CN1852760A - 反洗和清洁方法 - Google Patents

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Abstract

一种将悬浮液体中的固体集中起来的方法，包括：横过浸没于悬浮液体(9)的可渗透的中空膜(6)的壁提供压差。所述悬浮液体(9)施加于多孔中空膜(6)的外表面以引起并维持穿过膜壁(12)的过滤，其中：一些悬浮液体经过膜(6)的壁(12)作为净化的液体被排出，或者从中空膜内腔(11)渗透，并且至少一些固体保留在中空膜(6)上或在其内，或者成为在膜(6)周围的液体(9)内部的悬浮的固体。所述方法包括通过以低于起泡点的压力施加气体给膜内腔(11)从而利用渗透来周期性地反洗膜孔，施加气体是用以通过膜孔逐步置换至少一些渗透到内腔(11)内的液体，这导致保留在中空膜上或其内的固体被移到膜(6)周围的大量液体(9)内部。

Description

反洗和清洁方法
技术领域
本发明涉及使用中空纤维膜对悬浮固体的集中，更具体地是涉及反洗和化学清洗中空纤维膜的改进的方法。
背景技术
整个说明书中任何现有技术的讨论都不应该视为承认这种现有技术是众所周知的，或者是本领域公知常识。
已知的反洗系统包括在我们以前的国际申请WO93/02779中描述的那些系统，该申请的技术方案在此结合以供参考。
已经发现，由于沿着内腔的摩擦损耗，中空纤维膜的压力液体反洗沿着纤维膜的长度不均匀。在具有一端封闭的纤维的膜中，液体的压力在压力流作用到纤维内腔上的点处是最大的，并且沿着膜的长度逐渐减小。这导致了在纤维的远离反洗作用点的部分不均匀反洗并且难以恢复TMP。在纤维两端的开口，反洗流向着纤维中心最小。
在膜的化学清洗过程中，清洗溶液通常是从膜的内腔侧反冲以将清洗溶液在膜纤维束内分配。在压力下施加清洗剂有助于将污物从表面除去。然而，这个步骤中压力沿着内腔下降的限制意味着对膜的所有区域施加同样的横跨膜压力(TMP)是不太容易实现的，对于压力损耗最大的小直径纤维来讲尤其是这样。这影响了清洗效率。
发明内容
本发明的一个目的是克服或者至少改善现有技术的一个或多个缺陷，或者至少提出一种有用的替换方案。
根据本发明的第一方面，本发明提供了一种将悬浮液体中的固体集中起来的方法，包括：
(i)横过浸没于悬浮液体的可渗透的中空膜的壁提供压差，所述悬浮液体施加于多孔中空膜的外表面以引起并维持穿过膜壁的渗流，
其中：
(a)一些悬浮液体经过膜壁作为净化的液体被排出，或者从中空膜内腔过滤，并且
(b)至少一些固体保留在中空膜上或在其内，或者成为在膜周围的液体内部的悬浮的固体，
(ii)通过以低于起泡点的压力施加气体给膜内腔从而利用渗流来周期性地反洗膜孔，施加气体是用以通过膜孔逐步置换至少一些渗透到内腔内的液体，这导致保留在中空膜上或其内的固体被移到膜周围的大量液体内部。
这个方法保证了随着液体界面在内腔中下降，在反洗过程中施加的不同压力接近于在液体界面的气压，藉此保证横过整个膜壁的所有点施加最大的压差，尽管不是同时施加。
根据本发明的第二方面，本发明提供了一种将悬浮液体中的固体集中起来的方法，包括：
(i)横过浸没于悬浮液体的可渗透的中空膜的壁提供压差，所述悬浮液体施加于多孔中空膜的外表面以引起并维持穿过膜壁的渗流，其中：
(a)一些悬浮液体经过膜壁作为净化的液体被排出，或者从中空膜内腔过滤，并且
(b)至少一些固体保留在中空膜上或在其内，或者成为在膜周围的液体内部的悬浮的固体，
(ii)通过施加排移介质经过所述膜的内腔从而将保留的固体从膜移除，同时将液体从所述内腔排出，其中，排移介质的施加最初借助气体置换中空膜内腔内的液体移过中空膜，以首先实现在内腔中的液体经过膜壁排出，然后通过施加用以克服膜的起泡点的足够的压力的气体于液体上来实现膜的横跨膜清洗，并且保证了气体将置换液体，而且接着将通过膜的较大孔来移除保留在膜内的任何固体；并且用于排出气体以冲洗膜的外壁并将移除的固体移入到膜周围的大量液体中。
优选地，所述方法是作为利用固体积聚和固体排出的反复循环的一个连续过程来实施的。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于从液体进给悬浮液中回收精细固体的集中器，包括：
(i)用于容纳所述进给悬浮液的容器；
(ii)在所述容器内部的多个可渗透的中空膜；
(iii)横过所述膜的壁上提供压差的装置；
(iv)从膜中收回净化液体的装置；以及
(v)装置，用于以低于起泡点的压力施加气体给渗透到膜内腔中的液体，以实现至少一些渗透到内腔的液体通过膜壁排出，以排移任何保留在其中的固体并且将移走的固体移到膜周围的大量液体中。
根据本发明的第四方面，提供了一种用于从液体进给悬浮液中回收精细固体的集中器，包括：
(i)用于容纳所述进给悬浮液的容器或罐；
(ii)在所述容器或罐内部的多个可渗透的中空膜；
(iii)横过所述膜的壁提供压差的装置；
(iv)从膜中收回净化的液体的装置；以及
(v)装置，用于施加气体压力给膜内腔中的液体和膜壁，同时容器或罐暴露在大气压下，并且同时从所述内腔中排出液体，以首先实现在内腔中的液体通过膜壁排出，然后通过施加用以克服膜的起泡点的足够的压力的气体于液体上来实现膜的横跨膜清洗，并且保证了气体将置换液体，而且接着将通过膜的较大孔来排移保留在膜内的任何固体；并且用于排出气体以冲洗膜的外壁并将移除的固体移入到容器或罐中的大量液体中。
优选地，所述反洗包括适当位置清洗(CIP)化学溶液的使用，以及或者滤液的使用。这可以在很多不同的反洗方法中使用。
一个这种反洗方法包括从壳体一侧过滤化学清洗溶液，也就是从膜的外表面或者容器侧进入膜内腔。然后实施通常的反洗，并且如上面所述通过施加气体使得化学溶液被强制地以均匀方式通过膜孔返回。
化学反洗的另一个选择包括通过滤液的最初反洗，也就是在相反的方向上推促滤液通过膜孔，同时将化学清洗溶液注入滤液内。滤液/化学溶液混合物然后通过如上面所述的施加气体而通过膜被反洗。
化学反洗的另一个选择包括在一定压力下施加化学清洗溶液给膜的外侧，以强迫化学清洗溶液通过膜孔并用化学清洗溶液填充膜内腔。接着进行如上面所述的通常的反洗。
为了使所使用的化学清洗溶液量最小化，在系统中的所有(或者大部分)液体可以从膜的一侧被移出或排出，典型地是从滤液侧(或者在中空膜内部)，然后膜的外侧至少部分地填充化学清洗溶液，并且真空(或者减压)施加于滤液侧以造成化学清洗溶液从膜的外侧吸入到滤液侧，然后气压施加给滤液侧以强迫化学清洗溶液在相反方向上从滤液侧通过膜壁返回到膜的外侧。
在另一个方法中，膜的滤液侧被排出或排空液体，并且在膜的外侧的液体也部分地被排出或排空。膜内腔外侧然后至少部分地填充化学清洗溶液。施加于膜外侧的化学清洗溶液然后借助气体(对于一个压力系统)被推促通过或者在吸力作用下(对于浸没的非压力系统)被吸入通过，以用化学清洗溶液填充内腔，并且所使用的化学清洗溶液的量少于在膜外侧上的液体的保持量。所需的仅仅是填充膜内腔的在膜外侧上的足够的化学清洗溶液量。然后压力可以施加到内腔侧，以通过推促其返回通过膜壁来从内腔排出化学清洗溶液。这个循环可以重复多次，使得化学清洗溶液交替地从膜一侧通过膜壁移动到另一侧。
已经发现上面的化学清洗方法的每一种都提供了更有效的化学反洗。这些方法允许使用最少的化学清洗溶液，同时还通过提供更有效的化学清洗溶液在系统中的分配来提供增强的清洗过程。期望地，这些反洗或清洗是以间歇理论实现的。
使用所述方法，逆流清洗步骤可以以这种方式完成，这种方式允许横跨膜压力(TMP)被气压控制，并且沿着膜均匀地施加这个TMP，即使是在距内腔入口的末端。这保证了膜的所有区域与化学清洗溶剂接触，并且它们被施加TMP的同样的化学清洗溶液反冲。这还允许在内腔中的化学清洗溶液由于逆流步骤而被完全排出，这帮助了化学清洗溶液的恢复，减少了冲洗需要，并且减少了清洗停歇时间。
在一个优选形式中，在施加到膜内腔上时气体可以是脉动的。在上面描述的化学溶液反洗一个作为选择的形式中，反洗是通过容器排空实现的。
这些过程可以应用于浸没在一开口容器的膜上，以及受压膜过滤系统中。
附图说明
本发明的优选实施例现在将仅仅通过例子和参考附图来描述，图中：
图1a展示了横跨膜压力(TMP)对沿着图1b所示的膜组件结构的膜束的位置；
图1b展示了浸没在进给液体中的膜组件的简化的截面侧视图，有压力液体施加于膜内腔；
图2a展示了横跨膜压力(TMP)对沿着图2b所示的膜组件结构的膜束的位置；
图2b展示了浸没在进给液体中的膜组件的简化的截面侧视图，有压力气体施加于膜内腔；
图3a展示了横跨膜压力(TMP)对沿着图3b所示的膜组件结构的膜束的位置；
图3b展示了浸没在进给液体中的膜组件的简化的截面侧视图，有压力气体施加于填充膜内腔的液体；
图3c展示了在图3b所示的区域中的膜的放大的截面图；
图4a展示了膜组件的简化的截面侧视图，进给液体从组件周围排出；
图4b在图4b所示区域显示膜的放大的截面图；
图5a展示了膜组件的简化的截面侧视图，组件的下部浸没在化学清洗溶液中，并且抽吸作用于膜内腔；
图5b展示了图5a所示区域的膜的放大的截面图；
图5c展示了图5a所示区域的膜的放大的截面图；
图6a展示了膜组件的简化的截面侧视图，组件的下部浸没在化学清洗溶液中，并且压力气体作用于膜内腔；以及
图6b展示了图6a所示区域的膜的放大的截面图。
具体实施方式
参考图1a和图1b，图1a中的图表示出了随着距压力流作用处的距离的增加，横跨膜压力(TMP)的变化。图1b示出了具有多个中空纤维膜6的膜组件5。纤维膜6在下罐7中的下端封闭，并且通过上罐8在上端开口。组件被容纳在容器10中的液体9浸泡。在所示实施例中，压力液体作用于纤维内腔11的开口端，导致图1a所示的TMP线形。
如上面提到的，在具有一端封闭的纤维膜6的膜中，液体压力在压力流体作用于纤维内腔11的点处是最高的，并且沿着膜6的长度逐渐减小。这导致了不均匀的反洗，并且在纤维膜6的远离反洗作用点的部分难以恢复TMP。
图2a和2b示出了与图1相似的装置，但此时压力气体作用于纤维膜内腔11，导致TMP沿着纤维膜6的长度均匀分配。
图3a到3c示出了本发明的一个实施例，其中压力气体以起泡点以下的压力作用于填充纤维膜内腔11的液体。如图3c极佳所示，随着液体通过膜壁12被置换，内腔11被气体填充，导致随着在纤维膜内腔11内部的液体水平下降，最大的TMP沿着纤维膜6的长度作用。
图4a和4b示出了本发明的进一步的一个实施例，其中在反洗过程开始之前，液体从膜组件5周围排出。反洗过程与上面描述的图3的过程相似。
参考图5和图6，示出了根据本发明的清洗过程的一个实施例。膜组件5至少部分地浸没在化学清洗溶液13中，并且纤维膜内腔11的开口端有吸气作用。如图5b极佳所示，清洗溶液13通过膜壁12吸收，并且进入纤维膜内腔11。清洗溶液13然后通过内腔11向上吸收，直到如图5c所示完全填充。如图6a和6b所示，压力气体然后作用于填充了膜内腔11的清洗溶液，并且如前面所述，通过膜壁12被置换。来自膜内腔11和到达膜内腔以及沿着膜内腔11的长度的这个清洗溶液流导致对膜组件5的有效的化学清洗。
本发明可以通过与前面提到的国际申请WO93/02779所描述的装置相似的装置来实现，该装置进行了适当修改以根据本发明方法进行操作。
可以想到，在不脱离本发明所述精神和范围的情况下，本发明的进一步的实施例和例子是可能的。

Claims (13)

1.一种将悬浮液体中的固体集中起来的方法，包括：
(i)横过浸没于悬浮液体的可渗透的中空膜的壁提供压差，所述悬浮液体施加于多孔中空膜的外表面以引起并维持穿过膜壁的渗流，其中：
(a)一些悬浮液体经过膜壁作为净化的液体被排出，或者从中空膜内腔过滤，并且
(b)至少一些固体保留在中空膜上或在其内，或者成为在膜周围的液体内部的悬浮的固体，
(ii)通过以低于起泡点的压力施加气体给膜内腔从而利用渗流来周期性地反洗膜孔，施加气体是用以通过膜孔逐步置换至少一些渗透到内腔内的液体，这导致保留在中空膜上或其内的固体被移到膜周围的大量液体内部。
2.一种将悬浮液体中的固体集中起来的方法，包括：
(i)横过浸没于悬浮液体的可渗透的中空膜的壁提供压差，所述悬浮液体施加于多孔中空膜的外表面以引起并维持穿过膜壁的渗流，其中：
(a)一些悬浮液体经过膜壁作为净化的液体被排出，或者从中空膜内腔过滤，并且
(b)至少一些固体保留在中空膜上或在其内，或者成为在膜周围的液体内部的悬浮的固体，
(ii)通过施加排移介质经过所述膜的内腔从而将保留的固体从膜移除，同时将液体从所述内腔排出，其中，排移介质的施加最初借助气体置换中空膜内腔内的液体移过中空膜，以首先实现在内腔中的液体经过膜壁排出，然后通过施加用以克服膜的起泡点的足够的压力的气体于液体上来实现膜的横跨膜清洗，并且保证了气体将置换液体，而且接着将通过膜的较大孔来移除保留在膜内的任何固体；并且用于排出气体以冲洗膜的外壁并将移除的固体移入到膜周围的大量液体中。
3.根据权利要求1或2的将悬浮液体中的固体集中起来的方法，其中，所述方法是作为利用固体积聚和固体置换或排出的反复循环的一个连续过程来实施的。
4.根据前面任一权利要求的将悬浮液体中的固体集中起来的方法，其中，所述排移或反洗步骤包括化学清洗溶液的使用。
5.根据权利要求4的将悬浮液体中的固体集中起来的方法，包括步骤：将化学清洗溶液从多孔中空膜的外表面过滤到膜内腔内，以及然后通过施加所述气体来置换所述化学清洗溶液返回通过膜孔。
6.根据权利要求4的将悬浮液体中的固体集中起来的方法，其中，所述移除或反洗步骤包括在相反方向上置换滤液通过膜孔，同时注入化学清洗溶液进入滤液。
7.根据权利要求4的将悬浮液体中的固体集中起来的方法，包括步骤：在一定压力下施加化学清洗溶液于多孔中空膜的外表面，以置换化学清洗溶液通过膜孔进入膜内腔，并且然后通过所述气体的施加来置换所述化学清洗溶液返回通过膜孔。
8.当引用权利要求1的时候，根据权利要求5-7任一项的方法包括步骤：在置换化学清洗溶液进入膜内腔之前，将保留在膜内腔中的液体的至少一部分移除。
9.当引用权利要求2的时候，根据权利要求5-7任一项的方法，其中，化学溶液置换到膜内腔内发生在所述横跨膜清洗之前。
10.根据前面任一权利要求的将悬浮液体中的固体集中起来的方法，其中，气体在施加于膜内腔的时候是脉动的。
11.根据前面任一权利要求的将悬浮液体中的固体集中起来的方法包括步骤：在反洗或排移步骤之前，将膜周围的大量液体的至少一部分移除。
12.一种用于从液体进给悬浮液中回收精细固体的集中器，包括：
(i)用于容纳所述进给悬浮液的容器；
(ii)在所述容器内部的多个可渗透的中空膜；
(iii)横过所述膜的壁上提供压差的装置；
(iv)从膜中收回净化液体的装置；以及
(v)装置，用于以低于起泡点的压力施加气体给渗透到膜内腔中的液体，以实现至少一些渗透到内腔的液体通过膜壁排出，以排移任何保留在其中的固体并且将移走的固体移到膜周围的大量液体中。
13.一种用于从液体进给悬浮液中回收精细固体的集中器，包括：
(i)用于容纳所述进给悬浮液的容器或罐；
(ii)在所述容器或罐内部的多个可渗透的中空膜；
(iii)横过所述膜的壁提供压差的装置；
(iv)从膜中收回净化的液体的装置；以及
(v)装置，用于施加气体压力给膜内腔中的液体和膜壁，同时容器或罐暴露在大气压下，并且同时从所述内腔中排出液体，以首先实现在内腔中的液体通过膜壁排出，然后通过施加用以克服膜的起泡点的足够的压力的气体于液体上来实现膜的横跨膜清洗，并且保证了气体将置换液体，而且接着将通过膜的较大孔来排移保留在膜内的任何固体；并且用于排出气体以冲洗膜的外壁并将移除的固体移入到容器或罐中的大量液体中。
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