專利名稱：過濾工藝中改進(jìn)的運行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及膜過濾系統(tǒng)中膜的清洗，更具體而言，涉及這種系統(tǒng)中 的減少能量需求的運行方法。
背景技術(shù)：
膜系統(tǒng)供應(yīng)商一直致力于降低操作能和膜污染。通常，在清洗膜的 能量輸入降低時膜污染得更快。已經(jīng)提出不同的方法來在不顯著影響膜
污染的情況下降低能量需求。美國專利No. 6，555，005和6，524，481提出 對膜進(jìn)行間歇式空氣沖洗來替代連續(xù)的空氣注入。在美國專利 No.6，245，239和6，550，747中，提出一個特殊的循環(huán)式曝氣系統(tǒng)，以減 少在膜清洗中的空氣消耗?，F(xiàn)有技術(shù)中所描述的循環(huán)式曝氣系統(tǒng)要求快 速響應(yīng)閥以進(jìn)行高頻率的開啟和關(guān)閉，因此閥的磨損嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一方面，本發(fā)明提供一種具有多個重復(fù)運行周期的膜過濾系統(tǒng) 運行方法，所述方法包括如下步驟在所述運行周期的一個或多個重復(fù) 之間和/或過程中，改變系統(tǒng)的與特定運行周期相關(guān)的一個或多個運行 參數(shù)的數(shù)值。
本方法還可包括依據(jù)膜上的負(fù)栽調(diào)整過濾周期時間和/或其它參數(shù)。
優(yōu)選地，本方法包括改變運行周期的持續(xù)時間這一步驟。優(yōu)選本方 法可包括改變一個或多個運行參數(shù)的數(shù)值，而不使用這些參數(shù)的恒定數(shù) 值。這些參數(shù)可包括但不限于運行流量、跨膜壓和膜沖洗空氣流速。
優(yōu)選地，所述改變包括在兩個或多個預(yù)定數(shù)值或持續(xù)時間之間交替 改變運行參數(shù)的數(shù)值和/或運行周期的持續(xù)時間。在一種優(yōu)選的形式中， 膜過濾系統(tǒng)包括具有不同運行周期的至少兩個膜或膜組，其中所述改變 在所述膜或膜組之間交替改變。優(yōu)選所述周期持續(xù)時間可依據(jù)一個運行
參數(shù)數(shù)值例如跨膜壓(TMP)或運行流量而改變?；蛘?，所述周期持續(xù) 時間可依據(jù)性能相關(guān)參數(shù)的變化，例如TMP的增加或滲透性/阻力的變 化而改變。
根據(jù)另 一方面，本發(fā)明提供一種具有多個重復(fù)運行周期的膜過濾系 統(tǒng)的運行方法，所述方法包括在所述運行周期的一個或多個重復(fù)之間改 變特定運行周期的持續(xù)時間這一步驟。
根據(jù)再一方面，本發(fā)明還包括適合于根據(jù)本發(fā)明方法運行的裝置或 膜過濾系統(tǒng)。


現(xiàn)將參照如下附圖僅以示例方式說明本發(fā)明優(yōu)選的實施方案，其中 圖1為交替改變空氣沖洗流速的示意圖； 圖2為交替改變氣體沖洗流速對膜滲透性的影響的示意圖； 圖3為恒定的及交替改變的氣體沖洗流速對膜滲透性的影響的對 比的示意圖。
圖4為在不同運行條件下膜過濾性能(TMP)的對比的示意圖。
具體實施例方式
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膜過濾系統(tǒng)的過濾周期通常包括過濾階段和反洗和/或松弛階段 (relaxation stage )。本發(fā)明的一個實施方案的方法在過濾周期之間交 替改變運行參數(shù)值。對于使用氣體沖洗或膝氣來清洗膜的系統(tǒng)而言，運 行參數(shù)可包括沖洗氣體流速、過濾流速等。對于沖洗氣體而言，在重復(fù) 周期中，在一個周期中使用正常的氣體流速，而在下一個周期使用較低 或較高的氣體流速。這樣一種運行方法不需要任何特殊的閥，對于膜污 染影響甚小，并且不會影響膜的濾液凈生產(chǎn)量。
對于飲用水和污水處理而言，膜過濾系統(tǒng)中典型的過濾周期在2至 60分鐘范圍內(nèi)，更典型地在3至45分鐘范圍內(nèi)。沖洗氣體流速在兩種 氣體流速間交替改變。所使用的較低氣體流速與膜的性質(zhì)和沖洗持續(xù)時 間有關(guān)。對于典型的過濾周期而言，較低的氣體流速可為低于正常數(shù)值 的100%的任何流速，但是優(yōu)選至少為正常流速的20%,以《更在過濾周
期之間實現(xiàn)交替改變，同時不會對膜污染有顯著影響。
這樣的交替改變方法還可應(yīng)用至該系統(tǒng)的其它運行參數(shù)，例如過濾
流速。過濾流量可以兩種不同速率運行操作在重復(fù)周期中， 一個周期 為正常流量，另一個周期流量較高。
在本實施方案的實際應(yīng)用中，兩個周期之間運行參數(shù)的這樣一種交 替改變可應(yīng)用到兩個膜組件、兩個膜架(membrane rack)或兩個膜室 (membrane cell )。例如，在重復(fù)周期中， 一個膜室可在正常沖洗氣體 流速下運行，而另一個則以較低沖洗氣流運行。因此，用于氣體沖洗的 凈氣體需求得以減少。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，運行方法靈活地(flexibly)改變氣 體沖洗交替改變的頻率，不依賴于過濾周期。正常氣流持續(xù)時間和較低 氣流持續(xù)時間的選擇很簡單。優(yōu)選較低氣流的持續(xù)時間為正常氣流的持 續(xù)時間的0.5-5倍。
圖1示出根據(jù)本實施方案的方法的氣流方式。較低氣體流速可為低 于正常值的100%的任何速率，但是優(yōu)選至少為正常值的10%，以避免 顯著的膜污染。
在膜組件網(wǎng)絡(luò)中，該交替改變方法可在相應(yīng)的組件系列中互換，從 而使得一個系列的組件接收到正常的氣流，而其它系列的組件獲得較低 的氣流。例如，較低的氣流的持續(xù)時間可被設(shè)置為正常氣流的兩倍。那
樣該氣體交替改變過程可應(yīng)用到三個系列的組件中---個系列接受
正常氣流，而其它兩個接受較低氣流。
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上面所使用的氣體節(jié)省方法的一個不良副作用是出現(xiàn)在污水處理 中的峰流量運行時膜污染的增加。該膜處于受應(yīng)力條件下，并且以較低 氣流沖洗所致的能量輸入降低會使得情況更糟糕。為克服這一難題，通 過降低過濾周期的持續(xù)時間來改變運行方法。
這是基于這樣的原理反洗或松弛取決于膜阻力的增加，而非固定 的過濾時間。在膜運行流量翻倍時，阻力增加率將會翻倍或更多。若過 濾時間被固定為與正常流量的相同，那么在以較高流量運行時阻力的增 加將很明顯，從而導(dǎo)致難以通過反洗或松弛來恢復(fù)膜性能，并導(dǎo)致膜阻 力的持續(xù)增加。但是，如果過濾時間減少，則膜阻力增加較少，并且更 容易恢復(fù)膜的性能。
膜阻力增加是確定反洗或松弛周期需求的優(yōu)選指標(biāo)。其它參數(shù)例如
跨膜壓(TMP)增加和滲透性降低也可用作確定反洗/松弛周期的必要 性的指標(biāo)。例如，若在正常流量下過濾時間為12分鐘，那么在流量為 正常流量的兩倍時，過濾時間可減少到6分鐘或以下。
實施例 實施例1
該實施例表明交替改變氣流對膜污染的影響。該實施例使用市政污 水處理的膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)。膜生物反應(yīng)器組件被安裝在膜罐內(nèi)。來自 需氧池的混合液體以五倍于濾液流速的流速(5Q)被輸送至膜罐，多 余的混合液體循環(huán)回需氧池。膜罐中的MLSS濃度在10-12 g/L范圍內(nèi)。 以過濾和松弛模式進(jìn)行膜過濾，并且在系統(tǒng)運行期間不使用液體反洗。 采用以下的運行條件
1. 標(biāo)準(zhǔn)運行條件過濾12分鐘，木>弛1分鐘，同時以9 m"hr進(jìn) 行連續(xù)的氣體(在本實施例中為空氣)沖洗。
2. 在過濾周期中以9和5 m3/hr交替改變空氣流速，即9 m3/hr空 氣13分鐘和5 m3/hr空氣13分鐘。圖2示出這樣一種交替改變模式及 膜滲透性隨空氣流速的變化情況。
圖2顯示，在較低沖洗氣體流速下，膜污染得很快，并且膜的滲透 性急劇下降。但是，當(dāng)氣體流速增加時，滲透性基本恢復(fù)。進(jìn)行了一項 擴展測試，并將其與圖3中的恒定氣流進(jìn)行了比較。在正常運行流量 30 L/m2/hr下，以9和5 m3/hr交替改變氣流運行時，膜污染速率變化 甚微。
該實施例表明，可以交替變化的流速提供膜沖洗氣體，而不影響膜 污染。在該實施例中，有效沖洗膜所需的凈的氣體供給減少了 22%。
實施例2
該實施例示出如何改變運行方法來處理峰流量運行。膜過濾系統(tǒng)結(jié)
構(gòu)與實施例1中的相同。
在該實施例中，運行流量從30L/mVhr升高至45L/m2/hr，升高了 50%。在這樣一高負(fù)載情況下，在過濾期間運行跨膜壓(TMP)升高快 得多。在空氣流速較低時這種情形變得更為嚴(yán)重。圖4示出在不同運行 方法下的測試結(jié)果。以9m3/hr的流速供給沖洗空氣時，跨膜壓(TMP) 在12分鐘過濾周期中升高了約lkPa，但當(dāng)空氣流速降低至5m"hr時 升高了 3kPa以上。較快的跨膜壓(TMP)升高表明膜污染很快。膜污 染往往更難通過松弛來恢復(fù)，導(dǎo)致TMP持續(xù)不斷地升高。若過濾時間 縮短至6分鐘，松弛也降低至30秒，那么在空氣流速率低時，TMP僅 升高約lkPa，使得更容易通過松弛恢復(fù)。圖4示出交替改變空氣速率 的方法也可通過縮短過濾周期在峰流量時有效應(yīng)用。
可理解的是，在不背離所描述的本發(fā)明的主旨或范圍的情況下，本 發(fā)明的其它實施方案和實例也是可行的。
權(quán)利要求
1.一種具有多個重復(fù)運行周期的膜過濾系統(tǒng)的運行方法，所述方法包括如下步驟在所述運行周期的一個或多個重復(fù)之間，改變系統(tǒng)的與特定運行周期相關(guān)的一個或多個運行參數(shù)的數(shù)值。
2. —種具有多個重復(fù)運行周期的膜過濾系統(tǒng)的運行方法，所述方法 包括如下步驟在所述運行周期的一個或多個重復(fù)過程中，改變系統(tǒng)的 與特定運行周期相關(guān)的一個或多個運行參數(shù)的數(shù)值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，包括根據(jù)膜上的負(fù)載調(diào)整參數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，包括改變所述運行周期的持續(xù)時 間的步驟。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，包括改變一個或多個運行參數(shù)的 數(shù)值，而不使用這些參數(shù)的恒定數(shù)值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述參數(shù)包括下列參數(shù)中的一個或 多個運行流量、跨膜壓和膜沖洗空氣流速。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中所述改變包括在兩個或多個預(yù) 定數(shù)值或持續(xù)時間之間交替改變運行參數(shù)的數(shù)值和/或運行周期的持續(xù) 時間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中所述膜過濾系統(tǒng)包括具有不同 運行周期的至少兩個膜或兩個膜組，并且其中所述改變在所述膜或膜組 之間交替進(jìn)行。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中所述周期持續(xù)時間隨運行參 數(shù)數(shù)值而變。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述運行參數(shù)為跨膜壓(TMP)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所述運行參數(shù)為運行流量。
12. —種具有多個重復(fù)運行周期的膜過濾系統(tǒng)的運行方法，所述方 法包括在所述運行周期的一個或多個重復(fù)之間改變特定運行周期的持 續(xù)時間的步驟。
13. 4艮據(jù)權(quán)利要求1、 2或12的方法運行的膜過濾系統(tǒng)。
14. 一種運行過程具有多個重復(fù)的運行周期的膜過濾系統(tǒng)，該系統(tǒng)包 括用于在所述運行周期的一個或多個重復(fù)之間改變與特定運行周期相關(guān) 的 一個或多個運行參數(shù)數(shù)值的控制裝置。
15. —種運行過程具有多個重復(fù)的運行周期的膜過濾系統(tǒng)，該系統(tǒng)包 括用于在所述運行周期的一個或多個重復(fù)過程中改變與特定運行周期相 關(guān)的一個或多個運行參數(shù)的數(shù)值的控制裝置。
16. —種運行過程具有多個重復(fù)的運行周期的膜過濾系統(tǒng)，該系統(tǒng)包 括用于在所述運行周期的一個或多個重復(fù)之間改變特定運行周期的持續(xù) 時間的控制裝置。
全文摘要
公開了一種具有多個重復(fù)運行周期的膜過濾系統(tǒng)的運行方法，所述方法包括如下步驟在所述運行周期的一個或多個重復(fù)之間和/或過程中，改變系統(tǒng)的與特定運行周期相關(guān)的一個或多個運行參數(shù)的數(shù)值。還公開了依據(jù)本方法運行的膜過濾系統(tǒng)。
文檔編號B01D61/22GK101370568SQ200780002344
公開日2009年2月18日 申請日期2007年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月12日
發(fā)明者A·斯尼頓, R·W·費爾普斯, T·阮, 查富芳 申請人:西門子水技術(shù)公司