[發(fā)明專利]使用膜束封罩和脈沖曝氣的膜組件系統(tǒng)以及操作方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201580057378.8
• 申請(qǐng)日: 2015-08-10
• 公開（公告）號(hào): CN107073401A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 泰勒·L·約翰遜;戴維·M·科爾比;曼溫德·辛格
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 科氏濾膜系統(tǒng)公司
• 主分類號(hào): B01D63/04
• 分類號(hào): B01D63/04;B01D65/08;C02F3/12
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司11021
• 代理人: 程紓孟

優(yōu)先權(quán)要求

該P(yáng)CT國際申請(qǐng)要求2014年10月22日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)No.62/067,127的優(yōu)先權(quán)，后者的主題的全部內(nèi)容以引用方式并入本文中。

說明書

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及設(shè)計(jì)用于浸入污染水箱的使用膜束封罩和脈沖曝氣的中空纖維膜過濾系統(tǒng)，以及操作方法。

背景技術(shù)

多年以來已經(jīng)使用了各種各樣的膜過濾系統(tǒng)來處理污水，例如排污水或廢水。這些系統(tǒng)在復(fù)雜性和成本方面各不相同。為了使處理過程更具成本效益，已經(jīng)開發(fā)了淹沒式膜過濾過程，其中包括中空纖維過濾膜的膜組件淹沒在大水箱中，并利用施加到中空纖維膜的濾出液側(cè)的抽吸來收集濾出液。這導(dǎo)致懸浮物質(zhì)聚集在中空纖維膜表面的外側(cè)上，繼而降低了過濾性能。因此，需要一種從表面移除這些物質(zhì)的有效方法。

這些膜系統(tǒng)的有效性和可行性很大程度上取決于存在有效方式來清潔中空纖維膜的表面，使得中空纖維膜不會(huì)變得阻塞和/或失去其有效性。常見的清潔方法包括使用液體滲透物和/或氣體進(jìn)行反沖洗、松弛、化學(xué)清潔以及使用呈氣泡形式的氣體進(jìn)行膜表面曝氣。在曝氣系統(tǒng)中，將氣體引入到膜組件的基部中。氣泡隨后向上行進(jìn)以擦洗膜表面，從而移除形成于膜表面上的結(jié)垢物質(zhì)。所產(chǎn)生的剪切力很大程度上依賴于初始?xì)馀菟俣取馀荽笮『褪┘又翚馀莸暮狭Α榱嗽鰪?qiáng)洗擦，必須應(yīng)用更多的氣體。然而，能量消耗隨著氣體體積的增大而增大。對(duì)于受處理的液體具有大量懸浮物質(zhì)的應(yīng)用來說，曝氣系統(tǒng)容易被堵塞。

一種在減少能量消耗的同時(shí)仍獲得高效膜清洗的方式是循環(huán)曝氣(例如，小氣泡分散曝氣)。循環(huán)曝氣系統(tǒng)循環(huán)地而不是連續(xù)地提供氣泡。為了提供這種循環(huán)操作，此類系統(tǒng)通常需要復(fù)雜的閥布置方式和控制方案，其成本抵消了循環(huán)系統(tǒng)的操作開支。此外，循環(huán)曝氣系統(tǒng)可具有有限的空氣流速操作范圍，這限制了降低操作成本的能力。例如，當(dāng)空氣流速減小到低于最小閾值時(shí)，循環(huán)曝氣系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)問題。此類問題可包括例如：膜池內(nèi)的液體循環(huán)不充分；膜表面擦洗不充分，這導(dǎo)致結(jié)垢和凝垢；以及曝氣系統(tǒng)部件(例如，噴嘴和分配管道)堵塞的可能性增大。

減少能量消耗的另一個(gè)選擇是具備類似于Zha等人的美國專利No.8,287,743(’743專利)中所描述的脈沖式氣升系統(tǒng)。根據(jù)’743專利，該系統(tǒng)包括膜組件，這些膜組件具有設(shè)置于膜組件的分配室下方的脈沖式氣升泵裝置。脈沖式氣升泵裝置被配置成從加壓源接收氣體，氣體置換脈沖式氣升裝置的氣體收集室內(nèi)的饋送液體，直到氣體達(dá)到一定水平。一旦氣體的體積達(dá)到一定水平，氣體即打破液封并且呈氣泡形式經(jīng)由分配室排放進(jìn)入膜組件的基部中。氣體排放還經(jīng)由脈沖式氣升泵吸入饋送液體，從而產(chǎn)生被設(shè)計(jì)來擦洗膜表面的兩相氣體/液體脈沖。

’743專利的系統(tǒng)和方法可在一些應(yīng)用中提供一些益處。然而，它可能具有某些缺點(diǎn)和低效現(xiàn)象，例如，通過脈沖式氣升形成的氣泡可能會(huì)在其沿著膜組件向上移動(dòng)時(shí)變形或偏移，由此降低洗擦效率。本發(fā)明所公開的實(shí)施例可有助于解決這些缺點(diǎn)和低效現(xiàn)象以及其他問題。

發(fā)明內(nèi)容

在一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種膜過濾器組件，該膜過濾器組件被配置成在環(huán)境壓力下處理水箱中容納的液體。該組件可包括集管和含有多個(gè)大致垂直中空纖維膜的膜束，其中每個(gè)中空纖維膜的下端被固定在集管中。該組件還可包括氣化裝置，該氣化裝置適于周期性地產(chǎn)生氣泡并且被配置成在膜束內(nèi)釋放氣泡。該組件可進(jìn)一步包括封罩，該封罩通過從膜束的下部區(qū)域延伸到上部區(qū)域而大致圍繞膜束，其中該封罩被配置成保持引入到封罩中的液體，使得液體包圍膜束。氣泡可具有與封罩的橫截面積相對(duì)應(yīng)的橫截面積，使得氣泡的橫截面積在氣泡沿膜束流動(dòng)時(shí)，占據(jù)封罩的基本上整個(gè)橫截面積。

在另一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種膜過濾器組件，該膜過濾器組件被配置成在環(huán)境壓力下處理水箱中容納的液體。該組件可包括集管和含有多個(gè)大致垂直中空膜的膜束，其中每個(gè)中空纖維膜的下端被固定在集管中。該組件還可包括氣化裝置，該氣化裝置適于周期性地產(chǎn)生氣泡并且被配置成釋放氣泡。該組件可進(jìn)一步包括封罩，該封罩通過從膜束的下部區(qū)域延伸到上部區(qū)域而大致圍繞膜束。該封罩可被配置成保持引入到封罩中的液體，使得液體包圍膜束，并且保持引入到封罩中的氣泡，使得氣泡沿膜束的整個(gè)長度與膜束保持接觸。