CN101652169A - 膜组件的保护 - Google Patents

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CN101652169A CN200880011059A CN200880011059A CN101652169A CN 101652169 A CN101652169 A CN 101652169A CN 200880011059 A CN200880011059 A CN 200880011059A CN 200880011059 A CN200880011059 A CN 200880011059A CN 101652169 A CN101652169 A CN 101652169A
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Abstract

一种去除悬浮液中的细小固体的过滤系统，其包括容纳悬浮液的容器，位于容器内的一个或多个可渗透膜(9)，提供跨过膜(9)壁的压力差的装置，使得一些悬浮液穿过膜(9)壁作为渗透物排出，以及从膜中抽出渗透物的装置。筛(8)位于悬浮液的流路中直至膜壁。

Description

膜组件的保护
技术领域
本发明涉及膜过滤组件，在该膜过滤组件中安装有一个或多个中空可渗透膜，特别地涉及这些膜组件的保护。
背景技术
在膜过滤过程中，原料所含外来微粒/物质接近膜表面，并被捕获在膜组件中。这些微粒造成膜污染并堵塞膜组件。液体反冲、空气冲刷和化学清洗是移除污染材料的常见方法。然而，膜组件仍然经常受到纤维材料的填塞，或尖锐材料或物品的破坏。当过滤来自生物系统的废水或混合液时，通常的纤维材料或残渣在膜周围或膜的组或束中被捕获。另一例子是用膜过滤对海水进行预处理，海水中尖锐的贝壳经常引起膜损坏。
已提出保护膜组件免受外来物质和物体破坏的不同方法。原料的预筛是保护膜组件免受大尺寸材料破坏的常见方法。在膜生物反应器中，带穿孔网格的筛插入在生物槽与膜槽之间，以保护膜和组件。在该设置中，要使用大的筛，且需要安装特殊的曝气机清洗筛。
保护膜的一个已知方法包括将一束毛细管与开口的套管或外壳保持在一起。粗材料，如头发，由套管过滤，使这些材料不能侵入膜束的内部。不过，该方法忽略了一个事实，即小于开口的材料可经过开口的套管，朝膜表面和内部纤维束移动，并在纤维束周围和内部凝聚。这些材料很难从开放的套管中移除。这些材料逐渐积聚在膜束内及套管的内表面上，且最终这些材料填塞了膜束。
发明内容
本发明的目的为克服或改善现有技术的至少一个缺点，或提供有用的替代。
根据一方面，本发明提供一种去除悬浮液中的细小固体的过滤系统，包括：
用于容纳悬浮液的容器；
处于容器内的一个或多个可渗透膜；
提供跨过膜壁的压力差的装置，使得一些悬浮液穿过膜壁作为渗透物排走；
位于悬浮液流路上直至膜壁的筛；以及
从膜中抽出的装置。
根据另一方面，本发明提供一种过滤系统，包括：
膜组件，其包括多个可渗透膜，每个膜具有第一端部和第二端部，膜的所述端部之一从至少一个终端集管延伸并安装到该至少一个终端集管上，以及
包围膜的筛。
根据另一方面，本发明提供一种过滤系统，包括：
膜组件，其包括多个可渗透膜，每个膜具有第一端部和第二端部，膜的所述端部之一安装在至少一个终端集管上并从该至少一个终端集管延伸，
所述组件具有上端部和下端部；
包围膜并在所述组件的所述上下端部之间延伸的筛；以及
设置在所述筛中位于或邻近组件所述上端部处的开口。
在一种实施方式中，所述开口设置为从外围将所述筛的一个端部与组件所述上端部隔开。在另一种实施方式中，所述开口设置为使所述筛延伸至组件的所述上端部以下。优选地，所述组件的上端部包括所述至少一个终端集管。
所述筛优选为细筛。优选地，筛的孔尺寸介于约625μm2至约25×106μm2，更优选地，约1×104μm2至约1×106μm2。
优选地，筛连接至所述终端集管并从所述终端集管延伸。
在本发明一个形式中，膜第一端部密封，并在第二端部开放以使滤液去除，但是人们会认识到在本发明一些形式中，膜在两端部开放以使滤液从两端部去除。膜优选包括中空纤维膜。优选地，纤维互相紧邻设置，并以基本绷紧的方式以束安装在上下终端集管之间以阻止它们之间的过度移动。优选地，纤维相对于下终端集管中曝气孔的分布阵列，基本均匀地安装在下终端集管中，其中，曝气孔大小和位置使得当组件浸没在液体中时，由经过曝气孔的加压气体形成的气泡基本均匀地在纤维之间穿过。
优选地，容器包括处于下终端集管之下的充气室，加压气体通过充气室引入，充气室包括基本在曝气孔以下的孔以允许污染物的排出。
优选地，下终端集管连接加压气体源，且纤维和筛设置为由气泡振动。
根据另一方面，本发明提供了一种膜组件，包括多个渗透膜，
所述膜相互紧邻设置以形成阵列，
组件具有集管，每个膜的一个端部安装在其中，以及
包围所述膜阵列的筛。
优选地，筛从所述集管延伸。优选地，筛连接到集管。所述筛优选为细筛。优选地，筛的孔尺寸介于约625μm2至约4×106μm2，更优选地，约1×104μm2至约1×106μm2。
优选地，集管连接到加压气体源，以便允许气泡的形成，使得在使用时气泡经过膜和所述筛的表面并振动所述膜和所述筛以从其上驱逐污染材料。
优选地，多孔膜包括中空纤维膜。优选地，以束设置的纤维膜包围筛。
根据另一方面，本发明提供过滤原料液的一种方法，该方法包括：
提供容器；
提供膜组件，该膜组件包括：
多个可渗透膜，以及
包围多个膜的细筛，
其中，膜组件容纳在容器内；以及
膜包括多个孔隙和外表面，
向容器提供原料液；
向组件内的膜施加跨膜压力，由此滤液穿过膜中的孔隙，从而在容器中产生包括污染材料的凝缩原料；以及
从容器中去除污染材料。
优选地，膜相互紧邻安装在集管中，以避免它们之间的过度移动。优选地，膜形成阵列。
一些组件装置在下终端集管上具有孔，用于提供原料液至膜，该膜可绕过设置在膜周围的筛。虽然由于筛较大的表面面积引起的越过筛的低压降意味着大部分原料流将仍然被过滤，但如果需要，附加筛可安装跨过组件之下的孔。
在一种实施方式中，提供至少部分原料液通过所述组件中的端口，且污染材料通过所述端口抽出，所述端口具有可选择性操作的筛，所述筛设置成使得流入所述组件的原料被筛选，且从所述组件流出的污染材料不被筛选。
通过向膜组件添加细网，可提供筛面，其可以适量成本提供相对大的筛，而无需外部高级设备。在使用曝气冲刷以清洗组件内的膜的膜装置的情况下，通常用于清洗组件的曝气过程也可振动筛，并驱逐其上任何积聚的材料。驱逐的材料通过正常排出过程来离开系统。因此，除了反冲筛，无需现有技术中必要的单独的筛处理系统。
本领域技术人员将认识到，本发明可用于加压组件、膜生物反应器组件、浸没组件或其任何变形。本发明也可通过将组件组封闭在筛材料中而适用于组件组，而不是组成组的单独组件。
附图说明
仅通过举例，本发明的优选实施方式现在将予以说明，参照附图，其中：
图1显示了本发明膜组件一个实施方式的简化截面正视图；
图2显示了本发明膜组件另一实施方式的简化截面正视图；
图3显示了本发明膜组件另一实施方式的简化截面正视图；
图4显示了本发明膜组件另一实施方式的简化截面正视图；
图4A显示了沿图4中4A-4A线的剖视图；
图5A和5B显示了本发明膜组件另一实施方式的简化截面正视图；
图6显示了本发明膜组件另一实施方式的简化截面正视图。
具体实施方式
参考图1，根据该实施方式，膜组件4包括在上下终端集管6和7之间纵向延伸的中空纤维膜的阵列或束5。细筛网8包围阵列5并提供进入组件4的原料的初步筛选，同时还用于保持纤维9相互紧邻并防止过度移动。纤维9在上终端集管6处开放以从它们的腔中去除滤液，并在下终端集管7处封闭。下终端集管7具有多个均匀分布在其上的孔10，以能通过这些孔从位于曝气孔10之下的原料管线12和充气室17供应气体/空气。纤维均匀地固定在终端集管6和7内，且孔10相对于每个纤维9均匀地形成，以便在使用中提供纤维间均匀分布的气泡。
在使用时，组件4竖向地布置在原料槽(未图示)中。在过滤时，滤液通过施加在膜腔的开放端的抽吸力从上终端集管6和滤液收集腔11抽出。抽吸产生跨过膜壁的压力差，导致原料液通过筛8从原料箱抽出并接触中空纤维膜9。在其应用于膜之前，筛8具有尺寸为去除原料液内粗污染物的孔。
图6例示了类似于图1的实施方式，但充气室17包括形成在原料管线12之下的孔50。在本实施例中，该孔基本水平延伸。在本实施方式中，原料主要经筛8进入膜组件，在较小的程度上通过孔50进入膜组件。这原料然后以通常方式施加到纤维9上。组件4内积聚的凝缩物和其他固体/残渣能够通过其自身重力影响，或借助气泡冲刷、反冲流、槽排出等等经孔50滤出。到此，应认识到，孔50的位置不会实质性地抑制为气泡冲刷而经原料管线12供应气体/空气的能力。
虽然由于通过孔50(其不受筛8保护)进入粗污染物的原因，本实施方式的效率会降低，但是这通常会由源于凝缩物和废物(包括粗污染物)通过孔50向外自由流出(在反冲过程中通常如此)的益处而在性能/实践方面得到平衡。
图2显示了本发明的进一步实施方式，其中，筛8与组件4的外围间隔开，同时在组件4的全长上延伸。筛连接到下终端集管7，但在其邻近上终端集管6的上端部18开放以界定开口19。在使用时，原料流经筛8，接触安装在组件4上的膜9。过滤、气泡冲刷和反冲期间产生的凝缩物通过开口19流出。
图3例示了类似于图2的实施方式，但在本实施方式中，筛8不全延伸到上终端集管6，且空隙或开口20提供在筛8的端部18与上终端集管6之间。这个开口20又允许凝缩物流过。替代地，空隙或开口20形成在筛本身中，而其孔大于正常筛以允许凝缩物流过。
图4及4A显示了一种实施方式，其中，纤维膜垫21用在组件中。在该布置中，每个垫21提供有共同延伸性的保护筛22和23，它们设置在每个垫21的每侧，并在上下终端集管6与7间延伸。最好如图4A所示，筛22和23邻近垫21的边缘24而开放，以允许凝缩物外流。
图5A和5B显示了又一种实施方式，在该实施方式中可选择性操作的筛25设置成跨过原料进入端口26。在本实施方式中，原料通过端口26进入膜组件，并流经筛25进入膜组件4，在此原料以通常方式施加给膜9。当需要去除组件4内积聚的凝缩物和其他固体/残渣时，筛25如图5B所示打开，以允许凝缩物和废物从组件4经端口26自由流动。应认识到，通过具有过滤的内流路径及未过滤的外流路径，可获得类似效果。类似地，筛8的其他部分可提供有可选择性操作的开口以提供类似的优选操作。
气体，一般为空气，通过孔10引入组件4的底部，在纤维间产生气泡以冲刷积聚在膜表面的固体。气泡也导致筛8的振动和冲刷，以消除由此积聚的残渣。当原料槽在反冲后排干时，也去除了从筛8驱逐的残渣。
气泡清洗的过程和方法可用于结合任何标准反冲方式，包括液反冲、加压气体反冲、两者的组合，以及结合化学清洗和剂量设置。
气泡清洗过程可通常用于结合反冲阶段，但在过滤和反冲阶段它也可继续应用。清洗化学物，如氯，可添加到提供气泡的气体，以进一步协助清洗过程。清洗过程中去除的固体可被间断或持续去除。
选择筛孔尺寸来拒绝残渣进入膜组件，但允许气体在气体清洗过程中逃逸。对于更细的筛，可提供气体通气口，而不依靠经筛穿出的气体。筛可形成为自我支持的硬材料或柔性材料，允许筛在气泡清洗工艺中振动。
应该认识到，在不背离本发明所述宗旨和范围下，本发明可有进一步的实施方式和范例。

Claims (28)

1.一种去除悬浮液中的细小固体的过滤系统，包括：
用于容纳所述悬浮液的容器；
处于容器内的一个或多个可渗透膜；
用于提供跨过所述膜的壁的压力差的装置，使得一些所述悬浮液穿过这些膜壁作为渗透物排走；
位于所述悬浮液流路中直至所述膜壁的筛；以及
从膜中抽出渗透物的装置。
2.一种过滤系统，包括：
膜组件，其包括多个可渗透膜，每个膜具有第一端部和第二端部，膜具有的所述端部之一从至少一个终端集管延伸并安装到该至少一个终端集管上，以及
包围膜的筛。
3.一种过滤系统，包括：
膜组件，其包括多个可渗透膜，每个膜具有第一端部和第二端部，膜具有的所述端部之一从至少一个终端集管延伸并安装到该至少一个终端集管上，
所述组件具有上端部和下端部；
包围膜并在所述组件的所述上下端部之间延伸的筛；以及
设在所述筛中并位于或邻近组件的所述上端部处的开口。
4.如权利要求3所述的过滤系统，其特征在于：所述开口设置为从外围将所述筛的端部与组件的所述上端部隔开。
5.如权利要求3所述的过滤系统，其特征在于：所述开口设置为使所述筛延伸至组件的所述上端部以下。
6.如权利要求5所述的过滤系统，其特征在于：所述组件的上端部包括所述至少一个终端集管。
7.如权利要求1、2或3所述的过滤系统，其特征在于：所述筛为细筛。
8.如权利要求7所述的过滤系统，其特征在于：筛的孔尺寸为在约625μm2至约25×106μm2之间。
9.如权利要求8所述的过滤系统，其特征在于：筛的孔尺寸为在约1×104μm2至约1×106μm2之间。
10.如权利要求2或3所述的过滤系统，其特征在于：筛连接至所述终端集管并从所述终端集管延伸。
11.如权利要求1或2或3所述的过滤系统，其特征在于：膜在第一端部密封，并在第二端部开放，以允许去除滤液。
12.如权利要求1、2或3所述的过滤系统，其特征在于：膜包括中空纤维膜。
13.如权利要求12所述的过滤系统，其特征在于：纤维互相紧邻布置，并以基本绷紧的方式成束地安装在上下终端集管之间以阻止它们之间的过度移动。
14.如权利要求13所述的过滤系统，其特征在于：纤维相对于下终端集管中曝气孔的分布阵列基本均匀地安装在下终端集管中，其中，曝气孔的大小和位置设成使得当组件浸没在液体中时，由通过曝气孔的气体形成的气泡基本均匀地在纤维之间穿过。
15.如权利要求14所述的过滤系统，其特征在于：容器包括在下终端集管之下的充气室，加压气体通过充气室引入，充气室包括基本在曝气孔之下的孔以允许污染物的排出
16.如权利要求14所述的过滤系统，其特征在于：下终端集管连接加压气体源，且纤维和筛布置成由气泡振动。
17.一种膜组件，包括多个可渗透膜，
所述膜相互紧邻布置以形成阵列，
组件具有集管，每个膜的一个端部安装在该集管中，以及
包围所述膜阵列的筛。
18.如权利要求17所述的膜组件，其特征在于：筛从所述集管延伸。
19.如权利要求18所述的膜组件，其特征在于：筛连接至集管。
20.如权利要求17或18或19所述的膜组件，其特征在于：所述筛为细筛。
21.如权利要求20所述的膜组件，其特征在于：筛的孔尺寸为在约625μm2至约25×106μm2之间。
22.如权利要求21所述的膜组件，其特征在于：筛的孔尺寸为约1×104μm2至约1×106μm2之间。
23.如权利要求16或17或18所述的膜组件，其特征在于：膜在第一端部密封，并在第二端部开放，以允许去除滤液。
24.如权利要求17或18或19所述的膜组件，其特征在于：膜包括中空纤维膜。
25.如权利要求24所述的膜组件，其特征在于：纤维膜布置成由筛包围的束。
26.如权利要求17或18或19所述的膜组件，其特征在于：集管连接到加压气体源，以便允许气泡的形成，使得在使用时气泡移动经过所述膜和所述筛的表面，并振动所述膜和所述筛以从其上移走污染材料。
27.一种过滤原料液的方法，该方法包括：
提供容器；
提供膜组件，该膜组件包括：
多个可渗透膜，以及
包围该多个膜的细筛，
其中，膜组件容纳在容器内；以及
这些膜包括多个孔隙和外表面，
向容器提供原料液；
向组件内的膜施加跨膜压力，由此滤液经过膜中的孔隙，从而在容器中产生包括污染材料的凝缩原料；以及
从容器中去除污染材料。
28.如权利要求27所述过滤原料液的方法，其特征在于：膜相互紧邻地安装在集管中，以避免它们之间的过度移动。
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