过滤系统 |
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| 申请号 | CN201280019918.X | 申请日 | 2012-04-26 | 公开(公告)号 | CN103619448A | 公开(公告)日 | 2014-03-05 |
| 申请人 | 可隆百尼特有限公司; 可隆工业株式会社; | 发明人 | 鲁正敏; 金大中; 朴东乙; 李娥凛; 慎镛哲; 李光珍; | ||||
| 摘要 | 公开了一种节能且环境友好的过滤系统，其能够最小化过滤所需的 能量 的量，由此显著地降低 水 处理 的成本。本 发明 的过滤系统包括：给水罐，用于存储要处理的给水；中空 纤维 薄膜 模 块 ，用于过滤从所述给水罐供应的所述给水；以及，滤液罐，用于存储由所述中空纤维薄膜模块产生的滤液，其中，所述中空纤维薄膜模块包括用于过滤所述给水的多个中空纤维薄膜，并且，在所述给水罐中的所述给水的压头和根据虹吸原理的滤液的水压之和高于所述中空纤维薄膜的 阈值 薄膜压 力 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种过滤系统，包括： |
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| 说明书全文 | 过滤系统技术领域背景技术[0003] 过滤薄膜方法比加热或相变方法更有益在：过滤薄膜方法的工艺可靠性较高，这是因为可以通过控制过滤薄膜的细孔的大小来获得所期望的水质。而且，因为过滤薄膜方法不要求加热过程，所以其可以有益地用于使用微生物的水处理，而后者在加热时可能会受到不利影响。 [0004] 在过滤薄膜方法中有使用中空纤维薄膜的方法。通常，中空纤维薄膜已经被广泛地用在诸如蒸馏水、饮用水或超纯水等的制备的精密过滤的领域中。然而，近来，中空纤维薄膜的应用领域正在扩展到污水/废水处理、污水处理罐中的固体分离、在工业废水中的悬浮固体(SS)的去除、溪水的过滤、工业用水的过滤和池水的过滤等。 [0005] 可以将使用中空纤维薄膜的过滤方法根据其操作方式分类为加压类型和浸没类型。 [0006] 根据加压类型过滤方法，将给水加压使得仅允许纯水渗透过中空纤维薄膜，并且进入其内腔，并且因此可以从纯水分离如杂质和污泥等固体组分。虽然需要用于流体循环的另外的设施，但是该加压类型过滤方法具有下述优点：它可以产生比浸没类型更大的每单位时间的滤液。在韩国专利申请No.10-2008-0091855中描述了加压类型中空纤维薄膜模块的一个示例。 [0007] 另一方面，根据浸没类型过滤方法，向在水槽中的给水中浸没的中空纤维薄膜的内腔施加负压力，使得仅允许纯水渗透过中空纤维薄膜，并且进入其内腔，并且因此可以从纯水分离如杂质和污泥等固体组分。虽然产生比加压类型更小的每单位时间的滤液，但是浸没类型过滤方法具有优点：它可以减少安装成本以及操作成本，因为它不要求用于流体循环的任何设施。在韩国专利申请No.10-2007-0040261中描述了浸没类型中空纤维薄膜模块的一个示例。 [0008] 然而，传统加压类型和浸没类型中空纤维薄膜模块两者要求较大量的能量和较高水处理成本，因为需要人工产生在中空纤维薄膜的外部和内腔之间的压差(ΔP：以下称为“差压”)，以执行过滤。而且，因为对于过滤需要消耗大量的能量，传统过滤系统在环境影响上具有缺陷。 发明内容[0009] 【技术问题】 [0010] 因此，本发明涉及一种能够防止现有技术的这些限制和缺陷的过滤系统。 [0011] 本发明的一个方面是提供一种过滤系统，其能够通过给水的压头和/或根据虹吸原理的滤液的水压来自然地产生高于阈值薄膜压力的差压。 [0012] 除了如上所述的本发明的方面之外，本发明的另外的优点和特征将在随后的说明中被阐述，或者将通过下面的说明对于本领域内的普通技术人员一目了然。 [0013] 【技术方案】 [0014] 根据本发明的一个方面，提供了一种过滤系统，包括：给水罐，用于存储要处理的给水；中空纤维薄膜模块，用于过滤从所述给水罐供应的所述给水；以及，滤液罐，用于存储由所述中空纤维薄膜模块产生的滤液，其中，所述中空纤维薄膜模块包括用于过滤所述给水的多个中空纤维薄膜，并且，在所述给水罐中的所述给水的压头与根据虹吸原理的滤液的水压之和高于所述中空纤维薄膜的阈值薄膜压力。 [0015] 本发明的上述大体说明仅用于说明本发明，并且不应当被理解为限制其范围。 [0016] 【有益效果】 [0017] 本发明通过给水的压头和/或根据虹吸原理的滤液的水压来自然地产生高于阈值薄膜压力的差压，由此最小化在过滤过程期间消耗的能量。因为最小化了能耗，所以可以显著地降低水处理的成本，并且可以促成环境友好的过滤系统。 [0018] 而且，因为沿着垂直方向来布置给水罐、中空纤维薄膜模块和滤液罐，与平面布置的传统过滤系统相比，可以降低过滤系统的占地面积，并且因此，可以降低过滤系统的安装成本。 [0021] 图1示意地示出了根据本发明的第一实施例的过滤系统； [0022] 图2示意地示出了根据本发明的第二实施例的过滤系统； [0023] 图3示意地示出了根据本发明的第三实施例的过滤系统； [0024] 图4示意地示出了根据本发明的第四实施例的过滤系统； [0025] 图5示意地示出了根据本发明的第五实施例的过滤系统；以及 [0026] 图6示意地示出了根据本发明的第六实施例的过滤系统。 具体实施方式[0027] 下面描述的本发明的实施例被提供来仅用于例示，并且不应当被解释为将本发明限于此，并且本领域内的技术人员可以明白，在不偏离本发明的范围和精神的前提下，各种改变和修改是可能的。因此，本发明包括落在权利要求及其等同内容中所述的本发明的范围内的所有改变和修改。 [0028] 在本文中使用的术语“给水的压头”表示给水相对于中空纤维薄膜模块的相对水压，当给水的表面被布置在该中空纤维薄膜模块之上时产生该相对水压。 [0029] 在本文中使用的术语“根据虹吸原理的滤液的水压”表示中空纤维薄膜模块产生的滤液相对于滤液罐的相对压力，当中空纤维薄膜模块被布置在滤液罐之上时产生该相对压力。 [0030] 在本文中使用的术语“阈值薄膜压力(TMP)”表示中空纤维薄膜的过滤过程所需的最小差压，即，使得在中空纤维薄膜外部的水能够渗透过薄膜并且进入其内腔所需的在中空纤维薄膜的内部与外部之间的最小压差。 [0031] 本发明的过滤系统包括：给水罐，用于存储要处理的给水；中空纤维薄膜模块，用于过滤从所述给水罐供应的所述给水；以及，滤液罐，用于存储由所述中空纤维薄膜模块产生的滤液。所述中空纤维薄膜模块包括用于过滤所述给水的多个中空纤维薄膜。 [0032] 根据本发明，在所述给水罐中的所述给水的压头与根据虹吸原理的滤液的水压之和高于所述中空纤维薄膜的阈值薄膜压力。 [0033] 通常，可以分别根据下面的公式1和2来计算给水的压头和根据虹吸原理的滤液的水压： [0034] 公式1：PH＝h1*ρ*g [0035] 公式2：PS＝h2*ρ*g [0036] 其中，PH和PS分别是给水的压头和根据虹吸原理的滤液的水压，h1和h2分别是在给水罐中的给水的表面和中空纤维薄膜模块之间的高度差(以下称为给水的“水位”)与在中空纤维薄膜模块和滤液罐之间的高度差，ρ是水的密度，并且g是重力常数。 [0039] 例如，如果在1m3/m2/日(40LMH)的条件下操作加压类型或浸没类型的中空纤维薄2 膜模块，因为中空纤维薄膜的初始阈值薄膜压力是大约0.3kfg/cm，则可以以下述方式来调整在给水的表面和中空纤维薄膜模块之间的高度差(h1))与在中空纤维薄膜模块和滤液罐之间的高度差(h2)：使得给水的压头(PH)和根据虹吸原理的滤液的水压(PS)之和高于 2 1.0kfg/cm。 [0040] 在下面的表1中示出了响应于因为与管道/阀门的摩擦引起的压力降而对于各种管道和阀门需额外保证的水位(h1和/或h2)。 [0041] [表1] [0042] [0043] 以下，假定给水的压头和根据虹吸原理的滤液的水压分别是0或正值，将参考附图详细描述本发明的实施例。 [0044] 然而，给水的压头和根据虹吸原理的滤液的水压中之一者可以根据给水罐、中空纤维薄膜模块和滤液罐的相对位置而是负值，只要两者之和高于中空纤维薄膜的阈值薄膜压力即可，并且应当明白，在本发明的精神和范围内包括这样的过滤系统。 [0045] 图1示意地示出了根据本发明的第一实施例的过滤系统。如图1中所示，根据本发明的第一实施例的过滤系统包括：给水罐110，用于存储要处理的给水W；中空纤维薄膜模块120，用于过滤从给水罐110供应的给水W；以及，滤液罐130，用于存储由中空纤维薄膜模块120产生的滤液F。 [0046] 中空纤维薄膜模块120包括用于过滤给水W的多个中空纤维薄膜。因为中空纤维薄膜模块120是加压类型的模块，所以被引入到中空纤维薄膜模块120中的给水W需要被加压以进行过滤。当将给水W加压时引起的在中空纤维薄膜内部和外部之间的差压、即压差必须高于中空纤维薄膜的阈值薄膜压力(TMP)，使得给水W的纯水可以渗透过中空纤维薄膜。 [0047] 根据本发明的第一实施例，中空纤维薄膜模块120位于给水罐110之下，并且中空纤维薄膜模块120和给水罐110彼此间隔开一定距离，使得不论在给水罐110中的给水W的量为多少，在给水罐110中的给水W的压头总是高于中空纤维薄膜的阈值薄膜压力(TMP)。 [0048] 换句话说，根据本发明的第一实施例的过滤系统，在给水罐110中的给水W的压头高于中空纤维薄膜的阈值薄膜压力(TMP)。因此，向在中空纤维薄膜模块120中被引入的给水W施加高于中空纤维薄膜的阈值薄膜压力(TMP)的压力，使得可以执行过滤过程。 [0049] 任选地，如图1中所示，如果给水W的压头比中空纤维薄膜的阈值薄膜压力(TMP)高出预定范围，则可以控制给水W以使其经由减压阀150流入中空纤维薄膜模块120内。减压阀150降低向中空纤维薄膜模块120供应的给水W的压力。然而，必须注意，经减压阀 150降低的给水W的压力必须高于该中空纤维薄膜的阈值薄膜压力(TMP)。 [0050] 当执行通过中空纤维薄膜模块120进行的过滤过程时，在中空纤维薄膜模块120中，中空纤维薄膜被污染。中空纤维薄膜的污染增大了中空纤维薄膜的阈值薄膜压力(TMP)。因此，如图1中所示，根据本发明的第一实施例的过滤系统可以进一步包括辅助加压泵140。在在过滤过程期间因为中空纤维薄膜的污染而不再能够执行单纯基于给水W的压头的过滤过程的情况下，辅助加压泵140向对于中空纤维薄膜模块120供应的给水W提供额外的压力，使得尽管在中空纤维薄膜被污染的情况下也可以执行过滤过程。 [0051] 以下，将参考图2来描述根据本发明的第二实施例的过滤系统。 [0052] 如图2中所示，根据本发明的第二实施例的过滤系统包括：给水罐210，用于存储要处理的给水W；中空纤维薄膜模块220，用于过滤从给水罐210供应的给水W；以及，滤液罐230，用于存储由中空纤维薄膜模块220产生的滤液F。 [0053] 中空纤维薄膜模块220包括用于过滤给水W的多个中空纤维薄膜。中空纤维薄膜模块220是加压类型的模块，并且当将在中空纤维薄膜模块220中被引入的给水W加压时产生的差压必须高于中空纤维薄膜的阈值薄膜压力(TMP)，使得给水W的纯水可以渗透过中空纤维薄膜。 [0054] 根据本发明的第二实施例，给水罐210具有的深度，长到足以使得在给水罐210中存储的给水W的水位使得在给水罐210中的给水W的压头高于中空纤维薄膜的阈值薄膜压力(TMP)。 [0055] 因此，根据本发明的第二实施例的过滤系统，当使用足够量的给水W来填充给水罐210时，给水W的压头变得高于中空纤维薄膜的阈值薄膜压力(TMP)，并且向在中空纤维薄膜模块220内被引入的给水W施加高于中空纤维薄膜的阈值薄膜压力(TMP)的压力，使得可以执行过滤过程。 [0056] 如图2中所示，因为与第一实施例的过滤系统相同的原因，本发明的第二实施例的过滤系统可以进一步包括辅助加压泵240和减压阀250。 [0057] 以下，将参考图3来描述根据本发明的第三实施例的过滤系统。 [0058] 如图3中所示，根据本发明的第三实施例的过滤系统包括：给水罐310，用于存储要处理的给水W；中空纤维薄膜模块320，用于过滤从给水罐310供应的给水W；初始动力产生泵，用于起动通过中空纤维薄膜模块320进行的过滤；以及，滤液罐330，用于存储由中空纤维薄膜模块320产生的滤液F。 [0059] 中空纤维薄膜模块320包括用于过滤给水W的多个中空纤维薄膜。中空纤维薄膜模块320是与给水罐310间隔开的加压类型的模块，并且当将在中空纤维薄膜模块320中被引入的给水W加压时产生的差压必须高于中空纤维薄膜的阈值薄膜压力(TMP)，使得给水W的纯水可以渗透过中空纤维薄膜。 [0060] 根据本发明的第三实施例，在将给水罐210中的给水W的表面保持在与中空纤维薄膜模块320相同的水位的同时，将滤液罐330定位在中空纤维薄膜模块320之下。初始动力产生泵340将向在中空纤维薄膜模块320内被引入的给水W加压，由此启动过滤过程。由中空纤维薄膜模块320通过过滤过程产生的滤液F落到在中空纤维薄膜模块320之下布置的滤液罐330。 [0061] 一旦由中空纤维薄膜模块320产生的滤液F开始落到滤液罐330，则引起虹吸现象。根据本发明的第三实施例，中空纤维薄膜模块320和滤液罐330彼此间隔开到足以使得根据虹吸原理的滤液F的水压高于中空纤维薄膜的阈值薄膜压力(TMP)。因此，一旦过滤过程开始，则可以连续地执行过滤且无需来自初始动力产生泵340的任何帮助。 [0062] 虹吸指的是允许在不使蓄水池倾斜的前提下使得在蓄水池中存在的液体流向较低的水位的管道，并且虹吸原理表示由于向在蓄水池中的液体的表面施加的较高压力而导致向管道内上推液体的现象。如上所述，“根据虹吸原理的滤液的水压”表示由中空纤维薄膜模块320产生的滤液F相对于滤液罐330的相对压力，当中空纤维薄膜模块320被布置在滤液罐330之上时产生该相对压力。 [0063] 以下，将参考图4来描述根据本发明的第四实施例的过滤系统。 [0064] 如图4中所示，根据本发明的第四实施例的过滤系统包括：给水罐410，用于存储要处理的给水W；中空纤维薄膜模块420，用于过滤从给水罐410供应的给水W；初始动力产生泵440，用于起动通过中空纤维薄膜模块420进行的过滤；以及，滤液罐430，用于存储由中空纤维薄膜模块420产生的滤液F。 [0065] 中空纤维薄膜模块420包括用于过滤给水W的多个中空纤维薄膜421。中空纤维薄膜模块420是浸没类型的模块，用于在被浸没在给水罐410中的给水W中的同时执行过滤过程，并且，初始动力产生泵440向中空纤维薄膜模块420提供负压力，用于引起高于中空纤维薄膜421的阈值薄膜压力(TMP)的差压以使得过滤过程开始。 [0066] 根据本发明的第四实施例，通过由初始动力产生泵440起动的中空纤维薄膜模块420的过滤过程产生的滤液F落到在中空纤维薄膜模块420之下、即给水罐410之下布置的滤液罐430。一旦由中空纤维薄膜模块420产生的滤液F开始落到滤液罐430，则引起虹吸现象。 [0067] 根据本发明的第四实施例，给水罐410和滤液罐430彼此充分地间隔开，使得由中空纤维薄膜模块420产生的滤液F的根据虹吸原理的水压高于中空纤维薄膜421的阈值薄膜压力(TMP)。因此，一旦过滤过程开始，可以连续地执行过滤且无需来自初始动力产生泵440的任何帮助。 [0068] 以下，将参考图5来描述根据本发明的第五实施例的过滤系统。 [0069] 如图5中所示，根据本发明的第五实施例的过滤系统包括：给水罐510，用于存储要处理的给水W；中空纤维薄膜模块520，用于过滤从给水罐510供应的给水W；初始动力产生泵540，用于起动通过中空纤维薄膜模块520进行的过滤；以及，滤液罐530，用于存储由中空纤维薄膜模块520产生的滤液F。 [0070] 中空纤维薄膜模块520是与给水罐510间隔开的加压类型的模块，并且当将在中空纤维薄膜模块520中被引入的给水W加压时产生的差压必须高于中空纤维薄膜的阈值薄膜压力(TMP)，使得给水W的纯水可以渗透过中空纤维薄膜。 [0071] 根据本发明的第五实施例，中空纤维薄膜模块520位于给水罐510之下，并且滤液罐530位于中空纤维薄膜模块520之下。 [0072] 初始动力产生泵540向对于中空纤维薄膜模块520供应的给水W提供高于在阈值薄膜压力(TMP)和压头之间的差的压力，由此启动过滤过程。换句话说，向在中空纤维薄膜模块520内被引入的给水W施加在给水罐510中的给水W的压头和由初始动力产生泵540产生的压力之和，使得产生高于中空纤维薄膜的阈值薄膜压力(TMP)的差压以启动过滤过程。 [0073] 通过中空纤维薄膜模块520的过滤产生的滤液F落到在中空纤维薄膜模块520之下布置的滤液罐530。 [0074] 一旦由中空纤维薄膜模块520产生的滤液F开始落到滤液罐530，则引起虹吸现象，以替代初始动力产生泵540。 [0075] 即，根据本发明的第五实施例，中空纤维薄膜模块520位于给水罐510之下，滤液罐530位于中空纤维薄膜模块520之下，并且给水罐510和滤液罐530彼此间隔开一定距离，长到足以保证在给水罐中的给水W的压头和由中空纤维薄膜模块520产生的滤液F的根据虹吸原理的水压之和高于中空纤维薄膜的阈值薄膜压力(TMP)。因此，一旦启动过滤过程，则可以连续地执行过滤过程且无需来自初始动力产生泵540的任何帮助。 [0076] 虽然本发明的第三至第五实施例的上述初始动力产生泵340、440和540大体在过滤过程的初始阶段提供压力以启动该过滤过程，但是如果引起阈值薄膜压力(TMP)的增大的薄膜污染出现，则它们可以另外对于向中空纤维薄膜模块320和520供应的给水W或对于中空纤维薄膜模块420提供压力，使得尽管有薄膜污染也可以连续地执行过滤过程。 [0077] 以下，将参考图6来描述根据本发明的第六实施例的过滤系统。 [0078] 根据本发明的第六实施例的过滤系统具有与第一实施例的过滤系统的结构基本上相同的结构，不同之处在于它利用可再生能量来进行过滤过程。 [0079] 如上所述，根据本发明的第一实施例，在给水罐110中的给水W具有的势能高到足以保证在给水罐110中的给水W的压头总是高于中空纤维薄膜模块120的中空纤维薄膜的阈值薄膜压力(TMP)。为此，需要从给水源600向高于中空纤维薄膜模块120的给水罐110供应给水，这就需要能耗。 [0080] 本发明的第六实施例的过滤系统除了第一实施例的过滤系统的元件之外进一步包括：动力源700，用于使用可再生能量来产生动力；以及，泵P。使用由动力源700产生的能量来运作泵P，以从给水源600向定位较高的给水罐110供应给水。即，将可再生能量转换为给水的势能。 [0082] 但是，通常，使用可再生能量的动力的产生最好不应是不规则的，但实际情形却是不规则的，因为它完全取决于自然环境。为了在即使其能量产生不规则的情况下仍能以稳定的方式来供应动力，应当通过另外的元件即存储电池来连续地存储所产生的动力。 [0083] 然而，根据本发明的第六实施例，不要求另外的元件即存储电池，这是因为使用可再生能量产生的动力被立即转换为给水的势能，并且因此，用于使用可再生能量来产生动力的动力源700可以被用作稳定的能源。可再生能量的利用——特别是在当电费较高时的时间段内——允许以环境友好的方式执行过滤过程，并且也降低过滤成本。 [0084] 上文在本发明的第六实施例中描述了除了第一实施例的过滤系统的元件之外进一步包括可再生能量相关的元件的环境友好的过滤系统，其实还可以通过分别向第二至第五实施例添加与可再生能量相关的元件来促成环境友好的过滤系统。 [0085] 当过滤系统包括加压类型的中空纤维薄膜模块而不是浸没类型的中空纤维薄膜模块时，可以通过下述方式来最小化压头的损失：经由模块的顶部部分向模块内引入要处理的给水，并且通过模块的底部部分将通过中空纤维薄膜的滤液排出在模块之外。 [0086] 根据如上所述的本发明的实施例，因为可以通过给水的压头和/或根据虹吸原理的滤液的水压来自然地产生比阈值薄膜压力高的差压，所以可以最小化在过滤过程期间的能耗，并且因此，可以显著地降低水处理的成本。 |
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