CN101687148A - 简单过滤系统的清洁方法 - Google Patents

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Abstract

一种清洁可渗透中空膜(6)的方法，该可渗透中空膜(6)处于这样类型的布置中，即压差被施加横跨可渗透中空膜(6)的壁，可渗透中空膜(6)浸入提供在容器(5)中的悬液中，所述悬液被施加到可渗透中空膜(6)的外表面，以引起和维持通过膜壁的过滤。该清洁方法包括以下步骤：暂停过滤处理；而继续将悬液供应至容器(5)；通过使气体流进容器(5)而使膜(6)曝气，以在膜(6)周围产生气泡流，从而从膜表面清除至少部分被保留的颗粒物；在曝气步骤期间从容器(5)去除含有被清除的颗粒物的液体，并重新开始过滤处理。

Description

简单过滤系统的清洁方法
技术领域
本发明涉及膜过滤系统，特别是涉及简单的低成本过滤系统，该过滤系统可用于世界上偏远的不发达地区或普通基础设施因自然或人为灾难而被损害或毁坏的地点。本发明特别涉及这种过滤系统的膜清洁布置。
背景技术
在发展中国家的许多地方都缺少洁净的饮用水。在没有电力可用的更偏远地区也是同样如此。在这些地区，使用昂贵、耗能的水过滤系统是不现实的。采用多孔膜的过滤系统已被使用多年，但是，这些系统需要昂贵的设备和复杂的泵、阀及清洁系统。通常在采用大型系统来服务大型社区的地方，这种费用才是合理的。
在没有经济规模且用电受限或没有电力可用的更贫穷的发展中国家和/或偏远地区，需要有一种简单、低成本的过滤系统，该过滤系统能够在较小或受限规模内(例如，单个农舍或小农村)生产高品质的饮用水。
需要有用于这种过滤系统的简单有效的膜清洁系统，以确保膜可以更加长时间地高效工作。
发明内容
本发明的目的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。
一方面，本发明提供了一种清洁可渗透中空膜的方法，该可渗透中空膜处于这样类型的布置中，即压差被施加横跨该可渗透中空膜的壁，该可渗透中空膜浸入提供在容器内的悬液(liquid suspension)中，所述悬液被施加到该可渗透中空膜的外表面，以引起和维持通过该膜壁的过滤，其中：
(a)一些悬液穿过膜壁，作为来自中空膜腔的澄清液体或渗透液而被抽出，以及
(b)至少一些固体保留在中空膜上或中空膜中，或者另外作为悬浮固体保留在包围该膜的液体中，
该清洁方法包括以下步骤；
(i)暂停所述过滤；而继续将所述悬液供应至所述容器；
(ii)通过使气体流进所述容器而使膜曝气，以在所述膜周围产生气泡流，从而清除至少部分被保留的颗粒物；
(iii)在所述曝气步骤期间从所述容器去除含有被清除的颗粒物的液体；
(iv)重新开始所述过滤。
优选地，通过停止从膜抽出渗透液来暂停过滤。优选地，容器是具有入口和出口的封闭容器，其中，通过入口供应悬液，并通过出口去除含有被清除颗粒物的液体。在过滤期间优选关闭所述出口。
在该方法的一种形式中，在过滤处理期间通过在重力作用下将悬液供应至容器来产生压差，从而使得通过进入容器的液体的重力进料在膜的进料侧上施加压力，和/或通过来自膜腔的重力流在该膜腔上施加吸力。
在一种实施方式中，曝气步骤停止，而去除步骤则继续。
在一种实施方式中，该方法包括在曝气步骤之前和/或在曝气步骤期间至少部分地从膜的进料侧去除液体的步骤。
在其他方面，本发明还包括执行所述各种方法的设备。
附图说明
仅作为示例，将参考附图来说明本发明的优选实施方式，其中：
图1显示了本发明一种实施方式的剖面侧视简化示意图；
图2显示了关于手工清洁处理和根据本发明实施方式的处理的滤液流随时间变化的图表。
具体实施方式
参考附图中的图1，根据该实施方式的过滤系统包括进料容器5，进料容器5具有膜过滤器6，膜过滤器6被安装在进料容器5内。膜过滤器6通常为这样的类型，即压差被施加横跨浸入悬液中的可渗透中空膜(或多个膜)的壁，悬液被施加至该可渗透中空膜的外表面，引起并维持通过该膜壁的过滤，其中，一些悬液穿过膜壁，作为来自中空膜腔的澄清液体或渗透液而被抽出，且至少一些固体保留在中空膜上或中空膜中，或者另外作为悬浮固体保留包围该膜的液体中。
进料容器5设置有入口7和出口8。滤液管线9被连接至膜过滤器6，用来在过滤期间从膜去除滤液。通过滤液管线9的滤液流由手动阀MV2控制。入口7通过进料管线10流体连接至进料源，并通过供气管线11流体连接至气体源，通常是空气。供气管线11设置有止回阀NRV1以控制到入口7的气流。出口8通过手动阀MV1被连接至废液管线12。
在本实施方式的最简单形式中，该单元的工作只需要两个手动阀、一个止回阀以及一个低成本送风机。低成本送风机的一个例子可为鱼缸曝气用的振动膜型空气送风机。在该简单装置中，可通过在重力作用下将液体送入进料容器5来产生过滤，从而使得通过进入容器5的液体的重力进料在膜的进料侧上施加压力，和/或通过来自膜腔的重力流在该膜腔上施加吸力。
在稍微复杂的形式中，自动阀可取代手动阀MV1和MV2。简单控制器可用于控制该两个自动阀连同进料泵(如果需要)和曝气送风机或压缩机。在这种情况下，过滤处理和反冲洗处理可以较低的成本被完全自动化。
将会认识到，可使用任何适当形式的膜过滤器装置，包括中空纤维膜、管状膜和膜垫。类似地，可使用任何适当形式的曝气装置以在进料容器、喷淋器、扩散器、喷射器等等中提供气泡，该进料容器中包括有简单的端口。
现在参考图1说明该实施方式的工作。
过滤处理
在过滤处理期间，进料通过进料管线10被供应至下入口7。关闭手动阀MV1以便加压容器5，并打开MV2以便让滤液从膜过滤器6流出。为了简化操作，该过滤器通常以恒定的进料压力/TMP模式工作。进料压力可由重力或进料泵提供。但是，当流控制阀被装配在进料管线10上时，该系统可以恒定流模式工作。
通常，该系统被设计为以低于50kPa的进料入口压力工作。然而，在某些情况下，当用于供应给家庭用水系统时，进料入口压力可高达400kPa。
膜清洁处理
随着时间推移，膜污染会导致滤液流量减少。由于过滤处理的低压工作，所以可容易地去除形成在膜过滤侧上的污染物。膜清洁处理对恢复过滤系统的性能非常重要。
清洁处理通常涉及以下步骤：
步骤1：采用曝气的壳侧清扫，持续时间约5秒至约180秒。在该步骤期间，打开手动阀MV1以允许包含来自进料容器5的液体的废液的流动，并且通过关闭手动阀MV2暂停过滤。在一些实施方式中，MV2可在清洁处理期间被保持打开。进料液体通过被连接至入口7的进料管线10继续流入容器5，且膜过滤器6和进料容器5的壳侧液体清扫开始。冲刷空气随后经由被连接至供气管线11的送风机或压缩机(未图示)通过止回阀NRV1被送入入口7。将会认识到，气体也可被喷射至进料管线10。这是膜清洁处理的主要步骤。冲刷空气与液体清扫一起产生的湍流去除了膜过滤器的污染物，恢复了膜的性能。在典型系统中，清扫液体的流量范围是从约0.5m3/hr至约6m3/hr，且冲刷空气的流量范围是每模块从约1Nm3/hr至约20Nm3/hr。
步骤2：壳侧清扫的持续时间为约10秒至约300秒。在该步骤期间，手动阀MV2保持关闭，同时禁用冲刷空气源以停止曝气，但随着进料液体通过进料管线10继续流入进料容器5，壳侧液体清扫会继续。在一些实施方式中，可在该步骤期间打开MV2。该步骤用于去除被俘获在进料容器5的壳侧内的空气泡，并进一步通过出口8和废液管线12去除通过清洁步骤1清除的污染物。清扫流量的范围通常为每个模块约0.5m3/hr至约10m3/hr，持续时间为0秒至300秒。
步骤3：关闭手动阀MV1以重新加压进料容器5，并打开手动阀MV2以允许恢复过滤。
测试了简单膜过滤系统，并与使用手动搅拌清洁的系统进行了性能比较。从膜上去除污染物的手动搅拌处理包括在进料容器内旋转或扭曲膜过滤器，以在膜表面上产生冲刷液体流。
比较的结果如图2中的曲线图所示。两个过滤系统以恒定TMP模式工作，而进料压力由同一重力进料槽提供。对于手动搅拌过滤系统，膜清洁所产生的废液在清洁处理之后从容器排走。
由图2可见，采用曝气清洁处理进行清扫的过滤器性能恢复高于采用手动搅拌清洗处理进行清扫的过滤器性能恢复。每种清洁处理的日滤液产量概括在表1中。如表1所示，采用曝气清洁处理进行清扫的简单膜过滤系统的日滤液产量比采用手动搅拌清洁处理的过滤系统的日滤液产量高了至少10％。
表1
  日滤液产量-曝气清扫   日滤液产量-手动清洁   相比于手动清洁处理的产量改善
  天A   373   338   10.3％
  天B   326   297   10.0％
  天C   378   333   13.6％
将会认识到，在不背离本发明所述精神或范围的情况下，本发明更多的实施方式和示例都是可能的。

Claims (14)

1.一种清洁可渗透中空膜的方法，所述可渗透中空膜处于这样类型的布置中，即压差被施加横跨所述可渗透中空膜的壁，所述可渗透中空膜浸入提供在容器内的悬液中，所述悬液被施加到所述可渗透中空膜的外表面，以引起和维持通过所述膜壁的过滤，其中：
(a)一些悬液穿过所述膜壁，作为来自中空膜腔的澄清液体或渗透液被抽出，以及
(b)至少一些固体保留在所述中空膜上或所述中空膜中，或者另外作为悬浮固体保留在包围所述膜的液体中，
所述清洁方法包括以下步骤；
(i)暂停所述过滤；而继续将所述悬液供应至所述容器；
(ii)通过使气体流进所述容器而使所述膜曝气，以在所述膜周围产生气泡流，从而清除至少部分被保留的颗粒物；
(iii)在所述曝气步骤期间从所述容器去除含有被清除的颗粒物的液体；
(iv)重新开始所述过滤。
2.如权利要求1所述的方法，其中，通过停止从所述膜抽出渗透液来暂停过滤。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述容器是具有入口和出口的封闭容器，其中，通过所述入口供应悬液，并且通过所述出口去除含有被清除颗粒物的液体。
4.如权利要求3所述的方法，其中，在过滤期间关闭所述出口。
5.如权利要求1所述的方法，其中，在所述过滤处理期间，通过在重力作用下将所述悬液供应至所述容器来产生所述压差，从而使得通过进入所述容器的液体的重力进料在所述膜的进料侧上施加压力，和/或通过来自膜腔的重力流在所述膜腔上施加吸力。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述曝气步骤停止，而所述去除步骤继续。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括在所述曝气步骤之前和/或在所述曝气步骤期间至少部分地从所述膜的进料侧去除液体的步骤。
8.一种包括有可渗透中空膜的膜过滤系统，所述可渗透中空膜处于这样类型的布置中，即具有用于横跨所述可渗透中空膜的壁来施加压差的装置，所述可渗透中空膜浸入提供在容器内的悬液中，所述悬液被施加到所述可渗透中空膜的外表面，以引起和维持通过所述膜壁的过滤，其中：
(a)一些悬液穿过所述膜壁，作为来自所述中空膜腔的澄清液体或渗透液被抽出，以及
(b)至少一些固体保留在所述中空膜上或所述中空膜中，或者另外作为悬浮固体保留在包围所述膜的液体中，
所述过滤系统包括：
(i)用于暂停所述过滤、而继续将所述悬液供应至所述容器的装置；
(ii)曝气装置，用于通过使气体流进所述容器而使所述膜曝气，以在所述膜周围产生气泡流，从而清除至少部分被保留的颗粒物；
(iii)用于在所述膜的曝气期间从所述容器去除含有被清除的颗粒物的液体的装置；
(iv)用于重新开始所述过滤的装置。
9.如权利要求8所述的系统，其中，通过停止从所述膜抽出渗透液来暂停过滤。
10.如权利要求8所述的系统，其中，所述容器是具有入口和出口的封闭容器，其中，通过所述入口供应所述悬液，并且通过所述出口去除含有被清除的颗粒物的液体。
11.如权利要求10所述的系统，其中，在过滤期间关闭所述出口。
12.如权利要求8所述的系统，其中，在所述过滤处理期间，通过在重力作用下将所述悬液供应至容器来产生所述压差，从而使得通过进入所述容器的液体的重力进料在所述膜的进料侧上施加压力，和/或通过来自膜腔的重力流在所述膜腔上施加吸力。
13.如权利要求8所述的系统，其中，所述曝气步骤被停止，而去除含有被清除的颗粒物的液体则继续。
14.如权利要求8所述的系统，其中，还包括在所述膜的曝气之前和/或在所述膜的曝气期间至少部分地从所述膜的进料侧去除液体的装置。
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