅恩·布姆, 馬塞爾·杜撒莫斯, 阿簡(jiǎn)·若艾曼, 保羅·艾比瑞斯特 申請(qǐng)人:約翰遜迪瓦西公司