專利名稱：使用脈沖氣提泵的膜清洗的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及膜過濾系統(tǒng)，更特別地涉及用于使用脈沖流體流有效清洗該系統(tǒng)中所
用的膜的裝置和相關(guān)方法。
背景技術(shù)：
用于處理廢水的膜的重要性正迅速提高。現(xiàn)在公知膜工藝可以用作污水的有效三 級處理并提供有質(zhì)量的流出物。然而，該資金和運(yùn)行成本能夠是昂貴的。達(dá)到其中該膜組 件浸沒在大給水箱中并將濾液通過施加在該膜的濾液側(cè)的抽吸力或通過重力給料收集的 浸沒膜工藝，在一個階段中結(jié)合生物和物理工藝的膜生物反應(yīng)器斷定是更緊湊、有效和經(jīng) 濟(jì)的。由于其多功能性，膜生物反應(yīng)器的尺寸的范圍能夠從家用的(例如化糞池系統(tǒng))到 社會的和大規(guī)模污水處理。 膜過濾工藝的成功大大取決于使用有效且有效率的膜清洗方法。通常使用的物理 清洗方法包括使用滲透液和氣體或其組合反洗(反沖、反沖洗)、使用以在液體中的氣泡形 式的氣體的膜表面清洗和沖洗。通常地，在氣體沖洗系統(tǒng)中，將氣體噴射(通常使用鼓風(fēng) 機(jī))到其中浸沒膜組件的液體系統(tǒng)中以形成氣泡。然后將如此形成的氣泡向上傳動以沖洗 該膜表面，以除去在該膜表面上形成的污垢物質(zhì)。產(chǎn)生的剪切力大大取決于初始?xì)馀菟俣取?氣泡直徑和施加到該氣泡上的力的結(jié)果。為了提高清洗效果，必須供給更多的氣體。然而， 該方法消耗大量的能量。而且，在高固體濃度環(huán)境中，該氣體分布系統(tǒng)可能逐漸被脫水固體 堵塞和僅在氣流意外停止時堵塞。 此外，在高固體濃度的環(huán)境中，在其中清潔的濾液通過膜且保留更高固含量滲余 物的過濾過程中，接近該膜表面的固體濃差極化變得顯著，導(dǎo)致升高的膜阻力。通過使用用 于清洗該膜的兩相流已經(jīng)解決了這些問題中的一些。 要求保護(hù)在循環(huán)基礎(chǔ)上提供氣泡的循環(huán)充氣系統(tǒng)，以降低能量消耗，同時仍提供 足夠的氣體以有效沖洗該膜表面。為了提供用于這種循環(huán)操作，這種系統(tǒng)通常需要復(fù)雜的 閥門設(shè)置和控制系統(tǒng)，其容易提高所需的初始系統(tǒng)成本和該復(fù)雜閥門和開關(guān)設(shè)置的后續(xù)維 護(hù)成本。應(yīng)用于大系統(tǒng)中的機(jī)械閥也限制了循環(huán)頻率。而且，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)循環(huán)充氣不能有效 更新該膜表面。 將會需要提供不需要使用復(fù)雜閥門開關(guān)等控制操作的能量有效的沖洗工藝操作。 還優(yōu)選提供通過該膜表面的兩相液氣流以提供更有效的沖洗工藝，同時使這種清洗工藝所 需的能量最小化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明至少在其實(shí)施方案中尋求克服或至少改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的一些缺點(diǎn)或至少為 公眾提供有用的替代方式。 依照一個方面，本發(fā)明提供了用流體流清洗浸沒在液體介質(zhì)中的膜表面的方法， 包括沿該膜表面提供無規(guī)產(chǎn)生的間歇或脈沖流體流以從中去除污垢材料并降低固體濃差極化的步驟。優(yōu)選，該流體流包括氣流。優(yōu)選地，該氣流是氣泡形式。進(jìn)一步優(yōu)選，該流體 流包括兩相氣/液流。優(yōu)選地，該方法包括使用供給加壓氣流的裝置產(chǎn)生脈沖兩相氣/液 流。進(jìn)一步優(yōu)選，該加壓氣流的供給是基本恒定的。優(yōu)選地，該脈沖流體流的大小和/或頻 率和/或持續(xù)時間是任意的。 在本發(fā)明的一種形式中，將該脈沖兩相氣/液流與基本恒定的兩相氣/液流結(jié)合 使用。 任選地，可以使用鼓風(fēng)機(jī)等裝置在所述液體介質(zhì)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?dú)狻⒓淄榛蛉魏纹渌m用于特定應(yīng)用的氣體。為了沖 洗和/或充氣的目的，空氣是最經(jīng)濟(jì)的。氯氣可以用于通過在膜表面處的化學(xué)反應(yīng)洗滌、消 毒和提高清洗效率。臭氧的使用除了與氯氣上面體積的類似作用之外，還具有其他特征，例 如將DBP前體氧化并將不可生物降解的N0M轉(zhuǎn)化為可生物降解的溶解有機(jī)碳。在一些應(yīng)用 中，例如其中不適用氧氣或氧化劑的厭氧生物環(huán)境或非生物環(huán)境，可以使用氮?dú)?，特別是在 給料罐封閉能夠使氮?dú)獗４娌⒃傺h(huán)的情況下。 依照第二方面，本發(fā)明提供了膜組件，包括多個多孔膜或一組膜組件，和用于提供 無規(guī)產(chǎn)生的脈沖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污 垢材料的裝置。優(yōu)選，該流體流包括產(chǎn)生運(yùn)動通過所述膜表面的氣泡的氣流。進(jìn)一步優(yōu)選， 該流體流包括兩相氣/液流。優(yōu)選地，所述脈沖兩相氣/液流是由所述具有氣體供給的裝 置產(chǎn)生的。優(yōu)選地，該脈沖氣流的大小和/或頻率和/或持續(xù)時間是任意的。
在使用一組膜組件的情況下，該組件通常裝配位于包含給料的容器或罐中的陣 列、支架或盒子中。為了清洗一支架或一盒膜組件，該用于提供該脈沖氣體或兩相氣/液流 的裝置可以與分布器連接，產(chǎn)生的脈沖氣泡通過該分布器分布到該組件中。優(yōu)選將一種裝 置設(shè)置到一個組件或少數(shù)組件中。因此，通常對一個支架或盒子安裝有多個裝置。優(yōu)選將 氣體供給該支架并然后沿該支架，總管分布到各裝置中。盡管將該氣體以連續(xù)方式供給到 各個裝置中，但任何時候產(chǎn)生氣泡從該裝置沿該支架的噴發(fā)，保持不穩(wěn)定條件下該膜罐給 料基本恒定。這種作用降低了固體濃差極化并因此降低了過濾阻力。當(dāng)從支架頂部向下看 時，氣泡從該支架內(nèi)的不同組件中任意出現(xiàn)，形成無規(guī)的分布形式。 甚至在供給該支架的氣體連續(xù)且在相同流速下的情況下，流動到各個組件的氣流 體積通常在小范圍內(nèi)波動，通常小于15%。這是由于脈沖氣提裝置內(nèi)反壓力的變化而致。
優(yōu)選，該膜包括多孔中心纖維，該纖維的各端固定在集水管中，該下集水管在其中 形成有一個或多個孔，通過該孔引入兩相氣/液流。該孔可以是圓形、橢圓形或狹槽形式。 該纖維通常一端(通常是下端)密封，且另一端敞開以可以除去濾液，然而，在一些設(shè)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在封裝在封裝頭終 (potting head)或可以保持未封裝。該纖維優(yōu)選設(shè)置在墊子、圓柱形陣列或束中。應(yīng)當(dāng)認(rèn) 識到所述的清洗工藝同樣可應(yīng)用于其他形式的膜，例如平坦或平板膜。 進(jìn)一步優(yōu)選，該膜包括多孔中空纖維，該纖維的各端固定在集水管中以形成子組 件。將一組子組件組裝以形成組件。在子組件之間，保留一個或多個孔以允許氣/液通過 或分布到該子組件中。 依照一種優(yōu)選形式，本發(fā)明提供了從多個多孔中空纖維膜的表面去除污垢材料的 方法，該多個多孔中空纖維膜安裝并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(shè)置并安裝以防止其間的過度運(yùn)動，該方法包括提供通過所述膜表面的通常無規(guī)產(chǎn)生 的均勻分布的脈沖氣泡流的步驟，所述分布使得所述氣泡在所述陣列中的各膜之間基本均 勻流動以沖洗所述膜的表面并從該膜組件內(nèi)去除累積的固體。 優(yōu)選，氣泡流進(jìn)一步包括兩相氣/液流。優(yōu)選地，所述脈沖兩相氣/液流是由具有 基本恒定氣體供給的裝置提供的。優(yōu)選地，該脈沖氣流的大小和/或頻率和/或持續(xù)時間 是任意的。 依照第三方面，本發(fā)明提供了膜組件，包括多個多孔中空纖維膜，所述纖維膜被彼 此緊密鄰近設(shè)置并安裝以防止其間的過度運(yùn)動，該纖維膜的各端固定在集水管中，還包括 一個在其中具有一個或多個開孔的集水管，通過該開孔引入通常無規(guī)的脈沖氣流，用于清 洗所述中空纖維膜的表面。 優(yōu)選，該流體流包括氣流。進(jìn)一步優(yōu)選，該氣流是氣泡形式。優(yōu)選，氣流包括兩相 氣/液流。優(yōu)選地，所述脈沖兩相氣/液流是由具有基本恒定的氣體供給的裝置產(chǎn)生的。優(yōu) 選地，該脈沖流體流的大小和/或頻率和/或持續(xù)時間是任意的。 優(yōu)選地，該裝置包括響應(yīng)于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，用于儲存和間歇釋放加壓氣體，并使用該釋放的氣體以氣提來自液體儲罐的所 述液體以產(chǎn)生所述脈沖兩相氣/液流。 優(yōu)選，所述氣提泵裝置包括用于儲存由所述氣體源提供的所述氣體并具有位于所 述液體儲罐內(nèi)的上封閉端和下開口端的倒置氣體儲存腔、具有與所述液體儲罐流體連通的 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 腔流體連通的開孔，設(shè)置用于在該腔中的氣體含量達(dá)到預(yù)設(shè)含量時接收所述儲存來自所述 腔的氣體并將該液體氣提通過所述提升管用于排放到所述組件中。優(yōu)選地，該垂直提升管 位于該氣體儲存腔中。 在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，該氣體供給是由包含加壓氣體的外部罐提供的，該 罐與該膜組件流體連通，并具有用于提供氣體的無規(guī)產(chǎn)生脈沖以形成用于清洗該膜表面的 氣泡流的控制裝置。在一種實(shí)施方案中，該控制裝置可以包括位于該膜組件的氣/液入口 中且可根據(jù)入口中的液面操作以從該外部罐中提供氣體的流體流量控制裝置。例如，可以 使用浮筒裝置以根據(jù)液面激活該控制裝置。 優(yōu)選地，可以保護(hù)該纖維，并用具有適當(dāng)間隔的垂直和水平元件的組件支撐篩網(wǎng) 限制纖維移動，以提供通過該纖維的自由流體和氣體流動，并限制纖維的運(yùn)動幅度，降低該 纖維的封裝頭處的能量濃度。 優(yōu)選，可以將該組件封裝在基本為實(shí)心的或液/氣不透性管中，并與該脈沖氣提 泵裝置連接，以將該兩相氣/液流保留在該組件中。 作為參考，所述開孔包括一個或多個狹槽或一行孔。優(yōu)選地，該纖維束位于該多個
狹槽或孔行之間的封裝頭中。 可以將所用的液體供給該膜組件。 作為參考，該無規(guī)產(chǎn)生的脈沖的脈沖頻率在通常為0. 1 200秒的范圍內(nèi)變化。需 要理解，該脈沖頻率與該裝置的結(jié)構(gòu)相關(guān)，使用特定的結(jié)構(gòu)，該脈沖頻率優(yōu)選在約10 約 300%范圍內(nèi)變化。 優(yōu)選地，該脈沖氣提泵裝置可以任選地與流體分布器流體連通連接以將該脈沖氣泡基本均勻分布到該組件中。 優(yōu)選地，該組件內(nèi)的纖維具有約5 約80 % ，更優(yōu)選地約8 約55 %的組裝密度(如上所限定)。優(yōu)選，所述孔具有在約1 40mm范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在約1. 5 約25mm范圍內(nèi)的直
徑。在狹槽或一行孔的情況下，選擇該開口區(qū)域與上述孔等效。 典型地，該纖維內(nèi)徑在約0. lmm 約5mm范圍內(nèi)，優(yōu)選在約0. 25mm 約2mm范圍內(nèi)。該纖維壁厚取決于所用的材料和與過濾效率相對所需的強(qiáng)度。典型地，壁厚為0.05 2線更通常為0. lmm lmm。 依照另一方面，本發(fā)明提供了膜生物反應(yīng)器，包括用于將給料引入其中的裝置、用
于在所述罐內(nèi)形成活性污泥的裝置、依照第三方面的位于所述罐內(nèi)以浸漬在所述污泥中的
膜組件，所述膜組件具有用于將濾液從所述膜的至少一端移除的裝置。 依照另一方面，本發(fā)明提供了上面方面中所述類型的膜生物反應(yīng)器的操作方法，
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，同時提供所述脈沖氣
流通過所述組件內(nèi)的充氣開孔，以使得在使用時所述氣流運(yùn)動通過所述膜纖維的表面以從
中去除污垢材料。 如果需要，可以在該罐內(nèi)提供進(jìn)一步的充氣源，用于有助于微生物活性。優(yōu)選，該膜組件垂直懸浮在該罐內(nèi)，且所述進(jìn)一步的充氣源可以提供在該懸掛組件附近。優(yōu)選地，該進(jìn)一步的充氣源包括一組透氣管。可以根據(jù)通量和給料條件使用或不使用反洗操作該膜組件。在該生物反應(yīng)器中懸浮固體的高混合液體(5000 20000卯m)已經(jīng)顯示顯著降低滯留時間并改進(jìn)濾液質(zhì)量。充氣用于降解有機(jī)物質(zhì)和膜清洗的組合應(yīng)用已經(jīng)顯示能在不顯著提高跨膜壓力的情況下產(chǎn)生恒定的濾液流，同時確定高濃度的MLSS。 依照另一方面，本發(fā)明提供了水處理系統(tǒng)，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(yōu)選地，該水處理系統(tǒng)包括與該液體腔連接的抽吸側(cè)和與該氣體腔連接的排放側(cè)的氣體轉(zhuǎn)移系統(tǒng)。優(yōu)選，氣體源流體連接該液體腔。優(yōu)選地，該系統(tǒng)包括包含該膜組件的膜組件容器，該膜組件容器與該罐水力連接。 依照另一方面，本發(fā)明提供了水處理系統(tǒng)，包括與水源流體連接的液體儲罐、包含第一隔室和第二隔室的氣/液腔，第一隔室與該液體儲罐流體連接，膜分離容器與該第二容器水力連接。 優(yōu)選，該系統(tǒng)包括與該膜組件水力隔離的腔室和與該腔室連接的氣體源。 優(yōu)選地，該膜組件浸沒在膜罐中容納的混合液體中，該膜罐與流體連接該腔室的
該充氣區(qū)域水力連接。 依照另一方面，本發(fā)明提供了沖洗膜組件的方法，包括提供具有第一隔室和第二
隔室的腔室；在該第一隔室和該膜組件之間建立水力密封；用液體給料至少部分填充該第一隔室和將氣體引入該腔室中。 優(yōu)選地，該方法包括破壞該水力密封，其中對該水力密封的破壞將該腔室內(nèi)包含的至少一部分氣體釋放到該膜組件，以及然后在該第一隔室和該膜組件之間再次建立該水力密封。 優(yōu)選地，該方法包括對該水力密封再次破壞和再次建立，以產(chǎn)生該腔室內(nèi)包含的至少一部分氣體的脈沖釋放。 優(yōu)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，該將氣體引入該腔室中是基本連續(xù)進(jìn)行的。 依照另一方面，本發(fā)明提供了清洗位于包含液體的容器中的過濾膜的方法，通過在該容器內(nèi)的多個位置處在該液體內(nèi)提供通常無規(guī)的流體脈沖。優(yōu)選地，該流體脈沖的大小和/或頻率和/或持續(xù)時間是任意的。優(yōu)選，該流體包括氣體。進(jìn)一步優(yōu)選，該氣體是氣泡形式。優(yōu)選，流體包括兩相氣/液混合物。優(yōu)選地，所述脈沖兩相氣/液混合物是由具有基本恒定氣體供給的裝置產(chǎn)生的。
附圖簡述 現(xiàn)在將僅通過實(shí)施例的方式參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，其中

圖1是依照本發(fā)明的一種實(shí)施方案的膜組件的簡要示意性橫截面正視圖； 圖2顯示了在脈沖活化階段過程中的圖1的組件； 圖3顯示了在完成脈沖兩相氣/液流體階段之后圖1的組件； 圖4是依照本發(fā)明的第二實(shí)施方案的膜組件的簡要示意性橫截面正視圖； 圖5是依照本發(fā)明的第三實(shí)施方案的水處理系統(tǒng)的簡要示意性橫截面正視圖； 圖6是圖1的實(shí)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是顯示脈沖氣提裝置內(nèi)的操作液面的膜組件的簡要示意性橫截面正視
圖； 圖8是在圖1的實(shí)施方案中所示類型的膜組件的簡要示意性橫截面正視圖，顯示了該脈沖氣提泵中的污泥累積； 圖9是顯示該污泥去除工藝的一種實(shí)施方案的膜組件的簡要示意性橫截面正視圖； 圖10是脈沖液體流型和供給的空氣流速隨時間的圖表；禾口 圖11是對比使用氣提裝置和依照本發(fā)明的脈沖氣提裝置的清洗效率的膜滲透率隨時間的圖表。優(yōu)選實(shí)施方案的描述 參照附圖，圖1 3顯示了依照本發(fā)明的一種實(shí)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中并由其延伸的可滲透的中空纖維膜束6 。在該實(shí)施方案中，將該膜束分隔開以在該膜束6之間提供空間8。需要理解，可以使用該組件內(nèi)任意所需設(shè)置的膜。在該下封裝頭7中提供多個開口 9以允許流體通過其從位于該下封裝頭7之下的分布腔10中流入。 脈沖氣提泵裝置11提供在該分布腔10之下并與其流體連通。該脈沖氣提泵裝置11包括下端13敞開并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并與分布腔10的底部流體連接并在其下端16敞開。該提升管15在沿其長度的途中具有一個或多個開口 17。管狀槽18從提升管15在低于開口 17的位置在周圍和向上延伸。 在使用中，該組件5浸沒在液體供給器19中，將加壓氣體源基本連續(xù)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(nèi)的給料液體19，直至其達(dá)到開口 17的水平面。在該位置，如圖2中所示，該氣體沖破該開口 17上的液體密封，并脈動通過該開口 17
9并向上通過該中心提升管15，產(chǎn)生氣泡和給料液體的脈沖，其流動通過分布腔10并進(jìn)入該膜組件5的底部。該氣體的快速脈動將液體抽吸通過該提升管15的底部開口 16，產(chǎn)生高速的兩相氣/液流。然后該兩相氣/液流流動通過該開口 9并沖洗該膜6的表面。該槽18防止該開口 17的即刻再次密封并用于使該氣/液混合物在最初脈沖之后短時間內(nèi)連續(xù)流動。 該氣體的最初脈動提供了液體轉(zhuǎn)移的兩個階段噴射和抽吸。當(dāng)將該氣泡氣穴最初釋放到提升管15中時發(fā)生該噴射階段，產(chǎn)生強(qiáng)浮力將氣體和液體快速噴射通過該提升管15并然后通過該膜組件5以對該膜表面產(chǎn)生有效的清洗作用。該噴射階段之后是抽吸或虹吸階段，其中氣體快速流出該提升管15由于密度差產(chǎn)生臨時的壓力降，該密度差導(dǎo)致液體被抽吸通過該提升管15的底部16。因此，在該最初的快速兩相氣/液流之后降低液體流速，其也可以將另外的氣體抽吸通過開口 17。 然后用給料液體再次填充該氣體收集腔12，如圖3中所示，該工藝再次開始導(dǎo)致該組件5內(nèi)的膜6的兩相氣/液清洗的另一個脈沖。由于該工藝的相對無控制性，該脈沖的頻率和持續(xù)時間通常是任意的。 圖4顯示了圖1 3的實(shí)施方案的另一種變型。在該實(shí)施方案中，提供了混合設(shè)置，其中除該脈沖兩相氣/液流之外，將穩(wěn)態(tài)供給氣體在端口 20供給該提升管15的上部或下部，以產(chǎn)生由間歇脈沖兩相氣/液流補(bǔ)充的通過該組件5的恒定氣/液流。
圖5顯示了關(guān)于圖1 3的實(shí)施方案所述類型的組件35和泵裝置11的陣列。該組件5位于給料罐36中。在操作中，由各泵裝置11產(chǎn)生的氣泡脈沖對各組件5無規(guī)發(fā)生，導(dǎo)致在該給料罐36內(nèi)脈沖氣泡產(chǎn)生的總體無規(guī)分布。這樣在該給料罐36內(nèi)產(chǎn)生恒定但無規(guī)或混亂變化的液體給料攪動。 圖6顯示了用于本發(fā)明的在使用膜生物反應(yīng)器的水處理系統(tǒng)中的設(shè)置。在該實(shí)施方案中，在生物反應(yīng)器罐21和膜罐22之間提供脈沖兩相氣液流。通過具有一個位于該生物反應(yīng)罐21內(nèi)的垂直延伸壁24和位于該膜罐22內(nèi)的垂直延伸壁的倒置氣體收集腔23。壁24在該生物反應(yīng)罐21內(nèi)延伸到比膜罐22內(nèi)的壁25更低的深度。該氣體收集罐23由該生物反應(yīng)罐21和膜罐22之間的連接壁26分隔開，限定了兩個隔室27和28。將氣體(典型地為空氣)通過端口 29提供到該氣體收集腔23。膜過濾組件或裝置30位于在垂直壁25的下端之上的膜罐22內(nèi)。 在使用中，在壓力下將氣體通過端口 29提供給該氣體收集腔23，導(dǎo)致腔室23內(nèi)的水面降低直至其到達(dá)壁25的下端31。在該階段，氣體從隔室27中通過該壁25快速逃逸并作為氣泡通過該膜罐22上升，產(chǎn)生通過該膜組件30的兩相氣/液流。該氣體的脈沖也產(chǎn)生在氣體收集腔23的隔室28內(nèi)的氣體的快速減少，導(dǎo)致另外的水從該生物反應(yīng)罐21被虹吸到該膜罐22中。可以用與氣體來源(未示出)連接的閥門(未示出)控制通過端口 29的氣流?？梢杂每刂破餮b置(未示出)操作該閥門。 需要理解，上述實(shí)施方案中所述的脈沖流產(chǎn)生清洗裝置可以使用具有多種已知膜構(gòu)造，且并不限定于所示的特別設(shè)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(xù)供給該裝置，產(chǎn)生脈沖兩相氣/液流用于膜清洗和表面更新。通過該裝置使用連續(xù)氣體供給產(chǎn)生該脈沖流，然而，需要理解，在使用非連續(xù)氣體供給時也可以產(chǎn)生脈沖流，但具有不同的脈沖形式。
在一些應(yīng)用中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)脈沖氣提泵裝置11內(nèi)的液面在水平面A和B之間變化， 如圖7A和7B中所示。在該氣提泵裝置11內(nèi)的頂端，典型地由于形成氣窩而保留了液相不 能達(dá)到的空間37。當(dāng)這種泵裝置ll在高固態(tài)環(huán)境中(例如在膜生物反應(yīng)器中)操作時，浮 渣和/或脫水污泥39可能逐漸累積在該泵裝置11的頂端處的空間37中，這樣最終能夠?qū)?致氣流通道40的堵塞，導(dǎo)致降低的脈沖作用或毫無脈沖作用。圖8顯示了這種情景。
已經(jīng)確認(rèn)了用于克服該作用的幾種方法。 一種方法是將該氣體注射點(diǎn)38定位于 低于在操作過程中達(dá)到的上液面以下的位置，圖7A和7B中的水平面A。當(dāng)該液面到達(dá)該氣 提注射點(diǎn)38或以上時，該氣提產(chǎn)生驅(qū)散在該泵裝置11的頂端附近可能累積的浮渣或污泥 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(qiáng)度與氣體注射位置38和氣 體流速有關(guān)。該方法可以防止在該泵裝置ll內(nèi)污泥的無規(guī)長期累積。
另一種方法是周期性排放該泵裝置11內(nèi)的氣體以使該液面到達(dá)操作過程中泵裝 置11內(nèi)的頂端空間37。在這種情況下，該氣體的注射必須位于或接近該泵裝置11內(nèi)的最 高點(diǎn)，使得可以排放所有或幾乎所有該氣窩37。圖7中所示的氣體連接點(diǎn)38是例子。根據(jù) 該污泥質(zhì)量，在不同頻率下可以周期性進(jìn)行該排放以防止在該泵裝置內(nèi)產(chǎn)生任意永久干燥 的環(huán)境。 在泵裝置11的操作中，同樣需要注意，圖7中的液面A可以根據(jù)氣體流速改變。氣 體流速越高，在該泵裝置ll內(nèi)的氣窩形成也越少。因此，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射到該泵裝置ll內(nèi)以驅(qū)散脫水污泥。根據(jù)該裝置的涉 及，用于該作用所需的氣體流速比通常操作的氣體流速高通常約30%或更高。在一些裝置 操作中可以通過將氣體從其他膜罐轉(zhuǎn)移到選定的罐中以臨時產(chǎn)生短時間的高得多的氣流 以驅(qū)散脫水污泥?？商娲?，可以周期性使用備用鼓風(fēng)機(jī)(未示出)短時間供給更多的氣 流。 上述方法可以單獨(dú)或以組合方式用于進(jìn)行長期穩(wěn)定操作并消除在該泵裝置11內(nèi) 的任意浮渣/污泥累積。
實(shí)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。脈沖流產(chǎn)生裝置與該典型的膜組件連接。槳輪流量計位于該提升管的下端處，以監(jiān)控 氣體提升的脈沖液體流速。圖10顯示了在7. 8NmVhr的恒定氣體供給流速下該脈沖液體 流速的瞬態(tài)圖。該瞬態(tài)圖顯示了進(jìn)入該組件的液體流速在高點(diǎn)和低點(diǎn)之間的無規(guī)或混亂型 式。從低到高液體流速的頻率在約1 4.5秒范圍內(nèi)。未測定釋放到該組件的實(shí)際氣體流 速，因?yàn)槠渑c液體混合，但預(yù)期該流型與該液流類似，以混亂形式在高點(diǎn)和低點(diǎn)范圍內(nèi)。
在膜生物反應(yīng)器中進(jìn)行通過脈沖和普通氣提裝置的膜清洗效果的比較。該膜過濾 循環(huán)是12分鐘過濾然后1分鐘釋放。在各空氣流速下，測試兩個重復(fù)循環(huán)。兩組測試之間 的唯一區(qū)別是與該組件連接的裝置——普通氣提裝置與脈沖氣提裝置的對比。依照在過濾 過程中的滲透率降低評價該膜清洗效率。圖ll顯示了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得出脈沖氣提泵的膜污垢率較低，因?yàn)槠涮峁┝吮绕?通氣提泵更穩(wěn)定的滲透率隨時間變化。 在典型循環(huán)充氣設(shè)置和本發(fā)明的脈沖氣提充氣的性能之間進(jìn)行進(jìn)一步的對比。脈
11沖氣提的空氣流速為3mVh，循環(huán)充氣為6mVh。測試10s開/10s關(guān)和3s開/3s關(guān)的循環(huán) 充氣周期。選擇10s開/10s關(guān)的循環(huán)充氣以模仿大規(guī)模裝置的實(shí)際操作，閥的最快開關(guān)為 10s。選擇3s開/3s關(guān)的循環(huán)充氣以模仿在脈沖氣提裝置的操作范圍內(nèi)的頻率。在約30LMH 的正態(tài)流量下測試性能，且該性能包括30分鐘的長過濾循環(huán)。 下表1總結(jié)了對脈沖氣提操作和兩種不同頻率的循環(huán)充氣操作的測試結(jié)果。與循 環(huán)充氣操作相比，在短過濾和長過濾循環(huán)過程中脈沖氣提操作的滲透率顯著少得多。盡管 高頻率循環(huán)充氣略微改進(jìn)了該膜的性能，但該脈沖氣提操作保持穩(wěn)定得多的滲透率，用脈 沖氣提設(shè)置確定了更有效的清洗工藝。表1空氣沖洗方式對膜性能的影響
操作模式脈沖氣提10s開/10s關(guān)循 環(huán)充氣3s開/3s關(guān)循環(huán) 充氣
在12分鐘速率過程中 的膜滲透率降低1. 4 2. 2 lmh/巴3. 3 61mh/巴3.61mh/巴
在30分鐘速率過程中 的膜滲透率降低2. 5 4. 8 lmh/巴10 121mh/巴7.61mh/巴 上述實(shí)施例證實(shí)了具有脈沖流產(chǎn)生裝置的有效膜清洗方法。將氣提連續(xù)供給該脈 沖流產(chǎn)生裝置，產(chǎn)生無規(guī)或混亂的流型以有效清洗該膜。各循環(huán)流型的持續(xù)時間/效率、高 和低流強(qiáng)度和流動變化形式彼此不同。在各循環(huán)內(nèi)，該流動以混亂形式從一個數(shù)值到另一 個數(shù)值連續(xù)變化。 需要理解，盡管上述實(shí)施方案使用脈沖氣/液流，但本發(fā)明在使用包括氣體、氣泡 和液體的其他任意脈沖流體流時也是有效的。 需要理解，在不脫離本發(fā)明所述的精神或范圍的情況下，本發(fā)明的其他實(shí)施方案 和實(shí)施例是可以的。
1權(quán)利要求
用流體流清洗浸沒在液體介質(zhì)中的膜表面的方法，包括沿所述膜表面提供無規(guī)產(chǎn)生的間歇或脈沖流體流以從中去除污垢材料的步驟。
2. 權(quán)利要求l的方法，其中所述流體流包括氣流。
3. 權(quán)利要求2的方法，其中所述氣流包括氣泡。
4. 權(quán)利要求1的方法，其中所述流體流包括兩相氣/液流。
5. 權(quán)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(chǎn)生脈沖兩相氣/ 液流。
6. 權(quán)利要求5的方法，其中所述加壓氣流是基本恒定的。
7. 權(quán)利要求l的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括將所述脈沖兩相氣/液流與基本恒定 的兩相氣/液流結(jié)合使用。
8. 權(quán)利要求l的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括在所述液體介質(zhì)中提供另外的氣泡源。
9. 權(quán)利要求1的方法，其中所述脈沖流體流的大小和/或頻率和/或持續(xù)時間是任意的。
10. 膜組件，包括多個多孔膜或一組膜組件，和用于提供通常無規(guī)產(chǎn)生的脈沖流體流以 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污垢材料的裝置。
11. 權(quán)利要求10的膜組件，其中所述流體流包括氣流。
12. 權(quán)利要求ll的膜組件，其中所述氣流包括氣泡。
13. 權(quán)利要求ll的膜組件，其中所述脈沖氣流是由所述具有氣體供給源的裝置產(chǎn)生的。
14. 權(quán)利要求10的膜組件，其中所述脈沖流體流包括兩相氣/液流。
15. 權(quán)利要求10的膜組件，其中所述脈沖流體流的大小和/或頻率和/或持續(xù)時間是 任意的。
16. 權(quán)利要求10的膜組件，其中所述用于提供所述脈沖流體流的裝置進(jìn)一步包括與所 述裝置流體連通的分布器，通過所述分布器將所述脈沖流體流分布到所述組件中。
17. 權(quán)利要求10的膜組件，其中對各組件提供裝置。
18. 權(quán)利要求10的膜組件，其中對多個組件提供裝置。
19. 權(quán)利要求17或權(quán)利要求18的膜組件，其中所述脈沖流體流在所述裝置中無規(guī)產(chǎn) 生，形成無規(guī)的分布型式。
20. 從多個多孔中空纖維膜的表面去除污垢材料的方法，所述多個多孔中空纖維膜安 裝并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(shè)置并安裝以防止其間的過 度運(yùn)動，所述方法包括提供通過所述膜表面的通常無規(guī)產(chǎn)生的均勻分布的脈沖氣泡流的步 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沖洗所述膜的表面并 從所述膜組件內(nèi)去除累積的固體。
21. 權(quán)利要求20的從多個多孔中空纖維膜的表面去除污垢材料的方法，其中所述氣泡 流包括兩相氣/液流。
22. 權(quán)利要求21的從多個多孔中空纖維膜的表面去除污垢材料的方法，其中所述脈沖 兩相氣/液流是由具有基本恒定氣體供給的裝置產(chǎn)生的。
23. 權(quán)利要求21或權(quán)利要求22的從多個多孔中空纖維膜的表面去除污垢材料的方法，其中所述脈沖氣泡流的大小和/或頻率和/或持續(xù)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(shè)置并安裝以防止 其間的過度運(yùn)動，所述纖維膜的各端固定在集水管中，還包括一個在其中具有一個或多個 開孔的集水管，通過所述開孔引入通常無規(guī)的脈沖氣流，用于清洗所述中空纖維膜的表面。
25. 權(quán)利要求24的膜組件，其中所述脈沖氣流是氣泡的形式。
26. 權(quán)利要求24或權(quán)利要求25的膜組件，其中所述脈沖氣流包括兩相氣/液流。
27. 權(quán)利要求26的膜組件，其中所述脈沖兩相氣/液流是由具有氣體供給的裝置產(chǎn)生的。
28. 權(quán)利要求27的膜組件，其中所述氣體供給是基本穩(wěn)定的。
29. 權(quán)利要求24或權(quán)利要求25的膜組件，其中所述脈沖氣流的大小和/或頻率和/或 持續(xù)時間是任意的。
30. 權(quán)利要求14或權(quán)利要求27的膜組件，其中所述裝置包括響應(yīng)于來自與其連接的氣 體源的所述加壓氣體供給操作的氣提泵裝置，用于儲存和間歇釋放加壓氣體，并使用所述 釋放的氣體以氣提大量來自液體儲罐的所述液體以產(chǎn)生所述脈沖兩相氣/液流。
31. 權(quán)利要求30的膜組件，其中所述氣提泵裝置包括用于儲存由所述氣體源提供的所 述氣體并具有位于所述液體儲罐內(nèi)的上封閉端和下開口端的倒置氣體儲存腔、位于所述氣 體儲存腔內(nèi)且具有與所述液體儲罐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 被設(shè)置成用于在所述腔中的氣體含量達(dá)到預(yù)設(shè)含量時接收來自所述腔的所述儲存氣體，并 將所述液體氣提通過所述提升管用于排放到所述組件中。
32. 權(quán)利要求14或權(quán)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，并具有用于提供氣體的無規(guī)產(chǎn)生脈沖以形成用 于清洗所述膜表面的氣泡流的控制裝置。
33. 權(quán)利要求32的膜組件，其中所述控制裝置包括位于所述膜組件的氣/液入口中且 可根據(jù)入口中的液面操作以從所述外部罐中提供氣體的流體流量控制裝置。
34. 權(quán)利要求24的膜組件，其中所述裝置與流體分布器流體連通連接以將所述脈沖氣 泡基本均勻分布到所述組件中。
35. 膜生物反應(yīng)器，包括用于將給料引入其中的裝置、用于在所述罐內(nèi)形成活性污泥的 裝置、依照權(quán)利要求24的位于所述罐內(nèi)以浸漬在所述污泥中的膜組件，所述膜組件具有用 于將濾液從所述膜的至少一端移除的裝置。
36. 權(quán)利要求35的膜生物反應(yīng)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，同時提供所述脈沖氣流通過所述組件內(nèi)的充氣開孔， 以使得在使用時所述氣流運(yùn)動通過所述膜纖維的表面以從中去除污垢材料。
37. 權(quán)利要求36的膜生物反應(yīng)器的操作方法，進(jìn)一步包括提供進(jìn)一步的充氣源，可以 提供在所述罐內(nèi)。
38. 權(quán)利要求36的膜生物反應(yīng)器的操作方法，其中所述膜組件垂直懸浮在所述罐內(nèi)， 且所述進(jìn)一步的充氣源提供在所述懸掛組件附近。
39. 權(quán)利要求33的膜生物反應(yīng)器的操作方法，其中所述進(jìn)一步的充氣源包括一組透氣管。
40. 水處理系統(tǒng)，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(quán)利要求40的水處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括具有與所述液體腔連接的抽吸側(cè)和與所述 氣體腔連接的排放側(cè)的氣體轉(zhuǎn)移系統(tǒng)。
42. 權(quán)利要求40或權(quán)利要求41的水處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與所述液體腔流體連接的氣 體源。
43. 權(quán)利要求40的水處理系統(tǒng)，進(jìn)一步包括包含所述膜組件的膜組件容器，所述膜組 件容器與所述罐水力連接。
44. 水處理系統(tǒng)，包括與水源流體連接的液體儲罐、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罐流體連接，膜分離容器與所述第二容器水力連接。
45. 權(quán)利要求44的水處理系統(tǒng)，進(jìn)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(quán)利要求44或權(quán)利要求45的水處理系統(tǒng)，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(qū)域水力連接。
47. 沖洗膜組件的方法，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；禾口 將氣體引入所述腔室中。
48. 權(quán)利要求47的沖洗膜組件的方法，其中所述方法進(jìn)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(nèi)包含的至少一部分氣體釋放到所述膜組件，以及 然后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(quán)利要求47的沖洗膜組件的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括對所述水力密封再次 破壞和再次建立，以產(chǎn)生所述腔室內(nèi)包含的至少一部分氣體的脈沖釋放。
50. 權(quán)利要求47的沖洗膜組件的方法，其中所述方法包括將液體引入所述第二隔室中。
51. 權(quán)利要求47的沖洗膜組件的方法，其中所述將氣體引入所述腔室中是基本連續(xù)進(jìn) 行的。
52. 清洗位于包含液體的容器中的過濾膜的方法，通過在所述容器內(nèi)的多個位置處在 所述液體內(nèi)提供通常無規(guī)的流體脈沖。
53. 權(quán)利要求52的方法，其中所述流體脈沖的大小和/或頻率和/或持續(xù)時間是任意的。
54. 權(quán)利要求52的方法，其中所述流體包括氣體。
55. 權(quán)利要求54的方法，其中所述氣體包括氣泡。
56. 權(quán)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
用流體流清洗浸沒在液體介質(zhì)中的膜表面的方法，包括沿該膜表面提供無規(guī)產(chǎn)生的間歇或脈沖流體流以從中去除污垢材料的步驟。還公開了膜組件，包括多個多孔膜(6)或一組膜組件(5)和用于提供無規(guī)產(chǎn)生的脈沖流體流以使得在使用時所述流體流移動通過所述膜(6)的表面以從中去除污垢材料的裝置(11)。
文檔編號B01D61/20GK101790411SQ200880017403
公開日2010年7月28日 申請日期2008年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月29日
發(fā)明者G·賈梅斯, J·E·朱巴克, P·昭納, R·W·費(fèi)爾普斯, 查富芳 申請人:西門子水處理技術(shù)公司