CN104768632A - 使用底部开口的多通道输送装置冲洗浸没式膜片的方法 - Google Patents
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Abstract
本说明书中描述了用空气冲洗浸没式膜片的方法。该方法包括以下步骤：在穿透循环期间或在穿透循环与反脉冲或松弛循环之间或在连续的循环之间调整一个或多个通气参数。该方法可结合本说明书中描述的气体输送装置使用，其中气体供应提供至具有连接到多个导管上的多个端口的歧管。该方法还可包括使加压气流进入槽中而到达膜片模块的底部附近或下方。在大约此高度，加压气流分成多个加压气流。多个加压气流中的各个引导至侧向位置且然后作为气泡释放。
Description
相关申请的交叉引用
针对美国，本申请请求享有2012年11月14日提交的美国临时专利申请No.61/ 726,092的权益，该申请通过引用并入本文中。
技术领域
本申请涉及气体输送装置，例如，其用于供应气泡来阻止浸没的过滤膜片的结垢。
背景技术
国际公开No.2011/028341(用于过滤膜片的气体鼓泡器)描述了一种气体鼓泡器，其即使被提供连续气流也会产生间断的气泡流。鼓泡器具有壳体以聚集气团，且具有导管以在气团达到足够大小时从气团释放一些气体。较大的鼓泡器可分成各自具有导管的多个单元。气体供应管具有至少一个孔，其与各个单元对准来将空气输送至各个单元。国际公开No.2011/028341通过引用并入本文。
发明内容
本说明书中描述了一种用空气冲洗浸没式膜片的方法。该方法包括在穿透(permeation)循环期间或在穿透循环与反脉冲或松弛循环之间或在连续的循环之间调整一个或多个通气参数的步骤。该方法可结合本说明书中描述的气体输送装置使用，其中气体供应提供至具有连接到多个导管上的多个端口的歧管。该方法还可包括使加压气流进入槽中而到达膜片模块的底部附近或下方。在大约此高度，加压气流分成多个加压气流。多个加压气流中的各个引导至侧向位置且然后作为气泡释放。
附图说明
图1为气体输送装置的俯视图。
图2为图1的气体输送装置的仰视图。
图3为图1的气体输送装置的侧视图。
图4A为图1的气体输送装置的底部的等距视图。
图4B为图1的气体输送装置的顶部的等距视图。
图5为与间断气体鼓泡器组合的图1的气体输送装置的侧视图。
图6为备选的间断气体鼓泡器的底部的等距横截面视图。
图7为具有吸力驱动的膜片模块和浸没在槽中的通气系统的槽的示意性横截面。
图8示出了对浸没式膜片模块通气的方法。
图9-13示出了对浸没模块通气的备选方法。
具体实施方式
在如国际公开No.2011/ 028341中描述的气体鼓泡器中，接收较大的输入气体流率的鼓泡器的单元将以较高频率产生气泡脉冲。为了均匀地清洁膜片盒，可能期望的是使各个单元在接近相同的频率下运行。气体供应管的孔制作成很小，以有助于平衡对鼓泡器的不同单元进行供给的孔之间的气体流率。然而，如果气体供应管在大约500mm的长度上安装成有少到6mm的起伏，则较高高度处的孔将具有显著较大的气体流率。此外，在维护周期期间，在气体供应关闭时，进入气体供应管的固体可在气体返回时干燥或结块。有时，固体颗粒形成在气体供应管中，其较大或较硬而足以留在一个孔中且限制或堵塞孔。部分或完全堵塞的孔继而又将导致气体不良地分布到膜片，且允许固体累积在膜片上。下文将描述气体输送装置，其可用作具有或没有另一气体鼓泡器的此类气体供应管的备选方案。
图1至4示出了气体输送装置10的不同视图。作为备选，气体输送装置10可称为通气器或鼓泡器。在使用中，气体输送装置10浸没在液体(通常是水，例如，活性污泥)中。加压气体供应至气体输送装置的入口12，且作为气泡从多个出口14排出。气体通常是空气，但在一些应用中，可使用另一气体，例如，沼气、氮、臭氧或氧。所示的气体输送装置10具有四个出口14，但作为备选可存在更多或更少的出口14。
入口12通过多个端口16与出口14分离。各个出口14经由通道18与端口16连通。从入口12到端口16的气体输送装置10的部分用作歧管15，作为备选其称为气室，以在通道18间分送经由入口12进入的气体。入口12、端口16和出口14位于大体上相同高度处，但水平地间隔开。气体大体上在通道18中水平地流动。
端口16的面积小于通道18的面积，或如果通道18具有不同面积，则小于最小通道18的面积。例如，通道14可具有为端口16的横截面面积三倍或更大的横截面面积。端口16限制进入通道14中的气流。 由端口16提供的限制有助于在通道18间更接近相等地分送总空气流。减小端口16的面积在通道18中产生更接近相等的流，但也增大了穿过端口16的压头损失。端口16可制作成所有都面积相同。端口16的面积可减小，直到在通道18间充分分送流。可选的是，通向长或窄的通道18的端口16可大于通向短或宽18的端口16，以有助于平衡通道18间的流。作为备选，一个或多个端口16可制造成比其它端口16更大，以有意地增大穿过一个或多个通道18的相对空气流。可完成这一点，例如，以提供更多空气至浸没式膜片盒的末端，以抵消水通过盒中心优先上升的趋势。
如图1和图2中所示，端口16定位成在水平方向上接近彼此。以此方式，如果气体输送装置10安装成有较小程度的起伏，则端口16之前存在很小的高度差。具体而言，两个端口16之间的最大水平距离小于相邻出口14之间的平均水平距离，或小于相邻出口14之间的平均水平距离的一半。
端口16之间的最大水平距离也小于端口16到出口14的最大距离的25%，或小于10%。在气体输送装置安装成有起伏时，这相比于具有孔的管形式的普通通气器，有助于在通道18间产生更接近相等的气体分布。由于端口16主要负责平衡通道18之间的流，故出口14可制作成较大，例如，与通道18的横截面面积一样大，以便累积在通道18中的任何固体都不可能堵塞出口14。
气体输送装置10使其出口14大体上沿线间隔开。作为备选，可使用其它构造。例如，通道18可沿线，但在两个方向上从入口12延伸。在另一个实例中，通道18可类似于源自轮毂的辐条那样从入口12辐射。
可选的是，通道18的顶部可略微指向上。以此方式，如果气体输送装置无意中安装成具有略微向下的倾斜，则气体在气体供应关闭时将不会捕集在通道18中。略微向上倾斜还可有助于补偿通道18的长度之间的差异。
参看图7，可使用气体输送装置10，例如，以提供气泡来冲洗浸没式膜片模块50。膜片模块50包含多个超滤或微滤膜片。渗透物经由与膜片内连通的抽吸泵从膜片模块抽取。典型的过滤循环包括由反洗(备选称为反脉冲)程序或没有过滤的松弛周期中断的过滤周期。具有成线的出口14的装置特别适用于提供气泡至具有矩形元件的膜片模块，如，平板模块或通用电气水和处理技术公司(GE Water & Process Technologies)出售的ZeeWeed™中空纤维元件。
气体输送装置10浸没在包含一个或多个膜片模块50的槽52中。气体输送装置10可单独地安装在槽52中，或附接到膜片模块50上。气体可从立管54引入槽中，且然后水平地传播穿过集管56。附接到集管56上的管托58从集管接收气体，且将气体传送至定向成在大体上水平平面中垂直于集管56的一排气体输送装置10。可选的是，气体输送装置10可直接地连接到集管56或立管54上。气泡流30从出口14相对于膜片模块50在多个侧向位置排出。流至各个侧向位置的气体绕过任何中间侧向位置。可允许气泡30直接上升至膜片来清洁它们或阻止结垢。作为备选，换能器可置于气体输送装置10上方，以在气泡到达膜片之前改变其输出。例如，扩散器可置于出口上来在较宽面积上分散气泡。
图5示出了另一个换能器选择，其中例如国际公开No.2011/ 028341中所示类型的间断气体鼓泡器20与气体输送装置相关联。
加压气体28在气体输送装置中分成四股气泡流30。各气泡流30上升到间断空气鼓泡器20的不同的腔32中。经由导管18流至特定腔32的气体绕过任何居间的腔32。
各个腔32均具有排出导管34，其在图5的实例中为J形管形式，其类似于倒虹吸管用来从腔32排出间断的空气脉冲。从气体输送装置10排出的气泡首先收集在腔32中，以在腔32的顶部中形成气团。没有气体从腔32排出，直到气团膨胀而达到排出导管34的低点。此时，气团经由导管34从腔32排空，且过程重复。以此方式，来自气体输送装置10的连续气泡流30转变成离开间断气体鼓泡器20的间断气泡流。
在图5中，气体输送装置10示为单独安装，且安装在间断气体鼓泡器20下方。作为备选，气体输送装置10可安装到间断气体鼓泡器20上。在所示的实例中，入口12可配合到间断气体鼓泡器20的容器26中。紧固件(未示出)然后布置成通过气体输送装置10上的孔眼22，且进入间断气体鼓泡器20上的抵靠件24中。
这导致气体输送装置10部分地位于间断气体鼓泡器20内。然而，出口14在导管34下方，且仍排放到腔32中的气团的下限下方的水中。
图6为备选间断鼓泡器40的底部的等距横截面视图。在该实例中，多端口导管42提供从各个多端口导管42的低点向上延伸的两个或多个出口通路。相邻多端口导管42之间的隔板44具有从隔板44的底部延伸至多端口导管42的低点上方的槽口46。具有多端口导管42的各个腔以单个出口导管替代两个腔，且所以避免了平衡两个被替代腔之间的气体供应的需要。隔板44中的槽口46有助于平衡对腔的空气供应。气体可经由槽口46沿任一方向流动，但净流将为从接收较大气流的腔到接收较小空气流的腔。
气体输送装置10优选为底部开口结构。例如，通道18由侧壁和顶部形成。通道18在底部开口，且优选在其端部开口。出口14可由通道18的开口端限定。入口12与端口16之间的歧管15也优选在底部处开口。端口16优选为也在气体输送装置10的底部处开口的槽口。以此方式，在气体输送装置10中超过入口12的任何位置捕集的固体可落下或向下排出气体输送装置10。具有此类短且简单的固体离开通路有助于防止气体输送装置10中的结垢。在固体仍然以某种方式累计在气体输送装置中的情况下，底部开口结构使得容易例如通过将水喷入气体输送装置10的底部来定位和除去固体。
气体输送装置10的底部开口构造还有助于适应一定范围的输入气体流率。在较低流率下，水进入气体输送装置10中，且减小端口16和通道18的尺寸。在较高气体流率下，较少水进入气体输送装置10中，且端口16和通道18尺寸增大。气体输送装置10可制作成在供应的空气流率下提供良好地分布的空气流，该流率例如从低流率变到高流率，高流率是低流率的两倍或更多倍那样大。气体输送装置10还可在一个或多个不同的中间流率下或随着时间的推移平稳变化的流率下运行。这在气体输送装置10在任一流率下不快速结垢或提供过大背压的情况下完成。相比之下，具有一系列孔的水平管形式的通气器可结垢，且在低流率下提供不良的气体分配，且在高流率下提供过大的背压。
图8示出了运行如图7中所示的具有浸没在槽50中的膜片模块50的膜片过滤系统的方法。过滤系统可为膜片生物反应器(MBR)的一部分。运行包括穿透周期，后接松弛或反脉冲周期(备选称为反洗)。穿透周期可为反洗或松弛周期的10倍到50倍那样长。膜片由来自可选地与间断气体鼓泡器20组合的气体输送装置10的气泡冲洗。在穿透和反脉冲/松弛循环两者期间使用冲洗，以控制固体在膜片上的累积且减少膜片结垢。图8示出了用空气冲洗的方法，其中空气流率在整个穿透循环中以及穿透和松弛循环之间保持相同。在穿透循环期间，透膜片压力(TMP)缓慢累积，直到反脉冲/松弛循环，在膜片上结垢的至少一些固体被从膜片模块50除去。在下一个穿透循环开始时，TMP减小，但随着更多固体在膜片上结垢而在穿透循环中开始上升。
图9至图13示出了运行具有如图7中所示的浸没在槽50中的膜片模块50的膜片过滤系统的备选方法。当单独使用气体输送装置10时，图8至13中的通气流率代表气体输送装置10的空气流输入和气体输送装置10的输出两者。当气体输送装置10与间断气体鼓泡器20组合使用时，图8到13中的通气流率代表气体输送装置10的空气流输入和气体输出装置10的空气流输出，以及间断气体鼓泡器20的时间平均输出。然而，间断气体鼓泡器20的输出的瞬时流率并未随着输入流率变化太多或完全未变化。实际上，从间断气体鼓泡器20释放的气泡爆发所处的频率随输入气体流率增大。因此，在具有间断气体鼓泡器20的系统中，图8到13中所示的通气流率作为备选可认作是代表从间断气体鼓泡器20释放的气泡爆发频率。
在至少一些情形中，在反脉冲/松弛循环期间空气冲洗相比于穿透循环期间的空气冲洗，更有效防止固体累积和控制膜片结垢。在图9中所示的一个方法中，通气流率在穿透循环期间在第一通气流率下保持恒定。通气流率在反脉冲/松弛循环期间增大至大于第一通气流率的第二通气流率。在反脉冲/松弛循环结束之后且在新穿透循环开始时，通气流率减小至第一通气流率。在一些情况下，由膜片过滤系统消耗的能量可使用图9的方法而非图8的方法来减小。
固体在穿透循环期间累积在模块中。通气流率还可在穿透循环期间增大，以便通气速率在该循环的随后部分期间较高。图10示出了一种方法，其中在穿透循环开始时的通气流率在穿透循环的过程内且在固体累积时从第一通气流率逐渐增大至第二通气流率。作为备选，通气流率可在穿透循环内经历从第一通气流率到第二通气流率的一个或多个较陡的或阶梯形式的变化。在穿透循环结束时和在反脉冲/松弛循环开始时，通气流率增大至第三通气流率。在反脉冲/松弛循环结束之后且在新穿透循环开始时，通气流率减小至第一通气流率。
图11示出了一种方法，其中通气流率在穿透循环内从第一通气流率到第二通气流率变化一次或多次。在反脉冲/松弛循环期间，可使用第二通气流率或甚至更高的第三通气流率。在所示实例中，通气流率从穿透循环开始在第一通气流率下保持恒定。在穿透循环过程期间的预定时段之后，流率从第一通气流率增大至第二通气流率达预定时间段。在预定时段结束之后，通气流率减小至第一通气流率。在穿透循环结束时且在反脉冲/松弛循环开始时，通气流率增大至第三通气流率，其中第三通气流率大于第二通气流率。在反脉冲/松弛循环结束之后且在新穿透循环开始时，通气流率减小至第一通气流率。
尽管图11示出了通气流率从第一流率增大至第二流率的两次出现，但可在穿透循环期间应用通气流率的增大的任何数目的出现。图11中所示的第一通气流率可为任何流率。例如，图11中所示的空气冲洗方法的第一通气流率可为零。
图12示出了一种方法，其中在穿透循环期间在不同时段中提供通气。通气流率从一个不同时间段增大至下一个，且然后通气流率可在反脉冲/松弛循环期间进一步增大。可选的是，可在不同时间段之间提供较低通气流率或没有空气流。在所示的实例中，通气流率从穿透循环开始在第一通气流率下保持恒定。在穿透循环过程期间的预定时段之后，流率从第一通气流率增大至第二通气流率达预定时间段。在预定时段结束之后，通气流率减小至第一通气流率。在另一预定时间段之后，流率从第一通气流率增大至第三通气流率达预定时间段，其中第三通气流率大于第二通气流率。在穿透循环结束时和反脉冲/松弛循环开始时，通气流率增大至第四通气流率，其中第四通气流率大于第三通气流率。在反脉冲/松弛循环结束之后且在新穿透循环开始时，通气流率减小至第一通气流率。
尽管图12示出了通气流率从第一流率增大至第二流率的两次出现，但可在穿透循环期间应用通气流率的增大的任何数目的出现。图12中所示的第一通气流率可为任何流率。根据一个实施例，图12中所示的空气冲洗方法的第一通气流率可为零。
图13示出了一种方法，其中空气冲洗仅在反脉冲/松弛循环期间使用，且所有通气都在穿透循环期间停止。如图所示，在穿透循环期间应用为零的通气流率。在穿透循环结束时和反脉冲/松弛循环开始时，通气流率增大至第一通气流率。在反脉冲/松弛循环结束时和新穿透循环开始时，通气流率减小到零。
在以上描述中，一个或多个通气流率可以说是以反洗/松弛循环开始，且以反洗/松弛循环完成而结束。这意思是大概。指定的通气流率优选至少包括由反洗或松弛花费的时段，但可在反洗或松弛之前开始，或在反洗或松弛之后继续，或两者。
图8到13并不具有特定时间刻度。然而，穿透循环通常持续15分钟或更长，有时30分钟或更长。反洗/松弛循环通常至少一分钟长，且有时超过两分钟长。穿透周期期间单独的通气之间的通气流率的变化优选应用至少一分钟，更优选是至少两分钟或五分钟。相反，间断气体鼓泡器20通常每4到30秒释放气泡爆发一次，更通常是4到15秒一次。因此，图8到13中所示的通气流率的变化并未代表来自间断气体鼓泡器20的独立气泡爆发。相反，如果使用间断气体鼓泡器20，则其通常在示为具有特定通气流率的时间段内释放多个气泡爆发。
还可考虑给水、生物反应器的处理槽或含有膜片模块50的槽52中的水的一个或多个性质，或考虑膜片模块50的性能来控制通气流率(或来自间断气体鼓泡器20的气泡爆发的频率)。粘性、混合液悬浮固体(MLSS)浓度、微乳聚合物(ECP)浓度、可溶微生物产物(SMP)浓度、结垢指数、温度和膜片结垢或在反洗之后的通量恢复的速率是可用于控制通气流率的性质，以确定何时在图8到13中所示的一个或多个方法之间进行改变，或控制图9到13中所示的方法的通气流率之间的变化时机。例如，可随给送至槽52的过滤系统的水的粘性增大或其温度降低来应用较高的通气流率或在较高通气流率下的更多时间或变至更强通气过程。在另一个实例中，可在较高MLSS浓度下应用较高通气流率或在较高通气流率下的更多时间或变至更强通气过程。在另一个实例中，可在可以以较低成本获得电力时应用较高通气流率或在较高通气流率下的更多时间或变至更强通气过程。
可选的是，为了减小提供气体至多个气体输送装置10(单独地或与间断气体鼓泡器20组合)的风机的速度变化频率，阀组可设在风机与气体输送装置10之间。阀组将风机提供的流分配在连接到气体输送装置上的空气输送系统的两个或多个不同分支之间，使得一个不同分支中的流可在风机输出不变期间的时间段中变化。例如，在一个时间段，较高通气流率可应用于第一不同分支，且较低通气流率应用于第二不同分支，同时在第二时间段，较高通气流率应用于第二不同分支，且较低通气流率应用于第一不同分支。作为备选或此外，风机可在大体上恒定的流率下将空气提供至压力槽或其它蓄积器，同时压力槽与气体输送装置10之间的阀调制成对通气流率提供所需的变化。
可选的是，气体输送装置10还可连接到如通用电气水和处理技术公司出售的一些ZeeWeed MBR中使用的循环通气系统。在此情况下，即使没有间断气体鼓泡器20，气体输送装置10也产生气泡流达大约2到20秒的时段，随后是气体输送装置10产生较少气泡流的时段，或没有气泡达大约2到60秒的时段，这些时段随着时间的推移以重复循环交替。例如，一个气体输送装置10可产生气泡达10秒，且然后停止10秒，同时第二气体输送装置停止10秒，且然后在10秒内产生气泡。在此情况下，在图8到13的方法中，通气流率可理解为时间平均通气流率。
本书面描述使用了包括最佳模式的实例来公开本发明，且还使本领域的任何技术人员实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统和执行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果其它实例具有并非不同于权利要求的书面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差异的相同结构要素，则此类其它实例将在权利要求的范围内。
Claims (11)
1. 一种用空气冲洗浸没式膜片的方法，包括以下步骤：
在连续的穿透、反脉冲或松弛循环之间；在穿透循环之间；或在穿透循环与反脉冲或松弛循环之间调整一个或多个通气参数。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通气由气体输送装置提供，其包括：
a)适于连接到加压气体源上的歧管；以及
b)多个通道，所述多个通道中的各个均经由不同相关端口与所述歧管处于流体连通，所述多个通道中的各个均具有大体上开口的底部。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通气由气体输送装置提供，其包括：
a)适于连接到加压气体源上的分送气室；以及
b)多个通道，所述多个通道中的各个均经由不同相关端口与所述分送气室处于流体连通，所述多个通道中的各个均具有适于排出气体的出口，
其中所述端口具有比所述通道小的面积，且所述端口相对于所述开口的间距定位成靠近在一起。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
a)使加压气流进入槽中而到达膜片模块的底部附近或下方；
b)将所述加压气流分成多个加压气流；
c)将多个加压气流中的各个引导至不同的侧向位置；
d)从所述不同侧向位置释放气泡。
5. 根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的方法，其特征在于，通气流率在连续的穿透循环之间变化。
6. 根据权利要求1至权利要求5中任一项所述的方法，其特征在于，通气流率在反脉冲或松弛循环期间相对于之前的穿透循环期间的通气流率增大。
7. 根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的方法，其特征在于，通气流率在穿透循环内增大。
8. 根据权利要求1至权利要求7中任一项所述的方法，其特征在于，在穿透循环期间间断地提供通气。
9. 根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的方法，其特征在于，仅在反脉冲或松弛循环期间提供通气。
10. 根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的方法，其特征在于，连续或瞬时通气流率在穿透循环期间随着时间的推移大体上线性增大。
11. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述通气流率在反脉冲或松弛循环期间进一步增大。
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