CN101524625A - 一种多孔分离膜的清洗方法 - Google Patents

Abstract

一种多孔分离膜的清洗方法，属于膜分离技术领域。其特征是在处理高固含量物料的膜分离过程中，应用膜组件底部清洗单元：即当启动参数被激活后，关闭循环泵(4)和阀门(5)、阀门(9)和阀门(14)，开启阀门(8)和阀门(12)，膜组件中的液体在重力作用下流出膜组件，将膜组件底部积累的污染物冲出膜组件。启动参数是过滤计数器、过滤时间间隔、启动压力和跨膜压差中的一个，或者全部或部分的组合。膜组件底部清洗单元单独运行，或者集成到反洗过程中，以增强清洗效果。本发明的效果和益处是该方法有效地防止了膜流道和流道入口处的堵塞，延长了膜分离过程的稳定运行周期，广泛适用于膜生物反应器等处理高固含量物料的膜分离过程。

Description

一种多孔分离膜的清洗方法

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，涉及一种多孔分离膜的清洗方法，尤其涉及一种处理高固体含量的物料的多孔分离膜的清洗方法。

背景技术

膜分离技术是一种高新技术，在水处理、废水资源化、生化产品分离纯化等方面有着广泛的应用。对于处理高固含量浮物液体的膜分离过程，如膜生物反应器，市政污水的深度处理，以及其它悬浮物杂质含量很高的水处理过程，高浓度悬浮物的存在，使得膜在使用过程中很容易因悬浮物的堆积而形成膜污染，造成膜的渗透通量随时间很快衰减，膜分离过程的可靠性受到影响。如何克服膜污染成为膜分离技术应用中的关键问题。在大规模的膜分离技术应用过程中，另一个重要问题是膜组件内部流道的堵塞。比如，在膜生物反应器中，流道入口经常被沉积的活性污泥或者头发、线团、树叶等其它颗粒阻塞，造成膜组件入口处的压力上升。流道堵塞的直接后果是整个膜***的有效膜面积大量减少，处理能力急剧降低。而且，在流道入口被阻塞的情况下，流体的分布也会变得不均匀，进一步加重膜污染和堵塞。为维持相同循环流量和处理能力，必然增加所需要的能量，膜分离技术的经济性受到影响。

中国专利CN1164506C公开了一种在陶瓷膜生物反应器中利用向膜管曝气的方式来控制膜污染的方法。该发明在膜组件的底部安装了一种气升式装置，推动液体在膜管中流动，强化清洗效果。美国专利US6921483B2描述了一种竖直放置的浸没式膜装置，膜组件由单片多孔陶瓷膜组成，在膜组件底部的进料口安装了气体喷射单元。世界专利WO0226363A2公开了一个气体分布装置，该气体分布装置将空气分配***放置在膜组件的底部，提供较为均匀的气体分布。在世界专利WO9704857A1中，用于清洗的空气通过膜的渗透侧被输送到需要分离的液态物料侧(原料侧)，形成和需要分离的液态物料垂直流动的操作模式。欧洲专利EP0659694B1公开了一种管式膜和活性污泥污水处理单元的集成过程。活性污泥和空气在管式膜的内表面同向流动，且流动方向与管式膜轴向平行。日本专利JP61293504公开了一种分离膜组件的设计，采用气体清洗中空纤维膜外表面的污染物。通过膜组件底端的空气通道，可以连续或者间断地提供气体，用来减小因杂质堆积而导致的膜污染。日本专利JP63104609公开了利用气液混合液体来驱动液体流动，从而避免使用循环泵的技术。在气体的推动下，气液混合物在分离膜之间上升，产生相对于膜表面的相对流动，达到减小杂质沉积的目的。欧洲专利EP0510328B1描述了一种浸没式的膜***，平行组装在一起的平板膜被封装在一个有上下两个开口的外壳里，平板膜之间的空间或流道足够大，以保证由风机提供的空气和活性污泥混合产生的气泡能够自由通过。然而，因为不能很好地控制空气供应，膜表面上沉积的污染物不能有效剥离。而且，由于空气不能在每个流道很好的分布，造成污染物在膜表面进一步聚结，甚至造成流道被外来污染物颗粒完全阻塞，***的有效膜面积大幅下降。

在某些情况下，比如在气升式膜生物反应器***中，在不破坏活性污泥絮体的条件下，使用泵来驱动污泥在膜组件的底部和顶部之间循环。或者连续或者间歇地以特定的流速向膜组件的底部鼓入空气，提升污泥絮体，同时防止污泥絮体在膜的内表面上形成滤饼层。然而，由于污染物的来源十分复杂，在长时间运行中，很多污染物如头发、线头、树枝、树叶等会逐渐积累，造成膜组件底端的堵塞。一旦膜组件的底端被堵塞，就会造成流体分布不均匀，在流动速度较低的区域，悬浮颗粒杂质的沉积将会加重，膜污染更严重。以上所提及的发明没有解决如何避免或者减缓由污染物造成的膜组件底端的堵塞问题。

在处理高固含量悬浮液体时，膜腔很容易被阻塞。一旦发现膜腔被阻塞，就必须把膜从装置上拆下来进行清洗。常规的做法是：***停车，人工打开并取掉膜组件底部的端帽，使用刷子或其它机械工具清理膜组件底部的阻塞物。根据具体情况进行反洗，以进一步提高清除效率。重新安装端帽，连接好所有接口。显然，这种常规的膜组件清洗方法比较耗时。现有的解决办法之一是采用网状的过滤筛。过滤筛是整个过程中的一个新的单元，其孔径尺寸非常关键。孔径尺寸过小，对高浓度悬浮液体的平均流量太小，反冲洗过于频繁，降低整个过程的效率和经济性。如果孔径尺寸过大，堵塞膜组件底端的污染物可以轻易地通过，起不到保护过分离膜的作用。经验表明，一毫米左右的过滤筛可以有效地去除大部分堵塞膜组件底端的污染物。然而，仍有小部分污染物通过过滤筛，在膜过滤***积聚，通常堆积在膜组件的底端。因此，采用过滤筛无法完全克服膜组件底端的堵塞问题。

处理高固含量悬浮液体的膜分离过程遇到的另一个问题是：即使用粗过滤器和精细过滤器能够去除大于一定尺寸的外来颗粒，也总有一些颗粒或线状物质闯入膜分离***中。而且，膜分离***内也会形成一些颗粒。众所周知，黏附在反应器的器壁、管道、以及在线测量仪器的外壳上的失活污泥是很难降解的，而且失活污泥较为坚硬，会损坏分离膜。在活性污泥沿着膜腔由膜组件的底端向上端循环的过程中，接近或大于管径的外来颗粒将聚集在膜组件的底部，堵塞流道。在极端情况下，一些外来颗粒甚至挤入膜腔内，破坏分离膜的有效分离层，缩短膜分离过程的运行周期。

发明内容

本发明要解决的技术问题是由膜污染，特别是组件底端堵塞造成的膜分离过程不能长时间稳定运行的问题，本发明提供一种多孔分离膜的清洗方法，防止膜流道和流道入口的堵塞，实现膜分离过程的长周期稳定运行。

本发明的技术方案是采用膜组件底部清洗单元，防止膜流道和流道入口的堵塞，下面结合附图对本发明所提供的多孔分离膜的清洗方法作进一步的说明。

图1是集成膜组件底部清洗单元的处理高固含量悬浮液体的膜分离过程的流程示意图。源水通过管道1输送到过滤器2，经初步过滤后进入膜分离***的源水池3。过滤器2的有效过滤尺寸由原水中所含的固体颗粒直径，以及分离任务的要求确定，其尺寸一般在0.5到10毫米之间。源水池3中的液体为固含量很高的未处理液体，其固含量范围在0.01-30g/L，或者更优在0.1-20g/L之间，最优范围在4-15g/L之间。开启阀门5，源水池3中的液体由循环泵4输送到膜组件6的底端7。膜组件6由许多根中空纤维膜或者管式膜组成。液体在膜腔内输送到膜组件的另一端，通过开启的阀门8回到源水池3。经过膜过滤的液体渗透到膜腔的外侧，通过开启的阀门9和管道10输送到产水池11。图1所示的膜组件采用内压式操作，但是，本发明的原理并不局限于内压式操作形式。

随着过滤时间的延长，源水中的固体杂质在膜组件底部堆积，从而堵塞了流体通过的流道，本发明的关键点之一是膜组件底部清洗程序的启动条件。使用预设过滤计数器，当过滤计数器达到预设数值，比如1-2000个过滤周期，最优为5-1000个过滤周期，启动膜组件底部清洗程序。所述的过滤周期是由过滤-反洗两个步骤组成。其次，通过设置固定时间间隔的方法，启动膜组件底部清洗程序，即根据源水的固含量，设置相应的启动膜组件底部清洗程序的时间间隔，所述的时间间隔可以在0.1-1000小时之间，最优在1-100小时之间。再次，通过在膜组件底部安装压力传感器来检测膜组件的底部压力，设置一定的临界压力，作为启动膜组件底部清洗程序的开关。所设置的临界压力称为启动压力。在过滤过程中，外来污染物或污泥逐渐在膜组件的底部积累，或者在膜表面集聚，造成流道变窄，阻力增大。在膜腔流体流量不变的情况下，循环泵的能耗上升。当膜组件底部的压力增大到预设的启动压力时，启动膜组件底部清洗程序。此外，跨膜压差也是膜组件底部清洗程序的启动参数。跨膜压差是膜渗透侧和源水侧的平均压力差，其作用机制和启动压力类似。过滤计数器、过滤时间间隔、启动压力和跨膜压差还可以全部或部分组合使用，作为膜组件底部清洗程序的启动参数。

膜组件底部清洗单元的具体工作方式为：在操作程序中设置相应的膜组件底部清洗程序和相应的启动参数，运行膜分离***，当启动参数被激活后，开始运行膜组件底部清洗程序：即关闭循环泵4和阀门5、阀门8保持开启，阀门9和阀门14关闭，开启阀门12，膜组件中积累的液体在重力作用下流出膜组件，将膜组件底部积累的污染物冲出膜组件，经过管道15输送到废水收集池，经进一步的净化处理后，用泵打回过滤器2。这样可以避免由于膜组件底部清洗造成的水回收率的降低，或者在膜生物反应器中大量活性污泥的流失。

如果仅依靠重力作用来对膜组件底部进行清洗，清洗效率难以控制，更为有效的是将膜组件底部清洗与膜组件反洗结合起来。一般反洗过程如下：停止循环泵4，关闭阀门5、阀门8和阀门9，阀门12保持关闭，开启反洗泵13、阀门14和阀门16，在预先设置的反洗流量或者压力下进行反洗。反洗后含有杂质的水通过管道17收集到储存池后，或者经过进一步处理后排放，或者经过处理后返回到源水池中3。如果固定反洗流量，一般设置反洗流量为过滤流量的1到5倍，或者更优的设置为过滤流量的2到3倍。反洗时间必须和所处理的体系相适应：当固含量较高时，反洗时间相对较长。一般时间范围在10-120秒，最优时间在15-60秒。另一个反洗方法是化学清洗。化学清洗方法有很多种，一般包括两类：现场化学清洗和增强化学反洗。在现场化学清洗过程中，将含有化学药剂的水溶液输送到膜组件与污染的膜接触浸泡，以达到清洗目的。在增强化学反洗过程中，一般通过反洗步骤，在线将化学药剂输送到膜组件，使其与受污染的膜接触浸泡。因为这两种典型的化学清洗方法不是本发明的重点内容，我们仅在流程示意图1中标注了增强化学反洗过程。熟悉膜分离技术的专家会注意到，如果膜分离过程中涉及到其它形式的反洗方法，并不会影响到本发明的实质。图1中标注了两套化学药剂的加药***。增强化学反洗过程一般包括但不仅限于下列步骤：(1)反洗；(2)加药；(3)浸泡；(4)反洗。当需要进行增强化学反洗清洗时，停止循环泵4，关闭阀门5、阀门8和阀门9，阀门12保持关闭，开启阀门14和阀门16，启动反洗泵13。第一步反洗的时间一般较短，主要目的是将膜表面的杂质冲洗干净；第二步加药步骤中，开启阀门18和阀门19，启动加药泵20，根据反洗流量控制加药流量，达到加药量后关闭阀门18和阀门19，停止加药泵20；第三步是对分离膜进行浸泡；第四步是重复增强化学反洗的第一步，利用反洗将化学药剂清洗干净。然后，重新回到过滤状态。当然，也有可能同时使用两种化学药品，那么需要相应地开启两套加药***的阀门和加药泵。

将膜组件底部清洗与膜组件反洗结合起来，具体实施方式之一可以按下述方式进行：循环泵4和阀门5关闭，阀门8关闭，阀门9关闭，阀门16关闭，阀门14开启，开启阀门12，反洗泵13开启，膜组件底部清洗程序开始计数，计数完毕，开启阀门16，关闭阀门12，继续进行反洗，直到反洗结束。根据实际情况，具体实施方式可以通过改变开启阀门和泵的先后次序来实现，比如把膜组件底部清洗安排在反洗结束之前进行，或者集成到反洗过程中。

本发明的效果和益处是所提供的方法有效地防止了膜流道和流道入口处的堵塞，延长了处理高固含量物料的膜分离过程的稳定运行周期，提高了其过程经济性和可靠性，广泛适用于膜生物反应器等处理高固含量物料的膜分离过程。

附图说明

图1是集成膜组件底部清洗单元的处理高固含量悬浮液体的膜分离过程的流程示意图。

图2是处理高固含量悬浮液体的膜分离过程的膜组件底部压力随时间的变化图。

图3是集成膜组件底部清洗单元的气升式膜组件和生物反应器***的流程示意图。

图4是气升式膜组件和膜生物反应器***的膜组件底部压力随时间的变化图。

图中：1管道；2过滤器；3源水池；4循环泵；5原料阀；6膜组件；7膜组件的底端；8阀门；9阀门；10管道；11产水池；12阀门；13反洗泵；14阀门；15管道；16阀门；17管道；18阀门；19阀门；20加药泵；21鼓风机；22阀门；23气体分布器；24鼓风机；25阀门。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例，但并不因此限制本发明。

实施例1

在如图1描述的处理高固含量悬浮液体的膜分离过程中，应用结合增强化学反洗过程的膜组件底部清洗单元，设定膜组件底部清洗单元的启动压力为0.145Mpa。在膜分离***运行过程中，膜组件底部压力随时间上升。达到启动压力，开始运行膜组件底部清洗程序，即在所述的增强化学反洗过程的反洗步骤实现膜组件底部清洗，具体方法是关闭循环泵4和阀门5，关闭阀门8、阀门9和阀门16，开启阀门14，开启阀门12，启动反洗泵13，膜组件底部清洗程序开始计数，计数完毕，开启阀门16，关闭阀门12，继续进行反洗，直到反洗结束。图2描述了膜组件底部压力随时间的变化情况。应用膜组件底部清洗单元后，膜组件底部压力明显下降，恢复到初始值，充分体现了本发明的优点。

实施例2

图3描述了本发明在气升式膜组件和生物反应器***中的应用。与前述的固含量悬浮液体的膜分离过程不同，在源水池的底部安装了由鼓风机21、阀门22和气体分布器23组成的鼓泡***，目的是为生物反应器中的菌群提供适当的氧气；在膜组件底部安装了由鼓风机24和阀门25构成的鼓气***，目的主要是提供气浮力，减小活性污泥在膜表面的堆积。设定膜组件底部清洗单元的启动压力为0.155Mpa，图4是膜组件底部清洗单元在气升式膜组件和生物反应器***中的应用实例。膜组件底部压力随时间逐渐增加，然后在很短时间内迅速上升。采用本发明的膜组件底部清洗方法进行清洗后，膜组件底部压力恢复到初始值。

Claims (2)

1.一种多孔分离膜的清洗方法，其特征是：

1)在处理高固含量物料的膜分离过程中，当启动参数被激活后，开始运行膜组件底部清洗单元，即关闭循环泵(4)和阀门(5)，关闭阀门(9)，阀门(8)保持开启，阀门(14)保持关闭，开启阀门(12)，膜组件中的液体在重力作用下流出膜组件，将膜组件底部积累的污染物冲出膜组件；

2)启动参数是过滤计数器、过滤时间间隔、启动压力和跨膜压差中的一个，或者全部或部分的组合；

3)膜组件底部清洗单元是独立的操作单元，或者集成到反洗过程中；

4)膜组件底部清洗单元是通过膜组件内部液体的重力作用来实现膜组件底端的清洗，或者通过膜组件内部液体的重力作用和反洗过程结合共同实现膜组件底端的清洗。

2.根据权利要求1所述的一种多孔分离膜的清洗方法，其特征是所述的反洗过程是一般反洗，或者是现场化学清洗，或者是增强化学反洗。

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