TW317506B - Filtration monitoring and control system - Google Patents

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Α7 Β7 3^5〇6 五、發明説明（i ) 本發明係有關於超濾與徹量過濾糸統，且特別是與膜 濾条統一起使用的测試、監測和控制条統。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 雖然本發明係針對缕維膜過濾糸統之應用說明，將可 理解的是此發明大體上亦適用於超濂/撤量過濾条統而不 限於所述之待定應用。 绻維膜過濾係為一已被充分開發的方法，此方法包含 利用許多中空管狀之撤多孔狀維。每一缕維適於使濾液從 潘維的外部滾經绻維壁中之微孔至锇維内部，同時將雜質 由濾液除去。孔例如可Μ為直徑0.2撤米左右。 實際上，數千條纖維被捆在一起且被裝入一殼體内， 經濟部中央揉準局負工消費合作杜印装 .整値總成稱為一模組5 (見第2圖）。殼套6通常爲圓筒形 且维維7縱向延伸通過。殼套之兩端被密封，通常Μ—樹 脂或稱爲澆入混合劑之類似物封閉，其在每一端形成一插 塞8。中空绻維7之兩端延伸通過、且被包裝在澆入混合劑 插塞8中，Μ使得每一绻维7之内部在兩端與模組5之外部 連通，俥容使濾液由兩端位置移去。或者，每一锇維之兩 端可延伸穿過澆入混合劑且在模組5之一端與外部相通， 或者一端之缕維可延伸穿過澆入混合劑，而另一缕維端被 密封。 如第1圖所示，模組5通常（但非必須）配置成“組排 ” 9，每一組排包括一排共有一歧管10之模組5，諸組排排 列成一列。 使用時，進料或流入液被導入缕維外部與一模組殼體 內部間的空間。濾液流過缫維7之徹多孔膜進入缕維内部 5 本紙張尺度適用中國國家榇準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 317506 A7 _B7_ 五、發明説明（2 ) 且接著沿著缕維長度通過揷塞8至模組5之外部，通常進入 一技管。 濾液糸統之操作一般係藉由多數控制進料流入条统之 閥11控制濾液之流動、利用氣體及/或濾液之過濾器回洗 、以及在回洗期間導入濕潤劑和特殊化學清潔劑。這些閥 11典型地是藉由魘縮空氣氣動控制，壓縮空氣向每一閥之 流動被一電控之螺線管控制。 糸統之操作可被測定在整値糸統之不同位置的流速、 流體壓力、溫度和其地參數之檢測器監測。可將反瞋回路 建構於糸統内以確保糸统依據預定控制之條件操作。 在使用期間缕維被過濾之雜質塞住而需要Μ規律的間 隔“回洗” Μ除去雜質並維持過濾之效率。回洗之頻率和 型態將依原料流之狀態和型態而定。第3圖以圖解說明通 量隨各種不同型式之進料下降。在許多情況下進料流之狀 態為動態且因此難以預測何時需要回洗及其頻率如何。此 導致糸統被調整成可應付一“最壊情況”，造成糸統Μ低 效率蓮轉。 經濟部中夬標準局貝工消费合作社印装 再者，當設計一供特定目的用之過濾場時模組5之尺 寸、數目和型式的選擇涉及許多因素的考慮。例如，工廠 生產能力，所需過濾之程度，回洗條件Μ及欲被過濾之進 料流各別需要被調査。雖然這些因素中有些相當容易測定 ，將進料流的特性定量經證明有困難。工廠設計者在此方 面傾向於根據相同型態之進料流的以往經驗做成有關進料 流品質的假設。為了確保一待定的過濾結果可被達成，工 6 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210X297公釐） A7 _B7_ 五、發明説明（3 ) 廠可能使用進料流的“最壊情況”假設。設計者必須將這 些進料流假設與尺寸和成本限制Μ及上述所討論的其他因 素比較。 當一異常或獨特之進料流被包含時進料流評定的問題 加劇。此此種情況下，可能需要用大規模、高成本的縮尺 模型測試來評估特殊進料流對所需型式過濾器單元的影鬱 。此將大大增加設計及建造過濾場的成本，待別是當需要 測試許多不同過濾器單元時爲然。 本發明之一項目的為克服或至少實質上改善習知技術 一項或一項Μ上的缺點。 本發明之另一目的，至少在其一方面，為提供一控制 與監测条統，此条统能夠實時測出進料流之狀態並回應進 料流之狀態動態地控制過濾条統。 依據一第一方面，本發明提供一種測定一進料流在一 具有已知特性之過濾器上的積垢效應的方法，該方法包括 Μ下步驟： i)使進料流通過一具有已知特性之過濾器； u )測定進料流通過過濾器之流動阻力的變化，連續式地 經濟部中央橾準局貝工消费合作社印製 測定或者Μ經過多數時間間隔測定；Μ及 fli)由此一數據計算出代表進料流對過濾器之結垢特性的 進料結垢指數（FFI)。 較佳地，FFI是由將通過過濾器之阻力變化以被過濾 的體積的函數繪成圖表，且在曲線趨近一直線之一點或區 間處測出所繪成之曲線的斜率而計算出。 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） 317506 A7 B7

五、發明説明U 在一較佳實施例中阻力之變化可藉由取通過過濾器之 進料流的累計體積經時之讀數而計算出。或者，壓力感測 裝置可被設置在過濾器之任一側Μ根據過膜壓力（TMP) 降鑑認阻力變化。 在一第二方面本發明提供一線上監測並控制一過濾条 統之方法，該方法包括之步驟為： i )藉由監測条統的許多操作參數而測定使用在過濾条統 之過濾元件的阻力； ii )利用i )中所測出之阻力值計算代表進料流對過濾条統 之結垢性質的指數；以及 iii)依所計算出的進料結垢指數控制過濾条统之操作。將 可瞭解到過濾条統可Μ多種不同方式應用進料結垢 指數為控制因素來控制。例如，一特定量之進料流之回洗 循環可被最佳化且動態地依據進料流之量Μ—連續基礎改 變。同樣地，条統可提供一Κ最初進料流量為基礎之自動 調整程序*其可使過濾条統之操作性能在起始安裝時最佳 化。 經濟部中央揉準局負工消费合作社印裝 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 尤其，本發明已發現在測定一回洗水污池之結垢特性 時有用。過濾程序將進料分成一濾液和回洗液流。回洗液 流典型地為進入之進料流的10%。在某些應用中嚐試由回 流液滾儘可能回收較多的液體十分重要，例如，在在土壤 乾燥匾域的過濾条統邸是。在這些情況中回洗通常是在一 水污池中被沈降。得自水污池之上層清液接著回到過濾場 之前段且與進來的進料流混合。藉由打開或閉止上層清液 本紙張尺度逋用中國國家揉隼（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐〉 8 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印装 A7 B7 五、發明説明（ 流，水污池之結垢恃性可藉由注意進料結垢指數而被監測 。如果上層清液之結垢性質開始不當上升，如進料結垢指 數所顯示者，条統可被設計成採取行動而自動地或透過要 求操作人員介入以更正此一問題。 在一第三方面，本發明提供一種線外測定一進料流之 潛在結垢效應的方法，該方法包括之步驟爲： i )M —預定之壓力使進料流之試樣通過一具有已知性質 之過濾器； ϋ〉連續或經過多數時間間隔地測定進料流流動通過過濾 器的阻力變化； ili)由此數據計箕出代表進料流試樣在已知過濾器上之阻 塞特性的進料结垢指數（FPI)。 較佳地，此方法尚包括將FFI與一對於使用在一過濾 單元之膜過濾器所計算出之第二FFI相互鼸聯之步驟。 合乎需要地，FFI是由將通過過濾器之阻力變化Μ過 濾體積之函數作圖且測出如此繪成之曲線在曲線趨直線時 之一點或區間處的斜率而計算出。 過濾器之阻力變化最好Μ在多數預定的時間點記錄己 通過過濾器之進料流的累計體積而測得。 在其他實施例中，可使用壓力測定装置測定或估測過 濾器阻力之經時變化。 FFI由一電腦相應於阻力或壓力資料之輪入而被計算 爲合乎需要者。在一尤佳之實施例中，電腦由輪入之資料 外推而提供一更正確之FFI。 I--------f 装------訂 ·· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 9 A7 B7 經濟部中央梂準局貝工消费合作社印製 五、發明説明u 在一第四方面，本發明提供一藉由上述第三方面之方 法測定一進料流之潛在結垢效應之装置，該裝置包括： 一具有已知性質之過濾器； 一預定壓力使進料流之一試樣通過該過濾器之裝 置；以及 測定通過過濾器之進料流流動的經時阻力變化； 根據測得之流動阻力變化定量地計算代表進料流在過 濾器上之結垢性質的進料結垢指數（FFI) Μ估計進料流在 其他已知過濾器上的潛在結垢效應。 較佳地，使進料流試樣通過過濾器之裝置包括一容纳 試樣之容器，以及將試樣在容器內加壓Μ將試樣Μ—預先 選定之壓力送至過濾器的加壓裝置。 較佳者，加壓裝置為一人工作作泵。最佳者係容器和 加壓裝置Μ—修改之手動花園灑水裝置形式提供。 切合箱要地，過濾器元件為乙酸缕維素形式。尤其希 望0.22微米之乙酸缕維素濾紙被使用。 在一實施例中，調節裝置採用一給合一壓力表之可調 閥形式。所需要者為一第二壓力表成一直線位於容器和調 節器之間。 較佳地，提供有一個或一個Μ上的人工作操閥Μ灌注 及清潔裝置。 可被測定且使用作為控制參數之另一項過濾条統性質 為回洗效率。回洗效率為過濾条统和進料流之性質且因而 可被用來使過濾条統操作性能最佳化。再者，藉由使用一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格（210X 297公釐） ^n- i In nn n ...... ------*m> - - I i ί i 一 ^ •- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 10 A7 B7 317506 五、發明説明（7 ) 複雜之實驗設計，可評估許多設計中何者爲最適合於一套 或一组特定的操作條件。 由於回洗效率可隨進料流之性質變化且當定量给予進 料流化學藥劑諸如明礬時隨pH變化而有引人注目的變化， 此被發現爲一控制定量给料程序之一有用控制參數。通常 的控制方法為直接测定pH值且利用pH爲控制參數來控制。 但是，pH感测器已被發現難Μ保持正確之校準且利用進料 流之结垢特性之控制已被發現能提供更可靠之操作。 依據本發明之第五方面，一種監測並控制一過濾条统 之方法被提供，該方法包括之步驟為： .i)在糸統回洗循環期間藉由監測条統的許多操作參數在 預定之時刻測出使用於過濾糸統之過濾元件的阻力值； ii )利用i )中所測出之阻力值計算代表過·嫌条統之回洗循 環效率的回洗效率值；以及 m)依所計算的回洗效率值控制過濾条統之操作。 較佳地，在回洗循環期間的測定時間為正好在一先前 回洗之後，正好在次一回洗循環之前Μ及正好在該次一回 洗之後。 依據本發明之第六方面，一監測及控制一過濾条統之 裝置被提供，包括： i >藉由監測条統的許多操作參數在条統之回洗循環期間 測定用於過濾裝置中之過濾元件之阻力值的裝置； ϋ)利用i >中所測出之阻力值計算代表過濾条統之回洗循 環效率的回洗效率值的裝置；以及 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----------f 裝-- . - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局負工消費合作社印裝 11 •mr=· A7 B7 經濟部中央揉準局員工消费合作社印裝 五、發明説明（8 ) m)依所計算的回洗效率值控制過濾条統之搡作的裝置。 依據本發明之第t方面，一種監測過濾条統操作之方 法包括Μ下步驟： a) 在過濾条統内Κ 一預定取樣速率在選定位置取樣条 統參數值； b) 由所取樣之參數值Μ—預定的時間間隔產生一參數 分佈特性；Μ及 c〉分析此參數分佈特性Μ探知過濾条統之正確操作。 較佳地，分析步驟包括將所產生的分佈待性與一需要 之特性比較且鑑認在所產生的特性範圍内偏離所需特性之 區域。 依據一第八方面·，本發明提供監測一過濾条統操作之 裝置，包括： a) 在過濾条統内以一預定取樣速率在選定位置取樣糸 統參數值之裝置； b) 由所取樣之參數值以一預定的時間間隔產生一參數 分佈特性之装置；K及 c) 分析此參數分佈特性Μ探知過濾条统之正確操作。 分析用之裝置可包括將產生之分佈待性與一需要特性 比較且鑑認在所產生的特性範圍内偏離所需特性之區域之 裝置。 由於此一比較，分析裝置可指出造成偏離的可能錯誤 且亦能建議此問題的可行解決方式以使得錯誤被更正或迴 避且条統操作回復到最佳操作。此種“追査故障”可在一 — f ·笨 、1τ------f * 碓 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 12 _ 1 Ο - 317506 A7 B7 五、發明説明（9 ) 交互作用方式下實施，向操作者/使用者提供交互顯示之 抽點，其中操作者可指出抽點中其所關心的區域並取得有 關抽點之該區域分折的缺點Μ及解決方式的細節。所需分 析型式之選擇可藉由下降選擇單等為之。 本發明之較佳實施例邸將藉由實例參照所附圖式說明 第1圖繪示一典型横向流動微量過濾条統； 第2圖繪示一使用在第1圖中之過濾組件的詳細橫截面 圖 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 第3圖繪示通量隨時間下降之不同型式； 第4圖繪示一膜之阻力特性之曲線圖； 第5圖繪示阻力對回洗之後的濾液體稹的曲線圖； 第6圖爲一依據本發明第四方面之裝置的簡圖； 第7圖繪示一連續膜過濾機器的典型回洗分佈圖； 第8圖繪示一由裝設在一家用蓄水池上之過濾機器Μ 供對一具有再潤濕程式錯誤作預先處理之抽點分佈圖； 第9圖繪示與第8圖相同的機器經改正錯誤後的抽點分 佈圖； 第10圖繪示由一具有錯誤·滅液閥定位器之過濾機器所 獲得的抽點分佈圖； 第11圖繪示與第10圖相同之機器經改正錯誤後之抽點 分佈圔； 第12圖繪示由一具有過高再潤濕壓力尖峰信號之抽點 分佈圖；以及 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210Χ297公釐） 13 五、發明説明（10 ) A7 B7

第13圖繪示與第12圖相同之機器經改正錯誤後的抽點 〇 實施發明之模式 在本發明之一較佳形式中，監測和控制条统包括一與 許多配置用來監測糸統之選擇操作參數的感測及監測装置 形成界面的專用電腦處理条統。在条統程式的控制之下處 理器回應輪入之參數而控制過濾糸統之操作。除了糸統操 作之控制以外，控制和監測条統可被程式化Μ規律地執行 条統性能测試，資料記錄和条統遙測。 如上所逑，進料流狀態的一種良好指榡業經發現為進 料結垢指數（FFI)。此一指數為進料流如何結垢之函數且 將隨進料流之性質變化。一特殊条統之FFI可被計算如下 Ο 一特定膜之阻力依下式決定： Δ Ρ X A

R

η X Q I.-------r -¾衣------1T------- ^ · (.請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 其中 經濟部中央標準局貝工消費合作社印袈 尺二流動阻力。-1)，典型地為1012; η =進料流之黏度（Pa，S)，假設為水； △ P=通過膜之壓力（Pa)，時常稱為TMP; Q =通過膜的流量（立方公尺/秒）；以及 A=膜面積（平方公尺）。 當液體通過膜時變得結垢且阻力上升。在許多例子當 象紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） -14 - 經濟部中央揉準局負工消費合作社印製 317506 A7 _______B7_ 五、發明説明（11 ) 中此一上升與已通過膜之液體量成比例。阻力特性之曲線 圖不於第4圖。 R = R m+ R f .

V =R m+ F F I x -

A 其中

Rf =由於結垢層所造成的流體阻力； R >„ =當V = 0時流體的阻力； F F I =進料結構指數，典型地爲0-500 X 101 2 m-2， .Μ及 V=通過膜之濾液體積。 一特定绻雒之性能與一橒準绻維相較係以MMP表示 ，其中檫準缕維之MMP被定義為1。故對於一膜X而言 F F I * Μ Μ P X -- P F" Imsf 其中： MMPX =绻維x之膜孔隙度； F F I x=缕維x之進料流結垢指數；Μ及 FF =在 HFF 定 胃 準繼維的進料結垢指數。 進料结垢指數（FFI)可被使用來測定來自連續撤 量過濾場之上游過程之效率。例如，如果一生物反應器被 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4洗格（210X297公釐） I. ^ -^------1T------^ ^ * (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央揉準局員工消费合作社印裝 A7 _B7_ 五、發明説明（！2 ) 用來造成二次污水，或處理過的紙廢品，或者如果一澄清 器被用來處理飲用水，F F I將给與一懸浮固體水平以及 固體性質（粒子尺寸，壓縮性等）之評估。藉由改變此上 游過程之操作參數Μ及監測F F I可改善此F F I對連績 徹量過濾程序，使得有更經濟之性能。 一污垢層之壓縮性爲一特定污垢層隨ΤΜΡ增加阻力 上升之量測。此可被視為F F I之表面上升。某些進料流 為相相當不可壓縮者，或者在一臨界ΤΜΡ值以上變得有 些可壓縮。河水係羼此類。但是，隨“有機”固體水平增 加則壓縮性增加。污水之壓缩性依其性質而定。如果懸浮 .固體水平高，且特別是如果有水蕩存在，壓縮性高。紙廢 品極可壓縮。 已發現良質之二次污水（懸浮固體和可溶BOD低於5) 具有顯·著低於普通或劣質二次污水之壓縮性。若高通量和 較高的ΤΜΡ被使用，則FFI亦低。後者延長化學清潔 之間的時間，減少条统之操作成本。 再循環壓力降爲模組结垢之一量測。已發現在污水絮 凝化Μ除去磷酸鹽時，ΤΜΡ可隨每一次的回洗回收。所 逹到的最高ΤΜΡ可能仍低，但再循環壓力迅速增大。此 業與模組中之固體增加相關聯。這些因素可被用來觸發化 學清潔，而非如同一般地以最高ΤΜΡ為之。 在一如同第6圖所示之第二較佳實施例中，本發明係 由一利用一上述方法測定一進料流之潛在結垢效應的裝置 所組成。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -16 - I | 裝 I 訂 f··^ «* (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 317506 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 Α7 Β7 五、發明説明（η ) 此裝置30包括一試樣容器31和一用手操作的壓力泵32 。一壓力水管33由容器31内部延伸至一過濾室34 ,且在管 道中包括一結合有一第一壓力表36的第一人工操作閥35。 一第二壓力表37亦設置在水管33管線中而在容器31與室34 之間。在一選擇性的實施例中，壓力水管33被省略，且閥 35直接將容器31之內部與過濾室34連接。 過濾室34係適於容納一具有已知性質之用後即窠過濾 元件（未示於圖中）。在一較佳實施例中，可使用0.2；uin 之乙酸缫維素濾紙。 在使用時，進料流試樣係置於容器31内。此装置被起 .動且一清潔過濾元件被装設至過濾室34中。人工操作泵接 著可被操作而使容器加壓至約120kPa左右。 第一閥35在進料流Μ —穩定的50kPa被供给至過濾器 之前均爲開啟者。流經過濾室34之出口側的濾液被收留一 測量燒杯（未示於圖中）中。在每一分鐘末了，濾液之 累積容量被記錄，直至大約16値試樣已被採取為止。 接著流動可被停止且裝置被沖洗及清潔Μ備進一步的 試驗使用。 己記錄之時間與累積容積被輪入一適當的軟體程式中 而此軟體程式依據上文所討論之數學鼷係式計算進料流之 FF I。此FF I可藉由加入外推時間/容積曲線之軟體 常式更精確地被計算。其他的資料處理技術諸如平均或外 推亦可同樣地被應用。 其他的閥38和39係為了起動注液及清潔装置之目的而 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 17 裝------訂------^ •· (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 五、發明説明（14 A7 B7 經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 被設置。亦可提供閥、表或壓力或流量感測器以控制或测 量進料流試樣之特性。 應注意到F F I為進料滾和過濾器之一項特性。藉由 將其他型式之過濾器的性質Μ一範圍之FFI定標，一持 定進料流在一範圍之過濾器型式上的結垢效應可使用一單 一之進料流試樣作定量評估。過濾条統可在不需要大量且 價昂之测試程序下被設計且升级至一特殊的性能水平。 FF I亦可被用來改善、監測及對現存的過濾糸統操 作追査故障。在其聯機形式中，本發明可實施連續或規律 的進料流品質査核。此可使得回洗及維修循環Μ最高效率 蓮轉。 本發明的離線形式可用來追査不包括線上测試之現存 条統之故障。抑或，離線条統，且待別是所述之裝置，可 被使用作在過濾条統設計前評估進料流品質之一種極有價 值的工具。進料流品質之定量評估使条統設計者能更確實 地預測許多不同的過濾元件相應於一特定進料流的可能行 爲。當欲被過濾的進料流爲一獨待或稀有種類時此具有特 殊的重要性。 如同稍前所陳述，回洗效率亦為一有用的控制參數。 如第5圖中所示，在每一次回洗之後，膜之阻力下降但未 回復到原姶值。回洗效率為阻力值回復到接近其原始值之 程度的一量損IJ。 回洗效率（BE)係定義如下： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝_ 訂 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐〉 18 317506 A7 B7 五、發明説明（15 R：

Ri X 100 經濟部中央標準局男工消費合作社印装 其中h二時間i時的阻力（i=l表示恰在前一次回洗之後 ，i= 2表示恰在討論中之回洗之前Μ及i= 3表示恰在討論 中的回洗之後）。 回洗效率可被用來改善回洗之效率。例如，已經證明 增加對機器之空氣線路的容積（並空氣供給）則增加回洗 之最大負TMP。此將增加回洗效率。此外，加入一air on pump on (A0P0)階段亦已證明增加回洗效率。“Air-on-puiap-on”指一種在氣體回洗仍進行中將進料液體重新 引進一連續微量過濾單元之外殼内的程序。一 10秒Α0Ρ0之 持續期間被證明與5秒Α0Ρ0相較並未對回洗效率有進一步 改進。此外，在回洗清除期間一 8000升/小時/模組之橫 向流動被證明提供與4000升/小時/模組相同的回洗效率 。所有的回洗階段，即，送入壓縮空氣之初始期間（前A0 P0) ，Α0Ρ0之長度，淸除階段之速度及持繙期間等皆可被 改善。此可因機器型式、進料型式，一隨時間之特殊進料 ，或者一完全相同的進料-如果高通量比操作成本重要， 而改變。 再者，回洗效率测定可用來改善進料之處理。氯減少 逆向滲透（R0)膜之結垢為週知者，且其亦可在超濾器中 作為一回洗液使用。並不令人感到意外地，相信氯能改善 連續微量過濾之回洗效率，對於汚水以聚丙烯膜過濾和家 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂

A 本紙法尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） 19 _ 1 Q _ 317506 經濟部中央標準局f工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（16) 用水以PVDF膜過濾皆然。其他化學藥品亦可被用來改進回 洗效率。這些化學藥品的濃度K及施加的方式（即，進料 碰到膜之前的時間且可能恰在一次回洗之後施加一較高脈 衝之化學藥品，或僅在一次回洗之後施加化學藥品）可進 一步被改善。使機器在回洗之前蓮轉至其最大TMP可能 更有效。（與在一固定過濾時間之後，或在一預定TMP 或阻力增加之後回洗的現行方法比較）。 此外，利用預塗層來防止固體黏著至膜上可藉回洗效 率測定改善。此具有將雜質收集在塗膜上的效果，塗膜和 雜質在回洗程序期間自膜上被吹除。這些預塗層可被用來 .製造可回洗之超濾器，極微濾器或R0濾器。 利用回洗效率改善程序的一値實例爲飲用水絮凝而除 去真（溶解的）色素。已發現明礬絮凝物之效力隨pH減少 而增加。但是，因pH降至6.0M下回洗效率由98%減至70 %。再將pH上升到6.0M上則情形相反。 有許多测試程序亦可被控制及監測条統應用Μ探知過 濾糸統是否正確地蓮轉並檢査条統性能之故障或惡化。 一廢水過濾条統可包含數百個模組，每一個模組含有 數千條绻維。雖然這些条統故障的情形很稀少，一單一缕 維之故障或損毅可因容使未過濾的流入物進入故障绻維内 部並因而污染濾液而危及整個条統的完整。 一種鑑認一含有故障缕維之模組的已知测試法為擴散 空氣流测試（DAF)。擴散空氣流為藉由在膜内使空氣溶 於水中而自高壓區流向低壓區。在此測試中在缕維與一選 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 20 I 『‘裝------訂------一-^ *f (請先閣讀背面之注意事項再填寫本頁) 五、發明説明（17 A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 定模組或數個模組之外殼間的空間充滿空氣或水，且纖維 的内部被供给加壓空氣。绻維膜先被潤濕而Μ液體充填孔 隙且空氣自缕維内部擴散至绻維外部的速率被測定。在沒 有任何故障纖維之下該速率將與一代表特定膜在一特定壓 力差下由缕維内部至锇維外部的預期擴散流量的參考值相 互關聯。 相當重要地是注意到如果超過一特定壓力則擴散流量 將被孔隙中所產生的氣泡擾亂。此稱之為膜之氣泡點且以 下列方程式定義： 4 .cos(0 ).Β .7 P -- d 其中： P =氣泡點壓力； θ =潤濕角； B=Bechold毛細常數； 7 =潤濕液體之表面張力；以及 d =孔隙直徑。 明顯地，如果一故障纖維存在則測得之速率將較高， 因其包含因空氣流過裂缝而非擴散流過孔隙所造成的因素 。另一種可用於監測绻維内腔之完整性的測試為壓力 衰 減測試。此一測試通常是Μ某種一自種化程序在榛準機器 上進行的形式被提供。藉由DAP测試，缕維内腔首先Μ空 請 先- 閱 讀 背 面I 之 注 意 事 項 再. 装 訂 Λ 本紙蒗尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 21 A7 B7 經濟部中央梂準局貝工消費合作社印製 五、發明説明（18 氣加壓至測試壓力（通常為lOOkPa)保持膜之外殼側飽滿 。一旦測試壓力已達到即將濾液侧密閉且外殼侧被排氣至 大氣壓力。濾液条統隨時間之壓力下降即可被監測。此一 壓力衰減將與流過膜之空氣直接相關，且因而在無漏洩閥 之下與糸統之完整性直接相關。 此測試對於需要低於k«4.5至5.0之完整性水平的条統 特別有用力因其爲一種可在原地實施之簡單且方便的測試 。但是，大於之完整性水平需要低於lkPa/min (0. 14 psi/min)之壓力衰減速率，此為難Μ正確測定者。在此 種情況中DAF測試將可被利用。 這些測試可藉由控制条统Μ規律的間隔及/或回應於 性能參數之一檢測出惡化而自動地實施。 過濾条统使用許多閥來空制其操作且這些閥之正確操 作對於最理想的糸統性能極重要。依據本發明之一形式的 控制糸统提供控制及監測閥的許多選擇。 已發現欲檢測是否在過濾機器上一單一之閥已故障或 漘洩十分困難。嚴重的故障將停止機器工作且僅能由一濾 液故障警報器檢測出。使用一智慧型監測及控制条統使廣 泛地監測閥性能成為可能。控制条統在一預定參考時間測 出機器之一壓力分佈圖且將現時值在規律的時間間隔或連 繪地與參考分佈圖比較。如果無顯著差異，則此被當作機 器正常工作之指檫且所有的閥均正確地操作。任何顯箸之 差異將指示一閥故障且將由監測糸統透露。 下述之實施例說明本發明的一種形式，其有關於一膜 仁紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（2!0Χ297公釐） -22 - I 「‘裝 訂------^ ^ r* (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明説明（19 過濾糸統之回洗循環之壓力分佈圖，但是，如前所述，依 據此一方面之本發明同等地適用於任何過濾条統的操作參 數，例如，聚合物熔體過濾，氣髏過濾以及其中需要規律 清潔過濾器膜之逆滲透糸統。 一回洗分佈圖為一種在回洗循環期間壓力和所產生的 流量的記錄。它提供在回洗期間所發生情況的相當多資料 且被利用在本發明之此一實施例中俥Μ回洗性能診斷在一 連續膜過濾單元中的問題。 由於回洗的性質，壓力和流量迅速變化且因此必須利 用特殊化的資料記錄設備及/或能夠測定並記錄變化的軟 體記錄。最普遍被使用的裝置為藉由一裝配有需要的類比 -數據轉換器及隔離器之膝上型電腦作類比儀器輸入或直 接數位翰入，並Μ—適當的軟體供作所獲資料之收集、儲 存及顯示。在一典型的回洗分佈圖中，有關進料和濾液壓 力以及有關進料（或濾液）流量之資料將被收集。此種設 備典型地係Μ 10至20點/秒之速率取樣資料，例如長時期 收集下每2分鐘做一次比較。 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印製 為了解釋回洗分佈圖，需要對回洗的各不同階段Μ 及其目的做一瞭解。 連績撤量過濾單元之一典型分佈圖繪示於第7圖。所 提出的資料係使用資料記錄設備Μ 20®試樣/秒的取樣速 率被收集。過膜壓力（ΤΜΡ)己自進料與濾液壓力之差 計算出，且亦示於第7圖中。 第7圖中所示之壓力分佈圖含有許多與各回洗步驟相 23 (請先閲讀背**之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 317506 A7 B7 五、發明説明（20 ) 經濟部中央樣準局貝工消费合作社印製 關的特性，包括回洗之效率。Μ下將參考第7圖說明回洗 階段。 參見第7圖，起初的回洗步驟是排放内腔步驟（Α)。此 一步驟之功能是將在以空氣加壓前將液體從内腔中排出。 内腔排放需要足的空氣壓力將液體在一合理時間内從内腔 中推出而不超過膜氣泡點。如果内腔排放壓力太高，空氣 可能穿入至外殼側内。此可能造成在回吹步驟（C)中一降 低的負過膜壓力（ΤΜΡ)及/或不均勻的回洗。如果內 腔未被完全排放則回洗將不均勻。因此，內腔必須被完全 排放Μ逹到最有效的回洗。 次一步驟為加壓步驟（Β)。在此一步驟期間外殼與濾 液側二者應按照理想地加壓至大約600kPa (87 psi)。此 將在回吹期間造成最大負TMP。在第1圖中外殼和濾液 已均一地被加壓至600kPa左右且在此一階段有最小的負T Μ Ρ 〇 加壓步驟接著是回吹步驟（c)。在此步驟因外殼侧閥 之迅速開啟而產生的負ΤΜΡ對於膜之有效回洗很重要。 所產生的負ΤΜΡ依回洗閥打開的速度，空氣在外殼側之 壓力（步驟b以上），以及加速液體必須克服之回洗管路 中的阻力而定。 air on-pump on步驟（D>已被發現在大多數進料流中 為特別有利者。應给予此步驟之程式足夠的時間（最少5 秒）。於此一時刻在分佈圖中增加進料流速有助於確保適 當的進料流量。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁). 裝. 訂 本紙浪尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 24 A7 B7 經濟部中央梂準局貝工消费合作社印裝 五、發明説明（21 ) 在外殼清除階段需要充分的流量Μ確保固體完全由模 組沖走且空氣在過濾及再潤濕之前由外殼侧除去。 假設此步驟之時間根據預定設計清除流量設定，則若 此步驟之流量低於設計流量，固體去除將會不充分而將致 使模組阻塞Μ及不良之回洗回收。如果流置高於設計流量 則結果將是過度的回洗產生，減少總效率。 步驟（F)需要再注滿内腔並於再潤濕之前將剩餘空氣 由濾液条統清除。 如果內腔之充填不完全，將使得空氣在再潤濕之加壓 步驟期間進入内腔，導致一假回洗Μ及因而造成的不良再 潤濕。一過長之排氣步驟不影堪回洗但將增加停車時間及 回洗廢物體積，因此總效率和濾液產生將被降低。 回洗程序之次一階段為再潤濕循環。此一循環需將内 腔回復至一適當狀態Μ重新開始濾液循環。此循環Κ一加 壓步驟（G)開始，且隨同回洗加壓步驟（Β)，濾液和外殼側 壓力應達到至少500kPa但較佳為600kPa (87 psi)。壓力 低於此可能導致不完全潤濕。 再潤濕循環中之次一階是再潤濕排氣步驟（H)°很重 要的是在此一階段外殼和濾液壓力大體上Μ相同速率下降 。如果外殼和濾液壓力Μ不同的時間下降，結果是一負或 正ΤΜΡ尖峰信號而這些是應避免的。 在再潤濕排氣步驟有些空氣由绻維壁釋入外殼侧内。 外殻排氣步驟（I)之目的是在空氣回到濾液（或一第二次 再潤濕）之前由外殼清除。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝_ 訂 本紙張尺度逍用中國國家橾準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -25 - 25 A7 B7 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 五、發明説明（22 ) 進一步回洗操作細節詳述於我們的相關專利申請案， PCT/AU95/00587, AU-A-55847/86, AU-B-34400/84 以及 AU -A-77066/87，這些專利列入本文中K供參考。 回洗分佈圖直接测定壓力和流量（M及其他需要的資 料）。結果能夠發現錯誤，此錯誤用目視檢査閥並非經常 能夠發現。 下列實例係被設計用來對能夠利用分佈圖分析鑑認之 問題型態提供一項指示。 實例卜4M10C CMF單元-再潤濕程式錯誤 第8圖繪示由一裝設在一家用蓄水池上Μ對逆滲透作 預先處理之4M10C機器所獲得之抽點分佈圖。此抽點係用 記錄設備M 20Hz之取樣速率實施者。機器已經操作不良且 需要經常洗滌。 關於循環的回洗部分（0至65)唯一注意到的異常特 擻是在外殼清除期間濾液壓力仍高。此被重新程控在外殼 清除階段開始之後排氣5秒鐘。 與回洗階段不同地，再潤濕分佈圖明顯不正常。一問 題顯然與再潤濕加壓步驟中濾液和外殼侧未均一地加壓且 亦未到達600kPa有闕。此表示空氣從糸統漏出而無法適當 加壓。工廠的周密檢査顯示進料閥在再潤濕加壓階段未關 緊。此係由一容易改正的程式設計錯誤所造成。所產生的 分佈圖示於第9圖。新的分佈圖顯示在外殼清除期間放洩 濾液壓力之效果且亦顯示再潤濕分佈圖之顯著改進。 實例2-90M10C CMF單元-故障濾液閥定位器 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 26 (裝------訂------^..-Λ · (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中夬揉準局男工消費合作社印製 A7 ^____ϋ_ 五、發明説明（23 ) 由90M10C機器所獲得之分佈圖繪示於第圖。在回洗 和再潤濕加壓步驟的加壓均不良。回吹期間tTMP實際 上是正值而非負值，因完全沒有真正回洗。此例中的故障 在於一濾液控制閥。此閥定位器在任何階段均不讓濾液閥 完全關緊。因此，由於空氣持續地經由濾液管路漏失故該 單元無法加壓。 在重新調整濾液控制閥定位器之後，分佈圖重新被記 錄而結果示於第11圔中。負TMP現在是大約380kPa而提 供一良好回洗。 但是，該分佈圖依舊顯示一項在再潤濕排氣期間的小 .問題，在此一期間負TMP尖峰信號的持續時間比理想為 長（大約2. 5秒，建議最高值爲1秒）。經發現此係因程 式錯誤造成外殼侧閥中之一在加壓步驟的起始部分仍部分 打開所致。此令濾液由内腔被推至外殼因而導入過量空氣 至濾液糸統中。結果是濾液排氣因額外的膨脹空氣而未如 平常一般迅速發生。 實例3-300M10-過量之再潤濕壓力尖峰信號 此機器被安装成一飲用水場的一部分以供過濾地面水 之。機器装配有一圖形記錄器Μ監測工場流量和TMP。 圖形記錄器在回洗/再潤濕循環期間指示最高達180 kPa 之壓力尖峰值。有一顧慮是這些尖峰信號可能導致減低的 回洗效率及增加結垢。利用資料記錄設備以20Hz之速率取 樣實施抽點。所產生的分佈圖示於第12圖。 循環的回洗階段顯示一良好的負Τ Μ P (-446 kPa) I-------裝------訂-----—!'線 (請t閱讀t面之注意事項再填寫本I) 本紙張；^1適财關家縣（〔叫<4規格（2獻297公釐)~~~— - 77 - 317506 A7 B7 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 五、發明説明（24 ) 且看起來正常。再潤濕循環為壓力尖峰信號之來源，在加 壓期間為177kPa之正尖峰倍號且在排氣期間是117kPa。 與壓力分佈圖同時檢視順序表顯示尖峰信號對應於進 料與回洗閥之關閉。在此情況中回洗閥關閉的比進料閥快 ，造成外殼側加壓。此係藉由在關閉進料閥之後及在關閉 回洗閥之前導入2秒鐘的遲延而改正。可從第13圖看出討 論中的壓力尖峰信號實質上己被消除。可作進一步的調整 Μ將某些其他尖峰信號減至最低，惟此係不必要者，因其 相當小而不一定成為一問題。 可由依據本發明之控制和監測糸統所提供的另一項特 擻為整値過濾糸統所使用之閥的實際控制。裝配組成一過 濾機器需要對閥操作作仔細的定時且某些此種定時爲位置 特定者。 已經發現藉由脈衝寬度調節閥之操作，它們能夠Μ任 何需要的速率正確打開及關閉。此控制条統可調整閥打開 和關閉的速率。 控制和監測条統亦可監測壓力尖峰且據而控制閥。此 種監測亦可提供閉路控制，其補僂閥經時老化時的性能降 级。 藉由利用開路控制Κ及利用条統内之流量和壓力降之 測定控制迴路作閥之位置控制亦屬可能。 將可理解所述發明之形式並不限定於上述之特定實施 例且在不脫離本發明範圍之下本發明進一步的體現係靥可 能。 各紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 28 - I.-------袭------tT------- ^ -- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明説明（25 ) 元件標號對照表 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 模組..... ......5 試樣容器... ......31 殼套..... ......6 壓力泵..... ......32 纖維..... ......7 壓力水管.· · ......33 插塞..... ......8 過濾室..... ......34 組排..... ......9 人工操作閥. ......35 技管..... .....10 第一壓力表· ......36 Μ....... .....11 第二壓力表. ......37 装置..... .....30 Μ.......... _.38 » 39 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 29

Claims (1)

1. 經濟部中央揉準局里消費合作社印製 317506 I D8 六、申請專利範圍 1. 一種測定一進料流在一具有已知持性之過濾器上的結 垢效應的方法，該方法包括之步驟爲： i〉使進料流通過一具有已知特性之過濾器； ϋ )測定進料流通過過濾器之流動阻力的變化，連繙 式地測定或者經過多數時間間隔測定；以及 m〉由此一數據計算出代表進料流對過濾器之結垢特 性的進料結垢指數（FFI)。 2. 依據申請專利範圍第1項之方法，其中FFI係由將通過 過濾器之阻力變化以被過濾體積之函數作圖並測出在 曲線趨近一直線時之一點或區間處如此所繪出之一曲 線的斜率。 3 .依據申請專利範圍第2項之方法，其中該阻力之變化 係由採取通過過濾器之經時進料流累計體積之讓數而 被測定。 4 .依據申請專利範圍第2項之方法，其中壓力感測装置 係設置於過澳器之任一侧Μ根據過膜壓力（TMP) 降來鑑認阻力變化。 5.—種線上監測並控制一過嫌条統之方法，該方法包括 之步驟為： i )藉由監測糸統的許多操作參數而測定使用在過濾 条統之過濾元件的阻力； ii >利用i >中所測出之阻力值計箕代表進料流對過濾 条統之結垢性質的進料結垢指數；Μ及 姐）依所計算出的進料結垢指數控制過濾条統之操作 f紙張尺度適用中國國家棵準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -30 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 m m 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 ο 6. —種線外測定一進料流之潛在結垢效應的方法，該方 法包括之步驟為： i )以一預定之壓力使進料流之試樣通過一具有已知 性質之過濾器； ii >連績或經過多數時間間隔地測定進料流流動通過 過濾器的阻力變化； iii)由此數據計算出代表進料流試樣在己知過濾器上 之結垢特性的進料結垢指數（FFI〉。 7. 依據申請專利範圍第6項之方法，進一步包括之步驟 為將FFI與一對一使用在一過濾單元中之膜過濾器的 第二FFI相關聯。 8. 依據申請專利範圍第6項之方法，其中FFI是由將通過 過逋器之阻力變化Μ過濾髏積之函數作圖且測出如此 繪成之曲線在曲線趨直線時之一點或區間處的斜率而 計算出。 9. 依據申謓專利範圍第6項之方法，其中過濾器之阻力 變化Μ在多數預定的時間黠記錄已通過過濾器之進料 流的累計體積而測得。 10. 依據申請專利範圍第6項之方法，其中壓力感測装置 是用來測定或估測過濾器阻力之經時變化。 11. 依據申請專利範圍第6項之方法，其中FFI由一電腦回 應於阻力或壓力資料之輸入而被計算 12. 依據申請專利範圍第11項之方法，其中電腦由輸入之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 31 (請先閣讀背面之注意事項再填寫本頁)

   雇 雇 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 資料外推而提供一更正確之FFI。 13. —種藉由依據第1項之方法測定一進料流之潛在結垢 效應之裝置，該裝置包括： 一具有已知性質之過濾器； Μ—預定壓力使一進料流之試樣通過該過濾器之 裝置；以及 测定通過過濾器之進料流流動的經時阻力變化； 根據測得之流動阻力變化定量地計算代表進料流 在過濾器上之結垢性質的進料結垢指數（FFI)M估計 進料流在其他已知過濾器上的潛在結垢效應。 14. 依據申請專利範圍第13項之装置，其中使進料流試樣 通過過濾器之裝置包括一容納試樣之容器，K及將試 樣在容器内加壓Μ將試樣Μ—預先選定之壓力送至過 濾器的加壓装置。 15. 依據申請專利範圍第14項之裝置，其中該加壓裝置係 為一人工操作泵。 16. 依據申請專利範圍第13或14項之裝置，其中該容和加 壓装置Μ—修改之人工操作花園灞水裝置形式被提供 0 17. 依據申請專利範圍第14項之裝置，其中過濾器使用一 乙酸绻维素形式之過濾元件。 18. 依據申請專利範圍第14項之裝置，其中一個或一個Μ 上的人工操作閥被設置Μ灌注並清潔裝置。 19. 一種監測一過濾条統操作之方法，包括Μ下步驟： 衣紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（210X297公釐） -32 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

   317506 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 經濟部中央標準局貝工消費合作社印輦 a>在過濾条统内Μ—預定之取樣速率取樣糸統參數值 9 b) 由所取樣之參數值Μ預定之時間間隔產生一參數分 佈特性；Μ及 c) 分析參數分佈特性Μ探知過濾糸統之正確操作。 20. 依據申請專利範圍第19項之方法，其中該分析步驟包 括將所生成之分佈特性與一需要之特性比較並在所 產生之特性内鑑認出與需要特性镉離之區域。 21. —種監測一過濾糸統之操作的裝置，包括： a)在過濾条統内Μ—預定取樣速率在選定位置取樣条 統參數值之裝置； Μ由所取樣之參數值Μ—預定的時間間隔產生一參數 分佈恃性之装置；Μ及 c)分析此參數分佈特性Μ探知過濾条統之正確操作。 22. 依據申請專利範圍第21項之裝置，其中分析用之装置 可包括將產生之分佈特性與一需要特性比較且鑑認在 所產生的特性範圍内偏離所需特性之區域之裝置。 23. 依據申請專利範圍第22項之裝置，其中由於比較的結 果該分析装置指出造成偏離的可能錯誤並建議問題的 可行解決方式，Μ使得該錯誤可被更正並迴避且条統 操作可回復至最理想之操作。 24. 依據申謓專利範圍第23項之装置，其中一操作者/使 用者被提供所產生之分佈特性的交互顯示且操作指能 夠指出所產生之分佈特性中其所關心的一區域並取得 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

   本紙張尺渡適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 33 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 有關所產生分佈特性之該區域分析的缺點Μ及解決方 式的細節。 25. —種監测並制一過濾条統之方法，該方法包括之步路 驟為： i )在条統回洗循環期間藉由監測条統的許多操作參 數在預定之時刻測出使用於過濾条統之過濾元件 的阻力值； ii )利用i )中所測出之阻力值計算代表過濾条统之回 洗循環效率的回洗效率值；Μ及 m)依所計算的回洗效率值控制過濾条統之操作。 26. 依據申請專利範画第25項之方法，其中在回洗循瓖期 間的测定時間為正好在一先前回洗之後，正好在次一 回洗之前Μ及正好在該次一回洗之後。 27. —種監測並控制一過濾条統之裝置，包括： i )藉由監測条統的許多操作參數在条統之回洗循環 期間於預定之時間測定使用於過濾裝置中之過濾 元件之阻力值的装置； 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 ，(請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ii)利用i )中所測出之阻力值計算代表過濾条統之回 洗循環效率的回洗效率值的裝置；Μ及 ai)依所計算的回洗效率值控制過濾条統之操作的裝 置。 28. 依據申請專利範圍第27項之裝置，其中在回洗循環期 間之預定時間係正好在一先前回洗之後，正好在一次 一回洗之前以及正好在該次一回洗之後。 本紙張尺度適用中國國家揲準（CNS ) A4規格（210X297公釐）