用來清洗濾膜的程序的制作方法

專利名稱：用來清洗濾膜的程序的制作方法
專利說明用來清洗濾膜的程序 本發明涉及清洗用于廢水處理的濾膜。
由于干旱地區缺水和在不久的將來較嚴厲的立法，為了重復使用或提高流出物質量，薄膜過濾在先進的廢水處理中的應用正在增加。大量的全尺寸成套設備已經在全球運行了好幾年。
在操作期間，濾膜淤塞問題正變得更嚴峻。這些問題不僅出現在廢水處理廠流出物的過濾中而且出現在像地表水處理這樣的其它薄膜過濾應用中。然而，實用的水力和化學清洗方法往往不夠有效，而且往往以實際經驗為基礎。
為了最大限度地恢復流量在將清洗策略應用于有機淤塞的濾膜方面已經研究過許多方法。為了調查不可逆的淤塞，已經借助經常使用的短期過濾測試和偶爾使用的中試規模觀察研究不同的化學藥品(例如，NaOH、NaOCl、HCl、檸檬酸和陰離子型表面活性劑)的效力。然而，關于以廢水處理廠流出污物的物理化學性質為基礎清除不可逆的淤塞的清洗策略的更機理性的研究是相對稀有的。
特定的清洗劑提供有關污物的性質和物化特性的信息。提供有關污物和濾膜材料之間的接壤類型的信息的污物和濾膜材料之間的相互作用由于使用清洗劑被擾亂或破壞。
在目前的技術狀態，濾膜要么是水力清理要么是化學清理。水力清理可以用水或水和空氣的組合來完成。化學清理可以用多種清洗化學品進行。
化學清理包括一些必須按特定的次序完成的步驟。首先，提供逆流沖洗(BF)或順流沖洗(FF)以除去可逆的淤塞。化學清洗溶液可以通過BF或FF引到濾膜表面。然后，往往將濾膜浸泡特定的時間。為了引進機械能，可以沿著濾膜表面泵送清洗溶液。最后一個步驟是用滲透物、自來水或超純水沖洗濾膜。
一般地說，就化學清洗而言，要提到四個方面接觸時間、化學反應、溫度和機械能。這些參數可以改變，取決于存在的淤塞和清洗劑。溫度對化學清洗的影響可能呈指數關系。大多數化學清洗是在30℃和50℃之間完成的，取決于濾膜組件的局限性。
本發明的目的是提供用來清洗供過濾廢水處理廠流出物使用的濾膜的程序，以便減少或消除濾膜的淤塞。本發明的另一個目的是這樣清洗濾膜，以便本質上達到它開始的清水流量。
依照本發明，上述的和其它的目的是借助用來清洗濾膜的程序實現的，該濾膜是供過濾廢水處理廠流出物使用的，其中所述程序包括至少一個使用酶清洗溶液的酶清洗步驟。
酶清洗步驟能有利地減少或清除在廢水處理廠流出物的超濾期間引起的并且有可能是由作為胞外聚合物質的主要成份之一的蛋白質的吸附作用引起的不可逆的淤塞。因此，以酶清洗溶液為基礎的新的酶清洗規程被本發明應用。
依照本發明的優選實施方案，所述清洗步驟是用溫度從10℃到50℃，尤其是從25℃到30℃的酶清洗溶液完成的。
依照本發明的程序可以包括在酶清洗步驟之前或之后或兩者用水沖洗濾膜。用來沖洗的水可以是，舉例來說，自來水或廢水處理廠中濾膜的滲透物。此外，酶清洗溶液可以在循環時間里越過濾膜循環。循環時間優選從10分鐘至1.5小時，尤其是1小時。
此外，濾膜可以在浸泡時間里用酶清洗溶液浸泡，浸泡時間優選從12小時到48小時，尤其是24小時。
依照本發明的一個實施方案，酶清洗步驟包括下述步驟 A)用清洗液體(優選用滲透物)順流沖洗濾膜， B)酶清洗溶液越過濾膜循環1小時， C)用酶清洗溶液的濾膜浸泡24小時， D)酶清洗溶液越過濾膜循環1小時，以及 E)用水沖洗濾膜3。
能用本發明的程序清理的濾膜可以是，舉例來說，超濾濾膜、微孔濾膜、納米濾膜或反滲透濾膜。
依照本發明的一個優選實施方案，酶清洗溶液包含來自內源型或外源型 依照本發明的一個優選實施方案，酶清洗溶液包含蛋白酶。
用于本發明的程序的酶清洗溶液優選包含濃度從0.0125％到0.1％的酶。優選，酶清洗溶液有從8.5到10的pH值. 此外，本發明的濾膜清洗程序可以包含使用酸性清洗溶液清洗濾膜的酸清洗步驟。所述酸清洗步驟可以在酶清洗步驟之前，在酶清洗步驟之后或在酶清洗步驟之前和之后應用。優選，適度的酸性預清洗步驟在應用酶清洗規程之前應用。
酸性清洗溶液可以包含至少一種酸和至少一種補充清洗劑。那至少一種補充清洗劑可以選自表面活性劑、螯合劑和多價螯合劑。
依照本申請的一個優選實施方案，酸性清洗溶液有小于3的pH值 此外，本發明的濾膜清洗程序可以包括使用堿性清洗溶液清洗濾膜的堿清洗步驟。
堿性清洗溶液可以包含至少一種堿和至少一種補充清洗劑。那至少一種補充清洗劑可以選自表面活性劑、螯合劑和多價螯合劑。
依照本申請的一個優選實施方案，堿性清洗溶液有大于9，優選從9.3到12.5的pH值。
在依照本發明的程序中，不同的清洗步驟可以連續地實施。不同的清洗步驟優選以相間在數天或數周范圍內的時間間隔完成。不同的清洗步驟也可以相繼地完成，其間不需要相當大的時間間隔。
本發明是用附圖舉例說明的，其中

圖1展示能使用依照本發明的程序清理濾膜的試驗廠的配置的示意圖。
依照圖1，廢水處理廠流出物1被引向篩網2，從那里它可以被直接地傳送到微孔過濾裝置3或者先傳送到多媒體過濾器4和然后傳送到微孔過濾裝置3。經微孔過濾裝置3微孔過濾的液體進入超濾裝置5。微孔過濾裝置3和超濾裝置5的濾膜6和7出現淤塞，它們的潔凈水流量減少。為了使這些濾膜的潔凈水流量恢復到100％，可以將本發明的程序應用于這些濾膜。
圖1所示的配置被用于試驗依照本發明的程序。
多媒體過濾器4包含一層無煙煤和一層沙子而且是以在1.73米的過濾床上方固定的水位操作的。凝結劑可能是在線地按劑量提供給補給水管道的而且是先在靜態混合器中與補給水混合，然后進入該過濾器。絮凝發生在過濾床之上和之中。
微孔過濾裝置3包含提供45平方米濾膜表面積的三個組件。濾膜的微孔尺寸是0.2微米。該裝置是以恒定不變的流量工作的，該流量在50和105升/平方米-小時之間變化，而且在15分鐘的生產間隔之后有一次回沖。化學清理是每周進行一次或兩次，取決于過濾阻力。
超濾裝置5包含毛細管直徑為0.8毫米、微孔尺寸為0.02微米的X-流濾膜。裝置能力是10立方米/小時并且配備了兩個8英寸組件，每個組件有1.5米的長度，提供70平方米的濾膜面積。該裝置是以恒定不變的流量工作的。凝結劑可能是按劑量在線地提供給補給水的。
實施例1 在廢水處理廠的中試調查期間，完成了一些清洗實驗。首先，為了調查酶蛋白酶的效力，指出作為淤塞機制的蛋白質吸附，將采用蛋白酶的酶清洗與其基本的堿性清洗相比較。所采用的清洗溶液和方案列在表1中。清洗的效果是通過測量清洗之前和之后的潔凈水流量(CWF)確定的。這些清洗實驗進行兩次。在第一廢水處理廠，這些實驗是在運行8個月之后進行的，而在第二廢水處理廠，這些實驗是在中試調查周期開始時進行的。
表1酶清洗和基本堿清洗的清洗方案 為了在不同的廢水處理廠繼續研究，在中試調查結束時清洗這些濾膜。所以，酶清洗采用蛋白酶的條件下連續地應用不同的清洗方法。所用的清洗方法列在表2中。
表2所用清洗方法的描述 1)FF＝順流沖洗；2)BF＝逆流沖洗 為了測量廢水處理廠流出物中的蛋白質，已將Rosenberger的方法做了修改。這種方法以Lowry的方法為基礎。所形成顏色的吸收是在750nm下用光譜儀Milton Roy spectromic 401在4cm玻璃試管中測量的。蛋白質的數量用毫克/升表示。
第一組酶和基本堿清洗實驗的結果按時間次序呈現在表3中。潔凈水流量(CWF)被標準化到20℃。新濾膜組件的CWF是由制造商給定的在20℃下介于400和500升/平方米/小時/條之間。
表3酶清洗方法和基本堿性清洗方法的結果 結果清楚地表明在依照本發明應用新的酶清洗方案之后，CWF回到新濾膜組件的初始CWF。在第一廢水處理廠，酶清洗的效果比基本堿性清洗方法顯著。事實上，基本堿性清洗的效果隨著時間推移逐漸減少。這表明蛋白質吸附是作為淤塞機制發生的。在第二廢水處理廠，酶清洗之后的CWF呈現與基本堿清洗之后類似的結果。雖然酶清洗的效果似乎大于基本堿清洗，但是兩種清洗方法的應用都導致CWF的100％恢復。
在圖2和圖3中，這些清洗實驗以及分別在第一廢水處理廠和第二廢水處理廠清洗之后濾膜淤塞的結果是作為在20℃標準化的潔凈水流量(CWF)隨時間變化呈現的。CWF在微孔濾出液的超濾開始之后快速下降，尤其是當CWF的初始值大于400升/平方米/小時/條的時候。在第一廢水處理廠，CWF在大約1天里從大約440升/平方米/小時/條下降到220升/平方米/小時/條，并且在大約3天里進一步下降到大約150升/平方米/小時/條。在第二廢水處理廠，CWF在大約1天里從大約430升/平方米/小時/條下降到305升/平方米/小時/條并且在大約3天中進一步下降到大約260升/平方米/小時/條。在第一廢水處理廠，在微孔濾出液超濾1天之后CWF下降是大約50％，而在第二廢水處理廠，是大約30％，這個數字在40％以下。在過濾大約3天之后CWF在第一廢水處理廠穩定在160升/平方米/小時/條，然而在第二廢水處理廠發現這個值在大約260升/平方米/小時/條。換句話說，超濾濾膜的有機大分子淤塞在第一廢水處理廠比在第二廢水處理廠嚴重。

圖2在第一廢水處理廠借助微孔濾出液的超濾清理和淤塞的濾膜的CWF測量結果
圖3在第二廢水處理廠借助微孔濾出液的超濾清理和淤塞的濾膜的CWF測量結果 這些結果表明在應用酶清洗方案之后潔凈水流量相對于濾膜組件本身的初始潔凈水流量100％的恢復。采用這個方案，在低溫(25-30℃)下有可能進行酶法清洗，并因此可適用于低溫流體阻力濾膜。
如果金屬絡合物在過濾(經過預先過濾的)廢水處理廠流出物期間形成，建議在酶清洗之前應用酸清洗。
權利要求
1.一種用來清洗濾膜的程序，所述濾膜被用于廢水處理廠流出物的過濾，其中所述程序包括至少一個使用酶清洗溶液的酶清洗步驟。
2.根據權利要求1的程序，其中所述清洗步驟是用溫度從10℃到50℃的酶清洗溶液完成的。
3.根據權利要求1或2的程序，包括在酶清洗步驟之前或之后用水沖洗所述濾膜。
4.根據權利要求1到3之中任何一項的程序，其中酶清洗溶液在循環時間里越過所述濾膜循環。
5.根據權利要求4的程序，其中所述循環時間從10分鐘到1.5小時。
6.根據權利要求1到5之中任何一項的程序，其中濾膜在浸泡時間里用所述酶清洗溶液浸泡。
7.根據權利要求6的程序，其中浸泡時間從12小時到48小時。
8.根據權利要求1到7之中任何一項的程序，其中酶清洗步驟包括下述步驟
F)用清洗液體順流沖洗所述濾膜，
G)讓所述酶清洗溶液越過所述濾膜循環1小時，
H)用所述酶清洗溶液將所述濾膜浸泡24小時，
I)讓所述酶清洗溶液越過所述濾膜循環1小時，以及
J)用水沖洗所述濾膜。
9.根據權利要求1到8之中任何一項的程序，其中濾膜是超濾膜、微孔濾膜、納米濾膜或反滲透膜。
10.根據權利要求1到9之中任何一項的程序，使用包含蛋白酶的酶清洗溶液。
11.根據權利要求1到10之中任何一項的程序，其中酶清洗溶液包含來自內源型或外源型或兩者混合型的蛋白水解酶。
12.根據權利要求1到11之中任何一項的程序，其中酶清洗溶液包含濃度從0.0125％到0.1％的酶。
13.根據權利要求1到12之中任何一項的程序，其中酶清洗溶液有從8.5到10的pH值。
14.根據權利要求1到13之中任何一項的程序，包括使用酸性清洗溶液清洗所述濾膜的酸清洗步驟。
15.根據權利要求14的程序，其中酸清洗步驟是在酶清洗步驟之前應用的。
16.根據權利要求14或15之中任何一項的程序，其中酸性清洗溶液包含至少一種酸和至少一種補充清洗劑。
17.根據權利要求16所要求的程序，其中至少一種補充清洗劑選自表面活性劑、螯合劑和多價螯合劑。
18.根據權利要求14到17之中任何一項的程序，其中酸性清洗溶液具有小于3的pH值。
19.根據權利要求1到18之中任何一項的程序，包括使用堿性清洗溶液清洗所述濾膜的堿清洗步驟。
20.根據權利要求19的程序，其中堿性清洗溶液包含至少一種堿和至少一種補充清洗劑。
21.根據權利要求20所要求的程序，其中至少一種補充清洗劑選自表面活性劑、螯合劑和多價螯合劑。
22.根據權利要求19到21之中任何一項的程序，其中堿性清洗溶液有從9.3到12.5的pH值。
23.根據權利要求1到22之中任何一項的程序，其中不同的清洗步驟是連續地完成的。
24.根據權利要求1到22之中任何一項的程序，其中不同的清洗步驟是以相間在數天或數周范圍內的時間間隔完成的。
全文摘要
本發明涉及用來清洗濾膜的程序，所述濾膜用于廢水處理廠流出物的過濾，其中所述程序包括至少一個使用酶清洗溶液的酶清洗步驟。
文檔編號B01D65/02GK101098747SQ200580046027
公開日2008年1月2日 申請日期2005年11月10日 優先權日2004年11月16日
發明者桑蒂·特波樂, 杰艾普·范德格夫, 威爾伯特·曼克維羅德, 杰羅恩·布姆, 馬塞爾·杜撒莫斯, 阿簡·若艾曼, 保羅·艾比瑞斯特 申請人:約翰遜迪瓦西公司