CN103842056B - 曝气单元及包括其的过滤装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够通过充分并且均匀地清洁过滤装置中的所有中空纤维膜来提高过滤效率的曝气单元及包括此类曝气单元的过滤装置。本发明的曝气单元包括：相互平行的多个曝气管，每一个曝气管包括第一末端和与第一末端相对的第二末端；以及第一共管，所述第一共管通过所述曝气管的第一末端与所述曝气管流体连通来为所述曝气管提供空气。所述第一共管垂直于所述曝气管。所述曝气管越接近所述第一共管的两末端，所述曝气管布置得越密集。

Description

曝气单元及包括其的过滤装置

技术领域

本发明涉及一种曝气单元及包括其的过滤装置，更具体地，本发明涉及一种曝气单元及包括其的过滤装置，所述曝气单元能够通过充分并且均匀清洁该装置的所有中空纤维膜来提高过滤装置的过滤效率。

背景技术

用于水处理的分离方法包括加热或者相变方法、过滤膜方法等等。根据所述过滤膜方法，通过控制过滤膜细孔的大小可以获得想要的水质，这有利于提高工艺的可靠性。而且，由于所述过滤膜方法不需要加热工艺，它可以有利地用于使用微生物的水处理，而使用微生物的水处理原本会受到热量的负面影响。

所述过滤膜方法中的一种方法是使用中空纤维膜组件，在中空纤维膜组件内，中空纤维膜以膜束的形式设置。通常，中空纤维膜组件被广泛应用于精密过滤领域，例如无菌水，饮用水，超纯水等的制备。然而，近来，中空纤维膜组件的应用领域正在向污水/废水处理、污水处理罐中固体的分离、工业废水中悬浮物（SS）的去除、河水的过滤、工业水的过滤，池水的过滤等方向扩展。

所述中空纤维膜组件可以根据其操作方式分为浸没式组件和压力式组件。

所述浸没式组件被浸入在含有要纯化的流体的池中。当在所述中空纤维膜内部施加负压时，仅会允许纯流体透过所述膜并进入其中空内部，同时诸如杂质或者污泥的污染物留在膜外面。所述浸没式组件在减少设施建设成本及其操作成本上是有利的，因为它不需要任何用于流体循环的设备。

然而，通过所述中空纤维膜进行的连续水处理引起所述膜的结垢，所述膜的结垢显著降低了所述中空纤维膜的水渗透性能。由于所述膜结垢物质以各种方式污染膜，需要以与其对应的各种方式来清洁被污染的中空纤维膜。

清洁中空纤维膜的各种方法之中有一种是曝气清洁方法。

在下文中，将参照图1和图2介绍根据相关技术的曝气清洁方法。

图1示意性地示出了根据相关技术的清洁方法的一个单元组件的清洁；图2是根据相关技术的过滤装置的俯视图。

如图1所示，中空纤维膜组件10包括一对膜头11及其中间的中空纤维膜。在过滤过程中，每一个膜头11都设置在基本上垂直于所要处理的水的表面的方向（Z轴方向），并且中空纤维膜12设置在基本平行于所要处理的水的表面的方向（X轴方向）。每一个中空纤维膜12的两端分别通过固定部分11b封装在膜头11内。通过中空纤维膜12的滤液通过出口11a输送到滤液贮槽（未示出）。

中空纤维膜组件10的下面是曝气管20。当从曝气管20的曝气孔（H）排出的气泡上升时，中空纤维膜12被清洁。

随着长时间进行过滤处理，中空纤维膜12发生收缩，从而引起连接至膜头11的中空纤维膜12的末端被破坏或者引起中空纤维膜12从膜头11分离。为了解决这类问题，中空纤维膜12的两端一般封装在该对膜头11内，并使得中空纤维膜12内存在松弛（slack）。

然而，由于中空纤维膜12中的松弛，在曝气清洁过程中，升起的气泡和水流使得所述中空纤维膜呈向上凸起形状。

通过其曝气孔（H）从曝气管20排出的气泡打在呈向上突起形状的中空纤维膜12上，并且因此，气泡朝中空纤维膜12的中间部分逐渐上升。

结果，如图2所示，当对应于高气泡密度区（HA）的中空纤维膜12的中间部分被充分清洁时，对应于低气泡密度区（LA）的中空纤维膜12的两个末端部分不能被充分清洁，这使得过滤装置的整体过滤效率被降低。

发明内容

技术问题

因此，本发明旨在提供一种能够防止相关技术的这些限制和缺点的曝气单元及包括其的过滤装置。

本发明的一个方面，提供一种曝气单元，所述曝气单元能够通过充分并且均匀地清洁装置中的所有中空纤维膜，来提高过滤装置的过滤效率。

本发明的另一个方面，提供一种具有高过滤效率的过滤装置，所述过滤装置中的所有中空纤维膜能够被充分并且均匀地清洁。

本发明的附加优点、目的和特性将在下述描述中予以某种程度的阐述，在某种程度上，根据下面的试验，本发明的附加优点、目的和特性对本领域的一般技术人员来说变得明显或者从本发明的实践中可以了解本发明的附加优点、目的。本发明的目的和其他优点可以通过说明书及其权利要求具体指出的结构来实现和达到。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供一种曝气单元，包括：相互平行的多个曝气管，所述曝气管中的每一个包括第一末端和与第一末端相对的第二末端；以及第一共管，所述第一共管通过所述曝气管的第一末端与所述曝气管流体连通，来为所述曝气管提供空气，其中，所述第一共管垂直于所述曝气管，并且其中，所述曝气管越接近所述第一共管的两末端，所述曝气管布置得越密集。

根据本发明的另一个方面，提供一种过滤装置，包括：包括中空纤维膜的中空纤维膜组件，所述中空纤维膜被设置成平行于在过滤过程期间要处理的水的表面；以及位于所述中空纤维膜组件下方的曝气单元，其中所述曝气单元包括：相互平行的多个曝气管，所述曝气管中的每一个包括第一末端和与第一末端相对的第二末端；以及第一共管，所述第一共管通过所述曝气管的第一末端与所述曝气管流体连通，来为所述曝气管提供空气，其中，所述第一共管垂直于所述曝气管，并且其中，所述曝气管越接近所述第一共管的两末端，所述曝气管布置得越密集。

上文提供的是一般描述，然后下文提供的详细描述仅仅用来说明本发明，并且应被理解为对权利要求中限定的发明更详细的描述。

有益效果

根据本发明，过滤装置中的所有中空纤维膜能够被充分并且均匀地清洁，因此，过滤装置的过滤效率能够被显著提升。而且，本发明的过滤装置可以以相对低的成本来制备。

附图说明

从下面结合附图的详细描述中，将更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特点以及其他优点，在附图中：

图1示意性示出根据相关技术的清洁方法的一个单元组件的清洁。

图2是根据相关技术的过滤装置的俯视图。

图3是本发明的过滤装置的透视图。

图4是根据本发明第一实施例的曝气单元的平面图。

图5是根据本发明第二实施例的曝气单元的平面图。

具体实施方式

本领域的技术人员应当理解，在不偏离本发明的范围和精神的前提下，可以进行各种修改、添加和替换。相应地，本发明包括落在权利要求书所描述的发明及其等效物范围内的所有替换和修改。

下面，将参照附图详细描述根据本发明实施例的曝气单元及包括其的过滤装置。

图3是本发明的过滤装置的透视图。

如图3所示，本发明过滤装置包含多个中空纤维膜组件100和曝气单元200。在过滤过程中，中空纤维膜组件100被布置在与要处理的水的表面平行的一条直线（Y轴方向）上。曝气单元200放置在多个中空纤维膜组件100的下方。本发明的中空纤维膜组件100和曝气单元200可以组合成一个框架结构（未示出）来形成一个单元过滤装置。

每一个中空纤维膜组件100包括一对膜头110和多个中空纤维膜120。每一个中空纤维膜120的两末端通过由聚氨酯形成的固定部分112封装在该对膜头110的相对的侧面内。

所述过滤装置浸没在待净化的水中，并且其中每一个膜头110的长度方向（Z轴方向）基本上垂直于水的表面并且中空纤维膜120的长度方向（X轴方向）大致平行于水的表面。

为了防止在过滤过程中由于中空纤维膜收缩而导致的中空纤维膜120在其末端的损坏和/或中空纤维膜120从膜头110分离，中空纤维膜120的两末端封装在该对膜头110内，这种方式使得中空纤维膜12内存在松弛。图3所示为中空纤维膜120受从曝气单元200排出的气泡影响因此它们呈向上凸起的形状。

在每一个膜头110内存在一个收集空间（未示出）用来接收通过中空纤维膜120的滤液。中空纤维膜120的中空空间与膜头110的收集空间流体连通。当对中空纤维膜120的中空空间施加负压时，滤液通过中空纤维膜120被收集到膜头110的收集空间内，然后通过膜头110的出口111输送到滤液贮槽（未示出）。

中空纤维膜组件100的中空纤维膜120通过从曝气单元200排出的气泡被清洁。

下面，将参照图4和图5详细描述根据本发明实施例的曝气单元。

图4是根据本发明第一实施例的曝气单元的平面图。

如图4所示，根据本发明第一实施例的曝气单元200包括共管210和多个曝气管220。

共管210可以是一体式管。任选地，共管210可以包括通过交叉连接器相互连接的多个单元管。

曝气管220通过它们各自的一末端被连接到共管210，使得它们被布置在以共管210为对称轴的对称图案中。当多个单元管通过这些交叉连接器彼此连接以形成共管210时，一对曝气管220分别连接到每一个交叉连接器。

上述曝气单元200设置多个中空纤维膜组件100（用虚线示出）。中空纤维膜120的长度方向基本平行于曝气管220的长度方向。通过将中空纤维膜120直接定位在曝气管220上方，清洁效果可以最大化。

每一个曝气管220具有沿其长度方向形成的多个曝气孔（H）。任选地，如图4所示，一对曝气孔（H）沿与曝气管220的长度方向基本垂直的方向（Y轴方向）形成，并且多对这样的曝气孔（H）沿曝气管220的长度方向（X轴方向）形成。

来自空气供应单元（未示出）的空气通过共管210并且通过曝气管220的曝气孔从曝气管220排出以产生气泡。如此产生的气泡直接打在所述中空纤维膜120上或使之振动来清洗它们，从而防止其结垢。

如上所述，在曝气清洗过程中，由于它们所引起的上升的气泡和水流，中空纤维膜120开始呈向上（Z轴方向）凸起的形状。通过曝气管220的曝气孔（H）从曝气管220排出的气泡打在中空纤维膜120上并且，其结果，气泡朝向中空纤维膜120的中间部分逐渐上升。因而，中空纤维膜120的位置越相对高（即，中空纤维膜120的位置越接近水的表面），供应到其两末端部分的气泡量越少。

为了解决这个问题，根据本发明第一实施例的曝气管220，在对应于中空纤维膜120两末端部分的部分处比在对应于中空纤维膜120中间部分的部分处有更多的曝气孔（H）。换言之，距离曝气管220连接到共管210的曝气管220的那一端越远，也就是说，距离曝气孔（H）的相反的另一端越近，曝气孔（H）的形成越密集。曝气管220在从曝气管220连接到共管210的那一端起的预定区域内没有曝气孔。

因此，根据本发明第一实施例，气泡供应到中空纤维膜120两末端部分的概率会增加，并且因此，气泡可以均匀地供应到整个中空纤维膜120。

但是，本发明第一实施例的曝气单元200具有如下几个缺点。

第一，由于每一个曝气管220通过其一个末端连接到共管210，在曝气清洁过程中难以将曝气管220保持在水平位置。如果曝气管220的水平位置被破坏即使轻微破坏，气泡也不能均匀地供应到中空纤维膜120。

第二，由于在从曝气管220连接到共管210的一个末端的预定区域内，曝气管220没有曝气孔，曝气管220的预定区域只起到空气通路的作用，并且不能直接有助于曝气清洗。曝气管210的不能直接有助于曝气清洗的部分越多，出现的经济损失或浪费越多。

下面，将详细描述能够克服第一实施例的上述问题的本发明的第二实施例。

图5是根据本发明第二实施例曝气单元的平面图。

如图5所示，本发明第二实施例的曝气单元包括第一共管240和相互平行设置的多个曝气管230。

第一共管240给曝气管230提供空气并且具有入口241来接收来自空气供应单元（未示出）的空气。

每一个曝气管230包括第一末端和与第一末端相对的第二末端。每一个曝气管230具有沿着其长度方向（Y轴方向）以相等间隔形成的多个曝气孔（H1）。任选地，如图5所示，一对曝气孔（H1）沿着基本上垂直于曝气管230长度方向的方向（X轴方向）形成，并且多对这样的曝气孔（H1）以相等间隔沿曝气管230的长度方向（Y轴方向）形成。

由于本发明第二实施例的曝气管230具有以相等间隔形成的曝气孔（H1），不像第一实施例，不存在曝气管230中的引起经济损失或浪费的那一部分并且曝气管230的整个部分可以相等地进行曝气清洗功能。

上述的曝气单元200设置有多个中空纤维膜组件100（用虚线表示）。中空纤维膜120的长度方向基本垂直于曝气管230的长度方向。通过直接在曝气管230的曝气孔（H1）上方直接设置中空纤维膜120可以最大化清洁效果。

每一个曝气管230与第一共管240流体连通，曝气管230通过其第一末端来接收来自第一共管240的用于曝气清洁的空气。第一共管240垂直于曝气管230。

来自空气供应单元（未示出）的空气通过第一共管240并通过曝气管230的曝气孔（H1）从曝气管230排出以产生气泡。如此产生的气泡直接打在中空纤维膜120上或使之振动来清洗它们，从而防止其结垢。

如上所述，在曝气清洗过程中，由于它们所引起的上升的气泡和水流，中空纤维膜120开始呈向上（Z轴方向）凸起的形状。通过其曝气孔（H1）从曝气管230排出的气泡打在中空纤维膜120上并且，其结果，气泡朝向中空纤维膜120的中间部分逐渐上升。因而，中空纤维膜120的相对位置越高（即，中空纤维膜120的位置越接近水的表面），供应其两末端部分的气泡量越少。

为了解决这个问题，根据本发明第二实施例，曝气管230越接近第一共管240的两末端，曝气管230布置得越密集。也就是说，对应于中空纤维膜120末端部分的曝气管230的数量大于对应于中空纤维膜120中间部分的曝气管230的数量。

任选地，如图5所示，不存在对应于中空纤维膜120中间部分的曝气管。换言之，第一共管240的中间部分没有连接到任何曝气管230。详言之，第一共管240在从其正中间起的预定区域内没有连接到曝气管230。

因此，根据本发明第二实施例，气泡供应到中空纤维膜120两末端部分的机会增加，并且因此，气泡可以均匀地供应到整个中空纤维膜120。气泡均匀供应整个中空纤维膜120可以同时提高清洁效率和过滤装置的过滤效率。

如图5所示，本发明第二实施例的曝气单元200另外包括第二共管250。每一个曝气管230通过其第二末端与第二共管250流体连通。第一和第二共管240和250相互平行。

因而，由于本发明第二实施例的曝气单元200具有一种结构，在所述结构中，每一个曝气管230分别通过其第一末端和第二末端分别连接至第一共管240和第二共管250，在曝气清洗过程中，这使得将曝气管230保持在水平位置上相对容易。被保持在水平位置上的曝气管230能够均匀地向中空纤维膜120提供气泡。

任选地，为了将曝气管230的水平位置被破坏的概率最小化，可以将曝气单元200的预定部分组合到一个框架（未示出）中，并将中空纤维膜组件100安装在所述框架内。

如图5所示，第一共管240可以具有多个曝气孔（H2）。另外，第二共管250也可以具有多个曝气孔（H3）。从第一共管240和第二共管250排出的气泡有助于沿着曝气管230长度方向（Y轴方向）呈一条线布置的中空纤维膜组件100中的第一个组件和最后一个组件的中空纤维膜的更有效的清洗。

任选地，为了均匀地供应气泡，可以令第一共管240在从其正中间起的预定区域内没有曝气孔。出于相同的原因，可以令第二共管250在从其正中间起的预定区域内没有曝气孔。

Claims (5)

1.一种过滤装置，包括：

中空纤维膜组件，所述中空纤维膜组件包括中空纤维膜，在过滤过程中，所述中空纤维膜组件被布置成平行于要处理的水的表面；以及

曝气单元，所述曝气单元位于所述中空纤维膜组件下方，

其中，所述曝气单元包括：

彼此平行的多个曝气管，每一个所述曝气管包括第一末端和与所述第一末端相对的第二末端；以及

第一共管，所述第一共管通过所述曝气管的第一末端与所述曝气管流体连通，来为所述曝气管提供空气，

其中，所述第一共管垂直于所述曝气管并且平行于所述中空纤维膜组件，并且

其中，所述曝气管越接近所述第一共管的两末端，所述曝气管布置得越密集。

2.根据权利要求1所述的过滤装置，其中，没有曝气管连接到所述第一共管的中间。

3.根据权利要求1所述的过滤装置，其中，所述曝气单元还包括第二共管，所述第二共管通过所述曝气管的第二末端与所述曝气管流体连通。

4.根据权利要求3所述的过滤装置，其中，所述第一共管和第二共管相互平行。

5.根据权利要求3所述的过滤装置，其中，所述第一共管和第二共管分别具有曝气孔。