[发明专利]膜分离装置

说明书

技术领域

本发明涉及膜分离装置，特别地涉及一种用在水处理中的膜分离装置。

背景技术

迄今为止，膜分离技术已经用在海水淡化、水净化、气体分离、血液净化等领域中。近来，考虑到环境保护，将膜分离技术应用于废水处理的研究正在不断进展。

迄今为止，作为用于进行具有较高浑浊度的处理前水（即，要处理的水）的固-液分离的方法，砂过滤方法、重力沉淀方法等已经特别用在水净化处理、污水/排水处理和工业废水处理的领域中。不过，这些方法中采用的固-液分离容易具有这样的缺点，即，已处理水的纯度不能具有令人满意的水平，并且由于固-液分离的特性，设备需要非常大的占地。

为了消除上述缺点，已经提出多种方法，在这些方法中，通过将膜模块放置在要处理的水中来进行固-液分离，每个所述膜模块被构造成在其中安装分离膜，例如微滤膜、超滤膜等。已经披露如果过滤前水通过使用这样的分离膜受到过滤处理，则能够获得高度净化的水（参见非专利文献1）。

在通过使用这样的分离膜来进行处理前水的固-液分离的情况中，随着过滤处理的继续进行，分离膜的外表面由悬浮液中的颗粒引起堵塞，并且逐渐变差，因而引起过滤流量减小和/或跨膜压差增大。为了修复这种不希望的情形，已经采用了这样的方法，其中，空气扩散装置布置在膜模块下方，以进行来自空气扩散装置的气泡的扩散，从而使得由气泡的向上运动而产生的气-水混合物流接触膜模块的膜表面（即，擦洗），因此将堵塞颗粒从分离膜的表面剥离。

这种通过空气进行的膜表面清洁方法的一个要点是如何将清洁用气泡均匀供给至膜的整个表面（在水平截面中）上。也就是，因为膜表面的清洁通过使由气泡的扩散产生的气-水混合物流与膜表面接触来进行，因此，重要的是发明一种设备，借助于该设备，从空气扩散管进给的气泡被均匀分散。对此，例如专利文献1至4显示了一些膜分离装置，这些膜分离装置在气泡的分散方面得到改进。

专利文献1的膜分离装置的空气扩散管的形状是筒形，并且在其下筒形壁部分处形成有多个缝隙状扩散开口，这些扩散开口排列成与空气扩散管的轴线垂直。

在专利文献2至4所公开的膜分离装置中，为了将用于擦洗颗粒的气泡均匀且充分地供给至分离膜的整个表面，给每个分离膜提供空气扩散装置（或空气扩散管）。此外，为了增加擦洗用空气相对于处理前水的溶解效率，格栅状或网状空气分散部件布置在空气扩散装置上方，以便产生直径小于由空气扩散装置产生的气泡的直径的气泡。

在专利文献1的膜分离装置中，通过将从空气扩散管的每个扩散开口进给的空气量保持在恒定水平而实现一定效果。由于设置膜分离装置的方式、由空气扩散能量引起的空气扩散管的老化退化以及水流中的水压力（该水压力不是静力学水压力，而是动态水压力），在空气扩散开口之间不可避免地产生细微的高度差，因此，尽管对空气扩散管的构造进行了改进，预期效果也有限。

由于空气扩散装置的空气扩散开口每个被成形为类似缝隙，因此抑制来自空气扩散装置的空气供给不足，当空气扩散开口关闭时将出现这种空气供给不足。不过，由于空气扩散在水平方向上不是均等或均匀地进行，因此容易出现分离膜的表面具有非均匀清洁部分的情况。

如果由于每个膜模块的膜表面的非均匀清洁而在膜表面上产生高度弄脏的部分和低度弄脏的部分，则实际过滤仅通过“膜表面的容易清洁部分”来进行，因此实际可用的有效过滤面积减小。此外，由于膜表面的该容易清洁部分总是进行过滤，因此膜充满（filing）（该膜充满是指由悬浮液中的颗粒导致的堵塞）容易在膜表面的容易清洁部分处加速，因此需要在估计可用时间（这时不推荐通过膜继续进行过滤）之前通过用化学溶液进行清洁或通过进行物理清洁来重新激活膜的过滤性能。因此，用于重新激活膜的过滤性能的工作的间隔被缩短，因而由于所述间隔之间所产生的已过滤水的量减少以及由于前述重新激活工作引起的膜分离操作的停止，膜分离的总体效率降低。

由专利文献2至4所公开的膜分离装置提供的分散设备是水平布置的部件，它由金属丝网、穿孔板、管、金属线或格栅制造。分散设备的开口率设置为20%至70%，且标度间距设置为2mm至10mm。考虑到气泡的形状，分散设备采用有孔部件，该有孔部件被插入至给定位置以用于破碎性地分裂大尺寸气泡，并且该有孔部件的目的是通过气泡的扩散效应来改善溶解效率，并通过气泡的扩散效应来将气泡均一地或均匀地供给至膜部分。提供分散设备的目的是消除可能由大尺寸气泡造成的溶解效率的明显降低以及消除可能由于将气泡不平衡地引入到膜之间的空间中造成的膜的局部弄脏部分。