专利名称：用薄膜过滤从液体中去掉漂浮物质和盐类的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明首先涉及用薄膜过滤从液体中去掉漂浮物质和盐类的方法。
已经知道，为了用纳米过滤和逆渗透或反渗透从液体中去掉盐类，采用了螺旋缠绕和/或空心纤维模块。当采用这种螺旋缠绕和/或空心纤维模块时，由于液体必须没有漂浮物质(由于这些模块可能被堵塞)，液体需要强力的预清洁，例如分别用砂滤和/或微过滤或超滤。这意味着，需要有一个两步法。
薄膜过滤所遇到的问题之一是所存在的组分(如盐类、漂浮物质和其它物质)所谓的浓度极化。由于液体流经薄膜(渗透物生产)，故盐类沿薄膜的方向被输送。这就造成薄膜附近的浓度大于整体中的平均浓度。这种现象称为浓度极化。当超过个别盐的溶度积时，该盐就沉积在薄膜上并对薄膜的功能产生不良影响。盐的沉积可通过加入化学药品(它包括加入酸和/或抗沉积剂，以减少整体中的过饱和)或采用所谓的正交流动作业来防止。
已知的两步法有若干缺点。在第一步(分别为砂滤和/或微过滤或超滤)和在第二步(分别为纳米过滤或反渗透)中都进行浓缩物生产。因此，最后得到的总浓缩物是高的。此外，用螺旋缠绕和空心纤维模块生产常常在连续的条件下(即连续生产渗透物和连续取出浓缩物)进行，以致能减少前面所述的浓度极化。这种连续工作条件导致高的能量消耗，而且，由于在浓缩物取出侧的压力降(包括一浓缩物控制阀)，造成相当大的能量损失。最后，在实践中证明，螺旋缠绕和/或空心纤维模块非常频繁地更换，这就造成包括这种模块的设备在使用中相当昂贵。
本发明针对在前言中所说明的一种方法，采用这种方法，前述缺点可以以简单而有效的方式解决。
为达到此目的，按照本发明的方法的特征为，只采用垂直放置的、适用于纳米过滤或反渗透的螺旋缠绕的板式和框式薄膜，或优先采用毛细管式或管式薄膜，其中，连续地并按顺序地进行下面所包括的步骤a.在预定的时间段内生产渗透物而不排放浓缩物；b.以后，在至少几乎不排放渗透物和不排放浓缩物的情况下在薄膜旁边导入气体例如空气；c.最后，排放浓缩物而不排放渗透物。
按照本发明的方法，从液体中去掉漂浮物和盐类可一步完成，不必过份的预清洁。毛细管式或管式薄膜(它例如有0.5～25mm的直径)垂直放置，以便使之有可能在步骤b中采用气体(例如空气)。
在第一步骤(步骤a)中，不进行浓缩物的取出。因此，在薄膜表面附近将产生一所谓的边界层，它包括高的颗粒/盐浓度(所谓的浓度极化)。这在短时间内是可以接受的，它不会使各个薄膜的功能受到太坏的影响。可以在步骤a中重复循环浓缩物，而不必取出浓缩物。在下一步骤(步骤b)中，用气体进行冲洗，它在毛细管薄膜或管状薄膜中造成液体搅拌并去掉那时得到的浓度极化。在此用空气冲洗时，仍然不进行浓缩物的取出。最后，在最后的步骤(步骤c)中，停止取出渗透物并进行转换，以取出浓缩物。这样，已经收集的漂浮物质以及已经聚集的盐类都被去掉，以后就重复这些步骤。
由于采用了一步法，浓缩物生产要低于采用任何已知的方法。不连续的作业还使用较少的能量，而过滤器模块的更换则进行得比较不频繁。
在本发明的范围内，有几种可能性。按照本发明的方法的一个优选的实施例为在步骤c中取出浓缩物，它用联合的液体/气体供应来实现。在此情况下，垂直放置同样产生好处。在薄膜旁边用液体/气体冲洗分别沿薄膜表面产生高的紊流和高的水速以及高的切应力，该切应力做到非常有效的从薄膜上去掉污染物。应当注意，此技术本身是可以从微过滤和超滤(同所谓的薄膜生物反应器一样)知道。
此外，有一种可能性，即在步骤c中有一本身已经知道的事实，即在液体中加入化学药品。
如果在步骤b中，气体以低于在操作步骤a时的压力供应，则按照本发明的方法可以以非常有效的方式实施。在步骤a中，也就是说，在生产渗透物时，有一高压，而在步骤b中用气体冲洗时，有一低压，此时，生产中断一短的时间。在原则上，此低压将在步骤c中保持，以便得到一低的能量消耗(按照本发明，浓缩物以不连续的方式并在低压下用一打开/停止阀取出，而按照现有技术水平，则采用节流阀，以降低最初是高的浓缩物压力，而该压力只能用高的能量损失得到)。
生产渗透物而不取出浓缩物只在短时间是允许的。不过，如果浓度极化达到太高的值，就不得不开始步骤b。就此而言，按照本发明的方法的一个实施例，进行步骤a的时间由渗透物在薄膜上所遇到的压力阻抗的提高决定。浓度极化以及薄膜表面上的沉积的增加越多，则渗透物流过薄膜的困难将越大，而后者也将提高压力阻抗。此压力阻抗的确定可例如用液体供应泵的转数来确定，该转数随着压力阻抗的增加而减少。
为了提高薄膜的工作和清洁，已经提到，可以加入粉媒和/或絮凝剂或其它添加剂。此外，在步骤a和/或步骤b和/或步骤c中可以在薄膜上进行浓缩物的重复循环。这种加入粉媒和/或絮凝剂和在薄膜上的可能的浓缩物重复循环都是本身为已知的，它们都按照现有技术水平进行(例如采用微过滤或超滤)。
本发明还涉及用薄膜过滤从液体中去掉漂浮物质和盐类的装置，它包括一液体供应、一渗透物排放和一浓缩物排放。
按照本发明，装置的特征为，它只包括垂直放置的、适于实施纳米过滤或反渗透的毛细管薄膜或管状薄膜、气体供应、用于打开和关闭液体供应、气体供应装置、必要时的渗透物排放和浓缩物排放的控制阀，以及用于控制控制阀的控制装置，该气体供应装置平行地连至液体供应上并在液体供应处终止，从而依次a.在原先预定的时间内，打开液体供应和渗透物排放并关闭浓缩物排放；b.接着只打开气体供应；
c.最后关闭渗透物排放并且至少打开液体供应和浓缩物排放。
采用本发明的设备，就可实施前面提到的方法。
按照一个优选的实施例，控制装置要如此，即在步骤c中，气体供应装置同样打开。气体供应装置的打开产生联合的液体/气体供应。这样，如同前面提到的那样，可以实现有效地消除薄膜污染。
按照本发明的装置的优选的实施例，尤其是在步骤c中，向液体提供化学药品；采用用于控制气体和/或液体的供应压力(例如在步骤b中的气体供应，该供应在低于步骤a的工作压力的压力下进行)的装置；采用传感装置，它连至控制装置上，以确定渗透物穿过薄膜时遇到的压力阻抗(确定步骤a的最佳时间)；采用向液体加入粉媒和/或絮凝剂(它减少薄膜的堵塞)的装置，以及采用将浓缩液管与液体排放管连接起来的重复循环管，以便使之有可能在步骤a、步骤b和步骤c中都能实现浓缩物的重复循环，从而减少浓度极化。
现在借助附图描述本发明，它们示意地示出了用于实施按照本发明的方法的装置。
图1示意地示出了按照本发明的一个实施例，而图2至4则示出按照本发明的装置的多少改进的实施例的三个依次的步骤。
图1示意地示出了用薄膜过滤从液体中去掉漂浮物质和盐类的装置。该装置包括垂直放置的、用于进行纳米过滤或反渗透的毛细管薄膜或管状薄膜M、液体供应管V、渗透物排放管P和浓缩物排放管C。一空气供应管L平行于液体供应管V设置并在其中终止。为了输送液体和空气，设置泵P1和压缩机C1，并且进一步在液体供应管V中设置一控制阀K1，在渗透物排放管P中设置一控制阀K2，在浓缩物排放管C中设置一控制阀K3，在空气供应管L中设置一控制阀K4。此外，示出一重复循环管R，连同一泵P2。该重复循环管R将浓缩物排放管C与液体供应管V连在一起。
如图1所示的重复循环管R在必要时可以省去。可以用此装置实施的本发明的方法并不依赖此重复循环管R。另外，参看图2至4描述此方法，而不必考虑此重复循环管。
在说明可以用此装置实施的方法之前，要注意下列事项。控制阀K1至K4(以及泵P1、压缩机C1和可能存在的泵P2)都连至在图中未示出的控制装置上。这些控制装置可包括一控制单元，该单元为众所周知的，例如一微处理器。
图2示出了用所示装置实施按照本发明的方法的第一步骤。液体供应管V中的控制阀K1与渗透物排放管P中的控制阀K2都是打开的。浓缩物排放管C与空气供应管L中的控制阀K3和K4都分别关闭。液体用泵P1在大的工作压力下被送至薄膜M处，以使产生渗透物。此渗透物经过渗透物排放管P被排放。在薄膜附近形成含有高的盐浓度(浓度极化)的边界层。另外还从液体中去掉漂浮物质。
在经过一定时间以后，进行图3所示的步骤即第二步骤。进行第一步骤直至第二步骤开始的时间可由渗透物经过薄膜M时遇到的压力阻抗的增加来确定。作为此事的基础可以例如是泵P1的转数。在第二步骤中，液体供应管V和渗透物排放管P中的控制阀K1和K2都关闭。浓缩物排放管C中的控制阀K3仍然关闭。不过，空气供应管L中的控制阀K4则打开，以使由于薄膜M的垂直放置，空气得以沿薄膜流动并进行空气冲洗。由于这种空气冲洗，液体受到搅拌，以致所存在的浓度极化得以消除。此空气冲洗不在高的工作压力下进行(由于控制阀K1在那时同样是关闭的)，但是它优先在较低的压力下进行。在此空气冲洗中，由于浓缩物排放管C中的控制阀K3是关闭的，仍然不排放浓缩物。被空气置换的液体量可暂时包含在一缓冲装置(未示出)中。
实施按照本发明的方法的最后步骤示于图4中。渗透物排放管P中的控制阀K2通常是关闭的，而其它控制阀K1、K3和K4则是打开的。现在，最好在低压下沿薄膜M进行液体和空气的联合冲洗，以便去掉漂浮物质和聚集在薄膜旁边的盐类。
在结束图4所示的步骤以后，再次进行图2所示的步骤并重复本方法。因此，本方法为一连续的方法，它包括连续的渗透物排放和不连续的浓缩物排放。在图4所示的步骤中，由于浓缩物是在低压下排放的，故只有很少的能量损失。此外，由于不需要进行预清洁(例如分别用砂滤和/或微过滤或超滤)，故比按照现有技术水平的方法得到较低的浓缩物生产。
在图中未示出用于供应化学药品、粉煤和/或絮凝剂的供应管，它们接入液体供应管V中。这些物质的作用本身可从原有技术水平(微/超过滤)知道。
如同前面所提到的那样，在按照图2至4的实施例中，可以采用重复循环管R，它有助于减少浓度极化。
显然，用于控制空气和液体的供应压力的装置可做成泵P1和压缩机C1的一部分。
本发明并不限于前面所示的实施例，该属于本发明的范围的、由权利要求书确定的实施例可以用许多方式改变。
权利要求
1.用薄膜过滤从液体中去掉漂浮物质和盐类的方法，其特征为，只采用垂直放置的螺旋缠绕的板式或框式薄膜，最好是适于纳米过滤或反渗透的毛细管薄膜或管状薄膜，其中，重复地并按顺序地进行下面所包括的步骤a. 在预定的时间内生产渗透物而不排放浓缩物；b.以后，在至少几乎不排放渗透物和不排放浓缩物的情况下在薄膜旁边导入气体如空气；c.最后，排放浓缩物而不排放渗透物。
2.如权利要求1的方法，其特征为，在步骤c中，用联合的液体/气体供应排放浓缩物。
3.如权利要求2的方法，其特征为，在步骤c中，在液体中加入化学药品。
4.如权利要求1的方法，其特征为，在步骤b中，气体供应在低于步骤a的工作压力的压力下进行。
5.如权利要求1的方法，其特征为，进行步骤a的时间由渗透物经过薄膜时所遇到的压力阻抗的增加确定。
6.如权利要求1的方法，其特征为，在液体中加入粉媒和/或絮凝剂或其它添加剂。
7.如权利要求1的方法，其特征为，在步骤a和/或步骤b和/或步骤c中，进行浓缩物经过薄膜的重复循环。
8.用薄膜过滤从液体中去掉漂浮物质和盐类的装置，它包括一液体供应管、一渗透物排放管和一浓缩物排放管，其特征为，它只包括垂直放置的螺旋缠绕的板式和框式薄膜，最好是适于纳米过滤或反渗透的毛细管薄膜或管状薄膜，一平行地连至液体供应管并在液体供应管中终止的气体供应管，用于打开和关闭液体供应管、气体供应管，渗透物排放管和浓缩物排放管的控制阀，并且进一步包括用于控制控制阀的控制装置，从而重复地并依次地a.在原先预定的时间内打开液体供应管和渗透物排放管并关闭气体供应管和浓缩物排放管；b.然后只打开气体供应管；c.最后通常关闭渗透物排放管并打开至少液体供应管和浓缩物排放管。
9.如权利要求8的装置，其特征为，控制装置要做成在步骤c中同样打开气体供应管。
10.如权利要求9的装置，其特征为，设置用于在步骤c中向液体加入化学药品的装置。
11.如权利要求8的装置，其特征为，设置用于控制气体和/或液体的供应压力的装置。
12.如权利要求8的装置，其特征为，在控制装置上连以传感装置，以确定渗透物经过薄膜时所遇到的压力阻抗。
13.如权利要求8的装置，其特征为，设置用于向液体加入粉媒和/或絮凝剂的装置。
14.如权利要求8的装置，其特征为，有将浓缩物排放管与液体供应管连在一起的重复循环管。
全文摘要
用于从液体中去掉漂浮物质和盐类的薄膜过滤采用了适于进行纳米过滤或反渗透的毛细管薄膜或管状薄膜。重复地并按顺序地进行下列步骤:a)在预定的时间内生产渗透物而不排放浓缩物;b)然后在至少几乎不排放渗透物和不排放浓缩物的情况下在薄膜旁边导入气体例如空气;c)最后,排放浓缩物而不排放渗透物。在步骤a)和步骤c)中可采用联合供应液体和气体。同样描述了用于实施本方法的装置。
文档编号B01D61/02GK1326377SQ99813180
公开日2001年12月12日 申请日期1999年11月12日 优先权日1998年11月13日
发明者佩特鲁斯·雅格布·德莫尔, 瓦尔特鲁斯·海斯贝图斯·约瑟夫·范德梅尔, 哈姆·范达尔弗森 申请人:Dhv水有限公司, 沃特雷登弗里斯兰德有限公司, 斯多克弗里斯兰德有限公司