CN101495217A - 毛细膜片过滤模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于从液体移除颗粒的过滤设备。该过滤设备包括收集器集箱和多个具有上侧和下侧的平面膜片组件(4)，下侧可操作地联接至收集器集箱(6)。每个平面膜片组件形成为单行的多个膜片(5)并且联接至各自的上集箱。

Description

毛细膜片过滤模块
技术领域
本发明涉及用于水处理的外压式(outside-in)毛细膜片过滤器。
背景技术
带有在其外径处具有最小孔隙的毛细超过滤或微过滤膜片(所谓的“外压式毛细膜片”)的用于水处理的过滤器通过在内径(“内腔”)侧处施加较低的压力来过滤未处理的水。渗透物从外径朝向内腔流动，但是灰尘聚集在外周边处并且通过空气洗涤和/或后脉冲移除。这要求在气泡和毛细膜片之间有很好的接触。涉及的其它要点是避免捕获携带的灰尘以及具有能以经济的方式构造的设计。不同的模块设计用来满足这些已经提出的要求。
在美国专利5,248,424中，描述了一种毛细膜片模块，其由在两端封装于用作渗透物收集器的集箱中的一层膜片构成。膜片能自由地移动并且通过两个集箱在水平面上方形成呈圆弧形式的构造。这种构造的缺点在于水平的膜片层容易聚集悬浮固体。
美国专利5,783,083描述了一种毛细膜片/中空纤维膜片模块，其中两个纤维端部都封装于至少一个用作渗透物收集器的集箱中。纤维形成竖直圆柱形套箍(skein)。纤维的长度比两个集箱之间的固定距离长0.1％至5％，以便允许纤维进行一定的位移。冲洗通过在纤维之间吹入空气来执行。为了保证纤维在集箱处于彼此间隔开较好的限定距离，纤维的端部固定在柔性支架上并且在封装入管道之前螺旋地缠绕。纤维在两个集箱中的封装几乎是同样的，除了在仅有一个集箱用作渗透物收集器的情况下，纤维的内腔仅在一端处打开。这个构造具有在上集箱中捕获灰尘的风险，其阻碍了模块的顶部处空气和未处理水的自由通过和循环。
为了避免捕获灰尘，专利WO02/22244描述了一种毛细膜片的竖直套箍，其仅在底侧处一个集箱中封装。顶侧处的毛细膜片的端部的内腔侧仅由封装材料封闭。毛细膜片是松散的，因此在顶部没有障碍来捕获未净化水中出现的灰尘。底部处集箱中的空气的喷射清洁了毛细膜片的外表面(空气洗涤)。
EP0931582的目标是通过将纤维的平面层的端部封装入管道的孔径来形成高度集成的中空纤维膜片模块。至少在一侧处，纤维端部的内腔保持打开以使得管道用作渗透物收集器。封装通过在收集器的孔径的外周处设置堰(weir)并且用封装材料(例如聚氨酯)填充堰来进行。每个层封装于分离的集箱中。
上面所讨论的几种模块设计具有平面层的毛细膜片或中空纤维，它们一般在连续的工艺中做出。EP0931582描述了一种通过做出中空纤维的编织织物来生产这种层的技术。在美国US5,716,689中，膜片并排地布置并且将胶带以固定距离上推压到膜片上。然后膜片邻近这些胶带地切割并且通过将膜片每个端部处的胶带带到一起以形成中空纤维圈来将这些胶带组装入中空纤维毡层中。
发明内容
本发明旨在提供一种新颖的过滤模块设计，其基于能容易地通过空气洗涤来清洁并且不易于捕获灰尘的毛细膜片的平面竖直层。
本发明涉及一种用于从液体移除颗粒的过滤设备，所述过滤设备包括布置用来收集和移除渗透物的收集器集箱以及具有上侧和下侧的多个平面膜片组件。所述下侧能操作地联接至所述收集器集箱。所述平面膜片组件每个包括多个外压式微滤或超滤毛细膜片，每个毛细膜片从所述平面膜片组件的所述下侧延伸至所述上侧。所述多个毛细膜片形成平面。每个平面膜片组件的毛细膜片(能操作地)联接至各自的上集箱。每个平面膜片组件的上集箱和平面膜片组件在下侧的配置被布置为允许气泡、未处理的水和颗粒流从所述下侧流至所述上侧。本发明的过滤设备减少了所述下侧处的颗粒堆积。
平面膜片组件的毛细膜片并排布置。因此，所述多个毛细膜片形成平面的意思是平面膜片组件的毛细膜片形成单行。因此，平面膜片组件的毛细膜片布置为单行。每个平面膜片组件因此由单行毛细膜片构成。
收集器集箱由单独的收集器腔构成。所述多个平面膜片组件的毛细膜片在下侧一起联接至所述收集器集箱(联接至所述收集器腔)。
过滤设备包括用于每个平面膜片组件的各自的上集箱。因此，所有单行的毛细膜片(所有平面膜片组件)一起在下侧处联接至收集器集箱，但是每个单行毛细膜片(每个平面膜片组件)联接至各自的上集箱。平面膜片组件的毛细膜片在上侧联接至各自的上集箱。平面膜片组件可操作地或纯机械地联接至相应的上集箱。
在具体实施例中，毛细膜片在平面膜片组件的上侧处封闭。在可选实施例中，毛细膜片在上侧处保持打开并且每个上集箱被布置用来收集和移除渗透物。
在本发明的具体实施例中，过滤设备包括布置用来在平面膜片组件之间提供气泡的空气供应装置。空气供应装置优选地布置在平面膜片组件的全部长度上方。空气供应装置与收集器集箱成一体或正好放置于其上方。空气供应装置优选地设在所有平面膜片组件之间。
优选地，在根据本发明的过滤设备中，每个平面膜片组件的上集箱以彼此隔开的预定距离固定。
毛细膜片可具有0.4mm～5mm的外径。根据本发明的过滤设备优选地包括2～50个、优选地2～20个，并且有利地3～8个平面膜片组件。
附图说明
图1示出根据本发明的过滤膜片模块的侧视图。
图2示出同一模块的正视图。
图3示意性地示出制造毛细膜片平面层的装置的正视图。
图4示出了同一装置的侧视图。
具体实施方式
适用于实施本发明的毛细膜片在WO2006/053406中公开。然而本发明不限于这些具体毛细膜片的使用。
毛细膜片并排地悬挂以形成平面竖直层。因此，平面竖直层包括单行布置的毛细膜片。在本发明中，每单行的毛细膜片被视为平面膜片组件。
在一侧(底侧)处，几个这样的平面层彼此平行地一起封装在一个集箱中。膜片端部在这里保持打开以使得渗透物被收集并且从所有膜片层一起排出。在另一侧(顶侧)处，毛细膜片的每个平面层(每个单行)具有单独的上集箱。这里集箱还可作为收集器或端部可封闭。保持于两个邻近上集箱之间的间隙允许未处理的水和气泡容易地通过。
本发明涉及由一种外压式毛细膜片做出的浸入式过滤模块。过滤通过在毛细膜片的内腔侧施加较低的压力来进行。
功能最好借助于附图来解释。图1上示出了模块1的侧视图。膜片5竖直地悬挂并且在底侧处封装于作为渗透物收集器的集箱3中。膜片5成单行(一个平面)地放置以形成平面层2。在图1的侧视图中示出了四个这样的平面层2。这种平面层在图2中能更好地看到。平面层的膜片并排地定位并且在两个相邻毛细膜片之间具有小间隙。一个平面中膜片的数量能根据膜片的直径、两个相邻膜片之间的距离以及平面层的长度从仅有几个变化至多于上千个。平面层的数量能从2变化至50。在底部的收集器处，膜片端部13打开。通过膜片壁吸入的过滤水(渗透物)通过这个打开的下端13流入收集腔6中。在收集器3中，在一个侧面或两个侧面做出开口18以便排出渗透物。在膜片5进入收集器的地方，通过封装材料9(例如聚氨酯、环氧树脂、聚丁二烯树脂或类似材料)进行密封。支架7的作用是在生产期间保持毛细膜片在一起并且在封装操作期间防止封装树脂进入渗透物收集器6。
这里给出的本发明主要的新颖之处在于，在毛细膜片的上端，膜片的不同平面层封装于单独的集箱4中。毛细膜片上端14能如图1和2所示由封装材料12封闭，但是还能留下开口以便还在上侧排出渗透物。留在两个相邻收集器1的不同集箱4之间以及集箱外壳体16之间的间隙15使得漂流在未净化水中的颗粒能由向上的水流来循环。大部分现有的模块设计在未净化的水流和气泡不足以捕获较大颗粒顶部处具有较大面积。专利WO02/22244在毛细膜片之间在顶侧处也具有开口，但是此处膜片在它们整个长度上方是松散的，因此具有缠结的高风险，还引起气泡和未净化水流的清洁作用的较差可达性。在这里给出的新颖设计中，上集箱以固定的距离安装，举例来说通过将它们以彼此间隔开较好地限定的距离安装在主要模块框架结构中。因此，在两个相邻平面层之间存在较好地限定的距离。这保持各个毛细膜片以固定且可控的方式较好地彼此隔开，在没有缠结的风险之下获得气泡和未净化水的良好可达性。
在作为膜片生物反应器(MBR)的一个典型应用中，过程气泡应用来保持未净化水在毛细管外面移动以及防止颗粒下沉至膜片生物反应器罐的底部。这些空气在模块下面吹入并且通过洗涤作用来清洁毛细膜片的外表面。可选地另外空气能通过由放置于正好在下部收集器3上方的毛细管的平面层之间的空气供应管10的开口11吹入空气来供应。放置的空气供应管的数量能从零变化至如图1所示在每个平面层之间的一。
这里给出的新颖收集器设计包括毛细膜片的不同平面层。以便宜的方式制造这种平面层的方法在以下的描述中给出。制造膜片的机器在图3和4中示意性地示出。具有毛细膜片5缠绕于其上的卷轴20放置于平面层生产机器19上。膜片5的一端固定至杆24a或24b并且机器19开始旋转。膜片5圆筒形地缠绕在多个杆23和24周围。在每次旋转期间，膜片导向件21沿着导杆22移动离开固定的距离以使得膜片5以非常精确且可控的方式放置在杆23和24上。最后，在导向件21到达其最终位置时，机器停止并且来自卷轴20的膜片的另一端固定至杆24a或24b之一并且切割。然后相应地具有粘合剂的支架25a被推压到杆24a和24b上。这个支架例如是由聚氯乙烯(PVC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或类似材料制成的板的一部分。粘合剂优选地是反应足够迅速以允许较短操作时间但也不是太迅速从而允许操作者有足够的时间进行粘接的粘合剂。适当的粘合剂能是但不限于聚氨酯、环氧树脂或聚丁二烯树脂、热熔胶或胶水。能应用于直到几毫米厚度的上述粘合剂(举例来说热熔物)的优点是，毛细膜片5与支架25a和25b之间的开口能在当在杆24a和24b上推压这些其上具有热熔物的支架时封闭。为了避免热熔物粘在作为装置结构一部分的杆24a或24b上，能在开始之前在这些杆上放置防粘层或者类似于支架25a和25b的支架能放在杆24a和24b上。这些另外支架于是成为收集器3的一部分并且在图1和2中示出为支架7。在粘合剂足够强时(举例来说已经足够冷却下去的热熔物)，膜片5在杆24a和24b之间被切割并且平面层毛细膜片能移除并且准备用于模块生产。根据相同的原理，能使用以圆柱体替代几个杆23和24的装置。

Claims (10)

1.一种用于从液体移除颗粒的过滤设备，所述过滤设备包括：
-布置用来收集和移除渗透物并且由单个收集器腔构成的收集器集箱，
-具有上侧和下侧的多个平面膜片组件，所述下侧能操作地联接至所述收集器集箱，所述平面膜片组件每个由单行的多个外压式微滤或超滤毛细膜片构成，每个毛细膜片从所述平面膜片组件的所述下侧延伸至所述上侧，
-用于每个平面膜片组件的各自的上集箱，其中所述平面膜片组件的毛细膜片的上侧联接至所述各自的上集箱，并且其中每个平面膜片组件的上集箱和平面膜片组件在下侧的配置被布置成允许气泡、未处理的水和颗粒流从所述下侧流到所述上侧。
2.根据权利要求1所述的过滤设备，其中每个上集箱布置用来收集和移除渗透物。
3.根据权利要求1所述的过滤设备，其中毛细膜片在平面膜片组件的上侧处封闭。
4.根据权利要求1、2或3所述的过滤设备，还包括布置用来在平面膜片组件之间提供气泡的空气供应装置。
5.根据权利要求4所述的过滤设备，其中空气供应装置布置于平面膜片组件的全部长度上方。
6.根据权利要求4或5所述的过滤设备，其中所述空气供应装置与收集器集箱成一体或正好放置于其上方。
7.根据权利要求4、5或6所述的过滤设备，其中在所有平面膜片组件之间提供空气供应装置。
8.根据前述权利要求中任意一项所述的过滤设备，其中每个平面膜片组件的上集箱以彼此隔开的预定距离固定。
9.根据前述权利要求中任意一项所述的过滤设备，包括2～50个，优选地2～20个，并且更有利地3～8个平面膜片组件。
10.根据前述权利要求中任意一项所述的过滤设备，其中毛细膜片具有0.4mm～5mm的外径。
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