專利名稱：用于過濾的系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種用于過濾的系統和方法，更具體而言，涉及一種用于過濾的系統和方法，其能夠以96%或高于96%的高回收率完成過濾操作，并且能夠實現一種緊密和簡化的系統結構。
背景技術：
使用膜的分離方法比基于加熱或相變的方法具有許多優點。這些優點之一是水處理的高可靠性，這是因為所需的水純度可以通過調整膜孔的尺寸而容易且穩定地符合要求。而且，由于使用膜的分離方法不需要加熱處理，所以膜可以與微生物一起使用，該微生物對分離過程有用但可能受熱產生不利影響。采用膜的分離方法可以包括使用包括一束中空纖維膜的中空纖維膜組件的方法；和使用平板膜組件的方法。通常而言，膜組件已廣泛用于生產無菌水、飲用水、超純水等的微孔過濾領域。但是，最近，中空纖維膜組件的應用正擴展到包括污水和廢水處理、化糞池中的固液分離、從工業廢水中除去懸浮固體(SQ、河流滲濾、工業用水的過濾和游泳池用水的過濾。一種膜組件是浸沒式膜組件，其被浸沒在填充有待處理液體的水池中。對該膜的內部施加負壓，從而只有液體透過各個膜的壁，而固體成分例如雜質和污泥被截留并在水池中累積。一般而言，通過安裝在框架中的盒單元而使用多個浸沒式膜組件。更具體而言，如圖1所示，待處理進料水儲存于水箱20中，而后其被供入到水池10 中，在該水池10中浸沒有多個膜盒11。當通過空吸泵30將恒定負壓施加到多個膜盒11 時，只有液體透過膜盒11中的各個膜的壁，而固體成分例如雜質和污泥被截留。透過膜11 的液體(下文稱為“濾過水”)被供入到濾過水箱(未示出)中。多個膜盒11被設置在水池100中同時保持足夠的間隔，從而供入到水池100中的進料水均勻地通過各個膜盒11。因此，當水處理過程達到平衡條件時，各個膜盒11處理了具有類似雜質濃度的進料水。各個膜盒11具有約90%的回收率，其中回收率表示相對于供入到膜盒11的進料水的總量，由膜盒11產生的濾過水的量。因而，圖1所示的過濾系統只有約90%的回收率。 也就是說，盡管在通過多個膜盒11處理后從水池10排出的殘余物呈含大量固體成分的淤漿狀，但相當大量的未處理水仍余留在淤漿狀殘余物中。結果，需要另外的濃縮裝置400以回收沒有被多個膜盒11收集的水。該濃縮裝置 400通常使用一種織物過濾器或一種粗過濾方法(例如噴砂法)。由于該原因，由濃縮裝置 400回收的水不能被認為與由膜盒11所回收的水相同。因此，另外由濃縮裝置40回收的水被供給水箱20，其不能加入到過濾系統總回收率的計算中。為了實現96%或高于96%的總回收率，圖1所示的過濾系統需要與這追加的回收率相對應的更大的過濾能力，并需要另外的濃縮裝置40，其不利之處在于過濾系統變得復雜且不經濟。
提高總回收率的另一方法是提供2-級過濾系統，其包括兩個水池而不用前述濃縮裝置40。也就是說，除了主水池10外，還有輔助水池，該輔助水池用于通過使用浸沒在輔助水池中的膜盒從由主水池10排出的殘余物中另外回收水。上述2-級過濾系統有利之處在于使用主水池的第一過濾工序能夠回收經處理的水總計約為總進料水的90%，而接著的使用輔助水池的第二過濾工序能夠另外回收經處理的水總計約為總進料水的6%。但是，因為該2-級過濾系統需要用于第二過濾工序的附加結構，所以它也是有問題的。
發明內容
技術問題因此，鑒于以上問題進行了本發明，本發明的一個目的是提供一種能夠防止相關領域中的一個或多個問題的用于過濾的系統和方法。本發明的另一目的是提供一種用于過濾的系統和方法，其能夠以96%或高于 96%的高回收率完成過濾操作，并且能夠實現一種緊密和簡化的系統結構。本發明的另外優點、目的和特征將在隨后的描述中被部分闡述，并且對于本領域技術人員在閱讀以下內容后將部分變得清楚或者可以從本發明的實施中獲得。本發明的目的和其它優點可以由所撰寫的說明書和權利要求書以及附圖中特別指出的結構來實現和得到。技術方案為了實現這些目的和其它優點并且根據本發明的目的，如本文所具體體現和概括描述的，提供了一種過濾系統，該過濾系統包括水池，該水池包括入口和排出口，其中待處理進料水通過入口被供入到水池內，濃縮水通過排出口被排出；和多個膜盒，該多個膜盒包括第一膜盒和第二膜盒，浸沒在上述水池所容納的進料水中，其中第一膜盒設置于與入口最接近處，第二膜盒設置于與排出口最接近處，其中第一膜盒處理具有第一雜質濃度的進料水，第二膜盒處理具有第二雜質濃度的進料水，且第一雜質濃度小于第二雜質濃度。在本發明的另一方面中，一種過濾系統包括第一水池，第一膜盒和用于濃縮的第一膜盒浸沒在該第一水池中；第二水池，第二膜盒和用于濃縮的第二膜盒浸沒在該第二水池中；第一泵，該第一泵用于向第一膜盒提供第一負壓；第二泵，該第二泵用于向第二膜盒提供第二負壓；和共用泵，該共用泵用于向用于濃縮的第一膜盒和用于濃縮的第二膜盒提供第三負壓。在本發明的另一方面中，一種過濾方法包括通過使用第一膜盒以第一通量 (flux)處理供入到水池內的進料水；和通過使用第二膜盒以第二通量再處理經第一膜盒處理的進料水，其中第一通量高于第二通量。在本發明的另一方面中，一種使用過濾系統的過濾方法，其中所述過濾系統包括 第一水池，第一膜盒和用于濃縮的第一膜盒浸沒在該第一水池中；第二水池，第二膜盒和用于濃縮的第二膜盒浸沒在該第二水池中；第一泵，該第一泵用于向第一膜盒提供第一負壓； 第二泵，該第二泵用于向第二膜盒提供第二負壓；和共用泵，該共用泵用于向用于濃縮的第一膜盒和用于濃縮的第二膜盒提供第三負壓，所述過濾方法包括停止第一泵的運行；中斷從共用泵向用于濃縮的第一膜盒供給的第三負壓；和清洗第一膜盒和用于濃縮的第一膜
品.ο
有益效果根據本發明的用于過濾的系統和方法，盡管進行了使用水池的過濾操作，但是能夠實現96%或高于96%的高回收率。而且，由于96%或高于96%的高回收率可以在過濾操作中實現，所以不需要另外的濃縮裝置或用于多級過濾的附加結構例如附加水池，從而根據本發明的用于過濾的系統能夠實現一種緊密和簡化的系統結構。此外，根據本發明的用于過濾的系統和方法可以改善膜的清洗效率，同時使過濾操作的中斷最小化。
圖1圖解說明一種通常的過濾系統。圖2至6圖解說明根據本發明的第一至第五個實施方案的過濾系統。
具體實施例方式現在將詳細參考本發明的優選實施方案，在附圖中對其實施例進行了圖解說明。 在可能的情況下，在全部附圖中將使用相同的附圖標記來表示相同或相似部件。在本說明書中所使用的術語“過濾膜”表示能夠被用于浸沒式過濾裝置的所有類型的膜，例如平板膜、中空纖維膜等。在本說明書中所使用的術語“雜質”表示水中含有的所有類型的固體成分。在本說明書中所使用的術語“雜質濃度”表示當水處理過程達到平衡條件時測得的雜質濃度。本文，在開始水處理過程后至少M小時測定雜質濃度。下文，參照附圖將解釋根據本發明的用于過濾的系統和方法。圖2圖解說明了根據本發明的第一個實施方案的過濾系統。如圖2所示，根據本發明的第一個實施方案的過濾系統設有包括入口 101和排出口 102的水池100。當那時，待處理進料水通過入口 101被供入到水池100內；在過濾后保留下的濃縮水(下文，“濃縮水”)通過排出口 102被排出。而且，多個膜盒111至117被浸沒在水池100所容納的進料水中。根據本發明，該多個膜盒111至117從入口 101側至排出口 102側呈線性排列；且多個膜盒111至117緊密裝填在水池100中。因此，供入到水池100內的進料水順序通過線性排列的膜盒111至 117，而不是均勻地通過各個膜盒111至117。更詳細而言，經由入口 101供入的進料水第一被最接近入口 101設置的膜盒111 處理；經第一處理的進料水第二被隨后的膜盒112處理。然后，經第二處理的進料水利用順序通過隨后的膜盒113至116而被連續處理之后，該進料水最后被最接近排出口 102設置的膜盒117過濾。根據本發明的過濾系統，當水處理過程達到平衡條件時，基于進料水在水池100 中的位置產生了雜質濃度的梯度。結果，經最接近入口 101設置的膜盒111處理的進料水的雜質濃度小于經最接近排出口 102設置的膜盒117處理的進料水的雜質濃度。根據本發明的一個實施方案，多個膜盒111至117緊密裝填在水池100中，以滿足經最接近排出口 102設置的膜盒117處理的進料水的雜質濃度是經最接近入口 101設置的膜盒111處理的進料水的雜質濃度的至少3倍。沿所有方向在20cm的距離內對應于相同高度的預定點處取水，來測定經膜盒111 至117處理的進料水的雜質濃度。在這種情況下，在預定點取水表示取位于相同高度的水用于測定要被各個膜盒111至117處理的進料水的雜質濃度。根據本發明的過濾系統，供入到水池100內的進料水利用順序通過多個膜盒111 至117而被重復處理，從而從水池100最終排出物被充分濃縮。也就是說，根據本發明的過濾系統具有96%或高于96%的總回收率。根據本發明的過濾系統，經各個膜盒111至117處理的進料水的雜質濃度彼此不同。就此而言，如果將相同的負壓施加給各個膜盒111至117，則各個膜盒111至117的結垢程度也將彼此不同。也就是說，用于處理具有最高雜質濃度的進料水(最濃縮的水)的膜盒117將具有最嚴重的膜結垢，從而由于嚴重的結垢相應的膜可能被損壞。根據本發明的一個實施方案，通過從第一泵120向膜盒111至116提供第一負壓， 使待處理水以第一通量(LMH)通過水池100前部設置的膜盒111至116 ；通過從第二泵130 向膜盒117提供第二負壓，使待處理水以第二通量(LMH)通過最接近排出口 102設置的膜盒117。第一負壓和第一通量分別高于第二負壓和第二通量。將最低負壓施加給用于處理具有最高雜質濃度的進料水(即，最濃縮的進料水)，從而可以使膜結垢最小化和使膜損壞最小化。就回收率而言，根據圖2所示的本發明的一個實施方案，設置于水池100前部的膜盒110至116回收占進料水總量的約90至95%的濾過水；最接近排出口 102設置的膜盒 117另外回收占進料水總量的約4至9%的濾過水。圖3圖解說明根據本發明的第二個實施方案的過濾系統。如圖3所示，膜盒116與第二泵130連接，而不與第一泵120連接，其中膜盒116 與最接近排出口 102設置的膜盒117相鄰。也就是說，膜盒116使用來自第二泵130的負壓進行水處理操作。根據本發明的第二個實施方案，因為將比較低的負壓施加到用于處理具有比較大雜質濃度的進料水的膜盒116，所以在膜盒116處引起較低的通量，從而可以使膜結垢最小化和使膜損壞最小化。此外，還有閥131和132，其被分別調節以打開或關閉相應膜盒116和117與第二泵130之間的路徑。即使對與第二泵130連接的膜盒116和117中的任一個進行需要停止水處理操作的恢復清洗，第二泵130也能連續地向另一個膜盒提供負壓，從而具有高雜質濃度的進料水的水處理操作可以進行而無需暫停。為了便于說明，將最接近排出口 102設置的膜盒117稱為第一膜盒；將與膜盒117 相鄰的膜盒116稱為第二過濾膜盒。第一膜盒117的恢復清洗按照如下所述進行。首先，在第二膜盒116與第二泵130之間的路徑打開的條件下，調節閥132以關閉第一膜盒117與第二泵130之間的路徑。之后，從水池100中取出第一膜盒117，然后對第一膜盒117進行恢復清洗。對第一膜盒117完成恢復清洗后，將經清洗的第一膜盒117浸沒在水池100中。 然后，調節閥132以打開第一膜盒117與第二泵130之間的路徑。設置于水池100前部的膜盒111至115與第一泵120連接。存在閥121至125以打開或關閉第一泵100與設置于水池100前部的各個膜盒111至115之間的各自路徑。因此，即使對設置于水池100前部的膜盒111至115中的任一個進行恢復清洗，也可以從第一泵120對其它膜盒穩定地提供負壓。根據本發明第二個實施方案的過濾系統的優點在于，即使對水池100中的膜盒 111至117中的任一個進行恢復清洗，通過使用第一泵120和第二泵130對水也能夠連續地處理。圖4圖解說明根據本發明第三個實施方案的過濾系統。如圖4所示，根據本發明第三個實施方案的過濾系統包括線性排列在水池100中的多個膜盒111至117。在這種情況中，來自第一泵120的第一負壓被供給在水池100前部的入口 101附近設置的膜盒111至113 ；來自第二泵130的第二負壓被供給在水池100后部的排出口 102附近設置的膜盒116和117 ；和來自第三泵140的第三負壓被供給設置于水池100中部的膜盒114和115。第三負壓低于第一負壓，而高于第二負壓。由各個膜盒111 至117得到的經處理水的通量順序與負壓的順序一致。根據本發明的第三個實施方案，基于待處理進料水的雜質濃度，將水處理的負荷不同地施加到各個膜盒111至117上，從而使得在水池100中產生適合的雜質濃度的梯度。或者，如果不考慮系統復雜性和成本，所述過濾系統可以以不同的負壓被施加到所有膜盒111至117上的方式來進行設計。如圖4所示，各個膜盒111至117通過閥與第一至第三泵120、130、140中任一個連接。所以，可以通過使用第一至第三泵120、130、140得到經處理水，同時對膜盒111至117 中任一個進行恢復清洗。圖5圖解說明根據本發明第四個實施方案的過濾系統。如圖5所示，多個膜盒111至117被浸沒在水池100所容納的進料水中，該水池 100包括入口 101和排出口 102。該多個膜盒111至117從入口 101側至排出口 102側呈線性排列。由于多個膜盒111至117緊密填充在水池100中，所以供入到水池100內的進料水順序通過線性排列的膜盒111至117，而不是均勻通過各個膜盒111至117。也就是說，當水處理過程達到平衡條件時，根據進料水在水池100中的位置產生了雜質濃度的梯度。所以，比較低的負壓被施加到最接近排出口 102設置的膜盒117，該膜盒117用于處理具有最高雜質濃度的進料水(最濃縮的進料水)，從而可以使膜結垢最小化和使膜損壞最小化。根據本發明的第四個實施方案，第一泵120向膜盒111至117提供第一負壓；第二泵130向膜盒111至117提供第二負壓。第一負壓和第二負壓彼此不同，例如第一負壓高于第二負壓。存在第一閥121至127和第二閥131至137，其中調節第一閥121至127以打開或關閉第一泵120與各個膜盒111至117之間的各自路徑，調節第二閥131至137以打開或關閉第二泵130與各個膜盒111至117之間的各自路徑。也就是說，各個膜盒111至117 有選擇性地與第一泵120和第二泵130中的任一個單獨連接。根據本發明的第四個實施方案，即使水池100中的入口 101和排出口 102在需要時被轉換，也就是說，即使進料水經由排出口 102供入和經處理水經由入口 101排出，也可以通過簡單地調節閥而立即處理根據進料水在水池100中的位置雜質濃度梯度的產生，這能夠使膜結垢最小化和使膜損壞最小化。
圖6圖解說明根據本發明第五個實施方案的過濾系統。根據本發明第五個實施方案的過濾系統可以包括多個附加盤(complementary tray)，其中每個盤包括其自己的水池。下文，將參照圖6詳細解釋根據本發明第五個實施方案的過濾系統。如圖6所示，根據本發明第五個實施方案的過濾系統包括并排排列的第一至第四水池100、200、300、400。按照與本發明第一個實施方案相同的方式，膜盒110、117、210、 217、310、317、410、417 被浸沒在相應的水池 100、200、300、400 中。用于提供第一負壓的第一至第四泵120、220、320、420分別與臨近水池100、200、 300,400前部相應的入口 101、201、301、401設置的膜盒110、210、310、410連接。通過使用第一至第四閥510、520、530、M0，臨近相應排出口 102、202、302、402設置的用于濃縮的第一至第四膜盒117、217、317、417與用于提供第二負壓的共用泵500連接。第一負壓高于第二負壓。這是因為經各個膜盒110、210、310、410處理的進料水的雜質濃度小于經用于濃縮的相應膜盒117、217、317、417處理的進料水的雜質濃度。所以， 具有比較高負壓的膜盒110、210、310、410中的通量高于具有比較低負壓的用于濃縮的膜盒 117、217、317、417 中的通量。任選地，來自第一至第四泵120、220、320、420的負壓可以彼此不同。根據本發明的第五個實施方案，臨近各個排出口 102、202、302、402設置的用于濃縮的膜盒117、217、317、417與共用泵500連接，從而使得系統簡化和成本降低。而且，因為用于濃縮的膜盒117、217、317、417通過使用閥510、520、530、540與共用泵500連接，所以根據本發明第五個實施方案的過濾系統能逐個盤進行清洗，該清洗可以按照如下所述進行。首先，在停止用于向位于第一水池100前部的膜盒110施加第一負壓的第一泵120 的運行后，調節第一閥510以中斷從共用泵500向用于濃縮的第一膜盒117提供第二負壓。 然后，清洗在第一水池100中所包括的膜盒110和用于濃縮的膜盒117。在對第一水池100中的膜盒110和117完成清洗后，將待處理進料水供入到第一水池100內，且第一泵120又重新運行。此時，調節第一閥510以解除第二負壓的中斷，從而第二負壓重新供給用于濃縮的第一膜盒117。在停止用于向位于第二水池200前部的膜盒210施加第一負壓的第一泵120的運行后，調節第二閥520以中斷從共用泵500向用于濃縮的第二膜盒217提供第二負壓。然后，清洗在第二水池200中所包括的膜盒210和用于濃縮的膜盒217。 可以通過上述過程順序清洗第三和第四盤。 對于本領域技術人員，顯然在不偏離本發明精神或范圍的情況下可以在本發明中進行各種修改和變化。所以，假如上述修改和變化落入所附權利要求及其等同物的范圍內， 則本發明旨在覆蓋這些修改和變化。
權利要求
1.一種過濾系統，其包括水池，該水池包括入口和排出口，其中待處理進料水通過入口被供入到水池內，濃縮水通過排出口被排出；和多個膜盒，該多個膜盒包括第一膜盒和第二膜盒，浸沒在上述水池所容納的進料水中， 其中第一膜盒設置于與入口最接近處，第二膜盒設置于與排出口最接近處，其中第一膜盒處理具有第一雜質濃度的進料水；第二膜盒處理具有第二雜質濃度的進料水；且第一雜質濃度小于第二雜質濃度。
2.根據權利要求1所述的過濾系統，其中，所述多個膜盒緊密填充在水池中，以滿足第二雜質濃度是第一雜質濃度的至少3倍。
3.根據權利要求1所述的過濾系統，其進一步包括 第一泵，用于提供第一負壓；第二泵，用于提供第二負壓；第一閥，相應地調節第一閥以打開或關閉第一泵與第一膜盒/第二膜盒之間的各自路徑；和第二閥，相應地調節第二閥以打開或關閉第二泵與第一膜盒/第二膜盒之間的各自路徑。
4.根據權利要求1所述的過濾系統，其進一步包括第一泵，用于向第一膜盒提供第一負壓；和第二泵，用于向第二膜盒提供第二負壓， 其中第一負壓高于第二負壓。
5.根據權利要求4所述的過濾系統，其中，所述多個膜盒從入口側至排出口側呈線性排列。
6.根據權利要求5所述的過濾系統，其進一步包括 第三膜盒，設置于第一膜盒和第二膜盒之間；和第三泵，用于向第三膜盒提供第三負壓，其中第三負壓低于第一負壓，而高于第二負壓。
7.根據權利要求5所述的過濾系統，其進一步包括第三膜盒，該第三膜盒與第二膜盒相鄰，用于采用來自第二泵的第二負壓進行水處理過程。
8.根據權利要求7所述的過濾系統，其進一步包括第一閥，調節該第一閥以打開或關閉第二膜盒與第二泵之間的路徑；和第二閥，調節該第二閥以打開或關閉第三膜盒與第二泵之間的路徑。
9.一種采用權利要求8所述的過濾系統的過濾方法，其包括在第三膜盒與第二泵之間的路徑打開的條件下，調節第一閥以關閉第二膜盒與第二泵之間的路徑；從所述水池中取出第二膜盒，清洗第二膜盒； 將經清洗的第二膜盒浸沒在所述水池中；和調節第一閥以打開第二膜盒與第二泵之間的路徑。
10.一種過濾系統，其包括第一水池，第一膜盒和用于濃縮的第一膜盒浸沒在該第一水池中； 第二水池，第二膜盒和用于濃縮的第二膜盒浸沒在該第二水池中； 第一泵，用于向第一膜盒提供第一負壓； 第二泵，用于向第二膜盒提供第二負壓；和共用泵，用于向用于濃縮的第一膜盒和用于濃縮的第二膜盒提供第三負壓。
11.根據權利要求10所述的過濾系統，其中，經各個第一膜盒和第二膜盒處理的進料水的雜質濃度小于經相應用于濃縮的第一膜盒和用于濃縮的第二膜盒處理的進料水的雜質濃度。
12.根據權利要求10所述的過濾系統，其中，所述第一負壓和第二負壓高于第三負壓。
13.根據權利要求12所述的過濾系統，其中，所述第一負壓與第二負壓相同。
14.根據權利要求10所述的過濾系統，其中，所述共用泵通過采用第一閥和第二閥分別與用于濃縮的第一膜盒和用于濃縮的第二膜盒連接。
15.一種過濾方法，其包括通過使用第一膜盒以第一通量處理供入到水池內的進料水；和通過使用第二膜盒以第二通量再處理經第一膜盒處理的進料水， 其中第一通量高于第二通量。
16.根據權利要求15所述的過濾方法， 其中通過使用第一膜盒處理進料水的步驟包括向第一膜盒提供第一負壓， 其中通過使用第二膜盒再處理進料水的步驟包括向第二膜盒提供第二負壓，和其中第一負壓高于第二負壓。
17.根據權利要求15所述的過濾方法，其進一步包括 將經第二膜盒再處理的進料水排出所述水池。
18.一種采用過濾系統的過濾方法，該過濾系統包括第一水池，第一膜盒和用于濃縮的第一膜盒浸沒在該第一水池中；第二水池，第二膜盒和用于濃縮的第二膜盒浸沒在該第二水池中；第一泵，用于向第一膜盒提供第一負壓；第二泵，用于向第二膜盒提供第二負壓；和共用泵，用于向用于濃縮的第一膜盒和用于濃縮的第二膜盒提供第三負壓，所述方法包括停止第一泵的運行；中斷從共用泵向用于濃縮的第一膜盒供給的第三負壓；和清洗第一膜盒和用于濃縮的第一膜盒。
19.根據權利要求18所述的過濾方法，其進一步包括在完成第一膜盒和用于濃縮的第一膜盒的清洗后向第一水池供入待處理進料水； 重新運行第一泵；解除第三負壓的中斷以將第三負壓重新供給用于濃縮的第一膜盒； 停止第二泵的運行；中斷從共用泵向用于濃縮的第二膜盒供給的第三負壓；和清洗第二膜盒和用于濃縮的第二膜盒。
全文摘要
本發明公開了一種用于過濾的系統和方法，其能夠以96％或高于96％的高回收率完成過濾操作，并且能夠實現一種緊密和簡化的系統結構，所述系統包括水池，該水池包括入口和排出口，其中待處理進料水通過入口被供入到水池內，濃縮水通過排出口被排出；和多個膜盒，該多個膜盒包括第一膜盒和第二膜盒，浸沒在上述水池所容納的進料水中，其中第一膜盒設置于與入口最接近處，第二膜盒設置于與排出口最接近處，其中第一膜盒處理具有第一雜質濃度的進料水，第二膜盒處理具有第二雜質濃度的進料水，且第一雜質濃度小于第二雜質濃度。
文檔編號B01D63/08GK102264458SQ200980151772
公開日2011年11月30日 申請日期2009年12月22日 優先權日2008年12月22日
發明者李光珍 申請人:可隆工業株式會社