压力中空纤维膜组件及使用其的反冲洗方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及中空纤维膜组件(hollow fiber membrane module)和用于反冲洗所述中空纤维膜组件的方法，更具体而言，涉及提供了第一打开/关闭单元和第二打开/关闭单元的加压中空纤维膜组件，以及使用其的反冲洗方法。
【背景技术】
[0002]膜基于分子大小或分子和所述膜之间的排斥作用而分离物质，且分离的驱动力包括压力，浓度，电位差等。有利的是，在用于分离过程中时膜允许方便的自动化，并不会涉及相变，高温处理等，因此已经研宄和利用作为能够在环境污染防止设施或化工厂中取代传统分尚过程的技术。
[0003]这种膜的实例包括反渗透膜，纳滤膜，超滤膜，微滤膜，离子交换膜，气体分离膜，渗透汽化膜(pervaporat1n membrane)等。膜组件根据其结构分为板框式，管型，螺旋缠绕型和中空纤维型膜组件。
[0004]其中，所述中空纤维膜组件是指一束具有长的空心线形状的中空纤维膜，并包括过滤从所述中空纤维膜内侧(内腔)向外侧发生的由内而外型(inside-out)的中空纤维膜组件和过滤从中空纤维膜外侧向内侧发生的由外而内型(outside-1n)的中空纤维膜组件。此外，所述中空纤维膜组件划分成加压型(pressurized type)和浸没型(submergedtype)。所述加压型中空纤维膜组件具有的结构中所述中空纤维膜放置于压力容器中并模块化，并按照由外而内或由内而外的方式操作，这不同于通常按照抽吸模式操作的浸没式中空纤维膜组件。
[0005]如图1中所示，所述加压中空纤维膜组件可分成如图1(a)所示的一端水收集组件，如图1(b)所示的两端水收集组件，和实际上允许在两端收集处理水并因为某些原因，如依据处理水出口的数目如图1(c)所示消除对于额外管道的需要而提供内部流径(internal flow path)的组件。
[0006]膜会由于颗粒物或溶解物质粘附于所述膜表面或精细孔的表面引起的膜污染导遭致性能变差。为了防止膜污染，所述膜要经受周期性表面清洗或反冲洗才能在膜过滤期间恢复所述膜的性能。本文中，例如，通过将冲洗水在过滤方向的反方向上通过所述膜孔而进行反冲洗。作为反冲洗水，使用了过滤水或过滤水和酸、碱或清洁剂如无机的和有机的洗涤剂的混合物。反冲洗通过反冲洗泵推动所述反冲洗水而进行实施。
[0007]在所有如图1中所示的加压中空纤维膜组件中，由于中空纤维膜在所述组件的纵向方向上放置于长的圆柱形外壳中，反洗压力在反冲洗期间会在所述中空纤维膜纵向方向上降低，从而引起压力分布不均。此外，即使所述反洗压力在所述中空纤维膜的纵向方向上均匀分布，所述膜过滤性能的恢复能够在所述中空纤维膜的纵向方向上以非均匀的方式实现，因为更接近反冲洗水入口的所述中空纤维膜的表面层在实际反冲洗中会接触更多的反冲洗水。因此，典型的单程-反冲洗过程具有在所述中空纤维膜纵向方向上不均匀反冲洗的问题。
【发明内容】
[0008]【技术问题】
[0009]本发明的一个目的是提供一种容许方便反冲洗的加压中空纤维膜组件。
[0010]本发明的另一个目的是提供在其纵向方向上均匀反冲洗加压中空纤维膜组件的方法。
[0011]本发明的上述和其它目的能够通过如下所述的本发明完成。
[0012]【技术方案】
[0013]本发明的一个方面涉及提供了第一打开/关闭单元和第二打开/关闭单元的加压中空纤维膜组件。所述加压中空纤维膜组件包括:形成了原水入口(raw water inlet)，浓缩水出口和处理水出口的外壳；形成于所述外壳中央的内部流径；围绕所述内部流径排布的多个中空纤维膜；与所述内部流径和所述中空纤维膜连通的处理水收集部分；打开或关闭所述内部流径的开口端的第一打开/关闭单元；和打开或关闭所述中空纤维膜的开口端的第二打开/关闭单元。
[0014]所述原水入口和所述浓缩水出口可以形成于所述外壳的一侧，而所述处理水出口可以形成于外壳的一端或另一端。
[0015]所述第一打开/关闭单元可以打开或关闭所述组件反冲洗中将通过所述处理水出口注入的反冲洗水引入其中的所述内部流径的开口端。
[0016]所述第二打开/关闭单元可以打开或关闭所述组件反冲洗中将通过所述处理水出口注入的反冲洗水引入其中的所述中空纤维膜的开口端。
[0017]所述处理水收集部分可以包括形成于所述外壳上部分的第一处理水收集部分和形成于所述外壳下部分的第二处理水收集部分。
[0018]本发明另一方面涉及用于反冲洗所述加压中空纤维膜组件的方法。所述方法包括:第一反冲洗步骤，包括通过所述第一打开/关闭单元关闭所述内部流径的开口端，将反冲洗水通过所述处理水出口注入所述外壳，经由所述第一处理水收集部分将所述注入的反冲洗水引入所述中空纤维膜的开口端并通过所述中空纤维膜的孔过滤所述反冲洗水，和将所述过滤的反冲洗水通过所述浓缩水出口排出到外面；和第二反冲洗步骤，包括通过所述第二打开/关闭单元关闭所述中空纤维膜的开口端，将反冲洗水通过所述处理水出口注入所述外壳，将所述注入的反冲洗水引入所述内部流径的开口端并将所述反冲洗水经由所述内部流径和所述第二处理水收集部分重新引入与其关闭的开口端相对的所述中空纤维膜的开口端中并通过所述中空纤维膜的孔过滤所述反冲洗水，和将所述过滤的反冲洗水通过所述浓缩水出口排出到外面。
[0019]所述第一反冲洗步骤和所述第二反冲洗步骤可以交替实施。
[0020]所述第二打开/关闭单元当所述第一打开/关闭单元关闭所述内部流径时可以打开中空纤维膜流径，而所述第一打开/关闭单元当所述第二打开/关闭单元关闭所述中空纤维膜流径时可以打开所述内部流径。
[0021]所述加压中空纤维膜组件可以是由内而外型的中空纤维膜组件。
[0022]所述加压中空纤维膜组件可以是由外而内型的中空纤维膜组件。
[0023]所述第一反冲洗步骤和所述第二反冲洗步骤的每一个可以实施约10秒至约I分钟。
[0024]【有利的效果】
[0025]本发明提供了容许方便反冲洗的加压中空纤维膜组件，和使用其能够在所述组件纵向方向上均匀反冲洗所述加压中空纤维膜组件的反冲洗方法。
【附图说明】
[0026]图1显示了不同类型的加压中空纤维膜组件，其中(a)是一端收集型组件，(b)是两端收集型组件，而(C)是提供内部流径的两端收集型组件。
[0027]图2是中空纤维膜组件的示意性截面图，图示说明了由外而内型的中空纤维膜组件的过滤原理。
[0028]图3是中空纤维膜组件的示意性截面图，图示说明了根据本发明一个实施方式使用由外而内型的中空纤维膜组件的第一反冲洗步骤。
[0029]图4是所述中空纤维膜组件的示意性截面图，图示说明了根据本发明一个实施方式使用由外而内型的中空纤维膜组件的第二反冲洗步骤。
[0030]图5是提供了第一打开/关闭单元的中空纤维膜组件的截面视图。
[0031]图6是提供了第二打开/关闭单元的中空纤维膜组件的截面视图。
【具体实施方式】
[0032]【最佳方式】
[0033]在下文中，本发明的实施方式将会参考附图进行详细描述。应当理解的是，本发明并不限定于以下的实施方式，并可以以不同的方式实施，并且，提供以下实施方式是为了提供本发明的完整公开和对本领域那些技术人员提供对本发明的彻底理解。应当指出的是，附图并非精确地按比例的且某些尺寸，例如宽度，长度，厚度等，为附图描述中清楚起见而进行了放大。虽然一些元件为了方便描述而在附图中进行了图示说明，但其它元件将很容易由本领域技术人员所理解。应当指出的是，所有附图都是从观察者的角度进行描述。应该理解的是，当元件称为在另一元件“上”时，所述元件能够直接形成于其他元件上，或者居间元件也可以存在于其间。此外，应该理解的是，本发明可以由本领域的技术人员在不脱离本发明的范围的情况下按照不同的方式进行实施。类似的组件在整个附图中将用类似标号进行标示。
[0034]正如本文所用，如“上”和“下”的术语，参照附图进行定义。因此，应该理解的是，所述术语“上侧”能够与所述术语“下侧”互换使用。
[0035]根据本发明的加压中空纤维膜组件可以是提供了内部流径的两端水收集型中空纤维膜组件，如图1(c)中所示。
[0036]图2是说明由外而内型中空纤维膜组件过滤原理的视图。所述由外而内型中空纤维膜组件包括:形成了原水入口(102)，浓缩水出口(103)，处理水出口(104)和第一和第二处理水收集部分(105，106)的外壳(101);装入所述外壳内的多个中空纤维膜(110);和形成于所述外壳中央并允许在所述组件下端过滤的处理水藉此回收的内部流径(120)。所述中空纤维膜的表面形成许多细孔。所述组件的过滤原理如下:通过所述入口(102)注入的原水通过所述中空纤维膜(110)的孔过滤，随后所述过滤的处理水收集于形成于所述外壳上部分的第一处理水收集部分(105)和形成于所述外壳下部分的第二处理水收集部分
(106)中。收集于第一处理水收集部分(105)的处理水通过出口(104)排出到外部，而收集于第二处理水收集部分(106)的处理水经由所述内部流径(120)传递到出口(104)，并通过所述出口排出到外部。
[0037]此外，未经过滤的浓缩水可以通过所述浓缩水出口(103)排出到外部，或所有引入的原水可以经过完全过滤而作为处理水排出，而不会排出未过滤的浓缩水。
[0038]根据本发明的加压中空纤维膜组件提供有第一打开/关闭单元和第二打开/关闭单元，以允许方便实现所述组件上端和下端交替冲洗。
[0039]所述加压中空纤维膜组件可以包括:形成有原水入口，浓缩水出口和处理水出口的外壳；形成于所述外壳中央的内部流径；形成于所述外壳内侧并与所述内部流径连通的处理水收集部分；围绕所述内部流径排布的多个中空纤维膜；打开或关闭所述内部流径的开口端的第一打开/关闭单元；和打开或关闭所述中空纤维膜的开口端的第二打开/关闭单元。
[0040]所述原水入口和所述浓缩水出