多段式浸渍型膜分离装置以及膜分离方法_3

文档序号:9354312阅读:来源:国知局
滤膜阻力。对于测量中使用的污泥,膜单元已浸渍其中或待浸渍其中的污泥被收集 并优选地在冷藏保存一周之内使用。当难以收集污泥时,可以使用来自另一污水处理厂的 活性污泥作为污泥替代品。
[0063] 膜渗透性阻力测量装置(用于污泥基本过滤的实验设备)配置成如图4所示, 在通过氮气对备用储罐加压的条件下每单位时间用电子天平监测透过搅动性隔室(有效 膜面积为4.1〇11 2的厶111;[(30118010,由組111口0代制造)的透过液的量(0113-01;[110&八. L.Zyndney,JournalofColloidandInterfaceScience,2002 年 232 期 389 页)。电子 天平连接到计算机,并随后由随时间推移而变化的重量来计算膜渗透阻力。膜表面通量通 过附接到搅动型隔室的磁性搅拌器的旋转被施加到膜表面,其中搅动型隔室中的搅动速度 被始终调节为600rpm,评估温度设定为25°C,评估压力设定为20kPa。评估以下面描述的顺 序进行。另外,也可以通过将水温转换成可评估液体的粘性来计算膜阻力。
[0064] 此处,膜阻力R有下面等式确定。
[0065]R=(PXtXS)/L
[0066]R:膜阻力(m2XPaXs/m3)
[0067] P :评估压力(Pa)
[0068]T :渗透时间(s)
[0069]L :透过液的量(m3)
[0070] S :膜面积(m2)
[0071] 随着污泥继续过滤,污泥开始附着在膜表面,膜阻力R随时间变化并且呈上升趋 势。然而,存在一个时间段,期间膜阻力R的值由于附着与由搅动导致的脱离之间的平衡而 保持不变。膜阻力的这个恒定值被限定成污泥过滤膜阻力。
[0072] 膜单元的纯水渗透阻力通过在前述用于测量污泥过滤阻力的方法中从待从污泥 过滤的流体至纯水或者反渗透膜透过液的变更来评估。
[0073] 在本发明的装置中,适当的是,最下段膜单元的污泥过滤阻力或纯水渗透阻力比 所有其它膜单元、即那些放置在与最下段膜单元相比处于较高位置的膜单元高至少10%, 优选至少15 %,特别优选至少30 %,最优选至少50 %。通过调节最下段膜单元的污泥过滤 阻力或纯水渗透阻力使其落入上述范围内,可以通过能更有效使用膜面积的上段膜单元处 理更多的水,并且膜的平衡使用可以延长寿命,以及待处理的水的临时流量增加可以通过 设定每单位膜面积上高的过滤流量来处理。
[0074] 可用于实现膜单元的前述顺序的方法示例包括一个方法:使构成每个膜单元的膜 元件数量相等,并且在待放置于最下段的膜单元中安装的膜的膜污泥过滤阻力或纯水渗透 阻力比安装在其它膜单元中的膜更高;以及一个方法:在每个膜单元中使用具有几乎相同 水平的膜污泥过滤阻力或纯水渗透阻力的膜并且减少最下段膜单元中膜元件的数量。
[0075] 此外,此处使用的分离膜可以是常用的多孔膜,例如包括聚偏二氟乙烯树脂、聚丙 烯腈树脂、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚砜树脂、聚醚砜树脂和聚烯烃树脂。这些分离膜中,优 选使用由聚偏二氟乙稀树脂制成的分离膜。分离膜的厚度可以在〇.oimm至1mm的范围内, 优选为〇? 1謹至0? 7謹。
[0076] 平片膜元件包括分离膜和吸入部,还可以根据需要包括支承板和通道构件。分离 膜没有特别限制,只要它们是片状的并具有允许水一直通过它们并进入平片膜元件的结 构。另外,支承板可设置在两个分离膜之间,而分离膜可以保持平坦状。此外,通道构件 可设置在两个分离膜之间或在分离膜与支承板之间,而可以形成在保持分离膜平坦的同 时允许已经流过分离膜进入吸入部的处理水容易流动的结构。平片膜元件的尺寸可以是 300mmX300mm至 2, 000mmX2, 000mm,优选 500mmX1, 000mm至 500mmX1, 500mm。
[0077] 唯一有必要的是,膜组件应包括至少两个膜单元,并且还可设置用于每个膜单元 的曝气装置。然而,优选的是,为一个膜组件设置一个曝气装置。多个膜单元在竖直方向上 堆叠,但适当的是,每个膜组件包括两个或三个膜单元。
[0078] 此外,用于传送已穿过膜单元中的分离膜的透过液的透过液配管没有特别限制, 只要它们对待处理的水、处理后的水和含有化学品的清洗溶液是稳定的,特别是,可以提到 用塑料或金属制成的配管。特别是,为了使浸渍更容易,优选由金属制成的配管。
[0079] 关于透过液配管的配置,在安装和维护方面适当的是,一个透过液配管与一个膜 单元连通。
[0080] 在图2所示的装置中,在膜组件中放置两个膜单元。然而,还可以放置三个或更多 膜单元。在这种情况下,优选的是,与放置在膜组件中最下段的膜单元连通的透过液配管 连接至至少一个放置在上方的透过液配管。尽管当安装用于流量控制的栗时,所安装的栗 的数量可以与透过液配管的数量相同,但透过液配管之间的连接使得可以使所需的栗的数 量减少连接部的数量。由于过滤阻力在各个膜单元之间变化,甚至当在多个膜单元以及与 其连通的透过液配管中的透过液用一个栗抽吸时,根据各个膜单元的过滤阻力,膜单元在 实际抽吸压力和通量方面各不相同,因此采用适合于每个单独的膜单元的流量控制成为可 能。
[0081] 此外,本发明的装置优选具有流量控制装置以便于控制通过相连通的透过液配管 传送的透过液流量。可以采用例如过滤栗、流量控制阀等作为流量控制装置。特别从减少 能量消耗的方面看,优选在利用水位差的过滤操作中使用流量控制阀来控制流量。
[0082] 优选的是,流量控制装置安装在与放置在膜组件中的最下段的膜单元连通的透过 液配管中,还优选的是,另一流量控制装置安装在与另一膜单元、即放置在上方的至少一个 膜单元连通的透过液配管中。
[0083] 此外,优选的是,与放置在膜组件中的最下段的膜单元连通的透过液配管和与放 置在上方的膜单元连通的透过液配管各自具有流量控制装置,该流量控制装置能够相互独 立地进行控制。这是因为,由于放置在最下段的膜单元很可能阻塞,放置在最下段的膜单元 中的透过液流量与放置在上方的(多个)膜单元中的(多个)透过液流量之间的平衡被调 节,从而可以实现膜单元寿命的增加。
[0084] 可以为每一个与膜单元连通的透过液配管设置流量控制装置。然而,优选的是在 于各个透过液配管合并之后设置的透过液配管上设置流量控制装置。这使得在各个膜单元 上施加相同的压力,并且在过滤阻力高的膜单元放置在最下段时,施加到放置在最下段的 膜单元上的负荷在其它膜单元上分散并自然地变小以在整个膜组件中提供良好的平衡。 [0085] 本发明的装置可具有用于确定过滤时透过液-抽吸压力的压力测量装置,替代上 述流量控制装置或与上述流量控制装置组合。仅在过滤时的透过液-抽吸压力和过滤停止 时的压力之间的操作压力差可以被确定时是必要的。
[0086] 已穿过放置在膜组件最下段的膜单元的分离膜的透过液的操作压力差大于预定 值的情况意味着膜单元的污泥阻力高和污泥渗透性低,或者等同地,膜由于阻塞而开始堵 塞。
[0087] 关于前述预定值,根据待处理的水的特性,操作压力差优选为10kPa至40kPa,更 优选为20kPa或更小。
[0088] 在操作压力差升高超过预定值的情况下,适当的是,采用通过化学品清洗堵塞的 膜单元的方法,或改变散气量或从空气扩散器散气的持续时间,或降低膜单元中透过液的 流量。因此,操作压力差被降低到5至10kPa的数量级,以及可以有利地进行过滤操作。
[0089] 本文使用的术语"用化学品清洗"是指使用酸性或碱性化学品从分离膜的次侧对 堵塞的分离膜进行反冲洗,所使用的化学品例如包括次氯酸钠、柠檬酸和草酸等。这些化学 品中,优选使用次氯酸钠和柠檬酸。
[0090] 在来自空气扩散器的散气量增加的情况下,空气量可以是相对于标准空气量5NL/ min/EL而言最多20NL/min/EL,优选8NL/min/EL或更少("NL/min/EL"是指"每种元素每 分钟的标准升")。
[0091] 对于从空气扩散器进行散气的时间长度,在某些情况下可以间断进行所述散气, 但优选地连续进行所述散气。
[0092] 此外,通过化学品清洗和散气量的增加或散气时间长度的增加是根据待处理水的 类型、温度和粘性以及其它组成而显著不同,因此要求选择最好的条件并在必要时在所选 的条件下进行膜分离。
[0093] 为了处理其中不仅从最下段膜单元的透过液的操作压力差降至低于预定值而且 透过液的流量值或压力值也比预定值小的情况,或者其中从放置在最下段的膜单元的透过 液的流量值或压力值与从任何其它膜单元的透过液的流量值或压力值之间的差值变得大 于预定值的情况,可以采用与上述同样的方法,即用化学品清洗最下段膜单元,或增加来自 空气扩散器的散气量或散气时间长度,或降低最下段膜单元中的透过液的流量的方法。
[0094] 表述"透过液的压力值之间的差异大于预定值"是指这样的情况:膜单元对污泥的 阻力变高和污泥渗透性变
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