专利名称：一种延长浸没式超滤膜清洗周期的方法
技术领域：
本发明涉及一种延长浸没式超滤膜清洗周期的方法，特别是指，一种延长饮用水处理中使用的浸没式超滤膜清洗周期的方法。
背景技术：
以高分子分离膜为代表的膜分离方法作为一种新型的流体分离单元操作方法，是当今化工、食品、水处理等工程领域中应用较多的分离方法。其中，膜污染是限制膜方法大规模应用的重要因素。在水处理工程中，由于水源中污染物成分复杂、性质不一，更容易造成膜污染并影响膜单元在工程中的长期稳定运行。膜污染是指料液中的某些组分在膜表面或膜孔中沉积，导致膜渗透流率下降的现象。包括膜的孔道被大分子溶质堵塞引起膜过滤阻力增加；溶质在孔内壁吸附；膜面形成 凝胶层增加传质阻力。当膜污染至一定程度时，膜单元就难以正常运行并确保处理效果。此时，必须及时对膜进行清洗以保障其正常运行。但另一方面，频繁的膜清洗操作将耗费大量的时间和能源，影响系统正常运行。因此，有效缓解膜污染、延长膜清洗周期是推动膜方法在工程中大规模应用的亟需解决的关键问题之一。目前，缓解控制膜污染、延长膜清洗周期的方法主要有选择合适的抗污染膜材；选择适宜孔径的膜；对原料液进行预处理；设计抗污染的膜组件等。此外，引入强化过滤措施也是控制膜污染的有效手段。常见的强化过滤措施包括采用利用错流过滤方式改善膜面的流体力学条件、气液两相流方法、场强化、其他操作条件的选择等。对原料液进行预处理是指在原液过滤前向其中加入适当的药剂，以改变料液或溶质的性质，或对其进行絮凝、过滤，以去除一些悬浮颗粒或胶状物质，从而减轻膜过程的负荷和污染。预处理方式的选择应根据料液的性质以及膜材的性质进行。对于含悬浮微粒、胶状物或有机物的料液，可采用砂滤预过滤或者投加混凝剂、絮凝剂、粉末活性炭、微生物等方法。错流过滤方法是改善膜面流体力学条件的一种方法。料液从膜表面流过，可以对进水侧的膜表面起到水力冲刷的作用，在膜的表面形成一定的剪切力，可以使已经沉积的微粒返回流体主体，减小膜面流体边界层厚度，降低浓差极化，延缓凝胶层的形成，减小膜污染。气液两相流方法是指在膜滤过程中连续或间歇切向空气流，以产生高剪切力和流体不稳定性，阻止颗粒物在膜表面上沉积，从而达到稳定过滤操作，提高过滤效率的目的。低功率超声波清洗方法是指利用超声波在水中产生的机械振动和微湍流现象，使污染物质从膜表面脱离，以达到控制浓差极化的发展，提高膜透过性能的目的。上述各种方法能在不同程度上减轻或缓解膜污染，延长膜运行与清洗周期。但是，上述方法存在清洗不充分，膜污染程度依旧较高，清洗周期较短等问题。本发明提出了一种高效延长浸没式超滤膜清洗周期的方法，该方法将原液预处理、低通量、错流、空气振动、低频率超声波等过程引入膜系统中，并通过方法之间的耦合与协同作用效应，高效地促进膜过滤过程中截留的污染物从膜表面剥落、脱离与解吸，从而长期定地保持膜表面结构与透过性能，达到充分延长膜清洗周期的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种缓解膜污染、延长超滤膜清洗周期的方法。本发明所采取的方法方 案如下本发明提供的延长浸没式超滤膜清洗周期的方法包括原液预处理、低通量运行、错流、空气振动、低功率超声波清洗之一或任意一种以上的组合；通过上述方法及其组合应用得以延长超滤膜清洗周期。所述的原液预处理包括投加脱稳剂处理和/或预过滤处理；当同时采用投加脱稳剂处理和预过滤处理时，投加脱稳剂处理在预过滤处理之前；投加脱稳剂处理指的是通过投加大分子量且与膜表面电性相同的脱稳剂促进超滤膜截留的污染物从膜表面脱落；所述的脱稳剂是指三氯化铁、硫酸铁、硫酸铝、氯化铝、聚合氯化铝、聚合铝铁、聚合硅酸铝铁、高锰酸钾、活化硅酸、聚丙烯酰胺和/或粉末活性炭；其中，三氯化铁、硫酸铁、硫酸铝、氯化铝、聚合氯化铝、聚合铝铁、聚合硅酸铝铁的投量范围为使得铝和/或铁的投量为0 20mg L-1 ;高猛酸钾投量范围为0 2. Omg L'活化娃酸投量范围为0 IOmg吨'聚丙烯酰胺投量范围为0 0. 15mg吨―1，粉末活性炭投量范围为0 150mg -L^10所述的预过滤处理是指将待处理水流经颗粒滤料层；所述的滤料是指石英砂、沸石、陶粒、颗粒活性炭、锰砂、无烟煤或磁铁矿；滤料粒径范围为0. 4mm 2mm，填料厚度范围为0. 50m I. 5m ;水流经过滤反应器的滤速范围在2m/h 15m/h 之间；所述的低通量运行是指将超滤膜运行通量范围控制在15L .m-2 .^1 25L ^nT2之间，从而降低对膜的渗透压、减少溶质在膜表面孔内壁的吸附，有利于附着物的脱离；所述的膜通量是指单位膜面积、单位时间内通过的过滤水量。所述的错流是指将经过处理或未经处理的浓缩液连续地按一定的回流比回流至原液入口处，使得膜末端仍保持一定的表面流速以减少通过水力作用抑制颗粒物在膜表面形成滤饼层；所述的浓缩液是指超滤膜截留的未透过超滤膜的悬浊液；所述的回流比是指回流流量与膜池进水流量的比值；回流比范围为5 100 30 100。所述的空气振动是指在膜堆底部或侧面布设曝气装置，曝气装置连续地或间歇性地将有压空气通过穿孔曝气管或曝气头曝气后进入膜堆，气泡在水中上升流动引起周围水的振动，并通过水力剪切作用冲刷膜表面；其中，曝气强度为10 100m3 1-2 *h-l，曝气时间为I 5min，曝气间歇时间为0 180mino所述的低功耗超声波清洗，其特征在于，在膜池底部或侧面布设低功耗超声波发生器，低功耗超声波发生器连续地或间歇性地对膜堆进行超声；超声波频率范围为10 50kHz，超声波声强范围为10 80W m-2，超声历时为I 5min，超声间歇时间为20 180mino
本发明实现的方法效果如下I、本发明涉及的延长浸没式超滤膜清洗周期的方法，其中原液预处理、低通量运行、错流、空气振动和低功耗超声波可在同一个反应器中实现。2、本发明涉及的延长浸没式超滤膜清洗周期的方法，可针对待处理原水水质、供水规模等特点，灵活地选择原液预处理、低通量运行、错流、空气振动、低功耗超声波方法中的一种或一种以上的组合方法进行应用。3、本发明涉及的延长浸没式超滤膜清洗周期的方法，可有效地减轻膜污染，延长超滤膜组件物理清洗和化学清洗周期，并延长超滤膜使用寿命。4、本发明涉及的延长浸没式超滤膜清洗周期的方法，可以达到延长清洗周期，取代在线化学清洗过程的目的，从而提高膜系统的产水率。
图I为本发明涉及的实现延长浸没式超滤膜清洗周期方法的反应器附图标记I.脱稳剂投加管 2.回流管路3.曝气管路4.超声波发生器 5.浸没式超滤膜 6.膜出水管路
具体实施例方式实施例I : 浸没式超滤膜过滤某水厂沉淀池出水，膜池进水浊度为2. 87-3. 24NTU, CODfc含量为2. 89-3. 04mg吨―1，水温为15. 5-16. 8°C，膜通量为25L .m—2 .h—1。水中未投加脱稳剂，回流比为10%,曝气强度为45m3 nT2 曝气时间为3min,曝气间歇时间为30min,超声与曝气同时进行，超声波功耗为40kHz，声强为50W*nT2。膜运行150h后，通量降至10L*nT2 .h'下降60%。此时，停止过滤，对膜进行清洗排污。实施例2 浸没式超滤膜过滤某水厂沉淀池出水，膜池进水浊度为2. 79-3. 12NTU, CODfc含量为2. 91-3. 14mg L—1，水温为14. 5-17. 2°C，膜通量为25L m_2 h-1。水中未投加脱稳剂，回流比为10%,曝气强度为45m3 ra2 IT1,曝气时间为3min,曝气间歇时间为30min,超声波未采用。膜运行90h后，通量降至lOI^nT^tT1，下降60%。此时，停止过滤，对膜进行清洗排污。实施例3 浸没式超滤膜过滤某水厂沉淀池出水，膜池进水浊度为2. 85-3. 37NTU, CODfc含量为2. 69-2. 97mg L—1，水温为16. 5-17. 2°C，膜通量为30L m_2 h-1。水中未投加脱稳剂，回流比为10%，不采用曝气，超声波功耗为40kHz，声强为50W nT2，超声间歇时间为30min。膜运行60h后，通量降至15L m_2 h'下降50%。此时，停止过滤，对膜进行清洗排污。实施例4:浸没式超滤膜过滤某水厂沉淀池出水，膜池进水浊度为2. 76-3. 09NTU, CODfc含量为2. 78-3. Olmg L—1，水温为14. 6-16. 7°C，膜通量为25L m_2 h-1。水中未投加脱稳剂，回流比为0,曝气强度为45m3 nT2 IT1,曝气时间为3min,曝气间歇时间为30min,超声与曝气同时使用，超声波功耗为40kHz，声强为50W nT2。膜运行90h后，通量降至IOL nT2 h—1，下降60%。此时，停止过滤，对膜进行清洗排污。实施例5 浸没式超滤膜直接过滤受污染原水，膜池进水浊度为10. 59-12. 75NTU, CODfc含量为5. 83-6. 24mg L—1，水温为17. 0-17. 8°C，膜通量为25L m_2 h-1。水中未投加脱稳剂，回流比为0,曝气强度为45m3 nT2 曝气时间为3min,曝气间歇时间为15min,超声与曝气同时进行，超声波功耗为40kHz，声强为30W nT2。膜运行72h后，通量降至IOL nT2 h—1，下降60%。此时，停止过滤，对膜进行清洗排污。实施例6 浸没式超滤膜直接过滤受污染原水，膜池进水浊度为10. 32-11. 78NTU, CODfc含量 为5. 34-6. 17mg L—1，水温为16. 8-17. 3°C，膜通量为25L m_2 h-1。水中未投加脱稳剂，回流比为10%,曝气强度为45m3 nT2 曝气时间为3min,曝气间歇时间为15min,超声与曝气同时进行，超声波功耗为40kHz，声强为40W ^―2。膜运行96h后，通量降至IOL ^nT2 士一1，下降60%。此时，停止过滤，对膜进行清洗排污。实施例I 浸没式超滤膜过滤受污染原水，膜池进水浊度为13. 45-15. 73NTU, CODfc含量为
5.21-6. 75mg .L—1，水温为15. 0-15. 9°C，膜通量为25L W。水中投加5mg L—1三氯化铁，回流比为0,曝气强度为45m3 士―1,曝气时间为3min,曝气间歇时间为15min,超声与曝气同时进行，超声波功耗为40kHz，声强为30W .nT2。膜运行80h后，通量降至15L .nT2 ,下降40%。此时，停止过滤，对膜进行清洗排污。实施例8 浸没式超滤膜过滤受污染原水，膜池进水浊度为11. 23-13. 20NTU, CODfc含量为4. 89-5. 74mg L—1，水温为 16. 2-17. 4°C，膜通量为 25L m_2 h-1。水中投加 5mg L-1 三氯化铁，回流比为10%,曝气强度为45m3 ra2 曝气时间为3min,曝气间歇时间为15min,超声与曝气同时进行，超声波功耗为40kHz，声强为50W nT2。膜运行120h后，通量降至IOL m_2 h'下降60%。此时，停止过滤，对膜进行清洗排污。实施例9:浸没式超滤膜过滤受污染原水，膜池进水浊度为9. 53-11. 2INTU, CODsfa含量为4. 78-5. 37mg L—1，水温为 15. 8-17. 2°C，膜通量为 25L m_2 h-1。水中投加 5mg L-1 三氯化铁，回流比为10%,曝气强度为45m3 ra2 曝气时间为3min,曝气间歇时间为30min,超声与曝气同时进行，超声波频率为40kHz，声强为40W nT2。膜运行90h后，通量降至IOL m_2 h'下降60%。此时，停止过滤，对膜进行清洗排污。实施例10 浸没式超滤膜过滤受污染原水，膜池进水浊度为12. 13-15. 47NTU, CODfc含量为
4.88-5. 85mg L—1，水温为17. 8-19. 6°C，膜通量为25L m_2 h-1。水中未投加混凝剂，回流比为10%,曝气强度为45m3 nT2 IT1,曝气时间为3min,曝气间歇时间为30min,超声波不采用。膜运行48h后，通量降至IOI^nT2A'下降60%。此时，停止过滤，对膜进行清洗排污。
权利要求
1.一种延长浸没式超滤膜清洗周期的方法，其特征在于，包括原液预处理、低通量运行、错流、空气振动和/或低功耗超声波清洗之一或任意一种以上的组合。
2.根据权利要求I所述的原液预处理，包括投加脱稳剂处理和/或预过滤处理；当同时采用投加脱稳剂处理和预过滤处理时，投加脱稳剂处理在预过滤处理之前； 所述的脱稳剂是指三氯化铁、硫酸铁、硫酸铝、氯化铝、聚合氯化铝、聚合铝铁、聚合硅酸铝铁、高锰酸钾、活化硅酸、聚丙烯酰胺和/或粉末活性炭；其中，三氯化铁、硫酸铁、硫酸铝、氯化铝、聚合氯化铝、聚合铝铁、聚合硅酸铝铁的投量范围为使得铝和/或铁的投量为O 20mg L—1 ;高锰酸钾投量范围为O 2. Omg L—1，活化硅酸投量范围为0 IOmg L—1，聚丙烯酰胺投量范围为0 0. 15mg L_\粉末活性炭投量范围为0 150mg L—1 ； 所述的预过滤处理是指将待处理水流经颗粒滤料层； 所述的滤料是指石英砂、沸石、陶粒、颗粒活性炭、锰砂、无烟煤或磁铁矿；滤料粒径范围为0. 4mm 2mm，填料厚度范围为0. 50m I. 5m ;水流经过滤反应器的滤速范围在2m/h 15m/h之间；
3.根据权利要求I所述的低通量运行，其特征在于，将超滤膜运行通量范围控制在15 25L m 2 h 1 之间。
4.根据权利要求I所述的错流是指将经过处理或未经处理的浓缩液连续地回流至原液入口处，回流比范围为5 100 30 100 ； 所述的浓缩液是指超滤膜截留的未透过超滤膜的悬浊液；所述的回流比是指回流流量与膜池进水流量的比值。
5.根据权利要求I所述的空气振动是指在膜池底部或侧面布设曝气装置，曝气装置连续地或间歇性地曝气；曝气强度为10 IOOm3 -IT1,曝气时间为I 5min,曝气间歇时间为0 180min。
6.根据权利要求I所述的低功耗超声波清洗，其特征在于，在膜池底部或侧面布设低功耗超声波发生器，低功耗超声波发生器连续地或间歇性地对膜堆进行超声；超声波频率范围为10 50kz，超声波声强范围为10 80W 超声历时为I 5min，超声间歇时间为 20 180min。
全文摘要
本发明涉及一种延长浸没式超滤膜清洗周期的方法，包括原液预处理、错流、空气振动、低功耗超声波清洗等方法的耦合联用，该方法可以通过上述四种方法之一或任意种方法的组合联用得以实现。原液预处理方法包括预过滤、投加脱稳剂或者两者的联用；错流方法的回流流量与超滤膜池进水流量的比值为5∶100～30∶100；空气振动方法的曝气强度为10～100m3·m-2·h-1，曝气时间为1～5min，曝气间歇时间为20～180min；低功耗超声波清洗方法的超声波功耗为10～50kHz，超声波声强为10～80W·m-2，超声历时为1～5min，超声间歇时间为20～180min。
文档编号B01D61/14GK102773021SQ20121006083
公开日2012年11月14日 申请日期2012年3月9日 优先权日2012年3月9日
发明者何寿平, 孙丽华, 张国宇, 张雅君, 许萍 申请人:北京建筑工程学院