[发明专利]一种正向渗透和水冲击的膜清洗方法

说明书

半透膜清洗的装置和方法，特别是应用一系列脉冲水冲程，与渗透反向流同时产生叠加的膜定向震动和污垢分离。水冲程发生器提供的脉冲水冲程几个动量急剧变化的表压，并引起残留盐水流量的速度脉冲。脉冲水冲程理想地诱导膜中的共振。渗透反向冲洗可以通过注射提供预定的注射时间，额外溶液以这样的方式选择，使得净驱动压力变得与正常渗透操作相反，从而提供朝向与正常操作模式相反的一侧的渗透物的反向流动，从而消散污垢，或者在施加精确的同步和相对的盐水和渗透压力冲程期间，通过节流从渗透物外壳排出的渗透物直到净驱动压力值变为零，从而提供多个快速RO‑FO‑RO过程变化。这些方法允许膜保持连续清洁并且在更高的回收率下操作。

技术领域

本发明涉及在正向渗透和反渗透过程中使用的半透膜清洗的方法和系统，例如海水淡化、咸水、废水、食品加工、制药工业、高纯度应用、渗透发电、废水处理等。

背景技术

半透膜在正常操作过程和条件下通过积垢介质自发地污染。污垢膜具有降低的溶解盐的分离性，降低的通量速率，增加的压力损失，因此必须被清洁。

污垢介质包括矿物和有机颗粒、微结晶、细菌和藻类。所有这些组分都包含在由细菌制成的生物膜基质中。膜表面上没有自由的颗粒。所有的污垢元素都通过生物膜相互连接。因此，污垢的特征在于作为地毯铺设在膜表面上的互连元件层。在生物膜基质中存在最集中的进料溶液部分，称为并引起浓度极化。本发明中，术语“污垢”包括如上所述的或本领域技术人员已知的所有不同形式的污垢。

所述污垢可以位于进料膜侧或渗透膜侧。然而，大部分的污垢位于进料膜侧。这是由于膜的结构，污垢生物膜的厚度在膜的整个表面上不相等。

渗透间隔区是固体纤维的网格，定义半矩形空隙空间。渗透物间隔区位于限定渗透通道的两个相对的膜层的渗透侧之间。在每个这样的半矩形空隙空间的顶部，存在可以向渗透侧延伸并且朝向渗透侧移位的自由膜层部分，称为向渗透侧下垂的现象。发生这种位移是因为进料侧的表压高于渗透侧的表压。结果，在这些情况下，膜表面形成波状轮廓，其中由下垂引起的谷部位于渗透物间隔区的空隙空间之上，并且山丘位于其纤维的顶部。同样的，进料间隔区通常位于限定进料通道的两个相对膜层的两个相对进料侧之间。进料间隔区也是定义空隙空间的固体纤维网。通常，进料间隔区的空隙空间大于渗透物间隔区的空隙空间。在下面的描述中，“朝向进料侧的位移”或“前进下垂”是指朝向渗透侧的位移减小。在下面的描述中，膜可以在朝向渗透侧的更多位移位置（下垂）和朝向渗透侧的较少位移位置（下垂）之间振荡。在螺旋膜中，这种波状表面影响沿着膜并跨过膜的进料流动状态，其增强了在谷区域中比在山丘区域中更多的污垢介质的积聚。在这些山谷区域中，纵向流速较低，并且更多的污垢介质趋向于积聚。

膜清洗的标准方法有：停止RO脱盐过程；从高压泵断开膜组件；将膜组件连接到原位清洗（CIP）单元；通过低表压沿进料膜侧泵送刺激性化学品。这种CIP方法是昂贵的，效果不大，并且产生环境问题。

美国专利No.4952317，描述了通过膜元件的非定向切向振动分离胶体悬浮液。 这种振动导致在膜和胶体悬浮液之间产生强烈的剪切力。这样的振动处理和整体地对膜进行振动，并且不区分膜和间隔区或者进料通道和渗透通道。

这种技术必须在膜的正常操作期间连续施加。然而，持续的振动应用消耗了大量的功率，并加速了膜的磨损和撕裂。然而，如上所述，大多数情况下的污垢性质不是胶体悬浮性质，而是生物膜基质表现为通过粘附力倾向于附着于膜的地毯/层性质。具有粘附到膜表面的具有这种污垢的地毯层的膜元件的切向振动不能将其去除。因此，本发明的一个方面是提供一种清洁溶液，以除去以地毯结构为特征的污垢层。