用于清潔膜的系統(tǒng)及使用其清潔膜的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及膜清潔系統(tǒng)及使用其清潔膜的方法。更具體地，本發(fā)明涉及用于浸入 式膜水處理過程并監(jiān)測膜污染的程度以通過反沖（back-pulsing)和空氣清潔來優(yōu)化清潔 膜的時間，從而最小化反沖用處理水的消耗和通風（曝氣，aeration)所需的能量消耗的膜 清潔系統(tǒng)，并涉及使用其清潔膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 膜是指選擇性地允許多組分混合物中的特定組分通過其，從而分離混合物的組分 的多孔物理屏障。有利地，使用膜的水處理需要少于其他過濾方法的化學(xué)品如凝結(jié)劑，并允 許減少需要的安裝空間。用于水處理的膜根據(jù)其種類可以分離水中的有機污染物、無機污 染物和微生物。根據(jù)孔徑，將壓力驅(qū)動膜劃分為微濾（MF)膜、超濾（UF)膜、納濾（NF)膜、 反滲透（RO)膜等。此外，還將膜劃分為聚合物有機膜和陶瓷或金屬的無機膜。具有布置在 殼體中的膜并配置為進行固液分離的膜組件（或薄膜組件）的實例包括管式、中空纖維式、 螺旋卷式、板式和框架式以及旋轉(zhuǎn)盤式膜組件。
[0003] 這種膜具有無數(shù)的細孔，即，膜孔。因此，當經(jīng)由膜濾除或通過膜時，包含在原水 (未凈化的水，raw water)中的污染物聚集在膜表面，或粘附至膜表面或孔的內(nèi)側(cè)，從而導(dǎo) 致膜的污染。當膜被污染時，膜被聚集的污染物覆蓋，或在過濾過程中膜孔減少或堵塞，從 而導(dǎo)致原水滲透率和膜性能退化，因此在過濾過程中進行周期性的膜清潔以恢復(fù)膜性能。
[0004] 用于清潔膜的方法可以劃分為物理清潔和化學(xué)清潔。物理清潔的典型實例是使用 水的反沖和使用空氣的通風。反沖是其中以與過濾方向相反的方向推動處理水使其通過 膜，從而除去聚集在膜表面或膜孔中的物質(zhì)的過程。通風是其中將空氣吹至膜表面以除去 聚集的污染物的過程。
[0005] 作為水處理裝置中典型使用的浸入式膜的空氣清潔方法，循環(huán)通風和自動通風過 濾（AAF)是本領(lǐng)域眾所周知的。發(fā)展這種常規(guī)的方法來最小化膜污染并增加能量效率。然 而，循環(huán)通風具有在原水條件下表現(xiàn)出水質(zhì)量嚴重改變的不良效率的缺點。另一方面，AAF 是一種空氣清潔方法，其中，通風方法的變化和通風強度的調(diào)芐基于膜流入水的渾濁度和 膜污染指數(shù)實現(xiàn)，并因此可以處理原水質(zhì)量的改變且可以與自動控制相結(jié)合。然而，AAF 具有當流入原水的水系統(tǒng)變化時，必須再次推導(dǎo)用于膜污染指數(shù)的最佳通風強度等式的缺 點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 技術(shù)問題
[0007] 本發(fā)明的一個方面是提供可以通過考慮膜的污染特性以更有效和經(jīng)濟的方式清 潔膜的膜清潔系統(tǒng)和使用其清潔膜的方法。
[0008] 本發(fā)明的另一個方面是提供膜清潔系統(tǒng)和使用其清潔膜的方法，所述膜清潔系統(tǒng) 可以基于預(yù)測的膜污染的程度通過反沖和空氣清潔以及時的方式清潔膜，而無關(guān)原水質(zhì)量 的季節(jié)變化。
[0009] 本發(fā)明的進一步的方面是提供膜清潔系統(tǒng)和使用其清潔膜的方法，所述膜清潔系 統(tǒng)可以自動調(diào)節(jié)物理清潔（使用處理水的反沖和使用空氣的通風或空氣清潔）的間隔，從 而最小化清潔中處理水的消耗和通風中使用空氣的能量消耗。
[0010] 技術(shù)方案
[0011] 本發(fā)明的一個方面涉及膜清潔系統(tǒng)。膜清潔系統(tǒng)包括：第一膜過濾罐（槽），設(shè)置 有膜和通風裝置并通過膜過濾來過濾流入原水及分別排放處理水和待處理水；用于測量跨 膜壓的壓力表和用于測量滲透通量的流量計，壓力表和流量計都設(shè)置在第一膜過濾罐的處 理水排放管線上；和控制器，其基于由壓力表測量的跨膜壓和由流量計測量的滲透通量計 算水滲透率來計算水滲透率恢復(fù)率（water permeability recovery rate)，并基于計算的 水滲透率恢復(fù)率預(yù)測膜污染的程度以及控制反沖間隔和間歇通風間隔。
[0012] 在一個實施方式中，可以由等式1給出的累積預(yù)測指數(shù)獲得膜污染的程度：
[0013] 等式 1
[0015] 其中，kn表示緊接著從當前時間點進行反沖（或反沖加間歇通風）n次之后的累積 預(yù)測指數(shù)，并且K表示膜的水滲透率，KO是使用膜之前的初始水滲透率，Kc是緊接著最后的 反沖之后的水滲透率。Ri表示通過在最后的反沖之后第i次清潔得到的水滲透率恢復(fù)率。
[0016] 如等式2給出的，可以通過過去累積的j個數(shù)據(jù)（R1'至Rj'）的線性回歸確定用 于計算累積預(yù)測指數(shù)kn的預(yù)測值Ri :
[0017] 等式 2
[0019] 其中，ti表示需要預(yù)測的時間點且選自緊接著未來預(yù)期的第i次清潔之后的時間 點；（短線）表示算術(shù)平均值；以及Rj'表示在過去的時間點tj的水滲透率恢復(fù)率并 基于初始水滲透率KO如等式3所定義：
[0020] 等式 3
[0022] (j>l，Kj_l表示緊接著第j-Ι次清潔之后的水滲透率，以及Kj表示緊接著第j次 清潔之后的水滲透率）。
[0023] 第一膜過濾罐可以是浸入式膜過濾罐。
[0024] 控制器可以基于水滲透率恢復(fù)率經(jīng)由模擬預(yù)測膜污染的程度。如果膜污染的程度 小于第一設(shè)定值，那么控制器可以保持當前的操作條件，然而如果膜污染的程度大于或等 于第一設(shè)定值，那么控制器可以比較膜污染的程度與第二設(shè)定值。如果膜污染的程度小于 第二設(shè)定值，那么控制器可以調(diào)節(jié)反沖間隔來優(yōu)化清潔條件，然而如果膜污染的程度大于 或等于第二設(shè)定值，那么控制器可以調(diào)節(jié)通風間隔。
[0025] 系統(tǒng)可以進一步包括用于遞送第一膜過濾罐的處理水排放管線中的反沖用處理 水的泵。
[0026] 可以基于控制器接收的信息使用鼓風機調(diào)節(jié)通風裝置的通風量。
[0027] 可以將從第一膜過濾罐排放的待處理水引入至第二膜過濾罐，并可以通過作為原 水引入至第一膜過濾罐回收第二膜過濾罐中的待處理水。
[0028] 本發(fā)明的另一方面涉及膜清潔方法。該方法包括：測量來自膜過濾罐的處理水的 跨膜壓和滲透通量，以計算水滲透率；基于水滲透率的信息計算水滲透率恢復(fù)率；基于水 滲透率恢復(fù)率經(jīng)由模擬預(yù)測膜污染的程度；如果膜污染的程度小于第一設(shè)定值，那么保持 當前的操作條件，然而如果膜污染的程度大于或等于第一設(shè)定值，那么比較膜污染的程度 與第二設(shè)定值；并且，如果膜污染的程度小于第二設(shè)定值，那么調(diào)節(jié)反沖間隔以優(yōu)化清潔條 件，然而如果膜污染的程度大于或等于第二設(shè)定值，那么調(diào)節(jié)通風間隔。
[0029] 有益效果
[0030] 本發(fā)明提供了膜清潔系統(tǒng)和使用其清潔膜的方法，所述膜清潔系統(tǒng)可以通過考慮 膜的污染特性以更有效和經(jīng)濟的方式清潔膜，可以基于預(yù)測的膜污染的程度以及時的方式 通過空氣清潔來清潔膜，而無關(guān)原水質(zhì)量的季節(jié)變化，并且可以自動調(diào)節(jié)物理清潔（使用 處理水的反沖和使用空氣的通風）的間隔，從而最小化處理水的消耗和通風中使用空氣的 能量消耗。
【附圖說明】
[0031] 圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式清潔膜的方法的流程圖。
[0032] 圖2是示出了水滲透率對時間的圖。
[0033] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的膜清潔系統(tǒng)的示意圖。
[0034] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式的膜清潔系統(tǒng)的示意圖。
[0035] 圖5示出了作為操作時間的函數(shù)的相對水滲透率。
[0036] 圖6是用于比較例的流程圖。
[0037] 最佳方式
[0038] 圖2是示出了水滲透率對時間的圖。在附圖中，BP表示反沖，以及BP/IA表示進 行反沖和間歇通風兩者。如其中所示，在使用膜生產(chǎn)水中，膜的水滲透率隨時間降低并在BP 等之后再次升高。