CN109293087B - 一种能够自动清洁过滤膜的废水处理系统 - Google Patents

Abstract

一种能够自动清洁过滤膜的废水处理系统，至少包括若干个并列间隔排布的过滤膜及过滤膜彼此之间的隔室，流体能够按照其流动方向垂直于过滤膜的过滤渗透方向的方式进入所述隔室，其中，每一个所述隔室均内置有若干个密度小于流体密度的生物惰性颗粒球，所述生物惰性颗粒球被配置为：通过流体的带动从隔室的第一端部以下沉的方式运动至隔室的第二端部，基于浮力的带动从所述第二端部以上浮的方式运动至所述第一端部。本发明配合生物惰性颗粒球以及形态动态变化的过滤膜配合工作的方式，能够有效的抑制和/或清除结垢。

Description

一种能够自动清洁过滤膜的废水处理系统

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，尤其涉及一种能够自动清洁过滤膜的废水处理系统。

背景技术

电渗析是一种以直流电场与离子选择性透过膜相结合的离子分离技术，带电离子在电场的作用下，淡水室的阳离子、阴离子穿过选择性透过膜后，留下含盐量比进水低的出水，而浓水室则富集了来自相邻的淡水室的离子，形成含盐量比进水高的出水，这样就实现了溶液的淡化、浓缩、精制或纯化。电渗析装置应用范围广泛，可应用于水的淡化除盐、海水浓缩制盐、精制乳制品、果汁脱酸精和提纯、制取化工产品等方面，还可以用于食品，轻工等行业制取纯水、电子、医药等工业制取高纯水的前处理，锅炉给水的初级软化脱盐，将苦咸水淡化为饮用水。

现有包含电渗析装置的处理工艺及装置中，由于淡水室和浓水室的进水都是原水或本装置的淡水/浓水产水，在多年的应用中也有许多组合，以适应不同的工程应用。但是，这些应用中，浓水室中会富集很多阴、阳离子容易形成不溶性无机盐导致结垢，影响电渗析装置的长期稳定运行。

公开号为CN107055713A的专利文献公开了一种基于单价阳离子选择性电渗析的高硬度含盐水浓缩方法，其方法包括步骤：原水化学沉淀除硬及预处理；反渗透脱盐处理；将第二步中反渗透浓盐水利用盐酸或硫酸调节pH值为4～6后作为电渗析原水，然后分别进入电渗析膜堆中由阳膜和阴膜间隔形成的脱盐室和浓缩室；得到电渗析高盐水和电渗析低盐水。其无需额外的设备与装置，在不牺牲回收率的情况下就实现了组成结垢物质的两种离子的分离，从而避免了同时截留或同时透过产生的结垢现象。在离子交换膜的使用过程中，在长时间工作下，其不可避免的会形成结垢现象，当一旦出现结垢趋势后，其无法实现自清洁，必须停机手动对离子交换膜进行清洗。

发明内容

如本文所用的词语“模块”描述任一种硬件、软件或软硬件组合，其能够执行与“模块”相关联的功能。

针对现有技术之不足，本发明提供一种能够自动清洁过滤膜的废水处理系统，至少包括若干个并列间隔排布的过滤膜及过滤膜彼此之间的隔室，流体能够按照其流动方向垂直于过滤膜的过滤渗透方向的方式进入所述隔室，其中，每一个所述隔室均内置有若干个密度小于流体密度的生物惰性颗粒球，所述生物惰性颗粒球被配置为：通过流体的带动从隔室的第一端部以下沉的方式运动至隔室的第二端部，基于浮力的带动从所述第二端部以上浮的方式运动至所述第一端部。

根据一种优选实施方式，所述废水处理系统还包括废水减量化单元，所述废水减量化单元被配置为：基于第一反渗透装置、第二反渗透装置和/或两者的组合至少获取含盐量彼此不同的第一浓度浓盐液和第二浓度浓盐液，所述流体至少包括所述第一浓度浓盐液和所述第二浓度浓盐液，其中，所述流体能够按照至少具有不同的流速和/或不同的密度的方式进入不同的隔室以使得相邻的隔室之间具有压差，其中，在限定隔室的至少两个过滤膜基于所述压差按照相向的方式运动以形成最小距离的情况下，进入该隔室中的流体相比于与其相邻的隔室中的流体具有更大的密度以使得其中的生物惰性颗粒球以更大的速度上浮。

根据一种优选实施方式，所述废水处理系统还包括位于所述废水减量化单元下游的电渗析单元，所述隔室至少包括浓水室和淡水室，所述过滤膜至少包括离子交换膜，所述电渗析单元被配置为：所述第一浓度浓盐液和所述第二浓度浓盐液以具有压差的方式分别进入若干个浓水室和淡水室，其中，相邻的浓水室和淡水室彼此之间的离子交换膜能够按照基于所述压差沿平行于阴极和阳极的连线的第一方向偏移第一距离以形成第一工作形态，所述离子交换膜还能够基于所述压差的改变沿平行于阴极和阳极的连线的第二方向偏移第二距离以形成第二工作形态，其中，在浓水室的电导率和/或淡水室的电导率高于某一阈值的情况下，实现所述第一工作形态和所述第二工作形态的切换。

根据一种优选实施方式，在所述第一浓度浓盐液的浓度大于第二浓度浓盐液的浓度，且所述第二浓度浓盐液进入所述淡水室，所述第一浓度浓盐液进入所述浓水室的情况下，限定所述淡水室的所述离子交换膜分别沿所述第一方向和所述第二方向按照背离的方式移动以形成彼此间的第一最大距离，限定所述浓水室的所述离子交换膜分别沿所述第一方向和所述第二方向按照相向的方式移动以形彼此间的第一最小距离，其中，由所述第一最大距离和所述第一最小距离限定所述第一工作形态。

根据一种优选实施方式，在所述第一浓度浓盐液的浓度大于第二浓度浓盐液的浓度，且所述第二浓度浓盐液进入所述淡水室，所述第一浓度浓盐液进入所述浓水室的情况下，限定所述浓水室的所述离子交换膜分别沿所述第一方向和所述第二方向按照背离的方式移动以形彼此间的第二最大距离，限定所述淡水室的所述离子交换膜分别沿所述第一方向和所述第二方向按照相向的方式移动以形成彼此间的第二最小距离，其中，由所述第二最大距离和所述第二最小距离限定所述第二工作形态。所述第一最大距离、所述第一最小距离、所述第二最小距离和所述第二最大距离满足关系式：第一最大距离与第一最小距离之和等于第二最大距离和第二最小距离之和。

根据一种优选实施方式，所述生物惰性颗粒球至少能够由聚氨酯经发泡处理后构成，其中，生物惰性颗粒球的直径小于所述第一最小距离和所述第二最小距离。

根据一种优选实施方式，所述生物惰性颗粒球的形状能够由圆球状、圆柱状或透镜状限定，其中，生物惰性颗粒球的表面粗糙度小于40μm。

根据一种优选实施方式，所述生物惰性颗粒球在从隔室的第一端部以下沉的方式运动至隔室的第二端部，隔室的所述第二端部还被配置为：按照形成连续气泡的方式通入气体，其中，所述气泡能够基于浮力的带动按照上浮的方式从所述第二端部运动至所述第一端部以对所述生物惰性颗粒球进行冲刷。

根据一种优选实施方式，所述含盐废水处理系统还包括废水软化单元、管式微滤单元和加药单元，其中，所述废水软化单元至少包括均质水箱、混凝池、絮凝池、沉淀池、第一过滤器和第一中间水池，其中，所述均质水箱、所述混凝池和所述絮凝池均与所述加药单元连通以对含盐废水的软化处理；含盐废水依次经过所述均质水箱、所述混凝池、所述絮凝池、所述沉淀池和所述第一过滤器得到的含盐废水软化液传输至所述第一中间水池进行集存。

根据一种优选实施方式，所述废水减量化单元至少包括第一反渗透装置、第二反渗透装置、第二中间水池和第三中间水池，其中，所述含盐废水软化液以第一状态进入所述第一反渗透装置中以得到所述第一浓度浓盐液，所述含盐废水软化液以第二状态进入所述第二反渗透装置中以得到所述第二浓度浓盐液。所述第一浓度浓盐液和所述第二浓度浓盐液分别传输至所述第二中间水池和所述第三中间水池进行集存；所述第一状态和所述第二状态均至少包括进入其各自对应的反渗透装置时的进水压力状态。

本发明的有益技术效果：

(1)本发明的含盐废水处理系统通过动态调整离子交换膜的形态能够及时消除堆积在其上的结垢物，通过增加浓水室或淡水室的离子膜之间的距离能够消除其在离子膜间距较小状态时累积的结垢物，能够有效的抑制离子交换膜的结垢。

(2)本发明在动态调整离子交换膜的同时交换阴极和阳极以交换浓水室和淡水室，使得淡水室和浓水室处于交替的工作状态，能够进一步抑制或消除结垢。

(3)本发明通过改变离子交换膜的形态使其能够呈现外凸状的形态，增加了其与浓盐水的接触面，具有更高的浓缩处理效率。

(4)本发明在过滤膜形态发生变化的同时，基于其中的生物惰性颗粒球队过滤膜进行机械式的刮蹭，能够有效的降低过滤膜的结垢周期。

附图说明

图1是本发明优选的生物惰性颗粒球的工作原理示意图；

图2是本发明优选的废水处理系统的模块化结构示意图；

图3是本发明优选的电渗析器的一种工作形态的示意图；

图4是本发明优选的电渗析器的另一种工作形态的示意图；

图5是本发明优选的废水的处理流程示意图；

图6是本发明优选的膜堆单元的第一工作形态；

图7是本发明优选的膜堆单元的第二工作形态；和

图8是本发明各模块的电子元件连接关系示意图。

附图标记列表

1：废水软化单元 2：废水减量化单元 3：电渗析单元

4：管式微滤单元 5：加药单元 6：膜堆单元

7：过滤膜 8：隔室 9：生物惰性颗粒球

10：过滤网 11：进气通道 12：排气通道

13：进气阀 14：排气阀

101：均质水箱 102：混凝池 103：絮凝池

104：沉淀池 105：第一过滤器 106：第一中间水池

201：第一反渗透装置 202：第二反渗透装置 203：第二中间水池

204：第三中间水池 301：电渗析器 302：第四中间水池

303：阴离子交换膜 304：阳离子交换摸 305：阴极

306：阳极 307：浓水室 308：淡水室

309：外壳 310：进水口 311：出水口

601：第一增压泵 602：第二增压泵 603：第一换向阀

604：第二换向阀 605：第一交换管 606：第二交换管

607：电导率传感器 608：中央处理器 609：第三换向阀

610：第四换向阀 611：第一流速控制阀 612：第二流速控制阀

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

实施例1

图1示出了本发明生物惰性颗粒球的工作原理示意图。如图1所示，由两个过滤膜7形成了其之间的隔室8。在图1的视角情况下，隔室的第一端部位于上侧，第二端部位于下侧。若干个呈圆球状的生物惰性颗粒球9放置在隔室中。隔室的第一端部设置有进水口310以使得废水能够经第一端部进入隔室中，隔室的第二端部设置有出水口311以使得废水能够经第二端部排出隔室。优选的，生物惰性颗粒球9的形状能够由圆球状、圆柱状或透镜状限定，其中，生物惰性颗粒球9的表面粗糙度小于40μm。生物惰性颗粒球9的密度小于进入的废水的密度使得其能够基于浮力而自动上浮。第一端部和第二端部还设置有过滤网10，过滤网的网眼尺寸小于生物惰性颗粒球的直径以使得其始终位于隔室内部。在废水进入隔室8中且将隔室8填满的情况下，位于第一端部的生物惰性颗粒球基于以一定流速从第一端部进入的废水的带动而下沉至第二端部，在达到第二端部后，基于浮力的带动从所述第二端部以上浮的方式运动至所述第一端部。在生物惰性颗粒球的不断下沉和上浮的过程中完成对过滤膜的刮蹭清洁。

优选的，由若干个过滤膜能够形成若干个隔室，每一个隔室均按照上述方式设置生物惰性颗粒球。

优选的，生物惰性颗粒球9至少能够由聚氨酯经发泡处理后构成。经过发泡处理能够有效的降低其密度，以使得其密度小于废水密度。

优选的，隔室的位于下部的第二端部上设置有与隔室连通的进气通道11，隔室的位于上部的第一端部上设置有与隔室连通的排气通道12。在生物惰性颗粒球9在从隔室的第一端部以下沉的方式运动至隔室的第二端部的过程中，进气通道11连续的喷射气泡，在浮力的带动下气泡从第二端部运动至第一端部，气泡的运动方向与生物惰性颗粒球的运动方向相反，从而能够对生物惰性颗粒球进行反向冲刷。优选的，进气通道11和排气通道12内分别设置有进气阀13和排气阀14。进气阀按照间隔设定的时间周期进行开启的方式释放气泡。例如，在监测到隔室中的废水的电导率高于某一阈值的情况下，进气阀开启以通入气泡，气泡可以持续通入一段时间。在停止通入气泡的情况下，排气阀开启以将位于第一端部的气体排出。

为了便于理解，将生物惰性颗粒球9对过滤膜的清洁过程进行详细论述。

生物惰性颗粒球在隔室中产生位移过程中，能够对过滤膜形成物理式和化学式的清洁。隔室的进水通道和排水通道位于隔室在其宽度方向上的中间位置，隔室的从上至下的方向上，水流始终处于由上至下的流动状态，使得生物惰性颗粒球从隔室的中线位置移动至隔室的排水通道。当生物惰性颗粒球移动至位于隔室底部的排水通道时，基于浮力的作用和水流的冲击作用，生物惰性颗粒球分别朝向水流冲击力度较小的过滤膜处移动，并在过滤膜处由下至上移动。在隔室的内部形成逆时针和顺时针的循环水流，具体的，隔室的进水通道和排水通道的连线将隔室分为左、右两部分，其中隔室左侧形成顺时针的循环水流，隔室右侧形成逆时针的循环水流，生物惰性颗粒球分别沿着循环水流的流动方向进行流动。在配合过滤膜的形态能够动态变化的情况下，例如过滤膜内凹的形态下，生物惰性颗粒球在上浮的过程中能够更好地与过滤膜碰撞以产生刮蹭效果，进而能够及时对过滤膜上的结垢物进行清除。

生物惰性颗粒球还被设置成内置有酸性或碱性清洗药剂的工作模式，其中，内置于生物惰性颗粒球内部的清洗药剂以设定的排放速度通过其排放通道外排至隔室中，例如，生物惰性颗粒球具有中空型腔，中空型腔用于存储酸性或碱性清洗药剂，中空型腔通过具有设定尺寸的通孔与外界环境连通。中空型腔中的清洗药剂以浓度大于隔室中的废水的方式设置以使得清洗药剂能够通过扩散的方式进入隔室中。通孔的大小可以根据实际的废水情况和添加的清洗药剂的浓度进行设定以满足生物惰性颗粒球的持续工作时间，例如配合小通孔和高浓度的清洗药剂能够使其比大通孔和第浓度的清洗药剂的组合具有更长的工作时间。生物惰性颗粒球在与过滤膜贴合移动的过程中持续释放清洗药剂能够有效的抑制过滤膜的结垢。为了便于理解，将进气阀和排气阀的工作原理进行详细论述。

再次参见图1，当进气阀和排气阀均关闭的状态下，废水以第一流速或第一压力的状态进入隔室以使得隔室的压力保持为P值。当进气阀开启时，气体经进气阀13以一定压力喷射以形成气泡。在进气阀喷入气体的同时，降低从第一端部进入隔室的废水的流速或压力以使得隔室中的压力稳定为P值。进气阀开启工作时间T后，其关闭以停止工作。当隔室中的气体均上浮而堆积于位于隔室上侧的第一端部，开启排气阀，并恢复以第一流速或第一压力的状态进水，排气阀开启的时间也为T，可以使得恰好经过时间T将隔室中的气体完全排出。

实施例2

本实施例是对实施例1的进一步改进，重复的内容不再赘述。

图2示出了本发明的废水处理系统的模块化结构示意图。如图2所示，本发明的废水处理系统至少包括废水软化单元1、废水减量化单元2、电渗析单元3、管式微滤单元4和加药单元5。

废水软化单元1至少包括均质水箱101、混凝池102、絮凝池103、沉淀池104、第一过滤器105和第一中间水池106，其中，废水在均质水箱101、混凝池102、絮凝池103和沉淀池104之间的转移流动可以通过若干个提升泵106提供转移驱动力。均质水箱101用于提高废水中分散物质的分不均匀性，其可以通过例如是搅拌或超声波震动等方式使得废水在均质水箱中产生相对运动以形成混合搅拌效果。优选的，在均质水箱中可以加入例如是氢氧化钠或碳酸钠对废水进行软化预处理。混凝池102用于对废水进行混凝处理，具体的，可以通过加入例如是混凝剂并结合充分的搅拌使得混凝剂与废水进行充分混合后形成大量的絮凝团。絮凝池103用于对废水进行絮凝处理，具体的，可以通过加入例如是絮凝剂使得经混凝池处理后的废水中的大量絮凝团生成大而密实的矾花。沉淀池104用于对废水进行静置沉淀处理以使得废水中的大颗粒物质下沉至池底，进而经统一收集后形成污泥从原废水中排出以达到净化水质的目的。第一过滤器105可以是滤芯过滤器或高强度过滤膜组件，基于第一过滤器能够将废水中的悬浮物、胶体等杂质进行初步过滤以提高废水的洁净度，使得废水不易污染后续工段中的膜元件以造成膜结垢或堵塞。第一中间水池106用于暂存经第一过滤器过滤后的废水。加药单元5用于为废水软化单元提供所需的药剂，加药单元通过加药管道分别与混凝池和絮凝池连通。在加药管道中可以设置加药量控制阀以控制所需药剂的添加量。

再次参见图2，废水减量化单元2至少包括第一反渗透装置201、第二反渗透装置202、第二中间水池203和第三中间水池204。经废水减量化单元2进行处理后的废水至少能够以第一浓度和第二浓度进行输出。具体的，废水减量化处理单元2可以只含有一个第一反渗透装置和一个第二反渗透装置，其中，第一反渗透装置可以通过配置中压反渗透膜元件的方式对废水进行第一级浓缩使得废水呈现第一浓度，第二反渗透装置可以通过配置高压反渗透膜元件的方式对废水进行第二级浓缩使得废水呈现第二浓度。第一反渗透装置和第二反渗透装置的上游均与第一中间水池连通以接收经过软化处理的废水。第一反渗透装置和第二反渗透装置的下游分别与第二中间水池和第三中间水池连通以分别暂存第一浓度的废水和第二浓度的废水。优选的，第一浓度和第二浓度的定义是依据废水中的含盐量制定。经过第一反渗透装置得到的废水浓缩液的含盐量低于经过第二反渗透装置得到的废水浓缩液。优选的，通过串联的方式形成多级由第一反渗透装置和第二反渗透装置的浓缩单元能够得到更多的废水浓度。例如，将第一反渗透装置和第二反渗透装置串联后形成两级浓缩单元，经废水软化单元处理的废水依次经过第一反渗透装置和第二反渗透装置进行分别浓缩，改变第一反渗透装置和第二反渗透装置的进水压力能够从第二反渗透装置的渗透侧得到不同于第一浓度和第二浓度的废水。废水减量化单元用于对含盐废水进行初步浓缩处理，第一反渗透装置和第二反渗透装置是基于不同膜组件的过滤装置。例如，第一反渗透装置可以采用中压渗透膜元件，第二反渗透装置可以采用高压渗透膜元件。

再次参见图2，管式微滤单元4是基于管式微滤膜构成的过滤组件，通过管式微滤单元连通废水减量化单元和电渗析单元，使得经废水减量化单元处理的废水经再次过滤滤除其中的污染物进入电渗析单元，能够提高对电渗析单元膜元件的保护。具体的，管式微滤单元按照一一对应地方式分别与第二中间水池和第三中间水池连通以对其中的废水进行过滤处理。优选的，管式微滤单元可以位于第二中间水池和第三中间水池的上游。

电渗析单元3至少包括具有电驱动膜的电渗析器301和第四中间水池302，其中，电渗析器301的上游分别与第二中间水池和第三中间水池连通以接收其传输的第一浓度的废水和第二浓度的废水。电渗析器301的下游与第四中间水池连通，使得经过电渗析器进一步浓缩的废水在第四中间水池中统一集存。

如图3所示，电渗析器301至少包括内置在其外壳309中的阴离子交换膜303、阳离子交换摸304、阴极305、阳极306、浓水室307和淡水室308。阴离子交换膜和阳离子交换膜按照交错排布的方式设置在阴极和阳极之间并以此限定出其彼此之间的浓水室和淡水室。在浓水室和淡水室上均设置有进水口310和出水口311。上游的废水经进水口310进入电渗析器，并从出水口311排出电渗析器。

为了便于理解，将废水处理系统的废水处理过程进行详细论述。

含盐废水通过管道进入均质水箱101中按照搅拌的方式进行均匀化处理后，在通过加药单元施加碳酸钠或氢氧化钠的软化剂对其进行软化处理以得到第一含盐废水。第一含盐废水经管道进入混凝池102中，加药单元在混凝池中添加混凝剂对第一含盐废水进行处理得到第二含盐废水。第二含盐废水经管道输送至絮凝池103中，加药单元在絮凝池中添加絮凝剂对第二含盐废水进行处理得到第三含盐废水。第三含盐废水经管道输送至沉淀池104中进行沉降，沉淀池上部较为清澈的第四含盐废水经第一过滤器105过滤后进入第一中间水池106中集存。优选的，混凝池、絮凝池和沉淀池的底部均可以设置污泥排出口，以使得堆积在其底部的沉降杂质及时排出。污泥排出后可以通过脱水设备对污泥进行脱水处理以得到泥饼和分离水，其中，分离水可以按照回流与含盐废水混合再次进入废水软化单元的方式回用。

第四含盐废水经管道分别输送第一反渗透装置201和第二反渗透装置202中进行减量化浓缩处理，其中，第四含盐废水以第一进水压力进入第一反渗透装置中，并在第一进水压力的作用下进行浓缩处理以得到第一浓度浓盐液和第一产水。第四含盐废水以第二进水压力进入第二反渗透装置中，并在第二进水压力的作用下进行浓缩处理以得到第二浓度浓盐液和第二产水，其中，第一产水和第二产水可以经管道直接输送至用户端作为例如是生活用水或灌溉用水进行使用处理。第一浓度浓盐液和第二浓度浓盐液经管道分别传输至第一中间水池和第二中间水池203中集存。

在第一浓度浓盐液的浓度高于第二浓度浓盐液的浓度的情况下，第一浓度浓盐液经管道输送至淡水室，第二浓度浓盐液经管道输送至浓水室，其中，第一浓度浓盐液在淡水室中基于离子的交换转移而淡化以得到第三产水，第二浓度浓盐液在浓水室中基于接受到来自于淡水室的离子而得到进一步的浓缩形成第三浓度浓盐液。第三产水可以经管道直接输送至用户端作为例如是生活用水或灌溉用水进行使用处理。第三浓度浓盐液可以通过下级设备进行盐分离处理，例如，可以通过蒸发结晶装置分离提存得到分质盐。

优选的，阴离子交换膜和阳离子交换膜可以基于废水中的含盐成分进行选取，例如要滤除废水中的NaCl时，阴离子交换膜是基于氯离子的交换膜，阳离子交换膜是基于钠离子的交换膜。

优选的，切换第一隔室或第二隔室的工作属性是改变其对废水的处理过程。例如，第一隔室是浓水室，第二隔室是淡水室时，浓水室的工作属性是流过其中的废水经处理后其含盐量增加，淡水室的工作属性是流过其中的废水经过处理后其含盐量减小。在离子交换膜位置不变仅交换阴极和阳极的情况下，可以将浓水室切换为淡水室，将淡水室切换为浓水室，实现两者的彼此交换。

实施例3

本实施例是对实施例1和实施例2的进一步改进，重复的内容不再赘述。

图3和图4示出了电渗析器的两种不同形态的工作模式。如图3和图4所示，电渗析器301中具有彼此对应的阴极305和阳极306，其中，阳极设置在外壳309的左侧端部，阴极设置在外壳的右侧端部。阴极和阳极之间设置有间隔交错排布的两个阴离子交换膜和两个阳离子交换膜。在从阳极向阴极延伸方向上，依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜、阳离子交换膜和阴离子交换膜，从而通过阴离子交换膜和阳离子交换膜限定出关于淡水室308呈镜像对称的两个浓水室307。

优选的，彼此相邻的阴离子交换膜和阳离子交换膜之间的距离能够进行调整。如图3、图6和图7所示，在第一形态下，限定淡水室的阴离子交换膜与阳离子交换膜均呈现外凸形态，限定浓水室的阴离子交换膜和阳离子交换膜均呈现内凹形态，使得淡水室具有最大的第一宽度D₁，浓水室具有最小的第二宽度D₂，其中，第一宽度D₁大于第二宽度D₂。如图4所示，在第二形态下，限定淡水室的阴离子交换膜与阳离子交换膜均呈现内凹形态，限定浓水室的阴离子交换膜和阳离子交换膜均呈现外凸形态，使得淡水室具有最小的第三宽度D₃，浓水室具有最大的第四宽度D₄，其中，第四宽度D₄大于第三宽度D₃。优选的，第一宽度、第二宽度、第三宽度和第四宽度满足关系式D₁+D₂＝D₃+D₄。基于进水口和出水口处的压差不同，会导致阴离子交换膜或阳离子交换膜弯曲后并不是保证理想的对称抛物线形状，而是呈现为不对称的弯曲形态。基于上述原因，关系式D₁+D₂＝D₃+D₄能够存在一定的误差。

优选的，阴离子交换膜和阳离子交换膜之间的距离能够通过控制施加在其上的压差的方式进行调整。例如，在第一形态下，淡水室的流体的压力高于与其相邻的浓水室的压力。淡水室中的较高压力使得其阴离子交换膜和阳离子交换膜凸向浓水室以呈现外凸形态。通过使彼此相邻的浓水室和淡水室之间具有正压差或负压差的方式能够实现第一形态和第二形态的切换。优选的，离子交换膜的形态基于淡水室和浓水室中浓盐液的浓度不同，通过调整其液面差形成压差。

优选的，阴离子交换膜或阳离子交换膜的弯曲程度能够基于薄板力学理论通过如下公式对其进行简化计算。

其中，D_max表示阴离子交换膜或阳离子交换膜能够达到的最大位移量。C是一个与取决于浓水室或淡水室的宽度和长度比值的一个常数，例如C可以直接等于浓水室的宽度/长度。P表示离子交换膜受到的压差。W表示浓水室或淡水室的宽度。H表示浓水室或淡水室的长度。E表示对应的离子交换膜的弹性模量。浓水室或淡水室的宽度方向是指平行于阳极和阴极的连线的方向。浓水室或淡水室的长度方向是指其中的废水的流动方向。

优选的，生物惰性颗粒球9的直径小于第一最小距离D₂和第二最小距离D₃以使得其能够实现其在隔室的第一端部和第二端部之间的移动。在限定隔室8的至少两个过滤膜7基于压差按照相向的方式运动以形成最小距离的情况下，进入该隔室8中的流体具有更大的密度以使得其中的生物惰性颗粒球9基于更大的浮力而以更大的速度上浮。例如，在浓水室具有最小的第二宽度D₂的情况下，可以将浓度更大的浓盐液通入其中以使得生物惰性颗粒球9具有更大的浮力。

优选的，离子交换膜上的压差可以通过可以通过控制进水口和/或出水口的流速获得。例如，在需要使得离子交换膜呈现朝向浓水室一侧的外凸形态时，可以加大淡水室一侧的进水速度并且保持其出水速度不变，从而使得淡水室一侧的压力高于浓水室一侧的压力，离子膜受压差作用而向浓水室一侧外凸。同理，在需要使得离子交换膜呈现朝向浓水室一侧的外凸形态时，可以减小淡水室一侧的出水速度并保持其进水速度不变以使得淡水室一侧的压力高于浓水室一侧的压力。优选的，离子交换膜的压差可以在不同浓度的浓盐液进入电渗析器之前，通过增压泵施加不同的压力。

优选的，离子交换膜的形态发生切换后，在一段时间内，其他流体可以以喷射的方式施加到浓水室或淡水室中。例如，气体可以通过喷射以气泡的形式进入浓水室或淡水室中对离子交换膜进行冲刷，配合离子交换膜形态的变化，能够更好的清除结垢物。

优选的，在离子交换膜的形态发生变化时，阴极和阳极的极性也对应的切换。同时，进入浓水室和淡水室的浓盐液也进行对应的切换以使得浓度较低的盐溶液始终保持进入淡水室，并且淡水室的离子交换膜的形态始终保持内凹状态，从而使得浓度更高的浓盐水进入具有更大尺寸的浓水室中进行进一步浓缩，能够有效降低浓水室的结垢。例如，通过第一泵对第一浓度浓盐液施加第一压力，通过第二泵对第二浓度浓盐液施加第二压力，其中，第一浓盐液的浓度高于第二浓盐液的浓度，第一压力大于第二压力。第一浓盐液进入浓水室中，第二浓度浓盐液进入淡水室，基于浓水室的第一压力大于淡水室的第二压力，使得淡水室的离子交换膜呈现内凹状态，浓水室的离子交换膜呈现外凸状态。此时，外壳的左侧对应阳极，右侧对应阴极。当需要改变离子交换膜的形态时，将阴极和阳极进行互换，使得原本的淡水室切换为浓水室，原本的浓水室转换为淡水室。此时，通过换向阀将第一压力的第一浓度浓盐水切换至当前条件下的浓水室，将第二压力的第二浓度浓盐水切换至当前条件下的淡水室。由于当前的淡水室的第二压力小于当前浓水室的第一压力，使得当前的淡水室的离子交换膜呈现内凹状态，当前的浓水室的离子交换膜呈现外凸状态。通过将浓度较低的浓盐液始终控制在淡水室中，并结合电极交换，能够对离子交换膜的结垢起到进一步地抑制或清除。

优选的，施加在离子交换膜上的压差可以至少根据处理的废水类型、离子交换膜的弹性模量和离子交换膜的结构进行动态调整，以避免过高的压差导致离子交换膜寿命的缩短。优选的，离子交换膜的压差可以设置范围优选为在10Pa～2500Pa。

优选的，离子交换膜的形态变化可以基于时间周期T₁进行。即每隔时间T₁便离子交换膜由外凸状态转换为内凹状态，或者将离子交换膜由内凹状态转换为外凸状态。离子膜的每一次的形态变化可以按照施加不同的压差的方式进行以使得相邻两次的外凸状态的外凸量不同。例如，在第一次将离子交换膜由外凸状态切换为内凹状态时，施加的压差为P₁，随后再将离子交换膜由内凹状态切换为外凸状态时，施加的压差为P₂。P₁与P₂彼此不同，使得离子交换膜的外凸量不同。

优选的，离子交换膜形态变化的时间周期T₁可以基于测量浓水室和/或淡水室中的浓盐液的电阻。例如，可以基于对浓水室中的浓盐液的电阻进行实时监控，当其电阻小于某一阈值的情况下，通过控制单元调整进水压力、出水压力、交换电极和/或交换进水类型以实现有离子交换膜形态的变换。通过监控实现对离子交换膜形态的动态自动调整，能够有效地抑制结垢。

实施例4

本实施例是对前述实施例的进一步改进，重复的内容不再赘述。

图5示出了本发明的另一种优选的废水的处理流程。如图5所示，为了便于描述，将一张第一离子交换膜和两张第二离子交换膜及其限定而成的一个淡水室和一个浓水室定义为一个膜堆单元6。电渗析器的阴极和阳极之间可以按照需求设定N个膜堆单元，其中，N≥1。

优选的，电渗析单元还包括第一增压泵601、第二增压泵602、第一换向阀603、第二换向阀604、N个膜堆单元6、第一交换管605和第二交换管606。第二中间水池能够经第一增压泵分别与第一交换管和第二交换管连通。优选的，第二中间水池依次经第一增压泵和位于第一状态的第一换向阀与第一交换管连通，第二中间水池能够依次经第一增压泵和位于第二状态的第一换向阀与第二交换管连通。第三中间水池能够经第二增压泵分别与第一交换管和第二交换管连通。优选的，第三中间水池依次经第二增压泵和位于第三状态的第二换向阀与第一交换管连通，第三中间水池能够依次经第二增压和位于第四状态的第二换向阀与第二交换管连通。N个膜堆单元6各自的浓水室和淡水室分别经管道连接至第一交换管和第二交换管。

优选的，如图8所示，电渗析单元还包括用于监测N个膜堆单元的浓水室和/或淡水室的电阻的电导率传感器607和用于控制第一增压泵、第二增压泵、第一换向阀和第二换向阀的中央处理器608，其中，中央处理器基于电导率传感器采集的电导率值高于阈值M₁的情况下生成控制信号控制第一增压泵、第二增压泵、第一换向阀和第二换向阀工作以改变膜堆单元中的离子交换膜的形态。优选的，阈值M₁可以基于废水的进水指标并结合实际情况选定经验参数，例如可以将阈值M₁设定为2500μS/cm。当实际测得的浓水室的电导率大于2500μS/cm时便可以判断离子交换膜具有结垢趋势。当本次测量的电导率小于上一次测定的电导率的情况下，可以初步判断具有结垢趋势，此时交换第一工作状态和第二工作状态。

优选的，电渗析单元还包括第三换向阀609和第四换向阀610。N个膜堆单元各自的浓水室和淡水室分别通过第一管道和第二管道连接至第四中间水池和第一中间水池，其中，第一管道和第二管道上分别设置有第三换向阀和第四换向阀。第三换向阀经管道与第二管道连通，第四换向阀经管道与第一管道连通。优选的，浓水室经位于第五状态的第三换向阀能够与第四中间水池连通，浓水室还能够经位于第六状态的第三换向阀与第一中间水池连通。淡水室经位于第七状态的第四换向阀与第一中间水池连通，淡水室还能够经位于第八状态的第四换向阀与第四中间水池连通。

优选的，第一交换管和第二交换管还分别通过第一流速控制阀611和第二流速控制阀612与N个膜堆单元各自的浓水室和淡水室彼此连通，以便于通过改变流速的方式控制浓水室和淡水室之间的压差。

为了便于理解，将含盐废水的处理过程进行详细论述。

参见图5，含盐废水通过管道进入均质水箱101中按照搅拌的方式进行均匀化处理后，在通过加药单元施加碳酸钠或氢氧化钠的软化剂对其进行软化处理以得到第一含盐废水。第一含盐废水经管道进入混凝池102中，加药单元在混凝池中添加混凝剂对第一含盐废水进行处理得到第二含盐废水。第二含盐废水经管道输送至絮凝池103中，加药单元在絮凝池中添加絮凝剂对第二含盐废水进行处理得到第三含盐废水。第三含盐废水经管道输送至沉淀池104中进行沉降，沉淀池上部较为清澈的第四含盐废水经第一过滤器105过滤后进入第一中间水池106中集存。优选的，混凝池、絮凝池和沉淀池的底部均可以设置污泥排出口，以使得堆积在其底部的沉降杂质及时排出。污泥排出后可以通过脱水设备对污泥进行脱水处理以得到泥饼和分离水，其中，分离水可以按照回流与含盐废水混合再次进入废水软化单元的方式回用。

第四含盐废水经管道分别输送第一反渗透装置201和第二反渗透装置202中进行减量化浓缩处理，其中，第四含盐废水以第一进水压力进入第一反渗透装置中，并在第一进水压力的作用下进行浓缩处理以得到第一浓度浓盐液和第一产水。第四含盐废水以第二进水压力进入第二反渗透装置中，并在第二进水压力的作用下进行浓缩处理以得到第二浓度浓盐液和第二产水，其中，第一产水和第二产水可以经管道直接输送至用户端作为例如是生活用水或灌溉用水进行使用处理。第一浓度浓盐液和第二浓度浓盐液经管道分别传输至第一中间水池和第二中间水池203中集存。

第一浓度浓盐液经第一增压泵以第一压力传输至第一换向阀，第二浓度浓盐液经第二增压泵以第二压力传输至第二换向阀，其中，第一浓度浓盐液的浓度大于第二浓度浓盐液的浓度，第一压力大于第二压力。第一浓度浓盐液和第二浓度浓盐液分别经第一换向阀和第二换向阀传输至膜堆单元靠上侧的浓水室和靠下侧的淡水室。参见图6，基于浓水室的第一压力大于淡水室的第二压力，使得浓水室的离子交换膜呈现外凸形态。经膜堆单元处理得到的电渗析产水和电渗析浓水分别经第三换向阀和第四换向阀传输至第一中间水池和第四中间水池。

在基于电导率传感器采集的电导率数据大于设定阈值的情况下，通过中央控制器控制第一换向阀、第二换向阀、第三换向阀和第四换向阀切换工作状态以改变离子交换膜的形态。具体的，第一浓度浓盐液经第一增压泵处理后以第一压力的形态再经第一换向阀传输至膜堆单元的位于下侧的淡水室中，第二浓度浓盐液经第二增压泵处理后以第二压力的形态再经第一换向阀传输至膜堆单元的位于上侧的浓水室。参见图7，基于淡水室的第一压力大于浓水室的第二压力，使得淡水室的离子交换膜呈现外凸形态。此时，淡水室中的第一浓度浓盐液的大于浓水室中的第二浓度浓盐液的浓度，其对较低浓度的第二浓度浓盐液进行浓缩不符合浓缩规则，因此，需要调换当前阴极和阳极的极性以使得当前的浓水室转化为淡水室，使得电渗析器始终能够保持浓度较低的浓盐液进入淡水室，并且淡水室的离子交换膜始终呈现内凹形态。通过始终将浓度较高的浓盐液控制在具有更大通道宽大的呈外凸形态的浓水室中可以有效抑制浓水室的结垢。经膜堆单元处理得到的电渗析产水和电渗析浓水分别经第三换向阀和第四换向阀传输至第一中间水池和第四中间水池。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种能够自动清洁过滤膜的废水处理系统，至少包括若干个并列间隔排布的过滤膜(7)及过滤膜彼此之间的隔室(8)，其特征在于，流体能够按照其流动方向垂直于过滤膜的过滤渗透方向的方式进入所述隔室(8)，其中，每一个所述隔室(8)均内置有若干个密度小于流体密度的生物惰性颗粒球(9)，

所述生物惰性颗粒球(9)被配置为：通过所述流体的带动从隔室的第一端部以下沉的方式运动至隔室的第二端部，基于浮力的带动从所述第二端部以上浮的方式运动至所述第一端部，

所述废水处理系统还包括废水减量化单元(2)，所述废水减量化单元(2)被配置为：基于第一反渗透装置(201)、第二反渗透装置(202)和/或两者的组合至少获取含盐量彼此不同的第一浓度浓盐液和第二浓度浓盐液，所述流体至少包括所述第一浓度浓盐液和所述第二浓度浓盐液，其中，

所述流体能够按照至少具有不同的流速和/或不同的密度的方式进入不同的隔室(8)以使得相邻的隔室(8)之间具有压差，其中，

在限定隔室(8)的至少两个过滤膜(7)基于所述压差按照相向的方式运动以形成最小距离的情况下，进入该隔室(8)中的流体相比于与其相邻的隔室中的流体具有更大的密度以使得其中的生物惰性颗粒球(9)以更大的速度上浮。

2.如权利要求1所述的废水处理系统，其特征在于，所述废水处理系统还包括位于所述废水减量化单元(2)下游的电渗析单元(3)，所述隔室(8)至少包括浓水室(307)和淡水室(308)，所述过滤膜(7)至少包括离子交换膜，所述电渗析单元(3)被配置为：

所述第一浓度浓盐液和所述第二浓度浓盐液以具有压差的方式分别进入若干个浓水室(307)和淡水室(308)，其中，相邻的浓水室(307)和淡水室(308)彼此之间的离子交换膜能够按照基于所述压差沿平行于阴极(305)和阳极(306)的连线的第一方向偏移第一距离以形成第一工作形态，所述离子交换膜还能够基于所述压差的改变沿平行于阴极和阳极的连线的第二方向偏移第二距离以形成第二工作形态，其中，

在浓水室(307)的电导率和/或淡水室(308)的电导率高于阈值(M₁)的情况下，实现所述第一工作形态和所述第二工作形态的切换。

3.如权利要求2所述的废水处理系统，其特征在于，在所述第一浓度浓盐液的浓度大于第二浓度浓盐液的浓度，且所述第二浓度浓盐液进入所述淡水室(308)，所述第一浓度浓盐液进入所述浓水室(307)的情况下，

限定所述淡水室(308)的所述离子交换膜分别沿所述第一方向和所述第二方向按照背离的方式移动以形成彼此间的第一最大距离D₁，限定所述浓水室的所述离子交换膜分别沿所述第一方向和所述第二方向按照相向的方式移动以形彼此间的第一最小距离D₂，其中，

由所述第一最大距离D₁和所述第一最小距离D₂限定所述第一工作形态。

4.如权利要求3所述的废水处理系统，其特征在于，在所述第一浓度浓盐液的浓度大于第二浓度浓盐液的浓度，且所述第二浓度浓盐液进入所述淡水室(308)，所述第一浓度浓盐液进入所述浓水室(307)的情况下，

限定所述浓水室的所述离子交换膜分别沿所述第一方向和所述第二方向按照背离的方式移动以形彼此间的第二最大距离D₄，限定所述淡水室(308)的所述离子交换膜分别沿所述第一方向和所述第二方向按照相向的方式移动以形成彼此间的第二最小距离D₃，其中，

由所述第二最大距离D₄和所述第二最小距离D₃限定所述第二工作形态；

所述第一最大距离D₁、所述第一最小距离D₂、所述第二最小距离D₃和所述第二最大距离D₄满足关系式：D₁+D₂＝D₃+D₄。

5.如权利要求4所述的废水处理系统，其特征在于，所述生物惰性颗粒球(9)至少能够由聚氨酯经发泡处理后构成，其中，

生物惰性颗粒球(9)的直径小于所述第一最小距离D₂和所述第二最小距离D₃。

6.如权利要求1所述的废水处理系统，其特征在于，所述生物惰性颗粒球(9)的形状能够由圆球状、圆柱状或透镜状限定，其中，

生物惰性颗粒球(9)的表面粗糙度小于40μm。

7.如权利要求1所述的废水处理系统，其特征在于，所述生物惰性颗粒球(9)在从隔室的第一端部以下沉的方式运动至隔室的第二端部，隔室的所述第二端部还被配置为：

按照形成连续气泡的方式通入气体，其中，所述气泡能够基于浮力的带动按照上浮的方式从所述第二端部运动至所述第一端部以对所述生物惰性颗粒球(9)进行冲刷。

8.如权利要求1所述的废水处理系统，其特征在于，所述废水处理系统还包括废水软化单元(1)、管式微滤单元(4)和加药单元(5)，其中，

所述废水软化单元(1)至少包括均质水箱(101)、混凝池(102)、絮凝池(103)、沉淀池(104)、第一过滤器(105)和第一中间水池(106)，其中，所述均质水箱(101)、所述混凝池(102)和所述絮凝池(103)均与所述加药单元(5)连通以对含盐废水的软化处理；

含盐废水依次经过所述均质水箱(101)、所述混凝池(102)、所述絮凝池(103)、所述沉淀池(104)和所述第一过滤器(105)得到的含盐废水软化液传输至所述第一中间水池(106)进行集存。

9.如权利要求8所述的废水处理系统，其特征在于，所述废水减量化单元(2)至少包括第一反渗透装置(201)、第二反渗透装置(202)、第二中间水池(203)和第三中间水池(204)，其中，

所述含盐废水软化液以第一状态进入所述第一反渗透装置(201)中以得到所述第一浓度浓盐液，所述含盐废水软化液以第二状态进入所述第二反渗透装置(202)中以得到所述第二浓度浓盐液；

所述第一浓度浓盐液和所述第二浓度浓盐液分别传输至所述第二中间水池(203)和所述第三中间水池(204)进行集存；

所述第一状态和所述第二状态均至少包括进入其各自对应的反渗透装置时的进水压力状态。

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