减少压力驱动的膜分离方法中膜上的生物淤积的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及在利用压力驱动的膜分离方法净化水性介质时减少膜上的生物淤积的方法和装置。造成生物淤积的内容物通过积聚在牺牲过滤器（３）上而得以从待净化的水性介质中而去除，所述过滤器布置在通向压力驱动的膜分离设备（２）的管线中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】减少压力驱动的膜分离方法中膜上的生物淤积的方法和装CP3本专利技术涉及在利用压力驱动的膜分离方法净化水性介质时减少膜上的生物淤积 的方法，以及用于实施所述方法的装置。
技术介绍
为了净化水，例如在通过海水或半咸水的脱盐来获取饮用水时、在净化废水时、在 处理锅炉给水时、在提取高纯度水时或者在制药工业和在食品工业中制造浓缩水溶液时， 通常使用压力驱动的膜分离方法。由于包含在待净化的水性介质中的颗粒状、无机或有机内容物和微生物在膜分离 方法的膜上的积聚，在所述膜上通常形成覆盖层。取决于所述覆盖层的密度和厚度，由覆盖 层和膜构成的体系的透过性可以如此降低，以至于为了保持所期望的效率，也就是每时间 单位的确定的体积通过量，在输入水的一侧需要不断增加驱动压力，或者根本不再可能达 到所期望的膜分离装置的体积通过量。这种效率损失被称为淤积(Fouling)。特别令人不愉快的是生物淤积，也就是与通过微生物，例如微藻类、真菌、原生生 物或细菌的积聚和生长而产生的覆盖物相关的效率损失。这种覆盖物被称为生物膜。所积 聚的微生物同样可以将所积聚的有机物质或者在水性介质中一起导入的有机物质部分作 为营养物质来利用并新陈代谢。然而，在此过程中形成的物质代谢产物具有非常低的透过 性并牢固地附着在膜上，并且通过化学净化通常也很难或根本不能从膜表面去除。这种不 可逆的覆盖物的形成导致膜的渗透性不断降低，这使得最终需要更换膜。为了避免这种不可逆的覆盖物或为了降低它们的影响，至今为止采取了各种措 施。最常见的是例如为了减少生物淤积而向待处理的水中添加杀生物剂或生物抑制剂，它 们应起到杀灭微生物或者起到抑制生长的作用。然而，这类添加通常只在高浓度下才有效， 通常只能不够充分地或根本不能去除已经存在的覆盖物，并且甚至可能对膜及其效率造成 损害。另外已知的是，在使用杀生物化学药剂时，例如在将水氯化时，水性介质的有机内容 物被氧化，由此在各种情况下提高了其作为生物膜营养物质的生物可利用性，并且在施加 有杀生物剂的位置出现更强的生物淤积。避免生物淤积的其它措施是将待净化的水进行预 处理，从而提取出用作生物膜的营养物质的有机物质和/或生物膜构成性微生物。为此在 水处理过程中使用这样的方法，如具有或不具有事先的絮凝和沉淀的过滤，或者利用吸附 方法或利用生物活性的预过滤器来进行处理。专利技术目的本专利技术的目的在于，提供方法和装置，利用它们来减少在净化水性介质时在压力 驱动的膜分离方法的膜上的生物淤积。专利技术的详细说明所述目的通过一种方法来实现，所述方法用于在利用压力驱动的膜分离方法净化 水性介质时减少膜上的生物淤积。所述方法的特征在于，在第一个步骤中，至少部分地去除 包含在所述水性介质中的、造成生物淤积的内容物，其中所述去除过程通过使所述内容物 在流过一个或多个牺牲过滤器(Opferfilter)时积聚到过滤材料上而进行，随后利用压力3驱动的膜分离方法进一步净化在第一个步骤中得到的滤液。所述待净化的水性介质可以例如是地表水，例如海水或半咸水、水库水或江河水， 但也可以是城镇废水或工业废水、工业用水和工艺用水例如锅炉给水、冷却水或乳液。还可 以是溶剂或果汁。所述压力驱动的膜分离方法可以例如是反向渗透(U0)、纳滤(NF)、超滤(UF)或微 滤(MF)。在水性介质中造成生物淤积的内容物在第一个步骤中通过积聚在牺牲过滤器上 而得以从水性介质中去除。在压力驱动的膜分离方法中，在此之后才进行第一步骤的滤液 净化。由于在第一个步骤中获得的滤液较少地或者完全不再包含造成生物淤积的内容物， 通过膜分离方法进行的进一步净化较低程度地或完全不再被生物淤积所阻碍。由此，所述 压力驱动的膜分离方法的膜具有明显更长的使用寿命，并且可以利用较低的成本达到实施 压力驱动的膜分离方法的设备的效率。水性介质中造成生物淤积的内容物是指可以导致产生生物膜的微生物，所述微生 物的物质代谢产物以及可以被所述微生物用作营养物质的有机材料例如碳水化合物、多 糖、蛋白质或低分子量的腐殖质。在牺牲过滤器中，对于在水性介质中所包含的造成生物淤积的内容物来 说，存在至少与其积聚在如随后的压力驱动的膜分离方法的膜上同样好的框架条件 (Rahmenbedingungen) 0水性介质的内容物在表面上积聚时的特定因素是内容物达到表面上的迁移可能 性，以及到达表面的内容物保持附着在表面上的附着可能性。所述迁移可能性主要取决于 流动状态。所述附着可能性主要取决于所述内容物和所述表面的表面特性以及决定脱离可 能性的流动状态。所述脱离可能性是通过流动使积聚在表面上的微粒从表面脱离的可能 性。在牺牲过滤器上的积聚一般由于机械和/或特殊粘附而发生。特别是在特殊粘附 中，在水性介质的内容物和过滤材料之间的静电和范德华相互作用起到重要作用。氢桥键 的形成导致积聚。这种机制由水性介质中内容物的表面特性和牺牲过滤器材料的表面特性 来决定。造成生物积聚的水性介质中的内容物对牺牲过滤器和对压力驱动的膜分离方法 的膜的亲和性的比较可以利用下面的、影响附着可能性的牺牲过滤器和膜的表面特性来设 定-经由接触角测量得到的疏水性或可润湿性-经由Zeta电势测量得到的表面电荷。在这种情况下，亲和性是指造成生物淤积 的物质积聚到表面上的意愿(Bestreben)。这种表面特性的值对于牺牲过滤器来说，与所述膜的相应的值的偏差应当不超过 40 %，优选不超过30 %，特别优选不超过20 %，且尤其特别优选不超过10 %。还更优选的 是，牺牲过滤器的这种表面特性值与压力驱动的膜分离方法的膜的相应特征正好一样大。造成生物积聚的水性介质中的内容物对牺牲过滤器的亲和性应该相应于对所述 膜的亲和性。造成生物积聚的水性介质中的内容物对牺牲过滤器的亲和性优选高于对所述 膜的亲和性。另外，在流过牺牲过滤器时存在这样的流动状态，即对于造成生物淤积的水性介 质中的内容物，到表面的迁移可能性至少与压力驱动的膜分离方法的膜上正好一样高，且 脱离可能性至少与压力驱动的膜分离方法的膜上正好一样低。如果造成生物淤积的水性介质中的内容物具有相应于其对所述膜的亲和性的或 者超过其对所述膜的亲和性的对牺牲过滤器的亲和性，并且在牺牲过滤器上存在比在膜分 离方法的膜上对积聚更有利的流动状态，则所述内容物优选积聚在牺牲过滤器上。用于积 聚的牺牲过滤器的表面越大，则越完全地从待净化的水性介质中提取出造成生物淤积的内 容物。流动越缓慢且流过的空间越狭小，则流动状态对积聚越有利。构建生物膜必需的有机营养物质，如碳水化合物和多糖，例如海藻酸盐，在它们到 达所述膜和积聚在所述膜上之前，例如由牺牲过滤器从水性介质中提取出来。由此，在所述 膜上由于缺乏营养物质而无法构建生物膜，或者由于大大降低了营养物质的供应而只是非 常缓慢地形成生物膜。由此，在根据本专利技术的方法中，不可能在进一步净化牺牲过滤器的滤液的压力驱 动的膜分离方法的膜上产生生物淤积或者至少使生物淤积的产生变得更加困难。通过抑制或减少水性介质中造成生物淤积的内容物在膜表面上的积聚，不需要提 高或者只是需要较缓慢地提高运行压力，以保证压力驱动的膜分离方法的特定效率。另外， 可以避免清洗压力驱动的膜分离设备所需的停工，或者减少了停工的频度。由于所需的化 学清本文档来自技高网...

【技术保护点】
在利用压力驱动的膜分离方法净化水性介质时减少膜上的生物淤积的方法，其特征在于，在第一个步骤中，从水性介质中至少部分地去除包含在所述水性介质中的、造成生物淤积的内容物，其中所述去除过程通过使所述内容物在流过一个或多个牺牲过滤器时积聚到过滤材料上而进行，随后利用压力驱动的膜分离方法进一步净化在第一个步骤中得到的滤液。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：P伯格，S潘戈利什，
申请(专利权)人：瓦泰克瓦柏格有限公司，
类型：发明
国别省市：AT[奥地利]