壓力中空纖維膜組件及使用其的反沖洗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及中空纖維膜組件(hollow fiber membrane module)和用于反沖洗所述中空纖維膜組件的方法，更具體而言，涉及提供了第一打開/關(guān)閉單元和第二打開/關(guān)閉單元的加壓中空纖維膜組件，以及使用其的反沖洗方法。
【背景技術(shù)】
[0002]膜基于分子大小或分子和所述膜之間的排斥作用而分離物質(zhì)，且分離的驅(qū)動力包括壓力，濃度，電位差等。有利的是，在用于分離過程中時膜允許方便的自動化，并不會涉及相變，高溫處理等，因此已經(jīng)研宄和利用作為能夠在環(huán)境污染防止設(shè)施或化工廠中取代傳統(tǒng)分尚過程的技術(shù)。
[0003]這種膜的實例包括反滲透膜，納濾膜，超濾膜，微濾膜，離子交換膜，氣體分離膜，滲透汽化膜(pervaporat1n membrane)等。膜組件根據(jù)其結(jié)構(gòu)分為板框式，管型，螺旋纏繞型和中空纖維型膜組件。
[0004]其中，所述中空纖維膜組件是指一束具有長的空心線形狀的中空纖維膜，并包括過濾從所述中空纖維膜內(nèi)側(cè)(內(nèi)腔)向外側(cè)發(fā)生的由內(nèi)而外型(inside-out)的中空纖維膜組件和過濾從中空纖維膜外側(cè)向內(nèi)側(cè)發(fā)生的由外而內(nèi)型(outside-1n)的中空纖維膜組件。此外，所述中空纖維膜組件劃分成加壓型(pressurized type)和浸沒型(submergedtype)。所述加壓型中空纖維膜組件具有的結(jié)構(gòu)中所述中空纖維膜放置于壓力容器中并模塊化，并按照由外而內(nèi)或由內(nèi)而外的方式操作，這不同于通常按照抽吸模式操作的浸沒式中空纖維膜組件。
[0005]如圖1中所示，所述加壓中空纖維膜組件可分成如圖1(a)所示的一端水收集組件，如圖1(b)所示的兩端水收集組件，和實際上允許在兩端收集處理水并因為某些原因，如依據(jù)處理水出口的數(shù)目如圖1(c)所示消除對于額外管道的需要而提供內(nèi)部流徑(internal flow path)的組件。
[0006]膜會由于顆粒物或溶解物質(zhì)粘附于所述膜表面或精細(xì)孔的表面引起的膜污染導(dǎo)遭致性能變差。為了防止膜污染，所述膜要經(jīng)受周期性表面清洗或反沖洗才能在膜過濾期間恢復(fù)所述膜的性能。本文中，例如，通過將沖洗水在過濾方向的反方向上通過所述膜孔而進(jìn)行反沖洗。作為反沖洗水，使用了過濾水或過濾水和酸、堿或清潔劑如無機(jī)的和有機(jī)的洗滌劑的混合物。反沖洗通過反沖洗泵推動所述反沖洗水而進(jìn)行實施。
[0007]在所有如圖1中所示的加壓中空纖維膜組件中，由于中空纖維膜在所述組件的縱向方向上放置于長的圓柱形外殼中，反洗壓力在反沖洗期間會在所述中空纖維膜縱向方向上降低，從而引起壓力分布不均。此外，即使所述反洗壓力在所述中空纖維膜的縱向方向上均勻分布，所述膜過濾性能的恢復(fù)能夠在所述中空纖維膜的縱向方向上以非均勻的方式實現(xiàn)，因為更接近反沖洗水入口的所述中空纖維膜的表面層在實際反沖洗中會接觸更多的反沖洗水。因此，典型的單程-反沖洗過程具有在所述中空纖維膜縱向方向上不均勻反沖洗的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]【技術(shù)問題】
[0009]本發(fā)明的一個目的是提供一種容許方便反沖洗的加壓中空纖維膜組件。
[0010]本發(fā)明的另一個目的是提供在其縱向方向上均勻反沖洗加壓中空纖維膜組件的方法。
[0011]本發(fā)明的上述和其它目的能夠通過如下所述的本發(fā)明完成。
[0012]【技術(shù)方案】
[0013]本發(fā)明的一個方面涉及提供了第一打開/關(guān)閉單元和第二打開/關(guān)閉單元的加壓中空纖維膜組件。所述加壓中空纖維膜組件包括:形成了原水入口(raw water inlet)，濃縮水出口和處理水出口的外殼；形成于所述外殼中央的內(nèi)部流徑；圍繞所述內(nèi)部流徑排布的多個中空纖維膜；與所述內(nèi)部流徑和所述中空纖維膜連通的處理水收集部分；打開或關(guān)閉所述內(nèi)部流徑的開口端的第一打開/關(guān)閉單元；和打開或關(guān)閉所述中空纖維膜的開口端的第二打開/關(guān)閉單元。
[0014]所述原水入口和所述濃縮水出口可以形成于所述外殼的一側(cè)，而所述處理水出口可以形成于外殼的一端或另一端。
[0015]所述第一打開/關(guān)閉單元可以打開或關(guān)閉所述組件反沖洗中將通過所述處理水出口注入的反沖洗水引入其中的所述內(nèi)部流徑的開口端。
[0016]所述第二打開/關(guān)閉單元可以打開或關(guān)閉所述組件反沖洗中將通過所述處理水出口注入的反沖洗水引入其中的所述中空纖維膜的開口端。
[0017]所述處理水收集部分可以包括形成于所述外殼上部分的第一處理水收集部分和形成于所述外殼下部分的第二處理水收集部分。
[0018]本發(fā)明另一方面涉及用于反沖洗所述加壓中空纖維膜組件的方法。所述方法包括:第一反沖洗步驟，包括通過所述第一打開/關(guān)閉單元關(guān)閉所述內(nèi)部流徑的開口端，將反沖洗水通過所述處理水出口注入所述外殼，經(jīng)由所述第一處理水收集部分將所述注入的反沖洗水引入所述中空纖維膜的開口端并通過所述中空纖維膜的孔過濾所述反沖洗水，和將所述過濾的反沖洗水通過所述濃縮水出口排出到外面；和第二反沖洗步驟，包括通過所述第二打開/關(guān)閉單元關(guān)閉所述中空纖維膜的開口端，將反沖洗水通過所述處理水出口注入所述外殼，將所述注入的反沖洗水引入所述內(nèi)部流徑的開口端并將所述反沖洗水經(jīng)由所述內(nèi)部流徑和所述第二處理水收集部分重新引入與其關(guān)閉的開口端相對的所述中空纖維膜的開口端中并通過所述中空纖維膜的孔過濾所述反沖洗水，和將所述過濾的反沖洗水通過所述濃縮水出口排出到外面。
[0019]所述第一反沖洗步驟和所述第二反沖洗步驟可以交替實施。
[0020]所述第二打開/關(guān)閉單元當(dāng)所述第一打開/關(guān)閉單元關(guān)閉所述內(nèi)部流徑時可以打開中空纖維膜流徑，而所述第一打開/關(guān)閉單元當(dāng)所述第二打開/關(guān)閉單元關(guān)閉所述中空纖維膜流徑時可以打開所述內(nèi)部流徑。
[0021]所述加壓中空纖維膜組件可以是由內(nèi)而外型的中空纖維膜組件。
[0022]所述加壓中空纖維膜組件可以是由外而內(nèi)型的中空纖維膜組件。
[0023]所述第一反沖洗步驟和所述第二反沖洗步驟的每一個可以實施約10秒至約I分鐘。
[0024]【有利的效果】
[0025]本發(fā)明提供了容許方便反沖洗的加壓中空纖維膜組件，和使用其能夠在所述組件縱向方向上均勻反沖洗所述加壓中空纖維膜組件的反沖洗方法。
【附圖說明】
[0026]圖1顯示了不同類型的加壓中空纖維膜組件，其中(a)是一端收集型組件，(b)是兩端收集型組件，而(C)是提供內(nèi)部流徑的兩端收集型組件。
[0027]圖2是中空纖維膜組件的示意性截面圖，圖示說明了由外而內(nèi)型的中空纖維膜組件的過濾原理。
[0028]圖3是中空纖維膜組件的示意性截面圖，圖示說明了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式使用由外而內(nèi)型的中空纖維膜組件的第一反沖洗步驟。
[0029]圖4是所述中空纖維膜組件的示意性截面圖，圖示說明了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式使用由外而內(nèi)型的中空纖維膜組件的第二反沖洗步驟。
[0030]圖5是提供了第一打開/關(guān)閉單元的中空纖維膜組件的截面視圖。
[0031]圖6是提供了第二打開/關(guān)閉單元的中空纖維膜組件的截面視圖。
【具體實施方式】
[0032]【最佳方式】
[0033]在下文中，本發(fā)明的實施方式將會參考附圖進(jìn)行詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明并不限定于以下的實施方式，并可以以不同的方式實施，并且，提供以下實施方式是為了提供本發(fā)明的完整公開和對本領(lǐng)域那些技術(shù)人員提供對本發(fā)明的徹底理解。應(yīng)當(dāng)指出的是，附圖并非精確地按比例的且某些尺寸，例如寬度，長度，厚度等，為附圖描述中清楚起見而進(jìn)行了放大。雖然一些元件為了方便描述而在附圖中進(jìn)行了圖示說明，但其它元件將很容易由本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解。應(yīng)當(dāng)指出的是，所有附圖都是從觀察者的角度進(jìn)行描述。應(yīng)該理解的是，當(dāng)元件稱為在另一元件“上”時，所述元件能夠直接形成于其他元件上，或者居間元件也可以存在于其間。此外，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明可以由本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下按照不同的方式進(jìn)行實施。類似的組件在整個附圖中將用類似標(biāo)號進(jìn)行標(biāo)示。
[0034]正如本文所用，如“上”和“下”的術(shù)語，參照附圖進(jìn)行定義。因此，應(yīng)該理解的是，所述術(shù)語“上側(cè)”能夠與所述術(shù)語“下側(cè)”互換使用。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的加壓中空纖維膜組件可以是提供了內(nèi)部流徑的兩端水收集型中空纖維膜組件，如圖1(c)中所示。
[0036]圖2是說明由外而內(nèi)型中空纖維膜組件過濾原理的視圖。所述由外而內(nèi)型中空纖維膜組件包括:形成了原水入口(102)，濃縮水出口(103)，處理水出口(104)和第一和第二處理水收集部分(105，106)的外殼(101);裝入所述外殼內(nèi)的多個中空纖維膜(110);和形成于所述外殼中央并允許在所述組件下端過濾的處理水藉此回收的內(nèi)部流徑(120)。所述中空纖維膜的表面形成許多細(xì)孔。所述組件的過濾原理如下:通過所述入口(102)注入的原水通過所述中空纖維膜(110)的孔過濾，隨后所述過濾的處理水收集于形成于所述外殼上部分的第一處理水收集部分(105)和形成于所述外殼下部分的第二處理水收集部分
(106)中。收集于第一處理水收集部分(105)的處理水通過出口(104)排出到外部，而收集于第二處理水收集部分(106)的處理水經(jīng)由所述內(nèi)部流徑(120)傳遞到出口(104)，并通過所述出口排出到外部。
[0037]此外，未經(jīng)過濾的濃縮水可以通過所述濃縮水出口(103)排出到外部，或所有引入的原水可以經(jīng)過完全過濾而作為處理水排出，而不會排出未過濾的濃縮水。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的加壓中空纖維膜組件提供有第一打開/關(guān)閉單元和第二打開/關(guān)閉單元，以允許方便實現(xiàn)所述組件上端和下端交替沖洗。
[0039]所述加壓中空纖維膜組件可以包括:形成有原水入口，濃縮水出口和處理水出口的外殼；形成于所述外殼中央的內(nèi)部流徑；形成于所述外殼內(nèi)側(cè)并與所述內(nèi)部流徑連通的處理水收集部分；圍繞所述內(nèi)部流徑排布的多個中空纖維膜；打開或關(guān)閉所述內(nèi)部流徑的開口端的第一打開/關(guān)閉單元；和打開或關(guān)閉所述中空纖維膜的開口端的第二打開/關(guān)閉單元。
[0040]所述原水入口和所述濃縮水出