连续批次式或批次式过滤处理装置及其运转方法

摘要

本发明涉及连续批次式或批次式过滤处理装置及其运转方法，更详细而言，涉及一种具备串联配置一个原水流入泵与多个管型膜的分离膜模块，具备另外的使得能够保持适当线速度、实现自动控制的装置的连续批次式或批次式过滤处理装置及其运转方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种具备使得保持适当线速度并实现自动控制的装置的连续 批次式或批次式过滤处理装置及其运转方法。

背景技术

分离膜(Membrane)是指不仅能够有选择地使特定成份通过，从而实现 不溶解的粒子分离的普通过滤(Filtration)，而且甚至能够实现溶解于液体 的溶存物质或混合气体的分离的特殊材质的膜。

分离膜根据其性能，分为微滤膜(MF；Microfiltration Membrane)、超滤 膜(UF；Ultra filtrati on Membrane)、纳米滤膜(NF；Nan filtrati on Membrane)、 反渗透膜(RO；Reverse Osmosis Membrane)、离子交换膜(IE； Ion  Exchange)、电透析膜(ED；Electrolyte Dialysis)、气体分离膜(GAS；Gas  Separation/PV)以及血液透析膜(Hem dialysis)，根据使用目的适当地选择。

另外，根据其形态，分为螺卷型(Spiral-wound)、中空纤维型(Hollow  -Fiber)、管型(Tubular Type)、平板型(Plate&Frame type)以及蜂窝型模块 (Monolith type)等。

管型膜采用在耐压容器内集中放置多个板状分离膜元件的形态，一般 位于直径12～25mm的能够承受高压的多孔性管内。就所述管型膜而言， 具有高压的流入水流入管内，此时，过滤处理的生产水透过膜，通过膜流 到外部，留于管内部的浓缩水从另一侧末端流出管外。

大韩民国专利注册第10-0420763号提出一种利用膜分离的水处理装 置，由多个管型膜构成单元，以相同方向填充于既定长度的管体，构成分 离膜模块。

所述管型膜与其它分离膜相比，供应所需的流路入口大，能够加大原 水的流速，具有污垢抵抗性大的优点，但是，由于一般以高流速运转，因 而具有能源消耗多的缺点。

特别是利用管型膜的水处理装置，由于需要保持初始线速度，因而使 用高容量的泵，此时，原水的温度因泵的热而上升。因此，为了防止温度 上升，在原水槽前端安装热交换器等追加设备，降低水温。另外，由于管 型膜运转特性上的原因，自动控制困难，迄今在管型膜运转中无法轻松应 用自动控制。

【在先技术文献】

【专利文献】

(专利文献1)大韩民国专利注册第10-0420763号

发明内容

(要解决的技术问题)

为了解决所述问题，本发明人经多方研究，当串联配置管型膜时，由于 保持线速度，因而能够几乎无限大地配置管型膜，着眼此于，发明了具备维 持所述线速度所需的自动调节阀、高容量的泵的装置，利用这种装置，发明 了利用管型膜的过滤处理的自动化控制方法。

因此，本发明的目的在于提供一种无需另外的热交换器，利用一个原水 流入泵便能够驱动的连续批次式或批次式过滤处理装置。

另外，本发明的目的在于提供一种利用所述装置，能够在保持既定线速 度的同时，在短时间内生产既定生产水的运转方法。

(解决问题的手段)

为达成所述目的，本发明提供一种连续批次式或批次式过滤处理装置， 其特征在于，具备：

原水蓄流槽，其用于存储原水；

流入原水槽，其利用配管与所述原水蓄流槽连接，供原水及循环水流入；

分离膜模块，其利用配管与所述流入原水槽连接，由多个管型膜构成；

原水流入泵，其与所述流入原水槽和分离膜模块的连接配管连接，用于 把所述流入原水槽内原水及循环水注入分离膜模块；

生产水蓄流槽，其利用配管与所述分离膜模块一侧连接，用于存储通过 其过滤处理而生产的生产水；

循环管线，其利用配管与所述分离膜模块的另一侧连接，使通过其过滤 处理而产生的浓缩水作为循环水流入到流入原水槽；及

排出管线，其用于把流入原水槽内原水与循环水的混合水的一部分作为 排出水排出到外部；

自动控制装置，其用于控制所述生产水的生产与排出水的排出。

其特征在于，此时，所述连续批次式或批次式过滤处理装置，

为控制原水的流入，在原水蓄流槽与流入原水槽的连接配管中具备原水 流量计和第1自动阀，

为测量循环水的流量，在分离膜模块与流入原水槽的连接配管中具备循 环水流量计和第2自动阀，

为测量生产水的流量，在分离膜模块与生产水蓄流槽的连接配管中具备 生产水流量计，

为测量排出水的流量，在排出管线中具备第3自动阀。

另外，本发明提供一种连续批次式或批次式过滤处理装置的运转方法， 其特征在于，

利用具备原水蓄流槽、流入原水槽、原水流入泵、由多个管型膜串联配 置的分离膜模块以及生产水蓄流槽的连续批次式或批次式处理装置，

由利用原水流入泵，使从原水蓄流槽供应的原水从流入原水槽透过分离 膜模块，由此获得的生产水生产到外部，浓缩水作为循环水，通过内部循环 管线返送到流入原水槽，把包括所述流入原水槽内原水与循环水的混合水的 一部分排出到外部的连续处理工序构成，

在逆向清洗后再次生产步骤处理时，调节循环管线内第2自动阀的初始 开闭率，使得保持既定线速度，调节原水流入泵的转数，使得控制生产水的 生产量。

(发明的效果)

本发明的装置使用一个原水流入泵，无需另外的热交换器，便能够实现 生产水的生产。

另外，使用一个原水流入泵，导致分离膜的温度上升，这给分离膜的效 率带来积极影响，为使这种影响实现最大化，通过使用循环水，控制原水的 温度。与此同时，具有能够实现装置的小型化与简化的优点，能够延长逆向 清洗周期。

特别是借助安装于各装置构成要素的阀门及传感器的监控，能够以自动 化设备实现生产，在原水处理时，为控制线速度及生产水量，同时调节循环 水的阀门开闭率及原水流入泵的转数，从而能够在短时间内实现既定生产水 的生产。

另外，浓缩水排出时，根据温度及浓度调节原水流入量，必要时，也能 够实现原水浓缩水的生产。

附图说明

图1是显示本发明一个体现例的过滤处理装置的模式图。

图2是显示利用图1所示装置的过滤处理方法的顺序图。

图3是显示利用本发明的装置的不同温度下膜差压变化的图表。

图4是显示通过原水处理而在生产水生产工序中产生的浓缩水与排出水 的控制的顺序图。

图5是显示在用于原水浓缩的处理工序中产生的浓缩水与排出水的控制 的顺序图。

【符号说明】

10：原水蓄流槽                        20：流入原水槽

30：分离膜模块                        31：管型膜

40：原水流入泵                        50：生产水蓄流槽

60：循环管线                          70：排出管线

F1：原水流量计                        F2：生产水流量计

F3：循环水流量计                        V1：第1自动阀

V2：第2自动阀                        V3：第3自动阀

T1：温度传感器                        C1：浓度传感器

L1：水位传感器                        P1：前端压力传感器

P2：后端压力传感器

具体实施方式

下面进一步详细说明本发明。

图1是显示本发明一个体现例的过滤处理装置的模式图。

如图1所示，所述过滤处理装置由原水蓄流槽(10)、流入原水槽(20)、分 离膜模块(30)、原水流入泵(40)、生产水蓄流槽(50)、循环管线(60)及排出管线 (70)构成。

原水蓄流槽(10)用于存储原水，可以是通常的存储装置。

流入原水槽(20)利用配管与原水蓄流槽(10)连接，从所述原水蓄流槽(10) 流入原水，供借助于后续说明的循环管线(60)返送的循环水流入。

此时，所述原水蓄流槽(10)与流入原水槽(20)的连接配管安装用于原水流 入控制的原水流量计(F1)及第1自动阀(V1)，自动控制从原水蓄流槽(10)流入 的原水。

所述流入原水槽(20)安装有用于测量温度的温度传感器(T1)、用于测量浓 度的浓度传感器(C1)和用于测量原水水位的水位传感器(L1)。

此时，第1自动阀(V1)的开启/关闭借助于能够测量流入原水槽(20)内温 度、浓度及原水水位的温度传感器(T1)、浓度传感器(C1)及水位传感器(L1) 的监控，通过控制装置进行控制。

温度传感器(T1)测量流入原水槽(20)内存在的原水和循环水的混合水的 温度。当所述混合水的温度超过设置温度时，从原水蓄流槽(10)注入温度较低 的原水，降低混合水的温度，当温度不足设置温度时，测量浓度，排出到外 部。此时，为根据设置温度控制原水的流入和外部排出，温度传感器(T1)测 量的数值通过另外的控制装置传递给第1自动阀(V1)，使得能够控制其的开 启/关闭。

浓度传感器(C1)安装用于在混合水内存在浓缩水时对所述浓缩水进行回 收。具体而言，测量流入原水槽(20)内存在的原水和循环水的混合水的浓度， 当所述混合水的浓度超过设置浓度时，移送到与流入原水槽(20)另行连接的回 收槽，排出到外部，当不足设置浓度时，持续地执行运转，使得达到设置浓 度。此时，为根据设置浓度控制外部排出与运转，浓度传感器(C1)测量的数 值通过另外的控制装置传递给第1自动阀(V1)及后续说明的第3自动阀(V3)， 使得能够控制其的开启/关闭。

水位传感器(L1)测量流入原水槽(20)内原水和循环水的混合水的水位，调 节来自原水蓄流槽(10)的原水流入。此时，为了调节原水的流入，水位传感器 (L1)测量的数值通过另外的控制装置传递给第1自动阀(V1)，使得能够控制其 的开启/关闭。即，设置原水蓄流槽(10)内混合水的上限及下限水位，开启第1 自动阀(V1)以使原水流入或关闭，切断流入的原水，使得符合利用水位传感 器(L1)测量的水位。

原水流入泵(40)用于把流入原水槽(20)内原水和循环水的混合水注入分 离膜模块(30)，使用高容量的泵。特别是如后续说明所示，通过串联配置分离 膜模块(30)内分离膜，能够使用一个高容量的泵。

特别是借助于所述原水流入泵(40)驱动时产生的热，使分离膜的温度上 升，这种温度上升提高分离膜的效率(即透过度)。但是，过度的温度上升反而 导致效率低下，在本发明中，由于不使用另外的热交换器，因而需要控制因 所述原水流入泵(40)导致的温度变化。因此，在本发明中，使经过原水流入泵 (40)流入分离膜模块(30)的原水的温度保持既定，这种温度保持是通过温度传 感器(T1)监控温度后，使原水从原水蓄流槽(10)流入到流入原水槽(20)，从而 进行调节，使得保持设置温度。结果，具有的优点是，借助于保持既定水平 的温度的混合水，分离膜模块(30)内管型膜(31)的透过度上升。

分离膜模块(30)利用配管与流入原水槽(20)连接，由多个管型膜(31)构成。 所述多个管型膜(31)如图1所示串联配置，考虑泵容量、生产水的生产量等进 行选定。此时，管型膜(31)的配置也可以并联配置，但为了借助于原水流入泵 (40)诱发迅速的线速度，应使用高容量的泵，如果并联配置，则应与管型膜(31) 的个数相应地安装泵。因此，在本发明中执行串联配置，具有一个高容量泵， 执行过滤处理。

另外，就管型膜(31)而言，利用高容量的泵，诱发管型膜(31)内部的迅速 的线速度，具有几乎不出现管型膜(31)表面异物堵塞现象的优点，在本发明的 分离膜模块(30)中，无法应用平板型、螺卷型或中空纤维型的分离膜。

这种管型膜(31)的材质、尺寸等在本发明不进行特别限定，可以使用在该 领域市销或公知的所有管型膜(31)。

优选地，在分离膜模块(30)中，在混合水流入的入口与浓缩水(循环水)排 出的出口分别加装有前端压力计(P1)和后端压力计(P2)，可以安装数个至数十 个，使得所述前端压力计(P1)与后端压力计(P2)的压力差保持0.1kgf/cm²以上。 更优选地，所述分离膜模块(30)串联配置4～10个构成，最优选地，串联配置 6～8个管型膜(31)构成。

流入管型膜(31)的混合水生产成透过其的生产水(即，处理的)和无法透过 的浓缩水(循环水)。

为收集所述生产水，分离膜模块(30)利用配管与生产水蓄流槽(50)连接。 此时，生产水蓄流槽(50)与多个管型膜(31)利用配管个别地连接，使得生产水 在全体分离膜模块(30)中，不是通过一个排出口获得，而是通过个别管型膜(31) 的排出口获得。

与分离膜模块(30)连接的生产水蓄流槽(50)的连接配管安装有用于测量 流入的生产水的流量的生产水流量计(F2)。借助于所述生产水流量计(F2)，测 量生产水的流量，根据此时测量的流量，控制原水流入泵(40)的转数。

另外，浓缩水作为循环水移送到循环管线(60)，此时，所述浓缩水不是通 过个别管型膜(31)分别移送到循环管线(60)，而是采用移送到第二个管型膜(31) 等的方式，使第一个管型膜(31)生产的浓缩水能够在第二个管型膜(31)中再次 进行过滤处理，通过最后一个管型膜(31)获得的浓缩水直接移送到循环管线 (60)。

循环管线(60)用于使从分离膜模块(30生产的循环水能够移送到流入原水 槽(20)，在所述循环管线(60)上加装有能够测量循环水的流量的循环水流量计 (F3)以及用于对循环水的流量进行控制以便既定地保持线速度的第2自动阀 (V2)。

借助于所述循环管线(60)，循环水与原水一同注入流入原水槽(20)，此时， 所述原水与循环水的混合水内包含固形物质的混合水，作为排出水排出到外 部。此时，对固形物质外部排出的判断，最终借助于流入原水槽(20)内加装的 浓度传感器(C1)进行监控，通过与所述流入原水槽(20)连接的排出管线(70)实 现排出。

所述排出水通过与排出口连接的排出管线(70)排出，此时，在所述排出管 线(70)安装有用于控制排出水的流入/流出的第3自动阀(V3)。因此，借助于 所述浓度传感器(C1)，如果流入原水槽(20)内混合水的浓度超过既定浓度，则 对第3自动阀(V3)进行开启/关闭。

所述的装置构成具备用于自动控制的控制装置，以便自动地执行，可以 体现图1的过滤处理装置的自动化设备。

所述控制装置是用于根据通过流入原水槽(20)内温度传感器(T1)、浓度传 感器(C1)及水位传感器(L1)测量的数值，控制第1自动阀(V1)及第3自动阀(V3) 的开启/关闭，根据通过循环水流量计(F3)测量的数值，控制第2自动阀(V2) 的开闭率，根据通过生产水的流量计(F2)测量的数值，控制原水流入泵(40) 的转数的控制装置，使用公知的控制装置。

利用所述装置的生产水的生产

利用具备原水蓄流槽、流入原水槽、原水流入泵、由多个管型膜串联连 续配置的分离膜模块、及生产水蓄流槽的连续批次式或批次式处理装置，

由利用原水流入泵，使从原水蓄流槽供应的原水从流入原水槽透过分离 膜模块，由此获得的生产水生产到外部，循环水通过内部循环管线返送到流 入原水槽的运转方法实现。

具体参照附图进一步详细说明。

图2是显示利用图1所示装置的运转方法的顺序图。

如图2所示，生产水的生产经过如下步骤执行：

(S1)步骤，使原水蓄流槽(10)内存储的原水流入到流入原水槽(20)；

(S2)步骤，把所述流入原水槽(20)的原水利用原水流入泵(40)移送到串联 连续配置有多个管型膜(31)的分离膜模块(30)；

(S3)步骤，从所述分离膜模块(30)生产的生产水移送到生产水蓄流槽(50)， 生产生产水；

(S4)步骤，使从所述分离膜模块(30)获得的浓缩水通过循环管线(60)，作 为循环水返送到所述流入原水槽(20)进行循环；

(S5)步骤，所述流入原水槽(20)内原水与循环水的混合水的一部分作为排 出水排出到外部。

首先，使原水蓄流槽(10)内存储的原水流入到流入原水槽(20)(S1)。

原水可以是地表水、地下水、海水、生活污水、高浓度的工业污水等所 有种类的原水，在本发明中不进行特别限定。作为一个示例，当是硅污水时， 通过装置获得的生产水可以再利用为工业用水等，可以对硅污水中的硅进行 浓缩并回收。

所述流入原水槽(20)通过内部加装的温度传感器(T1)测量温度，当所述流 入原水槽(20)内原水(及与循环水的混合水)的温度超过既定水平时，注入温度 较低的原水。所述原水的注入以借助于与温度传感器(T1)连接的另外的控制 装置，以自动控制第1自动阀(V1)的开启/关闭的方式实现。

然后，把所述流入原水槽(20)的原水，利用原水流入泵(40)移送到多个管 型膜(31)串联连续配置的分离膜模块(30)(S2)。

此时，控制原水、循环水及生产水的流量，使得与分离膜模块(30)连接的 前端压力计(P1)和后端压力计(P2)的压力差保持0.1kgf/cm²以上。

就所述原水流入泵(40)的运转而言，借助于后续说明的生产水流量计 (F2)，测量生产水的流量，调整原水流入泵(40)的转数。否则，为了调节生产 水的生产量，应首先控制恒流量，为此，以生产水流量计(F2)的信号值为基 础，通过原水流入泵(40)的转数调节，使得能够以用户输入的流量进行生产。

即，如果生产水的流量少，则使原水流入泵(40)的转数增加，如果多，则 向使转数减少的方向执行。

此时，优选原水流入泵(40)的转数执行0.1～0.5Hz的增减。

特别是在生产水的生产后，执行逆向清洗工序，再次进入生产步骤时， 不是从0Hz执行初始转数，而是存储于控制装置(Programmable Logic  Controller，PLC：可编程序逻辑控制器)后，直接应用此前生产步骤的转数，缩 短查找原水流入泵(40)设置值所需的时间，从而迅速地控制恒流量。

然后，从所述分离膜模块(30)生产的生产水移送到生产水蓄流槽(50)，生 产生产水(S3)。

在分离膜模块(30)内各个管型膜(31)中生产的生产水通过连接配管移送 到生产水蓄流槽(50)。所述生产水可以根据各自的目的，在多种领域使用，作 为一个示例，可以用作生活用水、农业用水、工业用水等，或者可以用作河 流维持用水或娱乐用水等公共性质的用水。

此时，生产水的生产量调节如所述(S2)中所提到的，以如下方式实现， 即，利用生产水流量计(F2)测量生产水的量，借助连接于所述生产水流量计(F2) 的另外的控制装置，调节原水流入泵(40)的转数。

然后，从所述分离膜模块(30)获得的浓缩水通过循环管线(60)，作为循环 水返送到所述流入原水槽(20)进行循环(S4)。

注入流入原水槽(20)的循环水与原水一起，作为混合水供应给分离膜模块 (30)，用于生成生产水。

通过加装于循环管线(60)的循环水流量计(F3)，测量循环水的流量，通过 第2自动阀(V2)控制返送到所述流入原水槽(20)的循环水的流量。

为了防止所述分离膜模块(30)内管型膜(31)的膜污染，应保持快速的线速 度，如果利用循环水流量计(F3)输入适合分离膜模块(30)的线速度，则第2自 动阀(V2)自动开闭进行运转，使得自动达到线速度。

此时，如果在第2自动阀(V2)100％开启的状态下开始运转，则难以自动 达到所需的线速度，如果在0％开闭状态下开始运转，则与生产水控制联动， 很难实现工序稳定化。因此，各步骤结束后，重新开启第2自动阀(V2)时， 控制初始开闭率预先打开20～50％，优选预先打开20～30％，然后再关闭，以 这种方式进行控制，以便能够达到线速度，与生产水控制联动时，使得能够 迅速实现工序稳定化。

这种线速度的控制也可以根据选择，以其它方式执行。即，可以使用生 产水流量计(F2)与第2自动阀(V2)，调节生产水的生产量，通过循环水流量计 (F3)与原水流入泵(40)的转数控制，能够控制循环水的流量，即，能够控制线 速度。

然后，把所述流入原水槽(20)内原水和循环水的混合水的一部分作为排出 水排出到外部(S5)。

返送到流入原水槽(20)的循环水作为浓缩水，包含大量的固形物质等，当 再次注入分离膜模块(30)时，过滤效率及性能大幅下降。因此，所述流入原水 槽(20)内原水与循环水的混合水的浓度如果浓缩到既定水平以上，则通过排出 管线(70)将其排出到外部。

所述排出的排出水包括高浓度的固形物质，直接放流，或当所述固形物 质是需要回收的物质，例如是硅等时，优选回收所述排出水。

就回收而言，可以配备用于回收的另外的回收槽(图中未示出)，所述回收 槽利用配管与流入原水槽(20)和排出管线(70)连接。此时，排出管线(70)安装 有用于排出水的排出的第3自动阀(V3)。另外，流入原水槽(20)通过安装用于 测量原水与循环水的混合水浓度的浓度传感器(C1)测量浓度，当超过既定水 平浓度时，通过与浓度传感器(C1)连接的控制装置，控制第3自动阀(V3)的 开启/关闭。

通过排出管线(70)的排出水的方式大致可以分为两种方式，可以以通过原 水处理获得生产水的第1方式、用于原水浓缩的第2方式进行。

图4显示出以第1方式、图5显示出以第2方式进行时的控制方式。

就第1方式而言，开启第1自动阀(V1)，使原水流入到流入原水槽(20)， 利用水位传感器(L1)，连续注入至既定水位后，关闭第1自动阀(V1)。

接着，利用流入原水槽(20)内温度传感器(T1)，当超过设置温度时，再次 开启第1自动阀(V1)，使原水流入，降低水温。

当流入原水槽(2)内温度不足设置温度时，通过浓度传感器(C1)测量浓度。

所述测量的浓度如果不足设置浓度，则等待至浓度上升时，如果浓度超 过设置浓度，则开启第3自动阀(V3)，通过排出管线(70)，排出排出水。

由于排出水的排出，流入原水槽(20)的原水水位降低后，再次利用水位传 感器(L1)，连续注入原水至设置水位，执行如前所述的处理工序。

就第2方式而言，与第1方式相同，开启第1自动阀(V1)，使原水流入 到流入原水槽(20)，利用水位传感器，连续注入至设置水位后，关闭第1自动 阀(V1)。

接着，利用流入原水槽(20)内温度传感器(T1)，当不足设置温度时，通过 浓度传感器(C1)测量浓度，结果，如果超过使用者需要的设置浓度，则关闭 第3自动阀(V3)，通过排出管线(70)排出排出水。

但是，利用流入原水槽(20)内温度传感器(T1)，当超过设置温度时，利用 浓度传感器(C1)测量浓度，当未浓缩至使用者设置的浓度时，为保护分离膜 而使原水流入。

此时，原水的流入不是如第1方式所示，根据流入原水槽(20)内水位传感 器(L1)，注入至设置水平的方式，而是持续监控水温和浓度，在不对分离膜 模块(30)造成影响的范围内，少量地注入原水。

借助于所述原水的注入，流入原水槽(20)的温度下降，此时，优选原水注 入前与注入后的温度差异在设置温度差以下的范围内。

所述的本发明的装置使用一个原水流入泵，无需另外的热交换器，通过 循环水的使用，便能够控制原水的温度，因而具有能够实现装置的小型化及 简化的优点，能够延长逆向清洗周期。

具体而言，利用本发明中体现的装置执行水处理，此时，通过温度传感 器(T1)测量流入原水槽(20)内温度，利用分离膜模块(30)的前端压力计(P1)及 后端压力计(P2)，测量因温度引起的膜差压，显示于图3中。

如图3所示，随着水处理装置的运转，借助于原水流入泵，流入原水槽 的温度上升，借助于这种温度上升，分离膜模块的膜差压显示出减小倾向。 从所述膜差压减小的结果可知，在体现本发明的装置时，能够使分离膜模块 的过滤周期延长。

特别是借助安装于各装置的构成要素的阀门及传感器的监控，能够以自 动化设备进行生产，在原水处理时，为了控制线速度及生产水量，同时调节 循环水的阀门开闭率及原水流入泵的转数，从而能够在短时间内实现既定的 生产水的生产。

另外，在浓缩水的排出时，根据温度及浓度设置调节原水流入量，必要 时也可进行原水浓缩水的生产。

【工业上的利用可能性】

本发明的过滤处理装置及方法能够有效地应用于水处理领域。