用于脈沖通氣的氣化裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本公開涉及用于脈沖通氣的氣化裝置，例如在用于浸入污染水槽中的具有束封裝 件和脈沖通氣的中空纖維膜過濾系統中的用于脈沖通氣的氣化裝置，其用作例如有效清潔 所述膜的脈沖空氣提升栗。
【背景技術】
[0002] 廣泛多樣的膜過濾系統已經多年用于處理受污染的水，例如污水或廢水。這樣的 系統在復雜度和成本方面各不相同。在使處理過程更有成本效率的努力中，已經開發了浸 沒式膜過濾法，其中將包含中空纖維過濾膜的膜模塊浸入大型槽中，并且通過施加到中空 纖維膜的濾液側的抽吸的方式來收集濾液。這引起了懸浮物質在中空纖維膜表面的外側上 聚集，其降低了過濾性能。因此，需要從表面移除所述物質的有效方法。膜模塊由多個中空 纖維膜組成。因為沉積在中空纖維膜的外側上的懸浮物質降低了過濾性能，向中空纖維膜 的外側提供適量的通氣，從而移除沉積在纖維表面上的懸浮物質。
[0003] 這些膜系統的有效性和可行性大大取決于:具有對中空纖維膜表面進行清潔的有 效方式，使得它們不變得堵塞和/或失去它們的有效性。常見的清潔方法包括使用液體滲透 物和/或氣體回洗、松弛(re Iaxing )、化學清潔、和使用氣泡形式的氣體的膜表面通氣。在氣 體通氣系統中，將氣體引入至膜模塊的底座。氣泡之后向上行進以沖刷膜表面，從而移除在 膜表面上形成的污垢物質。所產生的剪切力主要取決于最初的氣體氣泡速度、氣泡尺寸、和 所得到的向氣泡施加的力。為了增強洗滌，需要施加更多的氣體。然而，能量消耗隨著氣體 體積增加而增加。對于其中被處理的液體具有大量的懸浮物質的應用來說，氣體通氣系統 容易變得堵塞。
[0004] 降低能量消耗同時仍然得到高效的膜清潔的一種方式是循環通氣（例如，小氣泡 分散通氣）。循環通氣系統循環地而不是連續地提供氣泡。為了提供這種循環操作，這種系 統通常需要復雜的閥裝置和控制方案，其成本抵消了循環系統運行上的節約。此外，循環通 氣系統可能會具有有限范圍的空氣流量操作，限制了降低運行成本的能力。例如，當將空氣 流量調低至最小閾值以下時，對于循環通氣系統來說可能會出現問題。這種問題可能包括， 例如，膜槽內液體的不充分循環，導致沾污和淤積的不充分的膜表面沖刷，以及通氣系統部 件(例如，噴嘴和分配管線）的增加的堵塞的可能性。
[0005] 降低能量消耗的另一個可選方案是具有與Zha等人的美國專利號8,287,743('743 專利）中描述的相似的脈沖空氣提升系統。根據'743專利，系統包括具有設置在膜模塊的分 配室下方的脈沖氣體提升栗裝置的膜模塊。脈沖氣體提升栗裝置被配置成從加壓源接收氣 體，其使脈沖氣體提升裝置的氣體收集室內的供給液體移動直到其達到特定水平。一旦氣 體的體積達到特定水平，氣體打破液封并且以氣泡的形式通過分配室排出至膜模塊的底座 中。氣體的排出還通過脈沖氣體提升栗抽吸供給液體，產生設計為沖刷膜表面的兩相氣體/ 液體脈沖。
[0006] '743專利的系統和方法可以在一些應用中提供一些益處。然而，其可能會具有某 些缺點和低效率，例如，通過脈沖空氣提升形成的氣泡可能會當它在膜模塊向上移動時變 形或平移，從而降低洗滌效率。公開的實施方案可以幫助解決這些缺點和低效率以及其他 問題。 【實用新型內容】
[0007] 本實用新型提供了以下技術方案：
[0008] [1] -種用于脈沖通氣的氣化裝置，所述氣化裝置包含
[0009] 外套筒，所述外套筒限定主室，其中所述主室具有開放的下端、在其頂端中具有開 口、并且與通氣裝置流體連接；
[0010] 管，所述管在所述主室內延伸，使得所述管的下端高于所述外套筒的下端，其中所 述管穿過所述開口；
[0011] 桶，其中所述桶的上開放端位于所述主室內并且高于所述管的下端，并且所述桶 的底部低于所述管的下端。
[0012] [2]根據[1]所述的氣化裝置，其中所述通氣裝置是在所述外套筒上方的通氣室， 并且所述主室經由在其頂端中的通道與所述通氣室流體連接。
[0013] [3]根據[2]所述的氣化裝置，其中在所述通道中設置節流閥。
[0014] [4]根據[2]所述的氣化裝置，其中所述氣化裝置具有在所述主室的頂端上的噴 嘴，所述噴嘴容納所述管，并且所述通道圍繞所述管且在所述噴嘴內。
[0015] [5]根據[1]所述的氣化裝置，其中所述氣化裝置設置為可釋放地且可旋轉地偶聯 至一個需要向其脈沖通氣的裝置。
[0016] [6]根據[1]所述的氣化裝置，其中所述通氣裝置是下通氣管。
[0017] [7]根據[6]所述的氣化裝置，其中所述下通氣管行進穿過所述外套筒，并且在主 室中具有孔，允許氣體從所述下通氣管進入所述主室。
[0018] [8]根據[7]所述的氣化裝置，其中所述孔從所述下通氣管的底部90度偏置。
[0019] [9]根據[6]所述的氣化裝置，其中所述下通氣管是可釋放的并且配置為滑動且鎖 定就位。
[0020] [10]根據[1]所述的氣化裝置，其中所述氣化裝置與一個需要向其脈沖通氣的裝 置配置為一個整體部件。
[0021] 在一個方面中，本公開涉及被配置成在環境壓力下處理槽中含有的液體的膜過濾 器模塊。所述模塊可以包括集管和含有多個基本上豎直的中空纖維膜的束，其中每個中空 纖維膜的下端固定在集管中。所述模塊還可以包括適用于周期性生成氣泡并且被配置成在 束內釋放氣泡的氣化裝置。所述模塊還可以包括從膜束的下部區域延伸到上部區域束的基 本包圍膜束的封裝件，其中所述封裝件被配置成維持被引入至封裝件中的液體以使液體包 圍膜束。氣泡可以具有與封裝件的橫截面積對應的橫截面積，以使在其沿著束流動時氣泡 的橫截面積基本上占據封裝件的整個橫截面積。
[0022] 在另一個方面中，本公開涉及被配置成處理在環境壓力下槽中含有的液體的膜過 濾器模塊。所述模塊可以包括集管和含有多個基本上豎直的中空纖維膜的束，其中每個中 空膜的下端固定在集管中。所述模塊還可以包括適用于周期性生成氣泡并且被配置成釋 放氣泡的氣化裝置。所述模塊還可以包括從膜束的下部區域延伸到上部區域束的基本包圍 膜束的封裝件。封裝件可以被配置成維持被引入至封裝件中的液體以使液體包圍膜束，并 且維持被引入至封裝件中的氣泡以使氣泡保持與束沿著束的整個長度接觸。
[0023] 在另一個方面中，本公開涉及操作具有浸入槽中的液體中的以基本上豎直的取向 排列的中空纖維膜的膜過濾器模塊的方法。所述方法可以包括操作浸入液體中的模塊。所 述模塊可以包括集管和含有多個中空纖維膜的束，其中每個中空纖維膜的下端固定在集管 中。所述模塊還可以包括適用于周期性生成氣泡并且被配置成釋放束內的氣泡的氣化裝 置。所述模塊還可以包括從膜束的下部區域延伸到上部區域束的基本包圍膜束的封裝件， 其中所述封裝件被配置成維持被引入至封裝件中的液體以使液體包圍膜束。所述方法還可 以包括向與中空纖維膜流體連通的滲透物收集室施加小于槽的環境壓力的壓力，其中施加 壓力被配置成使得一部分液體作為進入滲透物收集室的滲透物通過中空纖維膜。所述方法 還可以包括向氣化裝置供應氣體流以產生氣泡。氣泡具有與封裝件的橫截面積對應的橫截 面積，以使在其沿著束流動時氣泡的橫截面積基本上占據封裝件的整個橫截面積。
[0024] 在另一個方面中，本公開涉及沖刷浸入槽中的液體中的以基本上豎直的取向排列 的中空纖維膜的外表面的方法。所述方法可以包括操作浸入液體中的模塊。所述模塊可以 包括集管和含有多個中空纖維膜的束，其中每個中空纖維膜的下端固定在集管中。所述模 塊還可以包括適用于周期性生成氣泡并且被配置成釋放束內的氣泡的氣化裝置。所述模塊 還可以包括從膜束的下部區域延伸到上部區域束的基本包圍膜束的封裝件，其中所述封裝 件被配置成維持被引入至封裝件中的液體以使液體包圍膜束。所述方法還可以包括向與中 空纖維膜流體連通的滲透物收集室施加小于槽的環境壓力的壓力，其中施加壓力被配置成 使得一部分液體作為進入滲透物收集室的滲透物通過中空纖維膜。所述方法還可以包括向 氣化裝置供應氣體流以產生氣泡，其中所述封裝件使得氣泡保持與束沿著束的整個長度接 觸。
[0025] 在另一個方面中，本公開涉及對中空纖維膜模塊清除淤泥的方法。所述方法可以 包括臨時終止向模塊施加的真空壓力。所述模塊可以包括集管和含有多個中空纖維膜的 束，其中每個中空膜的下端固定在集管中。所述模塊還可以包括適用于周期性生成氣泡并 且被配置成釋放束內的氣泡的氣化裝置。所述模塊還可以包括從膜束的下部區域延伸到上 部區域束的基本包圍膜束的封裝件，其中所述封裝件被配置成維持被引入至封裝件中的液 體以使液體包圍膜束。所述方法還可以包括向氣化裝置供應氣體流以產生多個氣泡，其中 所述氣泡保持與束沿著束的整個長度接觸。氣泡可以通過將淤泥打碎并且向上提升并且從 封裝件頂部提出，來對中空纖維膜清除淤泥。
[0026] 在另一個方面中，本公開涉及用于與浸入液體中的膜過濾器模塊一起使用的氣化 裝置。所述裝置可以包括限定主室的與噴嘴連接的外套筒，其中所述主室具有開放的下端。 所述裝置還可以包括在主室內延伸的管，使得管的下端高于外套筒的下端的上方。所述裝 置還可以包括位于主室內的、管外部的桶，其中所述桶的底部在管的下端的下方。氣化裝置 可以被配置成當主室中氣體的體積排出足夠體積的液體并且達到管的下端時將氣泡通過 管向上脈沖至膜過濾器模塊的束中。
[0027] 在另一個方面中，本公開涉及一種被配置成處理在盆或槽中容納的液體的膜過濾 器模塊中的脈沖空氣提升栗，為包括集管、含有多個基本上垂直的中空纖維膜的膜束，其中 每個中空纖維膜的下端固定在集管中并且每個中空纖維膜的上端密封并且可以在水中自 由移動；適用于周期性生成氣泡并且被配置成釋放膜束內的氣泡的氣化裝置；以及基本上 包圍從膜束的下部區域延伸到上部區域的膜束的側部的封裝件，其中所述封裝件被配置成 維持被引入至封裝件中的液體以使液體包圍膜束;其中氣泡具有與封裝件的橫截面積對應 的橫截面積，以使在其沿著膜束流動時氣泡的橫截面積基本上占據封裝件的整個橫截面 積。
[0028] 在氣泡移動至柱以上時，其將新鮮混合液向上拉起（即栗送)至膜束以上，這有助 于洗滌。具體地，封裝件內上升的空氣脈沖將液體在其上升時提升，在籠內產生液體流動。 這種液體流動將在膜表面上剩余的粒子移除并且維持與膜接近的低固體濃度。氣化裝置和 纖維束籠二者一起工作以通過增加液體循環速率以遠高于這些分離的部件中的每一個而 協同地提高膜模塊的性能。首先，氣化裝置被配置成產生空氣脈沖，其每一個將會以單個 氣泡基本上填充纖維束封裝件的整個橫截面。其次，封裝件將單個氣泡的約束為，其可以更 有效地提升在其上方的水并且向上抽取在其下方的水。
[0029] 可以在沒有所公開的氣化裝置的情況下產生段塞流（slug flow)，然而氣化裝置 使得全部通氣空氣流大大降低，同時當空氣脈沖通過通氣噴嘴排出時仍然產生氣泡和段塞 流。這以顯著較低的運行成本為提高的膜性能產生了足夠的液體循環。
[0030] 在使用膜模塊組的情況下，模塊通常以位于盆或槽中的陣列、架、或盒組裝。為了 清潔膜模塊的架或盒，可以將氣化裝置與分配器連接并且將所生成的脈沖氣泡通過分配器 分配至模塊中。備選地，可以使用多個氣化裝置，每個模塊一個，并且為多個氣化裝置供給 恒定的空氣流。盡管以連續模式將氣體供應至單個裝置，氣泡從每個裝置中的釋放是隨機 的。
[0031] 膜束在封裝件內基本上垂直排列，這形成了從下端的集管延伸至束的上端的垂直 中心線。氣泡可以離開與束的中心線在一條線上的單個孔。由于封裝件，氣泡的垂直中心線 與束的垂直中心線基本上相同。
[0032] 作為參考，膜包括多孔中空纖維，所述纖維下端固定在集管中。集管具有一個或多 個在其中形成的孔，氣泡通過孔被引入至膜束中。纖維在上端密封并且在下端開放以允許 濾液的移除。
【附圖說明】
[0033]圖1是膜過濾器模塊的示例性實施方案的透視圖。
[0034]圖2是膜排(membrane row)的示例性實施方案的透視圖。
[0035]圖3是膜排的示例性實施方案的一部分的放大透視圖。
[0036] 圖4A是示例性束封裝組件的頂視圖。
[0037] 圖4B是示例性束封裝組件的一部分和纖維束的頂視圖。
[0038] 圖5A是膜過濾器模塊的示例性實施方案的頂視圖。
[0039]圖5B是膜過濾器模塊的示例性實施方案的頂視圖。
[0040]圖6是浸入槽中的膜過濾器模塊的示例性實施方案的側視圖。
[0041]圖7是示例性的束體和纖維束的一部分的側橫截面圖。
[0042] 圖8是涉及纖維束組件的部件的示例性實施方案的倒轉的組裝圖。
[0043] 圖9是纖維束組件的示例性實施方案的一部分的倒轉的局部透視圖。
[0044] 圖10是示例性的膜排的一部分的透視圖。
[0045] 圖11是束體和纖維束組件的示例性實施方案的倒轉的局部透視截面圖。
[0046] 圖12是束體和示例性氣化裝置的透視圖。
[0047]圖13是圖12的氣化裝置的透視圖。
[0048]圖14A-14C示出了用于在圖12的氣化裝置中產生氣泡的空氣吸入循環。
[0049] 圖15A-15C示出了用于在圖12的氣化裝置中產生氣泡的排氣循環。
[0050] 圖16是圖12的束體和氣化裝置的橫截面圖。
[0051] 圖17是示例性氣化裝置的透視圖。
[0052] 圖18是示例性氣化裝置的透視圖。
[0053] 圖19是被配置成下通氣管的膜排的示例性實施方案的側面示意性橫截面圖。
[0054] 圖20是根據示例性實施方案的下通氣管組件的透視圖。
[0055] 圖21是根據示例性實施方案的下通氣管組件的一部分的放大透視圖。
[0056] 圖22A、22B、和22C是根據示例性實施方案的氣化裝置的橫截面圖和透視圖。
[0057] 圖23A、23B、和23C是根據示例性實施方案的束體的側視圖。
[0058]圖24A、24B、和24C是根據示例性實施方案的束體和氣化裝置的側視圖。
[0059] 圖25是根據示例性實施方案的束體和氣化裝置的透視圖。
[0060] 圖26A、26B、和26C是根據示例性實施方案的氣化裝置的橫截面圖和透視圖。
[0061 ]圖27是根據示例性實施方案的氣化裝置的示意圖。
[0062] 圖28是根據示例性實施方案的氣化裝置的側視圖。
[0063] 圖29是在經歷間歇通氣的槽中容納的膜排的示例性實施方案的側橫截面圖。
[0064] 圖30是在經歷脈沖通氣的槽中容納的膜排的示例性實施方案的側橫截面圖。 [0065]圖31是在槽中容納的具有間斷籠（intermittent cage)的膜排的示例性實施方案 的側橫截面圖。
[0066] 圖32是具有間斷籠的膜排的示例性實施方案的透視圖。
[0067] 圖33是具有第二集管的膜排的示例性實施方案的透視圖。
[0068] 圖34是排封裝組件的示例性實施方案。
[0069] 圖35是圖34中所示的示例性實施方案的詳細視圖。
[0070] 圖36是束封裝件的示例性實施方案的橫截面圖。
[0071] 圖37是束封裝件的示例性實施方案的局部透視圖。
[0072] 圖38是排封裝組件的示例性實施方案的頂視圖。
[0073] 圖39是圖34中所示的示例性實施方案的詳細視圖。
[0074] 圖40是排封裝組件的另一個示例性實施方案的透視圖。
[0075]圖41是圖40的示例性排封裝組件的一部分的透視組裝圖。
[0076]圖42是圖40中所示的示例性實施方案的一部分的詳細透視圖。
[0077]圖43是圖27的示例性排封裝組件的一部分的詳細透視圖。
[0078]圖44是立管(riser)偶聯組件的示例性實施方案。
[0079]圖45是纖維板的不例性實施方案。
[0080]圖46是纖維板的示例性實施方案。
[00811圖47是纖維板的示例性實施方案。
[0082]圖48是纖維板的示例性實施方案。
[0083]圖49是纖維板的示例性實施方案。
[0084]圖50是纖維板的示例性實施方案。
[0085]圖51是纖維板的示例