CN101284213A - 一种清洗膜分离设备的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种清洗膜分离设备的方法，包括以下环节：a)当膜过滤阻力与初始膜过滤阻力的比值小于1.2时，进行正向水力清洗；b)当膜过滤阻力与初始膜过滤阻力的比值大于等于1.2时，进行反向水力清洗；c)当膜过滤阻力与初始膜过滤阻力的比值大于等于2时，进行反向化学清洗；d)当膜过滤阻力与初始膜过滤阻力的比值大于等于3时，进行正向化学清洗。本发明所提供的清洗膜分离设备的方法与现有技术相比，环节a)、环节b)、环节c)和环节d)的使用频率依次降低，这样不但可以通过多种模式对不同类型的膜污染适时地予以彻底清除，而且可以优先发挥成本低、操作简单的清洗模式的清洗作用。

Description

一种清洗膜分离设备的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种清洗膜分离设备的方法及装置，属于水处理技术领域。
背景技术
近年来由于膜科学与技术的发展以及水处理技术的更新换代，膜分离技术和采用膜分离技术的膜分离设备越来越多地应用于水处理领域。随着工程应用的逐渐普及和生产技术的不断成熟，膜分离设备的价格有所下降。但总体而言，膜法水处理技术的一次性投资和运行成本仍然明显高于其他较为成熟的常规水处理技术，尤其是膜分离设备寿命偏短带来的更换周期短，使得实际的膜法水处理工程背负较高的折旧成本，这在很大程度上限制了膜分离技术在水处理领域进一步扩大应用范围。
目前研究人员普遍认为膜污染(membrane fouling)是造成膜分离设备寿命偏短的主要原因。膜污染可定义为颗粒、胶体、乳浊液、悬浮液、大分子和盐等物质在膜表面或膜孔内部的可逆及不可逆沉积，这种沉积包括吸附、堵塞、沉淀、形成滤饼等。膜污染的微观过程较为复杂，尤其是当膜分离设备作为膜生物反应器(Membrane Bioreactor，MBR)等污水处理系统中生物固体(biomass)与水的分离手段时，膜污染的现象极为复杂。  目前理论界认为膜污染的成因包括浓差极化(concentration polarization)、膜孔堵塞(pore clogging)、凝胶层(gellayer)、泥饼层(cake layer)、无机物结垢(mineral scale)等微观现象，其中浓差极化和膜孔堵塞一般发生在膜开始过滤后的几秒或几分钟内，凝胶层也在随后的数分钟或数小时内逐渐形成，但凝胶层的进一步增厚则发展缓慢，因此在膜分离过程的初期，膜的过滤阻力处于快速上升阶段，但随后膜的过滤阻力则进入一个相对缓慢上升的阶段，这一阶段主要是泥饼层的形成以及无机物结垢所造成的膜污染，无机物结垢的发展通常较为缓慢，但若泥饼层快速增厚，则膜的过滤阻力将重新大幅升高，甚至使得膜完全丧失产水能力。引起膜污染的物质一般有三类：(1)颗粒物质，如原水中的悬浮物，在膜生物反应器中则主要是微生物所组成的絮体，这类物质主要导致泥饼层的形成；(2)溶解性的大分子有机物质，如原水中的溶解性有机物，在膜生物反应器中则主要是生物反应器中积聚的溶解性微生物产物(soluble microbialproducts，SMPs)和胞外多聚物(extracelluar polymers，ECPs)，也包括一部分微生物，这类物质主要导致膜孔堵塞和凝胶层的形成；(3)无机物质，如原水中的碳酸盐、硫酸盐等，这类物质主要导致无机物结垢。
膜分离设备在使用过程中膜污染的现象是不可避免的，因此研究者除了深入考察膜污染的形成机理和影响因素外，也在寻求经济有效的膜污染防治和清除手段。目前在实际工程当中，当膜污染发展到一定程度时，就要对膜分离设备采取在线或离线的清洗措施，以恢复膜的过滤性能。这些清洗措施包括物理方法和化学方法两大类，前者包括以气、水或气水混合液冲刷膜正常工作时的表面的正向水力清洗，以气、水或气水混合液沿膜正常工作时过滤方向的反方向透过膜的反向水力清洗，以及采用超声波等手段对膜进行清洗等，后者主要包括以含有一定浓度化学药剂的清洗溶液浸泡膜正常工作时的表面的正向化学清洗或沿膜正常工作时过滤方向的反方向透过膜的反向化学清洗。有关正向或者反向水力清洗的方法可参见中国专利及专利申请95194986.1、98125099.8、02205772.2、02224060.8、200320110568.6、200510013249.7、200580013230.0，有关反向化学清洗的方法可参见中国专利200510115862.X，有关组合运用正向以及反向的水力清洗和化学清洗的方法可参见中国专利申请200580046369.5、200610011310.9。
正向水力清洗主要靠气、水或气水混合液在膜正常工作时的表面错流(cross flow)运动时形成的水力剪切力来抑制颗粒物沉积在该膜表面，可以在一定程度上抑制由泥饼层所造成的膜污染，但对抑制由胶体物质沉积膜表面所引起的凝胶层的发展没有明显效果，对抑制由胶体和小分子物质引起的膜孔堵塞没有任何效果，因此单纯的正向水力清洗也不能持久达到较好的清洗效果。另外，为了强化正向水力清洗的效果，并且使得膜清洗的操作不影响水处理设施的生产过程，一般使得膜分离设备以间歇的方式进行工作，停止工作的时间占到总时间的20％左右，而气、水或气水混合液的错流运动却是连续的，利用膜分离设备停止工作时颗粒物向膜表面附着的作用力的瞬间消失，可以使得部分已沉积的颗粒物重新进入液相主体，这种所谓空曝气的做法在以负压方式获得膜透过液的膜生物反应器中大量采用，尽管可以在一定程度上抑制膜污染的快速发展，但这种有限的清洗效果是以通过增加能耗提供较高错流流速和降低膜的有效工作时间换来的，其后果既增大了系统的运行成本，又需要配置更多数量的膜分离设备，使系统的建造成本也有所增大。
反向水力反清洗和反向化学清洗，其实质都是让气体、清洗水或含有一定化学药剂的清洗溶液沿膜正常工作时过滤方向的反方向透过膜，这样可以在一定程度上清除由膜孔堵塞所造成的膜污染，但气体、清洗水或清洗溶液却无法冲刷或浸泡膜正常工作时与待过滤的液体相接触的表面，而恰恰是这个表面上的凝胶层和泥饼层是膜污染的主要形式，其形成和发展在很大程度上降低了膜的过滤性能，现有技术中的反向水力清洗和反向化学清洗只能作用于与膜正常工作时和待过滤的液体相接触的表面相反的另一表面，因此也无法取得较好的清洗效果。另外，反向水力反清洗和反向化学清洗一般均以膜分离设备的透过液即水处理系统的最终产水作为清洗水或溶药水，这样在一定程度上降低了膜分离设备的实际产水能力，为了达到规定的处理规模，需增加膜分离设备的用量，增大了系统的建造成本。
中国专利申请200580046369.5、200610011310.9提出了在一段连续的时间段内同时运用正向水力清洗、反向水力清洗、正向化学清洗以及反向化学清洗的清洗方法，该清洗方法虽然可以取得较好的膜污染清除效果，但该时间段一般持续时间较长，在此时间范围内膜分离设备无法正常工作，水处理设施被迫处于待机或停产状态，与此同时，反向水力清洗或反向化学清洗又消耗了一定量的系统最终产水。如果该清洗方法实施的频率较高，则势必大幅降低膜分离设备的实际利用率和系统的产水率，为了达到规定的处理规模，必须增加膜分离设备的用量，这样则增大了系统的建造成本。如果该清洗方法实施的频率较低，则无法使膜分离设备长期保持较好的过滤性能，而且清洗时的持续时间或化学药剂的浓度应延长或增大，否则无法较为彻底地恢复其过滤性能。这种清洗方法步骤较多，盲目性很大，清洗溶液和化学药剂的用量较大，这限制了其在实际的水处理工程中的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种清洗膜分离设备的方法及装置，采用该清洗方法及装置可以使膜分离设备内部的过滤单元在水处理工作过程中长期保持较好的过滤性能，而且膜分离设备的实际利用率更高，清洗溶液和化学药剂的用量更少。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下的技术方案：
一种清洗膜分离设备的方法，包括以下环节：
a)当膜过滤阻力与初始膜过滤阻力的比值小于1.2时，进行正向水力清洗：使气体、液体或气液混合物以一定的流速冲刷过滤单元的外表面；
b)当膜过滤阻力与初始膜过滤阻力的比值大于等于1.2时，进行反向水力清洗：使气体、液体或气液混合物以一定流量和持续时间沿过滤单元正常工作时过滤方向的反方向透过过滤单元；
c)当膜过滤阻力与初始膜过滤阻力的比值大于等于2时，进行反向化学清洗：使含有化学药剂的清洗溶液以一定流量和持续时间沿过滤单元正常工作时过滤方向的反方向透过过滤单元；
d)当膜过滤阻力与初始膜过滤阻力的比值大于等于3时，进行正向化学清洗：使含有化学药剂的清洗溶液浸渍过滤单元的外表面一段时间。
优选地，环节a)中所述的正向水力清洗的具体实现为，使膜分离设备在错流过滤的条件下工作，并且将气体、液体或者气液混合物在过滤单元外表面上的错流流动作为环节a)连续使用；更优选为利用曝气所形成的待过滤的液体与气体的气液混合物在过滤单元外表面上的错流流动作为环节a)连续使用。
优选地，环节a)中所述的流速为0.01～2m/s，更优选0.01～0.5m/s，最优选0.04～0.2m/s。
优选地，当膜过滤阻力与初始膜过滤阻力的比值小于1.2时，使膜分离设备在错流过滤的条件下工作，将待过滤的液体或者待过滤的液体与气体的气液混合物在过滤单元外表面上的错流流动作为环节a)连续使用，同时使得膜分离设备按固定的时间周期循环往复地以间歇的方式进行工作，所述时间周期为5～30分钟，其中停止工作的时间占周期总时间的百分数为5～20％，更优选地，所述时间周期为5～15分钟，其中停止工作的时间占周期总时间的百分数为5～10％。
优选地，当膜过滤阻力与初始膜过滤阻力的比值大于等于1.2时，继续使膜分离设备在错流过滤的条件下工作，将待过滤的液体或者待过滤的液体与气体的气液混合物在过滤单元外表面上的错流流动作为环节a)连续使用，同时使得膜分离设备按固定的时间周期循环往复地以间歇的方式进行工作，所述时间周期为5～30分钟，其中停止工作的时间占周期总时间的百分数为5～20％，在每1～100个时间周期内的任一个时间周期内，在膜分离设备停止工作的时间范围内实施环节b)，而且环节b)中的所述介质为所述膜分离设备的透过液，更优选地，在每4～24个时间周期内的任一个时间周期内，在膜分离设备停止工作的时间范围内实施环节b)，而且环节b)中的所述介质为所述膜分离设备的透过液。
优选地，当膜过滤阻力与初始膜过滤阻力的比值大于等于2时，继续使膜分离设备在错流过滤的条件下工作，将待过滤的液体或者待过滤的液体与气体的气液混合物在过滤单元外表面上的错流流动作为环节a)连续使用，同时使得膜分离设备按固定的时间周期循环往复地以间歇的方式进行工作，所述时间周期为5～30分钟，其中停止工作的时间占周期总时间的百分数为5～20％，并且在每1～100个时间周期内的任一个时间周期内，在膜分离设备停止工作的时间范围内实施环节b)，而且环节b)中的所述介质为所述膜分离设备的透过液，在每100～10000个时间周期内的任一个时间周期内，在膜分离设备停止工作的时间范围内实施化学加强反洗。更优选地，在每100～10000个时间周期内的任何5～30个连续的时间周期内，使膜分离设备在该5～30个连续的时间周期内停止工作，并对其实施环节c)。
优选地，通过动态监测跨膜压差或膜过滤阻力变化情况的可变周期来确定是否实施环节b)或环节c)；更优选通过动态监测跨膜压差或膜过滤阻力上升速率变化情况的可变周期来确定是否实施环节b)或环节c)。
优选地，环节b)中所述的流量是过滤单元正常工作时膜通量的1～5倍，持续时间不超过3分钟；更优选地，环节b)中所述的流量是过滤单元正常工作时膜通量的2～3倍，持续时间不超过1.5分钟。
优选地，环节c)中沿过滤单元正常工作时过滤方向的反方向透过过滤单元的清洗溶液的总量与全部过滤单元过滤面积的比值为1～20L/m2，更优选为1～2L/m2。
优选地，环节c)中所述清洗溶液至少分两批沿过滤单元正常工作时过滤方向的反方向透过过滤单元，每两批次之间静置30～120分钟，更优选为30～90分钟。
优选地，环节c)和环节d)中使用酸洗液和碱洗液两种清洗溶液分别进行酸洗和碱洗，所述酸洗液为柠檬酸溶液、乙二酸溶液、盐酸溶液、硫酸溶液中的任何一种或任何两种及两种以上的混合溶液，所述碱洗液为次氯酸钠溶液、氢氧化钠溶液或者次氯酸钠与氢氧化钠的混合溶液。
优选地，环节c)和环节d)中酸洗和碱洗各进行一次，并且先进行酸洗，再进行碱洗。
优选地，环节c)中使用的酸洗液的pH值控制在1～4之间，更优选为2～4之间，使用的次氯酸钠溶液的有效氯浓度为50～3000mg/L，更优选为200～1000mg/L，使用的氢氧化钠溶液或者次氯酸钠与氢氧化钠的混合溶液的pH值控制在8～14之间，更优选为8～12之间。
优选地，环节d)中使用的酸洗液的pH值控制在1～4之间，更优选为1～2之间，使用的次氯酸钠溶液的有效氯浓度为1000～6000mg/L，更优选为3000～5000mg/L。使用的氢氧化钠溶液或者次氯酸钠与氢氧化钠的混合溶液的pH值控制在8～14之间，更优选为10～14之间。
优选地，环节d)中酸洗的时间为1～48小时，更优选为2～12小时，碱洗的时间为1～48小时，更优选为12～24小时。
一种清洗膜分离设备的装置，包括膜分离设备、曝气设备、反冲洗设备、加药泵、贮药容器、清洗溶液贮存池以及相关的管路和阀门，反冲洗设备的进水口通过管路与清洗溶液贮存池相连通，加药泵的吸水口通过管路与贮药容器相连通，其特征在于，与所述膜分离设备的透过液出口连接的管路分为两个支路，第一支路与储存膜分离设备透过液的透过液贮存池相连通，第二支路与反冲洗设备的出水口和/或曝气设备的出气口相连通，所述加药泵的出水口与所述第二支路相连通。
优选地，与所述膜分离设备的透过液出口连接的管路上可以安装有能够监测透过液瞬时流量和压力的流量计和压力计，更优选地，与所述膜分离设备的透过液出口连接的管路上可以安装有能够在线连续监测透过液瞬时流量和压力的流量计和压力计。
优选地，所述膜分离设备带有封闭的外壳、料液进口和料液出口，所述外壳内部设有布气装置，所述布气装置与曝气设备的出气口相连通。
优选地，所述膜分离设备放置于膜滤池当中，所述膜滤池为容积略大于膜分离设备自身体积的箱体或者小型的构筑物，内部设有布气装置，所述布气装置与曝气设备的出气口相连通。
优选地，所述膜分离设备用于膜生物反应器中生物固体与水的分离设备，所述带有封闭外壳的膜分离设备或盛装膜分离设备的膜滤池设置于所述膜生物反应器中的生物反应器之外，所述膜分离设备或所述膜滤池和所述生物反应器通过管路相连通。
优选地，所述膜分离设备用于混凝反应器中絮体与水的分离设备，所述带有封闭外壳的膜分离设备或盛装膜分离设备的膜滤池设置于所述混凝反应器之外，所述膜分离设备或所述膜滤池和所述混凝反应器通过管路相连通。
优选地，所述反冲洗设备为脉冲式反冲洗系统，包括稳压罐和补水泵。
优选地，所述带有封闭外壳的膜分离设备或盛装膜分离设备的膜滤池内部设有布气装置，与所述反冲洗设备的出水口连接的管路可以分出两个支路，其中一个支路与所述第二支路相连通，另一个支路与连接所述曝气设备的出气口与所述布气装置的进气口的管道相连通。
优选地，在所述第一支路上可以增设出水泵，所述膜分离设备的透过液出口与所述出水泵的进水口相连通。
本发明所提供的清洗膜分离设备的方法与现有技术相比，提出了由正向水力清洗、反向水力清洗、反向化学清洗以及正向化学清洗四种清洗模式相组合的清洗方法，而且这四种清洗模式的使用频率依次降低，这样不但可以通过多种模式对不同类型的膜污染适时地予以彻底清除，而且可以优先发挥成本低、操作简单的清洗模式的清洗作用，这样降低了清洗溶液和化学药剂的用量，最大限度地提高了膜分离设备的实际工作时间，压缩了清洗膜分离设备所造成的水处理设施待机或停产的时间，这样最大限度地提高了膜分离设备的实际利用率，在一定程度也降低了系统的建造成本和运行成本。采用与本发明的清洗方法所对应的清洗装置，不需要将膜分离设备从水处理设施中拆卸下来，可以在线完成全部清洗操作，由此提高了清洗膜分离设备的方便程度，降低了劳动强度。
附图说明
图1为膜过滤阻力随时间的变化图。
图2为本发明的实施例1所述的清洗膜分离设备的装置的结构示意图。
图3为本发明的实施例2所述的清洗膜分离设备的装置的结构示意图。
图4为本发明的实施例1所述的清洗膜分离设备的装置的平面布置示意图。
图5为本发明的实施例2所述的清洗膜分离设备的装置的平面布置示意图。
图6为本发明的实施例1和实施例2所述的正向水力清洗过程和反向水力清洗过程示意图。
图7为本发明的实施例1和实施例2所述的反向化学清洗过程示意图。
图8为本发明的实施例1和实施例2所述的正向化学清洗过程的前段过程示意图。
图9为本发明的实施例1和实施例2所述的正向化学清洗过程的后段过程示意图。
附图中各个标记的说明：
1——料液供给阀门；       2——料液回流阀门；    3——膜滤池供气阀门；
4——生物反应池供气阀门； 5——反向清洗阀门；    6——产水阀门；
7——正向清洗阀门；       8——生物反应池；      9——膜滤池；
10——透过液贮存池；      11——料液供给管；     12——料液回流管；
13——料液进口；          14——料液出口；       15——循环泵；    16——出水泵；
17——反冲洗泵；          18——加药泵；         19——膜分离设备；
20——透过液出口；        21——贮药设备；       22——鼓风机；
23——膜滤池内的布气装置；24——生物反应池内的布气装置；
25——压力变送器；        26——电磁流量计；     27——稳压罐；    28——补水泵；
29——混凝反应池；        30——斜板沉淀池；     31——中间水池；
32——搅拌设备；          33——混凝剂投加设备； 34——斜板。
具体实施方式
下面对上述技术方案进行详细的阐述和说明，并且对于其他涉及的技术细节进行详细的阐述和说明：
一种清洗膜分离设备的方法，包括以下环节：
a)当膜过滤阻力与初始膜过滤阻力的比值小于1.2时，进行正向水力清洗：使气体、液体或气液混合物以一定的流速冲刷过滤单元的外表面；
b)当膜过滤阻力与初始膜过滤阻力的比值大于等于1.2时，进行反向水力清洗：使气体、液体或气液混合物以一定流量和持续时间沿过滤单元正常工作时过滤方向的反方向透过过滤单元；
c)当膜过滤阻力与初始膜过滤阻力的比值大于等于2时，进行反向化学清洗：使含有化学药剂的清洗溶液以一定流量和持续时间沿过滤单元正常工作时过滤方向的反方向透过过滤单元；
d)当膜过滤阻力与初始膜过滤阻力的比值大于等于3时，进行正向化学清洗：使含有化学药剂的清洗溶液浸渍过滤单元的外表面一段时间。
需要说明的一点是，虽然随着时间的推移，膜过滤阻力与初始膜过滤阻力的比值虽然呈逐步上升的趋势，但是上述的各个环节不在于表示使用的先后顺序。
为了方便阐述，本文将膜分离设备内部的过滤单元正常工作时与待过滤的液体相接触的表面称为外表面，与之相对的表面称为内表面。将膜分离设备内部的过滤单元的过滤阻力称为膜过滤阻力(以R代表)，将膜分离设备刚投入使用很短的时间内膜孔堵塞和外表面上凝胶层刚刚形成、泥饼层尚未形成时的膜过滤阻力称为初始膜过滤阻力(以R0代表)，有关初始膜过滤阻力的进一步表述见说明书第11页第1段，将膜过滤阻力随时间的变化率称为膜过滤阻力上升速率(以dR/dt代表)，将过滤单元外表面和内表面之间的压力差称为跨膜压差(transmembrane pressure，TMP)，将膜分离设备正常工作时的单位外表面上单位时间内的透过液流量称为膜通量(membrane flux，以J代表)。
根据过滤理论，膜过滤阻力的计算公式为：
R＝TMP/(μ·J)
式中：
R——膜过滤阻力，单位为m-1；
TMP——跨膜压差，单位为Pa；
μ——透过液粘度，单位为Pa·s；
J——膜通量，单位为m3/(m2·s)。
环节a)和环节b)均为水动力学手段，环节c)为水动力学手段和化学手段相组合的手段，环节d)为化学手段。根据水动力学手段对膜污染的清除效果，可以将膜污染分为可逆污染(reversible fouling)和不可逆污染(irreversible fouling)两部分，可逆污染可以通过水动力学手段进行较好地抑制和清除，而不可逆污染则必须依靠化学手段才能进行彻底清除。对照前文已述及的膜污染的成因以及污染物质，发明人认为泥饼层基本为可逆污染，膜孔堵塞表现出更多的可逆性，但也有一定的不可逆性，凝胶层表现出更多的不可逆性，但也有一定的可逆性，而无机物结垢则基本为不可逆污染。如图1所示，膜过滤阻力随时间的变化情况可划分为I、II、III三个阶段。第I阶段发生在膜开始过滤后的几秒或几分钟内，浓差极化、膜孔堵塞和凝胶层(外表面)的形成使膜过滤阻力R迅速升高，该阶段末尾对应的时刻为ta，ta时刻的膜过滤阻力R即为初始膜过滤阻力R0，初始膜过滤阻力R0主要为不可逆污染所致，因此不能够通过水动力学手段来控制。第II阶段可持续较长时间，颗粒物逐渐沉积在过滤单元的外表面形成泥饼层，这一阶段膜过滤阻力R一般缓慢上升，而且主要为可逆污染所致，因此可以通过水动力学手段进行有效控制。第III阶段发生在凝胶层和泥饼层进一步增厚和压实后，此时也经常伴生内表面上凝胶层的形成，膜过滤阻力R重新快速上升，并且主要为不可逆污染所致，此时膜的过滤性能将大幅降低，必须采取化学手段才能彻底恢复。
尽管环节d)对过滤单元外表面和内表面上以及膜孔内的各类污染物都可以予以彻底清除，使得膜分离设备的过滤性能基本上完全得以恢复，但实施环节d)要使用较大量的化学药剂，持续时间较长，期间水处理设施被迫处于待机或停产状态，在有的场合下还必须使用吊装设备将膜分离设备从系统中拆卸下来，因此，环节d)的使用频率应尽可能地被降低。事实上，结合膜污染在不同发展阶段所表现出来的不同特征，通过恰当运用环节a)、环节b)和环节c)，可以尽可能地延长第II阶段持续的时间，也就是尽可能地推迟使用环节d)，以此可达到既有效控制膜过滤阻力在合适的水平，又最大限度地提高膜的实际利用率、降低清洗溶液和化学药剂用量的目的。从进一步降低清洗成本的角度来看，由于环节b)和环节c)均使得膜分离设备丧失一部分有效的工作时间，降低了其实际利用率，因此二者使用频率均应低于环节a)。由于环节c)相比于环节b)还要额外使用化学药剂，因此实施成本更高，使用频率应低于环节b)。
在第II阶段的早期，一般主要由泥饼层的逐步形成导致膜过滤阻力的缓慢上升，因此，此时仅使用环节a)即可以达到较好的膜污染抑制效果，可以将这一段时间称为第IIa阶段，在第IIa阶段如果不实施环节a)则膜过滤阻力将呈曲线A的趋势迅速上升。随着工作时间的延长，至第IIa阶段末尾的tb时刻以后，泥饼层逐渐增厚并压实，膜污染呈现出更多的不可逆性，环节a)的清洗效果逐渐降低，此时使用环节b)既可以较好地清除膜孔堵塞，也可以清除一部分凝胶层和泥饼层，尤其是对于泥饼层来说，反向水力清洗能够有效阻止泥饼层的进一步增厚和压实，可以将这一段时间称为第IIb阶段，在第IIb阶段如果不实施环节b)则膜过滤阻力将呈曲线B的趋势迅速上升。随着工作时间的进一步延长，至第IIb阶段末尾的tc时刻以后，外表面上凝胶层和泥饼层均进一步增厚和压实，甚至内表面上也因为微生物的增殖而出现凝胶层，导致不可逆污染在整个膜污染中所占的比例逐渐增大，此时单纯使用环节a)和/或环节b)等水动力学手段已不能达到较好的清洗效果，实施环节c)除了对清除外表面上无机物结垢贡献较小之外，一般可以较好地清除内表面上的凝胶层和膜孔堵塞，尽管不能较为彻底地清除外表面上的凝胶层和泥饼层，但对外表面上的凝胶层和泥饼层的进一步增厚和压实有一定的破坏作用，而且实施环节c)的持续时间相对较短，期间水处理设施只是处于短暂的待机状态，更不需要将膜分离设备从系统中拆卸下来，因此其实施成本较之环节d)更低，可以将这一段时间称为第IIc阶段，在第IIc阶段如果不实施环节c)则膜过滤阻力将呈曲线C的趋势迅速上升。当膜分离设备工作较长一段时间，至第IIc阶段末尾的td时刻以后，膜过滤阻力上升幅度较大，而且不可逆污染占据了整个膜污染中的绝大比例，此时必须对其实施环节d)才能彻底恢复其过滤性能。如图1所示，如果在第IIa阶段实施环节a)、在第IIb阶段实施环节b)、在第IIc阶段实施环节c)，则可以将第II阶段充分拉长，使得膜过滤阻力呈曲线D的趋势缓慢上升，使得td时刻的出现大为滞后。需要指出的是，曲线D实际上在第IIb阶段和第IIc阶段呈现出的是锯齿形小幅度振荡的形状。
所述膜分离设备可以在恒定的膜通量的条件下工作(简称恒通量操作)，也可以在恒定的跨膜压差的条件下工作(简称恒压差操作)，作为优选，所述膜分离设备在恒定的膜通量的条件下工作。恒通量操作和恒压差操作是膜分离过程的两种最基本的驱动力供给形式，在恒通量操作模式下，膜通量维持基本恒定，而跨膜压差将随着膜过滤阻力的增大而逐渐增大，而在恒压差操作模式下，跨膜压差保持基本恒定，而膜通量将随着膜过滤阻力的增大而逐渐减小。由于实际的水处理工程一般要求膜分离设备能够提供稳定的产水能力，因此恒通量操作更为适用，同时，由于透过液粘度一般仅为温度的函数，在透过液温度基本稳定的情况下，透过液粘度也基本恒定，因此在恒通量操作模式下，跨膜压差的实时变化趋势与膜过滤阻力的实时变化趋势基本吻合，这样通过比较容易测量的跨膜压差也可以确定使用各个清洗环节的时机。
所述膜分离设备可以在错流过滤(cross flow filtration)的条件下工作，也可以在死端过滤(dead-end filtration)的条件下工作，作为优选，所述膜分离设备在错流过滤的条件下工作。错流过滤和死端过滤是膜分离过程的两种最基本的料液供给形式。所谓错流过滤，就是使待过滤的液体或者待过滤的液体与气体的气液混合物以一定的流速流经过滤单元的外表面，这样在过滤单元的外表面上存在两种方向相互垂直的流动形态，通过液体或气液混合物错流运动所形成的水力剪切力可以较为有效地抑制污染物在过滤单元外表面上的沉积。所谓死端过滤，就是在过滤单元的外表面上不存在错流运动，只存在透过液的单向流动的过滤形式。由于死端过滤的膜污染发展速度较快，因此仅在特殊场合上有所应用，目前绝大部分膜分离过程均采用错流过滤形式。
当所述膜分离设备在错流过滤的条件下工作时，环节a)实际上可以利用气体、液体或气液混合物等介质在过滤单元外表面上的错流运动来抑制膜污染尤其是颗粒物沉积所造成的泥饼层膜污染的发展，并且优选地，可以将过滤单元在错流过滤的工作模式下待过滤的液体或者待过滤的液体与气体的气液混合物在过滤单元外表面上的错流流动作为环节a)连续使用。当所述膜分离设备用于膜生物反应器中生物固体与水的分离设备时，可以在膜分离设备所在的区域内连续曝气，使待过滤的液体与气体的气液混合物在过滤单元外表面上形成错流流动，将该错流流动作为环节a)连续使用，这样既可以为生物反应器提供氧气，又可以抑制膜污染的发展，而且气液混合物比单纯的液体所形成的错流流动有更好的膜污染抑制效果。研究和工程实践表明，当过滤单元外表面上始终存在错流运动，并且错流流速不低于一临界值、膜通量不高于一临界值时，环节a)可以较为有效地将过滤单元外表面上的泥饼层控制在一定的厚度范围内，使得膜过滤阻力维持在一个合适的水平，并使得第IIa阶段能够持续相对较长的一段时间。本文将错流流速的这一临界值称为经济流速(economical velocity)，将膜通量的这一临界值称为临界通量(critical flux)。
临界通量越高，膜分离设备的产水能力越高，对于相同处理规模的水处理工程，膜分离设备的用量就越少，系统的建造成本也就越低。经济流速越低，对于相同处理规模的水处理工程，系统的运行能耗就越低。但大量研究已证实，临界通量一般与经济流速呈正相关，这使得降低建造成本与降低运行能耗相互制约，无法同时使二者达到较为理想的情况。在目前采用膜分离设备的水处理工程中，尤其是采用膜生物反应器工艺的污水处理工程中，一般使得膜通量控制在所谓次临界通量(subcritical flux)区域内，即尽可能接近临界通量但又不超过临界通量，这样可以尽可能地提高膜分离设备的产水能力，但即便如此，所对应的经济流速仍然不能够令人满意。为了进一步降低经济流速，目前通行的做法是使得膜分离设备按固定的时间周期循环往复地以间歇的方式进行工作，所述时间周期一般为5～30分钟，其中停止工作的时间占周期总时间的百分数一般为5～20％左右，利用过滤单元停止工作时颗粒物向外表面附着的作用力的瞬间消失，可以使得部分已沉积在外表面的颗粒物重新进入液相主体，这种做法通过适当降低膜分离设备的有效工作时间在一定程度上使得经济流速有所降低，而所对应的临界通量则可以适当提高。这种间歇工作的方式几乎为所有膜生物反应器中的膜分离设备以及其他很多场合中的膜分离设备所采用。环节b)实际上可以在第IIb阶段利用膜分离设备按固定的时间周期循环往复地以间歇方式工作过程中过滤单元停止工作的短暂时间，对膜分离设备施以反向的压力差，使得过滤单元的透过液沿其正常工作时过滤方向的反方向透过过滤单元，这样可以较好地清除由膜孔堵塞所造成的膜污染，对于过滤单元外表面上的凝胶层和泥饼层也可以进行部分清除。环节b)中的反冲介质也可以采用其他较为纯净的水源(如自来水、脱盐水等)、气体(如空气等)或者气液混合物，但使用其他较为纯净的水源增大了系统的运行成本，使用气体或气液混合物将造成膜分离设备在反向水力清洗之后转入正常过滤时透过液收集管道内积存气体，排除气体不但需要配套复杂的抽真空装置，而且进一步缩短了膜分离设备的有效工作时间，因此环节b)中优选使用膜分离设备的透过液。
由于间歇工作的方式使得膜分离设备丧失了一部分的有效工作时间，因此膜分离设备的实际利用率和产水能力有所降低，实施环节b)虽然可以较好地清除由膜孔堵塞所造成的膜污染，并且未额外占用膜分离设备的有效工作时间，但却额外消耗了膜分离设备的透过液，由此进一步降低了膜分离设备的实际产水能力。因此，环节b)的实施频率不能过高，否则将使得膜分离设备的实际利用率和产水能力大幅下降，致使必须增大膜分离设备的用量才能达到规定的处理规模。结合工程实践和理论分析，发明人发现一种在第IIb阶段联合运用环节a)和环节b)的较为经济可行的条件是：继续使膜分离设备在错流过滤的条件下工作，将待过滤的液体或者待过滤的液体与气体的气液混合物在过滤单元外表面上的错流流动作为环节a)连续使用，同时使得膜分离设备按固定的时间周期循环往复地以间歇的方式进行工作，所述时间周期为5～30分钟，其中停止工作的时间占周期总时间的百分数为5～20％，当膜过滤阻力与初始膜过滤阻力的比值大于等于1.2时，在每1～100个时间周期内的任一个时间周期内，在膜分离设备停止工作的时间范围内实施环节b)，而且环节b)中的所述介质为所述膜分离设备的透过液，优选地，在每4～24个时间周期内的任一个时间周期内，在膜分离设备停止工作的时间范围内实施环节b)，而且环节b)中的所述介质为所述膜分离设备的透过液。
研究和实践表明，随着膜分离设备工作时间的延长，至第IIb阶段的末期，不但过滤单元外表面上的凝胶层逐渐增厚，过滤单元内表面上也会出现类似于外表面上的凝胶层，这主要是由于微生物增殖所引起的，这种现象在膜生物反应器中更为普遍。反向水力清洗只能瞬间使得膜孔更为通透，但却很难清除内外表面上的凝胶层，反向水力清洗停止后正常过滤开始的瞬间，膜孔周围凝胶层内多糖类粘性物质很快就会重新覆盖膜孔，这使得反向水力清洗的作用逐渐减弱，在第IIb阶段末尾的tc时刻之后，应对膜分离设备实施环节c)。
环节c)可以持续时间较短，也可以持续时间略长。当持续时间较短时，可以向部分的环节b)中的清洗溶液中加入一定数量的化学药剂，使之成为化学加强反洗(chemical enhanced backwashing，CEB)，即环节c)的一种高频率、短历时、高流速的形式。化学加强反洗可以完全取代环节b)而频繁实施，但化学药剂的用量较大，药品的贮存问题较为麻烦，而且这种短历时的反向化学清洗方式对过滤单元内表面上凝胶层清除的效果并不好，因此发明人发现一种在第IIc阶段联合运用环节a)、环节b)和环节c)的较为经济可行的条件是：继续使膜分离设备在错流过滤的条件下工作，将待过滤的液体或者待过滤的液体与气体的气液混合物在过滤单元外表面上的错流流动作为环节a)连续使用，同时使得膜分离设备按固定的时间周期循环往复地以间歇的方式进行工作，所述时间周期为5～30分钟，其中停止工作的时间占周期总时间的百分数为5～20％，并且在每1～100个时间周期内的任一个时间周期内，在膜分离设备停止工作的时间范围内实施环节b)，而且环节b)中的所述介质为所述膜分离设备的透过液，在每100～10000个时间周期内的任一个时间周期内，在膜分离设备停止工作的时间范围内实施化学加强反洗，即环节c)。
实施环节c)的更优选的方式是低频率、长历时、低流速，这样不但可以节省化学药剂的用量，而且可以使得清洗溶液对过滤单元内表面有更长的浸渍时间，因此对内表面凝胶层的清除效果更好，同时在低流速的条件下，清洗溶液从过滤单元内部缓慢渗透到外部，在过滤单元外表面周围不会很快扩散，因此对外表面凝胶层也会有一定的破坏作用。因此发明人发现一种在第IIc阶段联合运用环节a)、环节b)和环节c)的更优选的条件是：继续使膜分离设备在错流过滤的条件下工作，将待过滤的液体或者待过滤的液体与气体的气液混合物在过滤单元外表面上的错流流动作为环节a)连续使用，同时使得膜分离设备按固定的时间周期循环往复地以间歇的方式进行工作，所述时间周期为5～30分钟，其中停止工作的时间占周期总时间的百分数为5～20％，并且在每1～100个时间周期内的任一个时间周期内，在膜分离设备停止工作的时间范围内实施环节b)，而且环节b)中的所述介质为所述膜分离设备的透过液，在每100～10000个时间周期内的任何5～30个连续的时间周期内，使膜分离设备在该5～30个连续的时间周期内停止工作，并对其实施环节c)。这样，实施环节c)的间隔周期大约为2～90天，这样的间隔周期对于实际的水处理工程来说是可以接受的。
通过前述对环节a)、环节b)、环节c)的组合运用，可以取得较好的膜污染控制和清除的效果，使膜分离设备长期保持较好的过滤性能，由此可以大幅延长实施环节d)的间隔周期，该间隔周期一般可为6～24个月。考虑到环节a)、环节b)和环节c)中任何一个或三者之中的任何组合均无法彻底清除过滤单元外表面上的凝胶层和无机物结垢，而且随着膜分离设备工作时间的逐渐延长，无机物结垢和凝胶层及泥饼层将发生协同作用，无机物结垢将促使凝胶层及泥饼层进一步压实甚至板结，后期清除相比于早期清除将需要更长的持续时间、更高浓度的化学药剂，因此发明人发现环节(d)优选的实施频率为每6～12个月实施一次。
为了强化环节d)的清洗效果，缩短其持续时间，降低化学药剂的用量，可以选择在对膜分离设备实施环节d)的之前、期间、之后中的任何一个或两个以上的时间段内，对膜分离设备以连续或间歇的方式实施环节a)和/或环节c)。
环节a)中气体、液体或气液混合物等介质在过滤单元外表面上的错流流速范围为0.01～2m/s，优选为0.01～0.5m/s，更优选为0.04～0.2m/s。
环节b)中气体、液体或气液混合物等介质沿过滤单元正常工作时过滤方向的反方向透过过滤单元的流量相当于过滤单元正常工作时膜通量的1～5倍，优选为2～3倍，持续时间不超过3分钟，优选为不超过1.5分钟。
环节c)中沿过滤单元正常工作时过滤方向的反方向透过过滤单元的清洗溶液的总量与全部过滤单元过滤面积的比值为1～20L/m2，优选为1～2L/m2，持续时间为60～240分钟，优选为60～120分钟。所述清洗溶液可以连续不间断地透过过滤单元，也可以分两批或者两批以上透过过滤单元，每两批次之间有一段静置的时间。作为优选，所述清洗溶液至少分两批沿过滤单元正常工作时过滤方向的反方向透过过滤单元。每两批次之间的静置时间为30～120分钟，优选为30～90分钟。
工程实际当中，实施环节b)或环节c)的间隔周期、持续时间以及环节c)中化学药剂的种类和浓度可以根据膜分离设备的具体工作环境进行选择。环节b)或环节c)可以以固定周期进行实施，也可以以可变周期进行实施。当工程中在膜分离设备的透过液出口管路上安装有能够在线连续监测透过液瞬时流量和压力的流量计(如电磁流量计、涡街流量计或涡轮流量计等)和压力计(如压力变送器等)时，可以通过自动控制系统实时采集这些数据，并计算出跨膜压差和膜过滤阻力，根据监测到的跨膜压差或膜过滤阻力的实时变化情况以判定是否应对膜分离设备予以实施环节b)或环节c)以及相应的持续时间、化学药剂的种类和浓度等。这种判定有两种判定准则：(1)设定跨膜压差或膜过滤阻力上升值(即ΔTMP或ΔR)的临界值，一旦监测到跨膜压差或膜过滤阻力上升值的实测值达到该临界值，由自动控制系统向执行机构发出相关指令实施环节b)或环节c)；(2)设定跨膜压差或膜过滤阻力上升速率(即dTMP/dt或dR/dt)的临界值，一旦监测到跨膜压差或膜过滤阻力上升速率的实测值达到该临界值，由自动控制系统向执行机构发出相关指令实施环节b)或环节c)。作为优选，所述环节b)或环节c)通过动态监测跨膜压差或膜过滤阻力变化情况的可变周期进行实施，更优选通过动态监测跨膜压差或膜过滤阻力上升速率变化情况的可变周期进行实施。这样可以使得清洗溶液和化学药剂的用量达到最小的程度。
所述环节c)和环节d)中的清洗溶液可以为次氯酸钠溶液、氢氧化钠溶液、柠檬酸溶液、乙二酸溶液、盐酸溶液、硫酸溶液中的任何一种或两种以上。其中次氯酸钠溶液、氢氧化钠溶液均为碱性溶液，对有机物和微生物有较强的氧化分解溶蚀等作用。柠檬酸溶液、乙二酸溶液、盐酸溶液、硫酸溶液均为酸性溶液，对无机物结垢有很好的溶解去除效应。因此，作为优选，所述环节c)和环节d)中先后使用两种清洗溶液，其中一种清洗溶液为次氯酸钠溶液、氢氧化钠溶液或者次氯酸钠与氢氧化钠的混合溶液，本文将其称为碱洗液，并将使用碱洗液对膜分离设备进行清洗的过程称为碱洗(alkali dip)；另一种清洗溶液为柠檬酸溶液、乙二酸溶液、盐酸溶液、硫酸溶液中的任何一种或任何两种及两种以上的混合溶液，本文将其称为酸洗液，并将使用酸洗液对膜分离设备进行清洗的过程称为酸洗(acid dip)。碱洗和酸洗可以一个在前，另一个在后，也可以以其他各种组合方式进行多次使用。作为优选，酸洗和碱洗各进行一次，并且先进行酸洗，再进行碱洗。酸洗之后再进行碱洗之前，或者碱洗之后再进行碱洗之前，均应用清洁的水对膜分离设备内部或盛装膜分离设备的容器内部进行涮洗，以防止酸碱中和并产生其他有害的物质。
所述环节c)中使用的次氯酸钠溶液的有效氯浓度为50～3000mg/L，优选为200～1000mg/L，所述环节d)中使用的次氯酸钠溶液的有效氯浓度为1000～6000mg/L，优选为3000～5000mg/L。所述环节c)和环节d)中使用的氢氧化钠溶液或者次氯酸钠与氢氧化钠的混合溶液的pH值控制在8～14之间，所述环节c)的优选范围为8～12之间，所述环节d)的优选范围为10～14之间。
所述环节c)和环节d)中使用的柠檬酸溶液、乙二酸溶液、盐酸溶液、硫酸溶液或其中任何两种及两种以上的混合溶液的pH值控制在1～4之间，所述环节c)的优选范围为2～4之间，所述环节d)的优选范围为1～2之间。
所述环节d)中碱洗的时间为1～48小时，优选为12～24小时，酸洗的时间为1～48小时，优选为2～12小时。
一种清洗膜分离设备的装置，包括膜分离设备、曝气设备、反冲洗设备、加药泵、贮药容器、清洗溶液贮存池以及相关的管路和阀门，反冲洗设备的进水口通过管路与清洗溶液贮存池相连通，加药泵的吸水口通过管路与贮药容器相连通，其特征在于，与所述膜分离设备的透过液出口连接的管路分为两个支路，第一支路与储存膜分离设备透过液的透过液贮存池相连通，第二支路与反冲洗设备的出水口和/或曝气设备的出气口相连通，所述加药泵的出水口与所述第二支路相连通。
所述反冲洗设备可以为反冲洗泵，也可以为由稳压罐和补水泵所组成的脉冲式反冲洗系统。当所述反冲洗设备为反冲洗泵时，所述反冲洗设备的进水口为反冲洗泵的吸水口，所述反冲洗设备的出水口为反冲洗泵的出水口。当所述反冲洗设备为由稳压罐和补水泵所组成的脉冲式反冲洗系统时，反冲洗设备的进水口为补水泵的吸水口，反冲洗设备的出水口为稳压罐的出水口。作为优选，所述反冲洗设备为由稳压罐和补水泵所组成的脉冲式反冲洗系统。
所述第二支路可以与反冲洗设备的出水口相连通，也可以与曝气设备的出气口相连通，也可以通过三通与反冲洗设备的出水口和曝气设备的出气口都连通。也就是说，反冲洗的介质可以为液体，也可以为气体，也可以既有液体又有气体。作为优选，所述第二支路只与反冲洗设备的出水口相连通。这样可以避免使用气体或气液混合物给第一支路带来排除积存气体的麻烦。
所述膜分离设备内部具有一个或者一个以上的过滤单元。所述过滤单元是指具有过滤作用的组件，可以是中空纤维束式膜组件、中空纤维帘式膜组件、板框式平板膜组件、毛细管式膜组件、管式膜组件以及微孔过滤管等水处理领域可以用到的各类过滤单元。
所述膜分离设备可以带有封闭的外壳，也可以不带有封闭的外壳。当膜分离设备带有封闭的外壳时，所述外壳上应有输送待过滤液体的料液进口和料液出口，所述外壳内部应设有布气装置，所述布气装置与曝气设备的出气口相连通。当膜分离设备不带有封闭的外壳时，所述过滤单元与待过滤液体相接触的表面为裸露状态，此时可以将膜分离设备放置于一个容积略大于膜分离设备自身体积的箱体或者小型的构筑物内部，即所谓膜滤池当中，这样可以很方便地直接在膜滤池内对膜分离设备进行所述环节d)，所述膜滤池内部应设有布气装置，所述布气装置与曝气设备的出气口相连通。
当所述膜分离设备用于膜生物反应器中生物固体与水的分离设备时，所述带有封闭外壳的膜分离设备或盛装膜分离设备的膜滤池设置于所述膜生物反应器中的生物反应器之外，所述膜分离设备或所述膜滤池和所述生物反应器通过管路相连通。
当所述膜分离设备用于混凝反应器中絮体与水的分离设备时，所述带有封闭外壳的膜分离设备或盛装膜分离设备的膜滤池设置于所述混凝反应器之外，所述膜分离设备或所述膜滤池和所述混凝反应器通过管路相连通。
当所述带有封闭外壳的膜分离设备或所述膜滤池内部设有布气装置时，与所述反冲洗设备的出水口连接的管路可以分出两个支路，其中一个支路与所述第二支路相连通，另一个支路与连接所述曝气设备的出气口与所述布气装置的进气口的管道相连通。两个支路上均设有阀门。这样，不但可以利用反冲洗设备提供的反冲洗水对所述膜分离设备进行反冲洗，也可以对所述布气装置进行清洗，以避免布气装置在长时间使用后布气孔为污泥所堵塞。
所述膜分离设备可以利用其内部或膜滤池内部的液面与其透过液出口之间的液位差实现自流出水，也可以在与其透过液出口相连通的出水泵提供的负压的作用下抽吸出水，也就是说，在所述第一支路上可以不设出水泵，也可以设有出水泵。作为优选，在所述第一支路上设有出水泵。这样当贮存膜分离设备透过液的透过液贮存池内的液面高于膜分离设备内部或膜滤池内部的液面或者低于后者的高度差不足以使透过液自流排出时，出水泵可以使得膜分离设备的产水流量更为稳定。作为更优选，连接所述膜分离设备的透过液出口与透过液贮存池的管路分为两个支路，其中一个支路与所述出水泵的进水口相连，所述出水泵的出水口通过管路与透过液贮存池相连，另一个支路直接与透过液贮存池相连。这样两个支路为并联关系，二者之间通过阀门的控制可以相互替换使用。
所述清洗溶液贮存池可以与透过液贮存池为同一个容器或构筑物，也可以为不同的容器或构筑物。作为优选，所述清洗溶液贮存池与透过液贮存池为同一个容器或构筑物，也就是说，供给反冲洗设备用的清洗溶液为膜分离设备的透过液，这样可以使得清洗装置变得更为简单。
所述加药泵的出口可以通过管道接至所述反冲洗设备的进水口与清洗溶液贮存池之间的管路上，也可以通过管道接至所述第二支路上反冲洗设备的出水口和膜分离设备的透过液出口之间的管路上。所述加药泵和贮药设备可以有一套，也可以有两套或者两套以上。各套加药泵和贮药设备分别投加不同种类的化学药剂。
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1
如图2、图4所示，一种清洗膜分离设备的装置，该装置为膜生物反应器污水处理系统的一部分，包括生物反应池8，与生物反应池8相独立并共壁设置的膜滤池9，安装在膜滤池9内的膜分离设备19，用于贮存膜分离设备19的透过液的透过液贮存池10，将生物反应池8中的活性污泥混合液输送至膜滤池9中的料液供给管11以及其上安装的料液供给阀门1，料液供给管11穿过生物反应池8的侧壁的位置位于其侧壁的上部但管顶低于其内水面400mm，穿过膜滤池9的侧壁的位置位于其侧壁的上部但管顶低于其内水面200mm并位于膜分离设备19的上方，将膜滤池9中的混合液输送回生物反应池8中的料液回流管12，安装在料液回流管12上的循环泵15，与循环泵15的吸水口相连的管道通向膜滤池9的底部并位于膜分离设备19下方，在与循环泵15的吸水口相连的管道上安装有料液回流阀门2，为膜分离设备19提供负压的出水泵16，其吸水口通过设有产水阀门6的管路与膜分离设备19的透过液出口20相连接，出水口通过管路与透过液贮存池10相连，该管路上安装有压力变送器25和电磁流量计26，作为气源的鼓风机22，与其出气口相连的管路分为两个支路，一个支路与安装在膜滤池9内的布气装置23相连，其上设有膜滤池供气阀门3，另一个支路与安装在生物反应池8内的布气装置24相连，其上设有生物反应池供气阀门4，反冲洗泵17的吸水口通过管路与透过液贮存池10相连，与出水口相连的管路分为两个支路，一个支路与连接透过液出口20和出水泵16的吸水口的管路相连，其上设有反向清洗阀门5，另一个支路与连接鼓风机22和膜滤池9内的布气装置23的管路相连，其上设有正向清洗阀门7，在外形为圆桶并设置在透过液贮存池10旁边的贮药设备21的正上方安装有加药泵18，与加药泵18的出口相连的管道连接至反冲洗泵17出水口上的管道，连接点位于反向清洗阀门5及正向清洗阀门7之前的母管上。
膜分离设备19是由中空纤维帘式膜组件过滤单元组成的，共有16个，分2排放置，每排8个，每个膜分离设备19的外形尺寸均为600mm(长)×600mm(宽)×1800mm(高)，内部集成10片中空纤维帘式膜组件，每片中空纤维帘式膜组件均由398根中空纤维膜丝组成，中空纤维膜丝的外径为2.8mm，平均膜孔径为0.4μm，材质为聚偏氟乙烯，上端可以自由摆动，每根膜丝均呈闭孔状态，利用柔性环氧树脂封结，下端用环氧树脂浇铸汇集于端头之中，并且用聚氨酯对其进行二次浇铸，以对膜丝根部进行保护。端头外部设有外径为Ф8mm的产水管，所有产水管均并联至一根集水总管。
生物反应池8的内部净尺寸为5m(宽)×6.5m(长)×3.5m(深)，有效水深为3m，有效容积为97.5m3。膜滤池9的内部净尺寸为5m(宽)×1.5m(长)×3.5m(深)，有效水深为2.8m，有效容积为21m3。产水贮存池10的内部净尺寸为5m(宽)×3m(长)×3.5m(深)，有效水深为3m，有效容积为45m3。
循环泵15的流量为120m3/h(立方米每小时)，扬程为11m，功率为5.5kW，出水泵16的流量为25m3/h，扬程为10m，功率为1.1kW，清洗泵17的流量为80m3/h，扬程为15m，功率5.5kW，加药泵18的流量为1.5m3/h，扬程为8m，功率为90w，鼓风机22的风量为3.86m3/min(立方米每分钟)，风压为39.2kPa(千帕)，功率为5.5kW，贮药设备21的外形尺寸为Ф1000mm×1500mm，有效容积为1000L。
料液供给管11和料液回流管12的内径均为200mm，料液供给阀门1、料液回流阀门2、膜滤池供气阀门3、生物反应池供气阀门4、反向清洗阀门5、产水阀门6、正向清洗阀门7均为电动阀门。
当原水为一般的生活污水时，其主要水质指标为：pH＝6～9，CODCr＝400～500mg/L，BOD5＝200～300mg/L，SS＝100～300mg/L，氨氮＝20～60mg/L，TN＝20～80mg/L。针对该种类型的原水，本实施例的污水处理系统可以达到的处理能力为20.8m3/h，日处理规模为500m3/d(立方米每天)，生物反应池8的水力停留时间约为4.7小时，MLSS(污泥浓度)为5～8g/L，容积负荷为1.0～1.5kg-BOD5/(m3·d)，污泥负荷为0.13～0.21kg-BOD5/(kg-MLSS·d)，膜滤池9的水力停留时间约为1h，生物反应池8和膜滤池9的总水力停留时间约为5.7h，产水贮存池10的水力停留时间约为2.2h。
图6显示的是膜分离设备19处于正常工作过程中整个污水处理系统的工艺运行过程，所述环节(a)实际上始终存在于该工艺运行过程。料液供给阀门1、料液回流阀门2、膜滤池供气阀门3、生物反应池供气阀门4始终为开启状态，反向清洗阀门5和正向清洗阀门7始终为关闭状态，循环泵15为连续运行，出水泵16和产水阀门6为间歇运行或打开，反冲洗泵17和加药泵18处于停止运行的状态。污水首先进入生物反应池8的下部，在布气装置24提供的紊流的作用下，污水与活性污泥混合液充分接触，好氧异养菌将对有机底物进行生物降解，硝化菌则将污水中的氨氮转化成硝酸盐氮，随后生物反应池8内的活性污泥混合液从其上部经由料液供给管11进入膜滤池9，活性污泥混合液在膜滤池9内由于膜分离设备19的高效分离作用而彻底实现固液分离，膜分离设备19的透过液逐渐汇流到透过液出口20，然后由出水泵16输送至透过液贮存池10。在自动控制系统的控制下，出水泵16以10min为一个时间周期循环往复地以间歇的方式进行工作，在每一个时间周期内，出水泵16启动运行的时间为8min，停止运行的时间为2min，相应的，膜分离设备19正常过滤的时间为8min，停止过滤的时间为2分钟，停止过滤的时间占周期总时间的百分数为20％。鼓风机22提供的压缩空气经膜滤池9内的布气装置23扩散出来，这使得膜滤池9内部存在气水二相流的上升运动，由此在膜分离设备19内部的中空纤维膜的外表面存在气水混合物的错流流动，这作为所述环节(a)即正向水力清洗连续使用，以此来有效抑制泥饼层膜污染的发展在合适的水平，膜滤池9内的浓缩液最后经由料液回流管12被循环泵15加压送回生物反应池8底部，并在生物反应池内的布气装置24提供的紊流作用下，重新与生物反应池8内的活性污泥混合液相混合。
图6显示的是所述环节(b)即反向水力清洗的操作过程。首先关闭产水阀门6，料液供给阀门1、料液回流阀门2、膜滤池供气阀门3、生物反应池供气阀门4仍为开启状态，正向清洗阀门7仍为关闭状态，使出水泵16停止运行，循环泵15仍然正常运行，加药泵18仍然处于停止运行的状态，打开反向清洗阀门5，使反冲洗泵17启动运行，由反冲洗泵17将透过液贮存池10中贮存的膜分离设备的透过液以相当于膜分离设备19正常过滤时透过液流量的2倍的流量注入透过液出口20，最后沿中空纤维膜丝正常工作时透水方向的反方向透过膜丝，持续时间为1.5min，随后反冲洗泵17停止运行，反向清洗阀门5关闭，产水阀门6随即打开，出水泵16启动运行，整个污水处理系统又恢复如图6所示的正常工作状态。反冲洗泵17启动运行前后相关阀门进行切换的时间为0.5min，也就是说，反向水力清洗的总持续时间为2min。反向水力清洗在自动控制系统的控制下以固定周期进行实施，压力变送器25和电磁流量计26实时监测膜分离设备19的透过液的压力和瞬时流量，自动控制系统实时采集数据并计算出膜分离设备的跨膜压差TMP以及膜过滤阻力R，一旦实测的R值达到程序设定的临界值，则自动控制系统立即向执行机构发出指令，启动反向水力清洗程序。反向水力清洗在膜分离设备19每工作5个时间周期后的第6个时间周期内进行一次，即每1小时进行1次，持续时间为2分钟，与第6个时间周期内膜分离设备19停止正常过滤的时间片段完全相重合。
图7显示的是所述环节(c)即反向化学清洗的操作过程。首先关闭料液供给阀门1、料液回流阀门2、膜滤池供气阀门3、产水阀门6，生物反应池供气阀门4仍为开启状态，正向清洗阀门7仍为关闭状态，使循环泵15、出水泵16均停止运行，反冲洗泵17继续保持停止运行的状态，打开反向清洗阀门5，使加药泵18启动运行，由加药泵18将贮存在贮药设备21中的清洗溶液分两批注入第二支路(即连接反冲洗泵17出水口和透过液出口20的管路)，清洗溶液为有效浓度为1000mg/L的次氯酸钠溶液，第一批注入的清洗溶液的体积为500L，持续时间约为25min，清洗溶液由透过液出口20进入中空纤维膜丝的内腔，其中一部分清洗溶液沿中空纤维膜丝正常工作时透水方向的反方向透过膜丝，而大部分清洗溶液贮存在中空纤维膜丝的内腔浸渍其内表面，静置60min以后，由加药泵18将1000L的清洗溶液再次注入第二支路，持续时间约为40min，随后再静置30min，最后打开膜滤池供气阀门3对膜滤池9进行曝气，持续时间为25min，至此完成全部反向化学清洗操作，总历时约为180min，约占用18个时间周期，随后使加药泵18停止运行，关闭反向清洗阀门5，料液供给阀门1、料液回流阀门2、产水阀门6随即打开，使循环泵15和出水泵16启动运行，整个污水处理系统又恢复如图6所示的正常工作状态。反向化学清洗在自动控制系统的控制下以可变周期进行实施，压力变送器25和电磁流量计26实时监测膜分离设备19的透过液的压力和瞬时流量，自动控制系统实时采集数据并计算出膜分离设备的跨膜压差TMP、膜过滤阻力R以及膜过滤阻力上升速率dR/dt，一旦实测的dR/dt值达到程序设定的临界值，则自动控制系统立即向执行机构发出指令，启动反向化学清洗程序。
图8和图9显示的是所述环节(d)即正向化学清洗的操作过程。其中图8显示的是正向化学清洗的前段过程，主要是将膜滤池9内部的混合液排至生物反应池8，并且清除膜滤池内的布气装置23内的污泥以及单个中空纤维膜束内部、各个中空纤维膜束之间、膜分离设备19内壁或转角等处可能存在的污泥。图9显示的是正向化学清洗的后段过程，主要是用含有一定浓度化学药剂的透过液浸泡中空纤维膜丝的外表面及内表面。在前段过程(见图8)中，首先关闭料液供给阀门1、膜滤池供气阀门3、产水阀门6，料液回流阀门2、生物反应池供气阀门4仍为开启状态，反向清洗阀门5、正向清洗阀门7仍为关闭状态，使出水泵16停止运行，反冲洗泵17、加药泵18仍然处于停止运行的状态，循环泵15继续运行，由循环泵15将膜滤池9内的混合液经料液回流管12全部排至生物反应池8，然后使循环泵15停止运行，打开正向清洗阀门7，使反冲洗泵17启动运行，由反冲洗泵17将透过液贮存池10中贮存的透过液注入膜滤池内的布气装置23，最后从布气装置23的布气孔扩散出来。反冲洗泵17工作15分钟后暂停，关闭正向清洗阀门7，打开膜滤池供气阀门3，使鼓风机22提供的压缩空气经布气装置23的布气孔扩散出来，持续15分钟，如此切换两次。随后使反冲洗泵17停止运行，并关闭膜滤池供气阀门3和正向清洗阀门7，打开料液回流阀门2，使循环泵15启动运行，由循环泵15将膜滤池9内的混合液经料液回流管12排至生物反应池8。随后进入后段过程(见图9)，继续使料液供给阀门1、膜滤池供气阀门3以及产水阀门6处于关闭状态，待循环泵15将膜滤池9内的混合液全部排至生物反应池8后，使循环泵15停止运行，关闭料液回流阀门2，使加药泵18启动运行，由加药泵18将贮存在贮药设备21中的化学药剂注入第二支路(即连接反冲洗泵17出水口和透过液出口20的管路)，然后通过以下两种途径的任何一种使含有化学药剂的透过液在膜滤池9内贮存：i)打开反向清洗阀门5，继续关闭正向清洗阀门7，使反冲洗泵17与加药泵18同步启动运行，由反冲洗泵17将含有化学药剂的透过液(化学药剂与膜分离设备的透过液在管路中相混合)注入透过液出口20，最后沿中空纤维膜丝正常工作时透水方向的反方向透过膜丝，并且在膜滤池9内贮存；ii)打开正向清洗阀门7，继续关闭反向清洗阀门5，使反冲洗泵17与加药泵18同步启动运行，由反冲洗泵17将含有化学药剂的透过液注入布气装置23，最后从布气装置23的布气孔扩散出来，并且在膜滤池9内贮存。待全部膜分离设备19均为含有化学药剂的透过液完全浸没之后，使加药泵18和反冲洗泵17停止工作，同时令所有与膜滤池9外接接口相连的管道上的阀门均处于关闭状态，使全部中空纤维膜丝的外表面及内表面被含有化学药剂的透过液浸泡一定时间。本实施例中正向化学清洗采取先酸洗后碱洗的方式。在酸洗过程中，加药泵18注入的是盐酸溶液，第二支路中盐酸的质量浓度为2％，浸泡时间为3小时。酸洗结束后使循环泵15启动运行，由循环泵15将废弃的酸洗液经料液回流管12的旁路排入专用的废弃药液处置容器内，然后使循环泵15停止运行，打开反向清洗阀门5，使反冲洗泵17启动运行，对膜分离设备19进行反向水力清洗，持续时间为15min，随后使反冲洗泵17停止运行，关闭反向清洗阀门5，再次使循环泵15启动运行，由循环泵15将膜滤池9内的液体全部排至生物反应池8内。在接下来的碱洗过程中，加药泵18注入的是次氯酸钠溶液，第二支路中的有效氯浓度为5000mg/L，浸泡时间为12小时。碱洗结束后仍然重复酸洗结束后的操作。在酸洗和碱洗的过程中，每隔50min使膜滤池供气阀门3打开10min，使布气装置23向膜滤池9曝气2分钟，以强化清洗效果。待碱洗结束后，打开料液供给阀门1、料液回流阀门2、膜滤池供气阀门3以及产水阀门6，关闭反向清洗阀门5、正向清洗阀门7，使反冲洗泵17和加药泵18停止运行，使循环泵15和出水泵16启动运行，整个污水处理系统又恢复如图6所示的正常工作状态。正向化学清洗视膜过滤阻力上升情况进行实施，一般在膜分离设备19每工作约12个月后可进行一次，持续时间约为18小时。
实施例2
如图3、图5所示，一种清洗膜分离设备的装置，该装置为饮用水处理系统的一部分，包括混凝反应池29，斜板沉淀池30，中间水池31，膜分离设备19，透过液贮存池10，设于混凝反应池29中的搅拌设备32，设于斜板沉淀池30中的斜板34，将中间水池31内的上清液输送至膜分离设备19中的料液供给管11以及其上安装的循环泵15和料液供给阀门1，料液供给管11穿过中间水池31的侧壁的位置位于其侧壁的下部但管底高于其池底200mm，将膜分离设备19中的浓缩液输送回中间水池31中的料液回流管12，安装在料液回流管12上的料液回流阀门2，膜分离设备19的料液进口13、料液出口14和透过液出口20，连接透过液出口20与透过液贮存池10之间的管路分为两个支路，其中第一支路上设有产水阀门6、压力变送器25和电磁流量计26，第二支路与稳压罐27的出水口相连通，其上设有反向清洗阀门5，稳压罐27的进水口与补水泵28的出水口相连通，补水泵28的吸水口通过管路与透过液贮存池10相连通，鼓风机22的出气口通过管路与安装在膜分离设备19内部的布气装置23相连，其上设有膜滤池供气阀门3，在外形为圆桶并设置在透过液贮存池10旁边的贮药设备21的正上方安装有加药泵18，与加药泵18的出口相连的管道连接至第二支路，连接点位于反向清洗阀门5和产水阀门6之前的母管上，另外还有为混凝反应池29投加混凝剂的混凝剂投加设备33。
膜分离设备19由30个中空纤维柱式膜组件所组成，分2排放置，每排15个，每个中空纤维柱式膜组件的外形尺寸均为φ225mm×1800mm，内部集成7束中空纤维膜束，每束中空纤维束均由300根中空纤维膜丝组成，中空纤维膜丝的外径为1.35mm，平均膜孔径为0.1μm，材质为聚偏氟乙烯，两端均用环氧树脂浇铸汇集于端头之中，并且用聚氨酯对其进行二次浇铸，以对膜丝根部进行保护。端头外部设有外径为Ф8mm的产水管，所有产水管均并联至集水室。
混凝反应池29的内部净尺寸为3m(宽)×2m(长)×2.5m(深)，有效水深为2m，有效容积为12m3。斜板沉淀池30的内部净尺寸为3m(宽)×4m(长)×2.5m(深)，有效水深为2m，有效容积为24m3。中间水池31的内部净尺寸为3m(宽)×2m(长)×2.5m(深)，有效水深为1.8m，有效容积为10.8m3。产水贮存池10的内部净尺寸为3m(宽)×5m(长)×3.5m(深)，有效水深为3m，有效容积为45m3。
循环泵15的流量为120m3/h，扬程为11m，功率为5.5kW，出水泵16的流量为50m3/h，扬程为20m，功率为5.5kW，加药泵18的流量为1.5m3/h，扬程为8m，功率为90w，贮药设备21的外形尺寸为Ф1000mm×1500mm，有效容积为1000L，鼓风机22的风量为0.63m3/min，风压为30kPa，功率为0.75kW，稳压罐27的外形尺寸为Ф2400mm×3000mm，可调容积为3m3，补水泵28的流量为25m3/h，扬程为31.5m，功率5.5kW，搅拌设备32为立式搅拌机，功率为0.37kW，斜板34斜长1.2m，倾角60°，底部缓冲高1m，平面尺寸与斜板沉淀池30相同。
料液供给管11和料液回流管12的内径均为200mm，料液供给阀门1、料液回流阀门2、膜滤池供气阀门3、反向清洗阀门5、产水阀门6均为电动阀门。
当原水为一般的地表水时，其主要水质指标为：pH＝6～9，浊度＝500～1000NTU，CODMn＝10～20mg/L，氨氮＝1～2mg/L。针对该种类型的原水，本实施例的饮用水处理系统可以达到的处理能力为50m3/h，日处理规模为1200m3/d，混凝反应池29的水力停留时间约为14.4分钟，斜板沉淀池30的水力停留时间约为28.8分钟，表面负荷为4.16m3/(m2·h)，中间水池31的水力停留时间约为14.4分钟，产水贮存池10的水力停留时间约为0.9小时。
原水首先进入混凝反应池29，由混凝剂投加设备33向混凝反应池29中投加硫酸铝作为混凝剂，在搅拌设备32的搅拌下，混凝剂与原水充分混合，并形成微小的絮体，原水携带着絮体从混凝反应池29与斜板沉淀池30之间的隔墙底部上的导流孔洞进入斜板沉淀池30，水流在斜板沉淀池30中为上升流，絮体在随水流上升过程中为斜板34所阻挡，斜板34上部形成上清液，上清液从斜板沉淀池30和中间水池31之间的隔墙顶部跌落入中间水池31。循环泵15将中间水池31中的上清液经由料液供给管11输送至膜分离设备19的料液进口13，在出水泵16提供的负压的作用下，大部分上清液透过膜分离设备19内部的中空纤维膜丝，进入中空纤维膜丝的内腔，汇流后的透过液从透过液出口20经出水泵16输送至透过液贮存池10，一少部分浓缩液则从膜分离设备19的料液出口14经由料液回流管12回流至中间水池31。
对膜分离设备19进行在线清洗的方法与实施例1类似，所不同的是本实施例中没有生物反应池供气阀门4、正向清洗阀门7，稳压罐27和补水泵28代替了实施例1中的反冲洗泵17。
以上对本发明所提供的膜分离设备的清洗方法及装置进行了详细介绍。本说明书中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想在具体实施方式及应用范围上可能在实施过程中会有改变之处。因此，本说明书记载的内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (24)

1. 一种清洗膜分离设备的方法，包括以下环节：
a)当膜过滤阻力与初始膜过滤阻力的比值小于1.2时，进行正向水力清洗：使气体、液体或气液混合物以一定的流速冲刷过滤单元的外表面；
b)当膜过滤阻力与初始膜过滤阻力的比值大于等于1.2时，进行反向水力清洗：使气体、液体或气液混合物以一定流量和持续时间沿过滤单元正常工作时过滤方向的反方向透过过滤单元；
c)当膜过滤阻力与初始膜过滤阻力的比值大于等于2时，进行反向化学清洗：使含有化学药剂的清洗溶液以一定流量和持续时间沿过滤单元正常工作时过滤方向的反方向透过过滤单元；
d)当膜过滤阻力与初始膜过滤阻力的比值大于等于3时，进行正向化学清洗：使含有化学药剂的清洗溶液浸渍过滤单元的外表面一段时间。
2. 根据权利要求1所述的清洗膜分离设备的方法，其特征在于，环节a)中所述的正向水力清洗的具体实现为，使膜分离设备在错流过滤的条件下工作，并且将气体、液体或者气液混合物在过滤单元外表面上的错流流动作为环节a)连续使用；更优选为利用曝气所形成的待过滤的液体与气体的气液混合物在过滤单元外表面上的错流流动作为环节a)连续使用。
3. 根据权利要求1所述的清洗膜分离设备的方法，其特征在于，环节a)中所述的流速为0.01～2m/s，优选0.01～0.5m/s，更优选0.04～0.2m/s。
4. 根据权利要求1所述的清洗膜分离设备的方法，其特征在于，当膜过滤阻力与初始膜过滤阻力的比值小于1.2时，使膜分离设备在错流过滤的条件下工作，将待过滤的液体或者待过滤的液体与气体的气液混合物在过滤单元外表面上的错流流动作为环节a)连续使用，同时使得膜分离设备按固定的时间周期循环往复地以间歇的方式进行工作，所述时间周期为5～30分钟，其中停止工作的时间占周期总时间的百分数为5～20％，更优选地，所述时间周期为5～15分钟，其中停止工作的时间占周期总时间的百分数为5～10％。
5. 根据权利要求1所述的清洗膜分离设备的方法，其特征在于，当膜过滤阻力与初始膜过滤阻力的比值大于等于1.2时，继续使膜分离设备在错流过滤的条件下工作，将待过滤的液体或者待过滤的液体与气体的气液混合物在过滤单元外表面上的错流流动作为环节a)连续使用，同时使得膜分离设备按固定的时间周期循环往复地以间歇的方式进行工作，所述时间周期为5～30分钟，其中停止工作的时间占周期总时间的百分数为5～20％，在每1～100个时间周期内的任一个时间周期内，在膜分离设备停止工作的时间范围内实施环节b)，而且环节b)中的所述介质为所述膜分离设备的透过液，更优选地，在每4～24个时间周期内的任一个时间周期内，在膜分离设备停止工作的时间范围内实施环节b)，而且环节b)中的所述介质为所述膜分离设备的透过液。
6. 根据权利要求1所述的清洗膜分离设备的方法，其特征在于，当膜过滤阻力与初始膜过滤阻力的比值大于等于2时，继续使膜分离设备在错流过滤的条件下工作，将待过滤的液体或者待过滤的液体与气体的气液混合物在过滤单元外表面上的错流流动作为环节a)连续使用，同时使得膜分离设备按固定的时间周期循环往复地以间歇的方式进行工作，所述时间周期为5～30分钟，其中停止工作的时间占周期总时间的百分数为5～20％，并且在每1～100个时间周期内的任一个时间周期内，在膜分离设备停止工作的时间范围内实施环节b)，而且环节b)中的所述介质为所述膜分离设备的透过液，在每100～10000个时间周期内的任一个时间周期内，在膜分离设备停止工作的时间范围内实施化学加强反洗。更优选地，在每100～10000个时间周期内的任何5～30个连续的时间周期内，使膜分离设备在该5～30个连续的时间周期内停止工作，并对其实施环节c)。
7. 根据权利要求1所述的清洗膜分离设备的方法，其特征在于，通过动态监测跨膜压差或膜过滤阻力变化情况的可变周期来确定是否实施环节b)或环节c)；优选通过动态监测跨膜压差或膜过滤阻力上升速率变化情况的可变周期来确定是否实施环节b)或环节c)。
8. 根据权利要求1所述的清洗膜分离设备的方法，其特征在于，环节b)中所述的流量是过滤单元正常工作时膜通量的1～5倍，持续时间不超过3分钟；优选地，环节b)中所述的流量是过滤单元正常工作时膜通量的2～3倍，持续时间不超过1.5分钟。
9. 根据权利要求1所述的清洗膜分离设备的方法，其特征在于，环节c)中沿过滤单元正常工作时过滤方向的反方向透过过滤单元的清洗溶液的总量与全部过滤单元过滤面积的比值为1～20L/m2，优选为1～2L/m2。
10. 根据权利要求1所述的清洗膜分离设备的方法，其特征在于，环节c)中所述清洗溶液至少分两批沿过滤单元正常工作时过滤方向的反方向透过过滤单元，每两批次之间静置30～120分钟，更优选为30～90分钟。
11. 根据权利要求1所述的清洗膜分离设备的方法，其特征在于，环节c)和环节d)中使用酸洗液和碱洗液两种清洗溶液分别进行酸洗和碱洗，所述酸洗液为柠檬酸溶液、乙二酸溶液、盐酸溶液、硫酸溶液中的任何一种或任何两种及两种以上的混合溶液，所述碱洗液为次氯酸钠溶液、氢氧化钠溶液或者次氯酸钠与氢氧化钠的混合溶液。
12. 根据权利要求11所述的清洗膜分离设备的方法，环节c)和环节d)中酸洗和碱洗各进行一次，并且先进行酸洗，再进行碱洗。
13. 根据权利要求11所述的清洗膜分离设备的方法，其特征在于，环节c)中使用的酸洗液的pH值控制在1～4之间，优选为2～4之间，使用的次氯酸钠溶液的有效氯浓度为50～3000mg/L，优选为200～1000mg/L，使用的氢氧化钠溶液或者次氯酸钠与氢氧化钠的混合溶液的pH值控制在8～14之间，优选为8～12之间。
14. 根据权利要求11所述的清洗膜分离设备的方法，其特征在于，环节d)中使用的酸洗液的pH值控制在1～4之间，优选为1～2之间，使用的次氯酸钠溶液的有效氯浓度为1000～6000mg/L，优选为3000～5000mg/L。使用的氢氧化钠溶液或者次氯酸钠与氢氧化钠的混合溶液的pH值控制在8～14之间，优选为10～14之间。
15. 根据权利要求11所述的清洗膜分离设备的方法，其特征在于，环节d)中酸洗的时间为1～48小时，优选为2～12小时，碱洗的时间为1～48小时，优选为12～24小时。
16. 一种清洗膜分离设备的装置，包括膜分离设备、曝气设备、反冲洗设备、加药泵、贮药容器、清洗溶液贮存池以及相关的管路和阀门，反冲洗设备的进水口通过管路与清洗溶液贮存池相连通，加药泵的吸水口通过管路与贮药容器相连通，其特征在于，与所述膜分离设备的透过液出口连接的管路分为两个支路，第一支路与储存膜分离设备透过液的透过液贮存池相连通，第二支路与反冲洗设备的出水口和/或曝气设备的出气口相连通，所述加药泵的出水口与所述第二支路相连通。
17. 根据权利要求16所述的清洗膜分离设备的装置，其特征在于，与所述膜分离设备的透过液出口连接的管路上可以安装有能够监测透过液瞬时流量和压力的流量计和压力计，优选能够在线连续监测透过液瞬时流量和压力的流量计和压力计。
18. 根据权利要求16所述的清洗膜分离设备的装置，其特征在于，所述膜分离设备带有封闭的外壳、料液进口和料液出口，所述外壳内部设有布气装置，所述布气装置与曝气设备的出气口相连通。
19. 根据权利要求16所述的清洗膜分离设备的装置，其特征在于，所述膜分离设备放置于膜滤池当中，所述膜滤池为容积略大于膜分离设备自身体积的箱体或者小型的构筑物，内部设有布气装置，所述布气装置与曝气设备的出气口相连通。
20. 根据权利要求16所述的清洗膜分离设备的装置，其特征在于，所述膜分离设备用于膜生物反应器中生物固体与水的分离设备，所述带有封闭外壳的膜分离设备或盛装膜分离设备的膜滤池设置于所述膜生物反应器中的生物反应器之外，所述膜分离设备或所述膜滤池和所述生物反应器通过管路相连通。
21. 根据权利要求16所述的清洗膜分离设备的装置，其特征在于，所述膜分离设备用于混凝反应器中絮体与水的分离设备，所述带有封闭外壳的膜分离设备或盛装膜分离设备的膜滤池设置于所述混凝反应器之外，所述膜分离设备或所述膜滤池和所述混凝反应器通过管路相连通。
22. 根据权利要求16所述的清洗膜分离设备的装置，其特征在于，所述反冲洗设备为脉冲式反冲洗系统，包括稳压罐和补水泵。
23. 根据权利要求16所述的清洗膜分离设备的装置，其特征在于，所述带有封闭外壳的膜分离设备或盛装膜分离设备的膜滤池内部设有布气装置，与所述反冲洗设备的出水口连接的管路可以分出两个支路，其中一个支路与所述第二支路相连通，另一个支路与连接所述曝气设备的出气口与所述布气装置的进气口的管道相连通。
24. 根据权利要求16所述的清洗膜分离设备的装置，其特征在于，在所述第一支路上可以增设出水泵，所述膜分离设备的透过液出口与所述出水泵的进水口相连通。
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