TWI428168B

TWI428168B - Anti - fouling device for membrane filter

Info

Publication number: TWI428168B
Application number: TW100134871A
Authority: TW
Inventors: Wang Yung Chuan Lee
Original assignee: Wang Yung Chuan Lee
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2014-03-01
Also published as: US20130075322A1; US8945386B2; TW201313293A; JP2013071119A; JP6029405B2; CN202924814U

Description

薄膜過濾裝置之防污堵設備

本發明與水處理有關，特別是關於一種薄膜過濾裝置之防污堵設備。

水是維持人類生存與生活不可或缺的元素之一。水也是支撐工業生存與發展的重要項目之一。在工業發展快速的今日，工業用水之需求已遠遠超過以往，而工業用水對於生態環境的污染問題，也日趨嚴重。

在過去，工廠或其他事業單位所產生的廢(污)水，需經過一定的處理程序，例如：曝氣、沉澱、過濾、化學凝聚、活性碳吸附、為生物處理等，方可排放於外。而排放工業廢水對於環境污染的影響，各國政府對於工業廢水的排放多有相關的規範，以期降低對環境的影響。

近年來，由於全球氣候異常，各地水資源枯竭的情況日趨嚴重。工業用水的需求已嚴重排擠了民生用水、農業用水與其他用水。有鑑於此，工業用水的循環再利用，已成為現今廢(污)水處理的一個新的議題。

活性污泥膜過濾系統(Membrane BioReactor,MBR)為目前高度發展的一種水處理技術。MBR是指將膜分離技術與生化處理技術結合的一種新型污水處理技術，它是利用膜微孔截留的作用，將厭氧或好氧系統的活性污泥截留在反應器中，通過提高活性污泥濃度、延長泥齡以及優異的固液分離能力，來提高降解效率，達到排放標準或更高的水回收標準。MBR通常應用於二級生物處理，由於具有生物處理與薄膜過濾之特性，其處理水質可達到三級處理之性能。

圖1表示一種在MBR系統中常見的薄膜過濾裝置104，包含有：一框架106，可區分為下側的曝氣區以及上側的薄膜區。在曝氣區中則裝設有曝氣單元108。該曝氣單元108包含有一主空氣管道110以及若干與主空氣管道110垂直的支空氣管道112。該等支氣管112與該主空氣管道110連通，且其上設置有氣孔112。一鼓風機(未顯示)，連接於該主空氣管道110之一端，用以提供壓縮空氣由該等氣孔114逸出。在薄膜區中裝設有若干膜元件116，而每一膜元件116經由一空氣管118與一集水管120連通。請參閱圖2所示，該膜元件116具有一支撐板122，其兩側分別設置有一過濾膜124。該支撐板122為一中空的板材，其上端具有一取水口126與中空內部連通，而空氣管118的一端則是連接於該取水口126。

使用時，將數個薄膜過濾裝置104安裝於一污水池(未顯示)中。池中的污水由二膜元件116之間的間隙流入該過濾膜124，污水經該過濾膜124過濾後，進入支撐板122中，再由取水口126、空氣管118而進入該集水管120中，以將過濾後的水送至下一階段。

污水流過該過濾膜124過濾時，無可避免的會有污泥附著於過濾膜124上。而該曝氣單元108的部分作用即在於去除這些附著在過濾膜124上的污泥。然而，由於二膜元件116之間的間距相當小(一般大約在8mm左右)，而且連接於該集水管120的抽水馬達(未顯示)必須是間歇性運轉，以至於在抽水馬達運轉時，過濾膜124會緊貼於支撐板122上，而在抽水馬達停止運轉時，過濾膜124會放鬆。在一吸一放之間，附著在過濾膜124上的污泥理應會隨清洗空氣之刮除力而剥落，然實際上却仍不同預期而極易產生架橋的作用，架橋後的污泥是很難利用曝氣設被清除的，因而產生污堵的情況。因此，在一段時間後，需要進行藥液清洗。嚴重時，需要將該膜元件116取出清洗。

本發明之主要發明目的在於提供一種薄膜過濾裝置之防污堵設備，可有效清除附著於過濾膜上的污泥，以增加過濾裝置的效率。

為達成前述之發明目的，本發明所提供之薄膜過濾裝置之防污堵設備，其中該薄膜過濾裝置具有一框架，其中裝設有若干膜元件以及一曝氣單元，而每一膜元件具有一中空基座，該基座的兩側分別設置有過濾膜，該防污堵設備具有一清除單元，而該清潔單元包含有：一組軌道，設置於該框架上；以及一清潔組，設置於該軌道上，可受驅動而沿該軌道移動；該清潔組包含有：一上支架，位於該等膜元件的上方；一下支架，位於該等膜元件的下方；以及若干清潔條，兩端分別連接於該上支架與該下支架；該等清潔條分別穿過該等膜元件之間的間隙。

當該清潔組受驅動而移動時，該等清潔條可刮除附著於該等過濾膜上之污泥。

在一實施例中，該軌道位於該等膜元件的上方，該上支架設置於該軌道上，並可沿該軌道移動。

在一實施例中，該下支架具有預定重量，並呈懸空狀，以受一曝氣單元的作用而產生晃動，藉以提高清潔條的清除效果。

在一實施例中，該上支架與該下支架的延伸方向與該軌道垂直，且其長度大於該等膜元件併排後的總厚度。

在一實施例中，該清除單元更包含有一張力調整器，用以調節該等清潔條的張力。

在一實施例中，該張力調整器包含有若干彈簧，一端設置於該上支架上，另一端則連接於該清潔條。

在一實施例中，該等清潔條的表面可為平滑、具有紋路或是具有刷毛。

請參閱圖3所示，本發明一較佳實施例所提供之薄膜過濾裝置1主要包含有：一框架10，其中若干膜元件12、一曝氣單元14、一清除單元16以及一水力噴射單元18。其中，該曝氣單元14、該清除單元16與該噴射水單元18為本發明之防污堵設備。

該框架10與習用裝置相同，恕不重複其詳細結構。另外，該等膜元件12，與習用裝置相同，具有一呈板狀的中空基座，該基座的兩側分別設置有膜墊(未顯示)與過濾膜，而該基座的上端具有一取水口。該等膜元件12呈並排狀設置於該框架10的上側，每一膜元件10利用一管子20連接該取水口與一集水管22。該框架10放置於一汙水池(未顯示)中，令汙水可由二膜元件12間的間隙流經該等過濾膜過濾之，過濾後的水則由上端的取水口流至該集水管22。該框架10與該等膜元件12之功能與作用與習用裝置相同，恕不重複其內容。

該曝氣單元14亦與習用裝置相同，設置於該框架10中，位於該等膜元件12的下方。該曝氣單元14具有一空氣管道包含主空氣管道24以及若干與主空氣管道24垂直的支空氣管道26。該等支空氣管道26與該主空氣管道24連通，且其上設置有氣孔28。一鼓風機(未顯示)，連接於該主空氣管道24之一端，用以提供壓縮空氣由該等支空氣管道26的氣孔28逸出。同樣的，該曝氣單元14之功能與作用與習用裝置相同，恕不重複其內容。

該清除單元16具有一組軌道30以及一清潔組。該等軌道30架設於該框架10的上端，位於該等膜單元12的上方。該等軌道30的延伸方向與該等膜單元12平行。該清潔組具有一上支架32、若干清潔條34以及一下支架36。該上支架32與該等軌道30結合，可受驅動而沿該等軌道30移動。該上支架32與下支架36的延伸方向與該等軌道30垂直，且其長度大於該等膜元件12併排後的總厚度。請參閱圖4所示，該等清潔條34的一端固定於該上支架32，然後通過該等膜元件12之間的間隙連接於該下支架36。該下支架36位於該等膜單元12的下方，而呈懸空狀。

請參閱圖5所示，在該上支架32上設置有張力調整器38，用來調整該等清潔條34的張力。在本實施例中，該張力調整器38為若干彈簧，一端設置於該上支架32上，另一端則連接於該清潔條34。該下支架36具有一定的重量，用以拉撐該等清潔條34以及該等彈簧38，使該等清潔條34具有一定的張力。當使用一段時間後，某些清潔條34可能產生疲勞、鬆弛的情況。此時，該張力調整器38即可提供其彈力，使鬆弛的清潔條34仍能具有一定的張力。

當一驅動元件，如：馬達(未顯示)驅動該上支架32沿該等軌道30移動時，該等清潔條34即會劃過該等膜單元12的過濾膜的表面，藉以刮除附著於過濾膜上的污泥。藉由物理上的直接接觸，即使是產生架橋後的污泥，也可輕易地為該等清潔條34所移除。另外，由以上的敘述可知，該下支架36是呈懸空(無支撐)的狀態，是以，其會被曝氣單元14所產生的氣泡以及噴射水單元18所產生的噴射水流(於後續詳述)所擾動，而產生不規則的晃動或是振動。該下支架36的晃動或是振動有助於強化該等清潔條34刮除附著於過濾膜上的污泥的效果。

在本發明中，該等清潔條34為線體。可為複合材料線，例如尼龍線、碳纖線等，或是棉線。以其表面型態區別，可為具有光滑表面的線體，或是具有紋路的線體。清潔條34上的紋路可為特別設置或是編織線(圖6)上既有的紋路。另外，亦可在清潔條34’上設置有刷毛40(圖7)。具有紋路的清潔條34理論上可提供較佳的刮除效果。

請參閱圖8所示，該水力噴射單元18同樣是設置於該框架10內，位於該等膜單元12的下方與該曝氣單元14的下方。該水力噴射單元18具有一組軌道42、一水管道44，其上設置有若干噴嘴46，以及一水管48。該水管道44為一中空的管體，結合於該等軌道42上，令其可沿該等軌道42移動。該水管48之一端連接至該水管道44，另一端則連接一加壓機(未顯示)，以提供加壓後的水至該水管道44，使噴射水流由該等噴嘴46往該等膜單元12射出。該水管道44受一驅動機構(未顯示)，例如馬達，的驅動，而沿該等軌道42移動，令噴射水流可沖到所有膜單元12。該水管48為一軟管，並保留預定的長度，避免影響到該水管道44的移動。

在該水力噴射單元16所提供的噴射水流與該曝氣單元14所提供的氣泡的交互作用下，可提供更佳的清除該等膜單元12之過濾膜上的污泥的效果，其理由如下：

1.　噴射水流可提高氣泡上升的速度，因此，在本發明所提供的薄膜過濾裝置1中，該曝氣單元14與該等膜單元12之間的距離可以縮短，也就是該框架10可具有較小的高度。其原因為：曝氣的氣泡要能產生一定的清除效果，必須要具有一定的上升速度。假設氣泡在水中上昇的加速度為a，因此需要有一定的距離，讓氣泡加速到預定的速度。然而，本發明之水力噴射單元18所提供的噴射水流，可降低氣泡上升時所受的阻力，並輔助氣泡上升的速度，也就是可提高氣泡上昇的加速度，因此該曝氣單元14與該等膜單元12之間的距離可以縮短，但可達到更佳的清除效果。

2.　水力噴射單元18所提供的噴射水流與該曝氣單元14所提供的氣泡的交互作用，可增加清除該等膜單元12之過濾膜上的污泥的剪力。在之前的敘述中，噴射水流固可提高氣泡上升的速度。然而，當噴射水流沖入曝氣氣泡中後，亦因阻力的減少，而加快其速度。故稱噴射水流與氣泡的交互作用，可增加清除的剪力。

該水管道44移動的方式可設定為：1)一預定時間間隔後，移動一(數)次，或是來回移動一(數)次；2)以預定速度反復來回移動；3)依需要而啟動，例如：偵測該等膜單元12的壓差升高至某一預定值後，始啟動該水管道44移動。

圖9顯示本發明之第一種將曝氣單元與水力噴射單元整合在一起的設計50。該整合設計具有一組軌道52以及一基座54。該基座54內部設置有空氣管道與水管道(未顯示)，而上端則設置有若干氣孔56與噴嘴58，連接至內部的空氣管道與水管道。該基座54分別連接一條空氣管60與一條水管62，讓該等氣孔56與噴嘴58，分別噴出氣泡與噴射水流。

設定該基座54沿軌道52以預定方式移動，讓氣泡與噴射水流的交互作用可確實清除附著在膜元件上的汙泥。另外，由於曝氣單元的氣孔數量的減少，因此對於動力的需求亦可大幅減少。

氣孔與噴嘴的數量可視實際需要有所增減，一般而言，氣孔數多於噴嘴數為較佳的。依據發明人的實驗，氣孔數與噴嘴數的比例在2：1左右可產生較好的清除效果。

此外，曝氣單元與水力噴射單元可為固定式或移動式，或者一者為固定式、另一者為移動式。移動的方向可為如圖9所示之平行於膜元件的橫向式移動，或是如圖3所示的垂直於膜元件的縱向式移動。另一種方式為雙向式移動法，也就是曝氣單元與/或水力噴射單元的長度只是膜元件的一半或更少，曝氣單元與/或水力噴射單元先以橫向式移動清洗一部分的膜元件，然後進行縱向移動，再進行橫向移動，以清洗另一部分的膜元件。

圖10顯示本發明中第二種整合曝氣單元與水力噴射單元整合在一起的設計64。該整合設計64具有一主空氣管道66以及若干與主空氣管道66連通且呈垂直的支空氣管道68。請參閱圖11所示，在該主空氣管道66中另設有一主水管道70以及於該等支空氣管道68中具有支水管道72。該等支水管道72連通該主水管道70。該等支空氣管道66上間隔設置有氣孔74與噴嘴76，該等噴嘴76則是與該支空氣管道68內的支水管道72連通。該主空氣管道66主要是供壓縮空氣流過而到達該等支空氣管道68，再由該等氣孔74散溢於外。該主水管道70則是提供加壓水流，流經該等支水管道72，最後由該等噴嘴76噴出。

圖12顯示第三種將曝氣單元與水力噴射單元整合在一起的整合單元78，主要是將前述之設計顛倒過來，也就是水力噴射單元的主水管道80與支水管道82在外，而曝氣單元的主空氣管道84與支空氣管道86在內。而噴嘴88與氣孔90設置於支水管道82上，且氣孔90與支空氣管道86連通，分別產生噴射水流與氣泡。第三種整合設計78與第二種整合設計64的功能與作用相同，容不贅述。

本發明所提供之曝氣單元與水力噴射單元亦可設置於另一種膜元件92上。請參閱圖13所示，該膜元件92之上下各具有一基座94,96，該上、下基座94,96之間連接有若干呈長條狀的過濾膜98。該等過濾膜98呈中空狀，污水由外側流經該等過濾膜98以過濾之。過濾後的水則由中空區而流至上方的基座82，最後流至集水管(未顯示)。請參閱圖13所示，下方的基座94上可設置有本發明之曝氣單元的氣孔100與水力噴射單元的噴嘴102。氣孔100與噴嘴102呈交錯設置，並位於該等過濾膜84之間，以提供氣泡與噴射水流，直接清洗該等過濾膜98上的污泥。

藉由以上所述的防污堵設備，曝氣單元、清除單元與水力噴射單元，可確實清除附著於膜元件的過濾膜上的污泥，即使該污泥己產生架橋，利用本發明所提供的防污堵設備也可以輕易地清除。另外，前述之曝氣單元、清除單元與水力噴射單元可視需要單獨或組合使用，亦可達成所需要的功能與效果。

以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本創作說明書及申請專利範圍所為之等效結構變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

1‧‧‧本發明薄膜過濾裝置

10‧‧‧框架

12‧‧‧膜元件

14‧‧‧曝氣單元

16‧‧‧清除單元

18‧‧‧水力噴射單元

20‧‧‧管子

22‧‧‧集水管

24‧‧‧主空氣管道

26‧‧‧支空氣管道

28‧‧‧氣孔

30‧‧‧軌道

32‧‧‧上支架

34,34’．．．清潔條

36．．．下支架

38．．．張力調整器

40．．．刷毛

42．．．軌道

44．．．水管道

46．．．噴嘴

48．．．水管

50．．．第一種整合曝氣單元與水力噴射單元之設計

52．．．軌道

54．．．基座

56．．．氣孔

58．．．噴嘴

60．．．空氣管

62．．．水管

64．．．第二種整合曝氣單元與水力噴射單元之設計

66．．．主空氣管道

68．．．支空氣管道

70．．．主水管道

72．．．支水管道

74．．．氣孔

76．．．噴嘴

78．．．第三種整合曝氣單元與水力噴射單元之設計

80．．．主水管道

82．．．支水管道

84．．．主空氣管道

86．．．支空氣管道

88．．．噴嘴

90．．．氣孔

92．．．膜元件

94．．．上基座

96．．．下基座

98．．．過濾膜

100．．．氣孔

102．．．噴嘴

104．．．習用薄膜過濾裝置

106．．．框架

108．．．曝氣單元

110．．．主空氣管道

112．．．支空氣管道

114．．．氣孔

116．．．膜元件

118．．．軟管

120．．．集水管

122．．．支撐板

124．．．過濾膜

126．．．取水口

圖1為習用膜過濾裝置之立體圖；圖2為習用膜過濾裝置之過濾膜之立體圖；圖3為本發明一較佳實施例之立體圖；圖4為本發明一較佳實施例之框架內部的部分正視圖；圖5為本發明一較佳實施例之清除單元之局部立體圖；圖6為一種清潔條之立體圖；圖7為另一種清潔條之立體圖；圖8為本發明一較佳實施例之曝氣單元與水力噴射單元之局部立體圖；圖9為本發明一較佳實施例之第一種整合曝氣單元與水力噴射單元之設計之局部立體圖；圖10為本發明一較佳實施例之第二種整合曝氣單元與水力噴射單元之設計之局部立體圖；圖11為圖10之剖視圖；圖12為本發明一較佳實施例之第三種整合曝氣單元與水力噴射單元之設計之剖視圖；圖13為另一種膜過濾裝置之立體圖；以及圖14顯示本發明之曝氣單元與水力噴射單元設置於該下方基座上。

1‧‧‧本發明薄膜過濾裝置

10‧‧‧框架

12‧‧‧膜元件

14‧‧‧曝氣單元

16‧‧‧清除單元

18‧‧‧水力噴射單元

20‧‧‧管子

22‧‧‧集水管

24‧‧‧主空氣管道

26‧‧‧支空氣管道

28‧‧‧氣孔

30‧‧‧軌道

32‧‧‧上支架

34‧‧‧清潔條

36‧‧‧下支架

42‧‧‧軌道

44‧‧‧噴嘴基座

46‧‧‧噴嘴

48‧‧‧水管

Claims

一種薄膜過濾裝置之防污堵設備，其中該薄膜過濾裝置具有一框架，其中裝設有若干膜元件，而每一膜元件具有一中空基座，該基座的兩側分別設置有過濾膜，該防污堵設備具有一清除單元，而該清潔單元包含有：一組軌道，設置於該框架上；以及一清潔組，設置於該軌道上，可受驅動而沿該軌道移動；該清潔組包含有：一上支架，位於該等膜元件的上方；一下支架，位於該等膜元件的下方；以及若干清潔條，兩端分別連接於該上支架與該下支架；該等清潔條分別穿過該等膜元件之間的間隙，當該清潔組受驅動而移動時，該等清潔條可刮除附著於該等過濾膜上之污泥。
依據申請專利範圍第1項所述之薄膜過濾裝置之防污堵設備，其中該軌道位於該等膜元件的上方，該上支架設置於該軌道上，並可沿該軌道移動。
依據申請專利範圍第2項所述之薄膜過濾裝置之防污堵設備，其中該下支架具有預定重量，並呈懸空狀。
依據申請專利範圍第1項所述之薄膜過濾裝置之防污堵設備，其中該上支架與該下支架的延伸方向與該軌道垂直，且其長度大於該等膜元件併排後的總厚度。
依據申請專利範圍第1項所述之薄膜過濾裝置之防污堵設備，其中該清除單元更包含有一張力調整器，用以調節該等清潔條的張力。
依據申請專利範圍第5項所述之薄膜過濾裝置之防污堵設備，其中該張力調整器包含有若干彈簧，一端設置於該上支架上，另一端則連接於該清潔條。
依據申請專利範圍第1項所述之薄膜過濾裝置之防污堵設備，其中該等清潔條的表面為平滑。
依據申請專利範圍第1項所述之薄膜過濾裝置之防污堵設備，其中該等清潔條的表面具有紋路。
依據申請專利範圍第1項所述之薄膜過濾裝置之防污堵設備，其中該等清潔條的表面上設置有刷毛。
依據申請專利範圍第1項所述之薄膜過濾裝置之防污堵設備，其中該等清潔條可為複合材料線或是棉線。