[发明专利]用于清洁膜的系统及使用其清洁膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及膜清洁系统及使用其清洁膜的方法。更具体地，本发明涉及用于浸入式膜水处理过程并监测膜污染的程度以通过反冲(back-pulsing)和空气清洁来优化清洁膜的时间，从而最小化反冲用处理水的消耗和通风(曝气，aeration)所需的能量消耗的膜清洁系统，并涉及使用其清洁膜的方法。

背景技术

膜是指选择性地允许多组分混合物中的特定组分通过其，从而分离混合物的组分的多孔物理屏障。有利地，使用膜的水处理需要少于其他过滤方法的化学品如凝结剂，并允许减少需要的安装空间。用于水处理的膜根据其种类可以分离水中的有机污染物、无机污染物和微生物。根据孔径，将压力驱动膜划分为微滤(MF)膜、超滤(UF)膜、纳滤(NF)膜、反渗透(RO)膜等。此外，还将膜划分为聚合物有机膜和陶瓷或金属的无机膜。具有布置在壳体中的膜并配置为进行固液分离的膜组件(或薄膜组件)的实例包括管式、中空纤维式、螺旋卷式、板式和框架式以及旋转盘式膜组件。

这种膜具有无数的细孔，即，膜孔。因此，当经由膜滤除或通过膜时，包含在原水(未净化的水，raw water)中的污染物聚集在膜表面，或粘附至膜表面或孔的内侧，从而导致膜的污染。当膜被污染时，膜被聚集的污染物覆盖，或在过滤过程中膜孔减少或堵塞，从而导致原水渗透率和膜性能退化，因此在过滤过程中进行周期性的膜清洁以恢复膜性能。

用于清洁膜的方法可以划分为物理清洁和化学清洁。物理清洁的典型实例是使用水的反冲和使用空气的通风。反冲是其中以与过滤方向相反的方向推动处理水使其通过膜，从而除去聚集在膜表面或膜孔中的物质的过程。通风是其中将空气吹至膜表面以除去聚集的污染物的过程。

作为水处理装置中典型使用的浸入式膜的空气清洁方法，循环通风和自动通风过滤(AAF)是本领域众所周知的。发展这种常规的方法来最小化膜污染并增加能量效率。然而，循环通风具有在原水条件下表现出水质量严重改变的不良效率的缺点。另一方面，AAF是一种空气清洁方法，其中，通风方法的变化和通风强度的调节基于膜流入水的浑浊度和膜污染指数实现，并因此可以处理原水质量的改变且可以与自动控制相结合。然而，AAF具有当流入原水的水系统变化时，必须再次推导用于膜污染指数的最佳通风强度等式的缺点。

发明内容

技术问题

本发明的一个方面是提供可以通过考虑膜的污染特性以更有效和经济的方式清洁膜的膜清洁系统和使用其清洁膜的方法。

本发明的另一个方面是提供膜清洁系统和使用其清洁膜的方法，所述膜清洁系统可以基于预测的膜污染的程度通过反冲和空气清洁以及时的方式清洁膜，而无关原水质量的季节变化。

本发明的进一步的方面是提供膜清洁系统和使用其清洁膜的方法，所述膜清洁系统可以自动调节物理清洁(使用处理水的反冲和使用空气的通风或空气清洁)的间隔，从而最小化清洁中处理水的消耗和通风中使用空气的能量消耗。

技术方案

本发明的一个方面涉及膜清洁系统。膜清洁系统包括：第一膜过滤罐(槽)，设置有膜和通风装置并通过膜过滤来过滤流入原水及分别排放处理水和待处理水；用于测量跨膜压的压力表和用于测量渗透通量的流量计，压力表和流量计都设置在第一膜过滤罐的处理水排放管线上；和控制器，其基于由压力表测量的跨膜压和由流量计测量的渗透通量计算水渗透率来计算水渗透率恢复率(water permeability recovery rate)，并基于计算的水渗透率恢复率预测膜污染的程度以及控制反冲间隔和间歇通风间隔。

在一个实施方式中，可以由等式1给出的累积预测指数获得膜污染的程度：

等式1

其中，kn表示紧接着从当前时间点进行反冲(或反冲加间歇通风)n次之后的累积预测指数，并且K表示膜的水渗透率，K0是使用膜之前的初始水渗透率，Kc是紧接着最后的反冲之后的水渗透率。Ri表示通过在最后的反冲之后第i次清洁得到的水渗透率恢复率。

如等式2给出的，可以通过过去累积的j个数据(R1'至Rj')的线性回归确定用于计算累积预测指数kn的预测值Ri：

等式2

其中，ti表示需要预测的时间点且选自紧接着未来预期的第i次清洁之后的时间点；‘-’(短线)表示算术平均值；以及Rj'表示在过去的时间点tj的水渗透率恢复率并基于初始水渗透率K0如等式3所定义：

等式3