专利名称：用于清洗隔膜模块的改进方法
技术领域：
本发明涉及隔膜渗滤系统，尤其涉及用于清洗在该系统中使用的隔膜的改进方法及装置。
背景技术：
隔膜清洗是任何隔膜渗滤处理成功的关键步骤。不定期清洗，隔膜会被杂质堵塞并最终失效。不同的物理隔膜清洗策略已被提出并公布。以下概要说明一些典型方法。
1.用气泡擦洗隔膜。此方法最初由Yamamoto等公布(水科学技术(Water Science Technology)，第2卷，第43-54页；1989)，并被广泛用在低压渗滤处理中。气泡产生的剪切力移除隔膜表面上的污垢物质，但几乎不减少隔膜孔内的污垢。
2.回洗或反向脉动方法。此方法利用经过隔膜孔的反向流体流来从该隔膜孔中去除污垢物质。气体或液体可用作反向回洗中的流体。
PCT公开申请文献No.WO03/059495中，Bartels等描述了这样一种回洗技术，其中，在回洗过程中的特定时间利用进料侧的气体给空心纤维隔膜施压。他们描述了定期采用这种回洗来从空心纤维隔膜有效移除污垢成分。
为实施液体回洗，通常需要液泵和液体收容罐。该泵把渗透液流沿正常渗透流的反向输送经过隔膜孔以清除该隔膜孔的积聚固体和杂质。在加压隔膜渗滤处理中，需要更多的辅助设备。在典型隔膜渗滤系统中，隔膜模块与歧管或者其它类似管道组件连接以便流入进料以及移除渗滤液/渗透液。在渗滤过程的最后，隔膜渗透侧和渗透歧管保持注满渗透液。
发明内容
本发明寻求利用这种残留在歧管内和隔膜(在由里向外渗滤的情况中收容隔膜和渗透液的隔膜内腔或容器)内的渗透液作为液体回洗的来源。
依据一个方面，本发明提供一种对隔膜渗滤系统进行回洗的方法，包括当渗滤处理停止时采用存在于该系统中的残留渗透液作为回洗处理过程中用于回洗隔膜孔的液体的步骤。
优选的，在回洗隔膜过程中采用增压气体把残留渗透液推过隔膜孔。
优选的，施加给渗透液的气体的压力小于隔膜的始沸点(bubblepoint)，以使该气体不能渗入隔膜孔。
依据本发明的另一方面，提供一种从悬浮液滤出固体的方法，包括(i)提供横跨浸在悬浮液中的可渗透空心隔膜的壁的压力差，该悬浮液供应给多孔空心隔膜的外表面，以促使和维持经过隔膜壁的渗滤，其中(a)一些悬浮液经过隔膜壁以作为渗透液从空心隔膜内腔排出，以及(b)至少一些固体保留在空心隔膜上或其内或者作为悬浮固体保留在该隔膜周围的液体中，(ii)通过在低于始沸点的压力下把气体施加给残留在内腔中的渗透液以使该内腔中的至少一些渗透液移过隔膜孔，结果移除保留在空心隔膜上或其内的固体，从而利用残留在内腔中的渗透液定期回洗隔膜孔。一种从悬浮液中滤出固体的方法，包括(i)提供横跨可渗透空心隔膜的壁的压力差，悬浮液供应给该可渗透空心隔膜的内表面，以促使和维持经过隔膜壁的渗滤，其中(a)一些悬浮液经过隔膜壁以作为渗透液从隔膜的外表面排出，以及(b)至少一些固体保留在空心隔膜上或其内或者作为悬浮固体保留在隔膜内部，(ii)停止或暂停渗滤处理；(iii)通过在低于始沸点的压力下把气体施加给暂停渗滤处理之后残留的渗透液以使至少一些渗透液移过隔膜孔，结果移除保留在空心隔膜上或其内的固体，从而利用暂停渗滤处理之后残留的渗透液定期回洗隔膜孔。
依据另一方面，本发明提供一种从渗滤系统的悬浮液中滤出固体的方法，包括(i)提供横跨可渗透空心隔膜的壁的压力差，悬浮液供应给该可渗透空心隔膜的内表面，以促使和维持经过隔膜壁的渗滤，其中(a)一些悬浮液经过隔膜壁以作为渗透液从隔膜的外表面排出，以及(b)至少一些固体保留在空心隔膜上或其内或者作为悬浮固体保留在隔膜内部，(ii)停止或暂停渗滤处理；(iii)通过用低于始沸点的压力把气体施加给暂停渗滤处理之后残留在系统中的渗透液以使至少一些渗透液移过隔膜孔，结果移除保留在空心隔膜上或其内的固体，从而利用暂停渗滤处理之后残留在系统中的渗透液定期回洗隔膜孔。
优选的，在回洗步骤过程中，固体被移入隔膜周围的大量液体中。
优选的，还可利用残留在辅助设备例如歧管、集管、管路等中的渗透液以及隔膜内腔中的渗透液作为回洗液体的来源。当从这些来源获得的用于回洗的渗透液体积不足时，还可在渗透液流路内提供另一室或容器以增大当暂停渗滤时可用于回洗的渗透液量。
当多个模块成组使用并与一种用于分配供给和移除悬浮液的歧管连接时，还可把增压气体引入模块组的歧管内以使该歧管内的渗透液也可用于回洗。在从隔膜模块的两端进行渗滤的渗滤处理情况中，气体推动回洗可根据需要被选择为仅作用于该隔膜模块的任一端或者同时作用于两端。
依据本发明的另一方面，提供一种用于从悬浮液移除微小固体的渗滤系统，包括(i)用于容纳悬浮液的容器；(ii)位于容器内的多个可渗透空心隔膜；(iii)用于提供横跨隔膜壁的压力差以使得一些悬浮液流经隔膜壁以作为渗透液排出的装置；(iv)用于从隔膜取出渗透液的装置；以及(v)用于以低于始沸点的压力把气体施加给系统和隔膜内腔中的渗透液以经由隔膜壁排出内腔中的至少一些渗透液，从而移除保留在其中的任何固体并把所移除的固体移入隔膜周围的渗透液中的装置。
采用改进方法的一般回洗过程可以包含以下步骤中的许多或者全部。
·利用通风气体或者其它低压气体源对供给容器中的供给量进行滤除；·通过使气泡流经隔膜表面来冲洗该隔膜表面；·通过使存在于系统中的残留渗透液沿正常渗滤流的反向流经隔膜孔来回洗该隔膜孔；·通过清除、排除或者通过供给及渗出过程排出回洗废液以部分地排出该回洗废液。
·再注满隔膜容器，在渗透侧放气并恢复渗滤。
在回洗清洁的最后，浓回洗废液必须被排出模块。存在两种用于排出回洗废液的普通方法从容器排出浓液或者用供给流清除容器。在清除处理过程中，通常做法是把供给流泵送入隔膜容器底部，插入流从该容器顶部清除出浓液。
我们已经发现有利的是在清除期间的部分或者全部过程中把通常为空气的气体喷射入隔膜容器内。通过喷射气体而形成在容器内的气泡增强了清除效果，并由此加强回洗功效。
依据另一方面，本发明提供一种清洗隔膜渗滤系统的改进方法，包括在回洗、冲洗和/或清洗步骤过程中或者之后，在从容器清除或排除浓液的过程中给隔膜容器内提供气体或气泡的步骤。
利用给容器浓液通气的清除可部分地或者完全地与液体回洗步骤结合(泵送液体回洗或者上述气体推动液体回洗)。
利用重力的排出是从隔膜容器中排出回洗废液的通常方法。不彻底排出会导致低回洗效率，使高浓度废液残留在容器中并在再次渗滤时马上再弄脏隔膜。在采用模块组的系统中，通常排出之后在容器底部存在一层废液。若干改进方法可用来减少残留废液对渗滤处理的影响。
1)气体辅助排出。在回洗的最后，在关闭通气阀的同时，把冲洗气体连续喷入供给容器。冲洗气体的压力有助于促使排出。或者，可在供给侧给供给容器施加增压气体以帮助排出。
2)稀释回洗废液。在典型回洗周期过程中，开始气体冲洗以从隔膜表面移除污垢物质。可在对隔膜孔进行液体回洗之前首先或者其过程中部分地排出容器内的固体。由于容器内的废液体积减少，于是在液体回洗之后当更多清洁渗透液出来到隔膜模块的供给侧时，固体浓度被稀释。在最后的排出步骤中，即便出现不彻底排出，当用新的供给水再注满容器时，该容器内的固体浓度也被稀释。
3)冲洗容器底部的废液。可通过把供给水迅速地泵送通过容器来冲出容器底部的残留回洗废液。回洗废液可被冲出到排出口或供给口并与新的供料混合。
现在将参照附图仅以例子方式说明本发明的优选实施例，其中图1是采用本发明一种实施例的六模块隔膜渗滤组件的示意图；图2是横跨膜的压力(TMP)相对时间的曲线图；以及图3是在采用和不采用空气喷射的清除过程中阻力相对时间的图表。
具体实施例方式
参照图1，空心纤维隔膜模块5安装在压力容器6内，渗滤流从管际空间进入纤维内腔7。每个模块5都与上下歧管8和9连接。上歧管8用于移除在渗滤处理中从纤维内腔7排出的渗透液。当渗滤处理由于清洗周期而暂停时，歧管8、相应管道9和内腔7保持注满渗透液。在该实施例中，这样实现液体回洗，关闭阀10并在低于隔膜始沸点的压力下经由阀11给渗透液施加增压气体，以经由隔膜孔把残留在歧管8和纤维内腔7中的渗透液推压至管际空间12并移除保持在该隔膜孔上的固体。
在一个例子中，渗滤时操纵渗滤单元20分钟，然后切换至回洗程序。回洗规程如下停止渗滤并开始气体冲洗纤维隔膜表面。
在气体冲洗15秒之后，以大约2巴的规定压力经由阀11给渗透液歧管8供应增压气体15秒以把渗透液反向回推过隔膜孔。
然后通过把供给水泵送过容器25秒，从模块5清除利用冲洗和回洗移除的固体。
在清除的最后，释放气体压力并恢复渗滤。
图2表示采用上述回洗策略的横跨膜的压力(TMP)相对时间的曲线图。由于改进的供给水质量，渗滤性能稳定且横跨膜的压力(TMP)略微下降，表明有效的回洗过程。
在另一实例里，说明清除过程中采用空气的有效性。此例中，在向容器内喷射气体时执行八次从该容器清除固体的周期，随后在无任何气体喷射时执行后八次清除周期。图3表示在两种清除形式过程中的阻力变化。显而易见，当清除过程中喷射空气时，隔膜阻力略微下降，然而当清除过程中不供应任何空气时，隔膜阻力开始上升。
依据本发明实施例的方法和装置理想地包括以下优点，但不限于此1)省略了用于回洗的回洗泵和渗透液收容罐；2)采用增压气体可容易地实现不能利用泵经济实现的短周期“反向脉冲”；
3)减少液体回洗废物；4)低能量操作；以及5)如果内腔完全排空液体，施加负的横跨膜的压力(TMP)相当于在隔膜的所有点施加气压。
应理解的是，本发明的其它实施例和范例是可能的而不脱离所述的本发明实质和范围。
权利要求
1.一种对隔膜渗滤系统进行回洗的方法，包括当渗滤处理停止时采用存在于所述系统中的残留渗透液来提供回洗处理过程中用于回洗隔膜孔的液体的步骤。
2.根据权利要求1所述的对隔膜渗滤系统进行回洗的方法，包括在回洗所述隔膜过程中采用增压气体把所述残留渗透液推过所述隔膜孔的步骤。
3.根据权利要求2所述的对隔膜渗滤系统进行回洗的方法，其中，施加给所述渗透液的所述气体的压力小于所述隔膜的始沸点，以使所述气体不渗入所述隔膜孔。
4.一种从悬浮液滤出固体的方法，包括(i)提供横跨浸在所述悬浮液中的可渗透空心隔膜的壁的压力差，所述悬浮液供应给所述多孔空心隔膜的外表面，以促使和维持经过所述隔膜壁的渗滤，其中(a)一些所述悬浮液经过所述隔膜的所述壁以作为渗透液从所述空心隔膜内腔排出，以及(b)至少一些固体保留在所述空心隔膜上或所述空心隔膜内或者作为悬浮固体保留在所述隔膜周围的所述液体中，(ii)通过在低于始沸点的压力下把气体施加给所述渗透液以使所述内腔中的至少一些所述渗透液移过所述隔膜孔，因而移除保留在所述空心隔膜上或所述空心隔膜内的所述固体，从而利用残留在所述内腔中的所述渗透液定期回洗所述隔膜孔。
5.根据权利要求4所述的从悬浮液滤出固体的方法，其中，在所述回洗步骤过程中，所述固体被移除到所述隔膜周围的所述大量液体中。
6.根据权利要求5所述的从悬浮液滤出固体的方法，还包括在所述回洗步骤前减少所述大量液体的体积的步骤。
7.根据权利要求6所述的从悬浮液滤出固体的方法，其中，通过暂停提供所述悬浮液、同时继续提供横跨所述隔膜的所述壁的压力差并从所述隔膜抽取渗透液来减少大量液体的体积。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的从悬浮液滤出固体的方法，包括利用清除、排出或者利用供给及渗出过程来移除含有所述移除固体的至少部分所述大量液体以至少部分地排出所述大量液体的步骤。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的从悬浮液滤出固体的方法，包括利用残留在辅助设备例如歧管、集管、管路等中的渗透液以及所述隔膜内腔中的渗透液作为回洗液体的来源。
10.一种从悬浮液滤出固体的方法，包括(i)提供横跨可渗透空心隔膜的壁的压力差，悬浮液供应给所述可渗透空心隔膜的内表面，以促使和维持经过所述隔膜壁的渗滤，其中(a)一些所述悬浮液经过所述隔膜的所述壁以作为渗透液从所述隔膜的外表面排出，以及(b)至少一些固体保留在所述空心隔膜上或所述空心隔膜内或者作为悬浮固体保留在所述隔膜内部，(ii)停止或暂停所述渗滤处理；(iii)通过在低于始沸点的压力下把气体施加给所述渗透液以把至少一些所述渗透液移过所述隔膜孔，因而移除保留在所述空心隔膜上或所述空心隔膜内的所述固体，从而利用暂停所述渗滤处理之后残留的所述渗透液定期回洗所述隔膜孔。
11.根据权利要求4至10中任一项所述的从悬浮液滤出固体的方法，包括在所述渗透液流路中提供另一室或容器以增大当停止或暂停所述渗滤时可用于回洗的渗透液量。
12.根据权利要求4至11中任一项所述的从悬浮液滤出固体的方法，还包括通过使气泡流经所述隔膜表面以冲洗所述隔膜的步骤。
13.一种用于从悬浮液移除细固体的渗滤系统，包括(i)用于容纳所述悬浮液的容器；(ii)位于所述容器内的多个可渗透空心隔膜；(iii)用于提供横跨所述隔膜的壁的压力差以使得一些所述悬浮液流经所述隔膜的所述壁以作为渗透液被排出的装置；(iv)用于从所述隔膜取出所述渗透液的装置；以及(v)用于以低于始沸点的压力把气体施加给所述系统和所述隔膜内腔中的所述渗透液以经由所述隔膜壁排出所述内腔中的至少一些所述渗透液，从而移除保留在其中的任何固体并把所移除固体移入所述隔膜周围的渗透液中的装置。
14.根据权利要求13所述的渗滤系统，其中，所述隔膜安装在多个隔膜模块内，所述隔膜模块成组使用并与用于给所述系统分配所述悬浮液以及从所述系统移除所述渗透液的歧管连接。
15.根据权利要求14所述的渗滤系统，其中，所述气体被引入所述模块组的所述歧管内，以使所述歧管内的所述渗透液用于回洗。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的渗滤系统，还包括在所述回洗之前减少所述容器内的所述悬浮液的体积以减少回洗废液量的装置。
17.根据权利要求16所述的渗滤系统，其中，通过暂停给所述供给容器的供应流同时继续提供横跨所述隔膜的所述壁的压力差并从所述隔膜取出所述渗透液来减少所述容器内的所述悬浮液的体积。
18.根据权利要求17所述的渗滤系统，其中，通过施加增压气体来获得横跨所述隔膜壁的所述压力差。
19.一种清洗隔膜渗滤系统的方法，包括在回洗、冲洗和/或清洗步骤过程中或者之后，在从容纳所述隔膜的容器内清除或排除含废物液体的过程中给所述容器内提供气体或气泡的步骤。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述清除或排除步骤利用液体回洗步骤来部分地或者完全地执行。
21.根据权利要求19或20所述的方法，包括给所述含废物液体施加增压气体以帮助从所述容器中移除所述液体的步骤。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述清除或排除步骤利用液体回洗步骤部分地执行，进一步的清除或排除步骤在所述液体回洗步骤之后执行。
23.根据权利要求19至22中任一项所述的方法，包括利用供给液体从所述容器冲洗所述含废物液体的步骤。
全文摘要
一种用于回洗隔膜渗滤系统的方法和装置，其中，当渗滤处理停止或暂停时，采用存在于该渗滤系统中的残留渗透液来提供回洗处理过程中用于回洗隔膜孔的液体。
文档编号B01D63/02GK1867391SQ200480030093
公开日2006年11月22日 申请日期2004年9月15日 优先权日2003年9月19日
发明者查富芳, H·A·拉扎雷德斯, 曹治毅 申请人:美国废水过滤集团公司