CN100512933C - 用于水和废水的过滤设备 - Google Patents

Abstract

示出一种用于水和废水的过滤设备，包含至少一个其中设置通气的过滤模块(7)的容器，其中至少一个进料腔(13)用于将所要过滤的悬浮液(10)共同输入到过滤模块(7)里。新的特征在于，设有一进料分配腔(12)，通过该进料分配腔使所要过滤的悬浮液(10)被引入到进料腔(13)里，其中进料分配腔(12)在侧面部分地围绕着进料腔(13)引导。由此使在过滤模块下面较少的空间位置被要求用于供应悬浮液。

Description

用于水和废水的过滤设备

本发明涉及一种按照权利要求1的前述部分所述的过滤设备、以及运行一种过滤设备的方法。本发明可以应用于膜过滤设备，尤其是膜管、枕形膜、中空纤维膜或平板膜，可以考虑作为膜单元。

由本申请人的WO 02/26363已知了一种具有一过滤模块的膜过滤设备。在该过滤模块前设有一可通流的气体处理单元，其中所要净化的悬浮液经一通流管输送给该过滤模块。

因此，为了获得悬浮液在过滤器横截面上的一种均匀分配，必须使通流管具有一种和过滤器横截面相对应的横截面。这在大直径的过滤设备中是困难的，因为必须给通流管提供位置，并且它的输送必须设置在过滤设备的下面。

所以，本发明的任务是提出一种过滤设备。该过滤设备在过滤模块的下面占据较少的空间位置用于输送悬浮液，但尽管如此却仍然能获得在过滤器横截面上的悬浮液的一种均匀分配。

该任务通过按照权利要求1所述的过滤设备来解决。

在这里设有一进料分配腔，通过它将所要过滤的悬浮液引入进料腔中。其中进料分配腔从侧面部分地围绕进料腔进行导向。进料分配腔是进料腔的一种用于使流动平稳的前室。“侧面”意味着进料分配腔在过滤设备的流动通过方向上紧靠着进料腔设置。这样在进料腔的下面不需要为输送悬浮液留下空间位置。因为进料分配腔部分地包围进料腔，这也保证了在进料分配腔宽度方向上，悬浮液能够相应均匀地被分配。进料腔的高度应该至少0.75m，至多1.5m。

为此能够特别地规定：为实施这个方法，进入到进料腔的进入速度为至少0.5m/s，至多2.0m/s。进料分配腔的容积最好相应于进料腔容积的10-50％。进料分配腔包围进料腔外周的至少20％，至多70％，特别是在20％到40％之间。进料腔的直径越大、也就是说更多的过滤模块需要被提供，那么进料分配腔的外周份额也越大。例如，当过滤设备或进料腔具有一种圆形的横截面时，与进料腔直接相连的进料分配腔类似地可以是圆形设计。

根据本发明的一种实施例，一进料管在表面处通入到进料分配腔中。这样能够节省进料腔或进料分配腔下方的额外的空间位置。进料管的直径通常比过滤设备的直径要小。进料分配腔的横截面至少足够大到使得进料管的直径被包围.

这被证明是有利的：通过进料分配孔将所要过滤的悬浮液从进料分配腔压入到进料腔中。这可以通过在进料腔的下部区域内在进料腔外围方向上连续的进料分配孔而获得。通过具有相应大小的一个单个孔使得进料分配孔被堵塞的风险减少了。当然提供多个进料分配孔也是可能的。

当进料分配孔被设置在进料分配腔和进料腔的底部附近时，悬浮液在进料腔的较低端部在侧面压入并向上转向，因此直到到达过滤模块的时候，已经获得了一种均匀向上的流动。

为了保证悬浮液在进料腔横截面上的均匀分配，可以使进料分配孔基本上在进料分配腔的整个宽度上延伸。

为了在膜单元(例如膜管)中产生一种湍流流动，可以在进料腔内设有由所要被过滤的悬浮液能够在其周围流动的通气元件，该通气元件使得所述要被过滤的悬浮液在进入到过滤模块中以前富含气泡。因此应如此设计，使进料分配孔在通气装置的下面注入到进料腔中。可以考虑比如盘、平板或管通气装置的标准膜通气装置作为合适的通气装置。

为了能使沉淀的杂质从进料腔中除去。有利的是，设有一排放装置，例如在进料分配腔里的一排放管。

本发明的一种可能的实施例涉及一种过滤设备，它具有多个平行可通流的过滤模块，在那里容器被垂直于过滤模块通流方向布置的底板划分为许多腔，其中至少一个进料腔用于共同提供给多个过滤模块要过滤的悬浮液，至少一个腔用于共同排放渗透物，并且必要时至少一个腔用于共同排放滞留物。一过滤模块可以包括多个相同类型的膜单元。

为了易于将所要过滤的悬浮液引向过滤模块，可以规定设有一进料腔，它至少包围所有过滤模块进口侧的端面并与单个过滤模块相连用于输入所要过滤的悬浮液。

为了易于引出滞留物，可以规定设有一滞留物腔，它至少包围所有过滤模块排出侧的端面并与单个过滤模块相连用于引出滞留物。

若膜过滤设备是一种干式布置，那么应将滞留物从滞留物腔里均匀排出，这可以通过如下方法来实现：滞留物腔具有至少一个排出管路。

如果膜过滤设备直接置于所要过滤的悬浮液里，那就不需要滞留物腔。滞留物在离开过滤模块后与包围它的悬浮液混合。

本发明借助于典型地和概略地描述一种按照本发明的膜过滤设备的附图1和2、以及以下的说明来阐述。附图所示为：

图1：具有滞留物腔的一种膜过滤设备(对干式安装)；

图2：没有滞留物腔的一种膜过滤设备(对浸入式安装)。

由图1可见，在流动方向上被通流的过滤模块7平行并垂直地布置在相对于进料侧已被密封的渗透物腔9里.该密封的渗透物腔9在内部形成一种用于过滤模块7的共同的渗透物腔，它通过一渗透物管路1与一渗透物抽吸泵或者与一渗透物反冲洗管路相连。向外，向着要过滤的悬浮液，渗透物腔9只是通过过滤模块7的膜表面连通。

为了均匀地将所要过滤的悬浮液提供给大量并联的过滤模块7，需要一种尽可能处于层流的流动。进料分配腔12使所要过滤的悬浮液经过一靠近底部设置的进料分配孔14引入到进料腔13里，这样可使所有过滤模块7实现均匀的流动。

在该实施例中，进料分配腔12和进料腔13具有一共同的平坦的底板，底板的轮廓包含进料腔13的圆截面以及进料管10到底板所想象的延伸部分的横截面。进料分配腔12的上方的封闭通过一平行于底板的板而形成，进料管10通入到该板中。进料分配腔12的侧壁从进料腔13的壁开始，围绕进料管10的假想延伸部分，并与侧壁的另一端间隔距离地再一次碰到进料腔13的壁，总计大约为进料腔13外围的25％。在这种情况下，进料分配腔12随着离开进料腔13的距离的增大而变窄。

对于过滤来说有利的通气通过置于进料腔13里的通气元件15在过滤模块之下来实现。为此可以应用所示的通气管，但也可以应用其它的通气元件。

为了保证气体和悬浮液在过滤模块7的所有小膜管上均匀地分布，必须将所要过滤的悬浮液与气相进行混合，以确保在膜模块8的整个流动管横断面上最佳地分布，从而在每个过滤模块7里实现一种充分的和相同的湍流。通过通气而引起了所谓气压千斤顶效应(Mammut-pumpeneffekt)，它对于强制溢流提供支持并因此节省了能源费用。通气元件15应在所要通气的介质中产生一种中等气泡的通气。那么例如对于具有直径为5mm管形的管状膜的过滤模块7来说力求使气泡大小达到大约5mm。一种过滤模块7的举例来说的使用可以是一种直径为20cm、长度为3m管子状管模块。大约600个直径为5mm的管状膜借助于在头部和底部上的树脂注入到一压力外罩里。进料腔13和渗透物腔9因此压力密封地相互隔开.通过渗透物腔9使所有的膜管相互连通。通过过滤模块7的压力外罩里的开孔可以将渗透物从渗透物腔9里排出或者说进行反冲。

在流过膜之后，滞留物到达一滞留物腔3。该腔包围住膜过滤设备的头部并用滞留物封盖2封住。在进料分配腔12的一种尽可能深的位置上设有一排放管16用于将膜过滤设备排空。但排放管16也可以设置在进料腔13里。

只有通过完全均匀地对膜模块的进料侧加载，才能确保长期可靠的运行方式。不充分供给横流(沉积物和/或空气)的过滤模块倾向于在膜表面上过分地形成过滤结块构造。这种过滤结块在最糟糕的情况下可以完全堵塞小膜管-其后果是膜面积的不可逆的损失。

杂质排放：

在过滤设备中往往由于头发、纤维或者其它杂质的堵塞而发生运行故障。通过横流，这些堵塞物就在具有最小通径大小的地方沉淀下来。因为这在多数的设备配置中表示过滤模块7的进料通道，因此在那里造成了杂质的堆积。由于湍流形成了越来越大的聚集物。这种在反冲的同时使悬浮液从整个膜过滤设备里受控制地排出使得此处可能提出了一种可靠的补救办法，因为杂质聚集物就从膜过滤设备里被排出。对于杂质含量高的悬浮液来说有利的是，将从排放管16里排放出的悬浮液通过一外部的筛子清除杂质，并紧接着又返回到过滤循环回路中去。

膜过滤设备的浸入变型方案：

全部膜过滤设备可以布置在干处、也就是在过滤池之外。然而如在图2中表示的那样，因为膜过滤设备向外封闭住，所以也可以是一种浸入的变型方案。进料泵在这种情况下直接从悬浮液容器中运送至进料分配腔12里。滞留物腔3在浸入式实施方式中是真正已废弃的。滞留物在离开过滤模块之后与悬浮液混合。只是如果是化学清洗、排除了悬浮液(见化学清洗)，那么可能必需有一可截止的渗透物腔3。另一种将悬浮液容器和滞留物腔液力分离的方法是降低悬浮液容器的液面水平。这可以通过借助于过滤单元稍微浓缩一下悬浮液来达到。

多个膜过滤设备可以并排无连接地布置，或者也可以相互连接，其方法是这些设备例如具有一共同的渗透物缓冲箱。

过滤模块的维护

在较长的时间间隔里，必需要对过滤模块7进行更换或者维护。为此目的进料腔13和滞留物腔3通过凸缘5和凸缘11与膜部分连接。通过打开这种连接就可以对膜模块8进行维护或者更换。

生产阶段：

在过滤时一未表示出的悬浮液泵和一未示出的鼓风器(通过通气装置15)就在过滤模块7里的膜表面上产生一种横流，以便通过过滤结块来控制覆盖层结构。渗透物抽吸泵将渗透物通过膜送入一渗透物缓冲箱。这种生产状态或者在规定的周期时间段内、或者由于超出了规定的传送膜压力极限而通过清洗措施被中断。

反冲阶段和清洗阶段

可以有多种具有不同优点的方法用来清洗膜过滤设备。

可以很方便实施的第一方法的特征在于：为了在周期时间段内清洗膜过滤设备，使渗透物反向于生产方向通过渗透物管路1和膜表面进行反冲洗。

结合气体处理单元可以转换成另一种很有利的清洗方法，其方法是：为了对膜过滤设备进行清洗，使至少一个有节拍的空气喷射经过压力管(空气脉冲管)17进入到过滤模块1里，并使可能同时已经获得的渗透物反向于生产方向通过渗透物管路1和膜表面进行反冲。因此就实现了对膜管的完全特别彻底的冲洗。

特别有利的是可以结合各种方法的优点，其方法是应用各种不同的清洗方法的组合来清洗膜过滤设备。

在以下所述的用于分离杂质的方法中，使排放管16里的截止装置打开，并使一排放泵进行工作。如果在排放阶段悬浮液泵不运转，那就可以有利地分离杂质。因此也可以将那些否则的话通过悬浮液流压紧力而附着留在过滤模块7的进口处的颗粒从进料腔13里排出。通过同时对过滤模块7的反冲就得出一种特别有效地去除杂质的方法。渗透物在过滤模块7的进料腔里受重力驱动地流入到进料腔13里，并附带地清洗掉可能有的杂质。

对于在膜过滤设备中的膜的另一种清洗方式、也就是化学清洗是特别有效的，如果排除了所要过滤的悬浮液的话。为此将输入通道10的截止装置和排放通道6的截止装置都关闭，并借助于泵和置于靠近底部的排放管16将所要过滤的悬浮液从膜过滤设备的进料腔13里除去。一冲洗步骤通过由渗透物经过渗透物管路1的反冲而开始，并通过用过滤空气连续地进行气体处理(压力管和通气装置15)而特别有利地进行，该冲洗步骤用于保证膜表面的首次预清洗。脏的冲洗水必须排走。接着使膜过滤设备重新加料，其中用一计量泵给已反冲的渗透物添加一种或多种化学冲洗溶液。通过用过滤空气的通气以及遵守一定的反应时间和反应温度来使膜实现一种有效的再生。

采用各种不同的工艺技术、如渗透物反冲或者空气脉动进入到进料腔13里、或者进入到进料管路(＝输入悬浮液的通流管)里，就可以阻止膜管被阻塞。但一般来说，对平行的过滤模块供应进料沉积物和过滤空气越均匀，过程就越稳定。

用冲洗空气气体处理：

必要的湍流按照本发明通过一种循环泵(悬浮液泵)来产生，它使所要过滤的悬浮液抽吸通过过滤模块7，并附带地通过气体处理提高该湍流，这对于一种这样的膜过滤设备的经济性产生效果，因为这样减小了循环泵的所需的能量投入，其中使气体刚好在进入过滤模块之前就进入到悬浮液中。作为附加作用可以通过将空气鼓入到进料通道里，由于在膜管里细小的气泡形状和高的湍流就可以用氧气实现对所要过滤的悬浮液的浓缩，因此若是活性淤泥就可以使一部分对于碳-或者氮的呼吸反正必需要的氧气量通过过滤而加上。

本方法规定了使悬浮液这样进行气体处理，使过滤模块进出口之间的压差Δp在考虑到悬浮液在过滤模块里的液柱的静压之后减小或者等于零。因此就可以这样来调整在膜管里的流动，从而在膜管里实现一种理想的或者至少是改善的压力分布曲线，这既提高了效率，也提高了生产可靠性。本方法的原理已经在WO 02/26363中作了叙述。

膜过滤模块：

原则上可以使用所有具有“内-外过滤”的过滤模块(所要过滤的液体流过一规定的进料通道，该通道被一膜包围住)，例如象在所述的膜过滤设备中的管状模块或枕形模块。举例来说的一种过滤模块的应用可以是如上所述一种管形管状模块，其直径为20cm，长度为3m。大约600个直径为大约5mm的管状膜借助于在头部和底部的树脂在一压力外罩里注入。进料腔和渗透物腔因此压力密封地相互隔开。通过渗透物腔使所有的膜管相互连通。通过压力外罩里的开孔可以使渗透物从渗透物腔里排出或者说反冲。

管状模块的压力外罩对于在所述的膜过滤设备中的应用来说真正是过时的，因为这已被用于所有模块的公共的渗透物腔取代了。如果管状膜的膜材料是有限地机械稳定的话，那么在支承、装配或拆卸时就可能容易产生损伤。在这种情况下、或者说如果由于仅仅提供具有集成的压力外罩的管模块而不能将它们略去的话，那么压力外罩对于过程来说至少并没有阻碍。根据渗透物的量或者反冲的量的多少甚至可能合理的是：使管状膜的压力外罩将象导流壁那样阻止过分的局部地流过膜。如果渗透物腔通过只有一个渗透物管路进行排放或者加料、并且在渗透物腔的进入点处出现高速的流动并出现与之相关的液体摩擦损失的话，其后果就是过分地取走渗透液或者说反冲。

但也可以使用具有外-内过滤模块的过滤模块(将膜浸入到所要过滤的液体里并将渗透物由中空纤维或袋槽里排放出)，只要这些过滤模块能装入到通流管里的话。另外必须提出用于共同的供给进料和空气进料的装置、以及一连接的渗透物腔。

按照本发明的膜过滤设备相比于通常的布置来说具有如下优点：

·大量直立的通气的过滤模块可以没有堵塞倾向地、并因此没有与之相关的运行故障而平行地运行。

·用气泡来混合进料流的通气装置可以为大量的过滤模块实现均匀的供料。

·随同所要过滤的悬浮液进行过滤的杂质根据膜过滤模块的液力条件和配置或者可以直接沉积下来，或者通过累积结合成较大的单元。即使利用费事的预清洗方法也不能完全被抑制的特殊的纤维在过滤阶段就导致运行故障。在膜过滤设备最低位置上的排放管可以在这种沉积时正好使沉积物排出。膜面积的不可逆的损失就可以避免，并因此可以确保对于所有膜过滤模块的均匀流动。

·膜必须在不同的间隔内进行化学清洗。最有效的清洗就是将化学清洗剂施加给整个膜表面，无论是进料侧还是渗透物侧。为此更有利地应该将所要过滤的液体从膜过滤设备里除去。用此处所述的发明可以通过截止装置使它与具有所要过滤的悬浮液的接受箱(Vorlagetank)分离开。借助于排空泵使整个装置完全地排空，用渗透物冲洗并接着用适合的化学清洗方法进行清洗。紧凑的膜过滤设备具有一种相对来说小的进料侧的和渗透物侧的容积，因此相对于传统的过滤装置来说就可以减小对化学清洗剂的耗用。

·紧凑的膜过滤设备可以即使在位置很少的情况下实现安装。

·膜过滤设备既可以干式地也可以浸入地安装在要过滤的液体里。

·紧凑的膜过滤设备由于其尺寸大小是可以容易运输的，并且可以预装在车间里，装配和运输费用也较小。

·膜过滤设备的紧凑布置对于进料管路、渗透物管路和空气管路来说所需的管子和配件材料较少，而且因此投资成本也小于传统的过滤装置。

附图标记列表

1.渗透物管路                    10.进料管路

2.滞留物盖                      11.进料腔/膜模块的凸缘

3.滞留物腔                      12.进料分配腔

4.过滤模块的端面                13.进料腔

5.滞留物腔/膜模块的凸缘         14.进料分配孔

6.滞留物管路                    15.通气装置

7.过滤模块                      16.排放装置

8.膜模块                        17.空气脉冲管路

9.渗透物腔

Claims (12)

1.用于水和废水的过滤设备，包含至少一个其中设置有通气的过滤模块(7)的容器，在过滤模块下面提供至少一个进料腔(13)，用于将所要过滤的悬浮液同时供入到过滤模块(7)里，其特征在于，设有一进料分配腔(12)作为进料腔的使流动平稳的前室，通过该进料分配腔使所要过滤的悬浮液被引入到进料腔(13)里；进料分配腔(12)在流动通过过滤设备的方向上看在侧面布置在进料腔旁边，在侧面部分地围绕着进料腔(13)导向，并部分地包围进料腔(13)；并且所要过滤的悬浮液能够通过一个或多个进料分配孔(14)从进料分配腔(12)进入到进料腔(13)中；与进料管(10)的直径相比，进料分配腔(12)被扩大；进料分配腔(12)包围进料腔(13)外围的至少20％，至多70％；进料分配孔(14)被设置在进料分配腔(12)和进料腔(13)的底板附近；并且进料分配孔(14)在进料分配腔(12)的整个宽度上延伸。

2.根据权利要求1所述的过滤设备，其特征在于，进料腔(13)的高度至少为0.75m，至多1.5m。

3.根据权利要求1或2所述的过滤设备，其特征在于，进料分配腔(12)具有进料腔(13)的10-50％的容积。

4.根据权利要求1或2所述的过滤设备，其特征在于，在顶侧面处使进料管(10)通入到进料分配腔(12)中。

5.根据权利要求1或2所述的过滤设备，其特征在于，一通气装置(15)被设置到进料腔(13)里，所要过滤的悬浮液能够围绕该通气装置流动。

6.根据权利要求5所述的过滤设备，其特征在于，进料分配孔(14)在通气装置(15)的下方通入到进料腔(13)中。

7.根据权利要求1或2所述的过滤设备，其特征在于，一用于排空过滤设备和/或除去杂质的排放管(16)设置在进料分配腔(12)里。

8.根据权利要求1或2所述的过滤设备，其特征在于，该过滤设备具有许多用于使介质可平行通流的过滤模块(7)，所述容器被与过滤模块(7)通流方向垂直地安装的板划分为多个腔室，其中至少一个进料腔(13)用于向多个过滤模块共同提供要过滤的悬浮液，至少一个腔(9)用于共同排放渗透物(1)。

9.根据权利要求1或2所述的过滤设备，其特征在于，一过滤模块(7)包括多个相同类型的膜单元。

10.按权利要求1所述的过滤设备，其特征在于，进料分配腔(12)包围进料腔(13)外围的20％到40％。

11.按权利要求8所述的过滤设备，其特征在于，至少一个腔(3)用于共同排放滞留物(6)。

12.一种用于运行根据权利要求1至11中任一项所述的过滤设备的方法，其特征在于，悬浮液从进料分配腔(12)进入到进料腔(13)中的进入速度为至少0.5m/s，至多2.0m/s。

Images