專利名稱：具有螺旋膜元件的處理系統(tǒng)及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及一種至少具有一個能夠進行回洗(backwash)的螺旋膜元件的處理系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)的操作方法。
背景技術(shù)：
反滲透膜(RO membrane)分離裝置通常用于海水脫鹽、超純水的制備等等。主要進行絮凝(coagulation)、沉降(sedimentation)和沙濾作為反滲透膜分離裝置的預處理。在絮凝、沉降和沙濾中，由于處理過的水質(zhì)量會因未凈化水(raw water)的質(zhì)量而不同，所以無法將處理過的具有穩(wěn)定質(zhì)量的水供給反滲透膜分離裝置。由于此原因，反滲透膜分離裝置的容量是有限的。另一方面，近來已經(jīng)開發(fā)了膜分離技術(shù)并將其應(yīng)用到反滲透膜分離裝置的預處理中，從而膜分離技術(shù)已被應(yīng)用于到目前為止很難處理的水中。
當將作為絮凝、沉降和沙濾的替代技術(shù)的膜分離技術(shù)應(yīng)用于反滲透膜分離裝置的預處理中時，包含在未凈化水中的懸浮物、膠狀物等在過濾未凈化水時沉積在分離膜的膜表面上。結(jié)果是，通過分離膜的水的滲透速度(permeating speed)降低。因此，需要各種洗滌工藝來恢復水的滲透速度。
物理洗滌是典型的洗滌方法，它分為沖洗(flushing washing)和回洗(backwashing)兩種。
沖洗是將水以高線速度倒在膜表面上從而通過膜表面中產(chǎn)生的剪切力洗去膜表面上的沉積物的過程。回洗是在過濾時采用的方向的反方向上施加背壓的同時，倒入水而進行洗滌的方法。
當膜表面被不能通過前述的物理洗滌法除去的物質(zhì)弄臟時，就需要以幾天或幾個月的時間為周期，用化學洗滌(chemical washing)對其洗滌一次?；瘜W洗滌是通過在前述回洗過程中使用作為化學洗滌液加入洗滌水中的各種化學物質(zhì)，從膜表面上通過化學方式除去污物的方法。
然而，在各種洗滌過程中，回收率(滲透液的量和泵送的未凈化水量的比值)方面存在問題。順便提一句，滲透液是從反滲透膜分離裝置得到的。
在沖洗中，由于主要使用的洗滌水是未凈化水，因此回收率隨著用作沖洗的洗滌水的未凈化水的量增加而降低。
用于回洗的洗滌水是通過膜分離法得到的濾液(filtrate)。由于采用濾液作為后處理過程中(post-process)反滲透膜分離裝置的預處理水，因此當在回洗時用作洗滌水的濾液的量增加時，回收率降低。順便提一句，一般用于物理洗滌的水量范圍是從反滲透膜分離裝置得到的滲透液的量的約5％-10％。
同樣，在化學洗滌中，由于采用濾液作為洗滌水，因此當所使用的洗滌水的量增加時，回收率降低。
如上文所述，在使用膜分離法的處理系統(tǒng)中，當用物理方法洗滌膜表面時，回收率降低。另外，在上述任一洗滌方法中，在洗滌時需要中斷過濾。因此，頻繁進行洗滌會使預定時間內(nèi)得到的滲透液的量減少。
又如日本專利公開號為No.98276/1994的申請中，提出了將回洗應(yīng)用到螺旋膜(spiral membrane)元件中。但是，當在回洗時給用于相關(guān)技術(shù)的螺旋膜元件中的分離膜施加背壓時，由于分離膜抗背壓的強度低，分離膜可能會破裂。根據(jù)該官方公報，據(jù)說螺旋膜元件最好在0.1kg/cm2～0.5kg/cm2(即0.01MPa到0.05MPa)的低背壓下進行回洗。
根據(jù)發(fā)明人的實驗，當在背壓下對螺旋膜元件進行回洗時，不可能長時間保持高的滲透液流量(permeate flux)，因此也不可能進行穩(wěn)定的操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種處理系統(tǒng)，其中，在長時間分別保持高和穩(wěn)定的滲透液的流量和質(zhì)量的同時，能夠保持高回收率，以及提供該處理系統(tǒng)的操作方法。
在日本公開號為No.JP-H10-225626A的中請中，一些發(fā)明人早已提出了背壓強度不小于2kgf/cm2的分離膜結(jié)構(gòu)及其制造方法。
本發(fā)明人還提出了將具有所述背壓強度的上述分離膜用于反滲透分離裝置的預處理過程中的一種構(gòu)思，并發(fā)明了下述發(fā)明以提供最適合長時間保持高滲透液流量和得到高回收率的處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并提供了所述處理系統(tǒng)的操作方法。
根據(jù)本發(fā)明的處理系統(tǒng)包括包括多孔中空管的螺旋膜元件、以及繞在多孔中空管外周表面上的袋狀(envelope-like)分離膜，該螺旋膜元件能夠在高于0.05MPa但不高于0.3MPa的背壓下進行回洗；設(shè)置在螺旋膜元件的下游側(cè)的反滲透膜分離裝置；以及洗滌液供應(yīng)體系，該體系應(yīng)使得在洗滌螺旋膜元件時，通過螺旋膜元件進行過濾時得自反滲透膜分離裝置的至少一部分滲透液或者濃縮液作為洗滌液供應(yīng)到螺旋膜元件。
在根據(jù)本發(fā)明的處理系統(tǒng)中，在洗滌螺旋膜元件時，通過螺旋膜元件進行過濾時得自反滲透膜分離裝置的至少一部分滲透液或者濃縮液作為洗滌液供應(yīng)到螺旋膜元件。因此，在螺旋膜元件被洗滌的情況下，回收率(滲透液的量和泵送的未凈化的液體量的比值)提高了。從而，在長時間分別保持高和穩(wěn)定的滲透液的流量和質(zhì)量的同時，能夠得到高回收率。
洗滌可以包括回洗，回洗是通過洗滌液供應(yīng)體系進行的，所述回洗進行的方式應(yīng)使得從反滲透膜分離裝置噴射的至少一部分滲透液或者濃縮液在高于0.05MPa但不高于0.3MPa的背壓下供應(yīng)到螺旋膜元件。
在這種情況下，在回洗時，從反滲透膜分離裝置噴射的至少一部分滲透液或者濃縮液在高于0.05MPa但不高于0.3MPa的背壓下通過洗滌液供應(yīng)體系供應(yīng)到螺旋膜元件。
因此，由于螺旋膜元件能夠在高于0.05MPa但不高于0.3MPa的背壓下進行回洗，洗滌效果得到改善以致于能夠長時間分別保持高和穩(wěn)定的滲透液的流量和質(zhì)量。
洗滌可以包括沖洗，沖洗是通過洗滌液供應(yīng)體系進行的，所述沖洗進行的方式應(yīng)使得從反滲透膜分離裝置噴射的至少一部分滲透液或者濃縮液在通過螺旋膜元件進行過濾時供應(yīng)到螺旋膜元件。
在這種情況下，以這樣的方式進行沖洗以致于從反滲透膜分離裝置噴射的至少一部分滲透液或者濃縮液在通過螺旋膜元件進行過濾時供應(yīng)到螺旋膜元件。因此，不用中斷過濾就能夠?qū)β菪ぴM行洗滌。
可以設(shè)置洗滌液供應(yīng)體系，從而將從反滲透膜分離裝置噴射的至少一部分滲透液或者濃縮液，和化學藥劑一起，供應(yīng)到螺旋膜元件。
在這種情況下，從反滲透膜分離裝置噴射的至少一部分滲透液或者濃縮液，和化學藥劑一起，通過洗滌液供應(yīng)體系供應(yīng)到螺旋膜元件。從而，大大改進了螺旋膜元件的洗滌效果。
從反滲透膜分離裝置噴射的滲透液或者濃縮液具有大于0.05Mpa但不高于0.3Mpa的殘余壓力，從而在洗滌時的殘余壓力下洗滌液供應(yīng)體系將至少一部分滲透液或者濃縮液供應(yīng)到螺旋膜元件。
在這種情況下，在洗滌時，在大于0.05Mpa但不高于0.3Mpa的殘余壓力下，將從反滲透膜分離裝置噴射的至少一部分滲透液或者濃縮液供應(yīng)到螺旋膜元件。因此，不需要提供任何用于洗滌螺旋膜元件的專門的洗滌液供應(yīng)裝置，這樣既節(jié)省空間又節(jié)省成本。
可以并聯(lián)設(shè)置多個上述的螺旋膜元件，以這樣的方式對螺旋膜元件依次進行洗滌，使得在洗滌一個螺旋膜元件時，操作至少一個另外的螺旋膜元件用于過濾；并且設(shè)置洗滌液供應(yīng)體系，從而在洗滌螺旋膜元件時，通過多個螺旋膜元件進行過濾時得自反滲透膜分離裝置的至少一部分滲透液或者濃縮液作為洗滌液供應(yīng)到每個螺旋膜元件。
在這種情況下，在洗滌一個螺旋膜元件時，操作至少一個另外的螺旋膜元件用于過濾。
因此，在連續(xù)操作用于過濾的螺旋膜元件時，能夠進行洗滌。結(jié)果是，即使在洗滌螺旋膜元件的情況下，回收率也會提高。因此，長時間分別保持高和穩(wěn)定的滲透液的流量和質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明的操作處理系統(tǒng)的方法是一種適用于處理系統(tǒng)的方法，所述處理系統(tǒng)包括螺旋膜元件、以及設(shè)置在所述螺旋膜元件的下游側(cè)的反滲透膜分離裝置，所述螺旋膜元件具有多孔中空管以及繞在所述多孔中空管外周表面上的袋狀分離膜，所述螺旋膜元件能夠在高于0.05MPa但不高于0.3MPa的背壓下進行回洗；該方法包括在洗滌螺旋膜元件時，將通過螺旋膜元件進行過濾時得自反滲透膜分離裝置的至少一部分滲透液或者濃縮液作為洗滌液供應(yīng)到螺旋膜元件的步驟。
在操作本發(fā)明的處理系統(tǒng)的方法中，在洗滌螺旋膜元件時，將通過螺旋膜元件進行過濾時得自反滲透膜分離裝置的至少一部分滲透液或者濃縮液作為洗滌液供應(yīng)到螺旋膜元件。從而，即使在洗滌螺旋膜元件的情況下，回收率(滲透液的量與泵送的未凈化液體的量的比率)得到改進。從而，在長時間分別保持高和穩(wěn)定的滲透液的流量和質(zhì)量的同時，能夠得到高回收率。
洗滌可以包括回洗，所述回洗進行的方式使得從反滲透膜分離裝置噴射的至少一部分滲透液或者濃縮液在高于0.05MPa但不高于0.3MPa的壓力下供應(yīng)到螺旋膜元件。
在這種情況下，在回洗時，從反滲透膜分離裝置噴射的至少一部分滲透液或者濃縮液在高于0.05MPa但不高于0.3MPa的壓力下供應(yīng)到螺旋膜元件。
因此，由于螺旋膜元件能夠在高于0.05MPa但不高于0.3MPa的背壓下進行回洗，回洗時的洗滌效果得到改善以致于能夠長時間分別保持高和穩(wěn)定的滲透液的流量和質(zhì)量。
洗滌可以包括沖洗，所述沖洗進行的方式應(yīng)使得從反滲透膜分離裝置噴射的至少一部分滲透液或者濃縮液在通過螺旋膜元件進行過濾時供應(yīng)到螺旋膜元件。
可以將從反滲透膜分離裝置噴射的至少一部分滲透液或者濃縮液，和化學藥劑一起，供應(yīng)到螺旋膜元件。
在這種情況下，將從反滲透膜分離裝置噴射的至少一部分滲透液或者濃縮液，和化學藥劑一起，供應(yīng)到螺旋膜元件。從而，大大改進了螺旋膜元件的洗滌效果。
從反滲透膜分離裝置噴射的滲透液或者濃縮液可以具有大于0.05Mpa但不高于0.3Mpa的殘余壓力，從而在洗滌時的殘余壓力下將至少一部分滲透液或者濃縮液供應(yīng)到螺旋膜元件。
在這種情況下，在洗滌時，在大于0.05Mpa但不高于0.3Mpa的殘余壓力下，將從反滲透膜分離裝置噴射的至少一部分滲透液或者濃縮液供應(yīng)到螺旋膜元件。因此，不需要提供任何用于洗滌螺旋膜元件的專門的洗滌液供應(yīng)裝置，這樣既節(jié)省空間又節(jié)省成本。
可以并聯(lián)設(shè)置多個上述的螺旋膜元件，以這樣的方式對螺旋膜元件依次進行洗滌，使得在洗滌一個螺旋膜元件時，操作至少一個另外的螺旋膜元件用于過濾；并且在洗滌螺旋膜元件時，將通過多個螺旋膜元件進行過濾時得自反滲透膜分離裝置的至少一部分滲透液或者濃縮液作為洗滌液供應(yīng)到每個螺旋膜元件。
在這種情況下，在洗滌一個螺旋膜元件時，操作至少一個另外的螺旋膜元件用于過濾。
因此，在連續(xù)操作用于過濾的螺旋膜元件時，能夠進行洗滌。結(jié)果是，即使在洗滌螺旋膜元件的情況下，回收率也會提高。因此，長時間分別保持高和穩(wěn)定的滲透液的流量和質(zhì)量。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施方案的膜分離系統(tǒng)的典型的結(jié)構(gòu)圖；圖2A是示出設(shè)置在螺旋膜模塊中的螺旋膜元件的典型的剖面圖；圖2B是螺旋膜元件的部分切掉的透視圖；圖3是示出螺旋膜模塊中的回洗操作的典型的剖面圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施方案的膜分離系統(tǒng)的典型的結(jié)構(gòu)圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第三實施方案的膜分離系統(tǒng)的典型的結(jié)構(gòu)圖；圖6是示出設(shè)置在螺旋膜模塊中的螺旋膜元件中的分離膜的剖面圖；圖7是示出第一比較例的典型的結(jié)構(gòu)圖；圖8是示出第一比較例的典型的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
下面將詳細描述根據(jù)本發(fā)明的具有螺旋膜元件的處理系統(tǒng)及其操作方法。
(第一實施方案)圖1是本發(fā)明第一實施方案的膜分離系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)圖。
圖1中，膜分離系統(tǒng)100具有前級(in a pre-stage)螺旋膜模塊50，和后級(in a post-stage)反滲透膜分離裝置51。螺旋膜元件10設(shè)置在螺旋膜模塊50內(nèi)。螺旋膜元件10具有可在高于0.05MPa但不高于0.3MPa的背壓下進行回洗的分離膜。精密過濾膜或超過濾膜可以用作分離膜。
在通過膜分離系統(tǒng)進行過濾時，管道17中的閥110和閥119、管道18中的閥116和管道22中的閥117打開，而管道21中的閥115、管道20a中的閥112、管道21a中的閥113和管道21b中的閥114關(guān)閉。并且，啟動供應(yīng)泵102和104。
順便提一句，在過濾結(jié)束時，管道22的閥117關(guān)閉。
未凈化水1如存儲在儲槽101中的河水經(jīng)管道0通過管道17的閥119被送到供應(yīng)泵102中并被供應(yīng)泵102加壓，這樣，加壓后的未凈化水1供給螺旋膜模塊50。
螺旋膜模塊50通過后面具體描述的方法將未凈化水1分離成濾液2和濃縮液5。通過螺旋膜模塊50得到的濾液2作為預處理過的水經(jīng)管道18被送到儲槽103。另一方面，通過螺旋膜模塊50得到的濃縮液5經(jīng)管道22完全返回儲槽101?；蛘撸瑵饪s液5經(jīng)管道22a被排放到系統(tǒng)外。因此過濾結(jié)束時，未凈化水1將完全變?yōu)闉V液2。
通過螺旋膜模塊50得到并存儲在儲槽103中的濾液(預處理后的水)2通過管道19被供給供應(yīng)泵104并被供應(yīng)泵104加壓，這樣加壓后的濾液2被供給反滲透膜分離裝置51。反滲透膜分離裝置51將預處理后的水2分離成滲透液3和濃縮液4。通過反滲透膜分離裝置51得到的滲透液3經(jīng)管道20排出系統(tǒng)外。螺旋膜模塊50操作時，通過反滲透膜分離裝置51得到的濃縮液4經(jīng)管道21和21k被排放出系統(tǒng)外。需要的話，部分濃縮液4也可以經(jīng)管道21返回管道17。順便提一句，至少部分滲透液3會經(jīng)管道20a和21供給供應(yīng)泵102上游側(cè)的管道17。在這種情況下，需要通過閥112調(diào)整加在管道21側(cè)和管道20側(cè)之間的壓力。
圖2A是圖1所示的膜分離系統(tǒng)中使用的螺旋膜模塊的一個實例的截面圖；圖2B是圖2A所示的螺旋膜模塊中的螺旋膜元件的局部剖開的透視圖。
如圖2A所示，螺旋膜模塊50具有壓力容器(抗壓容器)30，及位于壓力容器30內(nèi)的螺旋膜元件10。壓力容器30具有圓柱狀殼體31和一對端板32a和32b。未凈化水的入口33形成在一個端板32a上，濃縮液出口35形成在另一端板32b上。濾液出口34進一步設(shè)置在另一端板32b的中部。管道17(圖1)連接于未凈化水入口33。管道18(圖1)連接到濾液出口34。管道22(圖1)連接到濃縮液出口35。順便提一句，壓力容器的結(jié)構(gòu)并不限于圖2A所示的結(jié)構(gòu)。比如，也可以采用在圓柱形殼體中具有未凈化水入口和濃縮液出口的側(cè)面開口(side-entry)的壓力容器。
當在螺旋膜元件10的外周表面一個端部的附近安裝襯墊(packing)37的情況下，圓柱狀殼體31就被螺旋膜元件10填充滿。圓柱狀殼體31的兩相對開口端分別被端板32a和32b密封。螺旋膜元件10中的集水管15的一個開口端配合到端板32b的濾液出口34。端蓋36蓋在集水管15的另一開口端。壓力容器30的內(nèi)部空間被襯墊37分成第一液體腔室38和第二液體腔室39。這樣，螺旋膜元件10容納在壓力容器30中。
圖2B所示，螺旋膜元件10是如下形成的在由合成樹脂網(wǎng)(syntheticresin net)制的過濾墊層43被包在兩個分離膜42中的條件下，該兩個分離膜42在三面粘結(jié)到過濾墊層43的相對表面上，這樣形成袋狀膜44。袋狀膜44的開口部分與集水管15相連。袋狀膜44與合成樹脂網(wǎng)制成的未凈化水墊層16一起螺旋纏繞在集水管15的外表面上。這樣就形成了螺旋膜元件10。螺旋膜元件10的外周表面涂有護套材料(sheathing material)。各分離膜42的結(jié)構(gòu)將在后面描述。
如圖2A所示，在通過膜分離系統(tǒng)進行過濾時，經(jīng)管道17供應(yīng)的未凈化水1通過未凈化水入口33引入壓力容器30的第一液體腔室38。未凈化水1通過螺旋膜元件10的一個端部進一步供應(yīng)到螺旋膜元件10的里面。未凈化水1在與集水管15平行的方向上直線地沿未凈化水墊層16流動，如圖2B所示，這樣濃縮液5從螺旋膜元件10的另一端的表面?zhèn)葒娚涞降诙后w腔室39。
然后，濃縮液5經(jīng)管道22從濃縮液出口5排出到壓力容器30外(圖1)。同時見圖2B，在未凈化水1沿未凈化水墊層16流動的過程中，由于未凈化水側(cè)和濾液側(cè)的壓差，部分未凈化水1滲透過各分離膜42，導致濾液2沿過濾墊層43流入集水管15并由集水管15的開口端排出。濾液2進一步經(jīng)管道18由濾液出口34從壓力容器30中取出(圖1)。
在通過膜分離系統(tǒng)100終端過濾(dead end filtration)時，由于未凈化水1完全通過每一分離膜42滲透，所以濃縮液5沒被排出系統(tǒng)外。也就是說，只有濾液2經(jīng)管道18由濾液出口34從壓力容器30中取出(圖1)。
利用螺旋膜模塊50將包含在未凈化水1中的雜質(zhì)通過預處理去除掉。從而將除去所述雜質(zhì)的預處理水2供應(yīng)到反滲透膜分離裝置51。順便提一句，除了分離膜不同，反滲透膜分離裝置51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和螺旋膜模塊50的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一樣的。
在通過膜分離系統(tǒng)100進行過濾時，包含在未凈化水1中的懸浮物、膠狀物或溶解的物質(zhì)在通過螺旋膜模塊50進行過濾的過程中作為雜質(zhì)沉積在螺旋膜元件10的分離膜42的膜表面上。在這樣的情況下，與含雜質(zhì)的未凈化水1一起直接供應(yīng)的螺旋膜模塊50的膜表面上的雜質(zhì)沉淀比除去雜質(zhì)后與預處理后的水2一起供應(yīng)的反滲透膜分離裝置51中所含的雜質(zhì)沉淀更多，這是因為加在螺旋膜模塊50的膜表面上的載荷大于反滲透膜分離裝置51的膜表面上的載荷。因此，在膜分離系統(tǒng)100中，在過濾操作進行預定時間后，螺旋膜元件10的膜表面一定要沖洗。
如上所述，膜表面的洗滌分物理洗滌和化學洗滌?；叵醋鳛橐环N物理洗滌方式將在下面參照圖1到3描述。
在膜分離系統(tǒng)10中，在回洗螺旋膜模塊50時，管道21a的閥113和管道21b的閥114打開，而管道17中的閥110和119、管道20a中的閥112、管道21中的閥115和管道18中的閥116和管道22中的閥117關(guān)閉。此外，供應(yīng)泵102停機，供應(yīng)泵104開啟?，F(xiàn)在假設(shè)足以回洗螺旋膜元件10的一定量的預處理水存儲在在儲槽103中。
其結(jié)果是，存儲在儲槽103中的預處理水2，也就是說，來自螺旋膜元件10的濾液2經(jīng)管道19供給供應(yīng)泵104并被供應(yīng)泵104加壓，從而經(jīng)加壓的濾液2供給反滲透膜分離裝置51。在反滲透膜分離裝置51中，濾液2經(jīng)反滲透過濾分離成滲透液3和濃縮液4。通過反滲透膜分離裝置51得到的滲透液3與過濾操作中相同的方式經(jīng)管道20排出系統(tǒng)外。通過反滲透膜分離裝置51得到的部分濃縮液4作為沖洗液經(jīng)管道21和21a供給螺旋膜元件10。不需要用于洗滌螺旋膜元件10的部分濃縮液4經(jīng)管道21和21k排放出系統(tǒng)外。在這種情況下，由于濃縮液4被供應(yīng)泵104加壓而具有大于0.05MPa但不高于0.3MPa的壓力。
螺旋膜元件10的膜表面被濃縮液4沖洗，從而濃縮液4變?yōu)橄礈鞆U水(washing drain)6。經(jīng)管道17的部分和管道21從螺旋膜元件10的未凈化水入口33排出洗滌廢水6。
圖3是回洗操作中螺旋膜元件模塊50的典型截面圖。
見圖3，在回洗螺旋膜元件模塊50時，經(jīng)導管21a和導管18的部分供給的濃縮液4通過濾液出口34導入集水管15中。濃縮液4從集水管15的外周表面流入分離膜42內(nèi)，并在與過濾時相反的方向滲透過分離膜42。此時，沉積在分離膜42的膜表面上的雜質(zhì)與分離膜42分開。
由于螺旋膜元件10的外周面有護套材料，因此滲透通過分離膜42的濃縮液4沿未凈化水墊層16軸向在螺旋膜元件10內(nèi)流動，并作為洗滌廢水6從螺旋膜元件10的相對端部流入第一和第二液體腔室38和39。見圖1，當洗滌廢水6流入第一液體腔室38時，洗滌廢水6經(jīng)管道17的一部分和管道21b從未凈化水入口33噴射到系統(tǒng)外。
另一方面，當洗滌廢水6排入第二液體腔室39時，部分或全部洗滌廢水6經(jīng)管道22從濃縮液出口35返回儲槽101。然而，本實施方案中在回洗時，洗滌廢水6不是從濃縮液出口35而是從未凈化水入口33流出，這是因為管道22的閥117如上所述是關(guān)閉的。順便提一句，從未凈化水入口33流出的至少部分未凈化水可以返回到儲槽101中。
此時，設(shè)定未凈化水入口33側(cè)壓力、濾液出口34側(cè)壓力和濃縮液出口35側(cè)壓力，使得大于0.05MPa但不大于0.3Mpa的背壓施加到分離膜42上。因此，所需量的濃縮液4可以在短時間內(nèi)加入，從而能有效去除沉積在分離膜42的膜表面上的雜質(zhì)。因此，在螺旋膜模塊50中，可以在既不減少滲透液流量又不降低濾液質(zhì)量的情況下長時間地穩(wěn)定地進行過濾。如上所述，在膜分離系統(tǒng)100中，通過螺旋膜模塊50的過濾操作，可以得到數(shù)量和質(zhì)量均穩(wěn)定的預處理水(濾液)2。
在這些情況下，在回洗螺旋膜模塊50后，進行后面將會描述的沖洗過程。沖洗后，進行過濾操作。因此，未凈化水1沿軸向朝著螺旋膜模塊50的另一端流入螺旋膜元件10內(nèi)。從分離膜42分離出的雜質(zhì)被未凈化水從螺旋膜模塊50的一端沖到另一端。然后雜質(zhì)隨濃縮液4一起從螺旋膜模塊50的另一端部排入第二液體腔室39中并通過濃縮液出口35排出壓力容器30。通過濃縮液出口35排出的部分或全部未凈化水可以經(jīng)管道22返回儲槽101。在終端過濾時，濃縮液4沒有被排到外部。
因此，防止了從分離膜分離出的雜質(zhì)再次沉積在分離膜42上。因此，在螺旋膜模塊50中，可以在既不減少濾液流量又降低濾液質(zhì)量的情況下而長時間地進行更穩(wěn)定的過濾操作。
在膜分離系統(tǒng)100中，由于膜分離系統(tǒng)100的目的是要得到滲透液3，因此從反滲透膜分離裝置51得到的濃縮液4被用作洗滌水。如果膜分離系統(tǒng)100的目的是要得到濃縮液4，則在管道20a的閥112被打開的條件下，滲透液3可以用作洗滌水。順便提一句，在這種情況下，滲透液3經(jīng)管道20a導入管道21中，并在與濃縮液4相同的過程中作為洗滌水供給螺旋膜元件10。洗滌操作和用濃縮液4進行回洗時的操作一樣。
在回洗膜分離系統(tǒng)100時，螺旋膜模塊50的過濾操作停止，但反滲透膜分離裝置51的過濾操作繼續(xù)。但是，在回洗時，在回洗過程中足以連續(xù)進行過濾操作的一定量的預處理水必須事先存儲在儲槽101中。
下文將參照圖1-3描述作為另一種物理洗滌方法的沖洗操作。
在沖洗圖1所示的膜分離系統(tǒng)100時，除管道17的閥119和管道18的閥116是關(guān)閉的之外，構(gòu)成膜分離系統(tǒng)100的其它閥的打開/關(guān)閉狀態(tài)和供應(yīng)泵的啟動狀態(tài)與過濾時的狀態(tài)一樣。也就是說，管道17的閥110、管道21的115和管道22的117是打開的，而管道17的閥119、管道18的閥116、管道20a的閥112、管道21a的113和管道21b的閥114是關(guān)閉的。此外，供應(yīng)泵102和104啟動。
在這種情況下，在通過膜分離系統(tǒng)100進行過濾過程中從反滲透膜分離裝置51得到的濃縮液4沒有被排出系統(tǒng)外，而是作為沖洗水7經(jīng)管道21供給供應(yīng)泵102上游側(cè)的管道17。沖洗水7經(jīng)管道17供給供應(yīng)泵102，并通過供應(yīng)泵102被送到壓力容器30的未凈化水入口33。在壓力容器30內(nèi)，同過濾時未凈化水1的流動方式一樣，沖洗水7導入螺旋膜元件10的分離膜中。這里，沖洗水7以較高的線速度流入分離膜的內(nèi)部。分離膜的膜表面上的雜質(zhì)在沖洗水7高線速度通量的基礎(chǔ)上在各分離膜和洗滌水之間產(chǎn)生的剪切力的作用下被沖洗掉。因此，用于洗滌的沖洗水7作為洗滌廢水8經(jīng)濃縮液出口35和管道22和22a排出系統(tǒng)外。
在沖洗膜分離系統(tǒng)100時，螺旋膜模塊50和反滲透膜分離裝置51的各自的過濾操作仍然在繼續(xù)。
最后描述根據(jù)本實施方案的膜分離系統(tǒng)100的化學洗滌。
如果螺旋膜元件10的膜表面的雜質(zhì)成分經(jīng)物理洗滌不能完全被去除，則需要進行幾天甚至幾個月的化學洗滌?；瘜W洗滌是用化學藥劑從膜表面除去贓物的一種洗滌方法。
在本實施方案的膜分離系統(tǒng)100中，除下面提到的外，膜分離系統(tǒng)100的化學洗滌的操作方式與過濾和回洗時相同。
在膜分離系統(tǒng)100的化學洗滌中，加入從反滲透膜分離裝置51得到的濃縮液4和滲透液3中的化學藥劑用作洗滌水。這里，化學洗滌的洗滌水是由經(jīng)預定的管道從系統(tǒng)外部供入預定化學藥劑而產(chǎn)生的。
含有這些化學藥劑的濃縮液4或滲透液3作為化學洗滌水導入螺旋膜模塊50，從而用化學洗滌水洗滌膜表面。
在形成化學洗滌水時，必須注意調(diào)節(jié)氫離子的濃度。這是因為當例如含諸如碳酸鈣成分的贓物被洗掉時，在氫離子濃度的溶解度達到飽和時會析出鹽，因為碳酸鈣的溶解度隨著洗滌水中氫離子濃度增加而降低。在這種情況下，調(diào)節(jié)氫離子濃度而避免鹽析出。
如前所述，在根據(jù)本實施方案的膜分離系統(tǒng)中，用于各種洗滌的洗滌水都是由反滲透膜分離裝置51得到的濃縮液4或滲透液3。也就是說，在根據(jù)本實施方案的膜分離系統(tǒng)100中，由于全部的未凈化水都能通過反滲透膜分離裝置51，從而提高了回收率(滲透液3的量和抽出的未凈化水1的量的比)。
此外，由于從反滲透膜分離裝置51得到的濃縮液4被用于洗滌，因此采用由一直啟動的供應(yīng)泵104在濃縮液4中產(chǎn)生殘留壓力，所述壓力大于0.05MPa而不大于0.3MPa，使得洗滌水可以被送入螺旋膜模塊50。這樣，就不必提供專用于洗滌水供應(yīng)的任何泵。也就是說，不必為設(shè)置泵準備空間。此外，使得膜滲透系統(tǒng)高效又經(jīng)濟。
本實施方案中，必要時可在管道20a和21a中分別設(shè)置供應(yīng)泵。
(第二實施方案)圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實施方案的膜分離系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)圖。
本實施方案的膜分離系統(tǒng)200的結(jié)構(gòu)在以下方面不同于第一實施方案中的膜分離系統(tǒng)100。
在根據(jù)本實施方案的膜分離系統(tǒng)200中，三個螺旋膜模塊50a、50b和50c相互并聯(lián)設(shè)置。每個螺旋膜模塊50a、50b和50c的結(jié)構(gòu)和螺旋膜模塊50是一樣的。
在通過本實施方案的膜分離系統(tǒng)200進行過濾時，管道17的閥110a、110b、110c和119、管道18a的閥116a、管道18b的閥116b、管道18c的閥116c、管道28a的閥117a、管道28b的閥117b、管道28c的閥117c是打開的，而管道21a的閥113a、113b和113c、管道29a的閥114a、管道29b的閥114b、管道29c的閥114c是關(guān)閉的。其它閥的打開/關(guān)閉狀態(tài)和供應(yīng)泵的工作狀態(tài)和第一實施方案中一樣。
順便提一句，在終端過濾時，管道28a的閥117a、管道28b的閥117b、管道28c的閥117c是關(guān)閉的。
在通過膜分離系統(tǒng)200進行過濾時，各螺旋膜模塊50a、50b和50c的操作方式和第一實施方案中過濾時螺旋膜模塊50的操作方式一樣。
經(jīng)管道0將存儲在儲槽101中的諸如河水的未凈化水1經(jīng)過管道17送到供應(yīng)泵102并被供應(yīng)泵102加壓，使得加壓后的未凈化水1送入螺旋膜模塊50a、50b和50c。
在過濾時，螺旋膜模塊50a、50b、50c中的每一個以與第一實施方案中螺旋膜模塊50相同的方式將未凈化水1分離為濾液2和濃縮液5。通過螺旋膜模塊50a、50b和50c得到的濾液2作為預處理水經(jīng)管道18a、18b和18c供應(yīng)到儲槽103。另一方面，通過螺旋膜模塊50a、50b和50c得到的濃縮液5通過管道28a、28b和28c返回儲槽101?；蛘?，濃縮液5經(jīng)管道28d被排出系統(tǒng)外。存儲在儲槽103中的濾液2進一步被分成濃縮液4和滲透液3的過濾過程與第一實施方案中的膜分離系統(tǒng)100相同。
在通過螺旋膜模塊50a、50b和50c進行終端過濾時，全部未凈化水1通過螺旋膜模塊50a、50b和50c形成濾液2。
下面描述回洗。在膜分離系統(tǒng)200中，螺旋膜模塊50a、50b和50c依次被回洗。也就是說，螺旋膜模塊50a進行回洗操作時，螺旋膜模塊50b和50c連續(xù)進行過濾操作。類似地，螺旋膜模塊50b進行回洗操作時，螺旋膜模塊50a和50c連續(xù)進行過濾操作。類似地，螺旋膜模塊50c進行回洗操作時，螺旋膜模塊50a和50b連續(xù)進行過濾操作。
比如，在通過螺旋膜模塊50b和50c進行過濾時，螺旋膜模塊50a被回洗，管道21a的閥113a和管道29a的閥114a打開，而管道17的閥閥110a、管道18a的閥116a和管道28a的閥117a關(guān)閉。其結(jié)果是，在膜分離系統(tǒng)200中，在通過螺旋膜模塊50b、50c和反滲透膜分離裝置51進行過濾時，螺旋膜模塊50a被回洗。螺旋膜模塊50b和50c中的每一個可以以與螺旋膜模塊50a相同的方式被回洗。
接下來描述作為另一種物理洗滌方法的沖洗操作。在膜分離系統(tǒng)200中，螺旋膜模塊50a、50b、50c同時被沖洗。也就是說，在沖洗過程中，連續(xù)進行通過螺旋膜模塊50a、50b、50c和反滲透膜分離裝置51的過濾。
在沖洗時，除了管道17的閥119、管道18a的閥116a、管道18b的閥116b和管道18c的閥116c是關(guān)閉的之外，閥和供應(yīng)泵的工作狀況與通過螺旋膜模塊50a、50b和50c進行過濾時相同。
下面將描述根據(jù)該實施方案的膜分離系統(tǒng)200中的化學洗滌。
除下面描述的外，用與回洗時相同的操作方式對膜分離體系200進行化學洗滌。
在膜分離系統(tǒng)200中，與第一個實施方案中對膜分離系統(tǒng)100中的螺旋膜模塊50進行化學洗滌時相同的方式，對螺旋膜模塊50a、50b和50c中的每一個進行化學洗滌。即，除了將加入到得自反滲透膜分離裝置51的濃縮液4或滲透液3中的化學藥劑用作洗滌水之外，以與回洗時的相同方式進行化學洗滌。此處，通過從系統(tǒng)外部通過預定管道供應(yīng)預定的化學藥劑來產(chǎn)生用于化學洗滌的洗滌水。
將含所述化學藥劑的濃縮液4或滲透液3作為化學洗滌水導入螺旋膜模塊50a、50b和50c的每一個中，從而洗滌螺旋膜模塊50a、50b和50c的每一個。
如上文所述，在根據(jù)本發(fā)明的膜分離系統(tǒng)200中，連續(xù)洗滌三個螺旋膜模塊50a、50b和50c。因此，在不中斷過濾下進行洗滌。而且，通過反滲透膜分離裝置51對所有未凈化水進行了過濾，不管洗滌沒有。因此，提高了回收率。
由于將得自反滲透膜分離裝置51的濃縮液4用于洗滌，使用通過總是開動的供應(yīng)泵104在濃縮液4中產(chǎn)生的殘余壓力，所述壓力高于0.05MPa但不高于0.3MPa，從而能夠?qū)⑾礈煲簩肼菪つK50a、50b和50c中。因此，不需要提高任何專門用于洗滌液的泵。即，不需要提高任何用于設(shè)置泵的空間。此外，能夠操作既有效又經(jīng)濟的膜滲透系統(tǒng)。
(第三實施方案)圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實施方案的膜分離系統(tǒng)的典型的結(jié)構(gòu)圖。
根據(jù)該實施方案的膜分離系統(tǒng)300的結(jié)構(gòu)和第二實施方案中的膜分離系統(tǒng)200的不同之處在于在根據(jù)該實施方案的膜分離系統(tǒng)300中，用儲存在儲槽105中的濃縮液4洗滌螺旋膜模塊50a、50b和50c的膜表面。因此，在反滲透膜分離裝置51中設(shè)置將濃縮液4供應(yīng)到儲槽105的管道23。此外，將作為洗滌水的儲存在儲槽105中的濃縮液4供應(yīng)到螺旋膜模塊50a、50b和50c的管道24或管道17與儲槽105相連。管道24相當于第二實施方案中的管道21(圖4)。在管道24中設(shè)置供應(yīng)泵106用以供應(yīng)洗滌水。
如圖5所示，在通過膜分離系統(tǒng)300進行過濾時，除下文所述的外，進行與第二個實施方案相同的操作。順便提一句，通過所有的螺旋膜模塊50a、50b和50c和反滲透膜分離裝置51進行過濾。
在通過膜分離系統(tǒng)300進行過濾時，在設(shè)置在泵106中的供應(yīng)泵106停止時，關(guān)閉管24的閥115。
通過螺旋膜模塊50a、50b和50c和反滲透膜分離裝置51進行過濾。過濾操作與第二個實施方案相同。
將通過反滲透膜分離裝置51分離的濃縮液4通過管道23儲存在儲槽105中。將所儲存的濃縮液4用作洗滌水，用該洗滌水對螺旋膜模塊50a、50b和50c中的膜表面進行洗滌。因此，在過濾時，一直儲存濃縮液4。順便提一句，在過濾時，可以在管24的閥115打開而供應(yīng)泵106開啟的條件下，將儲存在儲槽105中的濃縮液4供應(yīng)到管道17。
下文將描述在回洗時膜分離系統(tǒng)300的操作。在膜分離系統(tǒng)300中，以與第二實施方案相同的方式對螺旋膜模塊50a、50b和50c進行連續(xù)回洗。
該實施方案中螺旋膜模塊50a、50b和50c中每一個的操作與第二實施方案中的螺旋膜模塊50a、50b和50c中每一個的操作相同。
當回洗螺旋膜模塊50a時，關(guān)閉管道18a的閥116a和管道17的閥110a，同時打開管道24的閥113a和管道29a的閥114。而且，開啟管道24中的供應(yīng)泵106。其它閥的開/關(guān)狀況和其它泵的開啟狀況與通過螺旋膜模塊50a、50b和50c進行過濾時相同。順便提一句，在這種情況下，供應(yīng)泵106將用于回洗的洗滌水加壓，從而將高于0.05MPa但不高于0.3MPa的背壓供應(yīng)到螺旋膜模塊50a的每一個膜表面上。
在這種條件下，通過供應(yīng)泵106將儲存在儲槽105中的濃縮液4作為洗滌水通過管道24的閥113a供應(yīng)到螺旋膜模塊50a。螺旋膜模塊50a的螺旋膜元件10的洗滌操作與第一實施方案中的螺旋膜元件10中的相同。
而且，以與螺旋膜模塊50a相同的方式，連續(xù)對螺旋膜模塊50b和50c進行回洗。
在膜分離系統(tǒng)300中，將得自反滲透膜分離裝置51的濃縮液4用作洗滌水，因為膜分離系統(tǒng)300的目的是得到滲透液3。如果膜分離系統(tǒng)300的目的是得到濃縮液4，在管道20k的閥112開啟的條件下可以將滲透液3作為洗滌水，從而將滲透液3儲存在儲槽105中。順便提一句，在這種情況下，通過供應(yīng)泵106通過管道24將滲透液3供應(yīng)到螺旋膜模塊50a、50b和50c以便進行回洗?；诼菪つK50a、50b和50c中的滲透液3的使用的洗滌操作與基于濃縮液4的使用的洗滌操作相同。
如果膜分離系統(tǒng)300的目的在于得到上文所述的濃縮液4，通過管道23和24k將濃縮液4供應(yīng)到系統(tǒng)的外面。
在沖洗時，打開管道24的閥115，關(guān)閉管道17的閥119，開啟管道24的供應(yīng)泵106。其它閥和泵的操作條件與通過螺旋膜模塊50a、50b和50c進行過濾時相同。
在沖洗時，當管道17的閥110a、110b和110c中的任一個關(guān)閉時，能夠分別對三個螺旋膜膜塊進行洗滌。現(xiàn)在假設(shè)同時洗滌螺旋膜模塊50a、50b和50c。
該實施方案中的沖洗與第二實施方案的不同之處在于供應(yīng)洗滌水的方法。將得自反滲透膜分離裝置51的濃縮液4儲存在儲槽105中，然后在沖洗時通過管道24的供應(yīng)泵106將濃縮液4作為沖洗水7供應(yīng)到管道17。將如此供應(yīng)的沖洗水7通過管道17中的供應(yīng)泵102導入螺旋膜模塊50a、50b和50c中的每一個中。沖洗操作與第一實施方案中螺旋膜元件10的沖洗操作相同。
最后將描述根據(jù)該實施方案的膜分離系統(tǒng)300中的化學洗滌。
在膜分離系統(tǒng)300中進行化學洗滌時，除了將儲存在儲槽105中的濃縮液4用作洗滌水之外，進行與第二實施方案相同的化學洗滌操作。
如上所述，在根據(jù)該實施方案的膜分離系統(tǒng)300中，連續(xù)洗滌三個螺旋膜模塊50a、50b和50c。因此，在不中斷過濾下進行洗滌。而且，通過反滲透膜分離裝置51對所有未凈化水進行了過濾，不管洗滌沒有。因此，提高了回收率。
根據(jù)第三實施方案的膜分離系統(tǒng)300具有多個螺旋膜元件。在同時洗滌所選的螺旋膜元件時，能夠操作其它螺旋膜元件用于過濾。因此，能夠長時間穩(wěn)定地進行過濾，從而能夠一直產(chǎn)生滲透液。
圖6是螺旋膜元件10中分離膜的剖面圖。
如圖6所示，螺旋膜元件10的分離膜42具有多孔增強片(多孔片材)42a和滲透膜主體42b，該滲透膜主體42b具有基本上分離的功能且一體地固定到多孔增強片42a的表面上。
滲透膜主體42b由選自下列的一種物質(zhì)制成聚偏二氟乙烯(PVDF)、一種基于聚砜的樹脂(polysulfone-based resin)、兩種或多種基于聚砜的樹脂的混合物、基于聚砜的樹脂的共聚物或混合物，以及聚合物如聚酰亞胺或含氟的聚酰亞胺。
多孔增強片42a由用聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺等作為原料的織造織物片、非織造織物片、網(wǎng)狀物(mesh net)、發(fā)泡的燒結(jié)物等制成。特別是，考慮到成膜性(film-formability)和成本，優(yōu)選使用非織造織物片。
多孔增強片42a和滲透膜主體42b以錨定的(anchoring)狀態(tài)彼此相互粘合，其中多孔增強片42a中的每個孔填充有部分構(gòu)成滲透膜主體42b的樹脂成分。
將用多孔增強片42a進行背襯(backed)的分離膜42的背壓強度提高到高于0.2MPa的值，即，為約0.4MPa至約0.5MPa。順便提一句，下文將描述定義背壓強度的方法。
為了得到作為多孔增強片42a的非織造織物片的不低于0.2MPa的的背壓強度，優(yōu)選的是非織造織物片的厚度為0.08mm～0.15mm，密度為0.5g/cm3～0.8g/cm3。如果厚度小于0.08mm或者密度低于0.5g/cm3，就不可能得到足夠強度的增強片，從而難于將分離膜42的背壓強度保持在不小于0.2MPa。另一方面，如果非織造織物片的厚度高于0.15mm或者密度高于0.8g/cm3，在滲透膜主體42b和非織造織物片的界面處容易發(fā)生剝落(peeling)，這是由于多孔增強片42a的過濾阻力變大或者進入非織造織物(多孔增強片42a)中的錨定作用變差。
下文將描述生產(chǎn)分離膜42的方法。首先，將溶劑、非溶劑和溶脹劑(swelling agent)加入基于聚砜的樹脂中，將其加熱并溶解在基于聚砜的樹脂中，從而制備均相的成膜溶液。本文中，如果基于聚砜的樹脂的分子結(jié)構(gòu)中具有至少一個由下文的結(jié)構(gòu)式C-1表示的(-SO2-)部分，則對基于聚砜的樹脂沒有特別限制。
結(jié)構(gòu)式C-1中，R是二價芳族基團、脂環(huán)族基團或脂肪族烴基，或者包含通過二價有機連接基鍵連的含有所述烴基的二價有機基團。
優(yōu)選的是，使用一個由下述通式C-2到C-4表示的基于聚砜的樹脂。[C-2] [C-3] [C-4] 優(yōu)選用作聚砜的溶劑的物質(zhì)的實例是N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺和二甲基亞砜等等。優(yōu)選用作非溶劑的物質(zhì)為脂肪族多價醇如乙二醇、二甘醇、丙二醇、聚乙二醇和甘油；低級脂肪醇如甲醇、乙醇和異丙醇；低脂肪族酮如甲乙酮。
如果所得到的混合溶劑是均相的，則對包含溶劑和非溶劑的混合溶劑中的非溶劑的含量沒有特別的限制。一般來說，選擇非溶劑的含量為5％～50％重量，優(yōu)選為20％～45％重量。
用于加速或控制多孔結(jié)構(gòu)形成的溶脹劑的實例是金屬鹽如氯化鋰、氯化鈉和硝酸鋰；水溶性高分子化合物或其金屬鹽如聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮和聚丙烯酸脂和甲酰胺。如果成膜溶液是均相的，則對混合溶劑中的溶脹劑的含量沒有特別限制。一般來說，選擇溶脹劑的含量為1％～50％重量。
一般來說，優(yōu)選選擇成膜溶液中的聚砜的濃度為10％～30％重量。如果聚砜的濃度高于30％重量，所得到的多孔分離膜的透水性沒有實用性。如果聚砜的濃度低于10％重量，所得到的多孔分離膜的機械強度太差而不能得到充分的背壓強度。
然后，由非織造織物支承物上的成膜溶液形成了膜。也就是說，采用連續(xù)成膜設(shè)備，從而當連續(xù)供應(yīng)(feed out)支承片時，將成膜溶液施用到非織造織物支承片的表面上。作為一種施用方法，通過使用間隙涂布機(gap coater)如刮刀式涂布機或輥涂機將成膜溶液施用到非織造織物支承物上。當，例如使用輥涂機時，能夠如下形成分離膜42。即，當將成膜溶液儲存在兩個輥之間時，將成膜溶液施用到非織造織物支承物上，并且同時用成膜溶液充分浸漬非織造織物的內(nèi)側(cè)。然后，將非織造織物支承物通過低濕度氣氛，從而將低濕度氣氛中的少量的水吸收到施用到非織造織物上的液體膜的表面上，從而使液體膜的表面層發(fā)生微觀相(microphase)分離。然后，將非織造織物支承物浸沒在固化水槽中，使整個液體膜發(fā)生相分離并固化。然后，洗去水洗滌槽中的溶劑。以這種方式，形成分離膜42。
當將如上所述的分離膜42用于根據(jù)第一、第二和第三實施方案的膜分離系統(tǒng)100、200和300中的每個螺旋膜元件10時，分離膜42的背壓強度如此高以致于能夠防止分離膜42破裂，即使在0.05MPa至0.3MPa的背壓下回洗螺旋膜元件10時也是如此。
實施例(實施例1)在實施例1中，用圖1所示的根據(jù)第一實施方案的膜分離系統(tǒng)100進行連續(xù)過水過濾(water-pass filtration)測試。下文的表1示出了實施例1中所用的設(shè)置在每個螺旋膜模塊和反滲透膜分離裝置中的螺旋膜元件的說明。
表1

為了測量相對于未凈化水1的滲透液3的回收率，在下述條件下進行連續(xù)的過水滲透試驗。下文的表2示出了過濾時的條件。
表2

回洗時，將濃縮液4以流率60升/分鐘供應(yīng)到螺旋膜元件10中的每個膜表面。在沖洗時，未凈化水1以流率為90升/分鐘供應(yīng)到螺旋膜元件10中的每個膜表面。
基于上述條件進行的連續(xù)過水滲透測試的結(jié)果是，相對于未凈化水1的滲透液3的回收率為60％。
(實施例2)在實施例2中，將圖4所示的根據(jù)第二實施方案的膜分離系統(tǒng)200進行連續(xù)過水過濾測試。實施例2中所用的設(shè)置在每個螺旋膜模塊和反滲透膜分離裝置中的螺旋膜元件的說明與實施例1的表1中所示的相同。
為了測量相對于未凈化水1的滲透液3的回收率，在下述條件下進行連續(xù)的過水滲透試驗。過濾時的條件與實施例1的表2中所示出的相同。但是，在實施例2中，連續(xù)洗滌設(shè)置在膜分離系統(tǒng)200中的多個螺旋膜模塊。
回洗時，以流率為60升/分鐘將濃縮液4供應(yīng)到螺旋膜元件10中的每個膜表面。沖洗時，將未凈化水1以流率為90升/分鐘供應(yīng)到螺旋膜元件10中的每個膜表面。
基于上述條件進行的連續(xù)過水滲透測試的結(jié)果是，相對于未凈化水1的滲透液3的回收率為60％。
(實施例3)在實施例3中，將圖5所示的根據(jù)第三實施方案的膜分離系統(tǒng)300進行連續(xù)過水過濾測試。實施例3中所用的設(shè)置在每個螺旋膜模塊和反滲透膜分離裝置中的螺旋膜元件的說明與實施例1的表1中所示的相同。
為了測量相對于未凈化水1的滲透液3的回收率，以下述條件和步驟進行連續(xù)的過水滲透試驗。過濾時的條件與實施例1的表2中所示出的相同。但是，在實施例3中，連續(xù)洗滌設(shè)置在膜分離系統(tǒng)300中的多個螺旋膜模塊。
回洗時，以流率為60升/分鐘將濃縮液4供應(yīng)到螺旋膜元件10中的每個膜表面。沖洗時，將未凈化水1以流率為90升/分鐘供應(yīng)到螺旋膜元件10中的每個膜表面。
基于上述條件進行的連續(xù)過水滲透測試的結(jié)果是，相對于未凈化水1的滲透液3的回收率為60％。
(比較例1)在與實施例1進行比較的比較例1中，將圖7所示的膜分離系統(tǒng)進行連續(xù)過水過濾測試。
圖7是示出比較例1中所用的膜分離系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖7中所示的膜分離系統(tǒng)500與圖1所示的膜分離系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)的不同之處在于在膜分離系統(tǒng)500中，用經(jīng)過螺旋膜模塊50過濾的預處理水2來洗滌膜螺旋膜模塊50中的每個膜表面。所以，在儲槽103中獨立地設(shè)置用于將預處理的水2供應(yīng)到反滲透膜分離裝置51的管道19和用于將預處理的水2供應(yīng)到螺旋膜模塊50的管道25b。而且，在管道25b中設(shè)置供應(yīng)泵107。在反滲透膜分離裝置51中設(shè)置用于將滲透液3供應(yīng)到系統(tǒng)外側(cè)的管道20和用于將濃縮液4排到系統(tǒng)外面或儲槽101的管道26。
在通過圖7所示的膜分離系統(tǒng)500進行過濾時，管道25b的閥113是關(guān)閉的，并且設(shè)置在管道25b中的供應(yīng)泵107停止。
通過螺旋膜模塊50將未凈化水1分離成濃縮液5和預處理的水2。將預處理的水2儲存在儲槽103中。然后，通過供應(yīng)泵104經(jīng)管道19將預處理的水2導入反滲透膜分離裝置51中。將導入反滲透膜分離裝置51中的預處理的水2分離成滲透液3和濃縮液4。此處，將滲透液3通過管道20導入系統(tǒng)的外側(cè)，而將濃縮液4通過管道26排到系統(tǒng)外面。
當回洗螺旋膜模塊50中的螺旋膜元件10時，打開管道25b的閥113和管道21b的閥114，同時關(guān)閉管道18的閥116和管道17的閥110。而且，開啟管道25b中的供應(yīng)泵107，并停止管道17中的供應(yīng)泵102。
其它閥的開/關(guān)狀況和其它泵的開啟狀況與通過螺旋膜元件進行過濾時相同。順便提一句，在這種情況下，供應(yīng)泵107將用于回洗的洗滌水加壓，從而將高于0.05MPa但不高于0.3MPa的背壓供應(yīng)到作為洗滌對象的螺旋膜元件10的每一個膜表面上。
在這種條件下，通過供應(yīng)泵107將儲存在儲槽103中的預處理的水2作為洗滌水通過管道25b的閥113供應(yīng)到螺旋膜元件10，這樣進行回洗。
當進行沖洗時，將儲存在儲槽101中的沖洗水7通過管道17中的供應(yīng)泵102導入螺旋膜元件50中，這樣進行沖洗。
在比較例1中，用圖7所示的膜分離系統(tǒng)500進行連續(xù)的過水過濾測試。用于比較例1中的設(shè)置在每個螺旋膜模塊中的螺旋膜元件和反滲透膜分離裝置的說明與實施例1的表1中所示的相同。
為了測量相對于未凈化水1的滲透液3的回收率，以下述條件和步驟進行連續(xù)的過水滲透試驗。過濾時的條件與實施例1的表2中所示出的相同。
回洗時，以流率為60升/分鐘將濃縮液4供應(yīng)到螺旋膜元件10中的每個膜表面。沖洗時，將未凈化水1以流率為90升/分鐘供應(yīng)到螺旋膜元件10中的每個膜表面。
基于上述條件進行的連續(xù)過水滲透測試的結(jié)果是，相對于未凈化水1的滲透液3的回收率為54％。
(比較例2)在與實施例2和3進行比較的比較例2中，用圖8所示的膜分離系統(tǒng)進行連續(xù)過水過濾測試。
圖8是示出比較例2中所用的膜分離系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖8中所示的膜分離系統(tǒng)400與圖4所示的膜分離系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)的不同之處在于在膜分離系統(tǒng)400中，用經(jīng)過螺旋膜模塊50a、50b和50c過濾的預處理水2來洗滌膜螺旋膜模塊50a、50b和50c中的每個膜表面。所以，在儲槽103中獨立地設(shè)置用于將預處理的水2供應(yīng)到反滲透膜分離裝置51的管道19和用于將預處理的水2供應(yīng)到螺旋膜模塊50a、50b和50c的管道25a。而且，在管道25a中設(shè)置供應(yīng)泵107。而且，在反滲透膜分離裝置51中設(shè)置用于將滲透液3供應(yīng)到系統(tǒng)外側(cè)的管道20和用于將濃縮液4排到系統(tǒng)外面或儲槽101的管道26。
在通過圖8所示的膜分離系統(tǒng)400進行過濾時，管道25a的閥113a、113b和113c是關(guān)閉的，并且設(shè)置在管道25a中的供應(yīng)泵107停止。
通過螺旋膜模塊50a、50b和50c將未凈化水1分離成濃縮液5和預處理的水2。將預處理的水2儲存在儲槽103中。然后，通過供應(yīng)泵104通過管道19將儲存在儲槽103中的預處理的水2導入反滲透膜分離裝置51中。將導入反滲透膜分離裝置51中的預處理的水2分離成滲透液3和濃縮液4。此處，將滲透液3通過管道20供應(yīng)到系統(tǒng)的外側(cè)，而將濃縮液4通過管道26排到系統(tǒng)外面。
在膜分離系統(tǒng)400中，以實施例2相同的方式連續(xù)回洗螺旋膜模塊50a、50b和50c。
當回洗螺旋膜模塊50a中的螺旋膜元件10時，打開管道25a的閥113a和管道29a的閥114a，同時關(guān)閉管道18a的閥116a和管道17的閥110a。而且，啟動管道25a中的供應(yīng)泵107。
其它閥的開/關(guān)狀況和其它泵的開啟狀況與通過螺旋膜模塊50a、50b和50c進行過濾時相同。順便提一句，在這種情況下，供應(yīng)泵107將用于回洗的洗滌水加壓，從而將高于0.05MPa但不高于0.3MPa的背壓施加到作為洗滌對象的螺旋膜元件10的每一個膜表面上。
在這種條件下，通過供應(yīng)泵107將儲存在儲槽103中的預處理的水2作為洗滌水通過管道25a的閥113a供應(yīng)到螺旋膜模塊50a，這樣進行回洗。而且，以與回洗螺旋膜模塊50a的螺旋膜10的相同方式對每個螺旋膜模塊50b和50c中的螺旋膜元件10進行回洗。
當進行沖洗時，將儲存在儲槽101中的未凈化水1用作沖洗水7。
在沖洗時，在管道17中的閥110a、110b和110c中的任一個關(guān)閉的條件下，對三個螺旋膜元件單獨進行洗滌?，F(xiàn)在假定螺旋膜模塊50a、50b和50c同時進行洗滌。
通過管道17中的供應(yīng)泵102將儲存在儲槽101中的未凈化水1作為沖洗水7導入螺旋膜模塊50a、50b和50c中，這樣進行沖洗。
在比較例2中，用圖8所示的膜分離系統(tǒng)400進行連續(xù)的過水過濾測試。用于比較例2中的設(shè)置在每個螺旋膜模塊中的螺旋膜元件和反滲透膜分離裝置的說明與實施例1的表1中所示的相同。
為了測量相對于未凈化水1的滲透液3的回收率，以下述條件和步驟進行連續(xù)的過水滲透試驗。過濾時的條件與實施例1的表2中所示出的相同。但是，在比較例2中，連續(xù)洗滌多個設(shè)置在膜分離系統(tǒng)400中的螺旋膜模塊。
回洗時，以流率為60升/分鐘將濃縮液4供應(yīng)到螺旋膜元件10中的每個膜表面。沖洗時，將未凈化水1以流率為90升/分鐘供應(yīng)到螺旋膜元件10中的每個膜表面。
基于上述條件進行的連續(xù)過水滲透測試的結(jié)果是，相對于未凈化水1的滲透液3的回收率為54％。
(評估)在實施例1中，將通過反滲透膜分離裝置得到的濃縮液用作洗滌水，與用預處理的水作為洗滌水的比較例1相比，回收率提高了。在實施例2和3中，將通過反滲透膜分離裝置得到的濃縮液用作洗滌水，與用預處理的水作為洗滌水的比較例2相比，回收率也提高了。
權(quán)利要求
1.一種處理系統(tǒng)，包括螺旋膜元件，包括多孔中空管、及繞在所述多孔中空管外周表面上的袋狀分離膜，該螺旋膜元件能夠在高于0.05MPa但不高于0.3MPa的背壓下進行回洗；設(shè)置在所述螺旋膜元件的下游側(cè)的反滲透膜分離裝置；以及洗滌液供應(yīng)體系，該體系的設(shè)置使得在洗滌所述螺旋膜元件時，通過所述螺旋膜元件進行過濾時得自反滲透膜分離裝置的至少一部分滲透液或者濃縮液作為洗滌液供應(yīng)到所述螺旋膜元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理系統(tǒng)，其中所述洗滌包括回洗，回洗是通過所述洗滌液供應(yīng)體系進行的，使得從所述反滲透膜分離裝置噴射的至少一部分所述滲透液或者濃縮液在高于0.05MPa但不高于0.3MPa的壓力下供應(yīng)到所述螺旋膜元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理系統(tǒng)，其中所述洗滌包括沖洗，沖洗是通過所述洗滌液供應(yīng)體系進行的，使得從所述反滲透膜分離裝置噴射的至少一部分所述滲透液或者濃縮液在通過所述螺旋膜元件進行過濾時供應(yīng)到所述螺旋膜元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理系統(tǒng)，其中設(shè)置所述洗滌液供應(yīng)體系使得從所述反滲透膜分離裝置噴射的至少一部分滲透液或者濃縮液，和化學藥劑一起，供應(yīng)到所述螺旋膜元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理系統(tǒng)，其中從所述反滲透膜分離裝置噴射的所述滲透液或者濃縮液具有大于0.05MPa但不高于0.3MPa的殘余壓力，從而在所述洗滌時的所述殘余壓力下所述洗滌液供應(yīng)體系將至少一部分所述滲透液或者濃縮液供應(yīng)到所述螺旋膜元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理系統(tǒng)，其中彼此并聯(lián)地設(shè)置多個權(quán)利要求1中所定義的螺旋膜元件，對所述螺旋膜元件連續(xù)進行洗滌，使得在洗滌一個所述螺旋膜元件時，操作至少一個另外的螺旋膜元件用于過濾；并且設(shè)置所述洗滌液供應(yīng)體系，從而在洗滌所述螺旋膜元件時，通過多個螺旋膜元件進行過濾時得自所述反滲透膜分離裝置的至少一部分滲透液或者濃縮液作為洗滌液供應(yīng)到每個螺旋膜元件。
7.一種操作處理系統(tǒng)的方法，所述處理系統(tǒng)包括螺旋膜元件、以及設(shè)置在所述螺旋膜元件的下游側(cè)的反滲透膜分離裝置，所述螺旋膜元件具有多孔中空管以及繞在所述多孔中空管外周表面上的袋狀分離膜，所述螺旋膜元件能夠在高于0.05MPa但不高于0.3MPa的背壓下進行回洗；所述方法包括下列步驟在洗滌所述螺旋膜元件時，將通過所述螺旋膜元件進行過濾時得自所述反滲透膜分離裝置的至少一部分滲透液或者濃縮液作為洗滌液供應(yīng)到所述螺旋膜元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的操作處理系統(tǒng)的方法，其中所述洗滌包括回洗，所述回洗進行的方式使得從所述反滲透膜分離裝置噴射的至少一部分所述滲透液或者濃縮液在高于0.05MPa但不高于0.3MPa的壓力下供應(yīng)到所述螺旋膜元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的操作處理系統(tǒng)的方法，其中所述洗滌包括沖洗，所述沖洗進行的方式使得從所述反滲透膜分離裝置噴射的至少一部分所述滲透液或者濃縮液在通過所述螺旋膜元件進行過濾時供應(yīng)到所述螺旋膜元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的操作處理系統(tǒng)的方法，其中將從所述反滲透膜分離裝置噴射的至少一部分所述滲透液或者濃縮液，和化學藥劑一起，供應(yīng)到所述螺旋膜元件。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的操作處理系統(tǒng)的方法，其中從所述反滲透膜分離裝置噴射的所述滲透液或者濃縮液具有大于0.05MPa但不高于0.3MPa的殘余壓力，從而在所述洗滌時的所述殘余壓力下將至少一部分所述滲透液或者濃縮液供應(yīng)到所述螺旋膜元件。
12.一種操作處理系統(tǒng)的方法，其中彼此并聯(lián)地設(shè)置多個權(quán)利要求7中所定義的螺旋膜元件，對所述螺旋膜元件連續(xù)進行洗滌，使得在洗滌一個所述螺旋膜元件時，操作至少一個另外的螺旋膜元件用于過濾；并且在洗滌所述螺旋膜元件時，通過多個螺旋膜元件進行過濾時得自所述反滲透膜分離裝置的至少一部分滲透液或者濃縮液作為洗滌液供應(yīng)到每個螺旋膜元件。
全文摘要
在對處理系統(tǒng)進行回洗時，通過反滲透膜分離裝置(51)對濾液(2)進行反滲透過濾，以便分離為滲透液(3)和濃縮液(4)。將得自反滲透膜分離裝置(51)的濃縮液(4)作為洗滌水經(jīng)管道(21)和(21a)供應(yīng)到螺旋膜元件(10)。此時，通過供應(yīng)泵(104)對濃縮液(4)加壓，從而在高于0.05MPa但不高于0.3MPa的背壓下對分離膜進行回洗。
文檔編號B01D63/10GK1432427SQ0215425
公開日2003年7月30日 申請日期2002年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月17日
發(fā)明者安藤雅明, 渡辺輝隆, 吉川浩志 申請人:日東電工株式會社