CN111333211A - 管式膜过滤系统及其运作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种管式膜过滤系统，包括：一原液槽，装载有待过滤的一溶液；一加压泵，与所述原液槽连接；一管式膜过滤模块，分别与所述加压泵和所述原液槽连接，所述管式膜过滤模块过滤所述溶液以形成一净化水与一浓缩废液，其中所述管式膜过滤模块包括至少一管式膜过滤装置，每一个管式膜过滤装置包括：一外部套管；以及一管式膜，设置在所述外部套管内；以及一流放槽，与所述管式膜过滤模块连接，所述流放槽回收并排放所述净化水。

Description

管式膜过滤系统及其运作方法
技术领域
本发明是关于一种管式膜过滤系统及其运作方法，特别是一种可长时间透过错流式过滤方法进行溶液过滤的管式膜过滤系统及其运作方法。
背景技术
水危机是泛指世界性的水资源相对人类需求的状况，主要的危机来源是可用水的匮乏以及水体污染，因此怎么寻找可利用的水资源及解决水体污染是各国目前急需解决的问题之一。
现有技术针对水危机的问题，目前已有针对海水淡化及过滤工业废水等方式进行。海水是地球上数量最大的资源，包括取之不尽、用之不竭的水资源，开发和利用海水淡化技术，不仅是现代海洋开发的一项重要任务，也是未来开发新水源解决全球性水资源危机的重要途径之一。
而在工业废水上，因传统或科技产业的生产过程中，水源可说是工厂营运的生命线，相对于需求水量大，废水处理后的排出水量也就相当可观，且在生产过程中，通常会排放有机溶剂，这些溶剂不管流入河川或海洋，都会因此危害人类身体健康或影响自然生态，若能以适当的方法回收部份废水，除可提供另一稳定的供水水源外，更可降低总废水排放量，将能落实水资源的有效利用，而现有技术针对废水处理此问题，多是采用薄膜法。然而，薄膜法所需能源消耗大，且若薄膜受到固体微粒的积垢，往往得为了更换薄膜或其他元件而停止整个过滤系统的运作，大幅降低过滤的效率，也使成本相对提高。
发明内容
为解决上述背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提出一种使用错流式的过滤方法，进行长时间过滤的管式膜过滤系统及其运作方法。
基于上述目的，本发明提出一种管式膜过滤系统，包括：一原液槽，装载有待过滤的一溶液；一加压泵，与所述原液槽连接；一管式膜过滤模块，分别与所述加压泵和所述原液槽连接，所述管式膜过滤模块过滤所述溶液以形成一净化水与一浓缩废液，其中所述管式膜过滤模块包括至少一管式膜过滤装置，每一个管式膜过滤装置包括：一外部套管，可以是金属外管或是聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)材质的塑胶外管；以及一管式膜，设置在所述外部套管内，所述管式膜包括：一内层支撑管；一过滤薄膜层，环绕设置在所述内层支撑管的外侧；以及一外层支撑管，环绕设置在所述过滤薄膜层的外侧；以及一流放槽，与所述管式膜过滤模块连接，所述流放槽回收并排放所述净化水；其中，每一个管式膜过滤装置是以串联或并联的方式相互连接。
另外，本发明更提出一种管式膜过滤系统的运作方法，所述方法步骤包括：(A)将一原液槽中的的一溶液透过一加压泵打入到一管式膜过滤模块中；(B)所述管式膜过滤模块过滤所述溶液以形成一净化水与一浓缩废液，其中所述管式膜过滤模块包括至少一管式膜过滤装置，每一个管式膜过滤装置包括：一外部套管，可以是金属外管或是聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)材质的塑胶外管；以及一管式膜，设置在所述外部套管内，所述管式膜包括：一内层支撑管；一过滤薄膜层，环绕设置在所述内层支撑管的外侧；以及一外层支撑管；环绕设置在所述过滤薄膜层的外侧；(C)经过滤后的所述净化水于所述管式膜外流至一流放槽中；以及(D)经过滤后的所述浓缩废液于所述管式膜内流至所述原液槽中。
以上对本发明的简述，目的在于对本发明的数种面向和技术特征作一基本说明。发明简述并非对本发明的详细表述，因此其目的不在特别列举本发明的关键性或重要元件，也不是用来界定本发明的范围，仅为以简明的方式呈现本发明的数种概念而已。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的管式膜过滤系统示意图；
图2为本发明较佳实施例的液体流动方向示意图；
图3为本发明较佳实施例的管式膜过滤装置示意图；
图4为现有技术的全流式过滤与本发明错流式过滤的过滤效果比较图；
图5为本发明较佳实施例的管式膜过滤系统的运作方法流程图。
附图标号说明：
1…管式膜过滤系统
10…原液槽
20…加压帮浦
23…第一水流计
30…管式膜过滤膜组
33…第三水流计
34…第二水流计
300…管式膜过滤装置
310…内层支撑管
320…过滤薄膜层
330…外层支撑管
340…外部套管
350…管式膜
40…流放槽
50…中和槽
60…采样槽
具体实施方式
为能了解本发明的技术特征及实用功效，并可依照说明书的内容来实施，在此进一步以如图式所示的较佳实施例进行说明，详细说明如后：
本发明提出一种管式膜过滤系统及其运作方法，透过至少一个管式膜过滤装置，以错流(Cross flow)的方式对海水、工业废水、民生废水等溶液进行过滤。
首先，请同时参考图1及图2，图1为本发明较佳实施例的管式膜过滤系统示意图，图2为本发明较佳实施例的液体流动方向示意图。如图1及图2所示，本实施例的管式膜过滤系统1包括有：装载有一待过滤溶液的一原液槽10；一加压泵20，透过输送管路与所述原液槽10连接；一管式膜过滤模块30，分别透过输送管路与所述加压泵20和原液槽10所述连接，所述管式膜过滤模块30过滤所述溶液以形成一净化水与一浓缩废液，其中，所述管式膜过滤模块30包括至少一管式膜过滤装置300；以及一流放槽40，透过输送管路与所述管式膜过滤模块30连接，所述流放槽40回收所述管式膜过滤模块30所排放的所述净化水，并将所述净化水排放到外部。
除此之外，在所述加压泵20与所述管式膜过滤模块30之间的输送管路上还可设有一第一水流计23，在所述管式膜过滤模块30与所述流放槽40之间的输送管路上还可设有一第二水流计34，在每一个管式膜过滤装置300彼此之间的输送管路上还设有一第三水流计33。设置所述第一水流计23的目的在于，检视加压泵20向上打至所述管式膜过滤模块30的水流量是否能够足以支撑整个管式膜过滤系统1的运作，而设置第二水流计34和第三水流计33的目的在于，检视管式膜过滤模块30中的水流量是否异常，若第二水流计34或第三水流计33的水流量过低，则可能是管式膜过滤模块30中的管式膜过滤装置300受到污泥的堵塞而导致过滤效果降低，需要清洗或更换过滤效果受到影响的管式膜过滤装置300。
值得注意的是，所述管式膜过滤模块30中的每一个管式膜过滤装置300两两以不同旋转方向倾斜，使得所述净化水得以顺着每一个管式膜过滤装置300流至所述流放槽40中，而不需要其他的动力推进装置。另外，当管式膜过滤膜组中的管式膜过滤装置300数量大于一个，则每一个管式膜过滤装置300是以串联或并联的方式相互连接。
其中，所述待过滤的溶液为果汁、海水、工业废水、民生废水、化学浓缩液或高挥发性溶液(VOC)等，所述溶液也可以是经过管式膜过滤模块30过滤后的浓缩废液，进行循环过滤以提高废水的回收率。
在其他可能的实施例中，所述管式膜过滤系统1还可以包括一中和槽50，设置在所述过管式膜过滤模块30与所述流放槽40之间，并透过输送管路分别与所述管式膜过滤模块30和所述流放槽40连接，所述中和槽50的目的在于将所述管式膜过滤模30组过滤后的净化水在排放至流放槽40之前，加入pH值调整剂以中和所述净化水的酸硷值(pH值)趋近于酸硷值6至9，更好的是酸硷值趋近于7，避免污染生态环境。
在其他可能的实施例中，所述管式膜过滤系统1还可以包括一采样槽60，透过输送管路与所述流放槽40连接，用以采样检测所述流放槽40中的净化水是否符合排放到外部环境的标准。
接续，请同时参考图3，其为本发明较佳实施例的管式膜过滤装置示意图。如图3所示，本实施例的管式膜滤装置300包括一外部套管340，可以是金属外管或是聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)材质的塑胶外管；以及设置在所述外部套管340内部的一管式膜350，所述管式膜包350含：一内层支撑管310；一过滤薄膜层320，环绕设置在所述内层支撑管310的外侧；以及一外层支撑管330，环绕设置在所述过滤薄膜层320的外侧，其中，所述管式膜350的内径约为5-50毫米。在其他可能的实施例中，所述管式膜350的设置顺序也可以是：一过滤薄膜层320，一内层支撑管310环绕设置于所述过滤薄膜层320之外侧；以及一外层支撑管330，环绕设置于所述内层支撑管310之外侧。
在本实施例中，所述管式膜350之内层支撑管310、过滤薄膜层320以及外层支撑管330皆呈现管状，所述内层支撑管310和所述外层支撑管330的材料可选用PET或PP不织布，但不限于此，也可使用任何其他具有通透性及一定强度之材料。所述过滤薄膜层320可以是聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)或聚四氟乙烯(PTFE)或其组合，又以聚四氟乙烯(PTFE)为最佳。聚四氟乙烯(PTFE)材质的过滤薄膜层320除了具备耐热、耐燃、耐酸硷、拨水等特性外，还能使薄膜内部的纤维产生物理架锁的结构上下左右拉住结点，使得所述聚四氟乙烯(PTFE)材质的过滤薄膜层320发生潜变(creep)之现象减少，若于所述聚四氟乙烯(PTFE)材质的过滤薄膜层320的制造时混入活性碳或其他活性物质，更可额外达到净化水质的功用。
其中，所述聚四氟乙烯材质的过滤薄膜层320的气孔孔径介于0.01μm至10μm之间，所述聚四氟乙烯孔过滤薄膜层320的气孔分布率(distributing rate)介于10％至99％之间、所述聚四氟乙烯孔过滤薄膜层320的薄膜厚度介于1μm至100μm之间，而所述气孔孔径、气孔分布率及薄膜厚度可以依据使用者所要处理的溶液(如海水、工业废水及民生废水)质量不同而做变化，本发明不应以此为限。
在进行操作时，通常采用管式进料将进料溶液自所述管式膜350的一端注入，当溶液通过所述管式膜350时，部分溶液由内层支撑管310与过滤薄膜层320的内部过滤渗透至所述过滤薄膜层320与外层支撑管330的外部而形成净化水，并保留于外部套管340内；同时，经过滤后的残余溶液则存留于所述过滤薄膜层320与内层支撑管310的内部形成浓缩废液，并顺流至所述管式膜350的另一端，并经由输送管路将所述浓缩废液输送至下一个管式膜过滤装置300中的管式膜350内部。值得注意的是，本发明的管式膜350系采用错流的方式进行过滤，错流式过滤的主要特点在于，溶液流动的方向与溶液过滤的方向相交错，在过滤的过程中，溶液会经由过滤薄膜层的过滤而形成净化水，而残留于过滤薄膜层320内表面的部分堆积物又会因为溶液不断地流动而被冲刷，使得污泥的阻塞率可有效降低，进而提升过滤装置的使用寿命。在此，可同时参考图4，其为习知全流式过滤与本发明错流式过滤的过滤效果比较图，由图中可明显看出习知全流式的过滤方法虽然在过滤初期有较好的过滤效果，然而随着过滤时间的增加，其堵塞率会有显著的提升而导致过率效果降低，而错流式的过滤方法其过滤效果虽然在初期未比全流式的要好，然而错流式的过滤优点在于其稳定性高且使用时间较长，且过滤薄膜层堵塞可能性较低，不太需要反覆冲洗。
最后，请参考图5，其为本发明较佳实施例的管式膜过滤系统的运作方法流程图。如图5所示，本发明的管式膜过滤系统的运作方法包括以下步骤：(A)将一原液槽10中的的一溶液透过一加压泵20打入到一管式膜过滤模块30中；(B)所述管式膜过滤模块30过滤所述溶液以形成一净化水与一浓缩废液，其中所述管式膜过滤模块30包括至少一管式膜过滤装置300，每一个管式膜过滤装置300包括：一外部套管340，可以是金属外管或是聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)材质的塑胶外管；以及一管式膜350，设置在所述外部套管340内，所述管式膜350包括：一内层支撑管310；一过滤薄膜层320，环绕设置在所述内层支撑管310的外侧；以及一外层支撑管330，环绕设置在所述过滤薄膜层320的外侧；以及；(C)经过滤后的所述净化水于所述管式膜350的外部流至一流放槽40中；以及(D)经过滤后的所述浓缩废液于所述管式膜350的内部流至所述原液槽10中。
其中，每一个管式膜过滤装置300彼此串联或并联，且两两是以不同旋转方向倾斜，使得所述净化水顺着每一个管式膜过滤装置300的外部套管340流至所述流放槽40。
首先，在步骤(A)中，加压泵20会将原液槽10中待过滤的溶液打入到管式膜过滤模块30中进行过滤。
再者，在步骤(B)中，所述管式膜过滤模块30过滤所述溶液以形成一净化水与一浓缩废液，其中，所述管式膜过滤模块30包括至少一管式膜过滤装置300。所述管式膜过滤模块300的过滤方式是透过每一个管式膜过滤装置300中的管式膜350进行错流式的过滤。当溶液通过所述管式膜350时，部分溶液由过滤薄膜层320的内部过滤渗透至所述过滤薄膜层320的外部而形成净化水，并保留于外部套管340内；同时，经过滤后的残余溶液则存留于所述过滤薄膜层320的内部形成浓缩废液，并顺流至所述管式膜的另一端，并经由输送管路将所述浓缩废液输送至下一个管式膜过滤装置300中的管式膜350内部。值得注意的是，若同时串联或并联多个管式膜过滤装置300，则经过前次管式膜350过滤后的浓缩废液可进入下一个管式膜过滤装置300中的管式膜350进行过滤，依此不断循环；换句话说，若同时串联或并联多个管式膜过滤装置300即可有效提升待过滤溶液的过滤效果。然而，串联或并联多个管式膜过滤装置300也同样代表前述的加压泵20须提供更大的动能，才能将待过滤溶液完全打入到每一个管式膜过滤装置300中，以维持系统1的运作，因此，使用者可依据待过滤溶液的种类，或是过滤后净化水的洁净程度，自行决定管式膜过滤模块30中管式膜过滤装置300串联或并联的数量，本发明不以此为限。
接续，在步骤(C)中，经过滤后的所述净化水，可经由所述管式膜350外的外部套管340流至一流放槽40中，值得注意的是，由于本发明的管式膜过滤装置300两两是以不同旋转方向倾斜，使得所述净化水可以顺着每一个管式膜过滤装置300中的外部套管340流至所述流放槽中，而不需要其他的动力设备。
最后，在步骤(D)中，经管式膜过滤模块30过滤后的所述浓缩废液经由与所述管式膜350内连接的输送管路流回到所述原液槽10中进行循环过滤，以提高废水的回收率。
以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，并不能以此来限定本发明实施的范围，即使依照本发明申请的专利范围以及说明内容所作出的简单变化与修饰，都仍然属本发明涵盖的范围之内。

Claims (10)

1.一种管式膜过滤系统，其特征在于，包括：
一原液槽，装载有待过滤的一溶液；
一加压泵，与所述原液槽连接；
一管式膜过滤模块，分别与所述加压泵和所述原液槽连接，所述管式膜过滤模块过滤所述溶液以形成一净化水与一浓缩废液，其中所述管式膜过滤模块包括至少一管式膜过滤装置，每一个管式膜过滤装置包括：
一外部套管，为金属外管或是聚氯乙烯、聚丙烯材质的塑胶外管；以及
一管式膜，设置在所述外部套管内，所述管式膜包括：
一过滤薄膜层；
一内层支撑管；以及
一外层支撑管，环绕设置于所述过滤薄膜层和所述内层支撑管的外侧；以及
一流放槽，与所述管式膜过滤模块连接，所述流放槽回收并排放所述净化水；其中，每一个管式膜过滤装置是以串联或并联的方式相互连接。
2.根据权利要求1所述的管式膜过滤系统，其特征在于，所述加压泵与所述管式膜过滤模块之间还设有一第一水流计。
3.根据权利要求1所述的管式膜过滤系统，其特征在于，所述管式膜过滤模块与所述流放槽之间还设有一第二水流计。
4.根据权利要求1所述的管式膜过滤系统，其特征在于，每一个管式膜过滤装置彼此之间还设有一第三水流计。
5.根据权利要求1所述的管式膜过滤系统，其特征在于，所述过滤薄膜层的材质为聚苯乙烯、聚乙烯、聚偏二氟乙烯、聚醚砜、聚四氟乙烯或其组合。
6.根据权利要求5所述的管式膜过滤系统，其特征在于，所述过滤薄膜层的气孔孔径介于0.01μm至10μm之间，所述过滤薄膜层的气孔分布率介于10％至99％之间，所述过滤薄膜层的厚度介于1μm至100μm之间。
7.根据权利要求1所述的管式膜过滤系统，其特征在于，每一个管式膜过滤装置两两以不同旋转方向倾斜，使得所述净化水顺着每一个管式膜过滤装置的所述外部套管流至所述流放槽。
8.一种管式膜过滤系统的运作方法，其特征在于，所述方法步骤包括：
将一原液槽中的的一溶液透过一加压泵打入到一管式膜过滤模块中；
所述管式膜过滤模块过滤所述溶液以形成一净化水与一浓缩废液，其中所述管式膜过滤模块包括至少一管式膜过滤装置，每一个管式膜过滤装置包括：
一外部套管；以及
一管式膜，设置在所述外部套管内，所述管式膜包括：
一过滤薄膜层；
一内层支撑管；以及
一外层支撑管，环绕设置于所述过滤薄膜层和所述内层支撑管的外侧；
经过滤后的所述净化水于所述管式膜外流至一流放槽中；以及
经过滤后的所述浓缩废液于所述管式膜内流至所述原液槽中。
9.根据权利要求8所述的管式膜过滤系统运作方法，其特征在于，每一个管式膜过滤装置两两以不同旋转方向倾斜，使得所述净化水顺着每一个管式膜过滤装置的所述外部套管流至所述流放槽。
10.根据权利要求8所述的管式膜过滤系统运作方法，其特征在于，每一个管式膜过滤装置是以错流的方法进行过滤。
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