專利名稱：采用浸入式膜的水過(guò)濾的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用浸入式膜的水過(guò)濾。
背景技術(shù)：
以下對(duì)本發(fā)明背景的描述并不是認(rèn)可在此所述的任何信息在任何 國(guó)家都可被引用作為現(xiàn)有技術(shù)或本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知常識(shí)的一部 分。
浸入式膜是在滲透期間可以浸入在保持于環(huán)境壓力下的液體，例 如水中的過(guò)濾膜。已過(guò)濾的水或滲透液通過(guò)施加橫跨膜的壓差或膜供 給或滯留液側(cè)的液壓頭被提取通過(guò)膜到達(dá)膜的滲透液側(cè)，其中橫跨膜 的壓差通過(guò)泵的抽吸作用或虹吸作用產(chǎn)生，液壓頭通過(guò)將膜浸入在液 體中一定深度而產(chǎn)生。多個(gè)膜通常被聚集成例如可被稱為模塊或箱的 各種單元。膜可以是多種結(jié)構(gòu)，例如平板或中空纖維。在美國(guó)專利 No.5，192，456中描述了平板膜單元的實(shí)例。在美國(guó)專利No.5,639，373、 No.6，790，360、 No.6，555，005以及No.6，325，928中描述了中空纖維膜單 元的實(shí)例。
在水過(guò)濾中，膜用于將供給水分成滲透液流和滯留液流。示例性 應(yīng)用包括過(guò)濾地下水或地表水以提供飲用水，以及過(guò)濾工廠流出的廢 水以在排放之前改善其質(zhì)量。盡管在供給水中可能出現(xiàn)一定的生物活 性，但供給水的生物處理不是廢水處理的主要關(guān)注點(diǎn)。在水過(guò)濾中的 供給水比用于廢水處理的供給水趨于具有更低的固體含量。例如，供 給水的總的懸浮固體含量的范圍在0.005g/L或更少到大約0.1g/L。絮
凝作用或其它化學(xué)或生物預(yù)處理可用于提高供給水的過(guò)濾性并且可以
導(dǎo)致從絮凝罐流到膜罐的供給水具有高達(dá)大約0,2g/L的固體含量 (TSS)。 一些預(yù)處理不適于用在以下分工藝中其中周期性地將罐 的水完全排掉，原因是化學(xué)品在它們完全使用之前就被浪費(fèi)了或者因 為化學(xué)劑的濃度必須保持在較窄的范圍內(nèi)。
在美國(guó)專利No.6，156，20f)中描述了水過(guò)濾工藝的一個(gè)實(shí)例。在該 工藝中，對(duì)于滿罐，每30分鐘的抽吸時(shí)間段之后是回洗和空氣沖洗步 驟。每3-10個(gè)抽吸周期之后，罐就被完全排干并被再次填充。
在美國(guó)專利No.6,303，035中描述了水過(guò)濾工藝的另一些實(shí)例。在 一個(gè)工藝中，過(guò)濾循環(huán)包括以下步驟將罐填充到膜以上的水位，將 滲透液抽取通過(guò)膜同時(shí)罐內(nèi)的水位于膜之上；然后給膜通氣以除去膜 上的固體以及回洗膜同時(shí)對(duì)罐進(jìn)行排水。
在國(guó)際專利公開(kāi)WO01/36075中描述了水過(guò)濾工藝的另一實(shí)例。 膜模塊被布置成基本上覆蓋罐的橫截面。過(guò)濾循環(huán)具有緊跟有稀釋步 驟的滲透步驟。在滲透期間，供給水基本上等于移走的滲透液。在稀 釋期間，利用沖洗氣泡進(jìn)行的通氣與回洗和補(bǔ)給供給水中的一個(gè)或兩 個(gè)一起從模塊下方進(jìn)行。多余的罐內(nèi)水大體上向上流過(guò)模塊并從罐頂 部的溢出區(qū)流出。
在美國(guó)專利No.6，375，848中描述了其它示例性工藝。 一個(gè)工藝以 多個(gè)重復(fù)的循環(huán)的方式進(jìn)行。該循環(huán)以膜浸入在罐內(nèi)水中開(kāi)始。滲透 液被泵送通過(guò)膜，同時(shí)以滲透液移走的流量增加供給水以保持膜被浸 入。在2到5小時(shí)的滲透之后，罐中的排水閥打開(kāi)并且供給水流的流 量相應(yīng)地提高以保持膜被浸入，并且滲透繼續(xù)進(jìn)行。排水閥打開(kāi)25 分鐘，罐體積的100%到300%的水被排放掉。當(dāng)罐內(nèi)水的固體濃度降 低至少60%時(shí)，排水閥關(guān)閉并且新的循環(huán)開(kāi)始。在同一發(fā)明描述的另 一工藝中，膜模塊被浸入在罐內(nèi)。供給水連續(xù)地進(jìn)入罐內(nèi)以保持膜被 浸入。除了膜回洗的時(shí)間段外，滲透液穿過(guò)模塊從罐中連續(xù)地流出。 罐內(nèi)水通過(guò)排水從罐中連續(xù)流出但其流量?jī)H是供給水流量的20%。膜 被連續(xù)通氣以清洗膜并混合罐內(nèi)的水。
可以通過(guò)取決于具體應(yīng)用的各種參數(shù)中一個(gè)或多個(gè)來(lái)測(cè)量水過(guò)濾 系統(tǒng)的性能?？梢钥紤]的一個(gè)參數(shù)是回收率，它指每單位體積的供給 水所產(chǎn)生的滲透液的比例?；厥章试礁?，則必須被排放或進(jìn)一步處理 的滯留液的體積越低?？梢钥紤]的另一參數(shù)是通氣的能量成本。許多 浸入式膜系統(tǒng)使用通氣或空氣沖洗以防止膜積垢。給膜單元通氣所需 的能量是一項(xiàng)重要的年度費(fèi)用并且是膜系統(tǒng)壽命周期成本的主要部 分。可以考慮的另一參數(shù)是膜的積垢率。膜積垢的速率影響膜單元在 其需要被更換之前持續(xù)的時(shí)間以及保持該單元運(yùn)行在可接受的滲透性 或流量下所需的化學(xué)清洗或通氣作用。膜積垢與許多因素有關(guān)，包括 通氣和回洗的有效性以及膜供給側(cè)或滯留液側(cè)的固體濃度。需要提供 根據(jù)這些參數(shù)中的 一個(gè)或多個(gè)運(yùn)行良好的水過(guò)濾系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，或至少對(duì)現(xiàn)有技術(shù)提 供一種有效的替換方案。本發(fā)明的另一目的是提供一種使用浸入式膜 對(duì)水進(jìn)行過(guò)濾的工藝或裝置。這種工藝或裝置改善回收率、通氣能量 成本或膜積垢率中的一個(gè)或多個(gè)。以下的概括是要向讀者介紹本發(fā)明， 而不是要限定本發(fā)明，因?yàn)檫€可以對(duì)本申請(qǐng)文件的這一部分或其它部 分，例如權(quán)利要求所述的裝置元件或工藝步驟進(jìn)行組合或變型。
一方面，本發(fā)明涉及一種用于對(duì)浸入式膜進(jìn)行回洗從而減小每次 回洗或稀釋所排放的水的體積的方法。對(duì)于以分批模式運(yùn)行的浸入式 膜系統(tǒng)，在通過(guò)對(duì)膜罐排水而將水周期性地排放的情況下，在過(guò)濾循 環(huán)時(shí)間(給罐排水事件之間的時(shí)間)和所排放的水體積之間存在一種 關(guān)系。
其中
~=過(guò)濾循環(huán)時(shí)間 ^V-所排放的水的體積
込=(平均)凈過(guò)濾流量 / =回收率(濾液/供給水)
通過(guò)將所排放的水的體積降至最小，可以減少過(guò)濾循環(huán)時(shí)間，同 時(shí)保持相同的系統(tǒng)回收率。更短的過(guò)濾循環(huán)時(shí)間通過(guò)減少膜積垢導(dǎo)致 膜性能提高(因?yàn)槿绻碌难h(huán)以高度稀釋的罐內(nèi)水開(kāi)始，則膜運(yùn)行 在平均固體濃度較低的水中)，并因此使膜系統(tǒng)以更高的通量設(shè)計(jì)和 運(yùn)行?？蛇x地，所排放的水體積的降低使膜系統(tǒng)以更高的系統(tǒng)回收率 運(yùn)行，而不影響過(guò)濾循環(huán)時(shí)間和膜性能。雖然罐可以在兩個(gè)循環(huán)之間 被完全排空，但所排放的水體積也可以等于或小于罐的體積，并且可 以通過(guò)在給罐排水之前使?jié)B透液流回到罐內(nèi)而對(duì)膜進(jìn)行回洗。
另一方面，本發(fā)明涉及一種具有在回洗或給罐排水步驟之前的滲 透液下降步驟的分批的膜過(guò)濾工藝。該工藝從對(duì)罐進(jìn)行填充開(kāi)始，然 后滲透，同時(shí)增加供給水以保持位于罐內(nèi)膜上方的大體恒定的水位。 在該步驟之后，膜罐內(nèi)的水位在滲透液下降步驟中下降到降低的水位， 滲透液下降步驟包含減少或停止對(duì)膜罐進(jìn)行供水但繼續(xù)進(jìn)行滲透，以 降低膜罐內(nèi)的水位。水位甚至可以降低到膜的 一部分暴露于空氣中的 程度。然后對(duì)膜系統(tǒng)進(jìn)行回洗以從膜孔中并從膜表面去除固體?？蛇x 擇地，膜罐內(nèi)降低的水位可以使得反向沖刷使膜纖維完全再次浸入， 或者使得膜的一部分保持暴露于空氣中。在回洗之后，可以給膜罐排 水?？蛇x地，在對(duì)罐進(jìn)行排水之前可以使用第二滲透液下降步驟以再 次降低水位。可以在水位已經(jīng)下降之前或之后對(duì)膜進(jìn)行回洗。利用或 不利用第二滲透液下降步驟，膜的一部分都可以在給罐排水開(kāi)始時(shí)暴 露于空氣中。膜纖維還可以在滲透液下降步驟或多個(gè)滲透液下降步驟、 回洗步驟、給罐排水步驟中的一個(gè)或多個(gè)期間或者在這些步驟中的任 意步驟之前或之間進(jìn)行空氣沖洗。這些步驟中的一些還可以與其它步 驟重合。
另一方面，本發(fā)明涉及一種用于提高通氣效率以防膜積垢的工藝。 發(fā)明人已經(jīng)觀察到，盡管有常規(guī)的回洗、通氣或化學(xué)清洗，但固體或 污泥仍然可能積聚在膜纖維周圍。特別地，污泥可能堆積在垂直纖維 模塊的下集管上方的一層中、上集管下方的一層中、或者這些或其它 類型的模塊的在普通的空氣沖洗下難以與氣泡接觸的其它區(qū)域。用于 減小污泥積聚在浸入在液體內(nèi)膜纖維上的工藝包括將液體水位降低到 膜的具有污泥積聚的區(qū)域或其附近，并在液面位于該水位處時(shí)提供一 段時(shí)間的空氣沖洗，以從膜纖維上去除污泥或固體。盡管本發(fā)明并不 限于這一理論，但發(fā)明人相信在降低的水面處脹破的氣泡所釋放的能 量能非常有效地去除模塊的問(wèn)題區(qū)域中的污泥或固體堆積。污泥可以 通過(guò)其后將罐的剩余水排掉而直接從膜罐中移走，或者晚一點(diǎn)移走， 例如在罐已經(jīng)再次填充之后移走。
另一方面，提供了一種可選方案以對(duì)膜單元，特別是在上集管和 下集管之間延伸或者從單個(gè)集管向下延伸的垂直中空纖維的元件進(jìn)行 通氣。膜單元通常在罐被填充到單元的頂部或其上方的情況下進(jìn)行通 氣。作為替代，罐的水位降低至某一水位附近，該水位在上集管或限 制垂直向上流動(dòng)通過(guò)單元的其它結(jié)構(gòu)下方，例如上集管底部以下1厘
米到10厘米或者2厘米到6厘米，同時(shí)對(duì)所述元件通氣。這樣有助于 防止對(duì)膜的破壞，所述破壞有可能是由于在上升的氣泡撞擊上集管底 部并側(cè)向移動(dòng)以從模塊中逸出時(shí)的能量耗散所產(chǎn)生。但是在罐內(nèi)水的 表面處所釋放的能量也能清洗膜的上部區(qū)域。
在一些實(shí)施例中，以上所述的工藝與過(guò)濾系統(tǒng)，例如具有滲透和 稀釋循環(huán)的一個(gè)系統(tǒng)的操作步驟相結(jié)合。
在其它方面，本發(fā)明提供了多種其它的過(guò)濾工藝。這些過(guò)濾工藝 例如可以用在新的設(shè)備中或用作現(xiàn)有設(shè)備，例如具有連續(xù)通氣的供給 和排放設(shè)備的改進(jìn)。在改進(jìn)具有連續(xù)通氣的現(xiàn)有的供給和排放設(shè)備之 后，該工藝可以以可以接受的成本降低所需通氣量以完成所述變化。 例如，現(xiàn)有的供給和排放設(shè)備不能快速地排放大體積的水。因此，將 這種設(shè)備轉(zhuǎn)變成在滲透停止的同時(shí)將罐排空的成本是昂貴的。即使在 新建造的設(shè)備中，在滲透步驟之間將罐的整個(gè)體積排放掉也會(huì)增加設(shè) 備的成本，并且還會(huì)妨礙或阻止使用一些所需的預(yù)處理方法。因此， 所描述的工藝是在滲透步驟之間并不將罐排空。
一方面，本發(fā)明提供了一種循環(huán)工藝，其中在很少或沒(méi)有任何滯 留液離開(kāi)罐的滲透時(shí)間段之后，膜被反向沖刷和通氣。在反向沖刷之
后，排掉罐的一部分，例如罐的大約10%-25%的水。在這種部分排水 期間通氣可以繼續(xù)進(jìn)行，并且由于膜的大部分，例如75%或更大部分 保持浸入而保持有效。在中空纖維豎直定位的情況下，模塊的下部可 能會(huì)更快地積垢并且不能通過(guò)部分排水來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)這部分模塊的通氣。 在部分排水之后，對(duì)罐進(jìn)行再次填充并且開(kāi)始下一循環(huán)中的滲透。
另 一方面，本發(fā)明提供了 一種具有大體上連續(xù)的廢料排放的工藝。 滲透大體上也是連續(xù)的，但例如為了回洗可以周期性地停止。在該回 洗期間和在兩次回洗之間間歇地進(jìn)4亍通氣。與連續(xù)的通氣工藝相比， 間歇地通氣減少了所使用的空氣量。
另一方面，本發(fā)明提供了一種除了用于周期性的回洗之外滲透大 體上連續(xù)的循環(huán)工藝。在回洗期間進(jìn)行通氣并且通氣可以在回洗后持 續(xù) 一段時(shí)間。在回洗期間提供從罐中流出的滯留液并且可以持續(xù)超過(guò) 回洗和通氣步驟，例如循環(huán)持續(xù)時(shí)間的四分之一或三分之一，但小于 整個(gè)循環(huán)持續(xù)時(shí)間，例如循環(huán)持續(xù)時(shí)間的三分之二或二分之一或更少。 滯留液流動(dòng)的時(shí)機(jī)與從膜中釋放出的固體通過(guò)通氣和回洗被分散在罐 內(nèi)水中并更有可能在滯留液流中以更高濃度移走的時(shí)間段相一致。在 每次循環(huán)中移走的滯留液體積提供了所要求的回收率并可以比罐體積 小，例如小于罐體積的50。/。或在罐體積的5%-30%或5%-20%之間。
通過(guò)以上所述的任意工藝，過(guò)濾循環(huán)時(shí)間可以是45或40分鐘或 更少、30分鐘或更少或者20分鐘或更少?；厥章士梢灾辽偈?0%或 者至少是90%或者在90%到95%之間。過(guò)濾流量是膜通量和表面面 積的函數(shù)。膜通量可以是40L/m2/h或更大或者50 L/m2/h或更大或者 60 L/m2/h或更大。對(duì)于每毛立方米的罐體積，膜表面面積可以是 250|112或350 1112或更大，或者750 1112或更少。罐體積以一基準(zhǔn)或設(shè)計(jì) 水位測(cè)量，所述基準(zhǔn)或設(shè)計(jì)水位可以是在罐剛好充滿且罐內(nèi)水大約處 于膜單元頂部的水位。作為滲透液提取的水量可以是每小時(shí)5倍到70 倍于罐體積或者每小時(shí)6倍到40倍于罐體積。罐滯留時(shí)間一移出 一個(gè)
罐體積的滲透液所需的時(shí)間，可以是在1.5分鐘到IO分鐘之間，或者 對(duì)于過(guò)濾中等或高固體含量的供給水的工藝在5分鐘到10分鐘之間， 或者對(duì)于過(guò)濾低或中等固體含量的供給水的工藝在1.5到7.5分鐘之 間。該工藝可以是非再循環(huán)的。在回洗工藝中再次進(jìn)入罐內(nèi)的滲透液 的量可以在罐體積的10%到40%或50%之間，或者在罐體積的20% 到30%之間。對(duì)于包括罐體積的工藝計(jì)算，例如相對(duì)于罐體積，與移 走的滯留液或滲透液的或者返回的回洗水的體積有關(guān)的計(jì)算、罐滯留 時(shí)間以及相關(guān)的計(jì)算，膜單元自身所占據(jù)的體積從總的罐體積中減去。 循環(huán)時(shí)間、滲透液移走量以及移走的滯留液的量是相關(guān)的并可以被選 擇以得到所需的回收率。
另 一方面，本發(fā)明涉及一種在對(duì)罐進(jìn)行填充步驟期間對(duì)膜單元進(jìn) 行通氣的工藝。
在其它方面，本發(fā)明提供上述任意兩個(gè)或多個(gè)方面所有可能的組 其它方面。


現(xiàn)在參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述。 圖l是過(guò)濾裝置的示意圖。 圖2、 3和4表示出多種膜箱。 圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的工藝的流程圖。 圖6和7表示另一裝置的側(cè)視圖和平面圖。 圖8是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的另一工藝的流程圖； 圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的另一工藝的流程圖； 圖IO是膜罐在圖8所示的工藝開(kāi)始處的示意圖； 圖11是圖10所示的膜罐處于圖8所示的工藝的后續(xù)步驟處的示 意圖；以及
圖12是膜罐處于圖9所示的工藝的一個(gè)步驟處的示意圖。 圖.13、 14和15是根據(jù)本發(fā)明其它實(shí)施例的工藝的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下文對(duì)膜單元、過(guò)濾裝置元件以及總的分批的供給和排放工藝的 總體描述適用于下面進(jìn)一步描述的其它實(shí)施例，盡管該總體描述與任 何特定實(shí)施例的描述都不一致。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1到圖4，示出了反應(yīng)器IO，其用于對(duì)具有固體的供 給液進(jìn)行處理，以產(chǎn)生固體濃度降低的已過(guò)濾的滲透液和固體濃度提 高的滯留液。這種反應(yīng)器10有許多潛在的應(yīng)用并可以例如用于從諸如 湖、井或水庫(kù)的水源中形成可飲用的、市政或居住用水，用于廢水的 三重過(guò)濾，或者用于過(guò)濾工業(yè)用水。這種供給水通常包含膠體、懸浮 固體、細(xì)菌以及其它顆粒或物質(zhì)，它們必須被過(guò)濾掉，并且無(wú)論是否 為固態(tài)都總體稱為固體。反應(yīng)器IO可以各種方式變化，包括提供預(yù)處 理階段或后處理階段。下文的描述用于介紹使用本發(fā)明的示例性系統(tǒng) 而不是要將本發(fā)明限定于特定的反應(yīng)器。
第一反應(yīng)器10包括將待處理的供給水14從水源16通過(guò)入口 18 泵送到罐20的給水泵12，供給水在罐20內(nèi)變成罐內(nèi)水22?？蛇x地， 也可使用重力給水，其中用給水閥替換給水泵12。每個(gè)膜24具有不 與罐內(nèi)水22接觸并且由于其在膜24內(nèi)側(cè)而不可見(jiàn)的滲透液側(cè)，以及 與罐內(nèi)水22接觸的滯留液側(cè)。膜24可以是中空纖維膜24，對(duì)于中空 纖維膜24的外表面是滯留液側(cè)并且膜24的內(nèi)腔是滲透液側(cè)。
膜24連接成元件8。所示的元件8是可使用的一種膜單元的實(shí)例， 盡管如此，本發(fā)明也可以使用其它的膜單元。在元件8中，每個(gè)膜24 連接到一個(gè)或多個(gè)集管26上。每個(gè)集管26可以固定膜24的閉合端或 閉合環(huán)路，或者可以固定膜24的開(kāi)口端并有助于將膜24的開(kāi)口端連 接到滲透液收集通道上。膜24的開(kāi)口端由封裝材料環(huán)繞，以在膜24 的外側(cè)和集管26之間形成不漏水的連接，同時(shí)保持膜24的滲透液側(cè) 與至少一個(gè)集管26中的滲透液通道流體連通。集管26的滲透液通道 通過(guò)滲透液閥34與滲透液收集器30和滲透液泵32連接。通過(guò)滲透液 收集器30的滲透液流中帶走的空氣被收集在空氣收集器70中，空氣
收集器70通常位于滲透液收集器30中的至少局部高點(diǎn)上?？諝馐占?器70通過(guò)集氣閥72周期性地排空空氣或具有泵以排出空氣，集氣閥 72可以例如在膜24回洗時(shí)打開(kāi)以向大氣排;^文空氣。通過(guò)出口閥39在 滲透液出口 38處產(chǎn)生可供使用的已過(guò)濾的滲透液36。存儲(chǔ)罐閥64可 以周期性地打開(kāi)以使?jié)B透液36可以進(jìn)入存儲(chǔ)罐62。已過(guò)濾的滲透液 36在用作飲用水之前需要后處理，但應(yīng)該具有可以接受的膠體和其它 懸浮固體含量。
在大型反應(yīng)器10中，多個(gè)元件8可以組裝在一起形成箱28,箱 28可以連接在一起形成其它更大的膜單元?？梢杂卸鄠€(gè)滲透液收集器 30、滲透液泵32或其它部件。在圖2、 3和4中示意性表示了箱28 的實(shí)例。所示類型的每個(gè)元件8可以具有一束或多束lcm到10cm寬 的中空纖維膜24。也可以使用其它類型的元件8和箱28或其它膜單 元。膜24可具有微濾或超濾范圍的平均孔徑，例如在0.003微米到10 微米之間或0.02微米到1微米之間。元件8也可以僅具有一個(gè)滲透集 液管26,在這種情況下，沒(méi)有通向其它集液管26的滲透線。集液管 26還可以具有開(kāi)口以使水或空氣可以流過(guò)集液管26。
參照?qǐng)D3，例如，多個(gè)元件8連接到共用的滲透液收集器30上。 膜24豎直地定位在豎直平面上。根據(jù)膜24的長(zhǎng)度和罐20的深度，圖 3所示的多個(gè)箱28還可以一個(gè)疊》文在另一個(gè)上。參照?qǐng)D2和4，元件 8被示出處于可選的方位。在圖2中，膜24被定位在水平面內(nèi)，并且 滲透液收集器30連接在一個(gè)疊放在另一個(gè)上的多個(gè)元件8上。在圖4 中，膜24水平地定位在豎直平面內(nèi)。根據(jù)圖4中集液管26的深度， 滲透液收集器30也可以連接在一個(gè)疊放在另一個(gè)之上的這些多個(gè)箱 28上。為了清楚起見(jiàn)，在圖2、 3和4中表示的箱28已經(jīng)被簡(jiǎn)化，實(shí) 際的箱28通常具有在一起更靠近的元件8、更多的元件8以及將它們 固定在一起的框架。
箱28或其它膜單元可以由具有不同形狀，例如圓柱形的元件8 以及連接在單個(gè)集液管26上成圏纖維束或一端固定在集管26上而另 一端松散的纖維束形成。類似的模塊、單元或箱28也可以用管狀膜替
代中空纖維膜24形成。對(duì)于平板膜24，成對(duì)的膜24可連接以在膜之 間形成閉合表面并使適當(dāng)?shù)墓苈房梢耘c閉合表面的內(nèi)部相連的集管或 殼體上。這些單元中的幾個(gè)可以連接在一起以形成平板膜箱。市售的 中空纖維膜箱28包括由ZENON Environmental Inc.制造并以商標(biāo) ZEE WEED銷售的箱，例如ZEE WEED500或ZEE WEED1000產(chǎn)品。
為了不時(shí)地提供化學(xué)清洗，在化學(xué)品罐68內(nèi)設(shè)置清洗用化學(xué)品， 例如次氯酸鈉、氫氧化鈉或檸檬酸。在化學(xué)回洗閥66打開(kāi)時(shí)，滲透液 閥34、出口閥39以及回洗閥60都關(guān)閉?；瘜W(xué)品泵67運(yùn)行以推動(dòng)清 洗用化學(xué)品通過(guò)過(guò)化學(xué)回洗管69并且然后反方通過(guò)滲透液收集器30 以及膜24的壁。在化學(xué)清洗結(jié)束時(shí)，化學(xué)品泵67斷開(kāi)并且化學(xué)品泵 66關(guān)閉。優(yōu)選地，化學(xué)清洗之后緊跟有滲透液回洗，以在滲透恢復(fù)之 前清潔滲透液收集器30和膜24的清洗用化學(xué)品?；瘜W(xué)清洗還可以通 過(guò)用化學(xué)品溶液填充罐20并將溶液抽吸通過(guò)膜24來(lái)進(jìn)行。
為了填充罐20,給水泵12將供給水14從水源16通過(guò)入口 18泵 送到罐20,供給水在罐20處變成罐內(nèi)水22。當(dāng)罐內(nèi)水20的水位首次 完全覆蓋罐20內(nèi)的膜24時(shí)，罐20就算滿了，但罐20也可以在其它 時(shí)候具有處于該水位以上的罐內(nèi)水22，并且可以運(yùn)行在位于滿水位之 上的設(shè)計(jì)水位的情況下。
為了進(jìn)行滲透，滲透液閥34和出口閥39打開(kāi)，并且滲透液泵32 開(kāi)啟。相對(duì)于環(huán)繞膜24的罐內(nèi)水22在膜24的滲透液側(cè)上形成負(fù)壓。 所得到的橫跨膜的壓力可以在lkPa到100kPa之間，或者在20kPa 到85kPa之間，該壓力將罐內(nèi)水22抽吸通過(guò)膜24 (而后^皮稱為滲透 液36),同時(shí)膜24濾除保留在罐內(nèi)水22內(nèi)的固體。因此，在滲透液 出口 38處產(chǎn)生可供使用的已過(guò)濾的滲透液36。存儲(chǔ)罐閥64周期性地 打開(kāi)使?jié)B透液36進(jìn)入存儲(chǔ)罐62以在回洗中使用。當(dāng)已過(guò)濾的滲透液 36從罐中移走時(shí)，在部分滲透時(shí)間或全部滲透時(shí)間期間，給水泵12 可以運(yùn)行以將罐內(nèi)水22保持在覆蓋膜24的水位處，例如罐的滿水位 或設(shè)計(jì)水位，從而解決滲透期間移走滯留液(如果有的話)的問(wèn)題， 或者移走泡沫(如果存在)或其它物質(zhì)(如果存在)的問(wèn)題。
為了回洗(可選地稱為反向沖刷或反向沖洗)膜，在滲透停止時(shí)，
回洗液閥60和存儲(chǔ)罐閥64打開(kāi)。滲透液泵32開(kāi)啟以將已過(guò)濾的滲透 液36從存儲(chǔ)罐62推動(dòng)通過(guò)回洗管63直到集液管26并反向通過(guò)膜24 的壁，由此除去一些連接在膜24上的固體。在回洗中，泵送通過(guò)一組 膜24的壁的水的體積可以是保持膜24的罐20的體積的10%到40。/。 之間，更經(jīng)常是在20%到30%之間。在回洗結(jié)束時(shí)，回洗閥60關(guān)閉。 作為采用滲透液泵32驅(qū)動(dòng)回洗的可選方式，也可以在然后旁過(guò)滲透液 泵32的回洗液管路63中設(shè)置分離的泵。借助于任一裝置，回洗都可 以持續(xù)15秒到1分鐘。當(dāng)回洗結(jié)束時(shí)，滲透液泵32然后斷開(kāi)并且回 洗閥60關(guān)閉。回洗期間的流量可以是滲透液流量的l-3倍，并且可以 以連續(xù)、間歇或脈沖形式提供。
為了提供沖洗空氣(可選地稱為通氣)，供氣泵50開(kāi)啟并且從進(jìn) 氣口 52通過(guò)空氣分配管54將空氣、氮?dú)饣蚱渌线m氣體吹送到位于 膜元件8或箱28下方、之間或與它們一體的通氣器56,并將氣泡58 分散到罐內(nèi)水22中，氣泡向上流經(jīng)膜24。
所提供的沖洗空氣的量取決于多個(gè)因素，但優(yōu)選地與通過(guò)通氣器 56的氣流的表觀速度有關(guān)。氣流的表觀速度定義為在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(1 個(gè)大氣壓和25度攝氏溫度)流到通氣器56的氣流流量除以被通氣器 56有效沖洗的橫截面積。可以通過(guò)操作供氣泵50來(lái)提供沖洗空氣， 以產(chǎn)生與表觀速度在0.005m/s到0.15m/s之間的氣流相對(duì)應(yīng)的空氣。 在空氣沖洗步驟結(jié)束時(shí)，供氣泵50斷開(kāi)。盡管空氣沖洗在膜24完全 浸入在罐內(nèi)水22時(shí)最有效，但它在膜24的一部分暴露于空氣中時(shí)仍 然有用?？諝鉀_洗在與回洗相結(jié)合時(shí)更有效。
有時(shí)也可以提供空氣沖洗以將膜24附近的罐內(nèi)水22中的固體分 散。這種空氣沖洗防止在滲透液提取通過(guò)膜24時(shí)靠近膜24的罐內(nèi)水 22過(guò)量地含有固體。對(duì)于這種空氣沖洗，可以以0.005m/s到0.015m/s 之間的氣流表觀速度連續(xù)地提供空氣或者以0.005m/s到0.15m/s之間 的氣流表觀速度間歇地提供空氣，例如每1-15分鐘提供5-180秒或每 1-4分鐘提供5-20秒。
為了從罐20中移走未過(guò)濾的罐內(nèi)水22—這根據(jù)移走罐內(nèi)水22的 速度和程度可以稱為排水、濾除、廢液清除或排放，排水閥40打開(kāi)以 使然后包含有濃度提高的固體并被稱為滯留液46的罐內(nèi)水22從罐20 通過(guò)滯留液出口 42流到排水管44或另外的處理區(qū)。滯留液泵48可以 開(kāi)啟以更快地給罐排水，但在許多設(shè)備中，罐只通過(guò)重力就足夠快速 排空，特別是在滲透期間需要廢液排放的情況下?？赡芑?到10分鐘 將充滿狀態(tài)的罐20完全排干，以及用較少的時(shí)間對(duì)罐20進(jìn)行部分地 排水。還可以通過(guò)從罐20頂部溢流或通過(guò)在中間高度處的管道或其它 導(dǎo)管從罐20中移走滯留液46。
在一般的過(guò)濾工藝中，罐內(nèi)水22可以與其它罐或蓄水池再循環(huán)。 可選地，基本上所有進(jìn)入罐20的供給水14都可以作為滲透液36或滯 留液46離開(kāi)罐20,且滯留液46不返回到罐20中。為了實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng) 的目的，其中通過(guò)分批、供給和排放或另一工藝，基本上所有進(jìn)入罐 20的供給水14都作為滲透液36或不會(huì)回到罐20的滯留液46離開(kāi)罐 20的這些工藝被稱為非再循環(huán)工藝。如果滯留液46不再進(jìn)一步過(guò)濾， 則非再循環(huán)工藝也可以被稱為單程工藝。如果滯留液46在下游的反應(yīng) 器中再次過(guò)濾，但仍然不返回到罐20中，則該工藝也可以被稱為多程 系統(tǒng)的第一程。其中未過(guò)濾的罐內(nèi)水22的大部分從罐20中移走并流 回到水源16，或通過(guò)帶有一些或全部被移走的罐內(nèi)水22的一些其它 通道回到罐20的工藝被稱為再循環(huán)工藝。下文所述的所有實(shí)施例都是 非再循環(huán)工藝，除非另有聲明。但是，本發(fā)明的各方面也可以適用于 再循環(huán)工藝，特別是供給水22在罐20和體積相似的水源16之間再循 環(huán)的那些工藝。在工藝中，供給水14進(jìn)入罐20并且僅有滲透液36 離開(kāi)罐20的時(shí)間段可以被稱為死端過(guò)濾(dead end filtration )時(shí)間段。 具有死端過(guò)濾時(shí)間段的工藝可以被稱為死端工藝，雖然在其它時(shí)間段， 例如稀釋時(shí)間段中，滯留液46也可以離開(kāi)罐20。為了本申請(qǐng)的目的， 具有提取滲透液36但不提取滯留液46的主要時(shí)間段以及提取滯留液 46但不提取滲透液36的另一較短時(shí)間段的循環(huán)工藝可以被稱為分批 或非連續(xù)工藝。在提取滲透液36的時(shí)間段中，如果不是為了本申請(qǐng)的
目的，可以有死端過(guò)濾或再循環(huán)滲透，分批工藝被假定具有死端滲透 時(shí)間段，除非另有聲明。
非再循環(huán)分批過(guò)濾工藝的一個(gè)實(shí)例可以具有重復(fù)循環(huán)的濃縮或滲 透以及稀釋步驟。在濃縮步驟中，滲透液從最初具有較低固體濃度的
一批新的罐內(nèi)水22中提取。例如，如果罐20已經(jīng)完全排干并再次填 充，則罐內(nèi)水22初始地具有與供給水14相同的固體濃度。當(dāng)提取滲 透液時(shí)，新的供給水14被引入，以替換被作為滲透液36提取的水。 在可能持續(xù)10分鐘到4小時(shí)或15分鐘到40分鐘或45分鐘的該步驟 期間，固體被膜24濾除并且不會(huì)與滲透液36—起從罐20中流出。在 單程工藝中，沒(méi)有任何滯留液46或其它移除物的流動(dòng)或者罐內(nèi)水22 的再循環(huán)。結(jié)果，罐內(nèi)固體的濃度提高到例如供給水14的濃度的2 到100倍或5到50倍。該工藝然后進(jìn)入稀釋步驟。在持續(xù)時(shí)間為濃縮 步驟的持續(xù)時(shí)間的1/50到1/5的稀釋步驟中，通過(guò)移走未過(guò)濾的罐內(nèi) 水22使大量固體從罐20中快速移走，從而使固體濃度回到初始濃度。 這可以通過(guò)排掉罐20的一部分水并用新的供給水14對(duì)其進(jìn)行再填充 來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了有助于固體自己離開(kāi)膜24，可以在稀釋步驟之前或期間 使用空氣沖洗和回洗。新的循環(huán)通常在前面的稀釋步驟結(jié)束時(shí)開(kāi)始。 但是，有些循環(huán)在新的反應(yīng)器10首次投入運(yùn)行時(shí)或在化學(xué)清洗或其它 保養(yǎng)程序之后開(kāi)始。
可選的工藝是非再循環(huán)的供給和排放或連續(xù)工藝。在供給和排放 工藝的實(shí)例中，供給水14基本上連續(xù)地流入罐20中。滲透液36基本 上連續(xù)地提取，但例如為了進(jìn)行回洗有時(shí)也可以停止。滯留液46基本 上連續(xù)地從罐中排放，并且在單程工藝中，不會(huì)返回到罐20中。滯留 液46的平均流量可以是供給水14的流量的1%-20%。其余的供給水 14可以作為滲透液36移走。罐內(nèi)水22內(nèi)的固體濃度可能高到供給水 14的濃度的5-20倍的水平。在滲透期間可以連續(xù)地進(jìn)行通氣。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5，利用浸入式膜過(guò)濾水的過(guò)濾工藝具有填充步驟 100、平衡的滲透步驟102、滲透液下降步驟104、回洗步驟106、空 氣沖洗步驟108以及給罐排水步驟110。這些步驟形成了重復(fù)實(shí)施用
于連續(xù)過(guò)濾的循環(huán)。每個(gè)步驟將在下文更詳細(xì)地描述。
在填充步驟100中，給水泵12將供給水14從水源16通過(guò)入口 18泵送到罐20，供給水在罐20處變成罐內(nèi)水22。當(dāng)罐內(nèi)水22的水 位完全覆蓋罐20內(nèi)的膜24時(shí)罐20就算被填充。
在平衡的滲透步驟102期間，排水閥40保持關(guān)閉。滲透液閥34 和出口閥39打開(kāi)并且滲透液泵32開(kāi)啟。相對(duì)于環(huán)繞膜24的罐內(nèi)水 22，在膜24的滲透液側(cè)形成負(fù)壓。所得到的橫跨膜的壓力將罐內(nèi)水 22抽吸通過(guò)膜24 (而后被稱為滲透液36)，同時(shí)膜24濾除留在罐內(nèi) 水22內(nèi)的固體。因此，在滲透液出口 38處產(chǎn)生可供使用的已過(guò)濾的 滲透液36。存儲(chǔ)罐閥64可以周期性地打開(kāi)，使?jié)B透液36進(jìn)入存儲(chǔ)罐 62以在回洗中使用。當(dāng)已過(guò)濾的滲透液36從罐中移走時(shí)，給水泵12 運(yùn)行以將罐內(nèi)水22保持在覆蓋膜24的水位上，例如罐的滿水位或設(shè) 計(jì)填充水位。泡沫或其它物質(zhì)不定期地也會(huì)移走，但基本上是死端過(guò) 濾。平衡的滲透步驟102可以持續(xù)15分鐘到3個(gè)小時(shí)或者在15分鐘 到40或50分鐘或者45分鐘到90分鐘之間。特別地，如果平衡的滲 透步驟102持續(xù)45分鐘或更長(zhǎng)，則在平衡的滲透步驟102中可以有中 間通氣或回洗步驟。在平衡的滲透步驟102期間，膜24在所述工藝的 滲透液下降步驟104或稀釋步驟之前可以不時(shí)進(jìn)行地回洗或空氣沖 洗，并且平衡的滲透步驟102在這種中間空氣沖洗或回洗程序期間或 之后持續(xù)進(jìn)行。
在滲透液下降步驟104中，滲透液泵32繼續(xù)運(yùn)行，但給水泵12 減速或者可選地停止。這樣，產(chǎn)生了滲透液36但罐內(nèi)水22的水位降 低。罐內(nèi)水22可以降低到膜24的最高部分的頂部或降低到膜24的一 部分暴露給空氣的位置。根據(jù)膜24或元件8的結(jié)構(gòu)，將膜24的一部 分暴露給空氣可能意味著罐內(nèi)水22的水位在一些整個(gè)膜24或元件8 的下方但在另一些的上方，或者罐內(nèi)水22的水位在一個(gè)或多個(gè)膜24 或元件8的一部分的下方但在同一膜24或元件8的其它部分的上方。 膜24的暴露部分也可以是膜24的全部，特別是在上膜24可以與滲透 液泵30隔離的情況下。
降低罐20內(nèi)的水位可以暫時(shí)降低最大的橫跨膜的操作壓力，并因 此在一些情況下可以導(dǎo)致滲透液流的暫時(shí)減小。但是，過(guò)濾循環(huán)時(shí)間 下降的益處可能超過(guò)液流暫時(shí)減少的益處。在膜24的一部分暴露給空 氣時(shí)進(jìn)行滲透也會(huì)將一些空氣抽吸到滲透液36中。這些空氣被收集在 空氣收集器70中并不時(shí)地排放，且與吸入的空氣量相比，空氣收集器 70足夠大，這些空氣不會(huì)妨礙裝置或工藝的其它方面。但是，為了避 免將過(guò)量的空氣吸入到滲透液收集器70，在滲透液下降步驟104期間， 橫跨膜的壓力可以保持在沒(méi)有缺陷的膜24的起泡點(diǎn)以下，并且膜24 的暴露于空氣中同時(shí)與滲透液泵32相連的面積可以被限制到不超過(guò) 罐20內(nèi)總的膜面積的50%。監(jiān)控滲透液下降步驟104期間收集在空 氣收集器70中的空氣量。如果在一定時(shí)間內(nèi)所收集的空氣量超過(guò)基于 通過(guò)濕孔擴(kuò)散的合理量，則表示在膜24中存在缺陷并且如果必要，要 對(duì)膜進(jìn)行測(cè)試和維修。
為了結(jié)束滲透液下降步驟104,滲透液泵32和給水泵12斷開(kāi)， 并且滲透液閥34和出口閥39關(guān)閉。給水泵12 (如果在運(yùn)行)可以停 止。
在回洗步驟106中，如果不再給罐20排水則排水岡40關(guān)閉，回 洗閥60和存儲(chǔ)罐閥64打開(kāi)。滲透液泵32開(kāi)啟以從將已過(guò)濾的滲透液 36從存儲(chǔ)罐62通過(guò)回洗管63推進(jìn)到集管26并反向通過(guò)膜24的壁， 從而排除連接在膜24上的一些固體。在回洗中，泵送通過(guò)一組膜24 的壁的水的體積可以在保持膜24的罐20的體積的10%到40%之間， 更經(jīng)常是在20%到30%之間?；叵唇Y(jié)束時(shí)，回洗閥60關(guān)閉。作為使 用滲透液泵32來(lái)驅(qū)動(dòng)回洗的可選方案，還可以在然后旁過(guò)滲透液泵 32的回洗管路63中設(shè)置分離的泵。通過(guò)任一裝置，回洗都可以持續(xù) 15秒到1分鐘，此后，回洗步驟106結(jié)束。滲透液泵32然后斷開(kāi)并 且回洗閥60關(guān)閉。
回洗期間的通量可以是滲透液通量的1-3倍，并促使罐內(nèi)水22的 水位上升?？梢詫B透液下降步驟104期間水位的降低以及回洗步驟 106期間水位的升高安排成使得在回洗步驟106結(jié)束時(shí)膜24被完全浸
入。例如，為了隨后的通氣步驟108,膜24可以被完全浸入。與其中 膜24在平衡的滲透之后回洗并且然后給罐排水的工藝相比，這樣減小 了為稀釋罐20而排放的罐內(nèi)水22的體積。可選地，在滲透液下降步 驟104中水位的降低可以超過(guò)回洗步驟106中水位的升高，使得膜24 的一部分在回洗步驟106結(jié)束時(shí)保持暴露給空氣。這樣進(jìn)一步減少了 在給罐排水步驟110期間所排放的水的體積以及所使用的時(shí)間。但是， 可以使通氣步驟108的效率較低，并且因此將通氣步驟移到或者將另 一通氣步驟108被增加到平衡的滲透步驟102結(jié)束之后或結(jié)束期間、 平衡的滲透步驟102和滲透液下降步驟104之間或者在滲透液下降步 驟開(kāi)始期間，以包括使膜24完全浸入的時(shí)間。
在空氣沖洗步驟108中，通過(guò)操作供氣泵50以提供沖洗空氣，從 而從位于元件8或箱28下方、之間或與之一體的通氣器56產(chǎn)生相當(dāng) 于0.005m/s到0.15m/s之間的氣流表觀速度的氣泡2分鐘。持續(xù)時(shí)間 的強(qiáng)空氣沖洗可以對(duì)膜24進(jìn)行沖洗，以將固體從它們上面去除，并且 通常將去除的固體分散到罐內(nèi)水22中。在空氣沖洗步驟108結(jié)束時(shí)， 供氣泵50斷開(kāi)。盡管空氣沖洗步驟被示出在回洗步驟106之后，但它 也可以被設(shè)置在步驟104-110中的任意步驟之前、期間或之間。盡管 空氣沖洗步驟108在膜24完全浸入在罐內(nèi)水22內(nèi)時(shí)最有效，但它在 膜24的一部分暴露給空氣時(shí)仍然有用?？諝鉀_洗步驟108在與回洗結(jié) 合使用合時(shí)更有效。例如，空氣沖洗步驟108可以與回洗步驟106基 本上同時(shí)開(kāi)始并且在回洗步驟106停止時(shí)或停止之后停止。這樣，空 氣沖洗在回洗的同時(shí)進(jìn)行，此時(shí)空氣沖洗對(duì)于給定水位最有效。
對(duì)于具有最小積垢性能的供給水14，作為稀釋步驟一部分的空氣 沖洗就是全部所需。但是，對(duì)于具有較明顯的積垢性能的一些供給水， 也可以在平衡的滲透步驟102或滲透液下降步驟104期間設(shè)置平緩的 空氣沖洗，以分散膜24附近的罐內(nèi)水22內(nèi)的固體。這種平緩的空氣 沖洗用于防止靠近膜24的罐內(nèi)水22在滲透液通過(guò)膜24提取時(shí)過(guò)量地 含有固體。相應(yīng)地，這種空氣沖洗并不被看作是圖5所示的循環(huán)中的 空氣沖洗步驟108的一部分。對(duì)于平緩的空氣沖洗，可以以0.0005in/s
到0.015m/s之間的氣流表觀速度連續(xù)地提供空氣或者以0,005m/s到 0.15m/s之間的氣流表觀速度間歇地提供空氣。
在排水步驟110中，排水閥40打開(kāi)以使包含有濃度提高的固體并 被稱為滯留液46的罐內(nèi)水22從罐20通過(guò)滯留液出口 42流到排水管 44。滯留液泵48可以開(kāi)啟以更快地給罐排水，但在許多設(shè)備中，僅通 過(guò)重力就可以使罐足夠快地排空。排水步驟110可以在步驟104、 106 和108都被完成以后開(kāi)始或者可選地可以在步驟104、 106或108中任 意步驟正在進(jìn)行的同時(shí)或膜24的一部分暴露給空氣的同時(shí)開(kāi)始。在大 多數(shù)工業(yè)或市政設(shè)備中，通常要花2到10分鐘將罐20從充滿狀態(tài)完 全排空，在水位已經(jīng)降低時(shí)花的時(shí)間則少一些。
在具有滲透液下降步驟104的工藝的可選實(shí)施例中，參考圖5所 示的一些步驟以不同順序?qū)嵤┗蛘叨啻螌?shí)施。例如，在滲透液下降步 驟104之后，給罐排水步驟IIO可以在回洗步驟106之前實(shí)施。然后 可以在回洗步驟106之后增加第二給罐排水步驟110，或者排水閥40 保持打開(kāi)使得給罐排水步驟110在回洗步驟106期間持續(xù)進(jìn)行?；叵?步驟106和給罐排水步驟110還可以基本上同時(shí)進(jìn)行或者部分地同時(shí) 進(jìn)行。在這些方法中，給罐排水步驟110所需的總時(shí)間可以被減少， 盡管通氣步驟108需要重新定位、補(bǔ)充或者實(shí)施得更長(zhǎng)。
在其它可選實(shí)施例中，在回洗步驟106之后，可以在給罐排水步 驟110之前實(shí)施第二滲透液下降步驟104。這樣進(jìn)一步減少給罐排水 步驟期間所排放的水的體積?？梢栽诓糠只蛘麄€(gè)給罐排水步驟110期 間實(shí)施第二滲透液下降步驟104。如果第二滲透液下降步驟104持續(xù) 進(jìn)行直至罐被排空，則對(duì)空氣收集器70中空氣收集量的監(jiān)控提供了對(duì) 所有膜24的完整性的測(cè)試。
在另一可選實(shí)施例中，滲透液下降步驟104和回洗步驟106的順 序顛倒。因此，在平衡的滲透步驟102之后，水位隨著回洗步驟106 而升高。這需要罐20具有提高的出水高度，但也提高了滲透液下降步 驟104可利用的橫跨膜的壓力(TMP)。罐內(nèi)水22還通過(guò)回洗步驟 106稀釋了固體，這樣可以降低滲透液步驟104下降期間膜24的積垢。
還可以在回洗步驟106期間中實(shí)施空氣沖洗步驟108，其中對(duì)于整個(gè) 回洗步驟106,膜24都完全浸入在罐內(nèi)水中。這樣可以提供非常有效 的空氣沖洗步驟108。
在另一可選實(shí)施例中，給罐排水步驟110在滲透液下降步驟104 之后實(shí)施?；叵床襟E106在給罐排水步驟IIO之后實(shí)施并成為下一批 的填充步驟100的一部分。通過(guò)該實(shí)施例，在回洗步驟106期間被推 離膜24的固體并不離開(kāi)罐，直至下一循環(huán)的給罐排水步驟110。但是， 對(duì)于給定長(zhǎng)度的滲透液下降步驟104,所排放的水的體積非常小?？?氣沖洗步驟108在滲透液下降步驟104之前或期間、在回洗步驟106 期間或者在平衡滲透步驟102之前或之后實(shí)施。
圖6和7顯示了第二反應(yīng)器111。第二反應(yīng)器111與反應(yīng)器10的 不同之處在于具有通過(guò)開(kāi)口 114與三個(gè)罐20中的每個(gè)連通的溢流區(qū) 112或者諸如堰的溢流區(qū)，所述開(kāi)口 114可以是管、閘，并具有可操 作地打開(kāi)和關(guān)閉溢流區(qū)112和每個(gè)罐20之間的開(kāi)口或管的回流閥 116。開(kāi)口 114位于正常滲透水位A以上并且在水位處于罐20內(nèi)的升 高的水位B時(shí)4吏水可以從該罐20流到溢流區(qū)112。當(dāng)打開(kāi)時(shí)，回流閥 116使水從溢流區(qū)112回流到膜罐20。盡管示出了三個(gè)膜罐20，但也 可以有其它數(shù)量，例如i到10個(gè)膜罐與單個(gè)溢流區(qū)112相連。每個(gè)罐 20具有圖1所示的反應(yīng)器10中與其相關(guān)的全部元件，但為了簡(jiǎn)化視 圖沒(méi)有示出這些元件。每個(gè)罐20可以與其它罐分離地稀釋，或者當(dāng)需 要時(shí)，如果溢流區(qū)112比所示的更大，則所有的罐20可以同時(shí)被稀釋。
每個(gè)罐都經(jīng)歷過(guò)濾工藝循環(huán)。但是，這些循環(huán)的時(shí)機(jī)可以在罐20 之間錯(cuò)開(kāi)，使得一次僅有一個(gè)罐20需要使用溢流區(qū)112。這樣，可以 將溢流區(qū)112的大小定成用于第二反應(yīng)器111中的一個(gè)罐20而不是所 有罐20。
對(duì)于每個(gè)罐20,該工藝從如上所述的填充步驟IOO開(kāi)始。之后緊 跟有平衡的滲透步驟102，其中水位處于箱28以上但在溢流管114以 下，例如在所示的線A處。回流閥116關(guān)閉。在平衡的滲透之后，實(shí) 施回洗步驟106。這樣促使水從罐20中上升到例如水位B，并溢流到
溢流區(qū)112中。在該步驟期間，回流閥116可以打開(kāi)或者關(guān)閉。如果 回流閥116在該步驟期間保持打開(kāi)，則溢流管114可以省去或者用延 伸超過(guò)水位B的壁代替。在回洗步驟106之后，實(shí)施滲透液下降步驟 104?；亓鏖y116在該步驟期間打開(kāi)以使溢流區(qū)112內(nèi)的水可以回流到 罐20。滲透液下降步驟104可以繼續(xù)進(jìn)行直至在罐20內(nèi)達(dá)到所需的 水位，例如水位C或在水回流閥116以下的另一水位，盡管如此也可 以選擇回流閥116以上的水位。然后實(shí)施排水步驟IIO，之后回到下 一循環(huán)的填充步驟100，且利用供給水或第二回流來(lái)實(shí)施所述填充。 回流閥116在填充步驟100之前關(guān)閉。也可以在所述工藝之前或期間， 例如回洗步驟106期間一次或多次提供空氣沖洗步驟108。該工藝的 優(yōu)點(diǎn)在于在排水步驟110期間排放的水的體積小于罐20的體積；可 以在箱28完全浸入并被回洗的情況下實(shí)施空氣沖洗步驟108;以及在 實(shí)施滲透液下降步驟104的大部分過(guò)程中，都用回洗過(guò)的滲透液稀釋 罐20中的水。這種稀釋與在回洗步驟106之后且存在回洗釋放的固體 的情況下實(shí)施滲透液下降步驟104的情形.不同。
在具有滲透液下降步驟104的上述所有工藝中，都可以對(duì)罐20 進(jìn)行充分排水，以充分稀釋罐20用于下一循環(huán)。例如，在下一循環(huán)的 填充步驟100之前最后的給罐排水步驟110中，可以將罐20的水排放 到滿水位或設(shè)計(jì)填充水位的不到40%或不到10%的水位，或者排空。 固體濃度可以降低使得下一循環(huán)開(kāi)始時(shí)固體濃度是平衡的滲透步驟 102結(jié)束時(shí)的固體濃度的40%或更少。
以下參考圖8和圖9描述附加或改進(jìn)的工藝。盡管這些工藝可以 用于任何類型的膜單元，但它們對(duì)于豎直定位在上集管和下集管26 之間的中空纖維膜24或者僅從下集管26向上延伸的膜24特別有用。 浸入式中空纖維膜過(guò)濾系統(tǒng)有時(shí)也會(huì)遇到由于固體在膜24上以及周 圍積聚而產(chǎn)生的一些工藝問(wèn)題。固體可以積聚到它們開(kāi)始脫水并形成 被稱為污泥的泥狀物質(zhì)的程度。在一些模塊中，固體或污泥傾向于主 要在某些位置積聚，例如直接積聚在具有上集管或纖維的松散的上端 的垂直纖維模塊中的下集管26之上。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，提供一種用于從纖維中去除固體，以基本上防止積聚的污泥堆積在纖維上 或?qū)τ捎诖罅课勰喽逊e而已經(jīng)積垢的纖維進(jìn)行清洗的工藝。
現(xiàn)在參照?qǐng)D8，以流程圖示出一種工藝。該工藝提供了對(duì)罐進(jìn)行 部分排水并由此具有部分稀釋的效果，同時(shí)仍然進(jìn)行有效的通氣，特 別是對(duì)其中通氣非常關(guān)鍵的膜24的下部進(jìn)行通氣，并且使通氣和排水 可以部分地同時(shí)進(jìn)行。所述工藝包括初始化步驟1-1、滲透步驟l-2、 停止?jié)B透步驟1-3、排水和通氣步驟1-4、停止排水步驟1-5、繼續(xù)的 通氣步驟1-6以及對(duì)罐再填充步驟1-7。這些步驟可以只為了清洗膜而 實(shí)施，可以與包含進(jìn)一步給罐排水的另一工藝相結(jié)合，或者可以用于 形成在過(guò)濾系統(tǒng)的分批操作期間頻繁重復(fù)進(jìn)行的濃縮和稀釋循環(huán)的全 部或一部分。以下參照?qǐng)D1-4、 10和11更詳細(xì)地對(duì)每個(gè)步驟進(jìn)行描述。
在初始化步驟1-1中，給水泵12將供給水14從水源16通過(guò)入口 18泵送到罐20,供給水在罐20處變成罐內(nèi)水22。罐20填充到罐內(nèi) 水22的水位完全覆蓋罐20內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)膜24的時(shí)候。
在滲透步驟l-2期間，滲透液36從罐20中抽取通過(guò)膜34。排水 閥40可以關(guān)閉。'滲透液閥34和出口閥39打開(kāi)并且滲透液泵32開(kāi)啟。 相對(duì)于環(huán)繞膜24的罐內(nèi)水22,在膜24的滲透液側(cè)形成負(fù)壓。所得到 的橫跨膜的壓力將罐內(nèi)水22抽吸通過(guò)膜24(而后被稱為滲透液36)， 同時(shí)膜24濾除保留在罐內(nèi)水22內(nèi)的固體。因此，在滲透液出口 38 處產(chǎn)生可供使用的已過(guò)濾的滲透液36。存儲(chǔ)罐閥64可以周期性地打 開(kāi)使?jié)B透液36進(jìn)入存儲(chǔ)罐62。當(dāng)已過(guò)濾的滲透液36從罐中移走時(shí)， 給水泵12運(yùn)行以將罐內(nèi)水22保持在覆蓋膜24的水位處。
每個(gè)循環(huán)，滲透步驟l-2可以持續(xù)15分鐘到3個(gè)小時(shí)或更長(zhǎng)、15 分鐘到40或45分鐘、或者45到90分鐘。特別地，如果滲透步驟1-2 是45分鐘或更長(zhǎng)，則在滲透步驟l-2中可以有中間回洗或通氣步驟。 在滲透步驟l-2期間，固體可能在罐內(nèi)水22內(nèi)積聚并且膜24的滲透 性隨著膜24的積垢而降低。滲透步驟的結(jié)束由膜24降至預(yù)選的滲透 性、經(jīng)歷的持續(xù)時(shí)間、已經(jīng)達(dá)到的時(shí)間或時(shí)間和天、已經(jīng)產(chǎn)生的滲透 液的量或其它手段決定。此時(shí)，滲透步驟102結(jié)束。在停止?jié)B透步驟 1-3中，滲透液泵32和給水泵12斷開(kāi)，并且滲透液閥34和出口閥39 關(guān)閉。
在步驟1_4,凈化工藝隨著給膜罐20排水的初始化而開(kāi)始，并且 同時(shí)開(kāi)始通氣?？蛇x擇地，通氣開(kāi)始可以在罐排干開(kāi)始之前，或者給 罐排水的開(kāi)始可以在通氣開(kāi)始之前，盡管通氣至少在液體水位處于模 塊28頂部或其附近時(shí)開(kāi)始是優(yōu)選的。
為了給膜罐20排水，排水閥40打開(kāi)以使包含有濃度提高的固體 并被稱為滯留液46的罐內(nèi)水22從罐20通過(guò)滯留液出口 42流到排水 管44。滯留液泵48可以開(kāi)啟以更快地給罐排水，但在許多設(shè)備中， 僅通過(guò)重力就可以足夠快速地將罐排空。在大多工業(yè)或市政設(shè)備中， 通常要花2到10分鐘，并且更經(jīng)常是2到5分鐘來(lái)完全排干罐20。 在排水期間，通氣繼續(xù)進(jìn)行。
參照?qǐng)D10，在步驟l-4之前，罐內(nèi)水22被示出處于膜模塊28上 方水位A處。接著，如圖11所示，當(dāng)在步驟l-4期間進(jìn)行排水時(shí)，較 低水位B表示罐內(nèi)水22的中間水位。隨著罐20的排水，氣泡在此處 脹破的固-液分界面橫穿膜24表面面積的一部分，這部分可以高達(dá)膜 24表面面積的50%或更多，例如10%到30%之間。在此期間，仍然 對(duì)于膜的浸入部分進(jìn)行通氣。在步驟1-5處，排水暫停或停止在水位 C處，該水位可以在已知或懷疑在膜24上要形成污泥積聚的區(qū)域的適 當(dāng)水位附近。這樣使得脹破氣泡的能量能夠沖洗液-氣分界面附近的有 效區(qū)域，優(yōu)選地包括已知具有污泥問(wèn)題的區(qū)域?？蛇x地，水位C可以 處于例如填充水位或設(shè)計(jì)水位的70%到卯％之間的水位,該水位需要 較少的排水就可以達(dá)到并保持膜模塊28的較大部分，包括膜模塊的底 部被浸入?？蛇x擇地，還可以在與已知或懷疑要形成污泥積聚的區(qū)域 相對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)附加水位處暫停或停止排水。
通過(guò)具有供氣泵50的通氣系統(tǒng)49在步驟1-4或1-5中提供通氣， 所述供氣泵將空氣、氮?dú)饣蚱渌线m氣體從進(jìn)氣口 52通過(guò)空氣分配管 54吹送到通常位于膜模塊28下方的一個(gè)或多個(gè)通氣器56，所述通氣 器將氣泡58分散在罐內(nèi)水22中。通氣量可以是在平面圖中模塊28 每平方米的面積傳送10到60立方英尺每分鐘(cfm)。氣泡58對(duì)膜 24的氣泡通過(guò)的部分進(jìn)行沖洗并上升到氣-液分界面，在那里它們脹 破，釋放能量并在罐內(nèi)水22內(nèi)形成紊流。
可選擇地，回洗還可以在步驟1-2到1-7中的任意步驟期間或之 間進(jìn)行或者在這些步驟的兩個(gè)或多個(gè)處進(jìn)行。例如，可以在步驟1-6 內(nèi)或在步驟l-3和l-4之間進(jìn)行大約30秒的回洗?？梢允褂脙煞N類型 的回洗，即總體參照?qǐng)Dl-4所述的滲透液或化學(xué)回洗。
如步驟l-6所示，在水位C處，通氣持續(xù)進(jìn)行時(shí)間段T,，該時(shí)間 段T,可以在30秒到2分鐘的范圍內(nèi)。接著，膜罐20在步驟l-7處被 再次填充。可選擇地，罐20的剩余液體中的一些或全部可以在步驟 1-7之前被排掉以去除污泥并進(jìn)一步稀釋罐20。在給罐20進(jìn)一步排水 的同時(shí)可以繼續(xù)進(jìn)行通氣?？蛇x地，；故去除的污泥可以在隨后的稀釋、 步驟1-3到1-7的重復(fù)或滯留液排放期間移走。由于該方法可以用于 向膜24的整個(gè)表面面積提供至少一定的通氣，因此該方法可以用于替 換在這一工藝中另外采用的其它通氣步驟。T,可以根據(jù)該方法實(shí)施的 頻率而選定。例如，該方法的實(shí)施頻率可以在一天2-100次到一周一 次之間，在這種情況下T^被選定得更長(zhǎng)以防止大的污泥堆積而不是移 走現(xiàn)存的污泥堆積，并且L可以是30秒到5分鐘。如果該方法實(shí)施 的頻率較低，例如在一天一次到一周兩次和每?jī)蓚€(gè)月一次之間，則1\ 可以更長(zhǎng)，例如在2分鐘到20分鐘之間。例如，如果水位C在滿水 位或設(shè)計(jì)水位的70%到90%之間，則可以以3小時(shí)或更短的循環(huán)實(shí)施 該方法，且排水閥40在滲透步驟l-2期間關(guān)閉。在這種情況下，給罐 進(jìn)行部分排水就與每個(gè)循環(huán)的不連續(xù)排放或部分稀釋類似。T,可以是 2分鐘或更短，因?yàn)椴襟El-6頻繁進(jìn)行。如果水位C更低，例如在下 集管26附近，則可以以較長(zhǎng)的循環(huán)時(shí)間實(shí)施該方法，并且在滲透步驟 l-2期間排水閥40可以連續(xù)或周期性地打開(kāi)，或者步驟l-2可以包含 中間通氣、回洗或稀釋事件，以提供周期性中斷的總體的供給和排放 或分批工藝。在這種情況下，T!可以更長(zhǎng)，例如高達(dá)20分鐘或在2 分鐘到20分鐘之間。當(dāng)所述工藝對(duì)在此描述的另一工藝提供周期性中
斷時(shí)，例如在一天一次到一個(gè)月一次之間，L也可以較長(zhǎng)，例如在2 分鐘到20分鐘之間。
當(dāng)氣泡上升通過(guò)罐內(nèi)水22時(shí)，它們?cè)谀?4的表面上形成紊流和 剪切力，其能一定程度地控制積垢和積淤。發(fā)明人還已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣 泡到達(dá)在滲透期間通常處于膜纖維上方的液-氣分界面時(shí)，它們?cè)谝?氣分界面脹破時(shí)釋放驚人的能量。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在液-氣分界面處脹破氣泡所釋放的能量用于防止膜纖維的積垢和/或清洗 積垢的膜纖維。在這些實(shí)施例中，用于防止和/或清除污泥的工藝包含 將水位調(diào)節(jié)到在其附近能觀察到有大規(guī)模膜積垢和/或污泥堆積的水 位以及通氣一段時(shí)間，使得在液-氣分界面處所釋放的能量可以在重新 填充膜罐并且繼續(xù)進(jìn)行滲透或繼續(xù)將罐完全排干之前作用在污泥上。 將水位調(diào)節(jié)到特定區(qū)域給這些特定區(qū)域提供了由氣泡在液-氣分界面 脹破所導(dǎo)致的強(qiáng)化沖洗。通常，特定目標(biāo)區(qū)域是那些易于堆積污泥的 區(qū)域，例如具有或不具有上集管的膜單元的下集管正上方的區(qū)域，或 者更小范圍地，位于上集管正下方的區(qū)域。這種防止和/或清洗工藝有 利于減少否則會(huì)積聚在膜纖維上的污泥量或去除已經(jīng)積聚的污泥。而 且，這種防止和/或清洗工藝可以使膜纖維用在可能發(fā)生嚴(yán)重和有害的 污泥積聚的情況下。
現(xiàn)在參照?qǐng)D9，示出了用于防止膜罐20內(nèi)膜纖維積垢或清洗膜纖 維的第二工藝。該工藝包括初始化步驟2-l、滲透步驟2-2、停止?jié)B透 步驟2-3、液位調(diào)節(jié)步驟2-4、通氣步驟2-5以及膜罐再填充步驟2-6。 這些步驟可以僅為了清洗膜而實(shí)施，可以與包含對(duì)罐排水的另一工藝 相結(jié)合進(jìn)行或者可以用于形成在過(guò)濾系統(tǒng)的分批操作期間頻繁重復(fù)實(shí) 施的濃縮和稀釋循環(huán)的全部或一部分。以下參照?qǐng)D12并繼續(xù)參照?qǐng)D 1-4更詳細(xì)地對(duì)每個(gè)步驟進(jìn)行描述。
步驟2-l到2-3分別與以上參照?qǐng)D8描述的步驟1-1到1-3相同。 圖9所示的方法的其它方面也與圖8所示的方法相同或相似，所以不 再重復(fù)。參照?qǐng)D12,以步驟2-4開(kāi)始，膜罐2內(nèi)的液位被降至污泥積 聚的區(qū)域的頂部處或附近的液位E。液位E或在圖ll所示的一些實(shí)
施例中的液位C可以在膜24底部的30厘米內(nèi)，例如在垂直纖維模塊 28的下集管26頂部的30厘米內(nèi)或在垂直纖維24的模塊28的下集管 26或唯一的集管26的20厘米或15厘米內(nèi)。其它結(jié)構(gòu)的模塊28可能 具有污泥積聚的其它區(qū)域。
在步驟2-5,可以進(jìn)行一段時(shí)間T2的通氣，T2可以在30秒-20分 鐘范圍內(nèi)。脹破的氣泡提供足夠的紊流，以有效地清洗液位E處的液 -氣分界面以下深度D的膜纖維。該深度取決于通氣強(qiáng)度，并且在本實(shí) 施例中，其可以達(dá)到液位E以下30厘米和/或足以達(dá)到膜24的底部或 垂直纖維的模塊的下集管或唯一集管的頂部。如果模塊28存在多個(gè)易 于積聚污泥或堆積固體的區(qū)域，則步驟2-4和2-5可以在不同的液位 處重復(fù)一次或多次。在最后的通氣步驟2-5之后，膜罐在步驟2-6，可 選地在進(jìn)一步或完全排干罐以立即移走被去除的污泥之后再次填充。 由于該方法不對(duì)膜的整個(gè)表面區(qū)域通氣，因此當(dāng)在所述工藝的另一部 分期間例如在步驟2-2期間或者步驟2-3或2-4之間進(jìn)行影響整個(gè)膜表 面區(qū)域的另一通氣步驟時(shí)，可以使用該方法。T2準(zhǔn)確的持續(xù)時(shí)間可以 與T^相同，并按對(duì)L所述的方式進(jìn)行選擇。在任一方法中，L或T2 也可以是可變的，或者這些方法可以相結(jié)合。例如，圖8或圖9中的 方法可以以較短的1\或T2頻繁實(shí)施，但是在同一工藝中，圖8或圖9 的方法也可以以較低的頻率以及較長(zhǎng)的T!或T2實(shí)施。
還可以對(duì)這些工藝進(jìn)行其它改進(jìn)。例如，步驟l-4中的排水或步 驟2-4中的液位調(diào)節(jié)可以是圖5所示的步驟104中的滲透液下降步驟。 另外，罐內(nèi)水22可以是廢水以及正在過(guò)濾以提供引用、市政或生產(chǎn)用 水的水。另外，罐可以在步驟1-6或2-6之后再次填空，而無(wú)需排水 到暫停水位以下，且污泥然后通過(guò)濃縮液排放或在下一稀釋、清洗或 給雄排水中去除。另外，本發(fā)明可以用于非分批工藝，例如通過(guò)步驟
1-4或2-4將罐中的水排放到另外的蓄水池，然后從該蓄水池重新對(duì)罐 進(jìn)行填充，或者按照在給罐排水所能容許的頻繁程度或由于其它原因 所需的頻繁程度來(lái)實(shí)施本發(fā)明。
圖13-15表示另外的工藝。盡管被設(shè)計(jì)成用來(lái)改進(jìn)連續(xù)通氣的供
給和排放系統(tǒng)，但這些工藝也可以應(yīng)用于其它或新建的系統(tǒng)。
圖13表示與圖8所示相似并且可以在某些情況下可以在圖8所示 工藝的范圍內(nèi)實(shí)施的另一工藝。滲透在To開(kāi)始并持續(xù)到T，。 T。和T, 之間的時(shí)間例如可以是15分鐘到40或45分鐘，其可以是不提取滯留 液的死端滲透。在Tn滲透停止并且反向沖刷和通氣開(kāi)始。反向沖刷 和通氣持續(xù)15秒到5分鐘或30秒到90秒直至T2。在T2,回洗停止 并且開(kāi)始對(duì)罐部分排水或再次填充。在排水/再次填充期間，罐內(nèi)水22 的一部分，例如滿體積或常規(guī)體積(例如在滲透期間存在的水的平均 體積或^:計(jì)體積)的5%或10%到25%之間、從罐20中排掉并且然 后用新的供給水14替換。移走的量可以與所需的回收率有關(guān)。部分膜 24在這些步驟期間暴露。這些步驟可能要花例如30秒到5分鐘并在 下一循環(huán)開(kāi)始的To處結(jié)束。通氣可以繼續(xù)進(jìn)行直至在排水/再次填充 步驟期間出現(xiàn)的時(shí)間T3。也可以在該工藝的再次填充步驟期間或此處 所述的任意其它工藝的填充步驟中進(jìn)行通氣。通氣可以在再次填充罐 20開(kāi)始之前或開(kāi)始時(shí)結(jié)束。和圖8所示的工藝一樣，還可以在排水和 再次填充之間有通氣暫停時(shí)間段，或者填充可以在排水之后立即開(kāi)始。 與連續(xù)通氣的供給和排放工藝相比，圖12所示的工藝可以使所需通氣 的量降低90%-95%，同時(shí)仍然能處理中到高濃度的固體載荷，例如罐 內(nèi)水22或滯留液46中1000mg/L的總體懸浮固體(TSS)。盡管設(shè)備 必須被改進(jìn)或建造以提供快速地進(jìn)行部分排水和再次填充，但與具有 將罐完全排千和再次填充步驟的分批工藝相比，上述工藝需要較少的 改進(jìn)或較小的排水和給水能力。該工藝提供部分稀釋，并且在固體通 過(guò)反向沖刷和通氣從膜24中釋放之后或與此同時(shí)進(jìn)行排水。
圖14表示另一工藝。在T。處，膜被回洗和通氣直至T!。 To和 L之間的時(shí)間可以例如是大約10秒到60秒或者大約15秒。反向沖 刷和通氣不必準(zhǔn)確地同時(shí)發(fā)生或者持續(xù)如圖所示的相同時(shí)間。在1\ 處，用于再懸浮的滲透和通氣開(kāi)始。如圖所示，通氣可以是間歇的， 例如以如上所述的常規(guī)通氣量每1-4分鐘或大約每2分鐘進(jìn)行5-20秒 或大約10秒?？蛇x地，可以提供通氣量降低的連續(xù)通氣。通常在整個(gè)
循環(huán)中提供基本上連續(xù)的排放或?yàn)V除。該循環(huán)可以持續(xù)例如10到20 分鐘或者大約15分鐘。
與連續(xù)通氣的供給和排放工藝相比，通氣可以降低大約 80%-85%。僅需要對(duì)通氣系統(tǒng)做出改進(jìn)。但是，該工藝可能導(dǎo)致中等 或高固體濃度設(shè)備中的膜的通量降低或有時(shí)積聚淤泥，但是該工藝足 以用于低到中等固體濃度的設(shè)備。
圖15表示另一工藝。在To處開(kāi)始反向沖刷、通氣和濾除。例如 在10-30秒或大約15秒之后，即在L處反向沖刷停止并且滲透開(kāi)始。 通氣繼續(xù)進(jìn)行直至例如可以是To之后大約60-120秒或大約90秒的 T2。廢料移走繼續(xù)進(jìn)行直至T3。在T3之后，廢料移走停止同時(shí)滲透 繼續(xù)進(jìn)行到下一循環(huán)的T。。 T3被選定為在T2之后包括一段時(shí)間，此 時(shí)廢料中的TSS濃度由于反向沖刷和通氣仍然保持較高，該段時(shí)間例 如可以是T。之后大約5-10分鐘或大約7.5分鐘。選定廢料的移走量或
者延長(zhǎng)T3以獲得想要移走的體積的滯留液?？蛇x地，如果直至T3廢
料移走都沒(méi)有移走足夠體積的罐內(nèi)水，則濾除可以在To之前再次開(kāi) 始?？偟难h(huán)時(shí)間可以是例如大約10-20分鐘或大約15分鐘，并且可 以在例如循環(huán)持續(xù)時(shí)間的大約2/3或1/2或更少的時(shí)間內(nèi)提取廢料。 每次循環(huán)所移走的滯留液46的量可以是在罐20體積的5%到25%之 間或者5%到10%之間。廢料46的移走量可以是滲透液36的平均移 走量的10%-20%。在整個(gè)循環(huán)上平均，滯留液46的走量可以是產(chǎn)生 80%或卯％到95%之間的回收量的量。滲透液36的移走量可以保持 恒定，其中供給水14輸入量變化以保持罐內(nèi)水22基本上恒定的水位 或者保持罐內(nèi)水22的水位處于可以接受的范圍內(nèi)?？蛇x地或另外地， 可以有意使罐內(nèi)水22的水位有一定程度的波動(dòng)，例如在回洗期間上 升，并且在滯留液46被提取并可能再次進(jìn)入循環(huán)的時(shí)候下降。
與連續(xù)通氣的供給和排放工藝相比，該方法可以使通氣降低80% 或更多。必須對(duì)設(shè)備或設(shè)計(jì)做出修正以^JL許提高的廢料流量，例如 連續(xù)排放設(shè)備的設(shè)計(jì)流量的150%或兩倍或更大，但那些修正比用于 具有給滿罐排水的分批工藝的修正要少。該工藝可以處理中等到高的
固體載荷。
在以上關(guān)于圖13-15的段落中，與連續(xù)通氣的供給和排放工藝的 比較假定連續(xù)通氣的供給和排放工藝在整個(gè)滲透中以10秒開(kāi)10秒關(guān) 的周期使用通氣。在絮凝(如果存在)之后，低固體含量具有小于5mg/L 的供給TSS。在絮凝(如果存在)之后，高固體含量具有超過(guò)50mg/L 的供給TSS。中間固體含量在這兩者之間，例如在5 mg/L到50 mg/L 之間或在5 mg/L到25 mg/L之間。
前述說(shuō)明僅僅是示例性的實(shí)施例而并不限制本發(fā)明的范圍，本發(fā) 明可以以各種變型方案實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種具有膜罐的反應(yīng)器，所述膜罐具有膜模塊和溢流區(qū)，所述溢流區(qū)通過(guò)從溢流區(qū)底部到所述罐的帶閥通道與所述罐流體相連，使得溢流區(qū)能夠?qū)⑺诺剿龉拗?，所述通道位于膜模塊頂部下方。
2. 如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)器具有在 罐和溢流區(qū)之間的通道，所述溢流區(qū)位于所述通道上方以及膜模塊頂 部上方。
3. —種用于從浸入在液體中的膜纖維模塊中去除固體的工藝，所 述工藝包括(a )將液體水位降低到與膜纖維的具有固體積聚的區(qū)域相對(duì)應(yīng)的 水4立；以及(b)在液體處于與膜纖維的具有固體積聚的所述區(qū)域相對(duì)應(yīng)的 水位時(shí)，提供一段時(shí)間的通氣。
4. 如權(quán)利要求3所述的工藝，其特征在于，所述工藝還包括在步 驟(b)之后將剩余液體排掉。
5. 如權(quán)利要求3所述的工藝，其特征在于，所述工藝還包括在步 驟(b)之后將膜纖維再次浸入。
6. 如權(quán)利要求3-5中任意一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，權(quán)利要 求3所述的步驟(b)處的液體水位處于豎直定位的纖維模塊的集管附 近，所述纖維從集管向上延伸。
7. 如權(quán)利要求3-6中任意一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，權(quán)利要 求3所述的步驟(b )處的水位在豎直定位的中空纖維^t塊的集管頂部 的30厘米內(nèi)，所述中空纖維從集管向上延伸。
8. 如權(quán)利要求3-7中任意一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，步驟(b) 進(jìn)4亍大約30秒到20分鐘之間。
9. 如權(quán)利要求3-8中任意一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，所述所 有步驟在少于30分鐘的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。
10. 如權(quán)利要求3-9中任意一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，所述 所有步驟在少于15分鐘的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。
11. 如權(quán)利要求3-10中任意一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，權(quán)利 要求3所述的所有步驟被包括在具有滲透和稀釋循環(huán)的分批或過(guò)濾系 統(tǒng)的有規(guī)律操作中，該分批過(guò)濾系統(tǒng)通過(guò)使用權(quán)利要求15所述的所有 步驟來(lái)提供稀釋。
12. 如權(quán)利要求3所述的工藝，其特征在于，在步驟(a)期間給 所述膜通氣。
13. 如權(quán)利要求3所述的工藝，其特征在于，所述工藝還在權(quán)利 要求3所述的步驟(b)之后包括(c) 將液體水位降低到與膜纖維的具有固體積聚的另一區(qū)域相對(duì) 應(yīng)的第二水位；以及(d) 在液體處于第二水位時(shí)提供一段時(shí)間的通氣。
14. 如權(quán)利要求3-13中任意一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，通過(guò) 提取多于任何輸入供給水的滲透液而使液體水位降低。
15. —種使用浸入在罐內(nèi)的膜的過(guò)濾工藝，所述工藝包括以下步膿.(a) 滲透；以及(b) 在步驟(a)之后，對(duì)罐進(jìn)行回洗、通氣、部分排水以及重 新填充，其特征在于，步驟(a)和(b)以重復(fù)循環(huán)的方式實(shí)施。
16. 如權(quán)利要求15所述的工藝，其特征在于，滲透步驟是死端的。
17. 如權(quán)利要求15或16所述的工藝，其特征在于，在步驟(b) 中排出罐設(shè)計(jì)體積或填充體積的10%-25%。
18. 如權(quán)利要求15所述的工藝，其特征在于，將所述罐的水部分 地排到與膜的具有固體積聚的區(qū)域相對(duì)應(yīng)的水位，并且在罐保持在該 水位時(shí)給所述膜通氣。
19. 如權(quán)利要求15所述的工藝，其特征在于，所述工藝還包括在 步驟(a)之后并在給罐排水之前提取多于進(jìn)入罐的任何供給水的滲透 液。
20. —種浸入式膜過(guò)濾工藝，所述工藝包括以下步驟(b) 提取滯留液；(c) 在步驟(a)之后回洗；以及(d) 在步驟(a)期間間歇地進(jìn)行通氣。
21. 如權(quán)利要求3-10中任意一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，所述 工藝還包括在滲透的同時(shí)間歇地進(jìn)行通氣。
22. 如權(quán)利要求20或21所述的工藝，其特征在于，在滲透的同 時(shí)每1分鐘到5分鐘進(jìn)行5秒到30秒的通氣。
23. 如權(quán)利要求20-22中任意一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，所 述工藝還包括在回洗的同時(shí)進(jìn)行通氣。
24. 如權(quán)利要求20所述的工藝，其特征在于，步驟(b)在步驟 (a)期間進(jìn)行。
25. —種過(guò)濾工藝，其包括以下步驟(b) 在步驟(a)之后，反向沖刷；(c) 在步驟(b)期間通氣并延長(zhǎng)到步驟(a)的一部分中；以及(d) 在步驟(a)的一部分期間，提取滯留液， 其中，以上步驟以重復(fù)循環(huán)的方式實(shí)施。
26. 如權(quán)利要求25所述的工藝，其特征在于，步驟(d)的一部 分在步驟(a)的25%-60%期間實(shí)施。
27. 如權(quán)利要求25或26所述的工藝，其特征在于，步驟(d)的 一部分在步驟(b)期間實(shí)施。
28. 如權(quán)利要求25所述的工藝，其特征在于，所述工藝還包括在 步驟(a)或(d)期間將水位降低到膜的一部分以下。
29. 如權(quán)利要求25所述的工藝，其特征在于，在步驟(d)中排 掉的體積小于罐的設(shè)計(jì)或填充體積。
30. 如權(quán)利要求25所述的工藝，其特征在于，在步驟(d)中排 掉罐的設(shè)計(jì)或填充體積的10%-25%。
31. 如權(quán)利要求3-30中任意一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，所述 工藝是非再循環(huán)工藝。
32. 如權(quán)利要求3-31中任意一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，循環(huán) 時(shí)間在15分鐘到40或45分鐘之間。
33. 如權(quán)利要求32所述的工藝，其特征在于，循環(huán)時(shí)間是30分 鐘或更少。
34. 如權(quán)利要求3-33中任意一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，所述 供給水具有0.05g/L或更小的TSS。
35. 如權(quán)利要求3-34中任意一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，回收 率至少是80%或90%。
36. 如權(quán)利要求3-35中任意一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，膜通 量是40 L/m2/h、 50 L/m2/h或60L/m2/h或更大。
37. 如權(quán)利要求3-36中任意一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，對(duì)于 每立方米的罐體積，膜表面面積是2501112或3501112或更大。
38. 如權(quán)利要求3-37中任意一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，在滲 透期間，每小時(shí)提取至少6倍于罐體積的滲透液。
39. 如權(quán)利要求3-38中任意一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，在滲 透期間每小時(shí)提取罐體積的6到70倍。
40. 如權(quán)利要求3-39中任意一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，在回 洗中，再次進(jìn)入罐的滲透液體積是罐體積的10%到40%或50%之間。
41. 如權(quán)利要求3-40中任意一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，對(duì)具 有從集管向下延伸的膜的中空纖維膜的元件進(jìn)行通氣，且水位保持在 所述集管的底面以下1到IO厘米之間。
42. 如權(quán)利要求3-41中任意一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，在對(duì) 罐進(jìn)行完全或部分填充的同時(shí)進(jìn)行通氣。
43. 如權(quán)利要求3-42中任意一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，供給 水具有0.2g/L或更小的TSS。
44. 如權(quán)利要求3-43中任意一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，滯留 液具有l(wèi)g/L或更小的TSS。
45. 如權(quán)利要求3-44所述工藝的任意和所有可能的組合工藝。
全文摘要
描述了一種使用浸入式膜對(duì)水進(jìn)行過(guò)濾的工藝和裝置。在分批工藝中，滲透液被抽取同時(shí)供給水流減少或者在滲透循環(huán)結(jié)束時(shí)停止。在給罐排水以前，水位被降低到膜的一部分暴露于空氣中的程度。在這一工藝和另外的工藝中，使液體水位降低以與膜纖維的具有固體積聚的區(qū)域相對(duì)應(yīng)。在液體處于該水位時(shí)，提供一段時(shí)間的通氣以從膜上去除至少一部分固體。在這些工藝或其它工藝中，罐在兩個(gè)循環(huán)之間進(jìn)行部分排水以稀釋所述罐，在回洗期間通氣并在滲透的同時(shí)間歇地通氣，和/或在一部分滲透步驟工藝中，從罐中抽取滯留液。
文檔編號(hào)B01D63/00GK101352654SQ20081014924
公開(kāi)日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2005年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月27日
發(fā)明者凱文·S·J·迪弗雷納, 尼古拉斯·W·H·亞當(dāng)斯, 弗雷澤·C·肯特, 戴維·B·羅斯, 曼溫德?tīng)枴ば粮? 皮埃爾·L·科特 申請(qǐng)人:澤農(nóng)技術(shù)合伙公司