CN109647216B - 一种在线化学清洗陶瓷膜的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在线化学清洗陶瓷膜的系统和方法，用于在线清洗水处理系统中的陶瓷膜，所述系统包括膜池、陶瓷膜、加药泵和抽吸泵，所述加药泵通过管路连接到位于膜池内的陶瓷膜上以向陶瓷膜内注入化学清洗药剂，所述抽吸泵通过管路连接到所述陶瓷膜上以从陶瓷膜自吸膜出水，进行正常过滤的同时将所述陶瓷膜内残余的化学清洗药剂排出至膜出水池内。该系统和方法中膜过滤和化学清洗过程同时进行，可用于解决水处理过程中陶瓷膜污染、膜清洗过程影响系统产水及清洗药剂产生二次污染等问题。

Description

一种在线化学清洗陶瓷膜的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种在线化学清洗陶瓷膜的系统和方法，适用于(但不限于)水和污水处理(以下简称为水处理)系统中平板陶瓷膜污染的在线清洗。

背景技术

随着经济发展和科学技术的进步，水处理技术得到了迅速的发展。其中，膜技术已经成为水处理工艺的核心技术之一。在污水处理中，膜生物反应器(MBR)作为最有代表性的新型水处理技术得到越来越广泛的应用，其以生物处理技术与膜分离技术相结合，取代了传统工艺中的二沉池，可以高效地进行固液分离,得到直接使用的稳定中水，又可在生物池内维持高浓度的微生物量，工艺剩余污泥少，极有效地去除氨氮，出水悬浮物和浊度接近于零，出水中细菌和病毒被大幅度去除，能耗低，占地面积小。

目前，在水处理应用中以有机膜为主。相比于有机膜，陶瓷膜具有耐氧化，耐高温，化学稳定性好以及更长久的使用寿命等优点，近年来在水处理中的应用越来越多。然而，在水处理应用中，膜污染问题一直是陶瓷膜应用推广的一大制约因素。随着运行时间的延长，陶瓷膜的膜通量逐渐降低，压力增大，运行成本增加。传统的运行方式和化学清洗方式需要的时间比较长，操作繁琐，而且会影响到水处理设施的处理水量。

因此，探索一种简便易行不影响生产、清洗效率高、无二次污染风险的新型膜污染清洗方法势在必行。

发明内容

为解决水处理过程中陶瓷膜污染、膜清洗过程需要系统停机影响产水及清洗药剂产生二次污染等问题，本发明提出了一种在线化学清洗陶瓷膜的系统和方法，实现陶瓷膜清洗过程全自动运行，无需停机不影响产能且清洗药剂无二次污染。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种在线化学清洗陶瓷膜的系统，用于对水处理系统中的陶瓷膜进行清洗，其特征在于，所述在线化学清洗系统包括膜池、陶瓷膜、加药泵和抽吸泵，所述陶瓷膜位于所述膜池内，所述加药泵通过管路连接到陶瓷膜上以向陶瓷膜内注入化学清洗药剂，所述抽吸泵通过管路连接到所述陶瓷膜上以从陶瓷膜内抽吸膜出水，在线清洗过程中抽吸泵与加药泵同时运行，且抽吸泵抽吸流量远大于加药泵注入清洗药剂流量，将所述陶瓷膜内残余的少量清洗药剂与膜过滤液经抽吸混合排出陶瓷膜片进入膜出水池。

进一步地：

所述陶瓷膜为平板式陶瓷膜，在膜片的对角位置各有一个出水口，在所述陶瓷膜进行过滤过程时，两个出水口均在抽吸泵的作用下抽吸出水；在所述陶瓷膜进行在线化学清洗过程时，其中一个出水口继续在抽吸泵的作用抽吸出水进行过滤，另一个出水口在加药泵的作用下注入化学清洗药剂。

所述陶瓷膜出水口从抽吸出水到化学药剂注入的功能的切换通过位于管道上的电动阀组的开关作用来完成。

所述清洗药剂为含O₃水(浓度为5～8mg/L)或H₂O₂(浓度为3‰～5‰)。

所述陶瓷膜膜孔内负载有成份为Fe的氧化物或Ti的氧化物的催化剂，所述化学清洗药剂进入陶瓷膜内部后，在催化剂的作用下进行催化氧化，提高了陶瓷膜内部污染物的去除效率和效果，化学清洗所需的总药量降低。

所述在线化学清洗系统还包括压力传感器，所述压力传感器实时监测所述陶瓷膜过滤过程中的跨膜压差，当跨膜压差达到预定值时，优选-30kPa时，抽吸泵不停止，开启加药泵，在陶瓷膜运行的同时开启和完成在线化学清洗。

本发明还包括一种在线化学清洗陶瓷膜的方法，用于对水处理系统中的陶瓷膜进行清洗，其特征在于：利用加药泵通过管路向陶瓷膜内注入化学清洗药剂，利用抽吸泵通过管路从陶瓷膜内抽吸膜出水，抽吸泵与加药泵同时运行，且抽吸泵抽吸流量远大于加药泵注入清洗药剂流量，以便将所述陶瓷膜内残余的少量清洗药剂与膜过滤液经抽吸混合排出陶瓷膜片进入膜出水池。

进一步地，

所述化学清洗药剂在所述加药泵的作用下注入所述陶瓷膜内部，在陶瓷膜内部进行催化氧化反应，将吸附在陶瓷膜内部及膜孔内的污染物去除，达到化学清洗的目的。

所述在线化学清洗系统在进行化学清洗时，所述抽吸泵和所述加药泵是同时运行，即在进行正常过滤的同时进行在线化学清洗。

所述化学清洗系统在执行在线清洗过程时，通过压力传感器实时监测膜片跨膜压差，当跨膜压差达到或接近所述陶瓷膜在无污染情况下过滤过程中的跨膜压差值时，停止所述加药泵，完成所述在线化学清洗过程。

本发明的有益效果：

本发明提出一种可以有效解决水处理过程中陶瓷膜污染、膜清洗过程需要系统停机影响产水及清洗药剂产生二次污染等问题的化学清洗系统和方法。本发明能够高效地去除吸附在平板陶瓷膜片内部的污染物，使膜通量得到恢复；由于过滤过程与化学清洗过程同时进行，消除传统化学清洗平板陶瓷膜过程对系统产水量的影响。本发明具有清洗效率高、无二次污染、无清洗药剂排放、大幅减少污泥排放、清洗成本低廉、操作简易、可行性强等优点，该清洗方法在未来膜法水处理行业必将得到广泛地应用。由于本发明所述陶瓷膜具有对角的两个出水口，过滤时膜片各区域的压力更均匀，膜污染更低；可以在过滤的同时进行化学清洗，不会因进行化学清洗影响产水量。

在一些优选实施例中，当陶瓷膜运行过程中跨膜压差增长达到预设值时，关闭抽吸泵连接管路的抽吸阀，膜片由双出水口抽吸切换为单出水口抽吸，打开管路加药阀，通过加药泵经膜片出水口向陶瓷膜内注入清洗药剂如含O₃水或H₂O₂药剂，O₃水或H₂O₂在Fe或Ti的氧化物的催化作用下对膜片内的污染物进行氧化去除。

在一些优选实施例中，由于残余的O₃或H₂O₂清洗药剂直接排到膜出水池内，H₂O₂能够将膜出水池内残存的少量难生物降解的有机物氧化分解，达到深度处理的效果，进一步优化系统出水水质；O₃或H₂O₂氧化后形成H₂O和O₂，不会形成副产物，这是一种清洗高效、成本低廉、无二次污染的新型化学清洗技术，可广泛适用于(但不限于)清洗平板陶瓷膜污染。

在一些优选实施例中，所用O₃或H₂O₂清洗药剂，氧化效率高，能够实现膜片的高效清洗，且氧化分解产物为H₂O和O₂，其应用过程安全、无污染性，不存在二次污染问题。

在一些优选实施例还有以下方面的具体优点：

(1)在线清洗程序可在陶瓷膜正常过滤程中执行，无需系统停机，无需人工手动操作，不影响水处理系统产水能力，清洗效率高，清洗成本低。

(2)在线清洗所产生的陶瓷膜污染物清洗药剂将进入膜出水池，清洗药剂中的剩余O₃或H₂O₂将膜出水池内难生物降解有机物氧化为CO₂，起到深度处理的效果，且H₂O₂分解产生H₂O和O₂，不会对水质产生二次污染，该发明具有真正意义上的节能减排作用。

(3)根据大量试验的结果，对清洗药剂的浓度、清洗时间及清洗频率进行优化控制，使得陶瓷膜片清洗低成本、高效率。清洗药剂浓度控制在优选范围内，不仅节约成本还能够避免清洗药剂浓度过高引起的膜片二次污染；清洗时间控制在优选范围内，能够确保清洗药剂与膜污染物的充分反应时间，提高清洗效率；清洗频率依据膜压差变化而确定，避免了清洗的盲目性和滞后性。

本发明所述的在线化学清洗方法适用于陶瓷膜在饮用水处理、污水生物MBR处理、污水深度处理中的所有使用条件下。

附图说明

图1为本发明一种实施例的在线化学清洗陶瓷膜系统实例示意图。

图2为本发明一种实施例的膜片放大示意图。

图中标识为：1鼓风机或臭氧发生器，2陶瓷膜一体化反应池，3原水进水泵，4膜池，5化学清洗加药流量计，6钛曝气棒，7纳米平板陶瓷膜，8压力监测器，9抽吸泵，10陶瓷膜出水池，11加药泵，12加药池，13抽吸阀，14加药阀

具体实施方式

以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

参阅图1，在一种实施例中，一种在线化学清洗陶瓷膜的系统，用于清洗水处理系统中的陶瓷膜7，所述在线化学清洗部分包括膜池4、陶瓷膜7、加药泵11和抽吸泵9，所述加药泵11通过管路连接到位于膜池4内的陶瓷膜7上以向陶瓷膜7内注入清洗药剂，所述抽吸泵9通过管路连接到所述陶瓷膜7上以从陶瓷膜7抽吸膜池水，抽吸时所述陶瓷膜7内的膜过滤液与残余的化学清洗药剂混合排出至所述陶瓷膜出水池10内。

在优选的实施例中，在线化学清洗系统还包括压力传感器8，所述压力传感器8实时监测所述陶瓷膜7过滤过程中的跨膜压差，当跨膜压差达到预定值时，优选-30kPa时，抽吸泵9不停止，开启加药泵11，在陶瓷膜7运行的同时开启和完成在线化学清洗。

在优选的实施例中，所述清洗药剂为O₃或H₂O₂，O₃的优选浓度为5～8mg/L，H₂O₂的优选浓度为3‰～5‰。

在一种实施例中，一种在线化学清洗陶瓷膜的方法，使用前述实施例的在线化学清洗系统对水处理系统中的陶瓷膜进行在线化学清洗。

以下结合附图进一步描述本发明的具体实施例及其优点。

如图1，在一种优选实施例中，一种用于陶瓷膜反应器系统中平板陶瓷膜的在线化学清洗系统。在线清洗系统包括加药泵11、加药池12、抽吸泵9、陶瓷膜出水池10，在线清洗使用的膜清洗药剂在陶瓷膜7中与膜过滤液混合，由抽吸泵9抽吸至陶瓷膜出水池10。

工作时，所述在线化学清洗系统通过压力传感器实时监测陶瓷膜过滤过程中的跨膜压差，跨膜压差达到一定程度如-30kPa时，抽吸泵不停止，开启加药泵，在陶瓷膜运行的同时启动在线清洗系统，保障陶瓷膜处理工艺系统的长期稳定运行。在线清洗膜片过程不需要调出膜组件，不需要停止系统的生产运行。

所述在线化学清洗系统执行清洗程序时，通过压力传感器实时监测陶瓷膜片过滤过程中的跨膜压差，当跨膜压差达到或接近所述陶瓷膜在无污染情况下过滤过程中的跨膜压差值时，停止所述加药泵，完成所述在线化学清洗过程。

本发明的清洗方法，将膜清洗药剂注入平板陶瓷膜中，与膜过滤液混合排至膜出水池内，可以利用剩余未反应的H₂O₂将膜出水中残存的少量难生物降解的有机物氧化分解，达到深度处理的效果，进一步优化系统出水水质。

具体实施例的清洗方法包括以下步骤：

(1)采用恒通量方式运行平板陶瓷膜处理系统，实时监测陶瓷膜片过滤过程的跨膜压差变化。在恒通量条件下，膜片的跨膜压差随着运行时间的延长而逐渐增长，当跨膜压差增长至-30kPa时，自动控制单元在不停止抽吸泵抽吸的同时，调整管道上的电动阀组，由双出水口抽吸切换为单出水口抽吸，并开启加药泵启动在线清洗程序。

(2)此时抽吸泵与加药泵同时运行，且抽吸泵抽吸流量远大于加药泵注入清洗药剂流量，将所述陶瓷膜内残余的少量清洗药剂与膜过滤液抽吸混合排出陶瓷膜片进入膜出水池。

(3)加药泵向平板陶瓷膜片内持续注入化学清洗药剂，通过压力传感器实时监测清洗过程中陶瓷膜的跨膜压差，当跨膜压差达到或接近所述陶瓷膜在无污染情况下过滤过程中的跨膜压差值时，停止加药泵，完成在线化学清洗过程。

(4)完成在线清洗后，管道上的电动阀组复位，陶瓷膜系统恢复双出水口抽吸过滤。

下面结合试验实例对本发明的实施方式及清洗效果作进一步说明。

[实例1]

将平板陶瓷膜应用于污水生物处理工艺的好氧生物处理。膜池污泥浓度MLSS＝15000mg/L，采用膜片过滤通量为30LMH启动膜池抽吸系统进行恒通量稳定运行，当跨膜压差(ΔTMP)增长至约-30kPa时，启动在线清洗系统。多次试验结果表明，经一定量的含O₃水或H₂O₂在线清洗后，陶瓷平板膜的跨膜压差恢复率均不低于95％，具体效果见下表1。

表1在线清洗平板陶瓷膜试验效果

试验编号	化学清洗药剂	洗前ΔTMP(kPa)	洗后ΔTMP(kPa)	TMP恢复率(％)
					1	H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>	29.6	1.02	96.55
2	H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>	30.4	0.66	97.83
					3	含O<sub>3</sub>水	30.5	0.95	96.89
4	含O<sub>3</sub>水	29.8	1.28	95.70

试验过程中，对微生物活性进行测定，结果表明将膜池内被氧化后的泥水混合物回流至生物处理池中，不会影响生物处理池中微生物的活性。

[实例2]

将平板陶瓷膜应用于饮用水处理工艺的过滤处理。膜池污泥浓度MLSS＝8000mg/L，采用膜片过滤通量为80LMH启动膜池抽吸系统进行恒通量稳定运行，当跨膜压差(ΔTMP)增长至约-30kPa时，启动在线清洗系统。多次试验结果表明，经一定量的含O₃水或H₂O₂在线清洗后，陶瓷平板膜的跨膜压差恢复率均不低于95％，具体效果见下表2。

表2在线清洗平板陶瓷膜试验效果

本发明具有不影响水处理系统产水能力，无二次污染、清洗效率高、清洗成本低廉、操作简易、可行性强等优点，适用但不限于平板式陶瓷膜在饮用水处理工艺、污水生物处理工艺、污水深度处理工艺中的膜污染在线化学清洗。

以上内容是对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种在线化学清洗陶瓷膜的系统，用于对水处理系统中的陶瓷膜进行清洗，其特征在于，包括膜池、陶瓷膜、加药泵和抽吸泵，所述陶瓷膜位于所述膜池内，所述加药泵通过管路连接到陶瓷膜上以向陶瓷膜内注入化学清洗药剂，所述抽吸泵通过管路连接到所述陶瓷膜上以从陶瓷膜内抽吸膜出水，在线清洗过程中抽吸泵与加药泵同时运行，且抽吸泵抽吸流量远大于加药泵注入清洗药剂流量，以便将所述陶瓷膜内残余的少量清洗药剂与膜过滤液经抽吸混合排出陶瓷膜片进入膜出水池；所述陶瓷膜为平板式陶瓷膜，在膜片的对角位置各有一个出水口，在所述陶瓷膜进行过滤过程时，两个出水口均在抽吸泵的作用下抽吸出水；在所述陶瓷膜进行在线化学清洗过程时，其中一个出水口继续在抽吸泵的作用下抽吸出水进行过滤，另一个出水口在加药泵的作用下注入化学清洗药剂；所述清洗药剂为含O₃水或H₂O₂。

2.如权利要求1所述的在线化学清洗陶瓷膜的系统，其特征在于，所述陶瓷膜膜孔内负载有催化剂，所述催化剂为Fe的氧化物或Ti的氧化物，所述化学清洗药剂进入陶瓷膜内部后，在催化剂的作用下进行催化氧化。

3.如权利要求2所述的在线化学清洗陶瓷膜的系统，其特征在于，所述陶瓷膜出水口从抽吸出水到化学药剂注入的功能的切换通过位于管道上的电动阀组的开关作用来完成。

4.如权利要求1所述的在线化学清洗陶瓷膜的系统，其特征在于，还包括压力传感器，所述压力传感器实时监测所述陶瓷膜过滤过程中的跨膜压差，当跨膜压差达到预定值时，抽吸泵不停止，开启加药泵，在陶瓷膜运行的同时开启和完成在线化学清洗。

5.如权利要求4所述的在线化学清洗陶瓷膜的系统，其特征在于，所述预定值为-30kPa。

6.如权利要求1至5中任一权利要求所述的在线化学清洗陶瓷膜的系统，其特征在于，所述清洗药剂为含O₃水，浓度为5~8mg/L，或H₂O₂，浓度为3‰~5‰。

7.一种在线化学清洗陶瓷膜的方法，用于对水处理系统中的陶瓷膜进行清洗，其特征在于：利用如权利要求1所述的在线化学清洗陶瓷膜的系统，加药泵通过管路向陶瓷膜内注入化学清洗药剂，利用抽吸泵通过管路从陶瓷膜内抽吸膜出水，抽吸泵与加药泵同时运行，且抽吸泵抽吸流量远大于加药泵注入清洗药剂流量，以便将所述陶瓷膜内残余的少量清洗药剂与膜过滤液经抽吸混合排出陶瓷膜片进入膜出水池。

8.如权利要求7所述的在线化学清洗陶瓷膜的方法，其特征在于，所述化学清洗药剂在所述加药泵的作用下注入所述陶瓷膜内部，在陶瓷膜内部进行催化反应，将吸附在陶瓷膜内部及膜孔内的污染物去除，达到化学清洗的目的。

9.如权利要求7所述的在线化学清洗陶瓷膜的方法，其特征在于，通过压力传感器实时监测所述在线清洗过程中所述陶瓷膜片过滤过程中的跨膜压差，当跨膜压差达到或接近所述陶瓷膜在无污染情况下过滤过程中的跨膜压差值时，停止所述加药泵，完成所述在线化学清洗过程。

10.如权利要求7至9中任一项所述的在线化学清洗陶瓷膜的方法，其特征在于，采用恒通量方式运行平板陶瓷膜处理系统，实时监测陶瓷膜片过滤过程的跨膜压差变化；在恒通量条件下，膜片的跨膜压差随着运行时间的延长而逐渐增长，当跨膜压差增长至-30kPa时，自动控制单元在不停止抽吸泵抽吸的同时，调整管道上的电动阀组，由双出水口抽吸切换为单出水口抽吸，并开启加药泵启动在线清洗程序。

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