CN114249382A - 一种管式陶瓷膜的过滤方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管式陶瓷膜的过滤方法，为一种高低跨膜压差控制方法，过滤初期在较高的跨膜压差和较大通量下过滤，随后升高产水压力，跨膜压差降低，随着过滤的进行，产水压力会逐渐下降，而跨膜压差逐渐升高，通量逐渐下降，再通过反洗恢复跨膜压差和通量。本发明的过滤方法对配套设备要求较低，控制方式相对简单，且能有效延缓膜污染，反洗后跨膜压差和通量能够有效恢复。

Description

一种管式陶瓷膜的过滤方法

技术领域

本发明属于水处理领域，涉及陶瓷膜的过滤过程控制方法。

背景技术

目前陶瓷膜多用在工业物料分离上，过滤过程控制方法主要有恒定压差过滤、恒定流量过滤或者提供恒定的进料压力、控制初始跨膜压差的过滤方法。恒定压差过滤又称恒压过滤，是控制跨膜压差一定，观察通量变化来判断膜污染。恒流过滤则是控制流量一定，观察跨膜压差的变化来判断膜污染。但是这两种方法在过滤过程中需要实时控制泵或者阀门开度来调节压力和流量恒定，实现恒压恒流的控制过程比较复杂，需要对泵或者阀门进行PID控制调整，对泵、阀门、电气和设备要求比较高，成本高，使用寿命较短。因此一般过滤过程控制的常用方法是泵提供恒定的进料压力，通过调整阀门开度控制初始跨膜压差和通量，一般系统稳定后不用再调整。这种方法在过滤过程中，阀门和泵不需实时调整，随着过滤的进行，跨膜压差会不断上升，且通量会不断下降；经过泵反洗等清洗方法处理后，跨膜压差和通量恢复一定程度，过滤过程中跨膜压差和通量呈周期性波动。

由于陶瓷膜应用于水处理领域时，不宜采用大错流过滤、高温清洗等常用于工业物料分离的成本较高的方法，而通常采用运行成本较低的低膜面流速错流过滤或者死端过滤。但是由于陶瓷膜纳污空间较小，死端过滤或膜面流速比较小的错流过滤会导致陶瓷膜通道内容易发生浓差极化造成膜污染。这就要求陶瓷膜的过滤方式能够有效延缓膜组件的污染，陶瓷膜的清洗方式能够有效恢复通量和跨膜压差。但目前，管式陶瓷膜应用在水处理领域中时，仍然大多采用控制恒定进料压力、初始跨膜压差和通量的过滤方法，而管式陶瓷膜的清洗方法也多采用常规的泵反洗来恢复跨膜压差和通量。据文献报道和实际应用验证，对于管式陶瓷膜而言，泵反洗压力比较低，泵反洗时间长，一般30～90s之间，反洗水量大，反洗效果较差，回收率低。泵反洗后跨膜压差和通量的恢复效果较差，跨膜压差会不断升高，通量会不断下降，且多次反洗也无法有效恢复。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种管式陶瓷膜的过滤方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种管式陶瓷膜的过滤方法，过滤和反洗循环进行；过滤开始时，产水压力为零；当陶瓷膜产水侧及产水管路充满水后，升高产水压力，继续过滤；过滤结束后，进行反洗，且将陶瓷膜产水侧及产水管路的水全部用于反洗。

具体地，所述过滤方法中，过滤和反洗循环进行；过滤开始时，产水压力为零(因为陶瓷膜产水侧及产水管路无水存在)，跨膜压差较高，通量较大；当陶瓷膜产水侧及产水管路充满水后，升高产水压力，跨膜压差降低，继续过滤，产水压力下降、跨膜压差升高、通量下降；过滤结束后，进行反洗，且将陶瓷膜产水侧及产水管路的水全部用于陶瓷膜反洗，使得下一个过滤阶段开始时产水压力为零。

在一个优选的实施例中，所述过滤方法采用管式陶瓷膜过滤系统，所述管式陶瓷膜过滤系统包括陶瓷膜组件机构、进水机构、底排机构、透析液产水机构和反洗机构；所述进水机构与所述陶瓷膜组件机构连通形成主进水管路；所述陶瓷膜组件机构与所述底排机构连通形成底排管路；所述透析液产水机构包括储水罐和排气阀，所述陶瓷膜组件与所述储水罐连通形成所述产水管路，所述排气阀设在所述产水管路；所述反洗机构包括储水罐反洗部分，所述储水罐反洗部分包括空压机和所述储水罐，所述空压机、所述储水罐与所述陶瓷膜组件连通形成储水罐反洗管路；

过滤开始时，料液经所述主进水管路进入所述陶瓷膜组件，过滤产生的水逐渐充满陶瓷膜产水侧及所述产水管路的管道和所述储水罐，在充满前产水压力为零；当陶瓷膜产水侧及所述产水管路的管道和所述储水罐充满水后，通过调整所述产水管路上的出水调节阀开度等方式调节所述储水罐出水以升高产水压力，继续过滤；过滤结束后，利用所述空压机进行反洗，且将陶瓷膜产水侧、所述产水管路的管道及所述储水罐内的水经过所述储水罐反洗管路全部用于反洗，并经所述底排管路排出；随后通过所述排气阀排气，使得下一个过滤阶段开始时产水压力为零。

进一步地，所述陶瓷膜组件机构包括陶瓷膜组件，所述陶瓷膜组件上设有进水接口、浓缩液出口和透析液出口。

进一步地，所述进水机构包括料桶、进水泵、进水阀和旁路出水调节阀；所述料桶、进水泵与所述陶瓷膜组件的进水接口连通形成所述主进水管路，所述进水阀设在所述主进水管路；所述料桶还与所述进水接口连通形成与所述主进水管路相并联的旁路调节管路；所述旁路出水调节阀设在所述旁路调节管路。进水机构增设了旁路出水调节阀，调节进水流量和进水压力，不需设置变频器，减小了控制系统体积。

进一步地，所述管式陶瓷膜过滤系统还包括浓缩液上排机构，所述浓缩液上排机构包括浓缩液排放阀和浓缩液排放调节阀；所述陶瓷膜组件的浓缩液出口与所述料桶连通形成浓缩液排放管路，所述浓缩液排放阀和浓缩液排放调节阀串联设在所述浓缩液排放管路。浓缩液排放阀可控制系统处于为死端或错流模式，浓缩液排放调节阀可控制错流流量，从而控制陶瓷膜膜表面流速。

进一步地，所述底排机构包括底部排放阀；所述底部排放阀设在与所述陶瓷膜组件的进水接口连通的所述底排管路。

进一步地，所述透析液产水机构还包括出水调节阀和产水阀；所述陶瓷膜组件的透析液出口与所述储水罐连通形成所述产水管路，所述出水调节阀设在所述产水管路；所述产水阀设在与所述储水罐连通的溢流出水管路上；所述溢流出水管路中还设有若干溢流阀，所述若干溢流阀相互并联地设在所述储水罐与所述产水阀之间。透析液产水机构设有出水调节阀，可调节产水压力和流量，控制跨膜压差。且产水管路中设有储水罐，储水罐的储水量可通过溢流阀进行液位控制，且设有空气压缩机(空压机)，通过气压将储水罐的储水对陶瓷膜进行反冲洗，且反洗量可通过溢流阀或反洗时间进行控制。采用空压机的高气压储水罐反洗方式可在进气阀后加装脉冲装置进行脉冲反洗。同时也可通过泵对陶瓷膜进行反洗，存在多种反洗方式。

进一步地，所述储水罐反洗部分还包括进气阀和止回阀，所述空压机、所述储水罐与所述陶瓷膜组件的透析液出口连通形成所述储水罐反洗管路，所述进气阀设在所述储水罐反洗管路且位于所述空压机与所述储水罐之间；所述止回阀设在所述储水罐反洗管路且位于所述进气阀与所述储水罐之间。

进一步地，所述反洗机构还包括泵反洗部分；所述泵反洗部分包括所述储水罐、反洗泵和泵反洗阀；所述储水罐、反洗泵与所述陶瓷膜组件的透析液出口连通形成泵反洗管路，所述泵反洗阀设在所述泵反洗管路。

进一步地，还包括控制机构，所述控制机构分别与所述进水机构、浓缩液上排机构、所述底排机构、所述透析液产水机构、所述反洗机构信号连接。各个泵和阀门均可通过以可编程时间继电器为核心的控制机构进行控制，可直接在线进行中文编程，可实现对整个过滤系统的自定义控制，便于用户灵活控制过滤系统。

本发明所述的“高气压”指的是5～8bar，高气压反洗的压力大，与泵反洗相比，反洗的水量少，时间短，但是反洗通量高，反洗效果好。

本发明所涉及的设备、试剂、工艺、参数等，除有特别说明外，均为常规设备、试剂、工艺、参数等，不再作实施例。

需要说明的是，本发明所涉及的各个装置单一的处理过程为公知常识，本领域的技术人员根据上述的描述都可以利用上述装置完成这些处理过程。本发明的发明点在将各个装置组合使用，故而这些装置的具体操作步骤不做详细描述。

本发明所列举的所有范围包括该范围内的所有点值。

本发明所述“左右”等指的是所述范围或数值的±10％范围内。

本发明的过滤方法中，在陶瓷膜反洗后，陶瓷膜产水侧及产水管路均无透析液留存或仅有少量透析液留存。过滤初期随着陶瓷膜产水，得到的透析液会逐渐填充产水管路，在充满之前，产水压力为0，跨膜压差接近甚至达到进水压力，跨膜压差较高，通量大。而后，当陶瓷膜产水侧、产水管路均充满水后，调整出水调节阀开度使产水管路充满水憋压，产水压力增大直至稳定，此时跨膜压差相对较低。随着陶瓷膜的污染，产水压力会逐渐下降，而跨膜压差逐渐升高，通量逐渐下降。

本发明的过滤方法能够有效恢复跨膜压差和通量的原因推测可能在于：过滤初期短时间较高的跨膜压差过滤会使污染物在膜面形成滤饼层，但并不致密，不会堵死膜孔，且同时带来滤饼层过滤效果。高气压储水罐反洗后，疏松的滤饼层容易从膜片剥离，使得反洗后跨膜压差和通量容易恢复。

而传统管式陶瓷膜过滤方法难以恢复跨膜压差和通量的原因推测可能在于：过滤过程中采用泵反洗后，陶瓷膜产水侧及与产水阀门之间的产水管路仍然充满了透析液，进水泵一启动，产水侧压力就会迅速升高，导致初始过滤阶段的初始跨膜压差较低。低压差过滤时，污染物不能形成疏松的滤饼层，污染物反而会直接堵死膜孔，而后随着膜污染的加重，会出现跨膜压差上涨快和通量下降迅速的现象，且由于膜孔堵死，反洗后通量和跨膜压差也难以恢复。而本发明的过滤方法可以概括为“高低跨膜压差控制法”，即过滤前期短时间进行较高跨膜压差状态下过滤，而后管路憋压，产水压力变大，跨膜压差降低，最后随着膜污染，跨膜压差增大，但通过高气压储水罐反洗后跨膜压差和通量容易恢复，克服了上述问题。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

1.与恒压和恒流过滤方式相比，本发明的过滤方法对泵、阀门等配套设备要求较低，电气控制方式相对比较简单。

2.本发明将常规泵反洗方式改为高气压储水罐反洗方式，反洗时间短，一般5～30s之间，高压力反洗的压力在5～8bar之间，反洗水量少，回收率高，可至90％以上。

3.本发明的过滤方法为过滤前期短时间进行较高跨膜压差状态下过滤，而后过滤过程与泵反洗过滤过程基本一致，同时本发明的过滤方法能有效延缓膜污染，且反洗后跨膜压差和通量能够有效恢复。

4.本发明的过滤方法通过高气压储水罐实现完全反洗，不需要对现有生产线进行大规模改造即可实现，降低了建设成本和运行成本。

附图说明

图1为本发明实施例的过滤方法中采用的管式陶瓷膜过滤系统的示意图。

图2为本发明实施例的过滤方法的不同运行状态示意图，其中图2a为死端过滤，图2b为错流过滤，图2c为高气压储水罐反洗，图2d为泵反洗，图2e为正冲，图2f为排气。为便于说明，每个运行状态示意图中未示出控制机构；各部件用实线连接的表示泵或阀门开启，相应的部件和管路参与运行；而各部件用虚线连接的表示泵或阀门关闭，相应的部件和管路未参与运行。

图3为本发明实验例中高气压储水罐反洗时的通量和跨膜压差变化情况。

图4为本发明实验例中高气压储水罐反洗时的膜比通量变化情况。

图5为本发明实验例中泵反洗时的通量和压差变化情况。

图6为本发明实验例中泵反洗时的膜比通量变化情况。

图7为本发明实验例中陶瓷膜的电镜照片，其中a为未使用，无污染层，放大倍数为2250倍；b为未反洗，可见存在明显污染层，放大倍数为4200倍；c为反洗后，无污染层，放大倍数为20000倍。

附图标记：料桶1，进水泵2，进水阀3，旁路出水调节阀4，底部排放阀5，浓缩液排放阀6，浓缩液排放调节阀7，排气阀8，泵反洗阀9，反洗泵10，出水调节阀11，储水罐12，止回阀13，进气阀14，产水阀15，空压机16，可编程时间继电器控制系统17；陶瓷膜组件18，进水接口/底排接口181，浓缩液出口182，透析液出口183；溢流阀19。

具体实施方式

下面结合附图和实施例具体说明本发明的内容：

请查阅图1，为本实施例的过滤方法所采用的管式陶瓷膜过滤系统，包括：进水机构、陶瓷膜组件机构、浓缩液上排机构、底排机构、透析液产水机构、反洗机构和可编程时间继电器控制机构；上述机构及关联的管道配合形成的水路包括主进水管路、旁路调节管路、浓缩液排放管路、底排管路、产水管路、溢流出水管路、泵反洗管路和高气压储水罐反洗管路。其中：

陶瓷膜组件机构包括陶瓷膜组件18，陶瓷膜组件18包括陶瓷膜及其外面的壳体，陶瓷膜例如为管式陶瓷膜；陶瓷膜组件18有三个接口：位于底部的进水接口181(同时也作为底排接口181)、位于顶部的浓缩液出口182和位于侧面的透析液出口183。由进水接口181进入陶瓷膜组件18的料液经过陶瓷膜处理净化后经透析液出口183流出，处理过程产生的含有杂质的废液由浓缩液出口182流出。进水接口181与进水机构相连接，也与底排机构相连接，可在进水机构与底排机构中切换连通。浓缩液出口182与浓缩液上排机构相连接。透析液出口183与透析液产水机构相连接。

进水机构包括料桶1、进水泵2、进水阀3、旁路出水调节阀4及关联的管道，其中料桶1、进水泵2及陶瓷膜组件18的进水接口181通过管道连通，形成主进水管路，进水阀3设在进水泵2与进水接口181之间的管道上，通过进水阀3调节进水，通过进水泵2提供进水动力；料桶1与进水接口181之间还通过另一条独立于进水泵2的管道连通，形成旁路调节管路，这条管道与主进水管路的接点可以位于进水泵2与进水阀3之间；旁路出水调节阀4设在旁路调节管路的这条管道上。主进水管路和旁路调节管路相并联设置，旁路出水调节阀4开启后，可将一部分主进水管路的水分流并回流至料桶1，从而调节进水量，可通过调节旁路出水调节阀4的开度来调节进水机构的进水流量和进水压力，不需要增设变频器控制泵来调节流量，节约了一定的设备成本，同时也能够减小过滤系统体积，减轻控制机构的复杂程度。

浓缩液上排机构包括浓缩液排放阀6、浓缩液排放调节阀7及关联的管道，陶瓷膜组件18的浓缩液出口182与料桶1通过管道连通，形成浓缩液排放管路；浓缩液排放阀6和浓缩液排放调节阀7串联设在浓缩液排放管路的管道上。通过浓缩液排放阀6的开闭可以调节控制陶瓷膜的过滤方式(错流或死端)。浓缩液排放阀6开启时，通过浓缩液排放调节阀7的开启程度可以调节控制错流过滤模式下浓缩液流量和膜面流速。若将浓缩液排放调节阀7关闭，过滤模式也就变成了死端过滤。

底排机构包括底部排放阀5及关联的管道，陶瓷膜组件18上的底排接口181(即进水接口181)连接有排放的管道，形成底排管路；底排管路可以独立于主进水管路；底部排放阀5设在底排管路的管道上。陶瓷膜组件18反洗时，开启底部排放阀5，可通过底排机构将陶瓷膜膜表面剥离下来的污染物由底排管路排出，使陶瓷膜组件18能够稳定性运行。

透析液产水机构包括排气阀8、出水调节阀11、储水罐12、产水阀15及关联的管道，陶瓷膜组件18上的透析液出口183与储水罐12通过管道连通，形成产水管路，出水调节阀11设在产水管路的管道上，出水调节阀11则可以调节陶瓷膜组件18产生的透析液的产水流量和出水压力。产水管路上设有排气阀8，在过滤时，防止陶瓷膜组件18产水侧憋压，可通过排气阀8进行排气。储水罐12连接有出水的管道，形成溢流出水管路，产水阀15设在溢流出水管路的管道上；陶瓷膜透析产水经过出水调节阀11后会进入储水罐12储存一定水量，而后经溢流出水管路溢流出水，溢流出水由产水阀15控制。其中在溢流出水管路中，还有三个溢流阀19并联设在储水罐12与产水阀15之间的管道上，三个溢流阀19对应储水罐12内不同的水位高度，储水罐12储水量可通过这三个并联的溢流阀19来控制溢流高度，从而控制储水量。

反洗机构包括两个部分，泵反洗部分和高气压储水罐反洗部分，可自由选择反洗方式，例如选择其中一种反洗方式即可。泵反洗部分包括储水罐12、反洗泵10、泵反洗阀9及关联的管道，储水罐12、反洗泵10与陶瓷膜组件18上的透析液出口183通过管道连通，形成泵反洗管路，泵反洗阀9设在泵反洗管路的管道上，并位于反洗泵10与陶瓷膜组件18上的透析液出口183之间。泵反洗时，储水罐12中的水通过泵反洗管路进入陶瓷膜组件18中进行反洗，通过反洗泵10提供反洗动力，通过泵反洗阀9进行调节。高气压储水罐反洗部分包括空压机16、进气阀14、止回阀13、储水罐12及关联的管道，空压机16、储水罐12与陶瓷膜组件18上的透析液出口183通过管道连通，形成高气压储水罐反洗管路，进气阀14与止回阀13设在高气压储水罐反洗管路的管道上，并位于储水罐12与空压机16之间。高气压储水罐反洗时，空压机16提供气体产生压力，本实施例之中，空压机16能够稳定提供5～8bar的气源，使储水罐12中的水加压并通过高气压储水罐反洗管路进入陶瓷膜组件18中进行反洗，并通过进气阀14进行调节，止回阀13位于进气阀14与储水罐12之间，可防止水回流至空压机16。本实施例之中，泵反洗管路与产水管路可共用部分管道，高气压储水罐反洗管路与产水管路也可共用部分管道。

本实施例之中，还包括可编程时间继电器控制机构17，可编程时间继电器控制机构17包括可编程时间继电器及其他电气元件，用于控制过滤系统的所有流程状态。本实施例之中，可编程时间继电器控制机构17分别与进水泵2、进水阀3、底部排放阀5、浓缩液排放阀6、排气阀8、泵反洗阀9、反洗泵10、进气阀14、产水阀15信号连接，相应的阀门可以选用电磁阀等，可实现对泵和阀门点对点控制，参照表1控制各个泵与阀门的开闭从而实现不同的过滤方式和清洗方式。当然，各个泵和阀门可根据需要采取手动或通过控制机构控制的方式。该可编程时间继电器控制机构17及其与部件的连接及控制方式均为现有技术。可编程时间继电器可选用现有技术中的产品(例如双元工控，型号：PLC08-3F)，可用中文编程，成本较低，控制简便可靠，易操作，符合系统控制要求，能够实现逻辑、延时和日历等功能控制，且可随时通过中文编程修改运行模式。

本实施例的过滤系统可进一步设有启动、停止和强制清洗三个指令按钮，通过可编程时间继电器控制机构17控制系统的工作状态，还可进一步设有指示灯，例如绿灯指示过滤阶段，黄灯指示清洗阶段，红灯指示故障。

本实施例的过滤系统可运行的工作流程主要包括过滤阶段、清洗阶段、停机阶段和强制清洗阶段，通过各个泵与阀门的开闭实现，具体如表1和图2a～图2f所示。其中，过滤阶段包括死端过滤、错流过滤，清洗阶段包括高气压储水罐反洗、泵反洗、正冲、排气等。本实施例的过滤系统的正常工作流程(按下启动按钮)是清洗阶段(黄灯指示)和过滤阶段(绿灯指示)循环工作运行。

表1不同运行状态下各泵与阀门的状态

1.过滤阶段

本实施例的过滤系统通过对阀门的控制实现错流过滤或死端过滤。死端过滤与错流过滤的区别在于是否有浓缩液的排放，因而死端过滤可通过控制机构直接关闭浓缩液排放阀6，如表1和图2a。若是采用错流过滤模式时，开启浓缩液排放阀6，可通过调节浓缩液排放管路中的浓缩液排放调节阀7来控制浓缩液排放流量和压力，从而控制膜面流速，如表1和图2b。本实施例之中，浓缩液排放调节阀7位于浓缩液排放阀6和料桶1之间，若将浓缩液排放调节阀7关闭，过滤模式也就变成了死端过滤。

2.清洗阶段

本实施例的过滤系统在过滤阶段后进入清洗阶段，清洗阶段包含反洗、正冲和排气，其中反洗过程包含高气压储水罐反洗或泵反洗两种方式。

高气压储水罐反洗：过滤时产水管路包括储水罐12及关联的管道等会充满水，而其储水量可通过溢流出水管路设置的3个与储水罐12连接的溢流阀19来控制，反洗时可通过高气压将储水罐12储存的水量反洗陶瓷膜，并通过底部排放阀5排放，如表1和图2c。其中空压机16可以为外设设备，设备接通电源时也将自动启动，不通过可编程时间继电器控制机构17控制。且该空压机16能够稳定提供5～8bar的气源。

泵反洗：过滤时产水管路包括储水罐12及关联的管道等会充满水，而其储水罐12将作为反洗泵10的水源，通过泵反洗陶瓷膜，并通过底部排放阀5排放，如表1和图2d。采用泵反洗方式时，需将产水管路上的出水调节阀11关闭，防止液体回流。

正冲过程：如表1和图2e，在经过反洗后，污染物会出现松动，但因为考虑到回收率，反洗水量一般较少，因此可通过正冲方式进一步将污染物带走。

排气过程：如表1和图2f，此过程只有采用高气压储水罐反洗方式才需在过滤之前进行排气，因为高气压储水罐反洗后导致产水管路和储水罐12无水充满气体，若未进行排气操作，则可能因气体憋压导致开始过滤时无法顺畅产水。

本实施例的过滤方法可概括为高低跨膜压差控制法，具体如下：

清洗阶段：采用高气压储水罐反洗方式，通过空压机16提供压力，将产水管路的储水罐12及相应的管道中的透析液(透析液即经过陶瓷膜过滤处理后的水)以及陶瓷膜产水侧的透析液全部用于陶瓷膜的反洗。这样，在反洗结束后，陶瓷膜产水侧、产水管路的管道和储水罐12中无透析液留存或仅有极少量的透析液留存。排气以便后续产水的进行。

过滤阶段：可以根据需要选用死端过滤或错流过滤。进水泵2启动后，过滤开始，在陶瓷膜产水侧、产水管路的管道和储水罐12被陶瓷膜处理产生的透析液充满之前，产水压力为0，此时跨膜压差较高，通量大。而当陶瓷膜产水侧、产水管路的管道和储水罐12充满水，且透析液流出产水阀15后，通过调节出水调节阀11开度使产水侧憋压，产水压力上升，此时跨膜压差降低。随着产水的进行，陶瓷膜逐渐污染，产水压力会缓慢下降，跨膜压差升高，通量下降；过滤阶段结束后再进入清洗阶段通过反洗恢复跨膜压差和通量。

通常情况下，清洗阶段和过滤阶段循环工作运行。根据需要运行停机阶段和强制清洗阶段。

本发明采用高气压储水罐反洗，反洗水量取决于储水罐12内的储水量和反洗时间，可通过溢流阀19控制储水罐12内水量，通过与空压机16相连的进气阀14的开闭来控制反洗水量。若是储水量比较小和/或反洗时间相对比较长，可以将储水罐12、产水管路的管道甚至陶瓷膜产水侧的透析液全部用于反洗，实现上述的初始过滤阶段产水压力为零、初始跨膜压差最大甚至接近进水压力的过滤方式。当然，根据需要，例如在陶瓷膜的污染不严重时，也可将陶瓷膜产水侧、产水管路的管道和储水罐12充满的透析液部份保留。

实验例

利用上述过滤系统和过滤方法进行实验测试，实验废水由三达公司污水站MBR池稀释而成的模拟废水，模拟废水浊度控制在60～70NTU左右，运行时无浓水端排放，为死端过滤方式。

采用高气压储水罐反洗方式，过滤周期为30min，过滤结束后进入清洗阶段。过滤开始，进水压力稳定在2.0bar左右，会有一定波动。每个周期第一个取样点为从储水罐12流出的第一滴水的时间，第一滴水流出前，产水侧压力为零，初始跨膜压差较高，甚至近似于进水压力；第一滴水流出后立即调整出水调节阀11开度，使产水侧憋压，产水压力上升使得跨膜压差降低至30KPa左右，而后倒计时25min、20min、15min、10min、5min取样，因此每个周期共有6个取样点。

作为对比地，采用泵反洗方式，泵反洗方式中，反洗后陶瓷膜产水侧、产水管路的管道和储水罐12仍然充满水，初始跨膜压差不可能过高。将进水压力稳定在2.0bar左右，开始产水时调整出水调节阀11开度，调整产水压力，将初始跨膜压差控制在23KPa，间隔5min取样，取样点为倒计时30min、25min、20min、15min、10min、5min。

结果显示：泵反洗时间60s，反洗压力1.4～1.5bar，反洗通量800～1000LMH，回收率15％～30％。高气压储水罐反洗时间5～25s，气洗压力5～8bar，反洗通量1500～3000LMH，回收率可达90％以上。因此高气压储水罐反洗比泵反洗的回收率更高。两种清洗方式不影响产水效果，产水浊度均低于1.0NTU。

表2高气压储水罐反洗方式过滤过程的检测数据

表3高气压储水罐反洗方式反洗过程的检测数据

	反洗水量(mL)	反洗时间(s)	反洗通量(LMH)	反洗压力(MPa)
					第一周期	220	12	2050	0.5941
第二周期	225	10	2516	0.6457
					第三周期	230	15	1715	0.5012
第四周期	220	14	1757	0.537

表4泵反洗方式过滤过程的检测数据

表5泵反洗方式反洗过程的检测数据

	反洗水量(mL)	反洗时间(s)	反洗通量(LMH)	反洗压力(MPa)
					第一周期	530	60	988	0.15
第二周期	523	60	975	0.15
					第三周期	512	60	954	0.14
第四周期	534	60	995	0.15

如表2至表5以及图3至图6所示，由高气压储水罐反洗方式和泵反洗方式的通量、跨膜压差和膜比通量实验结果对比可知，泵反洗后，控制初始跨膜压差在23KPa时，而后周期内跨膜压差逐渐上涨，通量下降。运行四个周期后，通量低于50LMH，且一个周期内跨膜压差会增加到100KPa，增长范围大，且由膜比通量可知，周期内膜比通量下降速度快(2.5～0.5)，周期之间呈现下降趋势。而高气压储水罐反洗，最初较高压差运行，跨膜压差2bar左右，而后调节跨膜压差至30KPa，周期内通量下降，跨膜压差上升，上升较为缓慢。运行四个周期后，通量高于50LMH，且一个周期内跨膜压差比较稳定，不会出现大幅增长，而且膜比通量波动较小，下降幅度小(3.5～1.5)。

取两根陶瓷膜进行电镜表征，1根为过滤30min后未反洗，另一个则为过滤30min后进行高气压储水罐反洗。如图7，未反洗陶瓷膜截面形成一层污染层，经反洗后而陶瓷膜截面无明显可见的污染层。由电镜表征结果可知，高气压储水罐反洗方式对去除污染物和恢复通量压差有一定的效果。

因此，采用高低跨膜压差控制法(高气压储水罐反洗)与初始跨膜压差控制法(泵反洗)相比，运行的通量会更大，跨膜压差、通量较为稳定，因此膜比通量更为稳定，波动性更小，能提高回收率，且在此种控制方式运行下，管式陶瓷膜抗污染性更强。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种管式陶瓷膜的过滤方法，其特征在于：过滤和反洗循环进行；过滤开始时，产水压力为零；当陶瓷膜产水侧及产水管路充满水后，升高产水压力，继续过滤；过滤结束后，进行反洗，且将陶瓷膜产水侧及产水管路的水全部用于反洗。

2.根据权利要求1所述的管式陶瓷膜的过滤方法，其特征在于：所述过滤方法采用管式陶瓷膜过滤系统，所述管式陶瓷膜过滤系统包括陶瓷膜组件机构、进水机构、底排机构、透析液产水机构和反洗机构；所述进水机构与所述陶瓷膜组件机构连通形成主进水管路；所述陶瓷膜组件机构与所述底排机构连通形成底排管路；所述透析液产水机构包括储水罐和排气阀，所述陶瓷膜组件与所述储水罐连通形成所述产水管路，所述排气阀设在所述产水管路；所述反洗机构包括储水罐反洗部分，所述储水罐反洗部分包括空压机和所述储水罐，所述空压机、所述储水罐与所述陶瓷膜组件连通形成储水罐反洗管路；

过滤开始时，料液经所述主进水管路进入所述陶瓷膜组件，当陶瓷膜产水侧及所述产水管路的管道和所述储水罐充满水后，通过调整所述储水罐出水以升高产水压力，继续过滤；过滤结束后，利用所述空压机进行反洗，且将陶瓷膜产水侧、所述产水管路的管道及所述储水罐内的水经过所述储水罐反洗管路全部用于反洗，并经所述底排管路排出；随后通过所述排气阀排气。

3.根据权利要求2所述的管式陶瓷膜的过滤方法，其特征在于：所述陶瓷膜组件机构包括陶瓷膜组件，所述陶瓷膜组件上设有进水接口、浓缩液出口和透析液出口。

4.根据权利要求3所述的管式陶瓷膜的过滤方法，其特征在于：所述进水机构包括料桶、进水泵、进水阀和旁路出水调节阀；所述料桶、进水泵与所述陶瓷膜组件的进水接口连通形成所述主进水管路，所述进水阀设在所述主进水管路；所述料桶还与所述进水接口连通形成与所述主进水管路相并联的旁路调节管路；所述旁路出水调节阀设在所述旁路调节管路。

5.根据权利要求3所述的管式陶瓷膜的过滤方法，其特征在于：所述管式陶瓷膜过滤系统还包括浓缩液上排机构，所述浓缩液上排机构包括浓缩液排放阀和浓缩液排放调节阀；所述陶瓷膜组件的浓缩液出口与所述料桶连通形成浓缩液排放管路，所述浓缩液排放阀和浓缩液排放调节阀串联设在所述浓缩液排放管路。

6.根据权利要求3所述的管式陶瓷膜的过滤方法，其特征在于：所述底排机构包括底部排放阀；所述底部排放阀设在与所述陶瓷膜组件的进水接口连通的所述底排管路。

7.根据权利要求3所述的管式陶瓷膜的过滤方法，其特征在于：所述透析液产水机构还包括出水调节阀和产水阀；所述陶瓷膜组件的透析液出口与所述储水罐连通形成所述产水管路，所述出水调节阀设在所述产水管路；所述产水阀设在与所述储水罐连通的溢流出水管路上；所述溢流出水管路中还设有若干溢流阀，所述若干溢流阀相互并联地设在所述储水罐与所述产水阀之间。

8.根据权利要求3所述的管式陶瓷膜的过滤方法，其特征在于：所述储水罐反洗部分还包括进气阀和止回阀，所述空压机、所述储水罐与所述陶瓷膜组件的透析液出口连通形成所述储水罐反洗管路，所述进气阀设在所述储水罐反洗管路且位于所述空压机与所述储水罐之间；所述止回阀设在所述储水罐反洗管路且位于所述进气阀与所述储水罐之间。

9.根据权利要求3所述的管式陶瓷膜的过滤方法，其特征在于：所述反洗机构还包括泵反洗部分；所述泵反洗部分包括所述储水罐、反洗泵和泵反洗阀；所述储水罐、反洗泵与所述陶瓷膜组件的透析液出口连通形成泵反洗管路，所述泵反洗阀设在所述泵反洗管路。

10.根据权利要求3所述的管式陶瓷膜的过滤方法，其特征在于：还包括控制机构，所述控制机构分别与所述进水机构、浓缩液上排机构、所述底排机构、所述透析液产水机构、所述反洗机构信号连接。

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