[发明专利]用单向泵完成膜分离和清洗程序的自动化流量控制系统

说明书

发明领域

本发明普通地说是关于一种工业上可行的、用于膜分离过程的自动化流量控制系统，更明确地说，是只利用一个单向泵来驱动膜分离程序和相关的清洗活动，如就地清洗(CIP，clean-in place)、正向冲洗、顺流反冲洗、逆流反冲洗，化学顺流反冲洗和化学逆流反冲洗。

背景技术

在膜分离技术的整个领域内存在着大量的活动，如反渗透(RO)、纳滤(NF)、超滤(UF)和微滤(MF)等，膜分离技术正在成为一种推进有关强制性工业清洁的可行的协议机制的手段。

膜分离技术在许多领域具有广泛的应用，比如水净化系统、离子交换系统、离析、分离、生物分子标定和工业清洗，其相关技术的原理集中在以膜孔径大小和流体与膜之间的电相互作用为基础的分离。一般来说，从用来分离最小尺寸分子的反渗透膜到用来分离最大尺寸分子的微滤膜，它们的孔径大小在剖视图上是按照升序排列的。

膜分离过程要取得成功的应用，按照规定的顺序预先做好清洗过程是很重要的。前述规定是针对由于碎片沉积产生污垢而做出的安全预防，这些污垢如果不清除，可能会达到一个临界浓度而损坏膜的表面，并使之无法修补。为了克服这个问题或减小由于污垢而导致的有害影响，设计一个流量控制系统以产生一个湍流来同时清除膜表面的污垢物是必要的。然而，利用湍流技术也有它的局限性，并不能应用于本文提到的所有污垢物。

在污垢是由有机生长或是有机源/无机源物质沉积所致的情况下，采用的技术不是正向冲洗就是反冲洗，倘若膜的配置和结构允许反冲洗，则要尽可能地采用反冲洗。在污垢是由硬物碎片沉积所致的情况下，通常要在传统的正向冲洗和反冲洗的基础上添加一个化学处理方案。因为用于膜分离程序的膜大多数都是不对称膜，物理性质极易碎，所以正向冲洗和反冲洗的流量总是不同的，不同流量由为获得所需流量而设置的泵来调节。通常，正向冲洗的流量最高；通过占用干预槽，采用反冲洗的常规运行方式流量最低。

在工业上可行的膜分离技术研究领域，先有技术披露了几项专利，然而，在阀门和泵旁路系统同时存在的前提下，使用一个受自动控制系统调节的单向泵，完成在工业上可行的膜分离过程，先有技术没有披露有关这方面任何的专利。

授权给Petty的第6649062号美国专利的核心是把反渗透技术作为达到膜分离效果的一种手段，其中，把流体萃取与利用自由能驱动的膜技术相结合是其达到预想目的的原因。

授权给Zeiher等人的第6730227号美国专利披露了一种监控膜分离过程的方法，其膜分离系统的控制机制是通过用总量可测的惰性荧光示踪剂和标记荧光剂的调节来监控和计算具体的参数。

也是授权给Zeiher等人的第6838002号美国专利，是前面上一段所引用的美国专利第6730227号在先发明的续篇，其不同之处在于，后一个发明的核心是把反渗透作为一种使用惰性荧光示踪剂的膜分离技术。

授权给Johnson的第6881336号美国专利披露了一种改进的与一个螺旋形上升元件结合在一起的进料隔离物，其重点是利用这个螺旋形上升元件来构造一个由反渗透过程驱动的膜分离系统。

授权给Ichiyanagi Naoto等人的第JP61200813号日本专利披露了一种采用反渗透作为技术手段、可不减少入水量而提高出水质量的方法。

第JP6126135号日本专利披露了一种可不间断循环运转的膜分离设备，该设备由一系列处理速度比膜分离装置处理速度低的溶解装置组成。

前述先有技术透露出设计复杂、结构庞大的问题，这阻碍了它们作为工业上可行的膜分离过程的表现。因此迫切需要一种新的流量控制系统，用来有效驱动上面提到的膜分离程序，它应该兼具结构简单、轻便可移动、运行可靠的特点。

因此，本说明书突出显示了一种简单、操作方便、成本低廉的膜分离技术的需要。

发明内容

考虑到前述缺点是上面提到的先有技术所固有的，故本发明的大体目的就是提出一种方便与效用都得到改进的组合来包含先有技术的所有优点，并克服前面提到的现有技术的劣势和缺点。因此，本发明的主要目标之一是提出一种改进的、简化的膜分离技术，它仅仅使用一个单向泵就可以达到我们所希望的一个工业上可行的膜分离技术的效果。

本发明的另一个目标是要提出一种非常简单的膜分离技术，利用单向泵的并行旁路来提供和调节所需的不同流量。

本发明的另一个目标是提出一种使用单向泵的成本低廉的膜分离技术，它在降低膜分离设备的资本成本及备用件和维修成本方面具有直接的意义。