[发明专利]使用气升泵的膜清洗

说明书

技术领域

本发明涉及膜过滤系统，更具体地涉及，通过气体和液体的混 合物对用在这些系统中的膜进行有效地清洗的设备及相关方法。

背景技术

用于废水处理的膜的重要性正在迅速提高。现在众所周知，膜 处理法可以用作对污水的有效三级处理并且提供品质好的流出物。然而， 资本和营运成本过高。随着浸没式膜处理法的出现，其中，膜组件浸入大 型进料池中并且通过作用在膜的滤液侧的吸力或通过重力作用来收集滤 液，那么在一个阶段中结合了生物和物理过程的膜生物反应器一定会更紧 凑、高效和经济。由于它们的通用性，膜生物反应器的大小从家用(如化 粪池系统)到社区和大规模的污水处理。

膜过滤方法的成功在很大程度上取决于采用有效和高效的膜 清洗方法。常用的物理清洗方法包括使用液体渗透或气体或两者相结合的 反洗(反冲洗、反冲)，使用液体中的气泡形式的气体进行膜表面洗刷或 冲刷。典型地，在气体冲刷系统，通常通过鼓风机把气体注入液体系统中， 膜组件浸没到该液体系统中以形成气泡。如此产生的气泡然后向上行进以 洗刷膜表面从而去除形成在膜表面的污垢物质。所产生的剪切力在很大程 度上取决于气泡初始速度、气泡尺寸和作用在气泡上的合力。

对于含有高浓度悬浮固体的进料水的膜过滤，例如在膜生物反 应器中，除了高效的气体冲刷清洗方法以外，膜表面更新对于最小化固体 浓度极化也是至关重要的。

这种方法中的流体输送受到气升机构的有效性的限制。为了提 高洗刷效果，必须提供更多气体。但是，这种方法消耗大量的能源。此外， 在高浓度固体的环境中，在过滤期间膜表面附近的固体浓度极化变得显 著，其中，干净滤液穿过膜并且留下更高固体含量的滞留物，形成增大的 膜阻力。通过利用两相流清洗膜，已经解决了这些问题中的一些。

带有气体冲刷的膜过滤系统通常依赖于“气升效应”来获得膜 表面更新和膜系统的清洗。为了获得高上升流速，含有膜的池必须分为上 升区和下降区。这要求膜组件得分隔开以为“气升效应”提供足够的下降 区进行操作。膜池中的膜/组件的包装密度因此受到限制并且需要较大占 地面积来获得有效的“气升效应”。

其它气体冲刷系统使用不同的方法，其采用喷射器把液体流输 入膜组件的纤维束中。这种方法在不需要下降区的情况下获得膜表面的主 动更新。因此，膜组件可以紧密布置从而节省膜池的空间和体积。这种系 统具有的劣势是，每个组件需要喷射器和用于迫使液体经过喷射器的耗能 泵送系统。

发明内容

本发明的一个目的是克服或改善现有技术的这些缺点中的至 少一个，或提供一种有用的替代方案。

根据一个方面，本发明提供一种使用其中混有气泡的液体介质 清洗膜表面的方法，包括的步骤是，沿着所述膜表面提供两相气/液混合 物流从而从膜表面去除污垢材料，其中，提供所述两相气/液混合物的步 骤包括： 提供浸入所述液体介质预定深度的具有预定尺寸的竖直布置的腔室， 其中，所述腔室具有与所述膜成流体连通的上部和与所述液体介质成流体 连通的下部， 使气体在所述腔室中的预定位置以预定速度流入所述腔室以形成气 升泵从而产生所述两相气/液混合物并且产生沿着所述膜表面的所述混合 物的流； 选择所述腔室的尺寸、所述腔室的浸入深度、气体的流速和气体流进 入所述腔室的位置，从而优化两相气/液混合物沿着所述膜表面的流速。

可选地，可以通过鼓风机或类似装置向所述液体介质中提供气 泡的其它来源。所用的气体可包括空气、氧气、氯气、臭氧、氮气、甲烷 或适合于特定应用的任何其它气体。空气对洗刷和/或曝气来说是最经济 的。氯气通过在膜表面的化学反应可用于洗刷、消毒和提高清洗效率。臭 氧的使用，除了与上述氯气类似的作用之外，还具有其它作用，例如氧化 DBP前体以及把不可生物降解的NOM’s转换成可生物降解的溶解性有机 碳。在一些应用中，例如在不希望有氧或氧化剂的厌氧生物环境或非生物 环境中，可以使用氮气，特别是在带有捕获和重复利用氮气的能力的进料 池是封闭的情况下。