分离膜清洗系统及使用该系统的分离膜清洗方法

摘要

分离膜清洗系统及使用该系统的分离膜清洗方法。所述系统包含膜过滤槽；已处理水储存槽，储存一部分由膜过滤槽产生的已处理水并在反向清洗或化学清洗期间排出已处理水；和在膜过滤槽的化学清洗期间供应化学品的化学品储存槽，其中，由膜过滤槽产生的已处理水通过第一管引入已处理水储存槽，已处理水储存槽通过经第二管排出已处理水而用于反向清洗或者化学清洗的，化学品储存槽通过第三管排出化学品。第一管具有在反向清洗或者化学清洗期间传送化学品至膜过滤槽的第四管，第三管流体地连通第四管，以引入使通过混合化学品和已处理水形成的化学清洗液体引入膜过滤槽。分离膜清洗系统可增加化学品与膜孔的接触面积，能瞬时控制清洗。

说明书

技术领域

本发明涉及一种分离膜清洗系统及使用所述分离膜清洗系统的分离膜清洗方 法。更具体地，本发明涉及一种分离膜清洗系统及使用所述分离膜清洗系统的分 离膜清洗方法，所述分离膜清洗系统能够使化学清洗液体以与浸渍型分离膜水处 理方法中的过滤方向相同的方向循环，从而增加化学品与膜孔的接触面积和化学 清洗效率。

背景技术

在用于水处理的膜过滤过程的操作中，由水中污染物引起的膜堵塞使过滤效 率劣化以至降低产出率，或对于同样的产量需要更多能量。因此，物理清洗方法， 例如反向冲洗和起泡，以及使用化学品的化学清洗方法被用来防止、减轻或去除 膜污垢。可在高温使用化学溶液来进行使用化学品的清洗。在包括安装在外壳上 并且具有过滤回路的加压式膜组件的设备中，因为替代了其中过滤组件直接浸渍 在将被过滤液体（原水）中的浸渍型组件，膜的化学清洗的进行可不使所述膜从 设备分离。这类化学清洗被称为现场清洗，并可使化学品液体仅在再循环回路中 循环。但是，这类过滤设备可以既不连接至外壳也不连接再循环回路。

使用化学品清洗这样的具有浸渍型膜的过滤设备的一种方法包括非原位化学 清洗。非原位化学清洗可以通过连续地从化学清洗箱分离过滤组件并使用化学品 在特制设备中清洗过滤组件来简单地进行。但是，非原位化学清洗不容易实现自 动化。作为另一个实例，有用化学溶液替换在处理罐中的液体，并让清洗液体通 过膜的孔以用所述化学溶液清洗所述具有浸渍型膜的清洗设备的技术。但是，这 个技术需要大量化学品，因此具有低的经济可行性。

通常，在用化学品清洗具有浸渍型膜的过滤设备时，分离膜在搅拌化学品的 同时浸渍在化学清洗液体中或者受到起泡。但是，在这个方法中，膜孔没有有效 地接触化学品。此外，尽管通常通过测量化学清洗完成后的水渗透度来确定清洗 效率，但是在预定清洗时间之前即使当污染物完全从膜上去除到期望程度时可能 也必要进行清洗。此外，在用化学品清洗期间持续地或连续地进行起泡，清洗过 程中可能发生不必要的能量消耗。

发明内容

本发明涉及提供一种分离膜清洗系统以及分离膜清洗方法，所述分离膜清洗 系统可通过使化学清洗液体以与通过膜的过滤方向相同的方向循环而增加化学品 与膜孔的接触面积，在化学清洗期间通过基于循环流速和压力监控化学清洗度而 能够即时控制清洗，并可以优化化学清洗时间，化学品用量，分离膜寿命以及用 于清洗的能量消耗。

本发明一方面涉及分离膜清洗系统，包括：膜过滤槽（bath）；已处理水储存 槽，该已处理水储存槽储存部分由所述膜过滤槽产生的已处理水，并在反向清洗 或者化学清洗期间排出所述已处理水；和化学品储存槽，在所述膜过滤槽的化学 清洗期间供应化学品，其中，由所述膜过滤槽产生的已处理水通过第一管引入所 述已处理水储存槽，所述第一管具有在反向清洗或者化学清洗期间传送所述化学 品到所述膜过滤槽的第四管，所述已处理水储存槽通过经第二管排出所述已处理 水而用于反向清洗或者化学清洗，并且所述化学品储存槽通过第三管排出所述化 学品，所述第三管与所述第四管流体地连通以使通过混合所述化学品和所述已处 理水形成的化学清洗液体引入到所述膜过滤槽。

所述第二管可连接到所述第一管，以与所述第一管流体地连通。

所述的分离膜清洗系统可进一步包括：设置在所述第一管上的产出水泵。

所述的分离膜清洗系统可进一步包括：控制器，所述控制器用于控制所述膜 过滤槽中已处理水的产生，所述化学品储存槽中所述化学品的供应和所述已处理 水储存槽中已处理水的排出。

所述的分离膜清洗系统可进一步包括：从所述第一管分支并与所述第四管流 体地连通的第五管；和设置在所述第五管上的循环泵。

所述第一管至所述第五管的至少一个可具有由所述控制器开启或关闭的截止 阀。

所述的分离膜清洗系统可进一步包含用于所述第一管的压力计，并且所述压 力计的信息可被传送至所述控制器。

所述的分离膜清洗系统可进一步包含用于所述第四管的质量流量计，并且所 述质量流量计的信息可被传送至所述控制器。

由所述膜过滤槽产生的已处理水可被排出到外部或者在过滤期间通过所述第 一管输送到所述已处理水储存槽，并且在化学清洗期间，在通过所述第二管和所 述第四管输送所述已处理水到所述膜过滤槽的同时，所述化学品可通过所述第三 管注入所述第四管。

所述化学清洗液体可通过所述第一管和所述第四管循环，并且通过测量循环 流速和压力计算膜的水渗透度和化学清洗效率。

所述化学品可通过所述第一管和所述第四管循环，并且可通过测量循环流速 和压力计算膜的水渗透度和化学清洗效率。

本发明的另一方面涉及使用根据本发明的分离膜清洗系统的分离膜清洗方 法。所述分离膜清洗方法包括：在排出剩余的已处理水到外部的同时在所述处理 水存储槽中存储一部分所述膜过滤槽的已处理的水；在通过所述第三管排出在所 述化学品储存槽中存储的化学品的同时，通过所述第二管排出在所述已处理水储 存槽中存储的已处理水，所述第二管和所述第三管与所述第四管流体地连通，以 使所述已处理水和所述化学品可以混合，以产生化学清洗液体；将所述化学清洗 液体引入所述膜过滤槽；在所述膜过滤槽中通过膜过滤所述化学清洗液体；和循 环所过滤的化学清洗液体。

可通过产出水泵循环所述过滤的化学清洗液体。

所述产出水泵可设置在所述第一管上。

可通过循环泵循环所述过滤的化学清洗液体。

所述循环泵可设置在从所述第一管分支并与所述第四管流体地连通的第五管 上。

所述方法可进一步包括：在监控化学清洗效率的同时，测量循环流速和压力， 以控制化学清洗。

附图说明

从结合附图的下面实施方式的详细说明中，本发明的上述和其它方面、特征 和优点将显而易见，其中：

图1是根据本发明的一个实施方式的分离膜清洗系统的图；

图2是根据本发明的实施方式的分离膜清洗系统中在化学清洗液体循环阶段 之前的工艺流程的图；

图3是根据本发明的实施方式的分离膜清洗系统中化学清洗液体循环阶段的 工艺流程的图；

图4是根据本发明的另一个实施方式的分离膜清洗系统中在化学清洗液体循 环阶段的工艺流程的图；

图5是根据本发明的分离膜清洗系统的反向循环冲洗工艺的图；以及

图6为描述根据时间的化学清洗效率的图。

具体实施方式

以下，将参考附图详细描述本发明的实施方式。应当理解本发明不局限于下 列实施方式并可以不同的方式实现，给出下面的实施方式仅用于提供本发明的完 全公开，并向本领域技术人员提供本发明的透彻了解。同样地，应当注意附图并 非精确比例，并且为了附图说明的清楚，放大了一些尺寸，例如宽度，长度，厚 度等等。尽管为了方便描述，附图描述了一些元件，本领域技术人员将很容易了 解其他元件。应当注意全部附图都是从观测者视角描述的。应理解的是当一个元 件被称为在另一个元件“上面”或“下面”时，所述元件可直接形成在另一个元 件的上面或下面，或者其间还可存在插入元件。此外，应理解的是本领域普通技 术人员可以不同的方法实现本发明，而不背离本发明的范围。全部附图中，相似 的附图标记表示相似的部件。

根据本发明的一个实施方式，分离膜清洗系统包括：膜过滤槽；已处理水储 存槽，该已处理水储存槽储存部分由所述膜过滤槽产生的已处理水并在反向清洗 或者化学清洗期间排出所述已处理水；和化学品储存槽，在所述膜过滤槽的化学 清洗期间供应化学品，其中，由所述膜过滤槽产生的已处理水通过第一管引入所 述已处理水储存槽，所述第一管具有在反向清洗或者化学清洗期间传送所述化学 品到所述膜过滤槽的第四管，所述已处理水储存槽通过经第二管排出所述已处理 水而用于反向清洗或者化学清洗，并且所述化学品储存槽通过第三管排出所述化 学品，所述第三管与所述第四管流体地连通以将所述化学品引入到所述膜过滤槽。

图1至图3是根据本发明的一个实施方式的分离膜清洗系统示意图。参考图1 至3，根据所述实施方式的分离膜清洗系统包括膜过滤槽100，化学品储存槽200， 和已处理水储存槽300。膜过滤槽100具有膜组件110。膜组件110可以是浸渍型 膜组件，包含浸渍在膜过滤槽100中的膜。由膜过滤槽中的膜组件过滤的产出水 通过产出水泵4的吸入压传送至已处理水储存槽300，已处理水储存槽300通过第 一管L1连接到膜组件的水收集部。第一管L1具有在产出水泵4前后的阀1和阀 2。

已处理水储存槽300可以储存一些由膜过滤槽100生产的已处理水，以在反 向清洗或化学清洗期间排出所述已处理水。当储存在已处理水储存槽300的已处 理水用于化学清洗时，可以使用供应已处理水的第二管L2。第二管L2连接第一 管L1，并且通过第二管L2供应的已处理水由产出水泵4传送到第四管L4。第四 管L4从第一管L1伸出并与第三管L3流体地连通，第三管L3连接化学品储存槽 200，由第一管L1供应的已处理水和由第三管L3供应的化学品相混合产生化学清 洗液体，接下来，所述化学清洗液体通过第四管L4串联式（in-line）地引入膜过 滤槽100。根据本发明，产出水泵4可以向已处理水储存槽300供应产出水，可以 供应用于化学清洗的已处理水，并可以使化学清洗液体循环。第三管L3可以具有 化学清洗泵9和用于排出化学品的阀8，第四管L4可以具有阀7。

图4和5示意地显示了根据本发明的另一个实施方式的分离膜清洗系统。在 图4中，根据该实施方式的分离膜清洗系统可以进一步包含分离循环泵14。因为 当所述化学品以与通过产出水泵4生产水相同或相似的流速循环时，所述膜组件 可由于高压而遭受工作载荷的显著增加，所以单独地提供循环泵14给所述清洗系 统，以低流速地循环化学清洗液体。循环泵14可以产出水泵4的约1/5到1倍的 流速运转。当单独提供循环泵14时，循环泵14可以位于第五管L5上，第五管 L5从第一管L1分支。为了化学清洗循环，第五管L5可以再次连接第一管L1，或 者连接将与第一管L1流体地连通的第三管L3或第四管L4。第五管L5可以具有 在循环泵14前后的阀12和阀13。

参见图5，根据本发明的分离膜清洗系统可以进一步包含用于反向清洗的第六 管L6。第六管L6可从第一管L1分支，并可通过产出水泵4从已处理水储存槽300 将已处理水引入到膜组件的水连接部。

根据本发明的分离膜清洗系统可以进一步包括提供给连接到膜过滤槽100中 的膜组件110的第一管L1的用于测膜内压差的压力计11，以便通过测量循环流速 和压力监控化学清洗效率，还包括控制器（未显示）。

以下将描述通过根据本发明的分离膜清洗系统的水净化方法和反向清洗方 法。这里，除非特别提及，认为阀都是关闭的。参见图1，当开启阀1和阀3，使 原水引入膜过滤槽100时，通过产出水泵4的吸入压在浸渍型膜组件的水收集部 中产生负压，并在从灌封在所述膜组件中的中空纤维膜的外侧穿过到内侧时，通 过膜孔进行过滤。过滤的已处理水通过第一管L1输送到已处理水储存槽300。参 见图5，可在存储在已处理水储存槽300中的所述已处理水以连续地通过第二管 L2、第一管L1、第六管L6、和再次第一管L1的顺序被引入到膜组件110的水收 集部之后，从中空纤维膜内侧到外侧进行反向清洗。

图1显示了根据本发明的一个实施方式的分离膜清洗方法。根据该实施方式 的方法包含：在排出剩余的已处理水到外部的同时在所述处理水存储槽中存储一 部分所述膜过滤槽的已处理的水；在通过所述第三管排出在所述化学品储存槽中 存储的化学品的同时，通过所述第二管排出在所述已处理水储存槽中存储的已处 理水，所述第二管和所述第三管与所述第四管流体地连通，以使所述已处理水和 所述化学品可以混合，以产生化学清洗液体；将所述化学清洗液体引入所述膜过 滤槽；通过所述膜过滤槽中的膜过滤所述化学清洗液体；和循环所述过滤的化学 清洗液体。

图2是根据本发明的实施方式的方法中在化学清洗液体循环阶段之前的工艺 流程图。参见图2，首先，排出膜过滤槽中全部浓缩的水。当排空浸渍型膜的分离 膜过滤槽时，通过打开阀5、阀7和阀8并运转产出水泵4而使在已处理水储存槽 中收集的已处理水通过第二管L2和第一管L1排出到第四管L4。通过运行化学清 洗泵9而通过第三管L3将化学品储存槽200中的化学品引入第四管L4。引入到 第四管L4中的已处理水和化学品相互混合，以生成化学清洗液体，并通过第四管 L4串联性地引入膜过滤槽100。

将参考图3说明化学清洗液体的循环阶段。在阀1、阀7和阀8开启之后，运 行产出水泵4，以循环化学清洗液体。当运行产出水泵4时，负压在浸渍型膜组件 的水收集部产生，并且膜过滤槽中的化学清洗液体被引入浸渍型分离膜组件。化 学清洗液体可在从所述中空纤维膜的外侧穿过到内侧的同时，通过膜孔被过滤， 过滤后的化学清洗液体可以通过第一管L1引入第四管L4以进行循环。过滤后的 化学清洗液体也可与从化学品储存槽200排出的化学品进一步混合，以进行循环。

以下将描述使用根据本发明的另一实施方式的分离膜清洗系统的分离膜清洗 方法。根据本发明的该实施方式的分离膜清洗系统包括代替所述产出水泵的用于 化学清洗液体循环的分离的循环泵14。在使用该系统的分离膜清洗方法中，除了 循环化学清洗液体的步骤，在该实施方式中，从膜过滤槽排出浓缩水的步骤、混 合已处理水储存槽的已处理水和化学品储存槽的化学品的步骤和将化学清洗液体 引入膜过滤槽的步骤都与使用根据本发明的所述一个实施方式的分离膜清洗系统 的分离膜清洗方法相同。参见图4，在使用根据这个实施方式的分离膜清洗系统的 化学清洗液体的循环步骤中，在阀7、阀8、阀12和阀13开启之后，运行循环泵 14以循环化学清洗液体。当运行循环泵时，负压在浸渍型膜组件110的水收集部 产生，并且膜过滤槽中收集的化学清洗液体引入膜组件。化学清洗液体可在从中 空纤维膜的外侧穿过到内侧的同时，通过膜孔被过滤，并且，过滤后的化学清洗 液体可以通过第一管L1和第五管引入第四管L4，以用于循环。过滤后的化学清 洗液体也可与从化学品储存槽200排出的化学品进一步混合，以进行循环。

如上述，根据本发明的分离膜清洗系统可以进一步包括用于测量循环流速和 压力以监控化学清洗效率的压力计11；用于测量循环流速的质量流量计10；和控 制器（未显示）。

控制器测量水渗透度并计算恢复率以预期和控制污染膜的恢复度，即，基于 计算的恢复率的化学清洗效率。首先，当膜过滤槽过滤的化学清洗液体循环时， 测量渗透流速和压力（在膜之间的压差）来测定水渗透度。当基于水渗透度计算 恢复率时，可以根据恢复率预期化学清洗效率。

具体地，图6是用于说明本发明化学清洗效率的描述化学清洗时间和化学清 洗效率之间关系的图。参见图6，通过测量渗透流速和压力，并计算在化学清洗液 体循环期间的膜的水渗透度和恢复率，监控预定化学清洗时间t1前的化学清洗效 率。如果所测的化学清洗效率是足够的（情况1），清洗将立即（t2）结束以使化 学清洗时间最小化，并使由于接触化学品的分离膜寿命减少最小化，同时可以通 过在化学清洗期间的化学品间歇性起泡和循环使能量消耗最小化。在另一实例中， 当到预定化学清洗时间t1所测的化学清洗效率不足时（情况2），化学品循环持 续，不停止化学清洗，直到获得期望的化学清洗效率，由此可以通过提高化学清 洗效率而减少清除时间和化学品的使用。在另一个实例中，当考虑到所测的清洗 效率不可能用当前化学品通过延长时间来达到期望的清洗效率时（情况3），可立 即准备例如另一类型的化学品、化学品温度变化等其它的化学清洗条件，以减少 提供差的清洗效果的时间周期（a部分），从而使化学清洗时间和能量消耗最小化。

与其中膜浸渍在化学清洗液体中的清洗方法相比，在根据本发明的分离膜清 洗方法中，化学清洗液体以与过滤方向相同的方向循环，以形成进入到膜孔中的 化学清洗液体流，由此可以通过增加膜孔和化学品的接触而提高化学清洗效率。 此外，尽管在典型的化学清洗方法中，通过测量在化学清洗完成之后的膜的水渗 透度确定化学清洗效率，但是可通过监控化学清洗液体循环期间的化学清洗效率 来确定化学清洗/循环阶段中的化学清洗效率。因此，可以即时控制化学清洗。

应理解本领域技术人员在不背离本发明精神和范围下可做出各种修改、变化、 更改和等价实施方式。