专利名称：过滤膜的清洗方法以及使用该方法的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及过滤膜的清洗方法，所述过滤膜用内皮(peauinterne)空心纤维制成，安装在一箱体内，并与之一起限定有积聚呈悬浮的、和在所述膜上的残存物质的一集中隔间、以及收集滤液的一可渗透隔间。
背景技术：
液体尤其是水的过滤产生由所述膜保持的微粒复合块状物和溶解物部分。该过滤块状物起初会是所述膜的淤塞物，其体现为在恒定的可渗透流量下横跨膜压力增大，或体现为在恒定的横跨膜压力下可渗透流量下降。
淤塞物的减少方法用于除去该过滤块状物。随着沿与生产中施加的过滤方向相反的方向的可渗透引入，一般形成反渗透作用，因此，所述过滤块状物由所述液体的单相流动驱动。但是，这些方法长时间以来功效有限，会导致形成对这些清理方法有影响的过滤块状物。这种情况导致使用其它称为“化学再生”的方法，所述化学再生方法要使用化学试剂，所述化学试剂成本高、污染环境、需要实施洗涤的时间(使用成本过高)。如此进行的停产和产生的水的损耗需要设备留有尺寸余量，以确保额定的生产流量，其投资成本过高。
已经提出多种建议，改进过滤膜的清洗或液力清除积物的方法。
1994年2月25日提交的日本专利申请JP 100089842述及一简单的逆流漂洗法，其包括下述阶段
-排空所述集中隔间，排出其所含有的滤液和悬浮物质，然后
-使所述液体透过所述膜从所述可渗透隔间进入所述集中隔间，以使沉积在其上的杂质脱离和排出，一种气体在所述集中隔间中循环。
因此，根据该文献，在集中隔间一侧注入空气，配以沿与过滤方向相反的方向注入水，空气由所述膜的一端部输入，并且，所述过滤块状物由相对的一侧除去。该方法可改进超过滤膜的积物清除。但是，其功效需要提高和长时间保持。
根据FR-A-2668078，公知的还有一种方法，其使用过滤水，所述过滤水加氯或不加氯，与过滤方向逆向输送，在不同的阶段进行交替，以提高形成所述过滤块状物的物质脱落和排出的效率。其中，所述方法的功效需要改进。
发明内容
本发明尤其旨在提出过滤膜的清洗方法，所述清洗方法可缩短积物清除工序的时间，且确保增大渗透性和延长渗透时间，而使用起来既简单又经济。
根据本发明，用内皮空心纤维制成的过滤膜安装在一箱体内，用于过滤液体，限定有积聚保持悬浮在所述膜上的物质的一集中隔间以及收集滤液的一可渗透隔间，所述过滤膜的清洗方法包括以下阶段[12]a)排空所述集中隔间，排出其所含有的滤液和悬浮物质，然后[13]b)使所述液体透过所述膜从所述可渗透隔间进入所述集中隔间，以使沉积在其上的杂质脱离和排出，一种气体在所述集中隔间中循环，[14]其特征在于，逆向冲洗的气体和/或液体的脉动在至少一逆向冲洗阶段产生。
逆向冲洗时的脉动次数可达1次至10次。脉动时间可持续2秒至60秒，且两次脉动之间的时间间隔本身可持续2秒至60秒。
优选地，当气体尤其是空气的循环在所述集中隔间恒定不变时，所述清洗液体从所述可渗透隔间朝所述集中隔间脉动地注入。在其它实施例中，当液体循环在所述集中隔间恒定不变时，所述气体可脉动地注入所述集中隔间。
逆向冲洗时，液体进入空心纤维的速度可为0.1至1m3/m2.s(一般速度表示为m/s)，而气体的进入速度可为0至4Nm3/m2.s(4m/s)。
所述集中隔间的排空阶段可包括使用气体流量来促进和改进所述排空。
一般来说，滤液(生产阶段)是水，用于逆向冲洗的液体是过滤水，而进行循环的气体是空气。
逆向冲洗时透过所述膜朝所述集中隔间注入的滤液，可预先添加下列产品之一消毒剂、氧化剂(例如次氯酸盐、二氧化氯、过氧化物等)、酸性化合物、甚至碱性化合物。
优选地，逆向冲洗包括至少一周期两阶段，即具有液体和气体两种流体、其中一种流体脉动的一阶段以及具有两种流体不脉动的另一阶段。同一逆向冲洗时两阶段的周期数可为1至10。
本发明也涉及使用前述方法的设备，该设备包括用内皮空心纤维制成的过滤膜——所述过滤膜安装在一箱体内，限定有一集中隔间和一可渗透隔间、所述集中隔间的一供给泵与一供给阀、一排泄阀、一逆向冲洗泵与一逆向冲洗阀、连接于所述集中隔间的一气体增压器与一阀、其特征在于，其具有一脉动控制部件，所述脉动控制部件控制逆向冲洗液体和/或可在所述集中隔间循环的气体的流量的脉动。
所述脉动控制部件可包括一电动阀和一由该电动阀的电脉冲供给的供给回路。
除上述配置以外，本发明还包括多种其它配置，其通过下面参照附图述及的非限制性实施例将得到更好的理解。
附图如下[26]图1是使用本发明的方法的过滤设备的示意图；[27]图2是过滤工作方式的局部示意图；[28]图3至6以局部示意图示出水逆向冲洗带空气脉动的四个相继的阶段； 图7至10以局部示意图示出空气逆向冲洗带水脉动的四个相继的阶段；[30]图11是一次逆向冲洗具有三次脉动的工作示意图，横坐标为时间，纵坐标为所述程序的最大流量/流量比；[31]图12是不同的逆向冲洗方式排出废料的比较示意图，横坐标表示时间，纵坐标表示逆向冲洗水的流量，逆向冲洗水的流量以实线曲线表示，悬浮物质的浓度以mg/l表示，用点线虚线曲线和破折号虚线表示；以及[32]图13是不同的逆向冲洗方式的比较示意图，过滤时间在横坐标上以星期表示，过滤渗透性在纵坐标上以1/h.m2.巴表示。
具体实施例方式附图尤其是图1示出使用本发明的方法的用于过滤膜、超过滤膜、微过滤膜、超微过滤膜或超级过滤膜的积物清除的设备。图1所示的膜组件M是管形几何形状的，使用在一箱体C中，所述箱体C集中布置一组内皮空心纤维。所述箱体C配有两孔E1、E2，其分别为下孔和上孔，可用作出口和/或进口。所述孔E1、E2连接于由所述空心纤维的内部空间形成的集中隔间。在所述箱体的内部，围绕所述膜的、且在所述膜之间的空间形成所述可渗透隔间，所述可渗透隔间在相对于所述组件的高度的中间位置具有一出口A。在其它实施例中，所述出口A可相对于所述组件的直径呈轴向。
所述膜M用于液体通常是水的过滤以及其分子量大于所述膜的断流阈值的微粒或溶解物的保持。
所述设备具有一滤液供给泵1，其排出口通过一供给阀2连接于所述孔E1。所述阀2和所述孔E1之间的一排泄支管配有一排泄阀3。位于所述阀3下游的导道通到一废料排出装置13。
一上部逆向冲洗废料排出阀4连接于所述箱体C的孔E2。所述阀4下游的一导道通到所述装置13。
一阀5安装在使一气体尤其是空气增压器6连接于所述孔E2上的一导道。一逆向冲洗阀7布置在使一逆向冲洗泵8的出口连接于所述孔A的一导道上。所述泵8的抽吸口连接于一滤液贮存器9。一泵10的抽吸口连接于一容器11，所述容器11装有添加剂，例如消毒液、氧化剂(例如次氯酸盐、二氧化物等)、或酸性化合物、甚至碱性化合物。所述泵10的排出口与位于所述阀7和所述进口A之间的一导道部分相连接。
一逆向冲洗生成或环流阀12布置在位于所述阀7和所述孔A之间的一导道上。所述阀12在下游连接于通到所述过滤水贮存器9的一导道。一溢流管15用于朝使用处排出已处理的水。
与所述设备的不同的阀是电动阀，其大部分控制电路未简化示出。
气体增压器的电动阀5和/或逆向冲洗电动阀7连接于一脉冲电控制部件5a、7a，可实施所述阀的开启和关闭的预先确定的程序。所述脉动可由所述阀部件5和7实施，所述阀部件5和7连接于分配装置，例如[41]-所述泵6和8上的电子起动器或调节器，或者[42]-再循环回路，其例如切分(syncopée)开启所述阀12。
根据本发明方法的设备的工作情况如下所述。
在图2所示的过滤方式，所述泵1开动，且所述阀2和12开启，而所述其它阀关闭。所述待处理液体由所述孔E1进入，所述滤液(可渗透隔间)由所述孔A排出，被引向所述贮存器9。
所述膜M的逆向冲洗清洗操作可根据图3至6所示的步骤以具有空气脉动的水进行。
一般来说，在所述示意图上，发生流体流动的导管由一较粗的线条示出，一箭头示出流动方向。
图3相应于所述集中隔间的重力排放阶段。所述泵1(图1)停止，所述阀2关闭，而所述阀3开启，所述其它阀关闭，所述泵8和10停止。
图3所示的排放阶段持续5至60秒。
可选地，该重力排放可通过注入气体增力，所述阀5开启，且所述气体从所述孔E2进入。
图4和5所示的后续阶段构成一可多次重复的周期，其时间上的序列可颠倒(顺序3-4-5或3-5-4)。
图4所示的阶段相应于逆向冲洗过滤水由所述孔A注入，所述泵8开动，且所述阀7开启。所述排放通过所述孔E1进行，且所述阀3开启。
图5所示的阶段相应于根据本发明带有空气脉动的逆向冲洗过滤水的注入。逆向冲洗水始终由所述孔A注入。此外，所述电动阀5由图11所示的锯齿形15和图12所示的锯齿形16相应的一系列脉冲相继开启和关闭，在该实施例中，所述锯齿形15和16呈梯形方式(但也可呈方形、三角形或正弦曲线方式)。
出人意料地，由空气脉动形成的过渡阶段序列极大地促使所述过滤块状物相对于恒定气流进行消除。
在逆向冲洗期间，水的流量通常为100至850l/h.m2(升/每小时每平方米膜表面)。优选值为250至400l/h.m2。
集中隔间的空气速度通常为0至4Nm3/m2.s。优选值为0至1Nm3/m2.s。(零速度相应于单相逆向冲洗阶段)。
水+空气阶段的持续时间通常为2至60秒。优选值为5至30秒。“只有水”的阶段的持续时间通常为2至60秒，优选值也为5至30秒。
图6所示的下一阶段相应于逆向冲洗完成，过滤水由所述孔A注入，恢复所述箱体C的水；除从所述箱体C排水的所述阀7和所述阀4外，所有的阀关闭。
图7至10示出相应于带有水脉动的空气逆向冲洗的工作情况的另一变型实施例。
图7所示的排放阶段与图3所示的相同。
图8和9所示的后续阶段构成逆向冲洗周期AA+BB(例如图11确定的)，其可多次重复。
图8所示的阶段相应于只有空气的逆向冲洗。所述阀5(图1)开启，以使空气由E2进入，且所述阀3也开启，以排出过滤块状物。其它阀关闭，尤其是所述阀7。
根据图9所示的阶段，空气的循环如图8所示那样继续进行，但是，此外，过滤水由所述孔A注入，带有由所述电动阀7(图1)的相继开启和关闭产生的脉动，所述泵8开动。与逆向冲洗水的脉动相应的是图11和12所示的锯齿形15和16。
图10所示的最后一个阶段与图6所示的阶段相同，相应于过滤水的注入，恢复水和排水。
在清洗作业时，与图4和5或图8和9所示的阶段相应的周期可多次重复。周期数可为1至10。优选地，周期数为2至7。
图11是示出工作情况的示意图。横坐标为时间T，纵坐标为所述流体的流量与该流体在所述顺序过程中的最大流量之比(以百分比表示)。
标以“AA”的区域相应于脉动，而时间间隔标以“BB”；所述脉动是双相的，气体和水同时注入，而所述注入是单相的，或气体，或水图11所示的脉动的梯形形状仅为说明性的；其也可为方形的、三角形的或正弦曲线的。如该同一图11所示，以虚线表示的包迹表示清洗流体之一通常是水的连续注入，所述“锯齿形”15相应于第二流体通常是气体的引入因此，出现所述第二流体停止的阶段，从而导致零流量，这样，从0至4m/s调整速度范围。
在相应于图11所示的实施例中，三次脉动用于一周期。
图12是不同的逆向冲洗方式的废料清除的比较示意图。时间T在横坐标上表示。纵坐标为废料中悬浮物质的浓度，其以mg/l表示。破折号虚线曲线17相应于无脉动的空气和水逆向冲洗，恒定的逆向冲洗水的流量Q相应于锯齿形16的最高点。点线虚线曲线18相应于带有按照所述锯齿形16脉动的水的空气逆向冲洗时废料中悬浮物质的浓度。
所述锯齿形16在纵坐标上以l/h.m2(升/每小时每平方米)表示随横坐标上时间T而变化的逆向冲洗水的流量。所述曲线17示出，无脉动的空气和水逆向冲洗的有效阶段在时间上限于一很短的阶段。对所述现象的分析可作出结论，空气和水的混合快速趋向于环形气流类型的稳定状态。
通过改变注入的水或空气的流量，且多次重复该程序，本发明的脉动16有利于且增加双相过渡阶段。
本发明的废料清除曲线18由与注入的水的三次脉动16相应的三个峰值构成。
相反，无脉动的逆向冲洗(曲线17)仅具有一单一峰值，其基本上相应于所述曲线18的第一峰值。然后，废料中悬浮物质的浓度不断降低。
因此，本发明的解决方案显然可更有效地清除积物。
图13是不同的逆向冲洗方式的比较示意图。以星期表示的过滤持续时间D在横坐标上表示，而以l/h.m2.bar(升/每小时每平方米每巴)表示的所述膜的过滤渗透性E在纵坐标上表示。所述膜越是淤塞，所述过滤渗透性越小。
所述曲线19相应于本发明的脉动的水-空气逆向冲洗情况。所述破折号虚线曲线20相应于无脉动的水-空气逆向冲洗。所述点线虚线曲线21相应于只有水的逆向冲洗。
所述曲线19清楚地示出，根据本发明，由于有效的清洗和清除积物，所述膜的过滤渗透性在时间上保持在基本上恒定的水平，该水平明显地高于所述曲线20和21的逐渐下降的水平，对于所述曲线21来说，斜率更大。
当所述过滤渗透性下降至数值100l/h.m2.bar时，必须进行所述膜的化学再生，这相应于所述区域22。
因此，当过滤膜进行清除积物的逆向冲洗时，使液体的脉动结合气体的连续气流，或者使气体的脉动结合液体的连续流动，本发明可出人意料地大大提高过滤块状物相对于恒定气流的清除效果。
化学再生之间的持续时间明显延长。作为非限制性实施例，对于类似的情况来说，根据本发明，两次化学再生之间的时间间隔比传统方法增大5倍。
渗透性效果提高，从而可减小这种类型的积物清除的应用频率。
用水量大大减少，可提高所述系统的生产率。
淤积减少，可减小化学再生的频率。
权利要求
1.过滤膜的清洗方法，所述过滤膜为内皮空心纤维类型，其安装在一用于过滤液体的箱体内，并与之一起限定有积聚呈悬浮的、和在所述膜上的残存物质的一集中隔间、以及收集滤液的一可渗透隔间，所述过滤膜的清洗方法包括以下步骤a)排空所述集中隔间，以排出其所含有的滤液和悬浮物质，然后b)进行一逆向冲洗，使液体透过所述膜从所述可渗透隔间进入所述集中隔间，以使沉积在所述膜上的杂质脱离和排出，同时使气体在所述集中隔间中循环，其特征在于，在至少一逆向冲洗阶段，脉动输送所述逆向冲洗的气体和/或液体(15，16)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，一阶段中的脉动次数为1至10次。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述脉动的持续时间为2至60秒。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述清洗液体脉动地注入到所述集中隔间中，而气体尤其是空气在所述集中隔间中保持循环。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述气体脉动地注入到所述集中隔间，而液体在所述集中隔间中保持循环。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在逆向冲洗时，液体通过所述膜内部的速度为0.1至1m3/m2.s。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在逆向冲洗时，气体的通过速度为0至4Nm3/m2.s。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述集中隔间的排空步骤结束于使用一流量的气体来促进和改进所述排空。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述要过滤的液体是水；用于逆向冲洗的液体是已过滤的水，而进行循环的气体是空气。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在逆向冲洗时透过所述膜朝所述集中隔间注入的已过滤的液体被预先添加下列产品之一氧化剂例如氯化合物、过氧化物、酸性化合物或碱性化合物。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述逆向冲洗包括至少一个具有两阶段的周期，即一阶段使用两种流体，液体和气体，其中之一进行脉动，且另一阶段使用所述没有进行脉动的流体。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，同一逆向冲洗过程中，所述具有两阶段的周期的数量为1至10个。
13.使用根据前述权利要求中任一项所述的方法的设备，该设备包括过滤膜，其用内皮空心纤维制成，所述过滤膜安装在一箱体内，与之一起限定有一集中隔间和一可渗透隔间；所述集中隔间的一供给泵与一供给阀；一排泄阀；一逆向冲洗泵；以及一逆向冲洗阀；其特征在于，所述设备具有一气体增压器(6)和一连接于所述集中隔间的阀(5)，并且，一脉动控制部件(5，5a；7，7a)，所述脉动控制部件(5，5a；7，7a)控制可在所述集中隔间内循环的气体和/或逆向冲洗液体的流量的脉动。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述脉动控制部件包括一电动阀(5，7)、以及一由该电动阀的电脉冲供给的回路(5a，7a)。
全文摘要
本发明涉及用内皮空心纤维制成的过滤膜的清洗方法，该方法包括下述步骤排空所述集中隔间，以排出它所含有的滤液以及悬浮物质，然后使液体透过所述膜从所述可渗透隔间朝所述集中隔间进入，进行逆向冲洗，以使沉积在其上的杂质脱离和排出，一种气体在所述集中隔间中循环。在至少一逆向冲洗阶段，逆向冲洗的气体和/或液体的脉动由控制部件(5，5a；7，7a)控制。
文档编号B01D65/02GK1946472SQ200580013230
公开日2007年4月11日 申请日期2005年3月1日 优先权日2004年3月10日
发明者V·博纳利, M·彼得里, F·科拉 申请人:德格雷蒙公司