專利名稱：從薄膜組件上去除固體的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄膜過濾系統(tǒng)，更特別地，涉及通過提供改進(jìn)的薄膜清洗系統(tǒng)而改進(jìn)該系統(tǒng)的過濾效率的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
在薄膜過濾工藝中，用于在物理上清洗薄膜的方法是極為重要的。有效的薄膜清洗手段可以保持穩(wěn)定的薄膜滲透率并且減少化學(xué)清洗的次數(shù)。物理上清洗薄膜的常用方法是利用滲透液(permeate)/濾液或氣體進(jìn)行反沖(也稱作″回洗″或″反沖洗″)。通常使用反沖方法將阻塞薄膜氣孔的固體沖出，并部分地除去在薄膜表面上形成的濾餅。在過濾含有高濃度固體的料液的系統(tǒng)中，尤其是在薄膜密集裝在組件中的情況下，積垢更為迅速和嚴(yán)重地產(chǎn)生。
利用壓縮氣體進(jìn)行的反沖已經(jīng)證明是極為有效的清洗方法，現(xiàn)在已廣泛地應(yīng)用于微過濾處理領(lǐng)域中。對該方法的限制在于薄膜孔徑。用滲透液進(jìn)行薄膜反沖對孔徑?jīng)]有限制，但是反沖效率通常低于氣體反沖，并且跨膜壓力(TMP)的恢復(fù)不足以補(bǔ)償積垢速率?？梢允褂闷渌侄翁岣叻礇_效率，例如在反沖滲透液中定量加入化學(xué)藥劑，或者與氣體洗滌結(jié)合使用。
在授權(quán)給Maruyama等人的日本專利No.JP2031200公開了空心纖維薄膜反沖方法。該方法包括下列步驟停止過濾，空氣洗滌薄膜，充滿薄膜容器，在壓縮空氣作用下用滲透液進(jìn)行反沖，排出廢物。該步驟重復(fù)進(jìn)行以實(shí)現(xiàn)高效率。在授權(quán)給Sunaoka等人的美國專利No.5,209,852中描述了一種清洗組件內(nèi)空心纖維薄膜的方法。該方法由兩級空氣洗滌和排放組成，從而清洗薄膜。
為了使占地面積和成本達(dá)到最小，薄膜組件通常利用高填充密度薄膜制成，所述薄膜通常為纖維形式。這增加了組件內(nèi)用于過濾的薄膜面積。但是，填充密度越高，將過濾過程中捕獲的固體從薄膜束中有效沖刷的難度越大。因此，在反沖過程中，固體清除效率的提高可以允許處理更多的固體數(shù)量，或者可以使用更高的薄膜填集密度，從而降低處理成本。
在現(xiàn)有技術(shù)的纖維薄膜系統(tǒng)中，通常除去固體的方法在于，使給水從組件一端流向另一端進(jìn)行沖洗，隨后經(jīng)側(cè)部出口流出組件。在這種情況下，首先沿纖維將固體沖洗到組件出口端，但是固體隨后必須橫穿纖維束以離開組件。在許多應(yīng)用中，使流體改變方向并垂直于纖維束流動以離開組件的這種要求可以造成固體在出口附近聚集，這是因?yàn)榇嬖谝韵纶厔?，即，纖維像條帶過濾器(string filter)那樣工作，捕獲固體，或阻礙固體在該位置處離開組件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服或至少改善現(xiàn)有技術(shù)的一個或多個缺點(diǎn)，或至少提供一種有效的替代手段。
根據(jù)一個方面，本發(fā)明提供了一種操作薄膜過濾組件的方法，所述組件包括一個或多個在豎直間隔的上部和下部集管(header)之間縱向延伸的薄膜，薄膜端部封裝(potted)在所述集管中，所述薄膜具有進(jìn)行過濾操作的可滲透壁，其中容納廢物的進(jìn)液施加到薄膜壁的一側(cè)，并且濾液從薄膜壁的另一側(cè)流出，所述上部和/或下部集管中的至少一個集管具有一個或多個位于其中的開口，所述方法包括使所述進(jìn)液至少部分地流過所述一個或多個開口，以施加給所述薄膜壁。
根據(jù)另一個方面，本發(fā)明提供了一種清洗薄膜過濾組件的方法，所述組件包括一個或多個位于進(jìn)液容器中并在豎直間隔的上部和下部集管之間縱向延伸的薄膜，薄膜端部封裝在所述集管中，所述薄膜具有進(jìn)行過濾操作的可滲透壁，其中容納廢物的進(jìn)液施加到薄膜壁的一側(cè)，并且濾液從薄膜壁的另一側(cè)流出，所述上部和/或下部集管中的至少一個集管具有一個或多個位于其中的開口，所述方法包括
a)執(zhí)行過濾操作，其中，所述進(jìn)液至少部分地流過所述一個或多個開口，用以施加給所述薄膜壁；b)暫停所述過濾操作；c)對薄膜壁執(zhí)行清洗處理，從而將廢物從該薄膜壁上清除到該薄膜壁周圍的液體中；d)執(zhí)行大致平行于縱向延伸薄膜的進(jìn)液容器的清掃，從而使容納被移除廢物的液體至少部分地通過集管中的開口；和e)重新開始過濾操作。
更優(yōu)選地，所述開口設(shè)置在下部集管中并且濾液從上部集管流出。優(yōu)選地，所述開口還用于將氣體引入所述組件，從而在所述清洗處理過程中產(chǎn)生用于沖刷薄膜表面的氣泡。所述清掃與清洗處理同時進(jìn)行。優(yōu)選地，所述清掃為高速清掃。
本發(fā)明提供了組件罐(pot)之一中的孔或開口，從而在過濾期間，至少一部分料液還通過底罐中的開口流入，并且流入薄膜束的深度中，減少殼側(cè)壓降并且在薄膜表面上產(chǎn)生一些橫流。這些用于廢物流動的孔或開口的使用還允許在反沖過程中沿薄膜清掃的固體在其離開組件時，平行于所述薄膜繼續(xù)流動。使固體橫越纖維束以在側(cè)部端口處離開的要求大為減少或消除。
同樣的構(gòu)思可應(yīng)用于在開放桶(tank)中工作的浸水薄膜。在現(xiàn)有技術(shù)中，固體典型地通過使桶排空而移除。當(dāng)容納固體的進(jìn)液從組件排出時，它必須在接近底部處改變方向以流出組件并且從桶中排出。通過提供位于組件底部中的孔或開口，固體可以在其從組件中流出時，大致平行于纖維繼續(xù)流動。該繼續(xù)的流動確保了固體從組件和桶中更為有效的移除。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供了一種操作薄膜過濾組件的方法，所述組件包括一個或多個從上部集管豎直伸出的薄膜，薄膜近端封裝在所述上部集管中，所述薄膜具有進(jìn)行過濾操作的可滲透壁，其中容納廢物的進(jìn)液施加到薄膜壁的一側(cè)，并且濾液從薄膜壁的另一側(cè)流出，所述方法包括在所述過濾操作期間，使所述進(jìn)液至少部分地流過位于所述薄膜下面的組件內(nèi)的一個或多個開口，從而施加給所述薄膜壁。
根據(jù)另一個方面，本發(fā)明提供了一種清洗薄膜過濾組件的方法，所述組件包括一個或多個位于進(jìn)液容器中并從上部集管豎直伸出的薄膜，薄膜近端封裝在所述上部集管中，所述薄膜具有進(jìn)行過濾操作的可滲透壁，其中容納廢物的進(jìn)液施加到薄膜壁的一側(cè)，并且濾液從薄膜壁的另一側(cè)流出，所述方法包括a)執(zhí)行過濾操作，其中，所述進(jìn)液至少部分地流過位于所述薄膜下面的組件內(nèi)的一個或多個開口，從而施加給所述薄膜壁；b)暫停所述過濾操作；c)對薄膜壁執(zhí)行清洗處理，從而將廢物從該薄膜壁上清除到該薄膜壁周圍的液體中；d)執(zhí)行大致平行于豎直延伸薄膜的進(jìn)液容器的清掃或排放，從而使容納被移除廢物的液體至少部分地通過位于所述薄膜下面的組件內(nèi)的所述開口排出；和e)重新開始過濾操作。
用于執(zhí)行上述方法的設(shè)備也包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。


現(xiàn)在將參照附圖僅以舉例的方式描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1顯示了根據(jù)一個實(shí)施例的薄膜組件的示意性剖視圖；圖2顯示了根據(jù)另一實(shí)施例的薄膜組件的示意性剖視圖；和圖3a和3b顯示了分別在通氣和排放階段，非加壓過濾系統(tǒng)的底部集管的示意性放大剖視圖。
優(yōu)選實(shí)施方式參考圖1，過濾組件5安裝在殼體6內(nèi)，所述殼體6容納要過濾的進(jìn)液。過濾組件5包括在上部和下部集管8和9之間延伸的一束或多束空心纖維薄膜7。下部集管9設(shè)置有與纖維束內(nèi)部連通的多個開口10和具有開口11′的開放集氣室11。進(jìn)口/出口12設(shè)置在組件5的底部。進(jìn)液在閥AV5、AV1和AV2的控制下通過端口12、13和14供給。
滲透液/濾液在閥AV3的控制下通過腔室15和端口16流出。還可以在閥AV4的控制下通過端口16進(jìn)行反沖。
圖2顯示了與圖1類似的裝置，但是，在該實(shí)施例中，空心纖維薄膜7從上部集管8垂直懸掛并且在其下部末端19不進(jìn)行封裝。每個纖維薄膜7的末端19封閉并且濾液通過上部集管8流出。
在使用中，通過打開端口12和對組件5內(nèi)的進(jìn)液施加適當(dāng)?shù)膲毫Γ沟眠^濾和反沖之后聚集在組件5內(nèi)的固體通過開口10從組件5中沖走或清除。廢物通過集氣室11內(nèi)的開口11′沖走并且通過開口12移除。
圖3a和3b顯示了一對組件5的下部集管9的放大圖，所述組件5連接到非加壓過濾系統(tǒng)內(nèi)的單個集氣室11上。該實(shí)施例中的組件5安裝在開放容器(未顯示)中，并且包含固體(該固體在過濾和反沖之后聚集在組件5內(nèi))的廢液通過開口10在重力作用下排走，如圖3b所示。
如圖3a最佳顯示的，連接到氣體供給歧管18上的端口17還可用于向開10供給氣體，從而在組件5內(nèi)提供沖刷氣泡以輔助纖維薄膜表面的清除。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)可以提供許多優(yōu)點(diǎn)，包括1.由于清除動作沿纖維表面而不是橫穿多束纖維，從而增強(qiáng)了反沖期間的固體清除效果；2.在過濾期間，料液與薄膜束內(nèi)部更易于接觸(在過濾期間，料液可以通過同一孔流入薄膜束中心)。這還在過濾期間引起一種橫流。
3.容納多套薄膜組件的支架(rack)插入件可以下降到更接近組件底部的位置處，因?yàn)樵诮M件下面不再需要容納歧管和用于固體清除和進(jìn)液進(jìn)入的管線的開放區(qū)域，這目前通過罐內(nèi)開口實(shí)現(xiàn)。該結(jié)果導(dǎo)致更好的無效空間減少作用以及更小的排流空間。
4.集氣室可以連接到管或歧管上，并且反沖廢物泵出組件而不是重力流出，和/或進(jìn)水在過濾期間泵入。
應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，本發(fā)明的其他實(shí)施例和實(shí)例也是可能的。
權(quán)利要求
1.一種操作薄膜過濾組件的方法，所述組件包括一個或多個在豎直間隔的上部和下部集管之間縱向延伸的薄膜，薄膜端部封裝在所述集管中，所述薄膜具有進(jìn)行過濾操作的可滲透壁，其中容納廢物的進(jìn)液施加到薄膜壁的一側(cè)，并且濾液從薄膜壁的另一側(cè)流出，所述上部和/或下部集管中的至少一個集管具有一個或多個位于其中的開口，所述方法包括使所述進(jìn)液至少部分地流過所述一個或多個開口，以施加給所述薄膜壁。
2.一種清洗薄膜過濾組件的方法，所述組件包括一個或多個位于進(jìn)液容器中并在豎直間隔的上部和下部集管之間縱向延伸的薄膜，薄膜端部封裝在所述集管中，所述薄膜具有進(jìn)行過濾操作的可滲透壁，其中容納廢物的進(jìn)液施加到薄膜壁的一側(cè)，并且濾液從薄膜壁的另一側(cè)流出，所述上部和/或下部集管中的至少一個集管具有一個或多個位于其中的開口，所述方法包括a)執(zhí)行過濾操作，其中，所述進(jìn)液至少部分地流過所述一個或多個開口，用以施加給所述薄膜壁；b)暫停所述過濾操作；c)對薄膜壁執(zhí)行清洗處理，從而將廢物從該薄膜壁上清除到該薄膜壁周圍的液體中；d)執(zhí)行大致平行于縱向延伸薄膜的進(jìn)液容器的清掃或排放，從而使容納被移除廢物的液體至少部分地通過集管中的開口；和e)重新開始過濾操作。
3.如權(quán)利要求2所述的清洗薄膜過濾組件的方法，其特征在于，所述開口設(shè)置在下部集管中并且濾液從上部集管流出。
4.如權(quán)利要求3所述的清洗薄膜過濾組件的方法，其特征在于，所述開口用于將氣體引入所述組件，從而在所述清洗處理中產(chǎn)生用于沖刷薄膜表面的氣泡。
5.如權(quán)利要求2所述的清洗薄膜過濾組件的方法，其特征在于，清掃與清洗處理同時進(jìn)行。
6.如權(quán)利要求2或5所述的清洗薄膜過濾組件的方法，其特征在于，所述清掃為高速清掃。
7.如權(quán)利要求2所述的清洗薄膜過濾組件的方法，其特征在于，所述進(jìn)液容器向大氣開放。
8.一種操作薄膜過濾組件的方法，所述組件包括一個或多個從上部集管豎直伸出的薄膜，薄膜近端封裝在所述上部集管中，所述薄膜具有進(jìn)行過濾操作的可滲透壁，其中，容納廢物的進(jìn)液施加到薄膜壁的一側(cè)，并且濾液從薄膜壁的另一側(cè)流出，所述方法包括在所述過濾操作期間，使所述進(jìn)液至少部分地流過位于所述薄膜下面的組件內(nèi)的一個或多個開口，從而施加給所述薄膜壁。
9.一種清洗薄膜過濾組件的方法，所述組件包括一個或多個位于進(jìn)液容器中并從上部集管豎直伸出的薄膜，薄膜近端封裝在所述上部集管中，所述薄膜具有進(jìn)行過濾操作的可滲透壁，其中，容納廢物的進(jìn)液施加到薄膜壁的一側(cè)，并且濾液從薄膜壁的另一側(cè)流出，所述方法包括a)執(zhí)行過濾操作，其中，所述進(jìn)液至少部分地流過位于所述薄膜下面的組件內(nèi)的一個或多個開口，從而施加給所述薄膜壁；b)暫停所述過濾操作；c)對薄膜壁執(zhí)行清洗處理，從而將廢物從該薄膜壁上清除到該薄膜壁周圍的液體中；d)執(zhí)行大致平行于豎直延伸薄膜的進(jìn)液容器的清掃或排放，從而使容納被移除廢物的液體至少部分地通過位于所述薄膜下面的組件內(nèi)的所述開口排出。和e)重新開始過濾操作。
10.一種操作薄膜過濾組件的方法，所述組件包括一個或多個在豎直間隔的上部和下部集管之間縱向延伸的薄膜，薄膜端部封裝在所述集管中，所述薄膜具有進(jìn)行過濾操作的可滲透壁，其中，容納廢物的進(jìn)液施加到薄膜壁的一側(cè)，并且濾液從薄膜壁的另一側(cè)流出，所述上部和/或下部集管中的至少一個集管具有一個或多個位于其中的開口，以及還包括使所述進(jìn)液至少部分地流過所述一個或多個開口，以施加給所述薄膜壁的裝置。
11.如權(quán)利要求10所述的清洗薄膜過濾組件的方法，其特征在于，所述開口設(shè)置在下部集管中并且濾液從上部集管流出。
12.如權(quán)利要求10或11所述的薄膜過濾組件，還包括對薄膜壁執(zhí)行清洗處理，從而將廢物從該薄膜壁上清除到該薄膜壁周圍的液體中的裝置；以及，使包括液體的所述廢物通過一個或多個所述開口排出的裝置。
13.如權(quán)利要求12所述的清洗薄膜過濾組件的方法，其特征在于，所述開口用于將氣體引入所述組件，從而在所述清洗處理過程中產(chǎn)生用于沖刷薄膜表面的氣泡。
14.一種薄膜過濾組件，包括一個或多個從上部集管豎直伸出的薄膜，薄膜近端封裝到所述上部集管中，所述薄膜具有進(jìn)行過濾操作的可滲透壁，其中容納廢物的進(jìn)液施加到薄膜壁的一側(cè)，并且濾液從薄膜壁的另一側(cè)流出，所述組件還包括位于所述薄膜下面的組件內(nèi)的一個或多個開口，其中，所述進(jìn)液在所述過濾操作期間至少部分地流過所述開口，從而施加給所述薄膜壁。
15.如權(quán)利要求14所述的薄膜過濾組件，其特征在于，所述開口用于將氣體引入所述組件，從而在所述清洗處理過程中產(chǎn)生用于沖刷薄膜表面的氣泡。
16.一種薄膜過濾組件，所述組件包括一個或多個在豎直間隔的上部和下部集管之間縱向延伸的薄膜，薄膜端部封裝到所述集管中，所述薄膜具有進(jìn)行過濾操作的可滲透壁，其中容納廢物的進(jìn)液施加到薄膜壁的一側(cè)，并且濾液從薄膜壁的另一側(cè)流出，所述上部和/或下部集管中的至少一個具有一個或多個位于其中的開口，以及還包括在薄膜壁上進(jìn)行清洗處理，從而將廢物從該薄膜壁上移除到該薄膜周圍的液體中的裝置；以及，使包括液體的所述廢物通過一個或多個所述開口排出的裝置。
17.如權(quán)利要求16所述的薄膜過濾組件，其特征在于，所述開口設(shè)置在下部集管中并且濾液從上部集管流出。
18.如權(quán)利要求16或17所述的薄膜過濾組件，其特征在于，所述開口用于將氣體引入所述組件，從而在所述清洗處理過程中產(chǎn)生用于沖刷薄膜表面的氣泡。
19.如權(quán)利要求16所述的薄膜過濾組件，其特征在于，廢物移除與清洗處理同時進(jìn)行。
20.一種包括薄膜過濾組件的薄膜過濾系統(tǒng)，所述薄膜過濾組件包括一個或多個位于進(jìn)液容器中并在豎直間隔的上部和下部集管之間縱向延伸的薄膜，薄膜端部封裝到所述集管中，所述薄膜具有進(jìn)行過濾操作的可滲透壁，其中容納廢物的進(jìn)液施加到薄膜壁的一側(cè)，并且濾液從薄膜壁的另一側(cè)流出，所述上部和/或下部集管中的至少一個集管具有一個或多個位于其中的開口，所述薄膜過濾系統(tǒng)還包括a)用于執(zhí)行過濾操作的裝置，其中，所述進(jìn)液至少部分地通過用于施加的所述一個或多個開口流向所述薄膜壁；b)用于暫停所述過濾操作的裝置；c)用于對薄膜壁執(zhí)行清洗處理，從而將廢物從該薄膜壁上清除到圍繞該薄膜壁的液體中的裝置；d)用于執(zhí)行大致平行于縱向延伸薄膜的進(jìn)液容器的清掃或排放，從而使容納被移除廢物的液體至少部分地通過集管中的開口的裝置；和e)用于重新開始過濾操作的裝置。
21.如權(quán)利要求20所述的薄膜過濾系統(tǒng)，其特征在于，所述開口設(shè)置在下部集管中并且濾液從上部集管流出。
22.如權(quán)利要求20或21所述的薄膜過濾系統(tǒng)，其特征在于，所述開口用于將氣體引入所述組件，從而在所述清洗處理過程中產(chǎn)生用于沖刷薄膜表面的氣泡。
23.如權(quán)利要求20所述的薄膜過濾系統(tǒng)，其特征在于，所述清掃與清洗處理同時進(jìn)行。
24.如權(quán)利要求20所述的薄膜過濾系統(tǒng)，其特征在于，所述進(jìn)液容器通向大氣。
全文摘要
一種操作薄膜過濾組件(5)的方法，所述組件(5)包括一個或多個在豎直間隔的上部和下部集管(8，9)之間縱向延伸的薄膜，所述薄膜(7)的端部封裝到所述集管中。薄膜(7)具有進(jìn)行過濾操作的可滲透壁，其中容納廢物的進(jìn)液施加給薄膜壁的一側(cè)，并且濾液從薄膜壁的另一側(cè)流出。所述上部和/或下部集管(8，9)中的至少一個具有位于其中的一或多個開口(10)，并且所述方法包括使所述進(jìn)液至少部分地流過所述一或多個開口(10)，從而施加給所述薄膜壁。還公開了執(zhí)行所述方法的設(shè)備。
文檔編號B01D65/02GK101039739SQ200580034570
公開日2007年9月19日 申請日期2005年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月14日
發(fā)明者托馬斯·W·貝克, 沃倫·T·約翰遜 申請人:西門子水技術(shù)公司