CN105163836A - 中央挡板和包含其的压力式中空纤维膜组件及其清洁方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压力式中空纤维膜组件的结构及其清洁方法，更具体地说，涉及一种具有中央挡板的压力式中空纤维膜组件，其中所述中央挡板为在组件内具有中空部的圆柱形，并包括空气区，在空气区的外周上具有有序或无序地穿过其的至少一个反洗孔，和水区，在水区的外周上具有有序或无序地穿过其的至少一个反洗孔，并且中央挡板与浓缩部件一样被安装在压力式中空纤维膜组件的中心处的相同轴线上，以使得浓缩水和清洁空气在壳体的各个方向上均匀流动，并防止其中在传统组件中发生的压力和线速度增加或保持停滞这种现象，从而提高机械清洁效果并提供膜污染减少的优势。

Description

中央挡板和包含其的压力式中空纤维膜组件及其清洁方法

技术领域

本发明涉及一种压力式中空纤维膜组件的结构及其清洁方法，更具体地说，涉及一种圆柱形的中央挡板，其在膜组件内具有中空部，包括空气区，在空气区的外周上具有有序或无序地穿过其的至少一个反洗孔，和水区，在水区的外周上具有有序或无序地穿过其的至少一个反洗孔，和压力式中空纤维膜组件，其中所述中央挡板与浓缩部件(concentrationpart)一样被安装在压力式组件的中心处的相同轴线上，以使得浓缩水和清洁空气在壳体的各个方向上均匀流动，并防止其中在传统组件中发生的压力和线速度增加或保持停滞这种现象，从而提高机械清洁效果并减少膜污染。另外，本发明涉及一种两段式反洗方法，其改善了具有中央挡板的压力式中空纤维膜组件的维护和管理，通过在高压下膜的活动和移动及在反洗过程中的空气注入其具有空气和反洗水的平稳移动的优点，并减少使用的总能量，从而降低膜运行成本和使清洁效果最大化。

本申请要求2013年3月18日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2013-0028607的优先权，其公开的内容通过引用并入本文。

背景技术

使用膜的分离，纯化和分馏正被广泛用于所有工业领域，并且通过待处理的液体和处理过的液体将中空纤维膜组件用于材料的过滤和透析中可以增加每单位体积的有效膜面积，并且因此至今在包括微滤和超滤的水处理，气体分离，医学和生物产业领域具有广泛的应用范围。然而，通常，当试图使用膜分离颗粒材料或存在于溶液中的溶解物时，因为从溶液中待排除的颗粒具有非常低的分散速度，即使中心区和膜表面之间的浓度梯度很大，逆分散也不容易发生，所以发生浓差极化现象，其中在膜表面附近的溶解物浓度增加或在膜表面上发生向溶解物连续相的相变，并因此形成了溶解物层并发生膜污染现象，例如，小的溶解物颗粒被吸附到大孔的壁上且所述孔被与孔相似尺寸的颗粒封闭。

因此，由于这些现象，随着运行时间增加，膜的渗透通量率降低并且跨膜压力升高，并且需要进行使用反洗，空气冲刷，或化学品的清洁。

在中空纤维膜的情况下，对于实际应用于工业过程，使用大量的以束的形式结合的中空纤维膜组件，并且典型类型的一般压力式组件具有如图1中所示结构，其中通过其注入原水的入口部件3被设置在组件的下部，所以原水在下部流入并进入尿烷灌封之间的中空纤维膜中，其中中空纤维膜被保持在尿烷灌封中，过滤后的水流出安装在顶部的过滤部件1，配置用于排出不通过中空纤维膜的浓缩水的浓缩部件2被安装在组件上部的侧面，并且空气注入部件4被安装在组件的底部。根据一般压力式组件的结构，如图6中所示，流入的原水和反洗水处理后产生的浓缩水和注入用于反洗或空气冲刷的空气沿着组件下部的入口部件和上部侧面上的浓缩部件之间的非对称移动通道通过，并通过这种水和空气的流动，中空纤维膜在一个方向移动，和因此，压力和线速度在组件内不均匀(见图6)，当反洗过程和空气冲刷过程如果在膜组件污染的情况下进行时，应用于浓缩部件或浓缩部件周围的压力增加，并且因此，膜可能被切断或拉伸并可能发生浓缩水的瓶颈现象(拥塞现象)。

照惯例，压力式膜组件通过反洗过程去除在运行过程中产生的膜污染物，但是传统的反洗过程不能完全去除膜表面上的膜污染物，尽管空气冲刷过程被用于有效清洁，由于位于组件侧面上的压力式膜组件的排水管的结构问题，在反洗水的流动中还是会产生死区，并且因此，膜污染的消除是不均匀的并在膜组件内形成空气停留的空间，阻碍清洁。特别是，当高浊度材料流入时，发生严重的膜污染现象并降低清洁效果，并且膜污染物不能被完全去除，因此额外需要定期的化学清洁，额外的化学清洁增加膜过滤系统的管理和运行成本。

因此，在中空纤维膜组件的设计中，已经在膜组件的技术开发上进行了尝试，引入挡板形结构以使得液体如处理后的水或清洁空气能够平稳流动或均匀流动分布，相关技术呈现在下面。

KR2010-0129379A涉及低污染的中空纤维膜组件和使用其的水处理装置，其中流入水在组件中旋转的同时流入水开始与中空纤维膜接触，旋转分布板使来自该水的具有不同比重的杂质通过离心力与流入水分离，并且流入水分布口进行平均分布以防止在组件中流入水的不均匀流动，KR2004-0034492A和JP2009-195899A针对一种中空纤维膜组件，其中挡板圆筒被嵌入中空纤维组件中，相对于中空纤维膜组件的隔离壁上的壳筒(casingbarrel)的轴，裂缝以倾斜方向延伸，以防止隔离膜从所述壳筒分离或脱离并使得处理后的液体不流入组件中，JP2010-247107A针对一种膜组件，特征在于在组件中设置挡板，所述挡板配置用于支持多个中空纤维膜，以保持在膜表面上供给液体的流速在高速下并处于湍流状态，以改善液体在膜组件中的流动，并且挡板结构优于双管结构的组件，JP1989-099611A关注一种管状膜组件，特征在于挡板具有多个孔以控制液体的圆柱形流动，以防止在圆柱形膜滤器中污染物的形成或促进污染物的去除和以防止过滤效率的降低，并且挡板被放置在与膜圆筒相同的轴上，在膜圆筒内部的中心上，并且被固定在上部和底部。

然而，根据相关技术，具有挡板结构的膜组件仅被设计用于流入水方面的平均分布或牢固地固定隔离膜或防止污染物的形成，在解决下面问题上有技术局限性：在中空纤维组件的运行过程中，中空纤维膜倾向于一个方向，内压力和线速度发生不均匀性，并且当反洗过程和空气冲刷过程如果在膜组件污染的情况下进行时，应用于中空纤维膜的压力或浓缩部件周围的压力增加，并且因此，膜被切断或拉伸并发生浓缩水的瓶颈现象(拥塞现象)。有对新型挡板结构的技术开发的需求，其防止发生在压力式膜组件中压力和线速度的增加或浓缩水的拥塞现象并实现有效的机械清洁以减少膜污染和增加膜使用时间，和包括其的压力式中空纤维膜组件和新的清洁方法，其使压力式膜组件的清洁效果最大化以改善膜过滤系统的维护和管理并减少使用的总能量和因此降低运行膜的成本。

发明内容

技术问题

本发明提出一种圆柱形的中央挡板，其在压力式中空纤维膜组件内具有中空部，包括空气区，在空气区的外周上具有有序或无序地穿过其的至少一个反洗孔，和水区，在水区的外周上具有有序或无序地穿过其的至少一个反洗孔，以使得浓缩水和清洁空气在压力式组件内部各个方向上均匀流动，并防止其中在传统组件中发生的压力和线速度增加或保持停滞这种现象，从而解决了膜的切断或拉伸问题和浓缩水的瓶颈现象(拥塞现象)，提高机械清洁效果，并减少膜污染，以及通过在高压下膜的活动和移动及在反洗过程中的空气注入使得空气和反洗水平稳流入/排出。

空气区位于中央挡板的上部以使得在空气注入和排出过程中有效供给和排出，并且水区位于中央挡板的下部以促进浓缩水的排出和反洗水的流入，在中央挡板的空气区的外周上穿过其形成的反洗孔的尺寸大于在水区上穿过其形成的反洗孔的尺寸，以通过在空气注入过程中膜的活动和移动使得空气和反洗水平稳移动，并且水区的面积大于空气区的面积以使得空气和处理后的水有效移动。

如图1中所示，传统的压力式组件包括位于组件上部侧面上的浓缩部件2，通过其排出浓缩水，和位于组件的上部和下部的中心的入口部件3和过滤部件1，但是如图4中所示，根据本发明的压力式组件，在组件上部的中心的中央挡板配置在浓缩部件20的中心，过滤部件10配置在组件上部的侧面上，原水入口部件/空气注入部件30配置在组件的底部，并且浓缩水和空气的出口部件位于壳体的中心，所以从壳体的边缘到浓缩水的距离是一致的并因此浓缩水和空气的移动是均匀的。

另外，根据本发明的膜组件，中空纤维膜以相对于组件的中心呈同心圆的放射状布置，中央挡板位于其中心，所以通过中空纤维膜的水净化处理和清洁效果是一致的，整个中空纤维膜被平均使用，并且膜使用时间是长的。

相比于涉及各自两个过程同时运行的一般传统的膜清洁过程，其包括使过滤的水流入过滤的相反方向的反洗过程和将膜表面使用空气冲刷的空气冲刷过程，具有中央挡板的压力式中空纤维组件具有膜污染减少的效果和通过应用包括两阶段的两段式反洗过程使减少膜维护和管理成本最大化的优点，基于反洗时间将第一阶段和第二阶段分开，其中反洗水的量和反洗空气的量对于每个阶段不同，在第一阶段中，反洗水的量大于反洗空气的量，并且在第二阶段中，反洗空气的量大于反洗水的量，并因此，在第一阶段过程中，高水量使得粘附到组件孔内部的污染物被容易地移至膜表面，并且在第二阶段过程中，移至表面的污染物通过使用增加量的空气的空气冲刷过程被有效地去除。

特别是，第一阶段在1.5Q～2.5Q的反洗水的量，即高于过滤水的量(Q)1.5至2.5倍，和100～250L/min(LPM)的反洗空气的量，即高于传统反洗空气的量(300L/min，LPM)1/3至2.5/3倍下进行，并且然后，第二阶段在0.5Q～1.5Q的反洗水的量，即高于过滤水的量0.5至1.5倍，和300～450L/min(LPM)的反洗空气的量，即高于传统反洗空气的量(300L/min，LPM)1至1.5倍下进行。

当使用具有中央挡板的压力式膜组件时，反洗时间，即包括第一阶段和第二阶段的整个反洗过程的运行时间基于流入原水的浊度设置为30至90秒范围，第一阶段和第二阶段在相同时间段或不同时间段期间进行以提高反洗过程的效率，和特别是，当反洗时间是通常反洗过程中所用的60秒时，第一阶段和第二阶段相同地进行30秒。另外，由于反洗模式在测量流入原水的浊度后被自动选择和进行，具有高浊度的流入水可通过改变反洗水的量和在每个阶段应用的反洗空气的量被有效地清洁，当正常的原水流入时，实现比现有清洁水平更低量的水和更低量的空气。另外，中央挡板结构的引入提供了浓缩水和空气的平稳移动的优势，所以当反洗过程中反洗水的量和反洗空气的量增加时，能够进行有效注入和排出。

技术方案

本发明提出一种圆柱形中央挡板，其在压力式中空纤维膜组件内部具有中空部，包括空气区，沿着空气区的外周具有有序或无序地穿过其的至少一个反洗孔，和水区，沿着水区的外周具有有序或无序地穿过其的至少一个反洗孔，以使得浓缩水和清洁空气在压力式组件内部各个方向上均匀流动，并防止在传统组件中发生的压力和线速度增加或保持停滞，从而防止膜被切断或拉伸，解决了浓缩水的瓶颈现象(拥塞现象)，提高机械清洁效果，并减少膜污染，以及通过在高压下膜的活动和移动及在反洗过程中的空气注入使得空气和反洗水的平稳流入/排出。

由于空气区位于中央挡板的上部，使得在空气注入和排出过程中能够进行有效供给和排出，并且由于水区位于中央挡板的下部，所以顺利地进行浓缩水的排出和反洗水的流入，在中央挡板的空气区的外周上穿过其形成的反洗孔的尺寸大于在水区上穿过其形成的反洗孔的尺寸，所以通过在空气注入过程中膜的活动和移动使得能够进行空气和反洗水的平稳移动，并且水区的面积大于空气区的面积，使得空气和处理后的水有效移动。

在包括原水的入口部件，处理后的水的浓缩部件和过滤部件的压力式中空纤维膜组件中，中央挡板与布置在压力式中空纤维膜组件的一端的浓缩部件一样位于组件壳体中的相同轴上，原水的入口部件配置在组件壳体的另一端，并且过滤部件配置在浓缩部件的侧面上，所以充当浓缩水和空气出口的中央挡板和浓缩部件位于壳体的中心并且从壳体的边缘到中央挡板的距离是一致的，有助于浓缩水和空气的一致移动。

本发明将中央挡板引入到压力式中空纤维膜组中以使得浓缩水和清洁空气在各个方向上均匀流动，并进行被分为两个阶段的反洗过程以使被污染的膜的清洁效果最大化，下文中，参考图1至图11详细描述了根据本发明的中央挡板，具有中央挡板的压力式中空纤维膜组件，使用两段式反洗过程的压力式中空纤维膜组件的清洁方法，以及它们的效果。

一般压力式中空纤维膜组件的典型类型具有如图1中所示的结构，其中在组件的下部配置原水通过其注入的入口部件，所以原水在下部流入并进入灌封之间的中空纤维膜中，其中中空纤维膜被保持在灌封中，过滤后的水流出安装在顶部的过滤部件，配置用于排出不通过中空纤维膜的浓缩水的浓缩部件2被安装在组件上部的侧面，压力式中空纤维膜组件去除在使用反洗过程的运行中产生的膜污染物，但是传统的反洗过程不能完全去除膜表面上的污染物，并且尽管空气冲刷过程被用于有效清洁，由于位于组件侧面上的压力式中空纤维膜组件的浓缩部件的结构问题，如图6所示，注入的原水和空气通过主体并进入一个方向，压力和线速度增加，并且因此，膜可被切断或拉伸，并可发生浓缩水的瓶颈现象(拥塞现象)，并且进一步地，在反洗水的流动中造成死区，阻碍膜污染的均匀去除，并且在膜组件内形成空气停留的空间，阻碍清洁。特别是，当高浊度材料流入时，发生严重的膜污染现象并降低清洁效果，并且膜污染物不能被完全去除，因此额外需要定期的化学清洁，并且额外的化学清洁导致增加膜过滤系统的管理和运行成本。

参考图2描述了根据相关技术的压力式膜组件和反洗方法，为了进行根据现有技术的压力式膜组件的反洗过程，需要反洗水线210，反洗空气线220和排水线230。根据压力式膜组件的一般反洗过程，反洗过程通过结合将过滤后的水流入过滤的相反方向的反洗过程和其中使用空气冲刷膜表面的空气冲刷过程进行，其中反洗水通过反洗水线210流入压力式膜组件中以进行反洗过程，以将粘附到膜孔内部的膜污染物移至膜表面，被移动的污染物通过空气冲刷过程剥离，所述空气冲刷过程通过反洗空气线220流入的空气冲刷膜表面，并且通过该反洗过程收集的反洗排水通过排水线230排出到压力式膜外。

根据相关技术的压力式膜组件及其反洗过程具有下面的缺点。

第一，由于它的结构，一般的压力式中空纤维膜组件在组件中具有不等的压力和线速度，因为在流入的原水和反洗水处理后产生的浓缩水和注入用于反洗或空气冲刷的空气沿着组件下部的入口部件和上部侧面上的浓缩部件之间的非对称移动通道通过，并且通过这种水和空气的流动，中空纤维膜在一个方向移动，如图6中所示。

第二，在膜组件污染情况下进行的反洗过程和空气冲刷过程中，在浓缩部件周围应用于中空纤维膜的压力增加，并且因此，膜可被切断或拉伸，并可发生浓缩水的瓶颈现象(拥塞现象)。

第三，膜表面上的污染物不被完全地去除。特别是，在传统压力式中空纤维膜组件的情况下，由于排水线位于组件的侧面上的结构问题，在反洗水的流动中产生死区并且膜污染不被均匀去除。

第四，用于有效清洁的空气冲刷过程在膜组件中产生了空气停留的空间，阻碍清洁。

第五，当高浊度材料流入时，在膜表面上发生严重的污染现象，导致清洁效果降低，低的清洁效果需要压力式膜组件额外的化学清洁，这增加维护和运行成本。

图3是表示本发明的压力式中空纤维膜组件的外形的图，图4是表示本发明的压力式中空纤维膜组件的内部的图，其中本发明的压力式中空纤维膜组件在壳体的一端配置有原水的入口部件，并在另一端配置有包括过滤部件的帽和浓缩部件，安装O形环固定槽(未示出)以防止浓缩水和排水混合。另外，充当浓缩水和清洁空气的出口部件的浓缩部件位于壳体的中心，并且从壳体的边缘到挡板的距离是一致的，有助于浓缩水和清洁空气的均匀移动。

本发明的压力式中空纤维膜组件在外壳中包括多个中空纤维膜，和具有灌封材料以固定中空纤维膜的中央挡板，和液体通过其流入和流出的端口，其中中空纤维向灌封材料的至少一个粘附部件开放，配置中央挡板以使得浓缩部件内的原水和空气平稳流动。用于将中空纤维膜固定到壳体上的灌封材料在固化后具有40至70(ShoreD)范围的硬度，并且所用的灌封材料具有10mm至120mm的厚度。挡板的长度为10mm至1000mm，并且从挡板顶部到底部的斜坡具有0°至10°的角度，并且挡板的形状具有网格型用于空气和原水的平稳流入，并防止其中当由于水的流动或压力，膜被粘附到挡板上时流动被阻碍的现象，并且挡板的外表面具有波浪形的压纹。挡板以可固定或可分离的形式被布置在中空纤维组件的浓缩部件的中心。

因此，由于浓缩部件被安装在压力式组件的中心，本发明使得浓缩水和清洁空气在壳体的各个方向上均匀地流动，这防止了其中在传统组件中发生的压力和线速度增加或保持停滞的现象，有助于有效的机械清洁和获得膜污染减少的优势，并且由于中央挡板与浓缩部件相似地被配置在组件的中心，当空气或水离开组件时，向挡板的移动路线基于组件的横截面积是短的和一致的，并且密度梯度在任何地方都是一致的，因此解决了对于每个中空纤维膜由于浓度梯度的不同和不同的机械应力引起的膜向浓缩部件变得倾斜的问题，传统的压力式中空纤维膜组件在通过高压下膜的运动和移动和反洗过程中的空气注入的空气和反洗水的移动上具有局限性，但是由于如图4中所示的安装在浓缩部件中的中央挡板，本发明具有浓缩水和空气的平稳移动的优势，因此在反洗过程中能够进行有效的空气的排出，并且在增加的空气注入量的情况下是有效的。

用于实现空气的平稳流动的空气区位于中央挡板的上部，并且用于实现处理后的水，浓缩水或反洗水的平稳流动的水区位于中间部和下部，其中空气区的多孔性高于水区的多孔性，用于当反洗水和空气注入同时进行时向上流动的空气的快速移动。

传统的压力式中空纤维膜组件包括从顶部到底部穿过组件垂直放置的中空纤维且在顶部和底部具有相同的完整性和中空纤维的排列，但是本发明在组件的顶部和底部具有以不同完整性和排列放置的中空纤维膜，如图4中所示，特别是，相同数目的中空纤维广泛地分布在底部，即，当空气和水流入通过相同横截面的入口部件时，通过增加中空纤维膜的分散性或降低完整性获得降阻效果，并且膜被放置为从底部到顶部逐渐倾斜，导致结构易受由于空气注入的运动的影响和在高浊度材料流入的情况下有效清洁的优势。

在下文中，参考图2和5详细描述了根据本发明通过进行分为两个阶段，第一阶段和第二阶段的两段式反洗过程作为压力式中空纤维膜组件的反洗过程获得的效果。

图2是表示使用根据相关技术的反洗过程的压力式膜组件装置的示意图，和图5是表示使用两段式反洗过程的压力式中空纤维膜组件装置的反洗方法的示意图，根据本发明，所述两段式反洗过程被分为第一阶段和第二阶段。

参考图2描述了根据相关技术的压力式中空纤维膜组件装置的反洗过程和使用其的装置，以根据相关技术进行压力式中空纤维膜组件的反洗过程，需要反洗水线210，反洗空气线220和排水线230。根据压力式膜组件的一般反洗过程，反洗过程一般通过结合将过滤后的水流入过滤的相反方向的反洗过程和其中使用空气冲刷膜表面的空气冲刷过程进行，其中反洗水通过反洗水线210流入压力式膜组件中以进行反洗过程，和将粘附到膜孔内部的膜污染物移至膜表面，被移至表面的污染物通过空气冲刷过程剥离，所述空气冲刷过程通过反洗空气线220流入的空气冲刷膜表面，并且通过该反洗过程收集的反洗排水通过排水线230排出到压力式膜外。

图5是表示根据本发明使用被分为两阶段，第一阶段和第二阶段的两段式反洗过程的压力式中空纤维膜组件装置的示意图。根据本发明的两段式反洗过程通过将压力式膜组件的传统反洗过程分为包括第一阶段和第二阶段的两阶段使清洁效果最大化，并且通过长期实验，发现进行根据本发明的两段式反洗在压力式膜组件的长期运行中是足够有效的。

具有中央挡板的压力式中空纤维膜组件的清洁方法特征在于，通过其中将过滤后的水以过滤的相反方向流入压力式中空纤维膜组件中的反洗过程和使用空气冲刷膜表面的空气冲刷过程清洁膜组件，其中清洁方法基于反洗时间分为两阶段，第一阶段和第二阶段，对于每个阶段具有不同的反洗水率(rate)和反洗空气率。

为了进行根据本发明的压力式膜组件的两段式反洗过程，与传统反洗过程相似地，需要反洗水线310，反洗空气线320和排水线330。并且为了增强反洗过程的作用和效果，两段式反洗过程可被分为第一阶段和第二阶段，其中反洗水的量和反洗空气的量基于总反洗时间在等比例处分为50:50时间段中可不同，以提高反洗效果。

在第一阶段中，使用1.5Q～2Q的反洗水量和100～200L/min(LPM)的反洗空气量进行反洗，并且在第二阶段中，使用减少到0.5Q～1Q的反洗水量和增加到200～400L/min(LPM)的反洗空气量进行反洗。

参见具体实施方案，两段式反洗过程可使用与传统压力式膜组件相同量的反洗水，虽然本发明使用相同反洗水率，由于机械力通过两段式反洗过程被最大化，反洗效率将会增加。

有益效果

由于将中央挡板引入到压力式中空纤维膜组件中，本发明使得浓缩水和清洁空气在各个方向上均匀流动并防止其中在传统组件中发生的压力和线速度增加或保持停滞的现象，从而解决膜被切断或拉伸问题和浓缩水的瓶颈现象(拥塞现象)，增加机械清洁效果，并减少膜污染，以及在反洗过程中提供高的压力和空气注入，并通过膜的运动或移动使得空气和反洗水平稳流入/排出。

另外，当与涉及包括反洗过程和空气冲刷过程两阶段同时操作的传统膜清洁过程相比时，具有中央挡板的压力式膜组件通过进行被分为两阶段，第一阶段和第二阶段的反洗过程可使被污染的膜的清洁效果最大化，特别是其中第一阶段在比传统反洗过程更高的水量下容易地将粘附到组件孔内部的污染物移至膜表面，第二阶段通过使用增加量的空气的空气冲刷过程有效地去除移至表面的污染物，并且与传统过程相比，该反洗过程可有效地减慢跨膜压力升高的速率，并且因此，可增加需要达到化学清洁所需要的运行时间和减少化学清洁次数以及减少空气使用量，获得节能效果。

另外，由于通过引入中央挡板结构获得了浓缩水和空气的平稳移动的优势，在反洗期间在增加的反洗水量的情况下是有效的。

附图说明

图1是表示一般压力式中空纤维膜组件的图。

图2是表示根据相关技术的使用反洗过程的压力式膜组件装置的示意图。

图3是表示本发明的压力式中空纤维膜组件的外形的图。

图4是表示具有本发明的中央挡板的压力式膜组件的内部的图。

图5是表示根据本发明，使用被分为两阶段，第一阶段和第二阶段的两段式反洗过程的压力式中空纤维膜组件的反洗方法的示意图。

图6是表示一般压力式中空纤维膜组件的浓缩部件中的压力分布的图。

图7是表示本发明的中央挡板的形状的图。

图8是表示在根据相关技术的反洗方法中，反洗水的量和反洗空气的量相对反洗时间的曲线图。

图9是表示根据本发明的示例性实施方案，按照两段式反洗过程的反洗方法，反洗水的量和反洗空气的量相对反洗时间的曲线图。

图10是表示根据本发明的示例性实施方案，按照两段式反洗过程的反洗方法，反洗水的量和反洗空气的量相对反洗时间的曲线图。

图11是表示根据相关技术的跨膜压力和应用本发明的两段式反洗过程中跨膜压力的变化率的比较的曲线图。

具体实施方案

下文中，通过本发明的反洗方法的优选实施方案详细描述本发明的效果。当然，下面的实施方案被提供用于帮助理解本发明，本发明的范围不限于下面的实施方案。

<实施方案1>

通过将具有中央挡板的圆柱形压力式组件连接到反洗水线，反洗空气线，和排水线，压力式膜组件装置如图3中构造。通过电驱动阀和泵调节通过压力式膜组件流入的反洗水量和反洗空气量。

1.基于反洗时间的测量方法

1)构造压力式膜组件装置。

2)根据原水性质确定总反洗时间，反洗时间在等比处(50:50)分开。总反洗过程时间可考虑到在30～90秒范围内的过程恢复率确定。

3)在总反洗时间中的第一阶段的时间段内，使用2Q，即比压力式膜组件的水过滤量高2倍的水量和200L/min(LPM)，即高达反洗空气的传统量的2/3进行反洗。

4)在总反洗时间中的第二阶段的时间段内，使用1Q，即与压力式膜组件的水过滤量(Q)相同的水量和400LPM，即高达反洗空气的传统量(300L/min,LPM)的4/3进行反洗。

5)通过反洗过程聚集的反洗排水通过排水线排出压力式膜。

两段式反洗过程的反洗效率通过如下方法评价，并且其结果示于表1中。

[表1]

两段式反洗过程的条件和反洗效果

2.基于流入原水的浊度的反洗方法

1)测量流入原水的浊度。

2)基于如表2所示的流入原水的浊度确定两段式反洗过程模式。

3)在确定的两段式反洗过程模式上进行反洗。

4)通过反洗过程聚集的反洗排水通过排水线排出压力式膜。

对于基于流入原水的浊度的两段式反洗过程，可通过如下方法设计反洗模式，并且每个反洗过程模式和反洗条件示于表2中。

[表2]

基于流入原水的浊度的反洗过程和反洗条件

3.具有中央挡板的压力式中空纤维膜组件的结构特征

根据本发明的压力式中空纤维膜组件结构包括与如图4中所示的浓缩部件中膜的倾斜角度相同的中央挡板，通过中央挡板，反洗水和空气被有效排出。传统的压力式中空纤维膜组件仅通过浓缩管排出空气，所以空气与反洗水同时排出，其缺点在于传统组件的排水区约为0.0025m²，不足用于平稳排出，然而本发明具有中央挡板的压力式中空纤维膜组件的排水区为0.023m²，即比传统组件大约10倍，使反洗效果最大化，并且由于浓缩水的排水管被安装在与反洗水流相同的线上，反洗水流在组件的中心集中并从其排出。

4.在程序运行成本方面本发明的效果

在下文中，参考图8至10，详细描述了通过进行根据本发明的两段式反洗过程作为压力式膜反洗过程获得的效果，以及与传统反洗过程的比较。

首先，描述了表明相关技术的结果的图8。

图8示出在根据相关技术的反洗方法中，反洗水的量和反洗空气的量相对反洗时间，其中水平轴代表反洗时间(t)和每个垂直轴代表透过压力式膜组件装置的反洗水的量(体积)和反洗空气的量(L/min)，基于1分钟的反洗时间，传统反洗过程将反洗水的量保持在1.5Q，即高至水的过滤量(Q)1.5倍，在反洗时间过程中的所有时间相同并将反洗空气的量保持在300L/min，在反洗时间过程中的所有时间相同。

参考图9描述本发明的示例性实施方案。

图9示出在根据本发明的示例性实施方案的反洗方法中，反洗水的量和反洗空气的量相对反洗时间，其中水平轴代表反洗时间(t)和每个垂直轴代表透过压力式膜组件装置的反洗水的量(体积)和反洗空气的量(L/min)，基于1分钟的反洗时间，第一阶段和第二阶段各设置为30秒，在第一阶段中反洗水的量(Q)保持在2Q，即高至水的过滤量(Q)2倍，在第二阶段中反洗水的量(Q)保持在1Q，即等于水的过滤量(Q)，同时，在第一阶段中反洗空气的量保持在200L/min和在第二阶段中反洗空气的量保持在400L/min。

因此，在总反洗过程时间中反洗水的平均量为1.5Q和反洗空气的平均量为300L/min，并因此，在第一阶段中，高的反洗水的量可使得使用与传统反洗过程的反洗水的量和反洗空气的量相同的能量将污染物容易地移至膜表面，并在第二阶段中，高的反洗空气的量使得污染物有效地脱离。在传统的反洗过程中，为了提高污染物去除效率，可考虑增加反洗水的量和反洗空气的量，但是增加反洗水的量和反洗空气的量导致在反洗过程中使用的总能量增加，导致增加整个过程的运行/维护成本，这在成本效率方面不是优选的。

另外，仅增加在传统反洗过程中反洗水的量和反洗空气的量意味着，在预设形状的压力式组件中同时提供组件中反洗水的量和反洗空气的量的增加，并考虑到预设的直径和排水线的管直径，不利于污染物的有效排出并引起妨碍通过增加在压力式组件中反洗水的量和增加反洗空气的量两者而有效清洁的负面结果，并因此，除了增加运行/维护成本外，在清洁效率方面也不是优选的。

然而，本发明具有中央挡板的压力式中空纤维膜组件具有污染物有效排出的优势，即使在仅考虑清洁效率而不考虑运行/维护成本增加下，使用引起反洗水的量和反洗空气的量增加的清洁方法。

照此，根据本发明的两段式反洗过程，第一阶段在2Q，即强于传统水反洗的量的反洗水的量下容易地将粘附到组件孔内部的污染物移至膜表面上，第二阶段通过使用增加量的空气(400L/min)的空气冲刷过程将污染物有效地剥离移至表面的污染物，在图9中，每个垂直轴代表透过压力式膜组件装置的反洗水的量(体积)和反洗空气的量(L/min；LPM)，这与输入反洗过程的能量成比例关系，所以通过两段式反洗过程膜污染物的有效去除可通过减少输入到其中的反洗水的量和反洗空气的量节约整个过程的能量和运行成本。

实施本发明的方式

参考图10描述本发明的另一示例性实施方案。

图10示出在根据本发明的另一示例性实施方案的反洗方法中，反洗水的量和反洗空气的量相对反洗时间，其中水平轴代表反洗时间(t)和每个垂直轴代表透过压力式膜组件装置的反洗水的量(体积)和反洗空气的量(L/min)，基于1分钟的反洗时间，第一阶段和第二阶段各设置为30秒，从第一阶段开始直至第二阶段结束，反洗水的量(Q)从2Q，即高至水的过滤量(Q)2倍，直线下降到1Q，即等于水的过滤量(Q)，同时，从第一阶段开始直至第二阶段结束，反洗空气的量从200L/min直线增加至400L/min。

图11是表明根据相关技术的跨膜压力和应用本发明的两段式反洗过程中跨膜压力(TMP)的变化率的比较的曲线图。在相关技术的情况下，随着膜的使用时间增加，即使进行反洗过程，残留的污染物增加，并且随着时间推移，跨膜压力连续增加，最后，它较必须进行化学清洁(原位清洁，CIP)的时间更早达到过程设计中的预设时间点，然而，当应用本发明的两段式反洗过程时，能够进行更有效的膜污染物的清洁，与传统过程相比有效地降低跨膜压力的上升率，当进行相同次数的反洗时，跨膜压力变得比过程设计中的预设时间点更低，导致膜的长期使用，引起达到化学清洁需要的运行时间增加和减少化学清洁数以及减少空气使用的量，从而产生节能和运行成本下降的效果。

表3示出在传统的一般反洗过程与本发明的两段式反洗过程的空气使用量之间的比较，当比较空气使用量时，本发明的两段式反洗过程与传统的一般反洗过程相比具有最大50％的空气使用量减少效果，因此可获得节能和运行成本下降的效果。

[表3]

传统的一般反洗过程与两段式反洗过程的空气使用量之间的比较

虽然上文中已经描述了本发明的优选实施方案，但是本发明不限于公开的具体实施方案。即，本领域技术人员将理解在不脱离所附的权利要求的精神和范围下对本发明作出各种变化和改变，各种变化和改变的等价物将落入本发明的范围内。

工业实用性

通过新型挡板结构的应用防止了压力式膜组件中发生的浓缩水的压力和线速度的增加或停滞现象并使得进行有效的机械清洁，从而减少了膜污染和增加了膜使用时间，和包括其的压力式中空纤维膜组件和新的清洁方法，其使压力式膜组件的清洁效果最大化，改善了膜过滤系统的维护和管理，降低了总能量使用量并降低了膜运行成本，因此能够在水处理中有效应用。

Claims (10)

1.一种内部具有中空部的圆柱形中央挡板，所述中央挡板包括：

空气区，在所述空气区的外周上具有有序或无序地穿过其的至少一个反洗孔；和

水区，在所述水区的外周上具有有序或无序地穿过其的至少一个反洗孔。

2.根据权利要求1所述的中央挡板，其中在所述空气区的外周上穿过其形成的所述反洗孔的尺寸大于在所述水区上穿过其形成的所述反洗孔的尺寸。

3.根据权利要求1所述的中央挡板，其中所述水区的面积大于所述空气区的面积。

4.一种包括原水的入口部件，处理后的水的浓缩部件，和过滤部件的压力式中空纤维膜组件，

其中由权利要求1至3任一项限定的所述中央挡板与布置在所述压力式中空纤维膜组件的一端的浓缩部件一样位于组件壳体中的相同轴上，所述原水的入口部件配置在组件壳体的另一端，并且所述过滤部件配置在所述浓缩部件的侧面上。

5.根据权利要求4所述的压力式中空纤维膜组件，其中充当浓缩水和空气出口部件的所述中央挡板和所述浓缩部件位于所述壳体的中心，并且从所述壳体的边缘到所述中央挡板的距离是一致的，浓缩水和空气的移动是一致的。

6.一种压力式中空纤维膜组件的清洁方法，其中权利要求4中限定的所述压力式中空纤维膜组件通过其中将过滤后的水以过滤的相反方向流入所述膜组件中的反洗过程和使用空气冲刷膜表面的空气冲刷过程清洁，并且所述清洁方法基于反洗时间分为包括第一阶段和第二阶段的两阶段，并且对于每个阶段反洗水的量和反洗空气的量不同。

7.根据权利要求6所述的压力式中空纤维膜组件的清洁方法，其中在第一阶段中，反洗水的量高于反洗空气的量，并且在第二阶段中，反洗空气的量高于反洗水的量。

8.根据权利要求6所述的压力式中空纤维膜组件的清洁方法，其中在第一阶段中反洗水的量为1.5Q～2.5Q，即高于膜组件的过滤水的量(Q)1.5至2.5倍，和在第二阶段中反洗水的量为0.5Q～1.5Q，即高于膜组件的水的过滤量(Q)0.5至1.5倍。

9.根据权利要求6所述的压力式中空纤维膜组件的清洁方法，其中在第一阶段中反洗空气的量为高于传统反洗空气的量1/3至2.5/3倍，和在第二阶段中反洗空气的量为高于传统反洗空气的量1至1.5倍。

10.根据权利要求6所述的压力式中空纤维膜组件的清洁方法，其中第一阶段的反洗时间和第二阶段的反洗时间的总和为30至90秒范围，并且所述第一阶段的反洗时间等于或不同于第二阶段的反洗时间。