CN114849487A - 一种超滤膜的清洗系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于超滤膜清洗技术领域，公开了一种超滤膜的清洗系统及方法。该系统包括原水箱、超滤进水泵、自清洗过滤器、超滤设备、产水箱、尾气破坏装置、反冲洗水泵、空气压缩机子系统和臭氧发生器子系统，以及任选地加药清洗子系统。利用本发明的新型超滤膜系统协同臭氧预氧化的方法，可延长其超滤膜的使用寿命、提高清洗效果并减少了对膜运行在线率的影响。

Description

一种超滤膜的清洗系统及方法

技术领域

本发明属于超滤膜清洗技术领域，更具体地，涉及一种超滤膜的清洗系统及方法。

背景技术

膜污染是指在膜过滤过程中，由于水中的微粒、胶体粒子或溶质大分子与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象。在水处理领域，超滤膜在正常运行中都不可避免的会受到污染，这也是制约膜正常产水的一项不可攻破的难题。

目前对于膜污染防治的常用方法是物理清洗和化学清洗，物理清洗方法很多种，如正方向清洗、反方向冲洗、透过液反压冲洗、振动、水利方法等，通过清洗膜恢复一定的渗透性，但物理清洗无法完全恢复透水率，还需进行化学清洗。化学清洗是利用化学试剂与沉积物、污垢、腐蚀产物及影响通量速率和产水水质的其他污染物反应去除膜上的污染物。此方法将膜浸泡到化学清洗液中，浸泡一定时间，使得膜表面的污染物松动、分解和沉淀。

以上超滤膜污染防治的常用方法存在以下问题：

(1)清洗对膜材料的影响：目前应用于水处理领域的有机超滤膜材料以PVDF材料为主，制造工艺分为溶液相转移法(NIPS)与热致相分离法(TIPS)。NIPS膜存在化学稳定性相对较差、机械强度较低等缺点，而TIPS膜虽然在机械强度上较NIPS膜有一定的提高，但仍存在化学稳定性和亲水性相对较差的问题。以上因素使得PVDF膜在常规膜清洗方式下，容易出现膜腐蚀导致的过滤性能下降或者断丝等情况，从而导致膜的整体使用寿命降低。

(2)清洗不彻底：不论是物理清洗还是化学清洗，本质上都是膜污染到达一定程度后，再进行恢复性清洗，而且随着使用年限的增加，超滤膜的运行产水性能会逐年降低，这也说明常规的物理或化学清洗，不能将膜受到的污染完全去除，存在着清洗不彻底的情况。

(3)清洗导致超滤膜运行在线率低：超滤系统运行过程中，连续产水一段时间后，需要进行反冲洗或化学清洗，才能保证膜的产水通量维持在设计范围内，而频繁的反冲洗或化学清洗，会减少膜系统的产水时间，降低膜系统的整体在线率。

因此，针对目前超滤膜清洗技术存在的清洗不彻底、影响膜运行在线率、甚至导致膜寿命降低的问题，亟待提出一种新的超滤膜清洗的系统及方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种超滤膜的清洗系统及方法。利用本发明的新型超滤膜系统协同臭氧预氧化的方法，可延长其超滤膜的使用寿命、提高清洗效果并减少了对膜运行在线率的影响。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种超滤膜的清洗系统，该系统包括原水箱、超滤进水泵、自清洗过滤器、超滤设备、产水箱、尾气破坏装置、反冲洗水泵、空气压缩机子系统和臭氧发生器子系统，以及任选地加药清洗子系统；

所述原水箱的出水口、超滤进水泵、自清洗过滤器、超滤设备和产水箱的进水口依次连通；所述尾气破坏装置设置于所述产水箱的顶部，用于回收进入所述产水箱内的臭氧；

所述超滤设备的顶部产水出口还与所述产水箱的产品水出口通过反冲洗水泵连通；所述空气压缩机子系统与所述超滤设备的底部进气口连通；

所述臭氧发生器子系统包括混合器和臭氧发生器；

所述混合器设置于所述超滤进水泵的出水口与所述自清洗过滤器的进水口之间，所述臭氧发生器与所述混合器连通；所述加药清洗子系统的加药输出管线与所述自清洗过滤器的出水口和所述超滤设备的底部进水口之间的管线连通；

或者，所述混合器设置于所述反冲洗水泵的出水口与所述超滤设备的顶部产水出口之间，所述臭氧发生器与所述混合器的产品水进口连通；所述加药清洗子系统的加药输出管线与所述自清洗过滤器的出水口和所述超滤设备的底部进水口之间的管线连通。

根据本发明，优选地，所述原水箱还设置有反洗水进口和原水进口；所述超滤设备还设置有顶部反洗水出口，所述超滤设备的顶部反洗水出口与所述原水箱的反洗水进口连通。

在本发明中，所述原水箱内设置有液位计。

根据本发明，优选地，所述加药清洗子系统包括药剂加药箱、药剂加药泵、酸剂加药箱、酸剂加药泵和所述加药输出管线；

所述药剂加药箱与所述药剂加药泵的进药端连通；

所述酸剂加药箱与所述酸剂加药泵的进药端连通；

所述药剂加药泵的出药端和所述酸剂加药泵的出药端均与所述加药输出管线连通。

根据本发明，优选地，所述超滤膜为含聚偏氟乙烯树脂的超滤膜，优先选用本领域技术人员已知的耐臭氧氧化的超滤膜。

根据本发明，优选地，所述药剂为次氯酸钠和/或氢氧化钠。

根据本发明，优选地，所述酸剂为柠檬酸、草酸和盐酸中的至少一种。

本发明第二方面提供了一种超滤膜的清洗方法，该方法采用所述的系统，包括如下步骤：

S1：将所述原水箱内的原水与臭氧一起输送至所述混合器和所述自清洗过滤器，对所述原水中的污染物进行氧化分解；

S2：将经过所述氧化分解的原水输送至所述超滤设备进行过滤后，送入所述产水箱，作为产品水，同时将进入所述产水箱内的臭氧通过所述尾气破坏装置回收分解后排出所述系统；

S3：利用所述反冲洗水泵将所述产水箱的产品水输送至所述超滤设备的顶部产水出口，逆向对所述超滤设备内的膜丝进行反冲洗，同时通过所述空气压缩机子系统对所述超滤设备内的膜丝进行空气振荡和气泡擦洗。

根据本发明，优选地，在步骤S1中，所述臭氧的投加浓度为6～40mg/L。

根据本发明，优选地，所述步骤S3还包括：通过所述加药清洗子系统的药剂加药泵和/或酸剂加药泵，根据膜污染的情况将药剂和/或酸剂通过所述加药输出管线送入所述超滤设备的底部进水口。

本发明第三方面提供了一种超滤膜的清洗方法，该方法采用所述的系统，包括如下步骤：

S1：将所述原水箱内的原水输送至所述自清洗过滤器，对所述原水进行第一次过滤处理；

S2：将经过所述第一次过滤处理的原水输送至所述超滤设备进行第二次过滤处理后，送入所述产水箱，作为产品水；

S3：利用所述反冲洗水泵将所述产水箱的产品水和臭氧一起输送至所述混合器和所述超滤设备的顶部产水出口，逆向对所述超滤设备内的膜丝进行氧化反冲洗，同时通过所述空气压缩机子系统对所述超滤设备内的膜丝进行空气振荡和气泡擦洗；并将进入所述产水箱内的臭氧通过所述尾气破坏装置回收分解后排出所述系统。

根据本发明，优选地，

在步骤S3中，所述臭氧的投加浓度为6～40mg/L；

所述步骤S3还包括：通过所述加药清洗子系统的药剂加药泵和/或酸剂加药泵，根据膜污染的情况，将所述药剂和/或酸剂通过所述加药输出管线送入所述超滤设备的底部进水口。

本发明的技术方案的有益效果是：

(1)采用本发明的臭氧处理超滤膜的系统，可减少对超滤膜造成的不可逆损伤，保持超滤膜的使用寿命。且本发明的系统更适用于处理耐臭氧氧化的超滤膜，由于其膜相对于常规超滤膜的化学稳定性和机械强度更高，可有效耐高浓度臭氧、次氯酸钠等膜清洗药剂腐蚀，因此，本发明的系统和方法对其膜造成的不可逆损伤更少，清洗更彻底并减少了对膜运行在线率的影响。

(2)本发明提供了一种高效、稳定的在线去除系统，降低了膜系统出水有机物的含量，降低了超滤膜的运行跨膜压差，提高了膜系统透水率，从而达到减少反冲洗和化学清洗频率，提高膜系统整体在线率的目的。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了本发明实施例1提供的一种超滤膜的清洗系统的示意图。

图2示出了本发明实施例2提供的一种超滤膜的清洗系统的示意图。

图3示出了本发明实施例4提供的一种超滤膜的清洗方法处理的膜系统运行数据变化图。

图4示出了本发明对比例1提供的一种超滤膜的清洗方法处理的膜系统运行数据变化图。

附图标记说明如下：

1、原水箱；2、超滤进水泵；3、自清洗过滤器；4、混合器；5、超滤设备；6、产水箱；7、反冲洗水泵；8、药剂加药箱；9、药剂加药泵；10、酸剂加药箱；11、酸剂加药泵；12、空气压缩机子系统；13、臭氧发生器；14、尾气破坏装置；15、加药输出管线；16、反洗水进口；17、原水进口；18、顶部反洗水出口、19、顶部产水出口。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

实施例1

本实施例提供一种超滤膜的清洗系统，如图1所示，该系统包括原水箱1、超滤进水泵2、自清洗过滤器3、超滤设备5、产水箱6、尾气破坏装置14、反冲洗水泵7、空气压缩机子系统12、臭氧发生器子系统和加药清洗子系统；

所述臭氧发生器子系统包括混合器4和臭氧发生器13；

所述原水箱1的出水口、超滤进水泵2、混合器4、自清洗过滤器3、超滤设备5和产水箱6的进水口依次连通；所述尾气破坏装置14设置于所述产水箱6的顶部，用于回收进入所述产水箱6内的臭氧；

所述臭氧发生器13与所述混合器4连通；

所述超滤设备5的顶部产水出口19还与所述产水箱6的产品水出口通过反冲洗水泵7连通；所述空气压缩机子系统12与所述超滤设备5的底部进气口连通；

所述原水箱6还设置有反洗水进口16和原水进口17；所述超滤设备5还设置有顶部反洗水出口18，所述超滤设备的顶部反洗水出口18与所述原水箱的反洗水进口16连通；

所述加药清洗子系统包括药剂加药箱8、药剂加药泵9、酸剂加药箱10、酸剂加药泵11和加药输出管线15；所述药剂加药箱8与所述药剂加药泵9的进药端连通；所述酸剂加药箱10与所述酸剂加药泵11的进药端连通；所述药剂加药泵9的出药端和所述酸剂加药泵11的出药端均通过所述加药输出管线15与所述自清洗过滤器3的出水口和所述超滤设备5的底部进水口之间的管线连通；

所述原水箱1内设置有液位计(未示出)。

实施例2

本实施例提供一种超滤膜的清洗系统，如图2所示，该系统包括原水箱1、超滤进水泵2、自清洗过滤器3、超滤设备5、产水箱6、尾气破坏装置14、反冲洗水泵7、空气压缩机子系统12、臭氧发生器子系统和加药清洗子系统；

所述原水箱1的出水口、超滤进水泵2、自清洗过滤器3、超滤设备5和产水箱6的进水口依次连通；所述尾气破坏装置14设置于所述产水箱6的顶部，用于回收进入所述产水箱6内的臭氧；

所述超滤设备5的顶部产水出口19还与所述产水箱6的产品水出口通过反冲洗水泵7连通；所述空气压缩机子系统12与所述超滤设备5的底部进气口连通；

所述臭氧发生器子系统包括混合器4和臭氧发生器13；

所述混合器4设置于所述反冲洗水泵7的出水口与所述超滤设备5的顶部产水出口19之间，所述臭氧发生器13与所述混合器4的产品水进口连通；

所述加药清洗子系统包括药剂加药箱8、药剂加药泵9、酸剂加药箱10、酸剂加药泵11和加药输出管线15；所述药剂加药箱8与所述药剂加药泵9的进药端连通；所述酸剂加药箱10与所述酸剂加药泵11的进药端连通；所述药剂加药泵9的出药端和所述酸剂加药泵11的出药端均通过所述加药输出管线15与所述自清洗过滤器3的出水口和所述超滤设备5的底部进水口之间的管线连通。

所述原水箱1还设置有反洗水进口16和原水进口17；所述超滤设备还设置有顶部反洗水出口18，所述超滤设备的顶部反洗水出口18与所述原水箱的反洗水进口16连通。所述原水箱1内设置有液位计(未示出)。

实施例3

本实施例提供一种超滤膜的清洗方法，该方法采用实施例1所述的系统，包括如下步骤：

S1：当液位计检测到原水箱1内的液位达到启动液位后，超滤进水泵2自动开启，将所述原水箱1内的原水与来自臭氧发生器13的臭氧一起输送至所述混合器4和自清洗过滤器3，初步过滤掉水中较大颗粒的杂质，通过所述自清洗过滤器3和所述混合器4，臭氧充分与原水中的有机污染物质接触，发生氧化反应，将有机污染物彻底分解；

所述臭氧的投加浓度为10mg/L；

S2：将经过所述氧化分解的原水输送至所述超滤设备5进行过滤后，送入所述产水箱6，作为产品水，同时将进入所述产水箱6内的臭氧通过所述尾气破坏装置14回收分解成氧气后排出所述系统；

S3：利用所述反冲洗水泵7将所述产水箱的产品水输送至所述超滤设备的顶部产水出口19，逆向对所述超滤设备5内的膜丝进行反冲洗，同时通过所述空气压缩机子系统12对所述超滤设备5内的膜丝进行空气振荡和气泡擦洗。

本实施例的超滤膜选用耐臭氧氧化的超滤膜。

实施例4

本实施例提供一种超滤膜的清洗方法，该方法采用实施例2所述的系统，包括如下步骤：

S1：当液位计检测到原水箱1内的液位达到启动液位后，超滤进水泵2自动开启，将所述原水箱1内的原水输送至所述自清洗过滤器3，对所述原水进行第一次过滤处理；

S2：将经过所述第一次过滤处理的原水输送至所述超滤设备5进行第二次过滤处理后，送入所述产水箱6，作为产品水；

S3：利用所述反冲洗水泵7将所述产水箱6的产品水和臭氧一起输送至所述混合器4和所述超滤设备5的顶部产水出口19，逆向对所述超滤设备5内的膜丝进行氧化反冲洗，同时通过所述空气压缩机子系统12对所述超滤设备5内的膜丝进行空气振荡和气泡擦洗；并将进入所述产水箱6内的臭氧通过所述尾气破坏装置14回收分解后排出所述系统。

所述臭氧的投加浓度为10mg/L。

本实施例的超滤膜选用耐臭氧氧化的超滤膜。

实施例5

本实施例提供一种超滤膜的清洗方法，本实施例与实施例4的区别仅在于：

所述步骤S3还包括：通过所述加药清洗子系统的药剂加药泵9和酸剂加药泵11将所述药剂和酸剂通过所述加药输出管线送入所述超滤设备的底部进水口。

所述药剂为次氯酸钠。

对比例

本对比例提供一种超滤膜的清洗方法，本对比例与实施例4的区别仅在于：不使用臭氧逆向对所述超滤设备5内的膜丝进行氧化反冲洗，而仅是用所述反冲洗水泵7将所述产水箱6的产品水输送至所述超滤设备5的顶部产水出口19，逆向对所述超滤设备5内的膜丝进行反冲洗。

测试例

本测试例对实施例4和对比例1的超滤膜清洗方法的COD、多糖和蛋白质去除率和跨膜压差进行比较，结果分别如表1、图3、4所示。

表1

通过表1分析发现，本发明可以降低超滤系统产水中COD、多糖和蛋白质的含量，使系统处于高效稳定的运行状态。

通过图3、4分析发现，本发明在保持恒流量产水的情况下，可使膜系统平均运行跨膜压差降低8kpa以上。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种超滤膜的清洗系统，其特征在于，该系统包括原水箱、超滤进水泵、自清洗过滤器、超滤设备、产水箱、尾气破坏装置、反冲洗水泵、空气压缩机子系统和臭氧发生器子系统，以及任选地加药清洗子系统；

所述原水箱的出水口、超滤进水泵、自清洗过滤器、超滤设备和产水箱的进水口依次连通；所述尾气破坏装置设置于所述产水箱的顶部，用于回收进入所述产水箱内的臭氧；

所述超滤设备的顶部产水出口还与所述产水箱的产品水出口通过反冲洗水泵连通；所述空气压缩机子系统与所述超滤设备的底部进气口连通；

所述臭氧发生器子系统包括混合器和臭氧发生器；

所述混合器设置于所述超滤进水泵的出水口与所述自清洗过滤器的进水口之间，所述臭氧发生器与所述混合器连通；所述加药清洗子系统的加药输出管线与所述自清洗过滤器的出水口和所述超滤设备的底部进水口之间的管线连通；

或者，所述混合器设置于所述反冲洗水泵的出水口与所述超滤设备的顶部产水出口之间，所述臭氧发生器与所述混合器的产品水进口连通；所述加药清洗子系统的加药输出管线与所述自清洗过滤器的出水口和所述超滤设备的底部进水口之间的管线连通。

2.根据权利要求1所述的超滤膜的清洗系统，其中，所述原水箱还设置有反洗水进口和原水进口；所述超滤设备还设置有顶部反洗水出口，所述超滤设备的顶部反洗水出口与所述原水箱的反洗水进口连通。

3.根据权利要求1所述的超滤膜的清洗系统，其中，所述加药清洗子系统包括药剂加药箱、药剂加药泵、酸剂加药箱、酸剂加药泵和所述加药输出管线。

4.根据权利要求3所述的超滤膜的清洗系统，其中，

所述药剂加药箱与所述药剂加药泵的进药端连通；

所述酸剂加药箱与所述酸剂加药泵的进药端连通；

所述药剂加药泵的出药端和所述酸剂加药泵的出药端均与所述加药输出管线连通。

5.根据权利要求4所述的超滤膜的清洗系统，其中，

药剂为次氯酸钠和/或氢氧化钠；

酸剂为柠檬酸、草酸和盐酸中的至少一种。

6.一种超滤膜的清洗方法，其特征在于，该方法采用权利要求1-5中任意一项所述的系统，包括如下步骤：

S1：将所述原水箱内的原水与臭氧一起输送至所述混合器和所述自清洗过滤器，对所述原水中的污染物进行氧化分解；

S2：将经过所述氧化分解的原水输送至所述超滤设备进行过滤后，送入所述产水箱，作为产品水，同时将进入所述产水箱内的臭氧通过所述尾气破坏装置回收分解后排出所述系统；

S3：利用所述反冲洗水泵将所述产水箱的产品水输送至所述超滤设备的顶部产水出口，逆向对所述超滤设备内的膜丝进行反冲洗，同时通过所述空气压缩机子系统对所述超滤设备内的膜丝进行空气振荡和气泡擦洗。

7.根据权利要求6所述的超滤膜的清洗方法，其中，在步骤S1中，所述臭氧的投加浓度为6～40mg/L。

8.根据权利要求6所述的超滤膜的清洗方法，其中，所述步骤S3还包括：通过所述加药清洗子系统的药剂加药泵和/或酸剂加药泵，将药剂和/或酸剂通过所述加药输出管线送入所述超滤设备的底部进水口。

9.一种超滤膜的清洗方法，其特征在于，该方法采用权利要求1-5中任意一项所述的系统，包括如下步骤：

S1：将所述原水箱内的原水输送至所述自清洗过滤器，对所述原水进行第一次过滤处理；

S2：将经过所述第一次过滤处理的原水输送至所述超滤设备进行第二次过滤处理后，送入所述产水箱，作为产品水；

S3：利用所述反冲洗水泵将所述产水箱的产品水和臭氧一起输送至所述混合器和所述超滤设备的顶部产水出口，逆向对所述超滤设备内的膜丝进行氧化反冲洗，同时通过所述空气压缩机子系统对所述超滤设备内的膜丝进行空气振荡和气泡擦洗；并将进入所述产水箱内的臭氧通过所述尾气破坏装置回收分解后排出所述系统。

10.根据权利要求9所述的超滤膜的清洗方法，其中，

在步骤S3中，所述臭氧的投加浓度为6～40mg/L；

所述步骤S3还包括：通过所述加药清洗子系统的药剂加药泵和酸剂加药泵将所述药剂和酸剂通过所述加药输出管线送入所述超滤设备的底部进水口。

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