低压回洗的制作方法

专利名称：低压回洗的制作方法
技术领域：
本发明涉及膜过滤系统，更具体地，涉及用于回洗(backwash) 此类系统的方法和系统。
背景技术：
膜过滤系统的回洗是维持此类系统的工作效率的重要部分。采用 多种不同方法和装备。多孔膜过滤系统要求对膜进行定期回洗，以维 持过滤效率和流量，同时降低随着膜逐渐被杂质堵塞而升高的跨膜压 力(TMP)。典型地，在回洗循环期间，堵塞物被加压气体、液体或两 者从膜中去除而进入原料罐或室。然后，将含有来自膜的杂质和沉淀 的液体从罐中排出或冲走。可以通过用气泡冲洗膜的表面而提供对膜 的进一步清洗。
这些系统中的许多系统要求复杂且昂贵的辅助设备，以向液体和/ 或气体提供必要的流动，从而实现高效的清洗。在要求低资本成本和 低运营成本的场所，希望降低辅助回洗设备的复杂度和费用。

发明内容
本发明的一个目标是，克服或改善现有技术的至少一个缺点，或 提供有用的替代方案。
根据一方面，本发明提供一种对包含至少一个可渗透中空膜的膜 过滤系统进行回洗的改进方法，该方法包括以下步骤当停止或暂停 过滤过程时，向系统中残留的渗透物施加低压气体以提供用于在回洗 过程期间对膜的孔进行回洗的液体。
根据本发明的另一方面，提供一种从液体悬浮液中过滤固体的方 法，包括
(i)提供跨越浸入液体悬浮液的可渗透中空膜的壁的压力差，所 述液体悬浮液被施加到可渗透中空膜的外表面以引发和维持经过膜壁 的过滤，其中
5(a) —些液体悬浮液穿过膜的壁，作为渗透物从中空膜腔排放，
和
(b) 至少一些固体保留在中空膜上或保留在中空膜中，或者另外
作为悬浮固体保留在围绕膜的液体内，
(ii )通过向液体渗透物施加处于低于膜的泡点的压力的低压气 体，以经由膜孔转移腔内的至少一些液体渗透物，导致保留在中空膜 上或保留在中空膜中的固体被去除，来使用在腔内残留的渗透物周期 性地回洗膜孔。
根据另 一方面，本发明提供一种从过滤系统内的液体悬浮液中过 滤固体的方法，包括
(i )提供跨越可渗透中空膜的壁的压力差，使液体悬浮液被施加 到可渗透中空膜的内表面，以引发和维持经过膜的壁的过滤，其中
(a) —些液体悬浮液穿过膜的壁，作为渗透物从所述膜的外表面 排放，和
(b) 至少一些固体保留在中空膜上或保留在中空膜中，或者另外
作为悬浮固体保留在膜内部，
(ii) 停止或暂停过滤过程；
(iii) 在过滤过程暂停之后，通过向液体渗透物施加处于低于膜 的泡点的压力的低压气体以经由膜孔转移至少 一些液体渗透物，导致 保留在中空膜上或保留在中空膜中的固体被去除，来使用残留在系统 中的渗透物周期性地回洗膜孔。
优选地，在回洗步骤期间，将固体去除进入围绕膜的散装液体。 优选地，除了膜腔中残留的渗透物之外，辅助设备——诸如歧管、 集管(headers)、管道及类似设备——中残留的渗透物，也可以用作 回洗液体源。在从这些源得到的用于回洗的渗透物的量不足的情况下， 可以在渗透物流动回路中提供另外的箱或贮藏器以增加在过滤暂停时 可用于回洗的、渗透物的量。
在数个膜组件成组地被使用并连接到用于分配原料和去除渗透物 的歧管的情况下，低压气体可被引入组件组的歧管，以使歧管中的渗 透物也可以用于回洗。在其中渗透物从膜组件的两端被带出的过滤过 程的情况下，可以选择气体推动回洗以根据需要施加到膜组件的仅仅任一端，或同时施加到膜组件的两端。
根据另一方面，本发明提供了一种用于从液体悬浮液中去除细小
固体的过滤系统，包括
(i) 用于容纳所述液体悬浮液的容器；
(ii) 容器内的多个可渗透中空膜；
(iii )用于提供跨越所述膜的壁的压力差以使一些液体悬浮液穿 过膜的壁而作为渗透物被排放的装置；
(iv) 用于从膜中排出渗透物的装置；和
(v) 装置，其用于向系统和膜腔内部的液体渗透物施加处于低于 膜的泡点的压力的低压气体，以使腔中的至少一些液体渗透物经由膜 壁排放，从而除去保留在该膜壁中的任何固体并将去除的固体移入围 绕膜的悬浮液。
优选地，低压气体由一个或多个气体压力脉沖提供。优选地，低 压气体由诸如低压吹风机的用来给膜通风的气体源提供。优选地，气 体压力可以由控制阀或限压装置调整。
优选地，低压气体用来在回洗膜的期间推动残余渗透物经过膜孔。
优选地，被施加到渗透物的气体的压力应该小于膜的泡点，以使 气体不能渗入膜孔。
优选地，低压气体处于大约30千帕至大约150千帕的压力范围内。 更优选地，所述低压可以由用于对膜进行空气冲洗的同 一吹风机提供。
优选地，压力脉沖被这样提供在回洗步骤期间隔离膜的原料侧， 同时向膜的原料侧和渗透侧施加低压气体以对膜的原料侧和渗透侧加 压，然后使膜的原料侧向大气开放，导致原料侧减压并导致向膜的渗 透侧施加压力脉冲。
使用该改进方法的一般回洗程序，可以包括以下步骤的数个或全部。
*使用通风气体或其他低压气体源，来过滤降低原料容器内的原 料高度；
*通过使气泡流过膜表面，来冲洗膜表面； *通过连续地或以脉冲方式向渗透物施加低压气体，使系统中的 残留的渗透物沿与普通渗透流相反的方向流经膜孔，来回洗膜
7孔；
*通过清理、排走，或通过部分地排》i回洗废物的供应和泄流
(bleed)过程，排放回洗废物； *重新填充膜容器，在渗透侧排出气体，并恢复过滤。


现在将参考附图仅以示例方式描述本发明的优选实施方案，其中 图1示出了根据本发明的一个实施方案的膜组件装备的简化示意
图2示出了通过比较膜阻力随时间的变化而进行的低压回洗与标 准高压回洗的图解比较；
图3示出了多个回洗脉冲的快照；以及
图4示出了通过比较膜阻力随时间的变化而进行的多脉冲低压回 洗与低压回洗的图解比较。
具体实施例方式
参见图1,中空纤维膜组件5安装在压力容器6内，过滤流从壳 体侧(shell side)进入纤维腔7。组件5分别连接到上渗透出口 8 和下渗透出口 9。当为清洗循环暂停过滤过程时，腔7仍填充有渗透 物。
原料经由止回阀NRV1、经由与组件5的下端邻接的入口端口 10 供给到容器6。低压吹风机气体，典型地是空气，经由止回阀NRV2和 手动操作的控制阀MV1供给到入口端口 10。 ^氐压吹风机空气也从吹风 机11经由止回阀NRV3供应到上渗透出口 8。渗透物从膜腔经由上集 管12和下集管13和相应的上组件渗透出口 8和下组件渗透出口 9而 排出。被排出的渗透物流经由阀AV1控制的渗透管线14。压力容器6 装备有排》文端口 15，该排放阅接近组件5的上端并由回洗排泄阀AV2 控制。
在本实施方案中，可以使用两种低压回洗方法。 在一种方法中，手动阀MV1用于形成跨越膜的差压，以实现液体 回洗。调节阀MV1，以调整通风流并在组件5的供应侧和渗透侧之间形成负压差。应理解， 一旦确定了正确的过程条件，MV1就可以被替 换成固定的限流装置而不需要操作者调节。
在这种方法的一种形式中，调节手动阀MV1，以降低容器6内膜 组件5的壳体侧的空气压力。然后，通过关闭阀AV1而暂停过滤，并 且打开回洗排泄阀AV2。低压空气经由止回阀NRV3以及上组件过滤出 口 8和下组件过滤出口 9施加到仍在其中的渗透物。该低压空气迫使 渗透液体从渗透侧经由膜孔到达供应侧，以产生液体回洗。通过经由 MV1和下入口端口 10施加吹风机空气对组件5进行连续通风的情况 下，执行该液体回洗2至200秒的时段，典型地是45秒的时段。
一旦完成液体回洗，就用原料液体清理容器6的壳体侧，以去除 在回洗期间移出的污物并进一步冲洗膜7的外表面。可选地，这种清 理可以在持续通风的情况下执行0至120秒(典型地大约10秒)的 时段，然后在不通风的情况下执行0至150秒(典型地30秒)的另一 时段。应理解，可以采用排走代替清理，以去除移出的污物。 一旦完 成回洗和清理/排走，该系统就返回到正常过滤。
第二种优选方法使用回洗脉冲来增大渗透侧压力并回洗膜孔。在 这种方法中，在回洗阶段(包括通风和液体回洗)期间，临时或部分 关闭上回洗阀AV2，以隔离容器6的壳体侧。吹风机11以死路模式 (dead-end mode)或接近死路模式运行非常短的时间段(空气主要从 吹风机的压力释放阀释放)。壳体侧和渗透侧的压力都增大到吹风机 的排压极限。然后，打开壳体侧上回洗阀AV2，导致壳体侧压力迅速 下降并产生相对高的负跨膜压力(TMP)脉沖。可以通过在回洗阶段期 间简单地关闭和打开上回洗阀AV2来重复这些脉冲。当使用这种方法 时，过滤止回阀NRV3合理地尽可能远离上组件渗透出口 8，以在系统 内提供足够的气穴从而使所产生的压力脉冲最大化。
在该优选脉沖回洗方法的一种形式中，该系统运4亍如下。
暂停过滤，打开上回洗阀AV2。然后，采用低压空气执行通风和 液体回洗阶段2至200秒的时段，典型地10秒。如对前面的方法所述 的，低压空气经由渗透物出口 8和9施加到膜腔内的渗透物，导致将 液体渗透物推动穿过膜孔并从膜壁移出污物材料。然后，通过将上回 洗阀AV2关闭1至60秒(典型地5秒)的时段并以死路模式运行吹风
9机ll,对組件5的壳体侧进行加压。然后，打开上回洗岡AV2，以对 容器6快速减压，同时用低压空气继续通风和液体回洗。该阶段典型 地执行1至150秒的时段。
与前面的方法类似， 一旦完成液体回洗，就用原料液体清理容器 6的壳体侧，以去除在回洗期间移出的污物并进一步冲洗膜7的外表 面。可选地，这种清理可以在连续通风的情况下执行0至120秒(典 型地大约10秒)的时段，然后在不通风的情况下执行0至150秒(典 型地大约30秒)的另一时段。 一旦完成回洗和清理/排出，该系统就 返回到正常过滤。
如上所述，可以通过数次(通常是1至4次)打开和关闭上回洗 阀AV2来重复脉冲相位。典型地，在每个脉冲相位期间，将容器6的 壳体侧加压1至60秒，随后是通风和低压液体回洗1至150秒的减压 相位。
为阐明低压回洗的有效性，已经执行许多试验。 图2示出了 30千帕腔压力回洗与典型的200千帕腔压力回洗的图 解比较。
在另 一测试中，对脉冲液体回洗方法与普通低压回洗执行比较。 执行十次脉冲回洗操作，随后执行十次普通低压回洗操作。回洗压力 脉冲通常约3至10秒。
图3示出了多脉冲回洗的回洗快照。
图4示出了多脉冲低压回洗操作与普通低压回洗操作的比较。从 这些图中清晰可见，多脉沖回洗的回洗性能优于无压力脉沖的低压回 洗操作。
应理解，本发明的另外的实施方案和范例是可能存在的，而不偏 离本发明的精神或范围。
10
权利要求
1. 一种对包含至少一个可渗透中空膜的膜过滤系统进行回洗的方法，该方法包括以下步骤当停止或暂停过滤过程时，向过滤系统中残留的渗透物施加低压气体以提供用于在回洗过程期间对膜的孔进行回洗的液体。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述低压气体处于低于所述膜的泡点的压力。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述低压气体处于范围在大约30千帕至大约150千帕的压力。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述低压气体由一个或多个气体压力脉冲提供。
5. —种从液体悬浮液中过滤固体的方法，包括(i)提供跨越浸入所述液体悬浮液的可渗透中空膜的壁的压力差，所述液体悬浮液被施加到所述可渗透中空膜的外表面以引发和维持经过所述膜壁的过滤，其中(a) —些所述液体悬浮液穿过所述膜的壁，作为渗透物从中空膜腔中排放，和(b) 至少一些固体保留在所述中空膜上或保留在所述中空膜中，或者另外作为悬浮固体保留在围绕所述膜的液体内，(ii )通过向所述液体渗透物施加处于低于所述膜的泡点的压力的低压气体，以经由膜孔转移所述腔内的至少一些所述液体渗透物，导致保留在所述中空膜上或保留在所述中空膜中的固体被去除，来使用在所述腔内残留的渗透物周期性地回洗膜孔。
6. —种从过滤系统内的液体悬浮液中过滤固体的方法，包括(i)提供跨越可渗透中空膜的壁的压力差，使液体悬浮液被施加到所述可渗透中空膜的内表面，以引发和维持经过膜的壁的过滤，其中(a) —些液体悬浮液穿过膜的壁，作为渗透物从所述膜的外表面排放，和(b) 至少一些固体保留在中空膜上或保留在中空膜中，或者另外作为悬浮固体保留在膜内部，(ii) 停止或暂停过滤过程；(iii) 在过滤过程暂停之后，通过向所述液体渗透物施加处于低于膜的泡点的压力的低压气体以经由膜孔转移至少一些液体渗透物，导致保留在中空膜上或保留在中空膜中的固体被去除，来使用系统中残留的渗透物周期性地回洗膜孔。
7. 根据权利要求5或权利要求6所述的方法，其中，在回洗步骤期间，将固体去除进入围绕膜的散装液体。
8. 根据权利要求5或权利要求6所述的方法，其中，辅助设备中残留的渗透物用作回洗液体源。
9. 根据权利要求5或权利要求6所述的方法，还包括在渗透物流动回路中提供另外的箱或贮藏器以增加可用于回洗的渗透物的量。
10. 根据权利要求5所述的方法，其中渗透物从膜腔的两端被排出，并且其中在回洗步骤期间，低压气体被施加到膜腔的一端或两端。
11. 根据权利要求5或权利要求6所述的过滤系统，其中低压气体由一个或多个气体压力脉沖提供。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中压力脉沖被这样提供在回洗步骤期间隔离膜的液体悬浮液侧，同时向膜的液体悬浮液侧和渗透侧施加低压气体以对膜的液体悬浮液侧和渗透侧加压，然后使膜的液体悬浮液侧向大气开放，导致液体悬浮液侧减压并导致向膜的渗透侧施加压力J3^冲。
13. —种用于从液体悬浮液中去除细小固体的过滤系统，包括(i )用于容纳所述液体悬浮液的容器；(ii)容器内的多个可渗透中空膜；(iH)用于提供跨越所述膜的壁的压力差以使一些液体悬浮液穿过膜的壁而作为渗透物被排放的装置；(iv) 用于从膜中排出渗透物的装置；和(v) 装置，其用于向系统和膜腔内部的液体渗透物施加处于低于泡点的压力的低压气体，以使腔中的至少一些液体渗透物经由膜壁排放，从而除去保留在该膜壁中的任何固体并将被去除的固体移入围绕膜的液体悬浮液。
14. 根据权利要求13所述的过滤系统，其中所述低压气体由一个或多个气体压力脉冲提供。
15. 根据权利要求13或14所述的过滤系统，其中所述低压气体 由用来给膜通风的气体源提供。
16. 根据权利要求13所述的过滤系统，其中所述气体压力由控制 阀或限压装置调整。
17. 根据权利要求13所述的过滤系统，其中所述低压气体用来推动残留的渗透物经过膜壁的孔。
18. 根据权利要求13所述的过滤系统，其中向所述渗透物施加的 气体的压力小于所述膜的泡点。
19. 根据权利要求13所述的过滤系统，其中所述低压气体处于大 约30千帕至大约150千帕的压力范围内。
20. 根据权利要求13所述的过滤系统，其中所述低压由用于对膜 进行气体冲洗的吹风机提供。
21. 根据权利要求13所述的过滤系统，还包括数个膜组件，每个 膜组件包括一个或多个膜，其中所述膜组件成组地排列并连接到用于 向所述膜组件分配液体悬浮液并从其中去除渗透物的歧管，并且其中 所述低压气体被引入膜组件组的歧管，以使歧管中的渗透物形成系统 内的'渗透物的一部分。
全文摘要
一种对包含至少一个可渗透中空膜的膜过滤系统进行回洗的方法，该方法包括以下步骤当停止或暂停过滤过程时，向系统中残留的渗透物施加低压气体以提供用于在回洗过程期间对膜的孔进行回洗的液体。
文档编号B01D65/00GK101511455SQ200780032293
公开日2009年8月19日 申请日期2007年8月30日 优先权日2006年8月31日
发明者B·G·比尔托夫特, H·A·拉扎德斯, L·利, 曹治毅, 查富芳 申请人:西门子水技术公司