使用脈衝氣提泵的膜清洗的製作方法

2023-07-19 15:54:36

專利名稱：使用脈衝氣提泵的膜清洗的製作方法
技術領域：
本發明涉及膜過濾系統，更特別地涉及用於使用脈衝流體流有效清洗該系統中所用的膜的裝置和相關方法。
背景技術：
用於處理廢水的膜的重要性正迅速提高。現在公知的是，膜工藝可以用作汙水的有效三級處理並提供水質好的出水。然而，其資金成本和運行成本可能會過高。隨著其中膜組件浸沒在大給水箱中且通過施加在膜的濾液側的抽吸力或通過重力給料來收集濾液的浸沒式膜工藝的到來，在一級中結合了生物和物理工藝的膜生物反應器有希望更緊湊、有效和經濟。由於其多功能性，膜生物反應器的尺寸包括從家用(如化糞池系統)到社區和大規模汙水處理。膜過濾工藝的成功主要取決於使用有效和高效的膜清洗方法。通常使用的物理清洗方法包括使用滲透液或氣體或其組合的反洗(反衝、反衝洗)、使用呈在液體中的氣泡形式的氣體的膜表面衝刷或衝洗。通常地，在氣體衝洗系統中，將氣體噴射(通常使用鼓風機)到其中浸沒有膜組件的液體系統中以形成氣泡。然後如此形成的氣泡向上運動衝刷膜表面，以除去形成在該膜表面上的汙垢物質。產生的剪切力主要取決於初始氣泡速度、氣泡尺寸和施加到該氣泡上的合力。為了提高衝刷效果，必須供給更多的氣體。然而，該方法會消耗大量能量。而且，在高固體濃度環境中，氣體分布系統可能會逐漸被脫水的固體堵塞或僅僅在氣流意外停止時就被堵塞。此外，在高固體濃度的環境中，在其中清潔濾液通過膜而更高固含量的滲餘物被留下的過濾過程中，接近該膜表面的固體濃度極化變得很大，導致膜阻力升高。這些問題中有些已經通過使用兩相流來清洗該膜而得到了解決。在循環基礎上提供氣泡的循環充氣系統據稱能降低能量消耗，同時仍提供足夠的氣體以有效衝刷該膜表面。考慮到這種循環操作，這種系統通常需要複雜的閥門設置和控制裝置，這會提高所需的初始系統成本和該複雜閥門和開關設置的後續維護成本。在大的系統中機械閥操作也限制了循環頻率。而且，已經發現循環充氣並不能有效地更新該膜表面。將會需要提供不需要藉助於複雜閥門開關等來控制操作的能量有效的衝刷工藝操作。還優選提供通過該膜表面的兩相液氣流以提供一種更有效的衝刷工藝，同時使這種清洗工藝所需的能量最小化。

發明內容
本發明至少在其實施方案中尋求克服或至少改進現有技術的一些缺點或至少為公眾提供有用的替代方式。
根據一個方面，本發明提供一種用流體流清洗浸沒在液體介質中的膜表面的方法，包括沿該膜表面提供無規產生的間歇或脈衝流體流以從中去除汙垢材料並降低固體濃度極化的步驟。優選，該流體流包括氣流。優選地，該氣流呈氣泡形式。進一步優選，該流體流包括兩相氣/液流。優選地，該方法包括使用供給了加壓氣流的裝置來產生脈衝兩相氣/液流。進一步優選，該加壓氣流的供給是基本恆定的。優選地，該脈衝流體流的大小和/或頻率和/或持續時間是無規的。在本發明的一種形式中，將該脈衝兩相氣/液流與基本恆定的兩相氣/液流結合使用。任選地，可以使用鼓風機等裝置在所述液體介質中提供另外的氣泡源。所用的氣體可以包括空氣、氧氣、氯氣、臭氧、氮氣、甲烷或適用於特定應用的任何其他氣體。為了衝刷和/或充氣的目的，空氣是最經濟的。氯氣可以用於通過在膜表面處的化學反應洗滌、消毒和提高清洗效率。臭氧的使用除了與上述氯氣類似的作用之外，還具有其他特徵，例如將DBP前體氧化和將不可生物降解的NOM轉化為可生物降解的溶解有機碳。在一些應用中，例如其中不適用氧氣或氧化劑的厭氧生物環境或非生物環境中，可以使用氮氣，特別是在給料罐密封且能夠捕獲並再循環氮氣的情況下。根據第二方面，本發明提供一種膜組件，其包括多個多孔膜或一組膜組件，和用於提供無規產生的脈衝流體流以使得在使用時所述流體流移動通過所述膜的表面以從中去除汙垢材料的裝置。優選，該流體流包括產生移動通過所述膜表面的氣泡的氣流。進一步優選，該流體流包括兩相氣/液流。優選地，所述脈衝兩相氣/液流是由具有基本恆定的氣體供給的裝置產生的。優選地，該脈衝氣流的大小和/或頻率和/或持續時間是無規的。在使用一組膜組件的情況下，該組件通常裝配在位於容納給料的容器或罐中的陣列、支架或盒中。為了清洗支架或盒膜組件，可以將所述用於提供該脈衝氣體或兩相氣/液流的裝置與分布器連接，將產生的脈衝氣泡通過該分布器分布到該組件中。優選為一個組件或少數幾個組件設置一個裝置。由此，通常對一個支架或盒子安裝有多個裝置。優選向該支架供給氣體然後沿支架總管分布到各裝置。儘管該氣體以連續方式供給到各個裝置中，但在無規的時間從該裝置沿該支架產生氣泡的噴發，在不穩定條件下保持該膜罐給料基本恆定。這種作用降低了固體濃度極化並因此降低了過濾阻力。當從支架頂部向下看時，氣泡從該支架內的不同組件中無規地出現，形成無規的分布模式。甚至在供給該支架的氣體連續且流速相同的情況下，流到各個組件的氣流體積通常也在小範圍內(一般在小於15%的範圍內)波動。這是由於脈衝氣提裝置內的背壓波動所致。優選，該膜包括多孔中心纖維，該纖維的各端固定在集管中，下集管中形成有一個或多個孔，所述兩相氣/液流通過該孔引入。該孔可以是圓形、橢圓形或狹縫形式的。該纖維通常一端(通常是下端)密封而另一端敞開以使得可以除去濾液，然而，在某些設置中，該纖維可以兩端敞開以從一端或兩端除去濾液。該纖維的密封端可以封裝在封裝頭(pottinghead)上也可以保持不封裝。該纖維優選以墊、圓柱形陣列或束設置。應當認識到所述清洗工藝同樣可應用於其他形式的膜，例如平坦或平板膜。進一步優選，該膜包括多孔中空纖維，該纖維的各端固定在集管中以構成子組件。將一組子組件組裝以形成組件。在子組件之間，留有一個或多個孔以允許氣/液通過或分布到該子組件中。根據一種優選形式，本發明提供一種從多個多孔中空纖維膜的表面去除汙垢材料的方法，其中所述多個多孔中空纖維膜安裝並縱向延伸在陣列中以形成膜組件，所述膜被彼此緊密鄰近設置並安裝以防止其間的過度運動，該方法包括提供通過所述膜表面的通常無規產生的均勻分布的脈衝氣泡流的步驟，所述分布使得所述氣泡在所述陣列中的各膜之間基本均勻地流動以衝刷所述膜的表面並從該膜組件內去除累積的固體。優選，氣泡流進一步包括兩相氣/液流。優選地，所述脈衝兩相氣/液流是由具有基本恆定氣體供給的裝置產生的。優選地，該脈衝氣流的大小和/或頻率和/或持續時間是無規的。根據第三方面，本發明提供一種膜組件，其包括多個多孔中空纖維膜，所述纖維膜被彼此緊密鄰近設置並安裝以防止其間的過度運動，該纖維膜的各端固定在集管中，還包括一個在其中具有一個或多個開孔的集管，通常無規的脈衝氣流通過該開孔引入，用於清洗所述中空纖維膜的表面。優選，該流體流包括氣流。進一步優選，該氣流呈氣泡形式。優選，氣流包括兩相氣/液流。優選地，所述脈衝兩相氣/液流是由具有基本恆定的氣體供給的裝置產生的。優選地，該脈衝流體流的大小和/或頻率和/或持續時間是無規的。優選地，該裝置包括響應於來自與其連接的氣體源的所述基本恆定的加壓氣體供給而操作的氣提泵裝置，用於儲存和無規地釋放加壓氣體，並使用該釋放的加壓氣體氣提一定量的來自液體儲蓄處的所述液體以產生所述脈衝兩相氣/液流。優選，所述氣提泵裝置包括用於儲存由所述氣體源提供的所述氣體並具有位於所述液體儲蓄處內的上封閉端和下開口端的倒置氣體儲存腔、具有與所述液體儲蓄處流體連通的入口端和與所述膜組件流體連通的出口端的垂直提升管，所述提升管具有與所述氣體儲存腔流體連通的開口，其安置成用於在該腔中的氣體含量達到預設含量時接收來自所述室的所述儲存氣體並將該液體氣提通過所述提升管用於排放到所述組件中。優選地，該垂直提升管位於該氣體儲存腔之內。在本發明的一個實施方案中，該氣體供給是由包含加壓氣體的外部罐(tank)提供的，該罐與該膜組件流體連通，並具有用於向該組件提供無規產生的氣體脈衝以形成所述用於清洗該膜表面的氣/液流的控制裝置。在一個實施方案中，該控制裝置可以包括位於該膜組件的氣/液入口中且可根據入口中的液體的水平操作以從該外部罐中提供氣體的裝置。例如，可以使用浮動裝置以根據液體的水平激活該控制裝置。優選地，可以保護該纖維，並用具有適當間隔的垂直和水平元件的組件支撐篩網限制纖維移動，以提供通過該纖維的自由的流體和氣體流動，並限制纖維的運動幅度，降低該纖維的封裝頭處的能量集中。優選，可以將該組件封裝在基本為固體(solid)的或不透液(liquid)/氣(gas)的管中，並與該脈衝氣提泵裝置連接，以將該兩相氣/液流保留在該組件中。優選，所述開口包括一個或多個狹縫或一行孔。優選地，該纖維束位於該多個狹槽或孔行之間的封裝頭中。可以將所用的液體供給給該膜組件。優選，該無規產生的脈衝的脈衝頻率在通常為O.1 200秒的範圍內變化。需要理解，該脈衝頻率與該裝置的結構相關，使用特定的結構，該脈衝頻率優選在約10 約300%範圍內變化。優選地，該脈衝氣提泵裝置可以任選地是與流體分布器流體連通而連接的，從而將該脈衝的氣泡基本均勻分布到該過濾組件中。優選地，該組件內的纖維具有約5 約80 %，更優選地約8 約55 %的填充密度(如上所限定)。優選，所述孔具有在約I 40mm範圍內，更優選地在約1. 5 約25mm範圍內的直徑。在狹縫或一行孔的情況下，選擇該開孔面積與上述孔等效。典型地，該纖維內徑在約O.1mm 約5mm範圍內，優選在約O. 25mm 約2mm範圍內。該纖維的壁厚取決於所用的材料和與過濾效率相對所需的強度。典型地，壁厚為
O.05 2mm,更通常為O.1mm 1mm。根據另一方面，本發明提供一種膜生物反應器，其包括具有用於將給料引入其中的裝置、用於在所述罐內形成活性汙泥的裝置的罐，位於所述罐內以浸潰在所述汙泥中的根據第三方面的膜組件，所述膜組件具有用於將濾液從所述膜的至少一端移除的裝置。根據另一方面，本發明提供一種上面方面中所述類型的膜生物反應器的操作方法，其包括將給料引入所述罐；對所述纖維施加真空以從其中去除濾液，同時通過所述組件內的充氣開孔提供所述脈衝氣流，以使得在使用中所述氣流運動通過所述膜纖維的表面以從中去除汙垢材料。如果需要，可以在該罐內提供進一步的充氣源以促進微生物活性。優選，該膜組件垂直懸浮在該罐內，且所述進一步的充氣源可以提供在該懸浮的組件之下。優選地，該進一步的充氣源包括一組透氣管。可以根據通量和給料條件決定使用或不使用反洗操作該膜組件。在該生物反應器中高度混合的懸浮固體液體(5000 20000ppm)已被證明能顯著降低滯留時間和改善濾液質量。在降解有機物質和膜清洗中結合使用充氣已被證明能在不顯著提高跨膜壓力的情況下產生恆定的濾液流，同時建立高濃度的MLSS。根據另一方面，本發明提供一種水處理系統，其包括罐、與該罐流體連接的液體腔、與該液體腔流體連接的氣體腔、和與該氣體腔流體連接的膜組件。優選地，該水處理系統包括具有與該液體腔連接的抽吸側和與該氣體腔連接的排放側的氣體轉移系統。優選，氣體源流體連接該液體腔。優選地，該系統包括包含該膜組件的膜組件容器，該膜組件容器與該罐液壓連接。根據另一方面，本發明提供水處理系統，其包括與水源流體連接的液體儲蓄處、包含第一隔室和第二隔室的氣/液腔、和與該第二容器液壓連接的分離容器；其中該第一隔室與該液體儲蓄處流體連接。優選，該系統包括與該膜組件液壓隔離的腔室和與該腔室連接的氣體源。優選地，該膜組件浸沒在膜罐內容納的含有固體的液體給料中，該膜罐與流體連接該腔室的該充氣區域液壓連接。根據另一方面，本發明提供一種衝刷膜組件的方法，其包括提供具有第一隔室和第二隔室的室；在該第一隔室和該膜組件之間建立液壓密封；用液體給料至少部分填充該第一隔室和將氣體引入該室中。優選地，該方法包括破壞該液壓密封，其中對該液壓密封的破壞將把該室內包含的至少一部分氣體釋放到該膜組件，然後在該第一隔室和該膜組件之間再次建立該液壓密封。優選地，該方法包括再次破壞和再次建立該液壓密封，以產生該室內包含的至少一部分氣體的脈衝釋放。優選地，該方法包括將液體給料引入該第二隔室中。在該方法的一種形式中，氣體向該室中的引入是基本連續進行的。根據另一方面，本發明提供一種清洗位於包含液體的容器中的過濾膜的方法，其通過在該容器內的多個位置處在該液體內提供通常無規的流體脈衝來完成。優選地，該流體脈衝的大小和/或頻率和/或持續時間是無規的。優選，該流體包括氣體。進一步優選，該氣體呈氣泡形式。優選，流體包括兩相氣/液混合物。優選地，所述脈衝兩相氣/液混合物是由具有基本恆定的氣體供給的裝置產生的。
附圖簡要說明下面將僅通過實施例的方式參照附圖描述本發明的優選實施方案，其中

圖1是根據本發明的一個實施方案的膜組件的簡要示意性橫截面正視圖；圖2顯示了在脈衝活化階段的圖1的組件；圖3顯示了在完成脈衝兩相氣/液流體階段之後的圖1的組件；圖4是根據本發明的第二實施方案的膜組件的簡要示意性橫截面正視圖；圖5是根據本發明的第三實施方案的水處理系統的簡要示意性橫截面正視圖；圖6是圖1的實施方案中所示類型的膜組件的陣列的簡要示意性橫截面正視圖；圖7A和7B是顯示脈衝氣提裝置內的操作液體的水平的膜組件的簡要示意性橫截面正視圖；圖8是在圖1的實施方案中所示類型的膜組件的簡要示意性橫截面正視圖，顯示了該脈衝氣提泵中的汙泥累積；圖9是顯示該汙泥去除工藝的一種實施方案的膜組件的簡要示意性橫截面正視圖；圖10是脈衝液體流型式和供給的空氣流速隨時間的變化圖；和圖11是對比使用氣提裝置和根據本發明的脈衝氣提裝置的清洗效率的膜滲透率隨時間的變化圖。
優選實施方案的描述參照附圖，圖1 3顯示了根據本發明的一個實施方案的膜組件配置。該膜組件5包括多個安裝在下封裝頭7中並由其延伸的可滲透的中空纖維膜束6。在該實施方案中，將該膜束分隔開以在該膜束6之間提供空間8。可以理解，可以在該組件5內採取任何期望的的膜設置。在該下封裝頭7中提供有多個開口 9以允許流體通過其從位於該下封裝頭7之下的分布腔10流入。脈衝氣提泵裝置11提供在該分布腔10之下並與其流體連通。該脈衝氣提泵裝置11包括在其下端13敞開並具有與其上端相鄰的氣體入口 14的倒置氣體收集腔12。中心提升管15延伸通過該氣體收集腔12並與分布腔10的底部流體連接且在其下端16敞開。該提升管15在沿其長度的中途具有一個或多個開口 17。管狀槽18在低於開口 17的位置從提升管15在周圍和向上延伸。
在使用中，該組件5浸沒在液體給料19中，將加壓氣體源基本連續地施加到氣體入口 14。該氣體逐漸替代該倒置氣體收集腔12內的液體給料19，直至其達到開口 17的水平面。此時，如圖2中所示，該氣體衝破該開口 17上的液體密封，湧過該開口 17並向上通過該中心提升管15，產生氣泡和給料液體的脈衝，該脈衝流動通過分布腔10並進入該膜組件5的底部。該氣體的快速湧出還將液體抽吸通過該提升管15的底部開口 16，產生高速的兩相氣/液流。然後該兩相氣/液流流動通過該開口 9以衝刷該膜6的表面。該槽18防止了該開口 17的即刻再次密封並使得該氣/液混合物在最初脈衝之後短時間內連續流動。該氣體的最初湧動提供了液體轉移的兩個階段噴射和抽吸。當該氣泡彈(slug)最初釋放到提升管15中時發生該噴射階段，產生強浮力將氣體和液體快速噴射通過該提升管15並接著通過該膜組件5以對該膜表面產生有效的清洗作用。該噴射階段之後是抽吸或虹吸階段，其中氣體快速流出該提升管15由於密度差而產生臨時的壓力降，導致液體被抽吸通過該提升管15的底部16。由此，在該最初的快速兩相氣/液流之後是降低的液體流速，其也能通過開口 17吸入另外的氣體。然後用給料液體再次填充該氣體收集腔12，如圖3中所示，該過程再次開始，產生對該組件5內的膜6的兩相氣/液清洗的另一個脈衝。由於該過程的相對無控制性，該脈衝的頻率和持續時間通常是無規的。圖4顯示了圖1 3的實施方案的另一種變型。在該實施方案中，提供了混合設置，其中除該脈衝兩相氣/液流之外，還在開口 20處向該提升管15的上部或下部提供了穩態氣體供給，以產生由間歇脈衝兩相氣/液流補充的通過該組件5的恆定氣/液流。圖5顯示了關於圖1 3的實施方案所述類型的組件35和泵裝置11的陣列。該組件5位於給料罐36中。在操作中，由各泵裝置11產生的氣泡脈衝對各組件5無規發生，導致在該給料罐36內脈衝氣泡產生的總體無規分布。這在該給料罐36內產生恆定但無規或混亂變化的液體給料攪動。圖6顯示了本發明應用於使用膜生物反應器的水處理系統中的一種設置。在該實施方案中，在生物反應器罐21和膜罐22之間提供該脈衝兩相氣液流。所述罐通過倒置氣體收集腔23結合在一起，其中該倒置氣體收集腔23具有一個位於該生物反應罐21內的垂直延伸壁24和位於該膜罐22內的另一垂直延伸壁。壁24在該生物反應罐21內延伸到比膜罐22內的壁25更低的深度。該氣體收集罐23被該生物反應罐21和膜罐22之間的連接壁26分隔開，限定出兩個隔室27和28。將氣體(典型地為空氣)通過開口 29提供到該氣體收集腔23。膜過濾組件或裝置30位於膜罐22內垂直壁25的下端之上。在使用中，將氣體在壓力下通過開口 29提供給該氣體收集腔23，導致腔室23內的水的水平降低直至其到達壁25的下端31。在該階段，氣體從隔室27中通過該壁25快速逃逸並作為氣泡向上通過該膜罐22，產生通過該膜組件30的兩相氣/液流。該氣體的湧出還導致氣體收集腔23的隔室28內的氣體的快速減少，使得另外的水被從該生物反應罐21虹吸並進入該膜罐22中。可以用與氣體源(未示出)連接的閥門(未示出)控制通過開口 29的氣流。可以用控制器裝置(未示出)操作該閥門。可以理解，上述實施方案中所述的脈衝流產生清洗裝置可以使用各種已知膜構造，且並不限於所示的特定設置。該裝置可以與膜組件或組件的組合直接連接。將氣體(典型地為空氣)連續供給該裝置，產生用於膜清洗和表面更新的脈衝兩相氣/液流。該脈衝流是通過該裝置使用連續氣體供給產生的，然而，可以理解，在使用非連續氣體供給時也可以產生脈衝流，但具有不同的脈衝形式。在一些應用中，已經發現脈衝氣提泵裝置11內的液體的水平在水平A和B之間變化，如圖7A和7B中所示。在該氣提泵裝置11內的頂端，通常留有由於形成氣窩而導致液相不能到達的空間37。當這種泵裝置11在高固態環境中(例如在膜生物反應器中)操作時，浮渣和/或脫水汙泥39可能會逐漸累積在位於該泵裝置11頂端處的空間37中，這最終可能導致氣體流動通道40的堵塞，導致降低的脈衝作用或毫無脈衝作用。圖8顯示了這種情
旦
-5^ O已經確認了幾種用於克服該作用的方法。一種方法是將該注氣點38定位於低於在操作過程中達到的上液面以下的位置，圖7A和7B中的水平面A。當該液體的水平到達注氣點38或以上時，該氣體產生驅散在該泵裝置11的頂端附近可能累積的浮渣或汙泥的液體噴射41。圖9示意性地顯示了這種作用。該噴射41的強度與注氣點38和氣體流速有關。該方法可以防止汙泥在該泵裝置11內的任何長期累積。另一種方法是周期性排放該泵裝置11內的氣體以使在操作過程中該液體的水平到達泵裝置11內的頂端空間37。在這種情況下，該氣體的注入必須位於或接近該泵裝置11內的最高點，使得可以排放整個或幾乎整個該氣窩37。圖7中所示的氣體連接點38是一個例子。根據汙泥質量，可以在不同頻率下周期性地進行該排氣以防止在該泵裝置內產生任何長期乾燥的環境。在泵裝置11的操作中，還應指出，圖7中的液體的水平A可以根據氣體流速而改變。氣體流速越高，在該泵裝置11內的氣窩形成也越少。由此，另一種可以使用的方法是在操作過程中將高得多的空氣流 周期性注入到該泵裝置11內以驅散脫水汙泥。根據該裝置的設計，該作用所需的氣體流速比通常操作的氣體流速通常高約30%或更高。在一些裝置操作中這可以通過將氣體從其他膜罐轉移到選定的罐中以臨時產生短時間的流速高得多的氣流以驅散脫水汙泥來實現。或者，可以周期性地使用備用鼓風機(未示出)來短時間地供給更多的氣流。上述方法可以單獨或以組合方式使用，以實現長期穩定的操作和消除該泵裝置11內的任何浮渣/汙泥累積。
實施例—種典型的膜組件是由中空纖維膜組成的，具有1. 6m的總長度和38m2的膜表面積。脈衝流產生裝置與該典型的膜組件連接。在提升管的下端處設置槳輪流量計，以監控氣體提升的脈衝液體流速。圖10顯示了在7. SNmVhr的恆定氣體供給流速下該脈衝液體流速的快照。該快照顯示了進入該組件的液體流具有在高點和低點之間的無規或混亂型式。從低到高液體流速的頻率在約I 4. 5秒範圍內。未測定釋放到該組件的實際氣體流速，因為其與液體混合，但預期其流動型式與該液流類似，以混亂形式在高點和低點之間變化。在膜生物反應器中進行了通過脈衝和普通氣提裝置實現的膜清洗效果的比較。該膜過濾循環是12分鐘過濾接I分鐘釋放。在每個空氣流速下，測試兩個重複循環。兩組測試之間的唯一區別是與該組件連接的裝置——普通氣提裝置與脈衝氣提裝置的對比。根據在過濾過程中的滲透率降低來評價膜清洗效率。圖11顯示了使用兩種不同氣提裝置在不同空氣流速下的滲透率圖。從這些圖中顯而易見地得出使用脈衝氣提泵時膜汙垢率較低，因為其提供了比普通氣提泵隨時間變化的更穩定的滲透率。在典型的循環充氣設置和本發明的脈衝氣提充氣的性能之間進行進一步的對比。脈衝氣提的空氣流速為3m3/h，循環充氣的為6m3/h。測試IOs開/IOs關和3s開/3s關的循環充氣周期。選擇IOs開/IOs關的循環充氣來模仿大規模裝置的實際操作，閥的最快開關為10s。選擇3s開/3s關的循環充氣來模仿在脈衝氣提裝置的操作範圍內的頻率。在約30LMH的標準化的流量下測試性能，且該性能包括30分鐘的長過濾循環。下表I匯總了對脈衝氣提操作和兩種不同頻率的循環充氣操作的測試結果。與循環充氣操作相比，在短過濾和長過濾循環過程中脈衝氣提操作的滲透率降低明顯小得多。儘管高頻率循環充氣略微改善了該膜的性能，但該脈衝氣提操作保持了穩定得多的滲透率，證實了使用脈衝氣提設置的清洗過程更有效。
表I空氣衝洗(scouring)方式對膜性能的影響
權利要求
1.用流體流清洗浸沒在液體介質中的膜表面的方法，包括沿所述膜表面提供無規產生的間歇或脈衝流體流以從中去除汙垢材料的步驟。
2.權利要求1的方法，其中所述流體流包括氣流。
3.權利要求2的方法，其中所述氣流包括氣泡。
4.權利要求1的方法，其中所述流體流包括兩相氣/液流。
5.權利要求4的方法，其中所述方法包括使用供給加壓氣流的裝置產生脈衝兩相氣/液流。
6.權利要求5的方法，其中所述加壓氣流是基本恆定的。
7.權利要求1的方法，其中所述方法進一步包括將所述脈衝兩相氣/液流與基本恆定的兩相氣/液流結合使用。
8.權利要求1的方法，其中所述方法進一步包括在所述液體介質中提供另外的氣泡源。
9.權利要求1的方法，其中所述脈衝流體流的大小和/或頻率和/或持續時間是任意的。
10.膜組件，包括多個多孔膜或一組膜組件，和用於提供通常無規產生的脈衝流體流以使得在使用時所述流體流移動通過所述膜的表面以從中去除汙垢材料的裝置。
11.權利要求10的膜組件，其中所述流體流包括氣流。
12.權利要求11的膜組件，其中所述氣流包括氣泡。
13.權利要求11的膜組件，其中所述脈衝氣流是由所述具有氣體供給的裝置產生的。
14.權利要求10的膜組件，其中所述脈衝流體流包括兩相氣/液流。
15.權利要求10的膜組件，其中所述脈衝流體流的大小和/或頻率和/或持續時間是任意的。
16.權利要求10的膜組件，其中所述用於提供所述脈衝流體流的裝置進一步包括與所述裝置流體連通的分布器，且通過所述分布器將所述脈衝流體流分布到所述組件中。
17.權利要求10的膜組件，其中對各組件提供裝置。
18.權利要求10的膜組件，其中對多個組件提供裝置。
19.權利要求17或權利要求18的膜組件，其中所述脈衝流體流在所述裝置中無規產生，形成無規的分布型式。
20.從多個多孔中空纖維膜的表面去除汙垢材料的方法，所述多個多孔中空纖維膜安裝並縱向延伸在陣列中以形成膜組件，所述膜被彼此緊密鄰近設置並安裝以防止其間的過度運動，所述方法包括提供通過所述膜表面的通常無規的均勻分布的脈衝氣泡流的步驟，所述分布使得所述氣泡在所述陣列中的各膜之間基本均勻流動以衝洗所述膜的表面並從所述膜組件內去除累積的固體。
21.權利要求20的從多個多孔中空纖維膜的表面去除汙垢材料的方法，其中所述氣泡流包括兩相氣/液流。
22.權利要求21的從多個多孔中空纖維膜的表面去除汙垢材料的方法，其中所述脈衝兩相氣/液流是由具有基本恆定氣體供給的裝置產生的。
23.權利要求21或權利要求22的從多個多孔中空纖維膜的表面去除汙垢材料的方法，其中所述脈衝氣泡流的大小和/或頻率和/或持續時間是任意的。
24.膜組件，包括多個多孔中空纖維膜，所述纖維膜被彼此緊密鄰近設置並安裝以防止其間的過度運動，所述纖維膜的各端固定在集管中，還包括一個在其中具有一個或多個開孔的集管，通過所述開孔引入用於清洗所述中空纖維膜的表面的通常無規的脈衝氣流。
25.權利要求24的膜組件，其中所述脈衝氣流是氣泡的形式。
26.權利要求24或權利要求25的膜組件，其中所述脈衝氣流包括兩相氣/液流。
27.權利要求26的膜組件，其中所述脈衝兩相氣/液流是由具有氣體供給的裝置產生的。
28.權利要求27的膜組件，其中所述氣體供給是基本穩定的。
29.權利要求24或權利要求25的膜組件，其中所述脈衝氣流的大小和/或頻率和/或持續時間是任意的。
30.權利要求14或權利要求27的膜組件，其中所述裝置包括響應於來自與其連接的氣體源的所述加壓氣體供給操作的氣提泵裝置，用於儲存和間歇釋放加壓氣體，並使用所述釋放的氣體以氣提一定量來自液體儲蓄處的所述液體以產生所述脈衝兩相氣/液流。
31.權利要求30的膜組件，其中所述氣提泵裝置包括用於儲存由所述氣體源提供的所述氣體並具有位於所述液體儲蓄處內的上封閉端和下開口端的倒置氣體儲存腔、位於所述氣體儲存腔內且具有與所述液體儲蓄處流體連通的入口端和與所述膜組件流體連通的出口端的垂直提升管，所述提升管具有與所述氣體儲存腔流體連通的開口，其中所述氣體儲存腔被安置成用於在所述腔中的氣體含量達到預設含量時接收來自所述腔的所述儲存氣體，並將所述液體氣提通過所述提升管用於排放到所述組件中。
32.權利要求14或權利要求27的膜組件，其中所述氣體供給是由包含加壓氣體的外部罐提供的，所述罐與所述膜組件流體連通，並具有用於提供氣體的無規產生脈衝以形成用於清洗所述膜表面的氣泡流的控制裝置。
33.權利要求32的膜組件，其中所述控制裝置包括位於所述膜組件的氣/液入口中且可根據入口中的液體的水平操作以從所述外部罐中提供氣體的流體流控制裝置。
34.權利要求24的膜組件，其中所述裝置是與流體分布器流體連通而連接的，從而將所述脈衝的氣泡基本均勻地分布到所述組件中。
35.膜生物反應器，包括具有用於將給料引入其中的裝置的罐、用於在所述罐內形成活性汙泥的裝置、依照權利要求24的位於所述罐內以浸潰在所述汙泥中的膜組件，所述膜組件具有用於將濾液從所述膜的至少一端移除的裝置。
36.權利要求35的膜生物反應器的操作方法，所述方法包括將給料引入所述罐；對所述纖維施加真空以從其中去除濾液，同時提供所述脈衝氣流通過所述組件內的充氣開孔，以使得在使用時所述氣流運動通過所述膜纖維的表面以從中去除汙垢材料。
37.權利要求36的膜生物反應器的操作方法，進一步包括提供進一步的充氣源，可以提供在所述罐內。
38.權利要求36的膜生物反應器的操作方法，其中所述膜組件垂直懸浮在所述罐內，且所述進一步的充氣源提供在所述懸掛組件之下。
39.權利要求33的膜生物反應器的操作方法，其中所述進一步的充氣源包括一組透氣管。
40.水處理系統，包括罐、與所述罐流體連接的液體腔、與所述液體腔流體連接的氣體腔、和與所述氣體腔流體連接的膜組件。
41.權利要求40的水處理系統，進一步包括具有與所述液體腔連接的抽吸側和與所述氣體腔連接的排放側的氣體轉移系統。
42.權利要求40或權利要求41的水處理系統，進一步包括與所述液體腔流體連接的氣體源。
43.權利要求40的水處理系統，進一步包括包含所述膜組件的膜組件容器，且所述膜組件容器與所述罐水力連接。
44.水處理系統，包括與水源流體連接的液體儲蓄處、包含第一隔室和第二隔室的氣/液腔，第一隔室與所述液體儲蓄處流體連接，膜分離容器與所述第二容器水力連接。
45.權利要求44的水處理系統，進一步包括與所述膜組件水力隔離的腔室和與所述腔室連接的氣體源。
46.權利要求44或權利要求45的水處理系統，其中所述膜組件浸沒在膜罐中容納的混合液體中，所述膜罐與流體連接所述腔室的所述充氣區域水力連接。
47.衝洗膜組件的方法，包括 提供具有第一隔室和第二隔室的腔室； 在所述第一隔室和所述膜組件之間建立水力密封； 用液體至少部分填充所述第一隔室；和 將氣體引入所述腔室中。
48.權利要求47的衝洗膜組件的方法，其中所述方法進一步包括破壞所述水力密封，其中對所述水力密封的破壞將所述腔室內包含的至少一部分氣體釋放到所述膜組件，以及然後在所述第一隔室和所述膜組件之間再次建立所述水力密封。
49.權利要求47的衝洗膜組件的方法，其中所述方法進一步包括對所述水力密封再次破壞和再次建立，以產生所述腔室內包含的至少一部分氣體的脈衝釋放。
50.權利要求47的衝洗膜組件的方法，其中所述方法包括將液體引入所述第二隔室中。
51.權利要求47的衝洗膜組件的方法，其中所述將氣體引入所述腔室中是基本連續進行的。
52.清洗位於包含液體的容器中的過濾膜的方法，通過在所述容器內的多個位置處在所述液體內提供通常無規的流體脈衝。
53.權利要求52的方法，其中所述流體脈衝的大小和/或頻率和/或持續時間是任意的。
54.權利要求52的方法，其中所述流體包括氣體。
55.權利要求54的方法，其中所述氣體包括氣泡。
56.權利要求52的方法，其中所述流體包括兩相氣/液混合物。
全文摘要
本發明涉及使用脈衝氣提泵的膜清洗，具體涉及用流體流清洗浸沒在液體介質中的膜表面的方法，包括沿該膜表面提供無規產生的間歇或脈衝流體流以從中去除汙垢材料的步驟。還公開了膜組件，包括多個多孔膜(6)或一組膜組件(5)和用於提供無規產生的脈衝流體流以使得在使用時所述流體流移動通過所述膜(6)的表面以從中去除汙垢材料的裝置(11)。
文檔編號C02F3/12GK103055703SQ20121056468
公開日2013年4月24日 申請日期2008年5月29日 優先權日2007年5月29日
發明者査富芳, G.賈梅斯, J.E.朱巴克, P.昭納, R.W.費爾普斯 申請人:西門子工業公司