过滤工艺中改进的运行方法 【技术领域】
本发明涉及膜过滤系统中膜的清洗，更具体而言，涉及这种系统中的减少能量需求的运行方法。
背景技术
膜系统供应商一直致力于降低操作能和膜污染。通常，在清洗膜的能量输入降低时膜污染得更快。已经提出不同的方法来在不显著影响膜污染的情况下降低能量需求。美国专利No.6,555,005和6,524,481提出对膜进行间歇式空气冲洗来替代连续的空气注入。在美国专利No.6,245,239和6,550,747中，提出一个特殊的循环式曝气系统，以减少在膜清洗中的空气消耗。现有技术中所描述的循环式曝气系统要求快速响应阀以进行高频率的开启和关闭，因此阀的磨损严重。
【发明内容】
根据一方面，本发明提供一种具有多个重复运行周期的膜过滤系统运行方法，所述方法包括如下步骤：在所述运行周期的一个或多个重复之间和/或过程中，改变系统的与特定运行周期相关的一个或多个运行参数的数值。
本方法还可包括依据膜上的负载调整过滤周期时间和/或其它参数。
优选地，本方法包括改变运行周期的持续时间这一步骤。优选本方法可包括改变一个或多个运行参数的数值，而不使用这些参数的恒定数值。这些参数可包括但不限于运行流量、跨膜压和膜冲洗空气流速。
优选地，所述改变包括在两个或多个预定数值或持续时间之间交替改变运行参数的数值和/或运行周期的持续时间。在一种优选的形式中，膜过滤系统包括具有不同运行周期的至少两个膜或膜组，其中所述改变在所述膜或膜组之间交替改变。优选所述周期持续时间可依据一个运行参数数值例如跨膜压(TMP)或运行流量而改变。或者，所述周期持续时间可依据性能相关参数的变化，例如TMP的增加或渗透性/阻力的变化而改变。
根据另一方面，本发明提供一种具有多个重复运行周期的膜过滤系统的运行方法，所述方法包括在所述运行周期的一个或多个重复之间改变特定运行周期的持续时间这一步骤。
根据再一方面，本发明还包括适合于根据本发明方法运行的装置或膜过滤系统。
【附图说明】
现将参照如下附图仅以示例方式说明本发明优选的实施方案，其中
图1为交替改变空气冲洗流速的示意图；
图2为交替改变气体冲洗流速对膜渗透性的影响的示意图；
图3为恒定的及交替改变的气体冲洗流速对膜渗透性的影响的对比的示意图。
图4为在不同运行条件下膜过滤性能(TMP)的对比的示意图。
【具体实施方式】
交替改变过滤周期中的运行参数
膜过滤系统的过滤周期通常包括过滤阶段和反洗和/或松弛阶段(relaxation stage)。本发明的一个实施方案的方法在过滤周期之间交替改变运行参数值。对于使用气体冲洗或曝气来清洗膜的系统而言，运行参数可包括冲洗气体流速、过滤流速等。对于冲洗气体而言，在重复周期中，在一个周期中使用正常的气体流速，而在下一个周期使用较低或较高的气体流速。这样一种运行方法不需要任何特殊的阀，对于膜污染影响甚小，并且不会影响膜的滤液净生产量。
对于饮用水和污水处理而言，膜过滤系统中典型的过滤周期在2至60分钟范围内，更典型地在3至45分钟范围内。冲洗气体流速在两种气体流速间交替改变。所使用的较低气体流速与膜的性质和冲洗持续时间有关。对于典型的过滤周期而言，较低的气体流速可为低于正常数值的100％的任何流速，但是优选至少为正常流速的20％，以便在过滤周期之间实现交替改变，同时不会对膜污染有显著影响。
这样的交替改变方法还可应用至该系统的其它运行参数，例如过滤流速。过滤流量可以两种不同速率运行操作：在重复周期中，一个周期为正常流量，另一个周期流量较高。
在本实施方案的实际应用中，两个周期之间运行参数的这样一种交替改变可应用到两个膜组件、两个膜架(membrane rack)或两个膜室(membrane cell)。例如，在重复周期中，一个膜室可在正常冲洗气体流速下运行，而另一个则以较低冲洗气流运行。因此，用于气体冲洗的净气体需求得以减少。
交替改变冲洗气体流速
根据本发明的另一个实施方案，运行方法灵活地(flexibly)改变气体冲洗交替改变的频率，不依赖于过滤周期。正常气流持续时间和较低气流持续时间的选择很简单。优选较低气流的持续时间为正常气流的持续时间的0.5-5倍。
图1示出根据本实施方案的方法的气流方式。较低气体流速可为低于正常值的100％的任何速率，但是优选至少为正常值的10％，以避免显著的膜污染。
在膜组件网络中，该交替改变方法可在相应的组件系列中互换，从而使得一个系列的组件接收到正常的气流，而其它系列的组件获得较低的气流。例如，较低的气流的持续时间可被设置为正常气流的两倍。那样该气体交替改变过程可应用到三个系列的组件中——一个系列接受正常气流，而其它两个接受较低气流。
根据膜上的实际负载调整过滤周期时间
上面所使用的气体节省方法的一个不良副作用是出现在污水处理中的峰流量运行时膜污染的增加。该膜处于受应力条件下，并且以较低气流冲洗所致的能量输入降低会使得情况更糟糕。为克服这一难题，通过降低过滤周期的持续时间来改变运行方法。
这是基于这样的原理：反洗或松弛取决于膜阻力的增加，而非固定的过滤时间。在膜运行流量翻倍时，阻力增加率将会翻倍或更多。若过滤时间被固定为与正常流量的相同，那么在以较高流量运行时阻力的增加将很明显，从而导致难以通过反洗或松弛来恢复膜性能，并导致膜阻力的持续增加。但是，如果过滤时间减少，则膜阻力增加较少，并且更容易恢复膜的性能。
膜阻力增加是确定反洗或松弛周期需求的优选指标。其它参数例如跨膜压(TMP)增加和渗透性降低也可用作确定反洗/松弛周期的必要性的指标。例如，若在正常流量下过滤时间为12分钟，那么在流量为正常流量的两倍时，过滤时间可减少到6分钟或以下。
实施例
实施例1
该实施例表明交替改变气流对膜污染的影响。该实施例使用市政污水处理的膜生物反应器系统。膜生物反应器组件被安装在膜罐内。来自需氧池的混合液体以五倍于滤液流速的流速(5Q)被输送至膜罐，多余的混合液体循环回需氧池。膜罐中的MLSS浓度在10-12g/L范围内。以过滤和松弛模式进行膜过滤，并且在系统运行期间不使用液体反洗。采用以下的运行条件：
1.标准运行条件：过滤12分钟，松弛1分钟，同时以9m3/hr进行连续的气体(在本实施例中为空气)冲洗。
2.在过滤周期中以9和5m3/hr交替改变空气流速，即9m3/hr空气13分钟和5m3/hr空气13分钟。图2示出这样一种交替改变模式及膜渗透性随空气流速的变化情况。
图2显示，在较低冲洗气体流速下，膜污染得很快，并且膜的渗透性急剧下降。但是，当气体流速增加时，渗透性基本恢复。进行了一项扩展测试，并将其与图3中的恒定气流进行了比较。在正常运行流量30L/m2/hr下，以9和5m3/hr交替改变气流运行时，膜污染速率变化甚微。
该实施例表明，可以交替变化的流速提供膜冲洗气体，而不影响膜污染。在该实施例中，有效冲洗膜所需的净的气体供给减少了22％。
实施例2
该实施例示出如何改变运行方法来处理峰流量运行。膜过滤系统结构与实施例1中的相同。
在该实施例中，运行流量从30L/m2/hr升高至45L/m2/hr，升高了50％。在这样一高负载情况下，在过滤期间运行跨膜压(TMP)升高快得多。在空气流速较低时这种情形变得更为严重。图4示出在不同运行方法下的测试结果。以9m3/hr的流速供给冲洗空气时，跨膜压(TMP)在12分钟过滤周期中升高了约1kPa，但当空气流速降低至5m3/hr时升高了3kPa以上。较快的跨膜压(TMP)升高表明膜污染很快。膜污染往往更难通过松弛来恢复，导致TMP持续不断地升高。若过滤时间缩短至6分钟，松弛也降低至30秒，那么在空气流速率低时，TMP仅升高约1kPa，使得更容易通过松弛恢复。图4示出交替改变空气速率的方法也可通过缩短过滤周期在峰流量时有效应用。
可理解的是，在不背离所描述的本发明的主旨或范围的情况下，本发明的其它实施方案和实例也是可行的。