CN103974912A - 浸没式滤网和操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种静态滤网，所述静态滤网具有多个过滤体以及位于所述过滤体下游的多个曝气装置。每个曝气装置与一组一个或多个所述过滤体相关。每个曝气装置可以是脉冲发生曝气器。所述脉冲发生曝气器并不同时全部释放空气。每个过滤体工作通过由回冲事件分隔的死端过滤期间。所述回冲事件包括将空气段塞或脉冲引入所述过滤体的底部。流体始终持续流过所述静态滤网，因为所述过滤体并不同时全部回冲。所述静态滤网可以用于移除流向浸没式膜单元的水流中的渣。或者，所述静态滤网可以用于提供初级废水处理。

Description

浸没式滤网和操作方法

技术领域

本发明涉及一种滤水滤网、滤网操作方法以及使用滤网进行水处理的方法。

背景技术

第WO 2007/131151号国际专利公开案中描述了一种静态滤网，在膜生物反应器中的浸没式膜组件的上游处使用。在一些实施例中，所述滤网包括安装在储罐中的一组垂直定向的圆柱形过滤体。所述过滤体在其下端开口并且连接到储罐底部附近的收集管。经过滤的水收集在收集管中，随后可以经由储罐壁传输供给到膜组件。曝气器设在收集管下方。在一种工艺中，曝气器中的气泡以低速率连续提供，以阻碍固体沉积在过滤体上。吹气速率定期提高以减小过滤体上游水的密度，这导致滤网回冲。同时，储罐中的水位升高，从而允许带有悬浮固体的水溢出到水槽中以去除。静态滤网移除生物反应器中混合液体内的渣，以保护浸没式膜。

发明内容

发明人观察到上述公开号为WO 2007/131151的专利中公开的静态滤网中存在多个问题。实际上，为了引起回冲，气泡必须将上游水柱的密度降低到使得跨滤网的正常水头差反向的程度。这需要相当大量的气流来产生即便是轻微回冲。需要大型鼓风机以及快速作用阀和控制器来使鼓风机在回冲空气流速与较低连续空气流速之间循环。除了此设备的资金成本之外，将回冲曝气与连续曝气相结合会消耗大量能量。某些情况下，曝气器有时还会被渣堵塞，因此不再能够清洗滤网。

下文将详细描述的静态滤网具有多个过滤体以及位于过滤体下游的多个曝气装置。任选地，所述过滤体可以是其下端开口的垂直定向圆柱形过滤体。每个曝气装置与一组的一个或多个过滤体相关。任选地，每个曝气装置可以是脉冲发生曝气器。在这种情况下，所述脉冲发生曝气器优选地为非同步的，以使脉冲发生曝气器并不同时全部释放空气。

本发明提供一种操作静态滤网例如如上所述的静态滤网的方法，所述方法包括在由回冲事件相隔的死端过滤期间内操作每个过滤体。所述回冲事件包括将空气段塞或脉冲引入过滤体底部。使用非同步曝气器，流体始终持续流过静态滤网，因为过滤体并不同时全部回冲。

一种例如如上所述的静态滤网或过滤方法，其可以用于移除流向浸没式膜单元的水流中的渣。在此情况下，滤网中的开口可以在约0.5mm到2.0mm的范围内。或者，一种静态滤网或过滤方法，其可以用于在包括工业和饮用水进口过滤、初级废水处理和三级废水处理在内的多个水处理应用中提供悬浮固体移除功能。在此情况下，滤网中的开口可以在约0.02mm到0.3mm的范围内。

附图说明

图1是具有静态滤网的储罐的截面示意图。

图2是具有脉冲发生曝气器的过滤体的截面示意图。

图3是用于多个过滤体中的脉冲发生曝气器的立体图。

图4是图1所示静态滤网的各个部分的立体图。

具体实施方式

图1示出了包含静态滤网12的储罐10。静态滤网12具有多个过滤体14。每个过滤体14可以由一层或多层塑料或金属网制成，所述塑料或金属网卷绕或折叠到棱形管道例如管(tube)中。过滤体14的顶部被盖16覆盖。过滤体14的底部敞开并且附接到脉冲发生曝气器18。如下文进一步所述，脉冲发生曝气器18用作空气驱动回冲装置。脉冲发生曝气器18不定时将空气段塞(a slug of air)或者任选地将二相流体释放到过滤体14中。尽管脉冲发生曝气器18将描述为使用空气操作，但是也可以使用其他气体。

储罐10是含水敞式储罐20，具有位于分隔壁24上游和下游的自由表面22。分隔壁24将储罐10分为上游部分26和下游部分28。任选地，下游部分28可以由不同储罐提供。进一步任选地，下游部分28可以执行其他功能，例如用作水处理系统中的生物处理罐或者包含浸没式膜单元。

静态滤网12位于储罐10的上游部分26中。它的每个过滤体14均连接到收集管30。如图所示，过滤体14可以经由脉冲发生曝气器18连接到收集管30。任选地，脉冲发生曝气器18可以位于其他位置，例如位于过滤体14旁边或者收集管30下方。在这种情况下，脉冲发生曝气器配备连接到收集管30的进口管以及连接到过滤体14内部的出口管。

如果有多个收集管30，则收集管30可以进一步连接到集管32。收集管30或者集管32连接到流水排放管34。流水排放管34可以穿过分隔壁24。或者在图1所示的虹吸管布置中，流水排放管34可以越过分隔壁上方。下游部分28中的自由表面22可以低于上游部分26中的自由表面以提供水头差，所述水头差用作驱动水流过静态滤网12的驱动力。水头差可以在3cm到30cm的范围内。或者，流水排放管34可以具有泵，以提供驱动水流过静态滤网12的驱动力。

未过滤的给水36添加到储罐10的上游部分26。水头差使水流过静态滤网12并流出排放管34。经过滤的水38连续从下游部分28排出或者直接从排放管34排出。溢出水40越过堰板42上方从上游部分26排放到废弃通道44中。供给流速通常等于经过滤流速加上溢出流速，受到其他流体的调整的影响。例如，可以经由排污管46不定时排空沉降的滤除物质。

每个过滤体14在由回冲事件分隔的死端过滤期间操作。但是，各个过滤体14在不同时间回冲。不同过滤体14的回冲时间可以根据常规周期进行控制，或者仅不同步并且允许随时间推移而分散。平均来说，多数情况下，例如，80％或以上或者90％或以上的过滤体14正在进行操作，执行死端过滤，而一些过滤体14，例如20％或以下或者10％或以下正在回冲。

优选地，供给流速维持在高于经过滤流水流速一个较小分数的水平，例如，高出1％到5％，以维持越过堰板42流入废弃通道44中的连续流体。溢流40包含被静态滤网12滤除并在过滤体14回冲时释放的材料。由于过滤体14在不同时间回冲，因此滤除物质可以被排空至废弃通道44，而不会更改上游部分26中的自由表面22的高度。

过量水流(供给流减去经过滤流水流)加上回冲流中释放的空气建立了流向储罐10的上游部分26中的堰板42的表面流。这有助于将滤除物质携带到废弃通道44。任选地，可以通过在上游部分26之上设置平盖(未图示)但在自由表面22上方留有微小间隙来增强表面流。盖的侧边仅在堰板42处开口。通过这种方式，在自由表面22处破裂的气泡中留下的剩余能量被用于携带溢流40越过堰板42的上方。

尽管特定过滤体14的特定回冲的精确时间可能未知，但是平均回冲频率由脉冲发生曝气器18的大小以及流入脉冲发生曝气器18的进气口48中的空气流速控制。平均回冲频率可以在每小时5次到50次回冲的级别上。如上所述，无需对不同过滤体14之间的回冲时间进行排序。

或者，可以通过将至脉冲发生曝气器18的空气输送排序来控制回冲顺序。例如，过滤体14可以分组为由垂直于堰板42的分隔壁间隔的行或阵列，所述分隔壁升高到堰板42的水平面上方。在此实例中，一行或一个阵列中的过滤体通过在其预期回冲时间之前仅直接向其供给空气来一起回冲。回冲所引起的水位升高会携带滤除物质越过堰板42的上方。或者，与溢流堰板42平行的多行过滤体14可以按照从最远行向最近行进行的顺序回冲。这产生将滤除物质携带到堰板42的表面流。类似地，按照从最远过滤体14向最近过滤体14进行的顺序回冲与堰板42垂直的行中的各个过滤体14产生将滤除物质携带到堰板42的表面流。

一些滤除物质可能下沉而不是漂浮越过堰板42上方。多个收集管30可以并排设置但留有间隙，例如留有1cm到5cm宽的间隙，以允许滤除物质达到储罐10的底部。收集管30下方留有一定空间，以供这些滤除物质沉淀并积累。此滤除物质定期例如每日或每周通过排污管46排空。或者，沉降的滤除物质可以例如通过排污研磨泵或盖瑟泵(geyser pump)抽出，所述盖瑟泵如以引用方式并入本说明书中的第6,162,020号美国专利中所述。

图2示出了具有过滤体14和脉冲发生曝气器18的过滤组件50。其他过滤组件50可以具有至多20个过滤体14，例如具有6到12个过滤体14。过滤组件50具有端口52，用于将过滤组件50连接到收集管30。

在操作中，脉冲发生曝气器18类似于第6,162,020号美国专利中所述的盖瑟泵，或者第WO2011/028341A1号国际专利公开案中所述的气体喷射装置，这两个专利案均以引用方式并入本说明书中。一般来说，脉冲发生曝气器18构造成提供底部开口的腔，其适用于容纳直接或间接与自由表面连通的水体上方的体积可变气囊。所述腔与形成排放通道的结构连通。所述排放通道具有位于与所述腔连通的入口与出口之间的低点，因此形成反向虹吸管。空气供给到所述腔中，直到所述气囊向下延伸到排放通道中的低点所在水平面。此时，腔中的一些或全部空气通过排放通道释放，直到气囊不再达到排放通道的入口。排放通道可以是封闭管道，在此情况下，通常单相气体段塞或脉冲在排放通道中的水开始吹出之后释放。或者，排放管道可以具有朝向水的开口，在此情况下，排放导管中产生空气升力并且产生二相脉冲，或者在液体脉冲之后产生空气脉冲。

脉冲发生曝气器18具有连接到一个或多个过滤体14的外腔54和内腔56。内腔56通过一个或多个排放口58连接到每个过滤体14的提升管60的底部。提升管60的顶部在外腔54的上表面处或者上表面附近连接到过滤体14。内腔56作为反向虹吸管工作，以间歇性地将空气或者空气水混合物排放到提升管60。空气通过位于例如外腔54顶部处的进气口48以连续的方式引入外腔54中。如上所述，当外腔54中形成延伸到排放口58的气囊时，空气经由内腔56和排放口58排放到提升管60中。当单个外腔54内有多个提升管60和内腔56时，所有内腔56均接近同时排放空气。

相对于过滤体14的上部64而言，过滤体14的较短下部62，例如过滤体14总长度的10％或以下，包含不同大小的开口。下部62和上部64的相对长度控制排放量中用于悬浮所占部分，如下文进一步所述。

一个操作工序包括由例如在10秒到30秒范围内的回冲事件分隔的一系列或者过滤期间，例如在1分钟到10分钟的范围内。回冲频率主要取决于外腔54的大小以及空气流速。在过滤过程中，水流以死端过滤模式穿过过滤体14。比过滤体14中的开口大的任何材料收集在其表面上或者向下沉降到储罐10的底部。在此期间内，外腔54以等于外腔54上方的水柱高度的压力填充空气。当空气达到排放口58的水平面时，反向虹吸管启动，并且在短时间段内将大多数或者全部体积的空气排放到提升管60中。

在提升管60中上升的空气段塞使穿过过滤体14的过滤停止，然后逆转流动方向并且开始向上推动水流。由于过滤体14的顶部被盖16塞紧，过滤体14中的水必须经由过滤体14中的开口流出，由此引发回冲。一部分空气穿过过滤体14的下部62，形成有助于将分离材料悬浮到表面并进入废弃通道44内的微细气泡。因此，脉冲发生曝气器18释放的空气具有两个功能，即，回冲过滤体和使滤除物质漂浮。可以通过改变下部62的长度以及该部分中开口的大小来调整每种功能所用的空气量。

即使每个过滤组件50均定期回冲，但是总过滤过程是不间断的，并且作为一个整体穿过静态滤网12向前流动是以大体恒定的流速进行的。这是可以实现的，因为储罐10中有大量的过滤组件50例如50个或以上或者100个或以上，而这些过滤组件中随时只有小部分例如20％或以下或者10％或以下处于回冲模式。用于回冲各个过滤组件50的过滤水体积是最低限度的，并且取自连接到同一收集管30或集管32的其他过滤组件50或者取自下游部分28。由于回冲水取自过滤体14的下游，因此不会污染过滤体14或者脉冲发生曝气器18。

可以通过改变供给到过滤组件50的恒定空气流速来调整平均回冲频率。改变空气流速将改变回冲频率，而不大幅改变回冲条件，例如持续时间和流速。

图3示出了过滤组件50，所述过滤组件设计成容纳九个过滤体14。此过滤组件50具有单个外腔54，但有九个提升管60。每个提升管60连接到单独的内腔56和单独的过滤体14。或者，两个或更多个或者全部提升管60可以连接到公共内腔56。过滤组件50通过端口52附接到收集管30。过滤体14，未图示，是自立式并且相当坚硬，因此它们不需要约束壳体或包封框架。需要最大限度地减少能够在静态滤网12内捕获并累积渣的位置数。

管状过滤体14可以具有10mm到100mm，优选地为20mm到50mm的直径，以及1m到5m，优选地为3m到4m的长度。这些过滤体的顶部被盖16封闭，而它们的底部连接到脉冲发生曝气器18和收集管30。管状过滤体可以根据第WO2007/131151A2号国际公开文本中所述内容制成，其以引用方式并入本说明书中。它们的壁结构可以为单层或者复合结构。

图4示出了滤网框架66的实例，所述滤网框架设计成容纳10x7个过滤组件50的阵列，为了使图示框架66更多地可见，只图示了过滤组件的一部分。过滤组件50安装到收集管30上，所述收集管连接到集管32。在使用中，集管32将连接到流水排放管34(未图示)。

一般来说，静态滤网12用于移除水中的固体。具有不同开口大小和形状的过滤体14用于定位不同的颗粒大小。开口约为0.5mm到2.0mm的过滤体可以用于移除原废水或混合液中的渣，例如毛发、棉绒或树叶，以保护下游设备，例如浸没式膜单元。第WO2007/131151A2号国际公开文本中所述的一种此类应用包括以连续的方式过滤膜生物反应器(MBR)的混合液来保护膜。在此应用中，静态滤网12将安装在曝气罐或另一处理罐与薄膜储罐之间。

带有例如在约0.02mm到0.3mm范围内的较小开口过滤体14可以用作微筛分装置，用于初步处理废水以移除悬浮固体和COD。静态滤网12比通常用于进行初步处理的初级澄清池更紧凑，占地面积可比初级澄清池少10％，并且比诸如由Salsnes制造的过滤装置等现有机械微筛分装置更简单。

本说明书使用各种实例来公开本发明，并且还使得所属领域中的任何技术人员能够实施本发明。本发明的专利保护范围由权利要求书界定，并且可以包括所属领域的技术人员想出的其他实例。

Claims (20)

1.一种静态滤网，包括：

a)多个过滤体；

b)一个或多个收集管；以及

c)多个曝气装置，

其中，

d)所述多个过滤体附接到所述一个或多个收集管并且从其向上延伸；

e)所述多个曝气装置中的每个曝气装置适用于将气体排放到所述多个过滤体中的一个或多个过滤体；以及

f)所述多个曝气装置中的每个曝气装置包括腔，所述腔连接到：i)气体源，ii)排放通道，所述排放通道采用反向虹吸管的形式，具有位于所述多个过滤体中的一个或多个过滤体的底部附近的出口，以及iii)所述多个过滤体的下游侧。

2.根据权利要求1所述的静态滤网，其中所述过滤体是垂直定向的棱柱体。

3.根据权利要求2所述的静态滤网，其中所述过滤体是管。

4.根据权利要求2所述的静态滤网，其中所述过滤体的下部所具有的的开口小于所述过滤体的上部所具有的开口。

5.根据权利要求1所述的静态滤网，其中所述多个曝气装置是不同步的。

6.根据权利要求1所述的静态滤网，其中所述排放通道在所述排放通道的低点处向所述多个过滤体的所述下游侧开口。

7.根据权利要求6所述的静态滤网，其中所述排放通道包括将过滤体连接到收集管的管。

8.根据权利要求7所述的静态滤网，其中所述曝气装置位于所述收集管的上方。

9.根据权利要求1所述的静态滤网，进一步包括浸没式膜，所述浸没式膜位于所述过滤体的下游，其中所述过滤体具有在0.5mm到2.0mm范围内的开口。

10.根据权利要求1所述的静态滤网，其中所述过滤体具有在0.02mm到0.3mm范围内的开口。

11.一种滤水方法，包括以下步骤：

a)提供多个过滤体；以及

b)在一个工序中操作所述多个过滤体中的每个过滤体，所述工序包括由回冲过程分隔的死端过滤期间，

其中，

c)按时间平均计，所述多个过滤体中的不超过20％的过滤体同时回冲。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述回冲过程包括将空气段塞或脉冲引入处于回冲中的过滤体的底部。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述回冲过程包括从处于回冲中的过滤体的底部附近产生微细气泡。

14.根据权利要求11所述的方法，其中所述过滤体位于储罐中，并且进一步包括将待过滤的水供给到所述储罐的步骤。

15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括在所述过滤体上游从所述储罐中抽出包含废弃固体的水。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述包含废弃固体的水大体上连续地越过堰板上方抽出。

17.根据权利要求16所述的方法，包括将所述过滤体的所述回冲排序，以便增强流向所述堰板的表面流。

18.根据权利要求16所述的方法，其中所述储罐具有在所述堰板处开口的盖。

19.根据权利要求14所述的方法，其中所述过滤体具有在约0.02mm到0.3mm范围内的开口，并且进一步包括使得经过滤的流水从所述储罐流向浸没式膜系统。

20.根据权利要求14所述的方法，其中所述过滤体具有在约0.02mm到0.3mm范围内的开口，并且待过滤的水是城市废水。