[发明专利]一种清洗膜分离设备的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种清洗膜分离设备的方法及装置，属于水处理技术领域。

背景技术

近年来由于膜科学与技术的发展以及水处理技术的更新换代，膜分离技术和采用膜分离技术的膜分离设备越来越多地应用于水处理领域。随着工程应用的逐渐普及和生产技术的不断成熟，膜分离设备的价格有所下降。但总体而言，膜法水处理技术的一次性投资和运行成本仍然明显高于其他较为成熟的常规水处理技术，尤其是膜分离设备寿命偏短带来的更换周期短，使得实际的膜法水处理工程背负较高的折旧成本，这在很大程度上限制了膜分离技术在水处理领域进一步扩大应用范围。

目前研究人员普遍认为膜污染(membrane fouling)是造成膜分离设备寿命偏短的主要原因。膜污染可定义为颗粒、胶体、乳浊液、悬浮液、大分子和盐等物质在膜表面或膜孔内部的可逆及不可逆沉积，这种沉积包括吸附、堵塞、沉淀、形成滤饼等。膜污染的微观过程较为复杂，尤其是当膜分离设备作为膜生物反应器(Membrane Bioreactor，MBR)等污水处理系统中生物固体(biomass)与水的分离手段时，膜污染的现象极为复杂。  目前理论界认为膜污染的成因包括浓差极化(concentration polarization)、膜孔堵塞(pore clogging)、凝胶层(gellayer)、泥饼层(cake layer)、无机物结垢(mineral scale)等微观现象，其中浓差极化和膜孔堵塞一般发生在膜开始过滤后的几秒或几分钟内，凝胶层也在随后的数分钟或数小时内逐渐形成，但凝胶层的进一步增厚则发展缓慢，因此在膜分离过程的初期，膜的过滤阻力处于快速上升阶段，但随后膜的过滤阻力则进入一个相对缓慢上升的阶段，这一阶段主要是泥饼层的形成以及无机物结垢所造成的膜污染，无机物结垢的发展通常较为缓慢，但若泥饼层快速增厚，则膜的过滤阻力将重新大幅升高，甚至使得膜完全丧失产水能力。引起膜污染的物质一般有三类：(1)颗粒物质，如原水中的悬浮物，在膜生物反应器中则主要是微生物所组成的絮体，这类物质主要导致泥饼层的形成；(2)溶解性的大分子有机物质，如原水中的溶解性有机物，在膜生物反应器中则主要是生物反应器中积聚的溶解性微生物产物(soluble microbialproducts，SMPs)和胞外多聚物(extracelluar polymers，ECPs)，也包括一部分微生物，这类物质主要导致膜孔堵塞和凝胶层的形成；(3)无机物质，如原水中的碳酸盐、硫酸盐等，这类物质主要导致无机物结垢。

膜分离设备在使用过程中膜污染的现象是不可避免的，因此研究者除了深入考察膜污染的形成机理和影响因素外，也在寻求经济有效的膜污染防治和清除手段。目前在实际工程当中，当膜污染发展到一定程度时，就要对膜分离设备采取在线或离线的清洗措施，以恢复膜的过滤性能。这些清洗措施包括物理方法和化学方法两大类，前者包括以气、水或气水混合液冲刷膜正常工作时的表面的正向水力清洗，以气、水或气水混合液沿膜正常工作时过滤方向的反方向透过膜的反向水力清洗，以及采用超声波等手段对膜进行清洗等，后者主要包括以含有一定浓度化学药剂的清洗溶液浸泡膜正常工作时的表面的正向化学清洗或沿膜正常工作时过滤方向的反方向透过膜的反向化学清洗。有关正向或者反向水力清洗的方法可参见中国专利及专利申请95194986.1、98125099.8、02205772.2、02224060.8、200320110568.6、200510013249.7、200580013230.0，有关反向化学清洗的方法可参见中国专利200510115862.X，有关组合运用正向以及反向的水力清洗和化学清洗的方法可参见中国专利申请200580046369.5、200610011310.9。