CN102264458A

CN102264458A - 用于过滤的系统和方法

Info

Publication number: CN102264458A
Application number: CN2009801517722A
Authority: CN
Inventors: 李光珍
Original assignee: Kolon Corp
Current assignee: Kolon Corp
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2011-11-30
Also published as: US9212071B2; WO2010074475A1; US20150175446A1; US8980087B2; KR20100072903A; KR101256704B1; US20110253627A1

Abstract

本发明公开了一种用于过滤的系统和方法，其能够以96％或高于96％的高回收率完成过滤操作，并且能够实现一种紧密和简化的系统结构，所述系统包括：水池，该水池包括入口和排出口，其中待处理进料水通过入口被供入到水池内，浓缩水通过排出口被排出；和多个膜盒，该多个膜盒包括第一膜盒和第二膜盒，浸没在上述水池所容纳的进料水中，其中第一膜盒设置于与入口最接近处，第二膜盒设置于与排出口最接近处，其中第一膜盒处理具有第一杂质浓度的进料水，第二膜盒处理具有第二杂质浓度的进料水，且第一杂质浓度小于第二杂质浓度。

Description

用于过滤的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用于过滤的系统和方法，更具体而言，涉及一种用于过滤的系统和方法，其能够以96％或高于96％的高回收率完成过滤操作，并且能够实现一种紧密和简化的系统结构。

背景技术

使用膜的分离方法比基于加热或相变的方法具有许多优点。这些优点之一是水处理的高可靠性，这是因为所需的水纯度可以通过调整膜孔的尺寸而容易且稳定地符合要求。而且，由于使用膜的分离方法不需要加热处理，所以膜可以与微生物一起使用，该微生物对分离过程有用但可能受热产生不利影响。

采用膜的分离方法可以包括：使用包括一束中空纤维膜的中空纤维膜组件的方法；和使用平板膜组件的方法。通常而言，膜组件已广泛用于生产无菌水、饮用水、超纯水等的微孔过滤领域。但是，最近，中空纤维膜组件的应用正扩展到包括污水和废水处理、化粪池中的固液分离、从工业废水中除去悬浮固体(SS)、河流渗滤、工业用水的过滤和游泳池用水的过滤。

一种膜组件是浸没式膜组件，其被浸没在填充有待处理液体的水池中。对该膜的内部施加负压，从而只有液体透过各个膜的壁，而固体成分例如杂质和污泥被截留并在水池中累积。一般而言，通过安装在框架中的盒单元而使用多个浸没式膜组件。

更具体而言，如图1所示，待处理进料水储存于水箱20中，而后其被供入到水池10中，在该水池10中浸没有多个膜盒11。当通过空吸泵30将恒定负压施加到多个膜盒11时，只有液体透过膜盒11中的各个膜的壁，而固体成分例如杂质和污泥被截留。透过膜11的液体(下文称为“滤过水”)被供入到滤过水箱(未示出)中。

多个膜盒11被设置在水池100中同时保持足够的间隔，从而供入到水池100中的进料水均匀地通过各个膜盒11。因此，当水处理过程达到平衡条件时，各个膜盒11处理了具有类似杂质浓度的进料水。

各个膜盒11具有约90％的回收率，其中回收率表示相对于供入到膜盒11的进料水的总量，由膜盒11产生的滤过水的量。因而，图1所示的过滤系统只有约90％的回收率。也就是说，尽管在通过多个膜盒11处理后从水池10排出的残余物呈含大量固体成分的淤浆状，但相当大量的未处理水仍余留在淤浆状残余物中。

结果，需要另外的浓缩装置400以回收没有被多个膜盒11收集的水。该浓缩装置400通常使用一种织物过滤器或一种粗过滤方法(例如喷砂法)。由于该原因，由浓缩装置400回收的水不能被认为与由膜盒11所回收的水相同。因此，另外由浓缩装置40回收的水被供给水箱20，其不能加入到过滤系统总回收率的计算中。

为了实现96％或高于96％的总回收率，图1所示的过滤系统需要与这追加的回收率相对应的更大的过滤能力，并需要另外的浓缩装置40，其不利之处在于过滤系统变得复杂且不经济。

提高总回收率的另一方法是提供2-级过滤系统，其包括两个水池而不用前述浓缩装置40。也就是说，除了主水池10外，还有辅助水池，该辅助水池用于通过使用浸没在辅助水池中的膜盒从由主水池10排出的残余物中另外回收水。上述2-级过滤系统有利之处在于使用主水池的第一过滤工序能够回收经处理的水总计约为总进料水的90％，而接着的使用辅助水池的第二过滤工序能够另外回收经处理的水总计约为总进料水的6％。但是，因为该2-级过滤系统需要用于第二过滤工序的附加结构，所以它也是有问题的。

发明内容

技术问题

因此，鉴于以上问题进行了本发明，本发明的一个目的是提供一种能够防止相关领域中的一个或多个问题的用于过滤的系统和方法。

本发明的另一目的是提供一种用于过滤的系统和方法，其能够以96％或高于96％的高回收率完成过滤操作，并且能够实现一种紧密和简化的系统结构。

本发明的另外优点、目的和特征将在随后的描述中被部分阐述，并且对于本领域技术人员在阅读以下内容后将部分变得清楚或者可以从本发明的实施中获得。本发明的目的和其它优点可以由所撰写的说明书和权利要求书以及附图中特别指出的结构来实现和得到。

技术方案

为了实现这些目的和其它优点并且根据本发明的目的，如本文所具体体现和概括描述的，提供了一种过滤系统，该过滤系统包括：水池，该水池包括入口和排出口，其中待处理进料水通过入口被供入到水池内，浓缩水通过排出口被排出；和多个膜盒，该多个膜盒包括第一膜盒和第二膜盒，浸没在上述水池所容纳的进料水中，其中第一膜盒设置于与入口最接近处，第二膜盒设置于与排出口最接近处，其中第一膜盒处理具有第一杂质浓度的进料水，第二膜盒处理具有第二杂质浓度的进料水，且第一杂质浓度小于第二杂质浓度。

在本发明的另一方面中，一种过滤系统包括：第一水池，第一膜盒和用于浓缩的第一膜盒浸没在该第一水池中；第二水池，第二膜盒和用于浓缩的第二膜盒浸没在该第二水池中；第一泵，该第一泵用于向第一膜盒提供第一负压；第二泵，该第二泵用于向第二膜盒提供第二负压；和共用泵，该共用泵用于向用于浓缩的第一膜盒和用于浓缩的第二膜盒提供第三负压。

在本发明的另一方面中，一种过滤方法包括：通过使用第一膜盒以第一通量(flux)处理供入到水池内的进料水；和通过使用第二膜盒以第二通量再处理经第一膜盒处理的进料水，其中第一通量高于第二通量。

在本发明的另一方面中，一种使用过滤系统的过滤方法，其中所述过滤系统包括：第一水池，第一膜盒和用于浓缩的第一膜盒浸没在该第一水池中；第二水池，第二膜盒和用于浓缩的第二膜盒浸没在该第二水池中；第一泵，该第一泵用于向第一膜盒提供第一负压；第二泵，该第二泵用于向第二膜盒提供第二负压；和共用泵，该共用泵用于向用于浓缩的第一膜盒和用于浓缩的第二膜盒提供第三负压，所述过滤方法包括：停止第一泵的运行；中断从共用泵向用于浓缩的第一膜盒供给的第三负压；和清洗第一膜盒和用于浓缩的第一膜盒。

有益效果

根据本发明的用于过滤的系统和方法，尽管进行了使用水池的过滤操作，但是能够实现96％或高于96％的高回收率。

而且，由于96％或高于96％的高回收率可以在过滤操作中实现，所以不需要另外的浓缩装置或用于多级过滤的附加结构例如附加水池，从而根据本发明的用于过滤的系统能够实现一种紧密和简化的系统结构。

此外，根据本发明的用于过滤的系统和方法可以改善膜的清洗效率，同时使过滤操作的中断最小化。

附图说明

图1图解说明一种通常的过滤系统。

图2至6图解说明根据本发明的第一至第五个实施方案的过滤系统。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的优选实施方案，在附图中对其实施例进行了图解说明。在可能的情况下，在全部附图中将使用相同的附图标记来表示相同或相似部件。

在本说明书中所使用的术语“过滤膜”表示能够被用于浸没式过滤装置的所有类型的膜，例如平板膜、中空纤维膜等。

在本说明书中所使用的术语“杂质”表示水中含有的所有类型的固体成分。

在本说明书中所使用的术语“杂质浓度”表示当水处理过程达到平衡条件时测得的杂质浓度。本文，在开始水处理过程后至少24小时测定杂质浓度。

下文，参照附图将解释根据本发明的用于过滤的系统和方法。

图2图解说明了根据本发明的第一个实施方案的过滤系统。

如图2所示，根据本发明的第一个实施方案的过滤系统设有包括入口101和排出口102的水池100。当那时，待处理进料水通过入口101被供入到水池100内；在过滤后保留下的浓缩水(下文，“浓缩水”)通过排出口102被排出。

而且，多个膜盒111至117被浸没在水池100所容纳的进料水中。根据本发明，该多个膜盒111至117从入口101侧至排出口102侧呈线性排列；且多个膜盒111至117紧密装填在水池100中。因此，供入到水池100内的进料水顺序通过线性排列的膜盒111至117，而不是均匀地通过各个膜盒111至117。

更详细而言，经由入口101供入的进料水第一被最接近入口101设置的膜盒111处理；经第一处理的进料水第二被随后的膜盒112处理。然后，经第二处理的进料水利用顺序通过随后的膜盒113至116而被连续处理之后，该进料水最后被最接近排出口102设置的膜盒117过滤。

根据本发明的过滤系统，当水处理过程达到平衡条件时，基于进料水在水池100中的位置产生了杂质浓度的梯度。结果，经最接近入口101设置的膜盒111处理的进料水的杂质浓度小于经最接近排出口102设置的膜盒117处理的进料水的杂质浓度。

根据本发明的一个实施方案，多个膜盒111至117紧密装填在水池100中，以满足经最接近排出口102设置的膜盒117处理的进料水的杂质浓度是经最接近入口101设置的膜盒111处理的进料水的杂质浓度的至少3倍。

沿所有方向在20cm的距离内对应于相同高度的预定点处取水，来测定经膜盒111至117处理的进料水的杂质浓度。在这种情况下，在预定点取水表示取位于相同高度的水用于测定要被各个膜盒111至117处理的进料水的杂质浓度。

根据本发明的过滤系统，供入到水池100内的进料水利用顺序通过多个膜盒111至117而被重复处理，从而从水池100最终排出物被充分浓缩。也就是说，根据本发明的过滤系统具有96％或高于96％的总回收率。

根据本发明的过滤系统，经各个膜盒111至117处理的进料水的杂质浓度彼此不同。就此而言，如果将相同的负压施加给各个膜盒111至117，则各个膜盒111至117的结垢程度也将彼此不同。也就是说，用于处理具有最高杂质浓度的进料水(最浓缩的水)的膜盒117将具有最严重的膜结垢，从而由于严重的结垢相应的膜可能被损坏。

根据本发明的一个实施方案，通过从第一泵120向膜盒111至116提供第一负压，使待处理水以第一通量(LMH)通过水池100前部设置的膜盒111至116；通过从第二泵130向膜盒117提供第二负压，使待处理水以第二通量(LMH)通过最接近排出口102设置的膜盒117。第一负压和第一通量分别高于第二负压和第二通量。将最低负压施加给用于处理具有最高杂质浓度的进料水(即，最浓缩的进料水)，从而可以使膜结垢最小化和使膜损坏最小化。

就回收率而言，根据图2所示的本发明的一个实施方案，设置于水池100前部的膜盒110至116回收占进料水总量的约90至95％的滤过水；最接近排出口102设置的膜盒117另外回收占进料水总量的约4至9％的滤过水。

图3图解说明根据本发明的第二个实施方案的过滤系统。

如图3所示，膜盒116与第二泵130连接，而不与第一泵120连接，其中膜盒116与最接近排出口102设置的膜盒117相邻。也就是说，膜盒116使用来自第二泵130的负压进行水处理操作。根据本发明的第二个实施方案，因为将比较低的负压施加到用于处理具有比较大杂质浓度的进料水的膜盒116，所以在膜盒116处引起较低的通量，从而可以使膜结垢最小化和使膜损坏最小化。

此外，还有阀131和132，其被分别调节以打开或关闭相应膜盒116和117与第二泵130之间的路径。即使对与第二泵130连接的膜盒116和117中的任一个进行需要停止水处理操作的恢复清洗，第二泵130也能连续地向另一个膜盒提供负压，从而具有高杂质浓度的进料水的水处理操作可以进行而无需暂停。

为了便于说明，将最接近排出口102设置的膜盒117称为第一膜盒；将与膜盒117相邻的膜盒116称为第二过滤膜盒。第一膜盒117的恢复清洗按照如下所述进行。首先，在第二膜盒116与第二泵130之间的路径打开的条件下，调节阀132以关闭第一膜盒117与第二泵130之间的路径。之后，从水池100中取出第一膜盒117，然后对第一膜盒117进行恢复清洗。对第一膜盒117完成恢复清洗后，将经清洗的第一膜盒117浸没在水池100中。然后，调节阀132以打开第一膜盒117与第二泵130之间的路径。

设置于水池100前部的膜盒111至115与第一泵120连接。存在阀121至125以打开或关闭第一泵100与设置于水池100前部的各个膜盒111至115之间的各自路径。因此，即使对设置于水池100前部的膜盒111至115中的任一个进行恢复清洗，也可以从第一泵120对其它膜盒稳定地提供负压。

根据本发明第二个实施方案的过滤系统的优点在于，即使对水池100中的膜盒111至117中的任一个进行恢复清洗，通过使用第一泵120和第二泵130对水也能够连续地处理。

图4图解说明根据本发明第三个实施方案的过滤系统。

如图4所示，根据本发明第三个实施方案的过滤系统包括线性排列在水池100中的多个膜盒111至117。在这种情况中，来自第一泵120的第一负压被供给在水池100前部的入口101附近设置的膜盒111至113；来自第二泵130的第二负压被供给在水池100后部的排出口102附近设置的膜盒116和117；和来自第三泵140的第三负压被供给设置于水池100中部的膜盒114和115。第三负压低于第一负压，而高于第二负压。由各个膜盒111至117得到的经处理水的通量顺序与负压的顺序一致。

根据本发明的第三个实施方案，基于待处理进料水的杂质浓度，将水处理的负荷不同地施加到各个膜盒111至117上，从而使得在水池100中产生适合的杂质浓度的梯度。

或者，如果不考虑系统复杂性和成本，所述过滤系统可以以不同的负压被施加到所有膜盒111至117上的方式来进行设计。

如图4所示，各个膜盒111至117通过阀与第一至第三泵120、130、140中任一个连接。所以，可以通过使用第一至第三泵120、130、140得到经处理水，同时对膜盒111至117中任一个进行恢复清洗。

图5图解说明根据本发明第四个实施方案的过滤系统。

如图5所示，多个膜盒111至117被浸没在水池100所容纳的进料水中，该水池100包括入口101和排出口102。该多个膜盒111至117从入口101侧至排出口102侧呈线性排列。由于多个膜盒111至117紧密填充在水池100中，所以供入到水池100内的进料水顺序通过线性排列的膜盒111至117，而不是均匀通过各个膜盒111至117。

也就是说，当水处理过程达到平衡条件时，根据进料水在水池100中的位置产生了杂质浓度的梯度。

所以，比较低的负压被施加到最接近排出口102设置的膜盒117，该膜盒117用于处理具有最高杂质浓度的进料水(最浓缩的进料水)，从而可以使膜结垢最小化和使膜损坏最小化。

根据本发明的第四个实施方案，第一泵120向膜盒111至117提供第一负压；第二泵130向膜盒111至117提供第二负压。第一负压和第二负压彼此不同，例如第一负压高于第二负压。

存在第一阀121至127和第二阀131至137，其中调节第一阀121至127以打开或关闭第一泵120与各个膜盒111至117之间的各自路径，调节第二阀131至137以打开或关闭第二泵130与各个膜盒111至117之间的各自路径。也就是说，各个膜盒111至117有选择性地与第一泵120和第二泵130中的任一个单独连接。

根据本发明的第四个实施方案，即使水池100中的入口101和排出口102在需要时被转换，也就是说，即使进料水经由排出口102供入和经处理水经由入口101排出，也可以通过简单地调节阀而立即处理根据进料水在水池100中的位置杂质浓度梯度的产生，这能够使膜结垢最小化和使膜损坏最小化。

图6图解说明根据本发明第五个实施方案的过滤系统。

根据本发明第五个实施方案的过滤系统可以包括多个附加盘(complementary tray)，其中每个盘包括其自己的水池。下文，将参照图6详细解释根据本发明第五个实施方案的过滤系统。

如图6所示，根据本发明第五个实施方案的过滤系统包括并排排列的第一至第四水池100、200、300、400。按照与本发明第一个实施方案相同的方式，膜盒110、117、210、217、310、317、410、417被浸没在相应的水池100、200、300、400中。

用于提供第一负压的第一至第四泵120、220、320、420分别与临近水池100、200、300、400前部相应的入口101、201、301、401设置的膜盒110、210、310、410连接。通过使用第一至第四阀510、520、530、540，临近相应排出口102、202、302、402设置的用于浓缩的第一至第四膜盒117、217、317、417与用于提供第二负压的共用泵500连接。

第一负压高于第二负压。这是因为经各个膜盒110、210、310、410处理的进料水的杂质浓度小于经用于浓缩的相应膜盒117、217、317、417处理的进料水的杂质浓度。所以，具有比较高负压的膜盒110、210、310、410中的通量高于具有比较低负压的用于浓缩的膜盒117、217、317、417中的通量。

任选地，来自第一至第四泵120、220、320、420的负压可以彼此不同。

根据本发明的第五个实施方案，临近各个排出口102、202、302、402设置的用于浓缩的膜盒117、217、317、417与共用泵500连接，从而使得系统简化和成本降低。

而且，因为用于浓缩的膜盒117、217、317、417通过使用阀510、520、530、540与共用泵500连接，所以根据本发明第五个实施方案的过滤系统能逐个盘进行清洗，该清洗可以按照如下所述进行。

首先，在停止用于向位于第一水池100前部的膜盒110施加第一负压的第一泵120的运行后，调节第一阀510以中断从共用泵500向用于浓缩的第一膜盒117提供第二负压。然后，清洗在第一水池100中所包括的膜盒110和用于浓缩的膜盒117。

在对第一水池100中的膜盒110和117完成清洗后，将待处理进料水供入到第一水池100内，且第一泵120又重新运行。此时，调节第一阀510以解除第二负压的中断，从而第二负压重新供给用于浓缩的第一膜盒117。

在停止用于向位于第二水池200前部的膜盒210施加第一负压的第一泵120的运行后，调节第二阀520以中断从共用泵500向用于浓缩的第二膜盒217提供第二负压。然后，清洗在第二水池200中所包括的膜盒210和用于浓缩的膜盒217。

可以通过上述过程顺序清洗第三和第四盘。

对于本领域技术人员，显然在不偏离本发明精神或范围的情况下可以在本发明中进行各种修改和变化。所以，假如上述修改和变化落入所附权利要求及其等同物的范围内，则本发明旨在覆盖这些修改和变化。

Claims

1.一种过滤系统，其包括：

水池，该水池包括入口和排出口，其中待处理进料水通过入口被供入到水池内，浓缩水通过排出口被排出；和

多个膜盒，该多个膜盒包括第一膜盒和第二膜盒，浸没在上述水池所容纳的进料水中，其中第一膜盒设置于与入口最接近处，第二膜盒设置于与排出口最接近处，

其中第一膜盒处理具有第一杂质浓度的进料水；第二膜盒处理具有第二杂质浓度的进料水；且第一杂质浓度小于第二杂质浓度。

2.根据权利要求1所述的过滤系统，其中，所述多个膜盒紧密填充在水池中，以满足第二杂质浓度是第一杂质浓度的至少3倍。

3.根据权利要求1所述的过滤系统，其进一步包括：

第一泵，用于提供第一负压；

第二泵，用于提供第二负压；

第一阀，相应地调节第一阀以打开或关闭第一泵与第一膜盒/第二膜盒之间的各自路径；和

第二阀，相应地调节第二阀以打开或关闭第二泵与第一膜盒/第二膜盒之间的各自路径。

4.根据权利要求1所述的过滤系统，其进一步包括：

第一泵，用于向第一膜盒提供第一负压；和

第二泵，用于向第二膜盒提供第二负压，

其中第一负压高于第二负压。

5.根据权利要求4所述的过滤系统，其中，所述多个膜盒从入口侧至排出口侧呈线性排列。

6.根据权利要求5所述的过滤系统，其进一步包括：

第三膜盒，设置于第一膜盒和第二膜盒之间；和

第三泵，用于向第三膜盒提供第三负压，

其中第三负压低于第一负压，而高于第二负压。

7.根据权利要求5所述的过滤系统，其进一步包括：

第三膜盒，该第三膜盒与第二膜盒相邻，用于采用来自第二泵的第二负压进行水处理过程。

8.根据权利要求7所述的过滤系统，其进一步包括：

第一阀，调节该第一阀以打开或关闭第二膜盒与第二泵之间的路径；和

第二阀，调节该第二阀以打开或关闭第三膜盒与第二泵之间的路径。

9.一种采用权利要求8所述的过滤系统的过滤方法，其包括：

在第三膜盒与第二泵之间的路径打开的条件下，调节第一阀以关闭第二膜盒与第二泵之间的路径；

从所述水池中取出第二膜盒，清洗第二膜盒；

将经清洗的第二膜盒浸没在所述水池中；和

调节第一阀以打开第二膜盒与第二泵之间的路径。

10.一种过滤系统，其包括：

第一水池，第一膜盒和用于浓缩的第一膜盒浸没在该第一水池中；

第二水池，第二膜盒和用于浓缩的第二膜盒浸没在该第二水池中；

第一泵，用于向第一膜盒提供第一负压；

第二泵，用于向第二膜盒提供第二负压；和

共用泵，用于向用于浓缩的第一膜盒和用于浓缩的第二膜盒提供第三负压。

11.根据权利要求10所述的过滤系统，其中，经各个第一膜盒和第二膜盒处理的进料水的杂质浓度小于经相应用于浓缩的第一膜盒和用于浓缩的第二膜盒处理的进料水的杂质浓度。

12.根据权利要求10所述的过滤系统，其中，所述第一负压和第二负压高于第三负压。

13.根据权利要求12所述的过滤系统，其中，所述第一负压与第二负压相同。

14.根据权利要求10所述的过滤系统，其中，所述共用泵通过采用第一阀和第二阀分别与用于浓缩的第一膜盒和用于浓缩的第二膜盒连接。

15.一种过滤方法，其包括：

通过使用第一膜盒以第一通量处理供入到水池内的进料水；和

通过使用第二膜盒以第二通量再处理经第一膜盒处理的进料水，

其中第一通量高于第二通量。

16.根据权利要求15所述的过滤方法，

其中通过使用第一膜盒处理进料水的步骤包括向第一膜盒提供第一负压，

其中通过使用第二膜盒再处理进料水的步骤包括向第二膜盒提供第二负压，和

其中第一负压高于第二负压。

17.根据权利要求15所述的过滤方法，其进一步包括：

将经第二膜盒再处理的进料水排出所述水池。

18.一种采用过滤系统的过滤方法，该过滤系统包括：第一水池，第一膜盒和用于浓缩的第一膜盒浸没在该第一水池中；第二水池，第二膜盒和用于浓缩的第二膜盒浸没在该第二水池中；第一泵，用于向第一膜盒提供第一负压；第二泵，用于向第二膜盒提供第二负压；和共用泵，用于向用于浓缩的第一膜盒和用于浓缩的第二膜盒提供第三负压，所述方法包括：

停止第一泵的运行；

中断从共用泵向用于浓缩的第一膜盒供给的第三负压；和

清洗第一膜盒和用于浓缩的第一膜盒。

19.根据权利要求18所述的过滤方法，其进一步包括：

在完成第一膜盒和用于浓缩的第一膜盒的清洗后向第一水池供入待处理进料水；

重新运行第一泵；

解除第三负压的中断以将第三负压重新供给用于浓缩的第一膜盒；

停止第二泵的运行；

中断从共用泵向用于浓缩的第二膜盒供给的第三负压；和

清洗第二膜盒和用于浓缩的第二膜盒。