专利名称：过滤系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种过滤系统和方法，更具体地，涉及一种过滤系统和方法，所述过滤系统和方法通过只在用于维护清洗或恢复清洗的过滤膜中进行集中加热，从而有利于最大化清洗效率、最小化清洗的热能损耗并且缩短清洗时间。
背景技术：
用膜进行分离的方法比基于加热或相变的方法具有更多优点。这些优点中的一个是水处理的高可靠性，这是因为通过调节膜的孔的大小，可以容易和稳定地满足所需的水的纯度。此外，由于用膜进行分离的方法不需要加热过程，可以使用带有微生物的膜，该微生物对分离过程有用，但是会受到高温的不利影响。一种中空纤维膜组件是抽吸式中空纤维膜组件(或者也可以是指内部压力式中空纤维膜组件)，所述抽吸式中空纤维膜组件浸没到填充有待处理的液体的水池中。在中空纤维膜的内部施加负压，因此，只有液体能通过每个膜的壁，而诸如杂质和沉淀物等固体物被阻挡。这种抽吸式中空纤维膜组件的优点在于生产成本相对较低，并且由于不需要用于循环液体的设施，所以安装和维护成本可以降低。然而，所述抽吸式中空纤维膜组件的缺点在于每单位时段的流量受限制。与抽吸式中空纤维膜组件相反，有外部压力式中空纤维膜组件。在外部压力式中空纤维膜组件的情况下，向待处理的液体施加外部压力，使得只有液体能通过每个膜的壁， 而诸如杂质和沉淀物等固体物被阻挡。尽管外部压力式中空纤维膜组件必需具有用于循环液体的设施，但是外部压力式中空纤维膜组件的每单位时段的流量相对高于抽吸式中空纤维膜组件的每单位时段的流量。在通过使用过滤膜组件来过滤其中悬浮了含有固体物的污物的液体时，由于污物使过滤膜易于受到污染，由此导致过滤膜的透水性低。因此，需要定期地通过去除过滤膜上的污物来清洗过滤膜。根据清洗目的，用于清洗受污染的过滤膜的方法可以主要分为维护清洗和恢复清洗。维护清洗的主要目的是使过滤膜保持良好的渗透性能。维护清洗主要通过诸如水处理期间或者水处理的临时中断之后的反冲洗过程(backwashingprocess)或曝气过程之类的物理清洗来进行。物理清洗可以分为反冲洗过程和曝气过程。反冲洗过程通过在水处理的临时中断期间使空气或水反向流过所述膜来去除膜表面的杂质。曝气过程通过从位于所述膜下方的曝气管道所喷出的空气产生上升的气泡并且使水处理池中填充的水上升和循环，来去除膜表面的杂质。在过滤膜组件由于在水处理池中的长期使用所积累的污物而使膜的渗透性能严重下降时，进行恢复清洗。恢复清洗的主要目的是恢复所述膜的渗透性能。通常，恢复清洗是通过使用化学清洗剂来清洗过滤膜，化学清洗剂例如，诸如HC1、 NHO3或柠檬酸之类的酸性溶液，和/或诸如NaOH或NaOCl之类的碱性溶液。通过完全排出填充在水处理池中的给水，然后通过顺序地将碱性和酸性溶液供给到水处理池中进行化学清洗，来进行恢复清洗。在该化学清洗之前，可以对过滤膜组件进行冲洗过程。可选择地， 可以在额外的清洗浴器中进行恢复清洗。维护清洗和恢复清洗的效率与过滤膜的温度高度相关。就是说，如果过滤膜的表面温度变高，则清洗效率也能提高。因此，优选的是在维护清洗和恢复清洗期间提高过滤膜的表面温度。当将待处理的给水加热到预定温度然后将所加热的给水供给到过滤膜组件时，可以提高维护清洗的效率。当将用于恢复清洗的化学清洗液加热到预定温度然后被供给到过滤膜组件时，可以使恢复清洗的效率提高。然而，尽管只需要提高过滤膜的表面温度，但是现有技术的方法需要对给水或化学清洗液进行整体加热，这不可避免地造成热能的损失过大。特别是，由于给水或化学清洗液暴露在空气中，在冬季会造成热量的严重损失。
发明内容
技术问题因此，本发明涉及一种过滤系统和方法，能够基本上避免现有技术的限制和缺点所导致的一个或多个问题。本发明的一个方面是提供一种过滤系统和方法，所述过滤系统和方法通过只对用于维护清洗或恢复清洗的过滤膜进行集中加热，从而有利于最大化清洗效率并且最小化清洗过程的热能损耗。本发明的另一个方面是提供一种过滤系统和方法，所述过滤系统和方法通过只对用于维护清洗或恢复清洗的过滤膜进行集中加热，从而有利于缩短清洗时间。本发明的其它优点、目的和特征将在以下说明中分部分说明，并且部分地，通过分析以下说明或从本发明的实践，使本领域技术人员更清楚。本发明的目的和其它优点可以通过其书面的说明书和权利要求以及附图特别指出的结构来实现和获得。技术方案为了实现这些目的和其它优点并且与本发明的目的一致，如在此具体和概括描述的，一种过滤系统，包括膜组件，所述膜组件具有过滤膜；空气供给装置，所述空气供给装置用于清洗所述过滤膜；以及加热器，所述加热器用于加热从所述空气供给装置供给的空气。在本发明的另一方面，一种过滤方法，包括通过使用具有过滤膜的膜组件来进行水处理；提供用于清洗所述过滤膜的空气；加热所述空气；以及向所述过滤膜提供所加热的空气。应当理解，本发明的上面的概括描述和下面的详细描述都是示范和说明性的，并且意在提供所主张的本发明的进一步解释。有益效果根据本发明的过滤系统和方法，只对用于维护清洗或恢复清洗的过滤膜进行集中加热，由此使清洗效率最大化，同时使用于清洗的热能损耗最小化。另外，由于只对用于过滤膜的维护清洗或恢复清洗的过滤膜进行集中加热，因此可以缩短过滤膜的清洗时间。
图1示出示例性的外部压力式中空纤维膜组件；图2是示出根据本发明的使用外部压力式中空纤维膜组件的过滤系统的示意图；图3是示出浸没式中空纤维膜组件的示意图；图4是示出根据本发明的使用浸没式中空纤维膜组件的过滤系统的示意图；图5示出通过使用根据本发明的过滤系统对中空纤维膜组件的恢复清洗；以及图6是示出根据本发明一个实施例的加热器的工作方式的方框图。
具体实施例方式现在将详细描述本发明的优选实施例，该优选实施例的例子在附图中示出。在全部附图中，将尽可能使用相同的附图标记表示相同或相似的部分。在下文中，将参照附图描述根据本发明的过滤系统和方法。对于下面的本发明的描述，过滤膜组件是以中空纤维膜组件为例，但是不限于这种类型。例如，本发明可以应用于包括扁平型组件以及中空纤维膜组件的各种过滤膜组件中。本发明的技术构想可以同样地应用于两端式(through-both-ends)的集水类型和一端式(through-one-end)的集水类型，其中，穿过两端的集水类型使用两个联管箱 (header)以便收集来自中空纤维膜组件的两端的渗透物，穿过一端的集水类型使用一个联管箱以便收集来自中空纤维膜组件的一端的渗透物。图1示出示例性的外部压力式中空纤维膜组件。图2是示出根据本发明的使用外部压力式中空纤维膜组件的过滤系统的示意图。外部压力式中空纤维膜组件10包括多个中空纤维膜11，其中，每个中空纤维膜11 都是中空的，使得液体从每个膜11的外表面渗透到内表面。多个中空纤维膜11组成束，其中各个中空纤维膜11的纵向平行地设置。将每个中空纤维膜11的至少一端灌封到第一灌封部(potting portion) 12中。接着，将第一灌封部12连同多个中空纤维膜11 一起切割，从而使多个中空纤维膜11中的每一个都具有开放的端部。第一灌封部12可以由例如环氧树脂、聚氨酯树脂或硅橡胶的热固性树脂制成。可选择地，所述热固性树脂可以与诸如硅土、炭黑或氟碳(carbonfluoride)等填充剂混合， 从而提高第一灌封部12的强度并且同时减小第一灌封部12的凝结收缩。将每个中空纤维膜11的另一端灌封到第二灌封部13中。第二灌封部13所使用的材料可以与第一灌封部12所使用的材料相同或者不同。可选择地，可以通过热固性树脂将每个中空纤维膜11的另一端密封而不是将每个中空纤维膜11的另一端灌封。多个开口 13a设置在第二灌封部13中，使得用于曝气清洗的空气被均勻地供给到中空纤维膜11上。使多个中空纤维膜11灌封在其中的第一灌封部12通过密封剂牢固地粘合到组件外壳14的内表面上，由此可以防止通过中空纤维膜11连续地流入空心中并且通过中空纤维膜11的开口端被排出的渗透物与待处理的给水混合。所述待处理的给水通过给水进入口 15被引入组件外壳14中。接着，用泵对被引入组件外壳14中的给水进行加压，由此一部分给水渗透过中空纤维膜11并且随后流入中空纤维膜11的空心中。因此，渗透过中空纤维膜11的渗透物通过组件外壳14的渗透水排出口 16被排放到外部。此外，由于渗透物的排出而使它的诸如杂质和沉淀物等固体物的浓度变高的所述给水(在下文中，被称为“浓缩水(concentrated water)”)通过浓缩水排出口 17被排放到外部。在过滤过程期间，将用于清洗中空纤维膜11的空气通过空气进入口 18供给到组件外壳14的内部。可选择地，待处理的给水和用于清洗中空纤维膜11的空气都可以通过一个进入口 18被供给到组件外壳14的内部。在这种情况下，待处理的给水和用于曝气清洗的空气都通过设置在第二灌封部13中的多个开口 13a流到中空纤维膜11上。如图2所示，待处理的给水被传输到循环池20中，然后由给水供给泵30通过管道被传输到中空纤维膜组件10。之后，渗透过中空纤维膜11的渗透物被传输到渗透池50，并且所述浓缩水再次被传输到循环池20中。为了在过滤过程停止之后对中空纤维膜11进行反冲洗过程，将存放在渗透池50 中的渗透物通过反冲洗泵60传输到中空纤维膜组件10。此外，通过使用空气供给装置40 将压缩空气从空气进入口 18注入到中空纤维膜组件10的内部，由此进行中空纤维膜11的曝气清洗过程。在这种情况下，空气供给装置40可以是吹风机或空气压缩机，但不是必需的。空气供给装置40可以形成为能够供给空气的任何形状。根据本发明，从空气供给装置40排出的空气通过管道45被供给到外部压力式中空纤维膜组件10，其中，管道45被加热器70加热。由于管道45被加热器70加热，因此穿过管道45的空气也被加热。所加热的空气经由管道45的引导，被注入外部压力式中空纤维膜组件10的内部，由此使中空纤维膜11周围的温度集中地升高。因此，在位于中空纤维膜11周围的给水与位于其它部分的给水之间存在温差，由此可以通过温度差异节约热能。例如，将加热到40°C的给水传输到中空纤维膜组件10时获得的中空纤维膜组件11的清洗效果，与在将位于中空纤维膜11周围的给水选择性地加热到40°C的情形下将加热到10°C的给水传输到中空纤维膜组件10时获得的中空纤维膜11 的清洗效果相比，没有明显差异。然而，考虑到能量损耗，与将所有待传输到所述中空纤维膜组件的给水加热到40°C所需的热能相比，选择性地将位于中空纤维膜11周围的给水加热到40°C所需的热能显著减少，从而由于所需的能量差异而减小能量损耗。根据本发明的实施例，加热器70包括缠绕在管道45上的加热线，但是不限于所述加热线。可以设置任何能够对管道45进行加热的形状来代替加热线。例如，加热器70可以通过使用加热的液体来加热穿过管道45的空气。图3是示出浸没式中空纤维膜组件的示意图。图4是示出根据本发明的使用浸没式中空纤维膜组件的过滤系统的示意图。浸没式中空纤维膜组件100包括两个联管箱110，其中多束中空纤维膜120设置在两个联管箱Iio之间。每个中空纤维膜120的两端都通过使用诸如聚氨酯之类的灌封材料被灌封到各自的联管箱Iio中。在联管箱110中，有与中空纤维膜120的端部相连通的集水部分(未示出)，由此使渗透过中空纤维膜120的渗透物收集在所述集水部分(未示出) 中。
如图4所示，浸没式中空纤维膜组件100位于水处理池200中。待处理的给水210 被引入到水处理池200中。因此，浸没式中空纤维膜组件100被浸没到待处理的给水210 中。在浸没式中空纤维膜组件100下方，有喷出空气用来清洗中空纤维膜120的曝气管道 400。由空气供给装置300供给的通过曝气管道400所喷出的空气相当于被加热到预定温度的空气。本发明的空气供给装置300可以是吹风机或空气压缩机，但不是必需的。空气供给装置300可以形成为能够供给空气的任何形状。从空气供给装置300排出的空气通过管道350被供给到水处理池200内部的曝气管道400，其中管道350被加热器500加热。以与图2所示的过滤系统相同的方式，在管道 350被加热器500加热时，穿过管道350的空气也被加热。加热器500包括缠绕在管道350 上的加热线，但是不限于所述加热线。可以设置任何能够对管道350进行加热的形状来代替加热线。例如，加热器500可以通过使用加热的液体来加热穿过管道350的空气。所加热的空气通过曝气管道400被喷到中空纤维膜组件100上，由此集中地使中空纤维膜120周围的给水的温度升高。因此，在位于中空纤维膜120周围的给水与位于其它部分的给水之间产生温差，由此可以通过温度差异节约热能。图5示出通过使用根据本发明的过滤系统对中空纤维膜组件的恢复清洗。如图5所示，为了在预定时段对在水处理中使用的中空纤维膜组件100进行恢复清洗，将中空纤维膜组件100浸没到填充有酸性或碱性化学清洗液610的清洗池600中。在清洗池600中，有喷出空气的曝气管道800。曝气管道800位于清洗池600内的中空纤维膜组件100的下方。由空气供给装置700供给的通过曝气管道800所喷出的空气相当于被加热到预定温度的空气。按照与本发明的另一实施例相同的方式，空气供给装置700可以是吹风机或空气压缩机，但不是必需的。空气供给装置700可以形成为能够供给空气的任何形状。从空气供给装置700排出的空气通过管道750被供给到清洗池600内部的曝气管道800，其中管道750被加热器900加热。在这种情况下，在管道750被加热器900加热时， 穿过管道750的空气也被加热。加热器900包括缠绕在管道750上的加热线，但是不限于所述加热线。可以设置任何能够对管道750进行加热的形状来代替加热线。例如，加热器 900可以通过使用加热的液体来加热穿过管道750的空气。所加热的空气通过曝气管道800被喷到中空纤维膜组件100中，由此使中空纤维膜120周围的化学清洗液的温度集中地升高。因此，在位于中空纤维膜120周围的化学清洗液与位于其它部分的化学清洗液之间产生温差，由此可以通过温度差异节约热能。在应用根据本发明的过滤系统和方法时所计算出的过滤膜的恢复率(recovery rate)显著高于在未经加热的给水或未经加热的化学清洗液被供给到所述水处理池或清洗池时所计算出的过滤膜的恢复率，其中，所述恢复率由下面的等式定义。[等式]过滤膜的恢复率=(清洗后的渗透流量/清洗前的渗透流量)X 100 )在保持相同的清洗效率时，与整体加热后的给水或整体加热后的化学清洗液被供给到水处理池或清洗池的情况相比，在根据本发明的过滤系统和方法中的能量损耗可以减少大约一半。下面将参照图6来说明图2、图4和图5中所示的本发明的加热器70、500和900
8的工作方式。图6是示出根据本发明一个实施例的加热器的工作方式的方框图。如图6所示，加热器1300可以直接地或间接地对从空气供给装置1100通过管道 1200所供给的空气进行加热。优选地，管道1200由考虑到耐用性、耐腐蚀性和导热性而选出的材料制成。通过控制器1500可以用各种方法对加热器1300进行控制。例如，控制器1500可以通过周期性地打开/关闭加热器1300或者周期性地控制加热器1300的加热强度的周期性加热模式，来控制加热器1300。如果是通过使用加热器1300加热管道1200间接地加热空气，那么可以暂时停止加热器1300的工作，或者可以降低加热器1300的加热强度，从而可以通过管道1200剩余的热量来加热空气。因此，如果以周期性加热模式来控制加热器1300，那么能量损耗减少而
清洗效率基本没有降低。就能量损耗减少而清洗效率基本没有下降的方面来说，可以通过控制器1500以周期性曝气模式来控制空气供给装置1100。就是说，控制器1500可以周期性地打开/关闭空气供给装置1100，或者可以周期性地改变供应到空气供给装置1100的能量强度。在这种情况下，在控制器1500的控制下，加热器1300可以只在空气供给装置1100工作时工作。可选择地，如图6所示，可以具有温度传感器1400，温度传感器1400直接地或间接地感测加热器1300所加热的空气的温度，并且将温度数据传送到控制器1500。控制器 1500基于从温度传感器1400传送来的温度数据来控制加热器1300。例如，如果从温度传感器1400传送来的温度数据高于预定温度，则控制器1500停止加热器1300的工作，或者降低加热器1300的加热强度。因此，可以防止过滤系统由于过度加热而受损，或者防止能量浪费。本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种改进和修改。因此，本发明意图涵盖所述各种改进和修改，只要这些改进和修改落在所附权利要求和它们的等同形式的范围内。
权利要求
1.一种过滤系统，包括膜组件，所述膜组件具有过滤膜；空气供给装置，所述空气供给装置用于清洗所述过滤膜；以及加热器，所述加热器用于加热从所述空气供给装置供给的空气。
2.根据权利要求1所述的过滤系统，进一步包括用于控制所述加热器的工作的控制器。
3.根据权利要求2所述的过滤系统，其中，所述控制器周期性地打开/关闭所述加热器。
4.根据权利要求2所述的过滤系统，其中，所述控制器周期性地改变所述加热器的加热强度。
5.根据权利要求2所述的过滤系统，其中，所述控制器控制所述加热器的工作，从而使所述加热器只在所述空气供给装置工作时工作。
6.根据权利要求2所述的过滤系统，进一步包括用于感测所加热的空气温度的温度传感器，其中，所述控制器基于从所述温度传感器传送的温度数据来控制所述加热器的工作。
7.根据权利要求6所述的过滤系统，其中，当从所述温度传感器传送来的所述温度数据高于预定温度时，所述控制器停止所述加热器的工作或者降低所述加热器的所述加热强度。
8.根据权利要求1所述的过滤系统，进一步包括 水处理池，所述水处理池中具有所述膜组件；曝气管道，所述曝气管道位于所述水处理池内的所述膜组件的下方；以及管道，所述管道用于将来自所述空气供给装置的空气引导至所述曝气管道， 其中，所述加热器通过加热所述管道来加热穿过所述管道的空气。
9.根据权利要求1所述的过滤系统，进一步包括用于将来自所述空气供给装置的空气引导至所述膜组件的管道，其中，所述加热器通过加热所述管道来加热穿过所述管道的空气。
10.根据权利要求1所述的过滤系统，进一步包括 清洗池，所述清洗池用于恢复清洗所述膜组件；曝气管道，所述曝气管道位于所述清洗池内的所述膜组件的下方；以及管道，所述管道用于将来自所述空气供给装置的空气引导至所述清洗池， 其中，所述加热器通过加热所述管道来加热穿过所述管道的空气。
11.根据权利要求8到权利要求10中任意一项所述的过滤系统，其中，所述加热器通过使用加热线圈或加热液体来加热所述管道。
12.一种过滤方法，包括通过使用具有过滤膜的膜组件来进行水处理； 提供用于清洗所述过滤膜的空气； 加热所述空气；以及向所述过滤膜提供所加热的空气。
13.根据权利要求12所述的过滤方法，其中，加热所述空气的过程是周期性重复的。
14.根据权利要求12所述的过滤方法，其中，周期性地改变加热所述空气的过程的加热强度。
15.根据权利要求12所述的过滤方法，其中，只在提供空气过程期间进行加热所述空气的过程。
16.根据权利要求12所述的过滤方法，进一步包括直接地或间接地感测所加热空气的温度。
17.根据权利要求16所述的过滤方法，进一步包括如果所感测的所述空气的温度高于预定温度，则停止加热所述空气的过程或降低所述空气加热强度。
18.根据权利要求12所述的过滤方法，其中，在将所述膜组件浸没到填充在所述水处理池中的给水中的情况下，进行所述水处理，并且其中，将用于清洗所述膜组件的所述空气供给到所述过滤膜。
19.根据权利要求12所述的过滤方法，其中，将用于清洗所述膜组件的空气通过管道供给到所述膜组件的内部。
20.根据权利要求12所述的过滤方法，进一步包括将完成所述水处理的所述膜组件浸没到清洗池中，其中，将用于清洗所述膜组件的空气通过管道供给到浸没到所述清洗池中的所述膜组件的所述过滤膜。
21.根据权利要求18到权利要求20中任意一项所述的过滤方法，其中，通过加热所述管道来进行加热所述空气的过程。
全文摘要
本发明涉及一种过滤系统和用于所述过滤系统的方法，所述过滤系统和方法在维护清洗或恢复清洗过滤膜期间只集中加热过滤膜部分，以最大化清洗效果、最小化清洗所需的热能，并且显著缩短清洗所需的时间。本发明的过滤系统包括膜组件，所述膜组件具有过滤膜；空气供给装置，所述空气供给装置用于供给清洗所述过滤膜的空气；以及加热器，所述加热器用于加热由所述空气供给装置供给的空气。
文档编号B01D65/08GK102215943SQ200980145523
公开日2011年10月12日 申请日期2009年11月5日 优先权日2008年11月14日
发明者李光珍 申请人:可隆工业株式会社