CN103459002A - 过滤膜模组和包括该过滤膜模组的过滤系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能使例如污泥的杂质对空气扩散器的阻塞最小化，简化制造过程并且使安装和工作所需的成本最小化的过滤膜模组，以及包括该过滤膜模组的过滤系统。本发明的过滤膜模组包括：第一联箱；第二联箱，在所述过滤膜模组的水处理过程中该第二联箱位于所述第一联箱的下方；以及所述第一联箱与所述第二联箱之间的过滤膜，其中所述第二联箱上形成有多个通孔。

Description

过滤膜模组和包括该过滤膜模组的过滤系统

技术领域

本发明涉及一种过滤膜模组和包括该过滤膜模组的过滤系统，并且更具体地讲，涉及一种能使例如污泥的杂质对空气扩散器的阻塞最小化，简化制造过程并且使安装和工作所需的成本最小化的过滤膜模组，以及包括该过滤膜模组的过滤系统。

背景技术

使用过滤膜的分离方法相对于基于加热或相变的分离方法具有许多优点。其中的一个优点是高度可靠的水处理，因为通过调整过滤膜的孔的大小可以容易地且稳定地获得期望纯度的水。此外，由于使用过滤膜的分离方法不需要加热过程，所以膜可以和微生物一起使用，这些微生物虽然对于分离过程有用，但是可能不利地受到加热的影响。

其中一种过滤膜模组是淹没在处理池的给水中的吸入式过滤膜模组，由于在过滤膜内施加了负压，所以仅允许纯水渗透通过膜，从而使例如杂质、污泥等固体成分从纯水中分离。吸入式过滤膜模组的优点在于它可以减小安装设施及其工作所需的成本，因为它不需要任何用于流体循环的设施。

由于水处理过程由过滤膜模组来执行，所以给水中存在的杂质会造成结垢问题，即，过滤膜的污染，这会减小过滤膜的过滤效率。由于多种形式的污染物会造成多种形式的膜污染，所以需要用多种方法来清洗污染的过滤膜。

清洗过滤膜的多种方法之一是曝气方法。图1示意性地示出了用于进行曝气清洗的过滤系统。

如图1所示，过滤系统包括多个过滤膜模组110。该等过滤膜模组110淹没在处理池（未示出）的给水中。由于在过滤膜内施加了负压，所以仅允许纯水渗透通过滤膜，从而使其与给水中包括的固体成分（即杂质）分离。过滤膜模组110产生的渗透液通过共用管130供应到渗透液存储池（未示出）。

为了防止过滤膜的表面污染（即，结垢），在过滤膜模组110的下方设置了空气扩散器120，空气扩散器120产生粗气泡。

空气扩散器120包括：由多个空气扩散管121组成的主管；十字接头，用于将该等空气扩散管互相连接；多个曝气管124；以及异径接头123，用于将曝气管124与十字接头122连接，十字接头122的直径与曝气管124的直径不同。

每一曝气管124具有多个曝气孔H，这些曝气孔沿着曝气管的纵向形成在其上。曝气管124被布置成其纵向与过滤膜模组110的平面平行。从空气供应源（未示出）供应的空气穿过主管并且通过曝气管124的曝气孔H从空气扩散器120出来，从而产生粗气泡。粗气泡使过滤膜模组110振动以防止膜污染。

空气扩散器120的问题在于，在水处理过程中，杂质通过曝气管124的曝气孔H被引入并且沉积在其中，从而造成主管以及曝气管124的阻塞。由于除了主管之外，还存在从主管分支出的多个曝气管124，并且各个曝气管124具有多个曝气孔H，而曝气孔H能充当杂质流入的通道，所以严重地造成了空气扩散器的阻塞。

此外，由于这种结构的空气扩散器120需要将空气扩散管121、十字接头122、异径接头123和曝气管124分别加以制造然后再组装在一起，空气扩散器120的生产和安装很复杂，由此造成了生产和安装成本的增加。

发明内容

技术问题

因此，本发明涉及一种能克服现有技术的这些限制和缺陷的过滤膜模组以及包括该过滤膜模组的过滤系统。

本发明的一方面提供了一种能使例如污泥等杂质被引入到空气扩散器中的机会最小化从而显著地减少空气扩散器的阻塞的过滤膜模组，以及包括该过滤膜模组的过滤系统。

本发明的另一方面提供了一种能简化其制造过程并且使其安装和工作所需的成本最小化的过滤膜模组，以及包括该过滤膜模组的过滤系统。

本发明的又一方面提供了一种过滤膜模组，所述过滤膜模组在处理活性污泥时不需要用来产生防止过滤膜结垢所必需的粗气泡的空气扩散器。

除了以上提及的本发明的方面之外，本发明的其他优点和特征将在随后的说明中进行阐述，或者在阅读完随后的说明之后，对本领域的普通技术人员是显而易见的。

技术方案

根据本发明的一方面，提供了一种过滤膜模组，包括：第一联箱；第二联箱，在所述过滤膜模组的水处理过程中该第二联箱位于所述第一联箱的下方；以及所述第一联箱与所述第二联箱之间的过滤膜，其中所述第二联箱上形成有多个通孔。

根据本发明的另一方面，提供了一种过滤系统，包括：将要淹没在有待于处理的给水中的多个过滤膜模组；以及在所述过滤膜模组下方的空气扩散器，所述空气扩散器在所述过滤膜模组的水处理过程中在所述给水中提供气泡，其中各个所述过滤膜模组包括：第一联箱；第二联箱，在所述过滤膜模组的水处理过程中该第二联箱位于所述第一联箱的下方；以及所述第一联箱与所述第二联箱之间的过滤膜，其中所述第二联箱上形成有多个通孔，使得所述空气扩散器提供的气泡穿过所述通孔朝着所述过滤膜上升。

根据本发明的另一方面，提供了一种过滤系统，包括：过滤膜模组，以及细气泡发生器，在所述过滤膜模组的水处理过程中该细气泡发生器被布置在所述过滤膜模组的下方，其中所述过滤膜模组包括：第一联箱；第二联箱，在所述过滤膜模组的水处理过程中该第二联箱被布置在所述第一联箱的下方；以及所述第一联箱与所述第二联箱之间的过滤膜，其中所述第二联箱包括本体和外周突出部，所述外周突出部从所述本体的底部的外围向下延伸，使得所述第二联箱具有用于收集所述细气泡发生器产生的细气泡的第一凹槽，其中在所述第二联箱的外周突出部上形成有多个通孔，并且其中所述细气泡在所述第二联箱的第一凹槽中停留足够长的时间，以在穿过所述通孔朝着所述过滤膜被喷出时变成粗气泡。

以上提供的一般说明仅用于本发明的说明，并且不应当被理解为限制本发明的范围。

有益效果

根据本发明，例如污泥等的杂质被引入空气扩散器的机会被最小化，使得可以显著地减小空气扩散器的阻塞。因此，可以使维修和更换的频率变小，并且因此可以减少维护过滤系统的成本。

此外，根据本发明的过滤膜模组和过滤系统，可以简化空气扩散器的生产和安装。

另外，根据所述过滤膜模组，由于提供用于需氧细菌的一些细气泡可以转化成粗气泡，而粗气泡可以用于防止过滤膜结块，所以不需要设置产生粗气泡的单独的空气扩散器。

附图说明

附图提供了本发明的进一步理解并且并入且构成本申请的一部分，附图图示了本发明的实施例并且与说明书一起起到说明本发明的原理的作用。在附图中：

图1示意性地示出了用于进行曝气清洗的过滤系统；

图2图示了包括本发明的过滤膜模组的过滤系统的一个实施例；

图3是沿着图2的A-A’线截取的根据本发明的一个实施例的过滤膜模组的截面图；

图4是沿着图2的A-A’线截取的根据本发明的另一个实施例的过滤膜模组的截面图；以及

图5图示了包括本发明的过滤膜模组的过滤系统的另一个实施例。

具体实施方式

在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本领域的技术人员会认识到可以进行多种替代和修改。因此，本发明包括落入由权利要求书及其等同形式描述的本发明的范围内的所有替代和修改。

本文中使用的术语“粗气泡”被定义为具有大于100μm的直径的气泡。粗气泡在水中以相对较高的速度上升，因此可以通过空气洗涤来清洗过滤膜。

本文中使用的术语“细气泡”被定义为具有100μm或更小的直径的气泡。严格地讲，细气泡可以分为具有1μm至100μm的直径的微气泡以及具有小于1μm的直径的纳米气泡。微气泡在水中以相对较低的速度上升然后慢慢地消失。纳米气泡可以在水中停留好几个月。虽然很好理解细气泡主要指微气泡，但是细气泡并不完全排除纳米气泡。

以下将参照附图详细地描述根据本发明的过滤膜模组以及包括该过滤膜模组的过滤系统。

应该指出的是，虽然使用中空纤维膜来说明在以下说明的本发明的实施例中的过滤膜，但是本发明不限于此，并且包括平板膜的多种过滤膜也可以用于本发明的过滤膜模组和过滤系统。

图2图示了包括本发明的过滤膜模组的过滤系统的一个实施例。

如图2所示，本发明的过滤系统包括多个过滤膜模组200。过滤膜模组200淹没在处理池（未示出）的给水中。过滤膜模组200产生的渗透液通过共用管（未示出）被供应到渗透液存储池（未示出）。

为了防止中空纤维膜230的表面污染（即，结垢），在过滤膜模组200的下方设置空气扩散器300，空气扩散器300产生粗气泡。空气扩散器300由金属或聚合物制成。

根据本发明的一个实施例的过滤膜模组200包括：第一联箱210；第二联箱220，在过滤膜模组200的水处理过程中被放置在第一联箱210的下方；以及第一联箱210与第二联箱220之间的中空纤维膜230。中空纤维膜230的两端分别被插入在第一联箱210和第二联箱220中，使得中空纤维膜230被固定到第一联箱210和第二联箱220上。

用于制造本发明的中空纤维膜230的聚合树脂包括以下各项中的至少一种：聚砜树脂、聚醚砜树脂、磺化聚砜树脂、聚偏二氟乙烯（PVDF）树脂、聚丙烯腈（PAN）树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂和聚酯亚胺树脂。

本发明的中空纤维膜230可以是单层膜或复合膜。如果中空纤维膜230是复合膜，则它可以包括管状织物层（tubular braid）和涂布在上面的聚合薄膜。管状织物层可以是由聚酯或尼龙制成的。

第一联箱210在其内部具有渗透液收集空间，并且中空纤维膜230的内腔与第一联箱210的渗透液收集空间流体连通。由于通过第一联箱210的渗透液收集空间在中空纤维膜230内施加了负压，所以仅允许纯水渗透通过中空纤维膜230，从而与给水中包括的例如污泥等固体成分相分离。透过中空纤维膜230的渗透液被引入到内腔中，然后朝着第一联箱210的渗透液收集空间流动。

在第二联箱220上沿着第二联箱220的纵向形成有多个直径为5mm至7mm的通孔h1。

空气扩散器300包括管道。管道被布置成其纵向与第二联箱220的纵向垂直。管道具有沿其纵向形成在上面的多个曝气孔h2。空气供应源（未示出）供应的空气通过曝气孔h2从空气扩散器300出来，从而产生粗气泡。

通过空气扩散器300的曝气孔h2喷出的粗气泡，在穿过第二联箱220的通孔h1上升时，会沿着第二联箱220的纵向均匀地分布，然后使过滤膜模组200振动，从而防止结垢。

根据本发明，由于用于清洗中空纤维膜230的粗气泡可以通过穿过第二联箱220的通孔h1而被均匀地供应到所有的中空纤维膜230，所以空气扩散器300不需要从主管分支出来以沿着第二联箱220的纵向均匀地分布粗气泡的曝气管，而这些曝气管是现有技术中需要的。由于不需要这种曝气管，如果有任何例如污泥的固体成分，则固体成分被引入空气扩散器300内的机会可以被最小化。因此，根据本发明，可以显著地减少空气扩散器300的阻塞。

此外，由于本发明的空气扩散器300可以被制造成仅具有一体式结构的管，所以可以省略制造主管、曝气管和多种连接器的过程以及组装它们的过程。因此，可以可观地简化制造空气扩散器300的过程。

以下，参照图3和图4，将更加详细地描述本发明的第二联箱220。图3和图4分别图示了根据本发明的不同实施例的第二联箱220。

如图3和图4所示，本发明的第二联箱220包括：本体221，中空纤维膜230通过固定层240固定在上面；以及外周突出部222，从本体221的底部的外围向下延伸。第二联箱220的通孔h1沿着第二联箱220的纵向形成在外周突出部222上。

由于外周突出部222向下延伸，第二联箱220在其下部具有第一凹槽S1，第一凹槽被本体221和外周突出部222包围。由于空气扩散器300供应的粗气泡被收集在第二联箱220的第一凹槽S1中，使得粗气泡沿着第二联箱220的纵向均匀地分布，然后穿过通孔h1从第二联箱排出，所以可以沿着第二联箱220的纵向均匀地喷出气泡。

第二联箱220的本体221具有与第一凹槽S1相对的第二凹槽S2。第二凹槽S2的至少一部分填充有固定层240，并且中空纤维膜230被插入在固定层240中。

根据图3图示的本发明的实施例，由于透过中空纤维膜230的渗透液应该仅朝着第一联箱210流动，所以第二联箱220中不具有任何渗透液收集空间。为了在膜230被插入在固定层240中时防止固定层240的材料（例如，聚氨基甲酸乙酯树脂）进入中空纤维膜230的内腔，将要插入在固定层240中的中空纤维膜的端部被密封。

另一方面，如图4所示，根据本发明的另一个实施例，由于透过中空纤维膜230的渗透液应该朝着第一联箱210和第二联箱220流动，所以第二联箱220以及第一联箱210中具有渗透液收集空间。也就是说，第二联箱220的第二凹槽S2中的仅一部分填充有固定层，从而在第二联箱220的本体221与固定层240之间形成用于渗透液的渗透液收集空间。被插入在固定层240中的中空纤维膜230的内腔与第二联箱220的渗透液收集空间流体连通。

图5示出了包括本发明的过滤膜模组的过滤系统的另一个实施例。

图5图示的本发明的过滤系统包括需氧槽400。需氧细菌分布在需氧槽400的给水中。需氧细菌分解例如工业废水、生活废水等给水中包括的有机物质。

给水中溶解的氧气越多，越有利于需氧细菌分解有机物质。因此，需要向需氧槽400供应直径为100μm或更小的细气泡。因此，在需氧槽400的底部附近设置细气泡发生器500，以便连续地供应氧气到需氧细菌。从鼓风机600接收空气然后产生细气泡的细气泡发生器500可以分为由陶瓷材料制成的盘式以及由合成树脂材料制成的膜式。

过滤膜模组200可以淹没在需氧槽400的给水中以使固体成分与渗透液相分离。

在这种情况下，由于仅通过细气泡无法充分地保证防止过滤膜的污染，所以如果使用常规的过滤膜模组，除细气泡发生器500之外还进一步需要提供用于产生粗气泡的空气扩散器，粗气泡能使过滤膜模组振动，从而抑制过滤膜的结垢。

可任选地，除需氧槽之外，该过滤系统可以进一步包括曝气槽。一旦给水从需氧槽400被供应到曝气槽，就可以在曝气槽中借助于过滤膜模组使固体成分与给水分离。然而，此实施例还需要在曝气槽中设置额外的空气扩散器来产生粗气泡。

除细气泡发生器500之外，用于产生粗气泡的额外的空气扩散器的安装和操作的缺点在于不仅增加了设立过滤系统的成本，而且增加了使产生粗气泡的空气扩散器工作的能耗和成本。

另一方面，根据本发明，本发明的过滤膜模组200在淹没在需氧槽400的给水中时进行水处理，无需任何额外的用于产生粗气泡的空气扩散器。细气泡发生器500供应的细气泡被收集在过滤膜模组200的第二联箱220的第一凹槽S1中并且在里面停留一段时间。此时，细气泡彼此碰撞以连续地形成较大直径的气泡，并且粗气泡穿过第二联箱220的通孔h1朝着中空纤维膜230被喷出，通孔具有5mm至7mm的直径。穿过第二联箱220的通孔h1而被喷出的粗气泡擦洗中空纤维膜230，从而去除附着在中空纤维膜230的表面上的污染物，并且与此同时，通过击打第一联箱210而使过滤膜模组200振动，从而防止结垢。

因此，如图5所示，当本发明的过滤膜模组200应用于需氧槽400时，即使在不存在产生粗气泡的空气扩散器的情况下，仍可以有效地防止过滤膜模组200的污染，并且因此可以使过滤系统的安装和工作的成本最小化。

Claims (11)

1.一种过滤膜模组，包括：

第一联箱；

第二联箱，在所述过滤膜模组的水处理过程中该第二联箱位于所述第一联箱的下方；以及

所述第一联箱与所述第二联箱之间的过滤膜，

其中所述第二联箱上形成有多个通孔。

2.如权利要求1所述的过滤膜模组，其中所述第二联箱包括本体和外周突出部，所述外周突出部从所述本体的底部的外围向下延伸，使得所述第二联箱具有用于收集气泡的第一凹槽，并且

所述第二联箱的所述通孔形成在所述外周突出部上。

3.如权利要求2所述的过滤膜模组，其中所述第二联箱的所述本体具有与所述第一凹槽相对的第二凹槽。

4.如权利要求3所述的过滤膜模组，进一步包括固定层，

其中所述第二凹槽的至少一部分填充有所述固定层，并且

所述过滤膜被插入在所述固定层中。

5.如权利要求3所述的过滤膜模组，进一步包括固定层，

其中所述第二凹槽的仅一部分填充有所述固定层，

所述过滤膜被插入在所述固定层中，并且

用于透过所述过滤膜的渗透液的渗透液收集空间形成在所述第二联箱的所述本体与所述固定层之间。

6.如权利要求5所述的过滤膜模组，其中所述过滤膜是中空纤维膜，并且

所述中空纤维膜的内腔与所述渗透液收集空间流体连通。

7.一种过滤系统，包括：

将要淹没在有待于处理的给水中的多个过滤膜模组；以及

在所述过滤膜模组下方的空气扩散器，所述空气扩散器在所述过滤膜模组的水处理过程中在所述给水中提供气泡，

其中各个所述过滤膜模组包括：

第一联箱；

第二联箱，在所述过滤膜模组的水处理过程中该第二联箱位于所述第一联箱的下方；以及

所述第一联箱与所述第二联箱之间的过滤膜，

其中所述第二联箱上形成有多个通孔，使得所述空气扩散器提供的气泡穿过所述通孔朝着所述过滤膜上升。

8.如权利要求7所述的过滤系统，其中所述第二联箱包括本体和外周突出部，所述外周突出部从所述本体的外周表面向下延伸，使得所述第二联箱具有用于收集气泡的第一凹槽，并且

所述第二联箱的所述通孔形成在所述外周突出部上。

9.如权利要求8所述的过滤系统，其中所述空气扩散器包括管道，

所述管道被布置成其纵向与所述第二联箱的纵向垂直，

所述管道具有沿着所述管道的纵向形成在上面的多个曝气孔，并且

粗气泡穿过所述曝气孔被喷出。

10.一种过滤系统，包括：

过滤膜模组；以及

细气泡发生器，在所述过滤膜模组的水处理过程中所述细气泡发生器被布置在所述过滤膜模组的下方，

其中所述过滤膜模组包括：

第一联箱；

第二联箱，在所述过滤膜模组的水处理过程中该第二联箱被布置在所述第一联箱的下方；以及

所述第一联箱与所述第二联箱之间的过滤膜，

其中所述第二联箱包括本体和外周突出部，所述外周突出部从所述本体的底部的外围向下延伸，使得所述第二联箱具有用于收集所述细气泡发生器产生的细气泡的第一凹槽，

其中在所述第二联箱的所述外周突出部上形成有多个通孔，并且

其中所述细气泡在所述第二联箱的所述第一凹槽中停留足够长的时间，以在穿过所述通孔朝着所述过滤膜被喷出时变成粗气泡。

11.如权利要求10所述的过滤系统，其中所述第二联箱的所述通孔具有5mm至7mm的直径。

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