專利名稱：膜過濾系統(tǒng)的流體控制歧管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的方面和實施例涉及膜過濾系統(tǒng)，并且更具體地涉及這種系統(tǒng)的歧管布置，其用來將流體傳送到膜元件和/或從膜元件傳送流體。
背景技術：
在例如國際專利申請PCT/AU87/00309和PCT/AU90/00470中示出了現(xiàn)有技術過濾器筒和儲存器的例子。這些申請針對所有目的通過引用的方式將其整體并入本文。在一些實例中，中空纖維過濾模塊可以包括包圍中空纖維膜束的細長管狀殼體。在所述殼體的一端存在第一集管，其具有從其穿過的進料通路。進料通道與殼體的內(nèi)部且因此與纖維膜的外部流體連通。在所述殼體的另一端存在第二集管，該第二集管具有經(jīng)處理的從其通過的進料通路，其與所述殼體的內(nèi)部和纖維膜的外部連通。所述集管中的至少一個，通常是下集管，還設有與殼體的內(nèi)部和纖維膜的外部流體連通的氣體輸送通路。所述通路可以形成在集管的支管部分中。集管可具有平坦的端面。多個這樣的模塊可以在沒有互連歧管或管道工程的情況下連結(jié)在一起以形成一排過濾器模塊。多個這樣的成排過濾器模塊可以被互連以限`定一組過濾器模塊。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種過濾模塊組件的歧管。所述歧管包括:主體；通過主體的第一流體通路；第二和第三流體通路，所述第二和第三流體通路與第一流體通路中豎直間隔開的相應第一和第二開口流體連通，適于選擇性地向過濾器模塊的通路提供氣體流動；以及，將加壓氣體引入到所述第一流體通路中的裝置。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種過濾器模塊組件的歧管，所述歧管用于附連到與過濾膜流體連通的第一和第二集管。所述歧管包括:主體，所述主體具有適于連接到基本上相似的相鄰歧管的相對的端部；通過主體的第一流體通路，所述第一流體通路提供從主體的一端到另一端的連通以便允許與相鄰歧管的流體連接；第二和第三流體通路，所述第二和第三流體通路與第一流體通路中豎直間隔開的相應第一和第二開口流體連通，適于選擇性地向過濾器模塊的通路提供氣體流動；以及，將加壓氣體引入到所述第一流體通路中的裝置。在一些實施例中，第二和第三通路包括單一通路。在一些實施例中，第一通路流體連通于集管的相對端部并且與適于連通于過濾器模塊組件的集管的第三面相連通。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了控制氣體向膜過濾模塊的流動的方法。所述方法包括提供一種用于附連到膜過濾模塊的通路的歧管，所述歧管包括:主體；通過主體的第一流體通路，用于使進料液體流向所述模塊；第二和第三流體通路，所述第二和第三流體通路與第一流體通路中豎直間隔開的相應第一和第二開口流體連通，并且所述方法還包括將加壓氣體引入到所述第一流體通路中以將所述第一流體通路內(nèi)的進料液體移置到豎直間隔開的第一開口處或該第一開口下方的水平，導致通過所述第二通路進入過濾模塊的通路的氣體流動。在一些實施例中，進料液體被移置通過豎直隔開的第二開口和所述第三流體通路。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種過濾器模塊組件。過濾器模塊組件包括:限定過濾器腔室的主體；在所述腔室中將腔室劃分成進料側(cè)和濾液側(cè)的過濾介質(zhì)；通向腔室的進料入口和來自腔室的濾液出口 ；以及，與腔室流體連通的集管。該集管包括延伸穿過其中的進料通路和延伸穿過其中且位于所述進料通路內(nèi)的氣體分配通路，所述進料通路具有在一端接收待處理進料的入口、在另一端適于被連接到相鄰集管的進料通路的入口的出口以及將進料輸送到所述腔室的排出端口。氣體分配通路包括從根據(jù)本發(fā)明的第一方面所述的流體控制歧管接收氣體的接收端口、在一端適于被連接到相鄰集管的氣體分配通路的入口的出口、以及將氣體排出到進料通路中的一個或多個開口。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種過濾器模塊組件。過濾器模塊組件包括:包含進料的細長容器；容器內(nèi)的中空多孔纖維膜束；在容器的一端處的灌封頭，纖維束的一端被安裝在所述灌封頭中以使得灌封頭除了通過纖維的內(nèi)腔的開口端部以外防止流體流出纖維束的所述一端；用于封閉容器的另一端的裝置；用于防止進料流入纖維束的內(nèi)腔的所述另一端的裝置；以及，在容器的所述一端處的集管。集管包括:延伸穿過其中的進料通路，所述進料通路具有在一端接收待處理進料的入口、在另一端適于被連接到相鄰集管的進料通路的入口的出口、和將進料輸送到容器的排出端口 ；延伸穿過其中且位于進料通路內(nèi)的濾液通路，所述濾液通路具有從纖維內(nèi)腔接收濾液的接收端口、在一端排出濾液的出口、和在另一端適于被連接到相鄰第一集管的濾液通路的出口的入口；以及，延伸穿過其中且位于進料通路內(nèi)的氣體分配通路。氣體分配通路包括從根據(jù)本發(fā)明的第一方面所述的流體控制歧管接收氣體的接收端口、在一端適于被連接到相鄰集管的氣體分配通路的入口的出口、以及將氣體排出到進料通路中的一個或多個開口。在一些實施例中，模塊組件適于錯流過濾，這樣，閉合所述殼體的另一端的裝置在容器的另一端包括第二集管，并且防止進料流動到內(nèi)腔的另一端的裝置被第二灌封頭代替，纖維束的另一端被安裝在該第二灌封頭中，從而所述第二灌封頭允許進料流出容器的另一端且允許濾液在纖維束的另一端通過纖維內(nèi)腔被排出到第二集管。在一些實施例中，過濾介質(zhì)包括多孔中空膜，并且在一些實施例中，該膜包括中空纖維膜。在一些實施例中，所述容器在過濾過程中作為加壓容器操作。根據(jù)本發(fā)明的一些方面，提供了一種用于附連到過濾器模塊組件的集管的歧管。該歧管包括:與進料液體源流體連通的入口 ；與集管流體連通的第一出口 ；與所述入口、氣體源和所述第一出口流體連通的第一流體通路；與所述集管和所述第一流體通路流體連通的第二流體通路；以及，從所述第一出口豎直移位且在第一流體通路和第二流體通路之間流體連通的第二出口。在一些實施例中，第二流體通路與過濾器模塊組件的通氣系統(tǒng)流體連通。在一些實施例中，第一流體通路與過濾器模塊組件的進料入口流體連通。在一些實施例中，歧管進一步包括形成于第一流體通路的壁中的控制端口，所述控制端口包括限定第一出口的開口下部部分和限定第二出口的控制端口壁。在一些實施例中，第二流體通路包括從第一流體通路的上壁大體向下延伸的端部開口的導管，所述端部開口的導管的下端限定第一出口，第二出口被限定在端部開口的導管的壁中。在一些實施例中，第二出口包括至少一個豎直延伸的孔。在一些實施例中，豎直延伸的孔包括與管的下端鄰接的端部開口的槽縫。在一些實施例中，歧管還包括多個輸出導管，端部開口的導管被豎直地劃分以在端部開口的導管內(nèi)形成多個通路，所述多個通路中的每一個與相應的輸出導管流體連通。在一些實施例中，歧管包括至少兩個端部開口的導管。根據(jù)本發(fā)明的一些方面，提供了控制氣體向膜過濾模塊的流動的方法。所述方法包括提供一種用于附連到膜過濾模塊的集管的歧管。所述歧管包括:與進料液體源流體連通的入口 ；與集管流體連通的第一出口 ；與入口、氣體源和第一出口流體連通的第一流體通路；與集管和所述第一流體通路流體連通的第二流體通路；以及，從第一出口豎直移位且在第一流體通路和第二流體通路之間流體連通的第二出口。該方法進一步包括將進料液體引入到所述第一流體通路中，通過將加壓氣體引入到所述第一流體通路中以將所述第一流體通路內(nèi)的進料液體移置到第二出口處或第二出口下方且在第一出口上方的水平，以及使加壓氣體流動通過第一出口和流入過濾模塊。在一些實施例中，所述方法進一步包括在使加壓氣體流入膜過濾模塊時將進料液體的水平保持在第二出口處或第二出口下方且在第一出口上方的水平。在一些實施例中，所述方法進一步包括:流體地連接多個歧管的第一流體通路。根據(jù)本發(fā)明的一些方面，提供了一種模塊化過濾系統(tǒng)。模塊化過濾系統(tǒng)包括過濾模塊，該過濾模塊包括:具有進料入口和濾液出口的腔室；在所述腔室中將腔室劃分成進料側(cè)和濾液側(cè)的過濾介質(zhì)；與所述腔室流體連通的第一集管；以及第一歧管。第一歧管包括:與進料液體源流體連通的歧管入口 ；與第一集管流體連通的第一歧管出口 ；與歧管入口、氣體源和第一歧管出口流體連通的第一流體通路；與集管和第一流體通路流體連通的第二流體通路；以及從第一歧管出口豎直移位且在所述第一流體通路和所述第二流體通路之間流體連通的第二歧管出口。在一些實施例中，第一集管包括:與第一歧管出口流體連通且延伸穿過第一集管的第一進料通路，所述第一進料通路具有進料入口、進料出口和與腔室流體連通的排出端口 ；以及，與第二歧管出口流體連通且延伸穿過第一集管且定位在第一進料通路內(nèi)的第一氣體分配通路，所述第一氣體分配通路具有接收端口、氣體出口和與第一進料通路流體連通的一個或多個開口。在一些實施例中，過濾介質(zhì)包括中空纖維膜。
在一些實施例中，第一集管還包括延伸穿過第一集管且定位在第一進料通路內(nèi)的第一濾液通路，所述第一濾液通路具有與纖維膜的內(nèi)腔流體連通的接收端口以及濾液出□。在一些實施例中，模塊化過濾系統(tǒng)還包括具有與所述第一流體通路流體連通的入口的至少一個附加歧管。在一些實施例中,模塊化過濾系統(tǒng)還包括具有與第一濾液通路的濾液出口流體連通的濾液通路的至少一個附加集管。在一些實施例中，第一氣體分配通路的氣體出口與所述至少一個附加集管的氣體分配通路的入口流體連通。在一些實施例中，第一進料通路的進料出口與所述至少一個附加集管的進料通路的入口流體連通。
附圖不旨在按比例繪制。在附圖中，在各個圖中示出的每個相同或幾乎相同的部件由同樣的附圖標記表示。為清楚起見，在每一幅圖中，不是每一個部件可以被標記。在附圖中:
圖1是用于本發(fā)明的一個實施例的過濾器模塊組件的分解透視 圖2是圖1的模塊的頂部部分的部分剖開的剖視 圖3是一排圖1所示過濾器模塊的部分分解透視 圖4是一組圖3所示過濾器模塊的部分分解透視 圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的進料控制歧管的等距側(cè)視 圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一組過濾器模塊的簡化平面 圖7是圖6的一組過濾器模塊的下部部分的簡化局部端視 圖8是圖6的一組過濾器模塊的下部部分的簡化局部側(cè)視 圖9是根據(jù)圖6所示本發(fā)明的實施例的一排過濾器模塊的下部部分的簡化剖切側(cè)視
圖10是圖6的一排過濾器模塊的下部部分的簡化剖切側(cè)視圖，其示出所述模塊處于過濾模式；
圖11是圖6的一排過濾器模塊的下部部分的簡化剖切側(cè)視圖，其示出所述模塊處于通氣或氣體沖刷模式的開始；
圖12是圖6的一排過濾器模塊的下部部分的簡化剖切側(cè)視圖，其示出所述模塊處于通氣或氣體沖刷模式；
圖13是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的過濾控制歧管的透視 圖14是圖13的過濾控制歧管的端視 圖15是圖13的過濾控制歧管的側(cè)視 圖16是沿圖15的線A-A截取的剖面端視 圖17是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的過濾控制歧管的透視 圖18是圖17的過濾控制歧管的端視 圖19是圖17的過濾控制歧管的側(cè)視圖； 圖20是沿圖19的線A-A截取的剖面端視 圖21是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的過濾控制歧管的透視 圖22是圖21的過濾控制歧管的端視 圖23是圖21的過濾控制歧管的側(cè)視圖；以及 圖24是沿圖23的線A-A截取的剖面端視圖。
具體實施例方式本發(fā)明的應用并不限于在以下的說明中所述或附圖中所示的部件的結(jié)構(gòu)和布置的細節(jié)。本發(fā)明能夠具有其他實施例并且能夠以各種方式被實踐或?qū)嵤?。而且，本文所用的措辭和術語是為了描述的目的，并且不應該被認為是限制性的。在本文中“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“涉及”和其變體的使用是指涵蓋其后列出的項目及其等同物以及附加項目。將參照中空纖維膜來描述本發(fā)明的方面和實施例，但是應當理解，本發(fā)明并不一定限定于此，因為其可被應用到結(jié)合其他種類過濾膜(例如纏繞、墊或片材形式的多孔膜或滲透膜)的系統(tǒng)。本發(fā)明的方面和實施例涉及由具有附連到兩端的相對的對稱灌封頭的過濾膜筒組件構(gòu)成的過濾器模塊組件，但是也可以想到具有不同灌封頭的過濾器膜筒。本發(fā)明的方面和實施例涉及利用集管的過濾器模塊組件，所述集管適于將進料、濾液和氣體形式的流體引導至其他集管，例如相鄰的同樣的集管，并且引導到它們所連接的過濾器筒組件中和從所述過濾器筒組件引出。本發(fā)明的方面和實施例涉及膜過濾器，所述膜過濾器的過濾器模塊包括細長的可滲透中空纖維膜束，其中待過濾的進料被施加到纖維膜束的外側(cè)并且從纖維內(nèi)腔抽出濾液或滲透物。本發(fā)明的方面和實施例涉及膜過濾系統(tǒng)，所述膜過濾系統(tǒng)具有以過濾模塊組的方式連接在一起的多個過濾模塊。流體控制模塊，在本文替代地稱為歧管，將進料源和通氣氣體源流體連通至所述組中的一個或多個過濾模塊的集管。流體控制模塊和/或過濾模塊集管可包括一體式進料、濾液和氣體導管。流體控制模塊可以被設置成在將氣體引入到包含在流體控制模塊的主體內(nèi)的進料導管中時自動地將氣體輸送到過濾模塊集管。在圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明的過濾器筒組件10的實施例。過濾器筒組件10包括管狀殼體11，該管狀殼體11包圍中空多孔纖維束。纖維束形成過濾器筒的工作部分。每根纖維可具有約0.2微米的平均孔徑、約200微米的壁厚和約200微米的管腔直徑。在所述束中可能有大約12000條中空纖維，但是這個數(shù)量以及各個纖維尺寸可以根據(jù)操作要求而變化。纖維的上端14被嵌入在灌封頭12中，灌封頭12可以包括例如被鑄造成端件15的聚氨酯插塞。在端件15的上端的周邊周圍具有分別用于接收O形環(huán)18和19的一對溝槽16和17。端件15的下端接收包圍纖維的穿孔圓筒篩20。管狀殼體11的上部部分23包括外套筒21，所述外套筒21包括分別支撐O型環(huán)27和28的一對溝槽25和26。在該實施例中，在管狀殼體11的底部具有類似的端件(未示出)，但是如果過濾器被構(gòu)造成以閉塞端部模式來運行，則不存在這種需求。在閉塞端部模式過濾器的情況下，纖維的下端可以在被嵌入或不被嵌入灌封頭的情況下被密封。在端件15的上端上安裝有濾液杯或外殼31，其具有頸部或出口部32以及連接凸緣33，該連接凸緣33的內(nèi)面密封于O形環(huán)18和19。在頸部32的周邊的周圍具有支撐O形環(huán)39和40的一對環(huán)形溝槽37和38。濾液杯或外殼31為濾液提供出口路徑，所述濾液從嵌入在插塞或灌封頭12中的纖維的開口端部14排出。在過濾器筒10的頂部具有組合式原料/濾液集管41。如圖2所示，在本發(fā)明的一個實施例中，過濾筒10的集管41適于允許至少兩種流體的獨立通行。在過濾筒的上部集管中，如圖2所示，可以提供進料液體和濾液的通路。在過濾筒的下部集管中，可以提供進料液體和氣體的通路。在一些實施例中，濾液液體也可以通過下部集管。集管41關于下述平面是基本上對稱的，即:所述平面使得過濾器筒組件的縱軸線位于所述平面上，尤其是相對于集管41內(nèi)的進料和濾液二者的主要流動方向以直角延伸的平面以及相對于該平面成直角的平面。對稱的布置比其他可能的情況允許更大的模塊填充密度。在一些實施例中，通過將濾液排放通路43和氣體分配通路124 (在圖9中示出)完全包圍在集管41內(nèi)的原料入口通路42內(nèi)來獲得對稱布置。每個集管41可以鄰接同樣的集管，以便建立一排集管，一排膜筒可以連接到所述一排集管。在一些實施例中，同種集管41的相應排被附連至每個模塊的相對端，以便形成雙端對稱模塊排，其能夠?qū)⑦M料和濾液二者傳送到每個模塊的每一端處的每個集管中和從所述集管送出。集管41具有穿過其中的大型原料入口通路42和穿過其中的較小濾液排放通路43。集管41具有平面狀側(cè)面，并且在集管41的一側(cè)具有用于在通路42和43的端部周圍接收O形環(huán)的溝槽44和45。在集管41的相對側(cè)，具有適于接合相鄰集管41的O形環(huán)的環(huán)形斜面突起44a和44b。集管41具有一對向下延伸的連接凸緣46和47，它們分別限定提供原料通路42之間的連通的原料通路48以及提供濾液套筒31的出口 32和濾液排放通路43之間的連通的濾液通路49。凸緣47的基底在濾液套筒31的頸部周圍密封地接合O形環(huán)39和40，并且在凸緣46的基底處具有分別支撐O形環(huán)52和53的環(huán)形溝槽50和51。在凸緣46的外面上具有螺紋部分54，用于接收外連接套筒56的相應螺紋部分55。外連接套筒56構(gòu)成原料通路48的邊界，并在其下端具有頸部57，該頸部57具有向內(nèi)指向的臺肩58，該臺肩58接合外連接套筒56在殼體11上的下邊緣。通過圍繞外連接套筒56的相應周邊設置成型區(qū)域70和71，從而有助于外連接套筒56的旋轉(zhuǎn)以實現(xiàn)與凸緣46的螺紋接合或脫離，如圖2所示。在這種情況下，區(qū)域71具有適合于與機動化驅(qū)動器接合的輪齒外形，并且區(qū)域70具有適合于交替接合C形扳手的堞形外形。外連接套筒56的內(nèi)表面上的內(nèi)部臺肩區(qū)域67接合環(huán)形夾68，該夾68配合在穿孔篩20的端部處的端件15周圍并且鄰抵于濾液杯31的端部，使得當外連接套筒56與凸緣46完全接合時，濾液杯31的較小端部完全插入到集管41的內(nèi)部凸緣47內(nèi)。如果存在將纖維束連同穿孔篩和灌封端一起去除或更換的需要，這可以在被組裝在過濾器組或過濾器陣列中時不干擾封頭件的情況下來完成。在從集管41擰開外連接套筒56之后，外連接套筒56沿殼體11朝向筒的中心滑動(連同環(huán)形夾68 —起或在將夾68分成構(gòu)成半部之后)，從而允許濾液杯在灌封套筒上被拉回一段足夠的距離以從封頭件內(nèi)部裙緣取出濾液杯的較小端部，從而允許隨后去除過濾器束。纖維束的更換涉及以相反的順序進行上述過程。集管41中的關斷通路60提供從集管41的外部到濾液排放通路43的內(nèi)部的通達性，并且裝納有關斷閥63。關斷閥63的頂部部分64具有用于接收調(diào)整工具(未示出)和手動激活閥的孔。與關斷閥63的中心部分相鄰的是密封件65，其提供關斷閥63和關斷通路60之間的密封。在關斷閥63的下端具有密封件69。當關斷閥63向上運動時，密封件69關閉通向濾液排放通路43的端口 72以防止濾液從筒10流動到集管41。然而，應當注意，端口 72的關閉不妨礙濾液通過濾液通路43流動到相鄰的集管和從相鄰的集管流出。集管41的頂部上的插塞73封閉關斷通路60。閥63被設計成使其可以很容易地操作而不需要采取對過濾器的組成部分的任何拆卸。在閥設置的具體實施例中，當閥處于“向上”位置時，插塞73不能被更換。這提供了在一定距離處容易確定的視覺指示，即:閥被關斷，意味著其所饋送的筒與進料斷開連接。通過首先使閥63的軸旋轉(zhuǎn)90度，由此當閥63的軸被提升時允許矩形塊部件150(安裝在閥63的軸上)穿過相應的矩形孔151，從而使閥63從開啟位置運動到閉合位置。一旦閥的軸處于完全向上位置，則軸就再次向回旋轉(zhuǎn)90度，使得通過阻擋件150與關斷通路60的頂部的相互作用來防止該軸的意外降低。通過反轉(zhuǎn)該過程來打開關斷閥。如圖1所示，筒10的底部類似于頂部，即:該筒具有集管41和外連接套筒56。過濾器筒10可以被簡單地修改以提供閉塞端部的操作模式。筒10的底部也有不同之處，即:其包括具有另外的內(nèi)部氣體分配通路124的集管41。圖3示出一排過濾器筒10，所述過濾器筒10被平行地連接在一起并且具有設置為進料入口歧管的流體控制歧管101、設置為濃縮進料出口歧管的流體控制歧管100和設置為濾液歧管的流體控制歧管102。該成排的筒10由穿過集管41中的孔104的系桿103連接在一起。樣本或配量端口 105可以設置在歧管100、101和102中。圖4示出了通過相鄰的歧管100、101和102連接在一起以形成一組過濾器模塊的多排筒，所述過濾器模塊被穿過歧管100、101和102中的孔107的系桿106保持在一起。本領域技術人員將認識到，也可以利用或附加地利用將歧管和/或集管連接在一起的替代機構(gòu)。例如，歧管和/或集管可以設有夾、交叉凸緣、壓配合聯(lián)接件、或適合于聯(lián)接至相鄰模塊和/或集管上的互補螺紋的螺絲狀螺紋。所示的流體控制歧管100和101具有相同的形狀和構(gòu)造。在替代實施例中，不同的歧管可以根據(jù)需要被不同地成形或構(gòu)造。歧管100和101包括具有端面111和112的主體部分110，所述端面在一些實施例中可以是平面的，并且便于連接到相鄰的類似歧管。主體部分110限定通過主體從端面111延伸到端面112的進料通路113。端面111、112中的任一個或兩者可以包括通入進料通路113的進料入口。通向面112中的通路113的開口周圍具有用于接收0形環(huán)的環(huán)形凹部(未示出)，并且通向通路113和端面111的開口周圍具有適于接合相鄰歧管的0形環(huán)的斜面環(huán)形突起(未示出)。
根據(jù)本發(fā)明的流體控制歧管的實施例包括塊形結(jié)構(gòu)，其具有橋接大型的大致圓形內(nèi)部通路一對相對的大致平行的面。歧管的所述結(jié)構(gòu)包括適于在歧管的主通路和第三面之間連通的兩個附加通路。這兩個通路具有兩個重要特性:首先，附加通路之一可被完全包圍在所述大型的大致圓形內(nèi)部通路內(nèi)；其次，在每個歧管中，兩個附加通路之一被封閉于主通路。根據(jù)歧管是被用作進料入口還是進料出口歧管來確定兩個附加通路中的哪一個要被封閉。在通路內(nèi)利用通路的構(gòu)思允許這些岐管被用來連接兩排集管41以實現(xiàn)將進料平行送入成排的筒中和將濾液從成排模塊去除的目的，而且也實現(xiàn)將這種成組的互連排彼此串聯(lián)連接的目的。在一些實施例中，可通過完全包圍在大型的大致圓形內(nèi)部通路內(nèi)的附加通路來除去濾液。參照圖5，示出了根據(jù)本發(fā)明的流體控制歧管的一個實施例。如圖所示，流體控制歧管101包括主體，該主體包括限定端部開口進料通路113的側(cè)壁。在側(cè)壁之一中具有兩個豎直間隔開的開口 118和119。這些開口 118和119是流體控制歧管101的出口。在所示的實施例中，提供了一對上部開口 119，但是應當意識到，開口的數(shù)量和類型并不被嚴格限制。當歧管也被用來從集管41引導濾液時，可以任選地提供在進料通路113內(nèi)延伸通過該進料通路113的第二通路121。圖6示出了連接到一組模塊10的下集管41的多個流體控制歧管101。流體控制歧管連接到相鄰的類似歧管以形成沿著模塊組的至少一側(cè)延伸的成排互連歧管。每個歧管101被進一步連接到成排互連集管41的端部以形成圖6所示的組結(jié)構(gòu)。成排互連流體控制歧管101的至少一個終端端部設有T型件101’，該T型件101’用于提供與進料源和氣體源(通常為加壓空氣)的流體連通。T型件101’具有用于從氣體源引入氣體的上部豎直延伸的入口 120以及用于引入進料液體的水平延伸的入口 130。T型件101’通常連接到成排互連歧管中的終端流體控制歧管，但是應當理解的是，可以在沿成排歧管的任何點引入進料和氣體。參照圖9，示出了穿過根據(jù)本發(fā)明的過濾系統(tǒng)的實施例的流體控制歧管101、102和集管41截取的剖視圖。流體控制歧管101、102的進料通路113連接到進料液體源，并且下部開口 118與通向歧管101的面117的橫向分支通路122流體連通，從而在進料通路113和集管41的進料通路42之間提供進料連通。以類似的方式，橫向分支通路123從上部開口 119通向歧管的面117以提供與集管41的氣體分配通路124的流體連通。氣體分配通路124的終端部分各自流體連接到流體控制歧管101的分支通路123的端部125。在該實施例中，氣體分配通路124被封閉端連接件128終止于最終歧管102中。每個集管41的氣體分配通路124在其壁(通常是下壁)中設有一個或多個開口 127，以將氣體分配到集管41的進料通路42中。這些開口可以是洞、狹縫、噴嘴或在本領域中已知的其他結(jié)構(gòu)的形式。在一些實施例中的開口的尺寸不同，例如隨著距流體控制歧管的距離而增加尺寸，從而補償沿著氣體分配通路的壓力降以便將等量的氣體提供給一排中的每個過濾歧管?，F(xiàn)在將參照圖10至圖12描述流體控制歧管101的操作。圖10示出在過濾期間處于正常進料供應模式的歧管，其中進料通路113和集管41的進料供應通路42充滿進料液體。在這種模式下，分支通路123和氣體分配通路124也被進料液體填充。進料通過進料通路113、下部開口 118和分支通路122流動到進料供應通路42中和每個模塊10的膜周圍。進料通過至少在如圖6和圖8所示的成排互連流體控制歧管101的一端設置的T型件101’被供應到進料供應通路。如圖11所示，當需要對膜進行通氣或沖刷時，諸如空氣的氣體被引入互連流體控制歧管101中的一個或多個流體控制歧管。引入氣體的手段并不嚴格地受限制，但通常是通過提供加壓氣體通過連接到如圖8所示的成排歧管101的端部的T型件101’來實現(xiàn)。引入的氣體移置進料供應通路113內(nèi)的進料液體直到通路113內(nèi)的液體水平移動到上部開口119處的水平或該水平下方。此時，氣體開始流動通過分支通路123和氣體分配通路124并且通過開口 127流出，從而在如圖12所示的集管41的進料供應通路42中的進料液體中產(chǎn)生氣泡。液體最初被分別移置通過上部開口 119和下部開口 118，使大部分的流動通過下部開口 118。為了防止完全將進料液體從通路113移置，下部開口 118例如在其上部部分設有一個或(多個)排放開口 126，以便放掉任何過量的氣體并防止進料液體的進一步移置。所使用的排放開口類型不被嚴格限制，但可包括槽縫、溝槽或凹口。一旦完成通氣，氣體的引入就被停止并且進料液體在進料通路113內(nèi)上升且系統(tǒng)返回到正常操作。在一些實施例中，可能期望的是在進料通路113內(nèi)將上部開口 119設置得盡可能高以最小化產(chǎn)生通過氣體分配通路124的空氣流所需的進料通路113內(nèi)的液體移置。在一些實施例中，理想的是在氣體沖刷過程期間將進料盡可能多地保留在進料通路113內(nèi)。在一些實施例中，上部開口 119和/或氣體分配通路124的尺寸足夠大，以便于在模塊之間產(chǎn)生由歧管供給的均勻氣體分配，同時仍然允許進料流動通過進料通路113和/或42。至少部分地基于被用來移置進料通路113內(nèi)的進料液體的氣體壓力來確定上部開口 119和下部開口 118之間的間距以及這些開口在進料通路113內(nèi)的相對定位。圖13至16示出根據(jù)本發(fā)明的流體控制歧管的另一實施例。在該實施例中，將進料液體和沖刷氣體從流體控制歧管130直接送入一個或多個膜模塊的基底。流體控制歧管的主體包括限定進料通路131和一個或多個控制端口 132的側(cè)壁。膜模塊(未示出)和流體控制歧管130的進料通路131之間的流體連通經(jīng)由控制端口 132來提供?？刂贫丝?132的橫截面是大致圓形的，其上半球被徑向延伸的隔板133阻隔且其下部部分133’敞開從而提供出口以允許液體流過。應理解的是，端口 132的形狀不是嚴格限制的，其它的橫截面形狀將同樣適用。該隔板133設有孔134形式的出口，其可包括例如豎直延伸的槽縫?？?34的形式?jīng)]有嚴格限制，并且也可以使用或另外使用一個洞或一系列洞?？?34通常從隔板的基底135豎直地隔開，但這也不是關鍵的。在一些實施例中，孔134可以是端部開口的槽縫，使開口的下端連結(jié)控制端口的開口下部部分133’。在圖13至16的實施例中，一對控制端口 132被設置在進料通路131的側(cè)壁中的相對位置。該實施例以與上面描述的其它實施例類似的方式操作。在過濾期間，進料液體流動通過流體控制歧管130的進料通路131，然后通過控制端口 132的下部開口部分133’且進入與其附連的膜模塊(未示出)的基底。進料液體從模塊的基底沿著膜例如流動通過模塊(未示出)的下部灌封頭中的開口。當需要空氣或氣體沖刷時，通過將氣體引入到進料通路131中來向下移置進料通路131內(nèi)的液體，直到氣/液界面到達孔134的水平。然后氣體通過孔134且進入膜模塊(未示出)的基底。用于孔134的槽縫形式或豎直延伸的洞組的使用允許通過在進料通路131內(nèi)更多的液體被移置時增加通過孔134的氣體流動來調(diào)節(jié)所述氣體流動。這繼而通過使更多的氣體通過孔134逸出來減少液體的移置。這種調(diào)節(jié)防止控制端口 132完全充滿氣體。圖17至20示出根據(jù)本發(fā)明的流體控制歧管的另一實施例。在該實施例中，流體控制歧管的主體包括限定進料通路131的側(cè)壁以及導管138形式的控制端口，所述導管例如是在徑向方向上從進料通路131的上壁大體豎直向下延伸進入進料通路131的管道或管筒。進料液體和氣體被送入設置在流體控制歧管130上方的一個或多個例如一對輸出導管136和137。輸出導管136和137適于被連接到膜模塊(未示出)的基底。輸出導管136、137由導管138流體連通地連接于流體控制歧管130的進料通路131。導管138在其下部遠端139敞開以允許進料液體從進料通路131流入。導管138由沿著導管138的直徑定位且從所述下部遠端139向上延伸的一個或多個縱向延伸的隔板142劃分成多個例如一對通道140、141。導管138通過進料通路131的上壁143并且在其側(cè)壁中設有一個或多個孔，例如，一對開口 144、145，其提供通道140、141和各自的輸出導管136、137之間的流體連通。導管138中的孔的數(shù)量可以對應于形成在其中的通道的數(shù)量，使至少一個孔通向每個通道。在一些實施例中，各種孔可以被設置在流體控制歧管內(nèi)的不同高度處。導管138設有一對通氣孔146、147，每個通氣孔與導管138的相應通路140、141連通。導管138中的通氣孔的數(shù)量可以對應于形成在其中的通道的數(shù)量，使至少一個孔通向每個通道。通氣孔146、147被設置在從管道或管筒138的下部遠端139豎直隔開的位置處。這允許氣體流動通過通氣開口 146、147而不移置進料通路內(nèi)的所有液體，并且防止管道或管筒138被完全充滿氣體。在一些實施例中，各種孔可以被設置在進料通路131內(nèi)的不同高度處。該實施例以與上面描述的其它實施例類似的方式操作。在過濾期間，進料液體流動通過進料通路131，然后通過導管138的下部開口的遠端139，并且通過由隔板142形成的通道140、141。進料液體然后沿著通道140、141向上流動并且通過各自的導管136和137。當需要空氣或氣體沖刷時，通過將氣體引入到進料通路中來向下移置進料通路131內(nèi)的液體，直到氣/液界面到達通氣開口 146和147的水平。然后，氣體沿著管道或管筒138的通道140、141通過開口 146、147并進入各自的導管136和137。圖21至24示出根據(jù)本發(fā)明的流體控制歧管的另一實施例。在該實施例中，流體控制歧管的主體包括限定進料通路131的側(cè)壁和導管150形式的控制端口，所述導管例如是在徑向方向上從進料通路131的上壁大體豎直向下延伸進入進料通路131的管道或管筒。導管150適于被連接到膜模塊(未不出)的基底。進料液體和氣體被送入導管150。在一些實施例中，導管150可通過流體控制歧管的上壁的中心部分，并且在其他實施例中，例如圖21至24所示，所述導管可進入流體控制歧管，其靠近或接觸進料通路131的側(cè)壁。導管150在其下部遠端152處敞開以允許進料液體從進料通路131流入。在一些實施例中，導管150相對于進料通路131的內(nèi)壁切向地穿過進料通路131的上壁143。導管150在其下部遠端152附近設有一個或多個通氣孔153?？?53在一些實施例中圍繞管道或管筒150的周邊被設置在相等間隔開的位置?？?53在一些實施例中是豎直延伸的槽縫的形式，但是孔的形式并不嚴格受限，也可以使用或另外使用一個或一系列間隔的洞。在一些實施例中，所述孔中的一個或多個孔相比于所述孔中的一個或多個其它孔可以具有不同的寬度或長度。在一些實施例中，在使用槽縫的情況下，其通向?qū)Ч?50的下部遠端152，如圖21至24所示。在該實施例中，一對導管150沿進料通路131的內(nèi)側(cè)壁被設置在相對的位置。在其它實施例中，多于兩個的導管150可被包括在歧管中。該實施例以與上面描述的其它實施例類似的方式操作。在過濾期間，進料液體流動通過進料通路131，然后通過導管150的下部開口遠端152且向上通過導管150以便連通至所連接的膜模塊(未示出)。當需要空氣或氣體沖刷時，通過將加壓氣體引入進料通路來向下移置進料通路131內(nèi)的液體，直到氣/液界面到達孔153的水平。然后，氣體通過孔153并沿著導管150流動，以便與連接于其的膜模塊(未示出)相連通。用于孔153的槽縫形式或豎直延伸的洞組的使用允許通過在進料通路131內(nèi)更多的液體被移置時增加通過孔153的氣體流動來調(diào)節(jié)所述氣體流動。這繼而通過使更多的氣體通過孔153逸出來減少液體的移置。這種調(diào)節(jié)防止導管150完全充滿氣體。所描述的歧管設置使得能夠使用單一歧管來選擇性地將進料和/或氣泡供應到膜模塊。雖然已經(jīng)公開了本公開的示例性實施例，但是可對其作出許多修改、增加和刪除而不脫離如所附權利要求中所述的本公開及其等價物的精神和范圍。本領域技術人員將容易地理解，這里所描述的各種參數(shù)和構(gòu)造意味著是示例性的，并且實際的參數(shù)和構(gòu)造將取決于本公開的設備和方法所針對使用的特定應用。本領域技術人員僅僅使用常規(guī)的實驗即可認識到或者能夠確定等同于本文中描述的特定實施例的許多實例。例如，本領域技術人員可以認識到，根據(jù)本公開的系統(tǒng)及其部件還可以包括系統(tǒng)網(wǎng)絡或者是熱交換器系統(tǒng)或水處理系統(tǒng)的部件。因此，應當理解的是，僅通過示例的方式提供了前述實施例，并且，在所附權利要求及其等價物的范圍內(nèi)，所公開的系統(tǒng)和方法能以與所具體描述的方式不同的其它方式來實施。例如，在本公開的系統(tǒng)中可以制備和使用平板膜。所述系統(tǒng)和方法涉及本文所述的每個單獨的特征、系統(tǒng)或方法。此外，兩個或更多這樣的特征、系統(tǒng)或方法的任何組合在這樣的特征、系統(tǒng)或方法不相互矛盾的情況下被包括在本公開的范圍之內(nèi)。另外,應當理解,本領域技術人員容易想到各種改變、修改和改進。這樣的改變、修改和改進的本意是本公開的一部分，并旨在落入本公開的精神和范圍之內(nèi)。例如，歧管可以由包括注塑成型或焊接技術在內(nèi)的任何制造技術來制備，并且可由任何所需材料來制造。在其他情況下，可以修改現(xiàn)有設施來利用或結(jié)合本發(fā)明的任何一個或多個方面。因此，在某些情況下，系統(tǒng)可能涉及連接或設置現(xiàn)有設施以包括過濾系統(tǒng)或過濾系統(tǒng)的部件，例如本文所公開的歧管。因此，前面的描述和附圖僅作為示例。另外，附圖中的繪圖不將本公開限制于具體示出的圖示。修飾某一元件的序數(shù)術語例如“第一”、“第二”、“第三”等在本說明書和權利要求書中的使用本身并不意味著任何優(yōu)先級、先后次序、或一個元件優(yōu)于另一元件的順序、或執(zhí)行方法的動作所處的時間順序，而是僅僅用作標記以便區(qū)分具有某一名稱的一個元件和具有相同名稱的另一元件，序數(shù)術語的使用只是用于區(qū)分所述元件。
權利要求
1.一種用于附連到過濾器模塊組件的集管的岐管，所述歧管包括: 與進料液體源流體連通的入口； 與所述集管流體連通的第一出口； 與所述入口、氣體源和所述第一出口流體連通的第一流體通路； 與所述集管和所述第一流體通路流體連通的第二流體通路；以及從所述第一出口豎直移位且在所述第一流體通路和所述第二流體通路之間流體連通的第二出口。
2.根據(jù)權利要求1所述的歧管，其特征在于，所述第二流體通路與過濾器模塊組件的通氣系統(tǒng)流體連通。
3.根據(jù)權利要求1所述的歧管，其特征在于，所述第一流體通路與過濾器模塊組件的進料入口流體連通。
4.根據(jù)權利要求1所述的歧管，其特征在于，還包括形成于第一流體通路的壁中的控制端口，所述控制端口包括限定所述第一出口的開口下部部分和限定所述第二出口的控制端口壁。
5.根據(jù)權利要求1所述的歧管，其特征在于，所述第二流體通路包括從第一流體通路的上壁大體向下延伸的端部開口的導管，所述端部開口的導管的下端限定所述第一出口，所述第二出口被限定在所述端部開口的導管的壁中。
6.根據(jù)權利要求5所述的歧管，其特征在于，所述第二出口包括至少一個豎直延伸的孔。
7.根據(jù)權利要求6所述的歧管，其特征在于，所述豎直延伸的孔包括與管筒的下端鄰接的端部開口的槽縫。
8.根據(jù)權利要求5所述的歧管，其特征在于，所述歧管還包括多個輸出導管，所述端部開口的導管被豎直地劃分以在所述端部開口的導管內(nèi)形成多個通路，所述多個通路中的每一個與相應的輸出導管流體連通。
9.根據(jù)權利要求5所述的歧管，其特征在于包括至少兩個所述端部開口的導管。
10.一種控制氣體向膜過濾模塊的流動的方法，所述方法包括: 提供用于附連到膜過濾模塊的集管的歧管，所述歧管包括:與進料液體源流體連通的入口；與所述集管流體連通的第一出口；與所述入口、氣體源和所述第一出口流體連通的第一流體通路；與所述集管和所述第一流體通路流體連通的第二流體通路；和從所述第一出口豎直移位且在所述第一流體通路和所述第二流體通路之間流體連通的第二出口； 將進料液體引入到所述第一流體通路中； 通過將加壓氣體引入到所述第一流體通路中以將所述第一流體通路內(nèi)的進料液體移置到所述第二出口處或所述第二出口下方且在所述第一出口上方的水平；以及使加壓氣體流動通過所述第一出口和流入過濾模塊。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其特征在于，還包括在使加壓氣體流入膜過濾模塊時將進料液體的水平保持在所述第二出口處或所述第二出口下方且在所述第一出口上方的水平。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，還包括流體地連接多個歧管的第一流體通路。
13.一種模塊化過濾系統(tǒng)，所述模塊化過濾系統(tǒng)包括: 過濾模塊，所述過濾模塊包括:具有進料入口和濾液出口的腔室；在所述腔室中將所述腔室劃分成進料側(cè)和濾液側(cè)的過濾介質(zhì)；與所述腔室流體連通的第一集管；以及 第一歧管，所述第一歧管包括:與進料液體源流體連通的歧管入口；與所述第一集管流體連通的第一歧管出口；與所述歧管入口、氣體源和所述第一歧管出口流體連通的第一流體通路；與所述集管和所述第一流體通路流體連通的第二流體通路；以及從所述第一歧管出口豎直移位且在所述第一流體通路和所述第二流體通路之間流體連通的第二歧管出口。
14.根據(jù)權利要求13所述的模塊化過濾系統(tǒng)，其特征在于，所述第一集管包括: 與所述第一歧管出口流體連通且延伸穿過所述第一集管的第一進料通路，所述第一進料通路具有進料入口、進料出口和與所述腔室流體連通的排出端口 ；以及 與所述第二歧管出口流體連通且延伸穿過所述第一集管且定位在所述第一進料通路內(nèi)的第一氣體分配通路，所述第一氣體分配通路具有接收端口、氣體出口和與所述第一進料通路流體連通的一個或多個開口。
15.根據(jù)權利要求14所述的模塊化過濾系統(tǒng)，其特征在于，所述過濾介質(zhì)包括中空纖維膜。
16.根據(jù)權利要求15所述的模塊化過濾系統(tǒng)，其特征在于，所述第一集管還包括: 延伸穿過所述第一集管且定位在所述第一進料通路內(nèi)的第一濾液通路，所述第一濾液通路具有與纖維膜的內(nèi)腔流體連通的接收端口以及濾液出口。
17.根據(jù)權利要求16所述的模塊化過濾系統(tǒng)，其特征在于，還包括具有與所述第一流體通路流體連通的入口的至少一個附加歧管。
18.根據(jù)權利要求17所述的模塊化過濾系統(tǒng)，其特征在于，還包括具有與所述第一濾液通路的濾液出口流體連通的濾液通路的至少一個附加集管。
19.根據(jù)權利要求18所述的模塊化過濾系統(tǒng)，其特征在于，所述第一氣體分配通路的氣體出口與所述至少一個附加集管的氣體分配通路的入口流體連通。
20.根據(jù)權利要求19所述的模塊化過濾系統(tǒng)，其特征在于，所述第一進料通路的進料出口與所述至少一個附加集管的進料通路的入口流體連通。
全文摘要
本文公開了用于過濾流體的設備和方法，其包括聯(lián)接到歧管的過濾器模塊組件。該歧管可包括與進料液體源流體連通的歧管入口、與過濾器模塊組件的集管流體連通的出口、與歧管入口、氣體源和出口流體連通的流體通路、與集管和第一流體通路流體連通的第二流體通路、以及從第一歧管出口豎直移位且在第一流體通路和第二流體通路之間流體連通的第二歧管出口。
文檔編號B01D61/00GK103118766SQ201180045846
公開日2013年5月22日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權日2010年9月24日
發(fā)明者M.科利農(nóng), B.G.比爾托夫特 申請人:西門子工業(yè)公司