專利名稱：改進的膜系統(tǒng)反洗能效的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及膜過濾系統(tǒng)，特別是這種系統(tǒng)中使用的膜的改進的清洗方法和裝置。
背景技術(shù)：
膜清洗是任何正在進行的膜過濾過程成功的關(guān)鍵步驟。如果未定期清洗，膜將被 雜質(zhì)阻塞并且效率下降直到最終變得無法工作。已經(jīng)建議和公開了不同的物理清洗膜的方 法。一些典型方法的摘要信息描述如下1、用氣泡洗滌膜。該方法由Yamamoto等首次公開(Water Science Technology, 卷2，第43- 頁；1989)，并且已經(jīng)廣泛用于低壓過濾過程。氣泡產(chǎn)生的剪切力除去膜表面 的污垢材料，但難于減少膜孔內(nèi)的污垢。2、反洗或反向脈沖方法。該方法采用流體逆流(相對于過濾的流向)通過膜孔以 便從其中移去污垢材料。氣體或液體或者他們的組合物可以用作逆向反洗中的流體。在PCT公開W003/059495中，Bartels等描述了一種反洗技術(shù)，其中在反洗過程的 特定時間，用氣體在進料側(cè)對中空纖維膜加壓。他們描述了定期采用這種反洗以有效地從 中空纖維膜中除去污垢組分。為了實現(xiàn)液體反洗，一般需要液泵和液體貯槽。泵將滲透物流在與正常過濾流相 反的方向上輸送通過膜孔以從膜孔清洗積聚的固體和雜質(zhì)。在一些加壓過濾系統(tǒng)中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)采用氣體推動液體反洗加壓系統(tǒng)是有利的，該 系統(tǒng)在沒有降低反洗性能的前提下提供了改進效率。氣體推動液體反洗通常是在過濾周期 末端將壓縮氣體，一般為空氣，輸送到中空纖維膜的內(nèi)腔側(cè)并將殘留在內(nèi)腔中的濾液推到 膜壁的殼或進料側(cè)來實現(xiàn)的。反洗氣壓一般設(shè)置為大于150kPa。為了降低成本以及加壓氣 體生產(chǎn)的能量需求，要將所需氣壓保持在最小值。整個說明書中任何關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)的討論，決不應(yīng)該視為是承認(rèn)這種現(xiàn)有技術(shù)被普 遍認(rèn)知或形成本領(lǐng)域公知常識的一部分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是克服或改進現(xiàn)有技術(shù)的至少一個缺點或提供一種有用的替 代方案。根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供一種反洗膜過濾系統(tǒng)的方法，該膜過濾系統(tǒng)包括至少一 個中空滲透膜，方法包括以下步驟當(dāng)停止或中止過濾過程時以可變壓力向系統(tǒng)中殘留的 滲透物施加加壓氣體，從而提供反洗過程中用于反洗中空滲透膜的孔的液體。根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供一種從懸浮液過濾固體的方法，包括以下步驟(i)向浸于懸浮液中的中空滲透膜壁提供壓差，懸浮液被應(yīng)用于中空滲透膜的外 表面以促使并維持通過中空滲透膜壁的過濾，其中(a)至少部分懸浮液穿過膜壁作為滲透物從中空滲透膜的內(nèi)腔排出；和(b)至少一些固體留在中空滲透膜上或膜內(nèi)，或者以其他方式作為在中空滲透膜 周圍的液體中的懸浮固體；以及
(ii)使用留在中空滲透膜內(nèi)腔和/或濾液總管內(nèi)的滲透物周期性地反洗膜孔，以 低于中空滲透膜泡點的可變壓力向滲透物施加氣體以使得內(nèi)腔和/或濾液總管中的至少 一些滲透物穿過中空滲透膜的孔，從而除去留在中空滲透膜上或膜內(nèi)的固體。根據(jù)第三方面，本發(fā)明提供一種從過濾系統(tǒng)中的懸浮液過濾固體的方法，包括(i)向中空滲透膜壁提供壓差，使懸浮液施加于該中空滲透膜的內(nèi)腔表面以促使 并維持通過中空滲透膜壁的過濾，其中(a)至少部分懸浮液穿過中空滲透膜膜壁，作為滲透物從中空纖維膜的外表面排 出；和(b)至少一些固體留在中空滲透膜上或膜內(nèi)，或者以其他方式作為中空滲透膜內(nèi) 的懸浮固體；(ii)停止或中止過濾過程；以及(iii)在過濾過程中止后，通過以低于中空滲透膜泡點的可變壓力向滲透物施加 氣體以使得至少一些滲透物穿過中空滲透膜的孔來使用殘留在過濾系統(tǒng)中的滲透物周期 性地反洗中空滲透膜的孔，從而除去留在中空滲透膜上或膜內(nèi)的固體。除非上下文以其他方式明確要求，在整個說明書和權(quán)利要求中，詞“包 括”(〃 comprise")，“包括”(〃 comprising")等均視為包含性的意思，與排他或窮盡的 意思相反；即，“包括但不限于”的意思。氣壓優(yōu)選地在第一值和第二值之間變化，第一值高于第二值。優(yōu)選的，第一壓力值 和第二壓力值在可測量的膜特性基礎(chǔ)上確定，如膜滲透性或膜過濾阻力。優(yōu)選地，當(dāng)膜滲透性處于或低于第一預(yù)定值時，采用第一氣壓值，并且當(dāng)膜滲透性 處于或高于第二預(yù)定值時，采用第二氣壓值。優(yōu)選地，當(dāng)膜阻力處于或高于第一預(yù)定值時，采用第一氣壓值，并且，當(dāng)膜阻力處 于或低于第二預(yù)定值時，采用第二氣壓值。第一和第二預(yù)定值可以是不同值或者它們可以是相同值。氣壓可以在第一和第二值之間連續(xù)變化、循環(huán)或交替。反洗步驟期間，固體優(yōu)選地移到圍繞膜的大量液體中。中空滲透膜優(yōu)選為一種中空纖維聚合物滲透膜，優(yōu)選地，多個中空纖維聚合物滲 透膜以平行的方式成束并封裝成模塊。中空纖維的內(nèi)腔優(yōu)選與過濾總管流體連通。膜過濾系統(tǒng)可以是單個纖維、單個模塊、多個模塊、或多個模塊中的單一模塊。優(yōu)選地，多個中空纖維膜模塊被包括在過濾系統(tǒng)中。在一些替代性實施方案中，膜過濾系統(tǒng)為加壓膜過濾系統(tǒng)。其他替代性實施方案中，膜過濾系統(tǒng)是浸沒式膜過濾系統(tǒng)。在進一步替代性實施方案中，膜不必為中空纖維膜，而可以是例如平板。另一方面，本發(fā)明還提供一種反洗膜過濾系統(tǒng)的方法，該系統(tǒng)包括至少一個滲透 膜，方法包括以下步驟在過濾過程停止或中止時，向系統(tǒng)中殘留的滲透物施加可變壓力從 而在反洗過程中為反洗滲透膜的孔提供液體?？勺儔毫梢酝ㄟ^以可變壓力向滲透物施加氣體或通過改變滲透物的泵送速度 來實現(xiàn)。本發(fā)明還提供一種從懸浮液過濾固體的方法，包括以下步驟
(i)向滲透膜壁提供壓差，使懸浮液被應(yīng)用于滲透膜的第一側(cè)，從而促使并且維持 通過滲透膜壁的過濾，其中(a)至少部分懸浮液穿過滲透膜壁，作為滲透物從滲透膜的第二側(cè)排出；并且(b)至少一些固體留在滲透膜上或膜內(nèi)，或者以其他方式作為滲透膜第一側(cè)周圍 的液體中的懸浮固體；以及(ii)在過濾過程中止后，通過向滲透物施加低于滲透膜泡點的可變壓力使得至少 一些滲透物從滲透膜的第二側(cè)穿過滲透膜的孔來使用殘留在滲透膜第二側(cè)的滲透物周期 性地反洗滲透膜的孔，從而除去留在滲透膜上或膜內(nèi)的固體?？勺儔毫梢酝ㄟ^以可變壓力向滲透物施加氣體或通過改變滲透物的泵送速度 來實現(xiàn)。本發(fā)明還提供一種包括至少一個滲透膜的膜過濾系統(tǒng)的反洗方法，該方法包括以 下步驟當(dāng)過濾過程停止或中止時，以可變壓力向系統(tǒng)中殘留的滲透物施加加壓氣體從而 在反洗過程中為反洗滲透膜的孔提供液體。本發(fā)明還提供一種從懸浮液過濾固體的方法，包括下述步驟(i)向滲透膜壁提供壓差，使懸浮液被應(yīng)用于滲透膜的第一側(cè)，從而促使并且維持 通過滲透膜壁的過濾，其中(a)至少部分懸浮液穿過滲透膜壁作為滲透物從滲透膜第二側(cè)排出；和(b)至少一些固體留在滲透膜上或膜內(nèi)，或者以其他方式作為滲透膜第一側(cè)周圍 的液體中的懸浮固體；以及(ii)在過濾過程中止后，以低于滲透膜泡點的可變壓力向滲透物施加氣體以使得 至少一些滲透物從滲透膜第二側(cè)穿過滲透膜的孔來使用殘留在滲透膜第二側(cè)的滲透物周 期性地反洗滲透膜的孔，從而除去留在滲透膜上或膜內(nèi)的固體。


在此參照附圖，僅以舉例方式描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在附圖中，圖1表示根據(jù) 本發(fā)明一個實施例的用于過濾系統(tǒng)的反洗系統(tǒng)的框圖。
具體實施例方式參考圖1，其中示出了根據(jù)本發(fā)明的氣體推動液體反洗系統(tǒng)的一個實施例。系統(tǒng)包 括過濾模塊5，其具有被上集管和下集管7和8支撐并且在上集管和下集管7和8之間大體 上豎直延伸的中空纖維膜6。該模塊5位于加壓供料槽9中。在該實施例中，濾液從中空纖 維膜6的兩端穿過上下端口 10和11排出，然而，應(yīng)當(dāng)理解，在一些實施例中，濾液可以僅從 模塊的一端排出。上下集管7和8具有相應(yīng)的濾液收集室14和13，分別經(jīng)由上下端口 10 和11連接到濾液排放管12。濾液排放管12由閥AV2控制。料液在閥AVl的控制下通過進 料管15供給。上部反洗管16在閥AV3的控制下向供料槽9提供減壓。包含液體的廢料在 閥AV4的控制下通過廢料排放管17被除去。如圖1所示，通過氣壓調(diào)節(jié)器PRV3和反洗氣體控制閥AV5供應(yīng)反洗氣體，一般為 空氣。PRV3是輔助控制氣體調(diào)節(jié)器，經(jīng)氣體管18連接到加壓氣體源19。氣體調(diào)節(jié)器PRV3 的大小適于在最高壓力設(shè)定點提供足夠的反洗氣流。氣體調(diào)節(jié)器PRV3經(jīng)由關(guān)聯(lián)的相應(yīng)控
6制閥SVl和SV2以及氣體控制管21來接收由氣體調(diào)節(jié)器閥PRVl或PRV2設(shè)定的壓力設(shè)定 點。氣體調(diào)節(jié)器PRVl被設(shè)置于大約70-1201tfa范圍內(nèi)的低壓，而氣體調(diào)節(jié)器閥PRV2被設(shè) 置于大約150-250kPa范圍內(nèi)的高壓。每個氣體調(diào)節(jié)器PRVl和PRV2經(jīng)氣體管22和23連 接到加壓氣體源20。應(yīng)當(dāng)理解，該加壓氣體源19和20可以為相同的源。通過可編程邏輯控制器(PLC)(未示出)控制運用于系統(tǒng)的各種可控閥。在液體反洗開始前，PLC檢查所測量的膜滲透性并確定所需的反洗氣壓。如果膜 滲透性高于保存在PLC中的設(shè)定值，則打開閥SV1，輔助控制氣體調(diào)節(jié)器PRV3被設(shè)置于較低 的反洗氣壓。如果膜滲透性低于保存在PLC中的設(shè)定值，則打開閥SV2，PRV3被設(shè)置于較高 的反洗氣壓。反洗氣壓可以是上下限之間的任何壓力。替代地，為了在膜滲透性高的條件下強化液體反洗性能，通過交替變換施加到反 洗液體的氣壓，可使液體反洗被設(shè)置成在高壓反洗和低壓反洗之間交替變化。例如，在一個 或多個帶有低壓反洗的過濾周期之后，執(zhí)行一個或者多個帶有高壓反洗的過濾周期。在帶 有高壓反洗的過濾周期完成之后，帶有低壓反洗的過濾周期重新開始。替代地，膜過濾器阻力增加可以在PLC中被測量并且用于實現(xiàn)高壓液體反洗。當(dāng) 過濾周期中的過濾阻力增加高于PLC中的預(yù)設(shè)值時，在反洗期間啟動SV2并為系統(tǒng)提供高 氣壓以用于高壓液體反洗。在另一個操作變型中，過濾周期開始時的過濾阻力可以由PLC或其他設(shè)備記錄并 且在多個過濾周期中進行比較。如果在預(yù)定數(shù)量的過濾周期中，過濾阻力的凈增量比保存 在PLC中的設(shè)定值大，則系統(tǒng)將轉(zhuǎn)變?yōu)樘峁└邏阂后w反洗。一旦過濾阻力的凈增量降低到 低于保存在PLC中的設(shè)定點，則系統(tǒng)轉(zhuǎn)回低壓液體反洗。在下面的實例中，對6x120模塊加壓膜裝置的操作進行分析。在該實例中，裝置清 洗間隔設(shè)置為35天。在操作的前23天，用于液體反洗的氣壓設(shè)置為IOOkPa,在操作的后 12天設(shè)置為200kPa。表1表示了比較結(jié)果。通過比較，能夠看出，在該實例中，通過更迭液體反洗壓力，用于氣體推動液體反 洗的氣體可節(jié)省21.8%。雖然本發(fā)明關(guān)于加壓系統(tǒng)被具體舉例說明，但它可適宜用于浸沒系統(tǒng)。這些系統(tǒng) 是涉及利用液體反洗而非氣體反洗的系統(tǒng)。該液體反洗涉及推動清潔(通常過濾后的)液 體反向通過孔以移去污垢(foulant)。液體反洗通常是空氣推動或泵送式的。除了氣體用于反向驅(qū)動濾液，空氣推動液 體反洗與圖1所示方案相似。相應(yīng)的氣壓控制較高和較低壓力以及液體反洗壓力，氣壓繼 而由PLC控制。泵送式反洗也能用于實現(xiàn)類似的結(jié)果。此時，直接泵送濾液反向通過膜以除去污 垢。由泵轉(zhuǎn)速控制較高和較低壓力以及液體反洗壓力，泵轉(zhuǎn)速繼而由PLC控制。到目前為止獲得的結(jié)果表明，長期的膜性能不會被交替的反洗壓力所危害。通過 使用本發(fā)明的方法，可以實現(xiàn)長間隔(> 30天)的原位清洗(CIP)。應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離所描述的本發(fā)明的精神或范圍的情況下，本發(fā)明進一步的實 施例和例證是可能的。表 權(quán)利要求
1.一種反洗膜過濾系統(tǒng)的方法，所述系統(tǒng)包括至少一個中空滲透膜，該方法包括下述 步驟當(dāng)停止或中止過濾過程時以可變壓力向系統(tǒng)中殘留的滲透物施加加壓氣體，從而提 供在反洗過程中用于反洗中空滲透膜的孔的液體。
2.一種從懸浮液過濾固體的方法，包括以下步驟(i)向浸于懸浮液中的中空滲透膜壁提供壓差，懸浮液被應(yīng)用于中空滲透膜的外表面 以促使并維持通過中空滲透膜壁的過濾，其中(a)至少部分懸浮液穿過膜壁作為滲透物從中空滲透膜的內(nèi)腔排出；并且(b)至少一些固體留在中空滲透膜上或膜內(nèi)，或者以其他方式作為在中空滲透膜周圍 的液體中的懸浮固體；以及( )使用留在中空滲透膜內(nèi)腔和/或濾液總管內(nèi)的滲透物周期性地反洗膜孔，以低于 中空滲透膜泡點的可變壓力向滲透物施加氣體以使得內(nèi)腔和/或濾液總管中的至少一些 滲透物穿過中空滲透膜的孔，從而除去留在中空滲透膜上或膜內(nèi)的固體。
3.一種從過濾系統(tǒng)中的懸浮液過濾固體的方法，包括(i)向中空滲透膜壁提供壓差，使懸浮液施加于該中空滲透膜的內(nèi)腔表面以促使并維 持通過中空滲透膜壁的過濾，其中(a)至少部分懸浮液穿過中空滲透膜壁，作為滲透物從中空滲透膜的外表面排出；并且(b)至少一些固體留在中空滲透膜上或膜內(nèi)，或者以其他方式作為中空滲透膜中的懸 浮固體；( )停止或中止過濾過程；以及(iii)在過濾過程中止后，通過以低于中空滲透膜泡點的可變壓力向滲透物施加氣體 以使得至少一些滲透物穿過中空滲透膜的孔來使用殘留在過濾系統(tǒng)中的滲透物周期性地 反洗中空滲透膜的孔，從而除去留在中空滲透膜上或膜內(nèi)的固體。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，氣壓在第一值和第二值之間變化，第一值高于第二值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，第一壓力值和第二壓力值由可測量的膜特性確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中膜特性為膜滲透性。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中膜特性為膜阻力。
8.根據(jù)權(quán)利要求4-7中任一項所述的方法，其中，當(dāng)膜滲透性處于或低于第一預(yù)定值 時，采用第一氣壓值，并且當(dāng)膜滲透性處于或高于第二預(yù)定值時，采用第二氣壓值。
9.根據(jù)權(quán)利要求4-7中任一項所述的方法，其中，當(dāng)膜阻力處于或高于第一預(yù)定值時， 采用第一氣壓值，并且當(dāng)膜阻力處于或低于第二預(yù)定值時，采用第二氣壓值。
10.根據(jù)權(quán)利要求4-9中任一項所述的方法，其中，第一預(yù)定值和第二預(yù)定值不同。
11.根據(jù)權(quán)利要求4-9中任一項所述的方法，其中，第一預(yù)定值和第二預(yù)定值相同。
12.根據(jù)權(quán)利要求4-11中任一項所述的方法，其中，氣壓在第一氣壓值和第二氣壓值 之間連續(xù)變化。
13.根據(jù)權(quán)利要求4-11中任一項所述的方法，其中，氣壓在第一氣壓值和第二氣壓值 之間交替變化。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，反洗步驟期間，固體被移到圍繞膜 的大量液體中。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，在過濾系統(tǒng)中包括多個膜模塊。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，在過濾系統(tǒng)中包括多個中空纖維膜模塊。
17.根據(jù)權(quán)利要求15至16中任一項所述的方法，其中，膜過濾系統(tǒng)為加壓膜過濾系統(tǒng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15至16中任一項所述的方法，其中，膜過濾系統(tǒng)為浸沒式膜過濾系統(tǒng)。
全文摘要
一種反洗膜過濾系統(tǒng)的方法，系統(tǒng)包含至少一個滲透膜，優(yōu)選中空纖維膜，方法包括以下步驟當(dāng)停止或中止過濾過程時以可變壓力向系統(tǒng)中殘留的滲透物施加加壓氣體，從而提供反洗過程中用于反洗滲透膜孔的液體。還提供一種采用交替液體反洗壓力從懸浮液中過濾固體的方法。
文檔編號B01D65/02GK102123784SQ200980132439
公開日2011年7月13日 申請日期2009年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月20日
發(fā)明者曹治毅, 查富芳 申請人:西門子水處理技術(shù)公司