反洗和清潔方法

2023-06-26 06:54:06 1

專利名稱：反洗和清潔方法
技術領域：
本發明涉及使用中空纖維膜對懸浮固體的集中，更具體地是涉及反洗和化學清洗中空纖維膜的改進的方法。
背景技術：
整個說明書中任何現有技術的討論都不應該視為承認這種現有技術是眾所周知的，或者是本領域公知常識。
已知的反洗系統包括在我們以前的國際申請WO93/02779中描述的那些系統，該申請的技術方案在此結合以供參考。
已經發現，由於沿著內腔的摩擦損耗，中空纖維膜的壓力液體反洗沿著纖維膜的長度不均勻。在具有一端封閉的纖維的膜中，液體的壓力在壓力流作用到纖維內腔上的點處是最大的，並且沿著膜的長度逐漸減小。這導致了在纖維的遠離反洗作用點的部分不均勻反洗並且難以恢復TMP。在纖維兩端的開口，反洗流向著纖維中心最小。
在膜的化學清洗過程中，清洗溶液通常是從膜的內腔側反衝以將清洗溶液在膜纖維束內分配。在壓力下施加清洗劑有助於將汙物從表面除去。然而，這個步驟中壓力沿著內腔下降的限制意味著對膜的所有區域施加同樣的橫跨膜壓力(TMP)是不太容易實現的，對於壓力損耗最大的小直徑纖維來講尤其是這樣。這影響了清洗效率。

發明內容
本發明的一個目的是克服或者至少改善現有技術的一個或多個缺陷，或者至少提出一種有用的替換方案。
根據本發明的第一方面，本發明提供了一種將懸浮液體中的固體集中起來的方法，包括(i)橫過浸沒於懸浮液體的可滲透的中空膜的壁提供壓差，所述懸浮液體施加於多孔中空膜的外表面以引起並維持穿過膜壁的滲流，
其中(a)一些懸浮液體經過膜壁作為淨化的液體被排出，或者從中空膜內腔過濾，並且(b)至少一些固體保留在中空膜上或在其內，或者成為在膜周圍的液體內部的懸浮的固體，(ii)通過以低於起泡點的壓力施加氣體給膜內腔從而利用滲流來周期性地反洗膜孔，施加氣體是用以通過膜孔逐步置換至少一些滲透到內腔內的液體，這導致保留在中空膜上或其內的固體被移到膜周圍的大量液體內部。
這個方法保證了隨著液體界面在內腔中下降，在反洗過程中施加的不同壓力接近於在液體界面的氣壓，藉此保證橫過整個膜壁的所有點施加最大的壓差，儘管不是同時施加。
根據本發明的第二方面，本發明提供了一種將懸浮液體中的固體集中起來的方法，包括(i)橫過浸沒於懸浮液體的可滲透的中空膜的壁提供壓差，所述懸浮液體施加於多孔中空膜的外表面以引起並維持穿過膜壁的滲流，其中(a)一些懸浮液體經過膜壁作為淨化的液體被排出，或者從中空膜內腔過濾，並且(b)至少一些固體保留在中空膜上或在其內，或者成為在膜周圍的液體內部的懸浮的固體，(ii)通過施加排移介質經過所述膜的內腔從而將保留的固體從膜移除，同時將液體從所述內腔排出，其中，排移介質的施加最初藉助氣體置換中空膜內腔內的液體移過中空膜，以首先實現在內腔中的液體經過膜壁排出，然後通過施加用以克服膜的起泡點的足夠的壓力的氣體於液體上來實現膜的橫跨膜清洗，並且保證了氣體將置換液體，而且接著將通過膜的較大孔來移除保留在膜內的任何固體；並且用於排出氣體以衝洗膜的外壁並將移除的固體移入到膜周圍的大量液體中。
優選地，所述方法是作為利用固體積聚和固體排出的反覆循環的一個連續過程來實施的。
根據本發明的第三方面，提供了一種用於從液體進給懸浮液中回收精細固體的集中器，包括(i)用於容納所述進給懸浮液的容器；(ii)在所述容器內部的多個可滲透的中空膜；(iii)橫過所述膜的壁上提供壓差的裝置；(iv)從膜中收回淨化液體的裝置；以及(v)裝置，用於以低於起泡點的壓力施加氣體給滲透到膜內腔中的液體，以實現至少一些滲透到內腔的液體通過膜壁排出，以排移任何保留在其中的固體並且將移走的固體移到膜周圍的大量液體中。
根據本發明的第四方面，提供了一種用於從液體進給懸浮液中回收精細固體的集中器，包括(i)用於容納所述進給懸浮液的容器或罐；(ii)在所述容器或罐內部的多個可滲透的中空膜；(iii)橫過所述膜的壁提供壓差的裝置；(iv)從膜中收回淨化的液體的裝置；以及(v)裝置，用於施加氣體壓力給膜內腔中的液體和膜壁，同時容器或罐暴露在大氣壓下，並且同時從所述內腔中排出液體，以首先實現在內腔中的液體通過膜壁排出，然後通過施加用以克服膜的起泡點的足夠的壓力的氣體於液體上來實現膜的橫跨膜清洗，並且保證了氣體將置換液體，而且接著將通過膜的較大孔來排移保留在膜內的任何固體；並且用於排出氣體以衝洗膜的外壁並將移除的固體移入到容器或罐中的大量液體中。
優選地，所述反洗包括適當位置清洗(CIP)化學溶液的使用，以及或者濾液的使用。這可以在很多不同的反洗方法中使用。
一個這種反洗方法包括從殼體一側過濾化學清洗溶液，也就是從膜的外表面或者容器側進入膜內腔。然後實施通常的反洗，並且如上面所述通過施加氣體使得化學溶液被強制地以均勻方式通過膜孔返回。
化學反洗的另一個選擇包括通過濾液的最初反洗，也就是在相反的方向上推促濾液通過膜孔，同時將化學清洗溶液注入濾液內。濾液/化學溶液混合物然後通過如上面所述的施加氣體而通過膜被反洗。
化學反洗的另一個選擇包括在一定壓力下施加化學清洗溶液給膜的外側，以強迫化學清洗溶液通過膜孔並用化學清洗溶液填充膜內腔。接著進行如上面所述的通常的反洗。
為了使所使用的化學清洗溶液量最小化，在系統中的所有(或者大部分)液體可以從膜的一側被移出或排出，典型地是從濾液側(或者在中空膜內部)，然後膜的外側至少部分地填充化學清洗溶液，並且真空(或者減壓)施加於濾液側以造成化學清洗溶液從膜的外側吸入到濾液側，然後氣壓施加給濾液側以強迫化學清洗溶液在相反方向上從濾液側通過膜壁返回到膜的外側。
在另一個方法中，膜的濾液側被排出或排空液體，並且在膜的外側的液體也部分地被排出或排空。膜內腔外側然後至少部分地填充化學清洗溶液。施加於膜外側的化學清洗溶液然後藉助氣體(對於一個壓力系統)被推促通過或者在吸力作用下(對於浸沒的非壓力系統)被吸入通過，以用化學清洗溶液填充內腔，並且所使用的化學清洗溶液的量少於在膜外側上的液體的保持量。所需的僅僅是填充膜內腔的在膜外側上的足夠的化學清洗溶液量。然後壓力可以施加到內腔側，以通過推促其返回通過膜壁來從內腔排出化學清洗溶液。這個循環可以重複多次，使得化學清洗溶液交替地從膜一側通過膜壁移動到另一側。
已經發現上面的化學清洗方法的每一種都提供了更有效的化學反洗。這些方法允許使用最少的化學清洗溶液，同時還通過提供更有效的化學清洗溶液在系統中的分配來提供增強的清洗過程。期望地，這些反洗或清洗是以間歇理論實現的。
使用所述方法，逆流清洗步驟可以以這種方式完成，這種方式允許橫跨膜壓力(TMP)被氣壓控制，並且沿著膜均勻地施加這個TMP，即使是在距內腔入口的末端。這保證了膜的所有區域與化學清洗溶劑接觸，並且它們被施加TMP的同樣的化學清洗溶液反衝。這還允許在內腔中的化學清洗溶液由於逆流步驟而被完全排出，這幫助了化學清洗溶液的恢復，減少了衝洗需要，並且減少了清洗停歇時間。
在一個優選形式中，在施加到膜內腔上時氣體可以是脈動的。在上面描述的化學溶液反洗一個作為選擇的形式中，反洗是通過容器排空實現的。
這些過程可以應用於浸沒在一開口容器的膜上，以及受壓膜過濾系統中。


本發明的優選實施例現在將僅僅通過例子和參考附圖來描述，圖中圖1a展示了橫跨膜壓力(TMP)對沿著圖1b所示的膜組件結構的膜束的位置；圖1b展示了浸沒在進給液體中的膜組件的簡化的截面側視圖，有壓力液體施加於膜內腔；圖2a展示了橫跨膜壓力(TMP)對沿著圖2b所示的膜組件結構的膜束的位置；圖2b展示了浸沒在進給液體中的膜組件的簡化的截面側視圖，有壓力氣體施加於膜內腔；圖3a展示了橫跨膜壓力(TMP)對沿著圖3b所示的膜組件結構的膜束的位置；圖3b展示了浸沒在進給液體中的膜組件的簡化的截面側視圖，有壓力氣體施加於填充膜內腔的液體；圖3c展示了在圖3b所示的區域中的膜的放大的截面圖；圖4a展示了膜組件的簡化的截面側視圖，進給液體從組件周圍排出；圖4b在圖4b所示區域顯示膜的放大的截面圖；圖5a展示了膜組件的簡化的截面側視圖，組件的下部浸沒在化學清洗溶液中，並且抽吸作用於膜內腔；圖5b展示了圖5a所示區域的膜的放大的截面圖；圖5c展示了圖5a所示區域的膜的放大的截面圖；圖6a展示了膜組件的簡化的截面側視圖，組件的下部浸沒在化學清洗溶液中，並且壓力氣體作用於膜內腔；以及圖6b展示了圖6a所示區域的膜的放大的截面圖。
具體實施例方式
參考圖1a和圖1b，圖1a中的圖表示出了隨著距壓力流作用處的距離的增加，橫跨膜壓力(TMP)的變化。圖1b示出了具有多個中空纖維膜6的膜組件5。纖維膜6在下罐7中的下端封閉，並且通過上罐8在上端開口。組件被容納在容器10中的液體9浸泡。在所示實施例中，壓力液體作用於纖維內腔11的開口端，導致圖1a所示的TMP線形。
如上面提到的，在具有一端封閉的纖維膜6的膜中，液體壓力在壓力流體作用於纖維內腔11的點處是最高的，並且沿著膜6的長度逐漸減小。這導致了不均勻的反洗，並且在纖維膜6的遠離反洗作用點的部分難以恢復TMP。
圖2a和2b示出了與圖1相似的裝置，但此時壓力氣體作用於纖維膜內腔11，導致TMP沿著纖維膜6的長度均勻分配。
圖3a到3c示出了本發明的一個實施例，其中壓力氣體以起泡點以下的壓力作用於填充纖維膜內腔11的液體。如圖3c極佳所示，隨著液體通過膜壁12被置換，內腔11被氣體填充，導致隨著在纖維膜內腔11內部的液體水平下降，最大的TMP沿著纖維膜6的長度作用。
圖4a和4b示出了本發明的進一步的一個實施例，其中在反洗過程開始之前，液體從膜組件5周圍排出。反洗過程與上面描述的圖3的過程相似。
參考圖5和圖6，示出了根據本發明的清洗過程的一個實施例。膜組件5至少部分地浸沒在化學清洗溶液13中，並且纖維膜內腔11的開口端有吸氣作用。如圖5b極佳所示，清洗溶液13通過膜壁12吸收，並且進入纖維膜內腔11。清洗溶液13然後通過內腔11向上吸收，直到如圖5c所示完全填充。如圖6a和6b所示，壓力氣體然後作用於填充了膜內腔11的清洗溶液，並且如前面所述，通過膜壁12被置換。來自膜內腔11和到達膜內腔以及沿著膜內腔11的長度的這個清洗溶液流導致對膜組件5的有效的化學清洗。
本發明可以通過與前面提到的國際申請WO93/02779所描述的裝置相似的裝置來實現，該裝置進行了適當修改以根據本發明方法進行操作。
可以想到，在不脫離本發明所述精神和範圍的情況下，本發明的進一步的實施例和例子是可能的。
權利要求
1.一種將懸浮液體中的固體集中起來的方法，包括(i)橫過浸沒於懸浮液體的可滲透的中空膜的壁提供壓差，所述懸浮液體施加於多孔中空膜的外表面以引起並維持穿過膜壁的滲流，其中(a)一些懸浮液體經過膜壁作為淨化的液體被排出，或者從中空膜內腔過濾，並且(b)至少一些固體保留在中空膜上或在其內，或者成為在膜周圍的液體內部的懸浮的固體，(ii)通過以低於起泡點的壓力施加氣體給膜內腔從而利用滲流來周期性地反洗膜孔，施加氣體是用以通過膜孔逐步置換至少一些滲透到內腔內的液體，這導致保留在中空膜上或其內的固體被移到膜周圍的大量液體內部。
2.一種將懸浮液體中的固體集中起來的方法，包括(i)橫過浸沒於懸浮液體的可滲透的中空膜的壁提供壓差，所述懸浮液體施加於多孔中空膜的外表面以引起並維持穿過膜壁的滲流，其中(a)一些懸浮液體經過膜壁作為淨化的液體被排出，或者從中空膜內腔過濾，並且(b)至少一些固體保留在中空膜上或在其內，或者成為在膜周圍的液體內部的懸浮的固體，(ii)通過施加排移介質經過所述膜的內腔從而將保留的固體從膜移除，同時將液體從所述內腔排出，其中，排移介質的施加最初藉助氣體置換中空膜內腔內的液體移過中空膜，以首先實現在內腔中的液體經過膜壁排出，然後通過施加用以克服膜的起泡點的足夠的壓力的氣體於液體上來實現膜的橫跨膜清洗，並且保證了氣體將置換液體，而且接著將通過膜的較大孔來移除保留在膜內的任何固體；並且用於排出氣體以衝洗膜的外壁並將移除的固體移入到膜周圍的大量液體中。
3.根據權利要求1或2的將懸浮液體中的固體集中起來的方法，其中，所述方法是作為利用固體積聚和固體置換或排出的反覆循環的一個連續過程來實施的。
4.根據前面任一權利要求的將懸浮液體中的固體集中起來的方法，其中，所述排移或反洗步驟包括化學清洗溶液的使用。
5.根據權利要求4的將懸浮液體中的固體集中起來的方法，包括步驟將化學清洗溶液從多孔中空膜的外表面過濾到膜內腔內，以及然後通過施加所述氣體來置換所述化學清洗溶液返回通過膜孔。
6.根據權利要求4的將懸浮液體中的固體集中起來的方法，其中，所述移除或反洗步驟包括在相反方向上置換濾液通過膜孔，同時注入化學清洗溶液進入濾液。
7.根據權利要求4的將懸浮液體中的固體集中起來的方法，包括步驟在一定壓力下施加化學清洗溶液於多孔中空膜的外表面，以置換化學清洗溶液通過膜孔進入膜內腔，並且然後通過所述氣體的施加來置換所述化學清洗溶液返回通過膜孔。
8.當引用權利要求1的時候，根據權利要求5-7任一項的方法包括步驟在置換化學清洗溶液進入膜內腔之前，將保留在膜內腔中的液體的至少一部分移除。
9.當引用權利要求2的時候，根據權利要求5-7任一項的方法，其中，化學溶液置換到膜內腔內發生在所述橫跨膜清洗之前。
10.根據前面任一權利要求的將懸浮液體中的固體集中起來的方法，其中，氣體在施加於膜內腔的時候是脈動的。
11.根據前面任一權利要求的將懸浮液體中的固體集中起來的方法包括步驟在反洗或排移步驟之前，將膜周圍的大量液體的至少一部分移除。
12.一種用於從液體進給懸浮液中回收精細固體的集中器，包括(i)用於容納所述進給懸浮液的容器；(ii)在所述容器內部的多個可滲透的中空膜；(iii)橫過所述膜的壁上提供壓差的裝置；(iv)從膜中收回淨化液體的裝置；以及(v)裝置，用於以低於起泡點的壓力施加氣體給滲透到膜內腔中的液體，以實現至少一些滲透到內腔的液體通過膜壁排出，以排移任何保留在其中的固體並且將移走的固體移到膜周圍的大量液體中。
13.一種用於從液體進給懸浮液中回收精細固體的集中器，包括(i)用於容納所述進給懸浮液的容器或罐；(ii)在所述容器或罐內部的多個可滲透的中空膜；(iii)橫過所述膜的壁提供壓差的裝置；(iv)從膜中收回淨化的液體的裝置；以及(v)裝置，用於施加氣體壓力給膜內腔中的液體和膜壁，同時容器或罐暴露在大氣壓下，並且同時從所述內腔中排出液體，以首先實現在內腔中的液體通過膜壁排出，然後通過施加用以克服膜的起泡點的足夠的壓力的氣體於液體上來實現膜的橫跨膜清洗，並且保證了氣體將置換液體，而且接著將通過膜的較大孔來排移保留在膜內的任何固體；並且用於排出氣體以衝洗膜的外壁並將移除的固體移入到容器或罐中的大量液體中。
全文摘要
一種將懸浮液體中的固體集中起來的方法，包括橫過浸沒於懸浮液體(9)的可滲透的中空膜(6)的壁提供壓差。所述懸浮液體(9)施加於多孔中空膜(6)的外表面以引起並維持穿過膜壁(12)的過濾，其中一些懸浮液體經過膜(6)的壁(12)作為淨化的液體被排出，或者從中空膜內腔(11)滲透，並且至少一些固體保留在中空膜(6)上或在其內，或者成為在膜(6)周圍的液體(9)內部的懸浮的固體。所述方法包括通過以低於起泡點的壓力施加氣體給膜內腔(11)從而利用滲透來周期性地反洗膜孔，施加氣體是用以通過膜孔逐步置換至少一些滲透到內腔(11)內的液體，這導致保留在中空膜上或其內的固體被移到膜(6)周圍的大量液體(9)內部。
文檔編號B01D65/02GK1852760SQ200480026489
公開日2006年10月25日 申請日期2004年9月22日 優先權日2003年9月22日
發明者W·T·詹森 申請人:美國廢水過濾集團公司