[发明专利]使用脉冲气提泵的膜清洗

说明书

本申请是申请号为200880017403.X、申请日为2008年5月29日、同题的专利申请的的分案申请。

技术领域

本发明涉及膜过滤系统，更特别地涉及用于使用脉冲流体流有效清洗该系统中所用的膜的装置和相关方法。

发明背景

用于处理废水的膜的重要性正迅速提高。现在公知的是，膜工艺可以用作污水的有效三级处理并提供水质好的出水。然而，其资金成本和运行成本可能会过高。随着其中膜组件浸没在大给水箱中且通过施加在膜的滤液侧的抽吸力或通过重力给料来收集滤液的浸没式膜工艺的到来，在一级中结合了生物和物理工艺的膜生物反应器有希望更紧凑、有效和经济。由于其多功能性，膜生物反应器的尺寸包括从家用（如化粪池系统）到社区和大规模污水处理。

膜过滤工艺的成功主要取决于使用有效和高效的膜清洗方法。通常使用的物理清洗方法包括使用渗透液或气体或其组合的反洗（反冲、反冲洗）、使用呈在液体中的气泡形式的气体的膜表面冲刷或冲洗。通常地，在气体冲洗系统中，将气体喷射（通常使用鼓风机）到其中浸没有膜组件的液体系统中以形成气泡。然后如此形成的气泡向上运动冲刷膜表面，以除去形成在该膜表面上的污垢物质。产生的剪切力主要取决于初始气泡速度、气泡尺寸和施加到该气泡上的合力。为了提高冲刷效果，必须供给更多的气体。然而，该方法会消耗大量能量。而且，在高固体浓度环境中，气体分布系统可能会逐渐被脱水的固体堵塞或仅仅在气流意外停止时就被堵塞。

此外，在高固体浓度的环境中，在其中清洁滤液通过膜而更高固含量的渗余物被留下的过滤过程中，接近该膜表面的固体浓度极化变得很大，导致膜阻力升高。这些问题中有些已经通过使用两相流来清洗该膜而得到了解决。

在循环基础上提供气泡的循环充气系统据称能降低能量消耗，同时仍提供足够的气体以有效冲刷该膜表面。考虑到这种循环操作，这种系统通常需要复杂的阀门设置和控制装置，这会提高所需的初始系统成本和该复杂阀门和开关设置的后续维护成本。在大的系统中机械阀操作也限制了循环频率。而且，已经发现循环充气并不能有效地更新该膜表面。

将会需要提供不需要借助于复杂阀门开关等来控制操作的能量有效的冲刷工艺操作。还优选提供通过该膜表面的两相液气流以提供一种更有效的冲刷工艺，同时使这种清洗工艺所需的能量最小化。

发明内容

本发明至少在其实施方案中寻求克服或至少改进现有技术的一些缺点或至少为公众提供有用的替代方式。

根据一个方面，本发明提供一种用流体流清洗浸没在液体介质中的膜表面的方法，包括沿该膜表面提供无规产生的间歇或脉冲流体流以从中去除污垢材料并降低固体浓度极化的步骤。优选，该流体流包括气流。优选地，该气流呈气泡形式。进一步优选，该流体流包括两相气/液流。优选地，该方法包括使用供给了加压气流的装置来产生脉冲两相气/液流。进一步优选，该加压气流的供给是基本恒定的。优选地，该脉冲流体流的大小和/或频率和/或持续时间是无规的。

在本发明的一种形式中，将该脉冲两相气/液流与基本恒定的两相气/液流结合使用。

任选地，可以使用鼓风机等装置在所述液体介质中提供另外的气泡源。所用的气体可以包括空气、氧气、氯气、臭氧、氮气、甲烷或适用于特定应用的任何其他气体。为了冲刷和/或充气的目的，空气是最经济的。氯气可以用于通过在膜表面处的化学反应洗涤、消毒和提高清洗效率。臭氧的使用除了与上述氯气类似的作用之外，还具有其他特征，例如将DBP前体氧化和将不可生物降解的NOM转化为可生物降解的溶解有机碳。在一些应用中，例如其中不适用氧气或氧化剂的厌氧生物环境或非生物环境中，可以使用氮气，特别是在给料罐密封且能够捕获并再循环氮气的情况下。

根据第二方面，本发明提供一种膜组件，其包括多个多孔膜或一组膜组件，和用于提供无规产生的脉冲流体流以使得在使用时所述流体流移动通过所述膜的表面以从中去除污垢材料的装置。优选，该流体流包括产生移动通过所述膜表面的气泡的气流。进一步优选，该流体流包括两相气/液流。优选地，所述脉冲两相气/液流是由具有基本恒定的气体供给的装置产生的。优选地，该脉冲气流的大小和/或频率和/或持续时间是无规的。