CN107073401A - 使用膜束封罩和脉冲曝气的膜组件系统以及操作方法 - Google Patents

使用膜束封罩和脉冲曝气的膜组件系统以及操作方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种被配置为在环境压力下处理容纳在水箱中的液体的膜过滤器组件。所述组件可具有集管和含有多个大致垂直中空纤维膜的膜束，其中每个中空纤维膜的下端被固定在所述集管中。所述组件还可具有气化装置，所述气化装置适于周期性地产生气泡并且被配置成在所述膜束内释放所述气泡。所述组件还可具有封罩，所述封罩通过从所述膜束的下部区域延伸到上部区域而大致围绕所述膜束，其中所述封罩被配置成保持引入到所述封罩中的所述液体，使得所述液体包围所述膜束。所述气泡具有对应于所述封罩的横截面积的横截面积，使得当所述气泡沿着所述膜束流动时，所述气泡的所述横截面积大致占据所述封罩的整个横截面积。

Description

使用膜束封罩和脉冲曝气的膜组件系统以及操作方法
优先权要求
该PCT国际申请要求2014年10月22日提交的美国临时申请No.62/067,127的优先权，后者的主题的全部内容以引用方式并入本文中。
说明书
技术领域
本公开涉及设计用于浸入污染水箱的使用膜束封罩和脉冲曝气的中空纤维膜过滤系统，以及操作方法。
背景技术
多年以来已经使用了各种各样的膜过滤系统来处理污水，例如排污水或废水。这些系统在复杂性和成本方面各不相同。为了使处理过程更具成本效益，已经开发了淹没式膜过滤过程，其中包括中空纤维过滤膜的膜组件淹没在大水箱中，并利用施加到中空纤维膜的滤出液侧的抽吸来收集滤出液。这导致悬浮物质聚集在中空纤维膜表面的外侧上，继而降低了过滤性能。因此，需要一种从表面移除这些物质的有效方法。
这些膜系统的有效性和可行性很大程度上取决于存在有效方式来清洁中空纤维膜的表面，使得中空纤维膜不会变得阻塞和/或失去其有效性。常见的清洁方法包括使用液体渗透物和/或气体进行反冲洗、松弛、化学清洁以及使用呈气泡形式的气体进行膜表面曝气。在曝气系统中，将气体引入到膜组件的基部中。气泡随后向上行进以擦洗膜表面，从而移除形成于膜表面上的结垢物质。所产生的剪切力很大程度上依赖于初始气泡速度、气泡大小和施加至气泡的合力。为了增强洗擦，必须应用更多的气体。然而，能量消耗随着气体体积的增大而增大。对于受处理的液体具有大量悬浮物质的应用来说，曝气系统容易被堵塞。
一种在减少能量消耗的同时仍获得高效膜清洗的方式是循环曝气(例如，小气泡分散曝气)。循环曝气系统循环地而不是连续地提供气泡。为了提供这种循环操作，此类系统通常需要复杂的阀布置方式和控制方案，其成本抵消了循环系统的操作开支。此外，循环曝气系统可具有有限的空气流速操作范围，这限制了降低操作成本的能力。例如，当空气流速减小到低于最小阈值时，循环曝气系统可能会出现问题。此类问题可包括例如：膜池内的液体循环不充分；膜表面擦洗不充分，这导致结垢和凝垢；以及曝气系统部件(例如，喷嘴和分配管道)堵塞的可能性增大。
减少能量消耗的另一个选择是具备类似于Zha等人的美国专利No.8,287,743(’743专利)中所描述的脉冲式气升系统。根据’743专利，该系统包括膜组件，这些膜组件具有设置于膜组件的分配室下方的脉冲式气升泵装置。脉冲式气升泵装置被配置成从加压源接收气体，气体置换脉冲式气升装置的气体收集室内的馈送液体，直到气体达到一定水平。一旦气体的体积达到一定水平，气体即打破液封并且呈气泡形式经由分配室排放进入膜组件的基部中。气体排放还经由脉冲式气升泵吸入馈送液体，从而产生被设计来擦洗膜表面的两相气体/液体脉冲。
’743专利的系统和方法可在一些应用中提供一些益处。然而，它可能具有某些缺点和低效现象，例如，通过脉冲式气升形成的气泡可能会在其沿着膜组件向上移动时变形或偏移，由此降低洗擦效率。本发明所公开的实施例可有助于解决这些缺点和低效现象以及其他问题。
发明内容
在一个方面，本发明涉及一种膜过滤器组件，该膜过滤器组件被配置成在环境压力下处理水箱中容纳的液体。该组件可包括集管和含有多个大致垂直中空纤维膜的膜束，其中每个中空纤维膜的下端被固定在集管中。该组件还可包括气化装置，该气化装置适于周期性地产生气泡并且被配置成在膜束内释放气泡。该组件可进一步包括封罩，该封罩通过从膜束的下部区域延伸到上部区域而大致围绕膜束，其中该封罩被配置成保持引入到封罩中的液体，使得液体包围膜束。气泡可具有与封罩的横截面积相对应的横截面积，使得气泡的横截面积在气泡沿膜束流动时，占据封罩的基本上整个横截面积。
在另一个方面，本发明涉及一种膜过滤器组件，该膜过滤器组件被配置成在环境压力下处理水箱中容纳的液体。该组件可包括集管和含有多个大致垂直中空膜的膜束，其中每个中空纤维膜的下端被固定在集管中。该组件还可包括气化装置，该气化装置适于周期性地产生气泡并且被配置成释放气泡。该组件可进一步包括封罩，该封罩通过从膜束的下部区域延伸到上部区域而大致围绕膜束。该封罩可被配置成保持引入到封罩中的液体，使得液体包围膜束，并且保持引入到封罩中的气泡，使得气泡沿膜束的整个长度与膜束保持接触。
另一方面，本发明涉及一种操作膜过滤器组件的方法，该膜过滤器组件具有沿大致垂直取向布置的中空纤维膜，这些中空纤维膜浸没于水箱中的液体中。该方法可包括操作浸没于液体中的组件。该组件可包括集管和含有多个中空纤维膜的膜束，其中每个中空纤维膜的下端被固定在集管中。该组件还可包括气化装置，该气化装置适于周期性地产生气泡并且被配置成在膜束内释放气泡。该组件可进一步包括封罩，该封罩通过从膜束的下部区域延伸到上部区域而大致围绕膜束，其中该封罩被配置成保持引入到封罩中的液体，使得液体包围膜束。该方法还可包括向渗透物收集室施加小于水箱的环境压力的压力，所述渗透物收集室与中空纤维膜流体连通，其中施加压力被配置成导致液体的一部分作为渗透物经过中空纤维膜进入渗透物收集室中。该方法可进一步包括向气化装置供应气体流以产生气泡。气泡具有与封罩的横截面积相对应的横截面积，使得气泡的横截面积在气泡沿束流动时，占据封罩的基本上整个横截面积。
另一方面，本发明涉及一种擦洗沿大致垂直取向布置的中空纤维膜的外表面的方法，这些中空纤维膜浸没于水箱中的液体中。该方法可包括操作浸没于液体中的组件。该组件可包括集管和含有多个中空纤维膜的膜束，其中每个中空纤维膜的下端被固定在集管中。该组件还可包括气化装置，该气化装置适于周期性地产生气泡并且被配置成在膜束内释放气泡。该组件可进一步包括封罩，该封罩通过从膜束的下部区域延伸到上部区域而大致围绕膜束，其中该封罩被配置成保持引入到封罩中的液体，使得液体包围膜束。该方法还可包括向渗透物收集室施加小于水箱的环境压力的压力，所述渗透物收集室与中空纤维膜流体连通，其中施加压力被配置成导致液体的一部分作为渗透物经过中空纤维膜进入渗透物收集室中。该方法可进一步包括向气化装置供应气体流以产生气泡，其中封罩导致气泡沿膜束的整个长度与膜束保持接触。
另一方面，本发明涉及一种将中空纤维膜组件凝垢的方法。该方法可包括暂时终止向组件施加真空压力。该组件可包括集管和含有多个中空纤维膜的膜束，其中每个中空膜的下端被固定在集管中。该组件还可包括气化装置，该气化装置适于周期性地产生气泡并且被配置成在膜束内释放气泡。该组件可进一步包括封罩，该封罩通过从膜束的下部区域延伸到上部区域而大致围绕膜束，其中该封罩被配置成保持引入到封罩中的液体，使得液体包围膜束。该方法还可包括向气化装置供应气体流以生成多个气泡，其中气泡沿膜束的整个长度与膜束保持接触。气泡可通过将污泥分解并将其提升到封罩的顶部之外而对中空纤维膜除垢。
另一方面，本发明涉及与浸没于液体中的膜过滤器组件一起使用的气化装置。该装置可包括连接到喷嘴的外部套管，该外部套管限定主腔室，其中该主腔室具有开放下端。该装置还可包括管件，该管件在主腔室内延伸，使得管件的下端升高到外部套管的下端之上。该装置可进一步在主腔室内包括定位在管件外部的桶，其中桶的底部位于管件的下端之下。气化装置可被配置成当主腔室中的一定体积的气体置换了足够体积的液体并且到达管件的下端时，使气泡向上脉动穿过管件进入膜过滤器组件的膜束中。
附图说明
图1为膜过滤器组件的一个示例性实施例的透视图。
图2为膜行的一个示例性实施例的透视图。
图3为膜行的一个示例性实施例的一部分的放大透视图。
图4A为示例性膜束封罩组装件的顶视图。
图4B为示例性膜束封罩组装件和纤维束的一部分的顶视图。
图5A为膜过滤器组件的一个示例性实施例的顶视图。
图5B为膜过滤器组件的一个示例性实施例的顶视图。
图6为浸没于水箱中的膜过滤器组件的一个示例性实施例的侧视图。
图7为示例性束主体和纤维束的一部分的横截面侧视图。
图8为纤维束组装件有关的部件的多个示例性实施例的组装视图。
图9为纤维束组装件的一个示例性实施例的一部分的倒置局部透视图。
图10为示例性膜行的一部分的透视图。
图11为束主体和纤维束组装件的一个示例性实施例的倒置局部透视图。
图12为束主体和示例性气化装置的透视图。
图13为图12的气化装置的透视图。
图14A至图14C示出了用于在图12的气化装置中产生气泡的空气进气循环。
图15A至图15C示出了用于在图12的气化装置中产生气泡的排气循环。
图16为束主体和图12的气化装置的横截面视图。
图17为示例性气化装置的透视图。
图18为示例性气化装置的透视图。
图19为被配置成下部曝气管件的膜行的一个示例性实施例的示意性横截面侧视图。
图20为根据一个示例性实施例的下部曝气管件组装件的透视图。
图21为根据一个示例性实施例的下部曝气管件组装件的放大透视图。
图22A、图22B和图22C为根据一个示例性实施例的气化装置的横截面视图和透视图。
图23A、图23B和图23C为根据多个示例性实施例的束主体的侧视图。
图24A、图24B和图24C为根据一个示例性实施例的束主体和气化装置的侧视图。
图25为根据一个示例性实施例的束主体和气化装置的透视图。
图26A、图26B和图26C为根据一个示例性实施例的气化装置的横截面视图和透视图。
图27为根据一个示例性实施例的气化装置的示意图。
图28为根据一个示例性实施例的气化装置的侧视图。
图29为接纳于经受间歇性曝气的水箱中的膜行的一个示例性实施例的横截面侧视图。
图30为接纳于经受脉冲式曝气的水箱中的膜行的一个示例性实施例的横截面侧视图。
图31A为根据一个示例性实施例的在膜束封罩组装件中上升的气泡的照片。
图31B为根据一个示例性实施例的在膜束封罩组装件中上升的气泡的照片。
图32为接纳于水箱中的具有间歇性保持架的膜行的一个示例性实施例的横截面侧视图。
图33为具有间歇性保持架的膜行的一个示例性实施例的透视图。
图34为具有第二集管的膜行的一个示例性实施例的透视图。
图35为行封罩组装件的一个示例性实施例。
图36为图35所示示例性实施例的细部图。
图37为膜束封罩的一个示例性实施例的横截面视图。
图38为膜束封罩的一个示例性实施例的局部透视图。
图39为行封罩组装件的一个示例性实施例的顶视图。
图40为图35所示示例性实施例的细部图。
图41为行封罩组装件的另一个示例性实施例的透视图。
图42为图41的示例性行封罩组装件的多个部分的组装透视图。
图43为图41所示示例性实施例的一部分的细节透视图。
图44为图27的示例性行封罩组装件的一部分的细节透视图。
图45为上升管联接组装件的一个示例性实施例的细部图。
图46为纤维板的一个示例性实施例。
图47为纤维板的一个示例性实施例。
图48为纤维板的一个示例性实施例。
图49为纤维板的一个示例性实施例。
图50为纤维板的一个示例性实施例。
图51为纤维板的一个示例性实施例。
图52为纤维板的一个示例性实施例。
图53为纤维板的一个示例性实施例。
图54为纤维板的一个示例性实施例。
图55为用于测试膜行的示例性实施例的试验系统的流程示意图。
图56为膜行的不同配置的结垢速率的图表。
图57为根据一个示例性实施例的膜行的第一配置的测试结果的散点图。
图58为图57的散点图的一部分的放大图。
图59为根据一个示例性实施例的膜行的第二配置的测试结果的散点图。
图60为图59的散点图的一部分的放大图。
图61为根据多个示例性实施例的膜行的第三配置和第四配置的测试结果的散点图。
图62为图61的散点图的对应于膜行配置4的一部分的放大图。
图63为图61的散点图的对应于膜行配置3的一部分的放大图。
图64为两个不同的膜行配置的测试结果的散点图。
图65为两个不同的膜行配置在三个不同的渗透物通量率下的结垢速率的图表。
图66为以三个不同的渗透物通量率操作的膜行的测试结果的散点图。
图67为以三个不同的渗透物通量率操作的膜行的测试结果的散点图。
图68为以两个不同的曝气气流速率操作的膜行的测试结果的散点图。
图69为以两个不同的渗透物通量率操作的膜行的测试结果的散点图。
图70为膜行的测试结果的散点图。
图71为根据操作超过120天的一个示例性实施例的膜行的测试结果的散点图。
图72和图73为根据操作45天的一个示例性实施例的膜行的测试结果的散点图。
图74为以三个不同的曝气气流速率操作的膜行的测试结果的散点图。
图75为以三个不同的曝气气流速率操作的膜行的测试结果的散点图。
图76为以三个不同的曝气气流速率操作的膜行的测试结果的散点图。
图77为在松弛循环之前具有多个凝垢纤维束的膜行的照片。
图78为在松弛循环之后图77的膜行的照片。
具体实施方式
图1示出了被配置用于膜过滤系统(未示出)的膜过滤器组件10的一个示例性实施例。组件10可包括一个或多个膜行12，该一个或多个膜行可彼此相邻布置在框架14中以形成组件10。单个膜行12，如图2和图3所示，可包括集管16，该集管具有一个或多个中空纤维膜束18，该一个或多个中空纤维膜束附接到集管16的一个或多个束主体20。中空纤维膜束18可包括多个中空纤维膜32，并且在本文也称为纤维束。每个中空纤维膜32可包括外部表面、固定于集管16中的下端以及通过水箱中的液体悬浮并且适于在液体中漂浮的密封的自由移动上端。
单个膜行12还可在一端包括渗透物上升管22并且在另一端包括与集管16流体连通的曝气上升管24。如图1所示，渗透物上升管22和曝气上升管24可从集管16沿中空纤维膜束18垂直地延伸到膜行12的上端26，在那里渗透物上升管22可连接到渗透物歧管28并且曝气上升管24可连接到曝气歧管30。渗透物歧管28和曝气歧管30可被配置成流体地连接到组件10的任意数量的膜行12。
图3示出了单个膜行12的下端29的近视图。如图3所示，一个或多个气化装置34可定位在集管16的下方并且与集管16流体连通。每个气化装置34可被配置成接纳通过曝气上升管24供应的气体流36。通过使用气体流36，每个气化装置34可被配置成产生气泡并从集管16的束主体20释放气泡。例如，气化装置34和集管16可被配置成将气泡释放到每个纤维束18的中心。组件10可被配置成使得集管16具有与每个纤维束18和束主体20相对应的一个气化装置34。
组件10还可包括行封罩组装件38，该行封罩组装件可包括与每个纤维束18相对应的一个或多个膜束封罩40。如图2所示，行封罩组装件38可被配置成例如在膜行12的每一端联接到上升管22、24。如图1和图2所示，每个膜束封罩40可通过从对应纤维束18的下端29延伸到上端26而包围纤维束18。图4A为根据一个示例性实施例的用于组件10的单个膜行12的示例性行封罩组装件38的顶视图。行封罩组装件38可包括跨膜行12的宽度彼此相邻的多个膜束封罩40。该具体实施例包括九个膜束封罩40；然而，在用于膜行12的行封罩组装件38内可以含有多于或少于九个膜束封罩40。例如，行封罩组装件38可包括10、11、12或更多的，以及相反，8、7、6、5或更少的膜束封罩，这取决于膜行12所包括的纤维束18的数量。
图4B为一个膜束封罩40的放大视图。单个纤维束18可定位在每个膜束封罩40的每个内部开口内。通过包围每个纤维束18，膜束封罩40可被配置成保持引入到每个膜束封罩40中的液体，使得液体包围对应的纤维束18。纤维束18可示为如图4B所示，当从顶部或底部观察时，具有大体圆形形状。然而，纤维束18可具有除圆形之外的外部形状，例如椭圆形、长方形、正方形或其他类似形状。
如图5所示，膜行12可彼此相邻布置，以形成组件10。图5所示的示例性组件10具有组件长度L和组件宽度W，其中膜行12的数量形成组件阵列的大小和形状。在图5所示的示例性实施例中，对于该单一示例性组件10中的中空纤维膜32的总共396个纤维束18来说，组件10包括两列22个膜行12，并且44个行各自包括九个纤维束18。例如，在其中每个纤维束18含有280个中空纤维膜32的实施例中，组件10含有110880个中空纤维膜32。可以设想其他过滤组件构形。例如，在其中每个组件10具有450个纤维束18的实施例中，这些纤维束各自含有364个中空纤维膜32，组件10将包括163800个中空纤维膜32。
在另一个示例性实施例中，如图5B所示，在每个膜行12中可以含有八个膜束封罩40和纤维束18。请注意，在膜行12的每一端，每个膜束封罩40和纤维束18的一部分由于渗透物歧管28和曝气歧管30而部分隐藏。在该构形中，对于该单一示例性组件10中的中空纤维膜32的总共336个纤维束18来说，组件10包括两列21个膜行12，并且42个行各自包括八个纤维束18。例如，在其中每个纤维束18含有336个中空纤维膜32的实施例中，组件10含有112896个中空纤维膜32。
每个组件10的有效膜面积可例如随着束18中的中空纤维膜32的数量(即，纤维束18的堆积密度)、每个中空纤维膜32如本文更详细阐述从纤维板表面到纤维顶部密封件的起点的长度、纤维束18的大小和数量以及所安装或所使用的膜行12的数量而变化。根据一些实施例，组件10可被配置成通过部分加载而操作和/或可包括根据需要添加或删除的膜行12。
膜行和组件10所用的中空纤维膜的长度可变化。在一些实施例中，中空纤维膜可为例如约1.5m至约1.65m、约1.65m至约1.75m、约1.75m至约1.85m、约1.85m至约1.95m、约1.95m至约2.05m、约2.05至约2.15m、约2.15m至约2.25m、约2.25m至约2.35m、约2.35m至约2.45m、约2.45m至约2.55m、约2.55m至约2.65m或约2.65m至约2.75m。
膜行和组件和组件所用的中空纤维膜的直径可变化。在一些实施例中，中空纤维膜的直径可为例如约1mm至约5mm或2mm至约3mm。纤维直径可能会影响关于设计和系统性能的各个因素。例如，纤维直径可能会影响堆积密度。更具体地讲，纤维直径越大，可堆积到具有相同横截面积的膜束中的纤维的数量越小。采用较大纤维时，每个纤维可具有较大的膜表面积，但每个膜束的整体膜面积可由于具有相同横截面积的每个膜束所含纤维减少而减小。纤维的刚度可取决于纤维直径，并且可影响纤维在操作期间的移动。对纤维移动的影响可能会影响结垢特征。例如，具有较大直径的纤维可以更加刚性，这可减小操作期间的运动范围，从而使得纤维表面更易于结垢。
膜组件操作概述
如本文所述，组件10可与膜过滤系统一起用于在环境压力下处理含有固体(例如，悬浮固体)的液体42，该液体被容纳或固持在水箱44或其他容器(例如，水盆、水池、贮存器等)中。如图6所示，组件10可被定位(例如，悬置)在水箱44内并且浸没于液体42中。图6所示的组件10可包括任意数量的膜行12。例如，组件10可包括1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、16或更多个膜行12。
如图6所示，示例性水箱44可示为具有液体深度D，该深度大于组件10的行封罩高度C。组件10的底部与水箱44的底部之间的距离或空间可称为组件空间并且用参考字母S来表示。组件10的包括有效膜材料的部分可具有可以至少稍微大于行封装件组装件高度C的高度M，其中使相对于行封装件组装件高度C的高度M最大化可以为具体组件提供最大量的有效膜面积。
有效膜的底部的一部分可示为罐笼间隙G，可确定该罐笼间隙以优化给定组件的过滤性能。可选择罐笼间隙G的高度以将所需流入量的新液体42(例如，淤渣)提供到膜行12中，因为这可能是膜行12的接触进入液体42的唯一开放区域。换句话讲，该罐笼间隙G高度的选择有助于优化每个膜行12和组件10的性能，并且可取决于多个因素包括过滤期望发生的速度、进入液体42淤渣的污染水平以及多个额外因素而选择。根据一个示例性实施例的罐笼间隙G的高度可大于0且小于6英寸，包括介于1英寸与5英寸之间。如果需要，罐笼间隙G可保持具有置于行封装件组装件38下方的间隙隔离物或其他结构构件。在一些实施例中，罐笼间隙G可为例如大约0.5英寸、1英寸、2英寸、3英寸、4英寸、5英寸或更大。
从罐笼间隙的底部到水箱44的底部的距离可以是高度H并且称为水箱44的混合区。图6所示的箭头示意性地描绘了液体42关于组件10的示例性流动路径。如箭头所示，液体42可向上流过行封装件组装件38并且流到组件10的顶部之外。液体42可从组件10的顶部向下回流，一路混合。
可向组件10并且跨纤维束18施加小于环境压力(即，真空)的压力以导致发生过滤。可通过渗透物歧管28和渗透物上升管22向组件10的每个膜行12施加该压力，该渗透物上升管可与集管16内的渗透物室46(参看图7)流体连通。图7示出了根据一个示例性实施例的集管16的包括渗透物室46的一部分的一个束主体20的横截面。渗透物室46可与多个中空纤维膜32内的内部中空腔流体连通。因此，当中空纤维膜32的内部腔受到差压时，液体42的包围纤维束18的一部分将经过中空纤维膜32的孔并且将进行过滤以产生澄清液体(渗透物)，澄清液体随后可被收集。来自先前未处理液体42的固体材料的至少一些可保持在中空纤维膜32的一侧上或保持在中空纤维膜32的孔中。渗透物可通过集管16的渗透物室46而利用压力来抽取、通过渗透物上升管22而向上抽取(参看例如图2)并且抽到渗透物歧管28之外(参看例如图1)。
在一些实施例中，如图1至图2所示的集管16可由彼此相邻堆叠的多个束主体20形成。例如，根据一些实施例的集管16可由彼此相邻堆叠的一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个或更多的束主体20形成。根据一些实施例，束主体20的直径和纤维束18的对应直径以及中空纤维膜32的数量或直径可取决于构成膜行12的束主体20的数量而增大或减小。
为了限制或减少中空纤维膜32的表面上的固体的积聚并且为了促进液体42的循环，可从一个或多个气化装置34中释放气泡。这些气泡可以沿中空纤维膜32通过，由此引入新的液体42，同时也擦拭中空纤维膜32的表面并且控制表面上固体的积聚。这种将气泡释放到中空纤维膜32的过程可在本文称为曝气或空气擦拭。
气化装置的设计和操作
存在可用于对中空纤维膜32进行曝气的多种方法和气化装置。例如，曝气方法可包括连续曝气、间歇性曝气和脉冲式曝气。连续曝气可包括其中从每个气化装置连续地释放基本上连续的小气泡流以擦拭中空纤维膜32的表面的曝气。间歇性曝气可包括其中当气体流36被供应到组件10时，从每个气化装置释放基本上连续的小气泡流一定时间(例如，循环地打开和关闭)以擦拭中空纤维膜32的表面的曝气。通常，间歇性曝气一直是用于清洁浸没式膜的常规曝气方法。例如，美国专利No.6,245,239公开了用于浸没式膜组件的循环曝气。
间歇性曝气由于节能而一直由于连续曝气，可通过不对全部膜连续地曝气而实现节能，同时仍保持令人满意的性能。最近，已经引入了脉冲式曝气，其中可在气体流36被供应到组件10时，从气化装置周期性地释放较大气泡以擦拭中空纤维膜32的表面。为了进行脉冲式曝气，可以向气化装置连续地供应气体流36并且较大气泡释放的速率取决于气体流36的流速。
间歇性曝气气化装置
在图8中示出被配置用于间隙性曝气的气化装置34A的一个实施例。图8为示出了气化装置34A的分解组装视图，该气化装置是单个束主体20、曝气管件48和纤维板50的一个实施例。纤维板50、曝气管件48和中空纤维膜32(未示出)可包括纤维束组装件52。
图9示出了来自图8的束18、纤维板50和曝气管件48，它们呈组装状态并且倒置成使得曝气管件48延伸超出中空纤维膜32。如图9所示，多个中空纤维膜32可各自延伸穿过纤维板50中的对应的孔。图10示出了多个纤维束组件52，该多个纤维束组件具有延伸的曝气管件48，这些曝气管件相对于它们的束主体20定位，这些束主体可被定位在膜行12的集管16中。
图11为示出了相对于纤维束组装件52在组装位置的束主体20的横截面透视图，并且此外示出了与束主体20接合的曝气管件48。具体地讲，曝气管件48的外表面设置有可与束主体20的内部结构接合以将部件相对于彼此锁定的结构(例如，延伸的圆形凸缘)。如图所示，曝气管件48可延伸穿过束主体20的中心，其中曝气管件的端部之一被定位在可能位于曝气管件48的远侧端部附近的曝气室54内。如图所示，束主体20还可包括至少一个渗透物室46。
另选地，在束主体20的一些实施例中(例如，图7和图11)，曝气管件48可停在刚好在纤维板50下面的灌封材料内。在该配置(未示出)中，纤维板可被修改以适应曝气管件48与纤维束18之间留下的间隙。另一个选择是将可释放的灌封插塞插入曝气管件48与纤维板50之间，该灌封插塞充当密封件以防止灌封材料进入曝气管件。一旦灌封材料硬化，即可移除灌封插塞。图11示为具有脱离的气化装置34A，但气化装置34A可以可旋转地连接到束主体20。在图11未示出的其他实施例中，气化装置可使用其他传统手段如粘合剂、紧固件、闩锁、摩擦配合件或螺纹锁而附接到束主体。当连接到束主体20时，气化装置34A可以经由孔口60而从曝气室54接收气体流36并将气体流36引入气化装置34A的中心，气化装置与曝气管件48流体连通。因此，当气体流36被供应到气化装置34A时，气化装置34A可产生大体连续的小气泡流，该小气泡流可以经由曝气管件48而被释放到纤维束18的中心。
间歇性曝气过程可包括经由曝气室54而向气化装置34A在特定时间段间歇性地供应气体流36，且随后终止气体流36。例如，根据一个实施例，曝气可发动大约120秒至24小时的时间，并且随后曝气可停止刚好超过0秒至大约120秒的时段。曝气取决于时间长度而发动或启动，该循环可重复至少一次，也可能贯穿每个24小时时段重复多次。
脉冲式曝气
为进行脉冲式曝气，可向气化装置连续地或间隙地供应气体流36。但与间歇性曝气不同，气化装置可被配置成使得可以周期性地释放大的气泡，而不是在供应气体流36时连续地释放多个较小的气泡。图12和图13示出了被配置用于脉冲式曝气的气化装置34B的一个示例性实施例。图12示出了附接到束主体20的气化装置34B，而图13示出了从束主体20脱离的气化装置34B。用于脉冲式曝气的气化装置的另外的实施例在本文中公开并且还将详细地描述。
可以进行脉冲式曝气的过程通过图14A至图14C和图15A至图15C示出。图14A至图14C示出了进气循环，而图15A至图15C示出了用于脉冲式曝气气化装置34B的排气循环。如图14A至图14C和图15A至图15C所示的气化装置34B的结构与图12至图13所示的实施例相对应。然而，该结构只是为了进行示意性的说明并且如本文所述和所示的脉冲式曝气的过程并不限于气化装置34B，而是一般来讲适用于所有脉冲式曝气气化装置包括本文所公开的那些气化装置。
如图14A至图14C所示，气体流36可被供应到气化装置34B并且气体可填满气化装置34B的内部工作体积。在一些实施例中，气体流36可经由定位在气化装置34下方的曝气室54或曝气管件(未示出)而供应到每个气化装置34，如本文进一步详细描述。气化装置34B内的液体水平可通过气体向下移位，直到它达到管件的底部开放端。如图15A至图15C所示，通过破坏液压密封，内部工作体积中所收集的基本上全部体积的空气可经由管件而快速向上抽取，从而导致空气脉冲作为大的气泡56而离开管件的上端。
同心的气化装置
图16示出了连接到束主体20(中空纤维膜32未示出)的被配置用于进行脉冲式曝气的气化装置34B的横截面视图。气化装置34B可在本文称为同心气化装置。如图16所示，同心气化装置34B可具有喷嘴100、外部套管102、管件104和桶106。喷嘴100可限定馈送室108和节流阀110，该节流阀被配置成将来自曝气室54的气体流36接收到馈送室108中。在一些实施例中，喷嘴100可被配置成可释放地且可旋转地联接到束主体20。喷嘴100可具有例如一个或多个凸块112，该一个或多个凸块延伸到喷嘴100之外并且被配置成接合束主体20中的狭槽。
外部套管102可连接到喷嘴100并且被配置成限定主室114。主室114可与馈送室108流体连通。外部套管102可形成具有开放下端116的大体圆柱形形状。在其他实施例中，外部套管102可限定其他形状，如正方形、椭圆形、长方形等等。
如图16所示，管件104可被配置成例如通过插入喷嘴100的凹陷部118中而联接到喷嘴100。在一些实施例中，管件104可被固定到喷嘴100或构成喷嘴100必需的一部分。管件104可从凹陷部118向下延伸穿过馈送室108并且进入主室114中。管件104可延伸到主室114中位于外部套管102的下端116上方的一定距离处。管件104的下端116可以是对主室114开放的。
如图16所示，桶106可以在主室114内定位在管件104之外。桶106可被配置成附接到管件104、外部套管102和/或喷嘴100并且可以是与管件104、外部套管102和束主体20同心的。桶106的上端120可以是对主室114开放的并且桶106的盖122可以是密封的。桶106的盖122可被定位在管件104的下方，这样由桶106限定的体积可与管件104流体连通。桶106的盖122还可如图16所示升高到外部套管102的下端116的上方。气化装置34B的各个部件的尺寸可设定成使得当从上方或从下方观察时，气化装置34B被包含在束主体20的覆盖区内。
当气体流36未供应到气化装置34B时，主室114和馈送室108可充满经由外部套管102的开放下端116引入的液体42(未示出)。当气体流36供应到曝气室54时，气体可穿过节流阀110流入馈送室108和主室114中并且置换液体42。当主室114中的一定体积的气体置换足够体积的液体42，由此使得液体42的水平达到管件104的下端时，液压密封可被破坏并且馈送室108和主室114中所收集的一定体积的空气可作为空气脉冲而通过管件104向上抽取(例如，虹吸)，并且该空气脉冲可作为气泡56从束主体20释放出来。气泡56可从束主体20的中心释放到纤维束18的中心(未示出)。
偏置的气化装置
图17示出了根据另一个实施例的被配置用于脉冲曝气的气化装置34C。该实施例可在本文称为180度偏置的气化装置34C。气化装置34C可以类似于如本文所述的同心的气化装置。更具体地讲，气化装置34C可包括相同的或基本上类似的喷嘴100、外部套管102和管件104。同心的气化装置34B与180度偏置的气化装置34C之间的主要差别可以是桶。气化装置34C可包括桶124，但如图17所示，桶124可以不同于同心的气化装置34B的桶106。
桶124如图17所示可具有封闭底部124和开放顶部128。桶124可被配置成限定大体碗形室130。碗形室的内表面可以是从顶部128到底部126凹面的。桶124还可被配置成使得室130仅仅部分地围绕管件104。例如，如图17所示，室130可围绕管件104的周长延伸大约180度。在其他实施例中，室130可围绕管件104延伸超过180度或少于180度。例如，图18示出了被配置用于脉冲式曝气的气化装置34D的另一个实施例。该实施例可在本文称为100度偏置的气化装置34D。气化装置34D可被配置成与气化装置34C相同或基本上类似，但室130可围绕管件104延伸大约100度。如图17和图18所示，桶124可具有侧壁132，该侧壁环绕管件104并且从管件104的外表面径向地延伸到外部套管102的内表面。侧壁132可被配置成从室130的底部126延伸到顶部或如图17和图18所示，侧壁132可朝向喷嘴100向上延伸越过碗状物的顶部128。在一些实施例中，例如图17所示，侧壁132的每一侧均可处于与顶部128不同的高度处。具有不同高度的侧壁132导致液体42首先越过两个侧壁132中的较低者从一个方向进入桶124的室130中，随后液体越过两个侧壁132中的较高者从相反的方向进入。使液体42首先从一个方向进入桶124并且随后添加第二方向可增大桶124内的湍流度。湍流度增大可能有助于从桶124中移除碎屑。
可以设想的是，在其他实施例中，可以改变、组合或修改气化装置34A、34B和34C的部件(例如，喷嘴100、外部套管102、管件104以及桶106和124)中的一个或多个。例如，在其他实施例中，喷嘴100、外部套管102和管件104可以都是一个连续件。
下部曝气
在膜行12的一些示例性实施例中，可经由下部曝气管件向气化装置34(例如，34B、34C和34D)供应气体流36，而不是通过集管16的曝气室54供应气体流36。例如，如图19所示，膜行12可被配置成使得气体流36可从曝气上升管24穿过曝气底座62引导到下部曝气管件64。下部曝气管件64可从膜行12的一侧延伸到另一侧。在一些实施例中，如图19所示，下部曝气管件64可经过气化装置34的下部。在一些实施例中，下部曝气管件64可被配置成在气化装置34的下面经过。如图19所示，下部曝气管件64可在与可能供应有气体流36的端部相对的端部包括冲洗支腿66。
如图19所示，对于利用了下部曝气管件64的实施例来说，可从束主体20中除去曝气室54，由此实现渗透物室46的增大。例如，如图19所示，每个束主体20可包括单一室(即，渗透物室)，该单一室与中空纤维膜32的中空内部和渗透物上升管22流体连通。
下部曝气管件64可包括多个孔口68，该多个孔口被配置成将气体流36引导到每个气化装置34。例如，如图19所示，下部曝气管件64可具有至少一个孔口68，该至少一个孔口与例如每个气化装置34的中心大体对准。孔口68可沿下部曝气管件64的周长定位在多个位置。在一些实施例中，孔口68可定位在下部曝气管件64的底部或顶部。根据一个示例性实施例，如图19所示，孔口68可定位在下部曝气管件64的顶部与底部的中间(即，与底部偏置90度)。将孔口定位成与底部偏置90度与将孔口定位在可以收集碎屑的下部曝气管件54的底部相比，可以减小堵塞的可能性。另外，90度偏置沿下部曝气管件64保持大体一致的压降。
下部曝气管件64的横截面积和孔口68的横截面积可以进行优化，由此使得相等且足够量的气体流36可从每个孔口68排放出来，同时使得从冲洗支腿66排放出来的气体流36的量最小化。本领域技术人员已知的是，孔口的大小取决于体积空气流和孔口数量。另外，下部曝气管件64的横截面积和孔口大小可以变化，以管理速度和压降。在一些实施例中，孔口68可为大约5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm或更大。
如图20所示，下部曝气管件64可被配置成从行12的曝气底座62(未示出)延伸到渗透物底座70。下部曝气管件64可被配置成滑动且锁定在适当位置。例如，如图20所示，下部曝气管件64的一个端部可被配置成插入曝气底座62中并且可例如用O型环密封。下部曝气管件64的另一个端部可包括键突出部72，如图21所示。键突出部72可被配置成经过渗透物底座70中的键槽74，并且一旦经过下部曝气管件64，即可旋转，使得键突出部72不再与键槽74对准并且因此抵靠在渗透物底座70的内表面上。可通过下部曝气管件64的反向旋转而从行12中移除下部曝气管件64，使得键突出部72与键槽74对准，并且由此可从渗透物底座70中取出下部曝气管件64。
可修改本文所公开的气化装置(例如，34B、34C和34D)中的任一个，以便与膜行12的下部曝气管件64配置一起使用。例如，图19所示的行12使用下部曝气管件64与110度偏置的气化装置34D。图22A、图22B和图22C示出了气化装置34D的一个示例性实施例，该气化装置已修改成使得其可与下部曝气管件64配置一起使用。如图22A至图22C所示，气化装置34D的修改可包括使外部套管102在桶124的下方延伸得更远并且外部套管102可在下部包括对应的开口，这些开口被配置成允许下部曝气管件64经过。另一个修改可以是如图22A至图22C所示除去馈送室108和节流阀110。可对气化装置34D和34C作出类似的修改以便利用下部曝气管件64。
根据一个示例性实施例，气化装置34可被配置成可释放地连接到束主体20。在图12至图13中示出一个示例，其中气化装置34B可具有侧向突出部，当侧向突出部和束主体20上的狭槽对准并且气化装置34B旋转时，这些侧向突出部可与这些狭槽互锁。在另一个示例中，如图23B所示，束主体20可具有径向向外延伸的突出部，这些突出部可被配置成当旋转时，互锁到气化装置34(例如，34B、34C和34D)上的对应狭槽。根据一个示例性实施例，如图23C所示，束主体20可具有从束主体20的底部延伸出来的两个联接特征76。气化装置34可具有对应的联接特征以便与联接特征76互锁。例如，如图24A至图24C所示，气化装置34B、34C和34D可具有从气化装置34的顶部延伸出来的对应的联接特征78，该联接特征可被配置成插入束主体20的联接特征76之间并且随后气化装置如图24B所示旋转90度将使联接特征76与联接特征78互锁。气化装置34B、34C、34D或束主体20可被配置成容纳O型环以流体地密封联接特征76和联接特征78的连接，由此使气化装置的管件104与对应束主体20的管件104流体地连接。
在一些实施例中，束主体20和气化装置34可被配置为一个整体部件。例如，如图25所示，气化装置34可被配置成束主体20的下部延伸部。在一些实施例中，气化装置34B、34C和34D可被配置成使得桶124可从外部套管102移除。例如，如图26A至图26C所示，桶124可经由外部套管102的下端112插入并且桶124可具有凸块134，该凸块可卡扣到外部套管102的壁中的开口136中。桶124可以通过使凸块134经由开口136凹入并且向下拉动桶124而被移除。如果需要清洁、修复或检查，那么移除或替换桶124的能力可以增大可用性。此外，替换桶124的能力可允许替换桶124的配置或大小。例如，可通过将桶124替换为围绕管件102延伸180度的桶124而将110度偏置的气化装置34D转化为180度偏置的气化装置34C。在一些实施例中，延伸少于或大于100度的桶124可用作替换件。在一些实施例中，不是替换桶124具有另一程度的偏置，而是替换桶124可具有可以变化的其他尺寸特征。例如，替换桶124可具有围绕桶124的顶部128延伸的较高的或较低的侧壁132。
气化装置的尺寸优化
本文所述的气化装置34(例如，34B、34C和34D)的大小和尺寸可以多种方式变化从而优化性能。例如，外部套管102、管件104和桶106的高度、直径或长度可变化，由此调节主室114和室130的体积。外部套管102的整体高度和直径可确定最大工作体积。工作体积可基于气体流36的给定体积流速下的优选脉冲频率而选择。
为了确定气化装置34的最佳工作体积和对应尺寸，对三个不同大小的同心气化装置34B以介于2m3/小时/行与10m3/小时/行之间的空气流速进行测试和操作。仅三个尺寸在三个气化装置34B之间变化，如下文在表1中指出并且如图27所示。
表1
内部桶配置 尺寸4(mm) 尺寸8(mm) 尺寸10(mm)
高 18 67.6 10.7
中等 22.6 58.4 10.7
矮 41.1 41.3 10.7
在视觉上并且通过对给定流速下每分钟脉冲的数量定时来测量所测试的每个气化装置34B的性能。目标是确定在正应用的空气流速下始终使用气化装置的完整的滞留体积的最佳配置。给定流速下每分钟脉冲数表明气化装置是否正有效地触发。运行正常的气化装置与运行不正常的气化装置相比，每分钟脉冲更少的次数。这是因为短路或未完全排空的气化装置往往会更快速地触发。总体空气使用相同，而气泡大小将随着频率的升高而减小。最终，通过将气泡填满束室横截面而形成的泵送效率将受到损耗。下文表2提供了测试结果。根据这些结果可以明显看出，中等大小的桶允许气化装置更有效地运行，这意味着气化装置34B内的气体流36的滞留体积的更多始终通过每个脉冲循环来排空。
表2
进行类似测试以测试同心气化装置34B和180度偏置气化装置34C和100度偏置气化装置34D的脉冲率。下文在表3中示出了三个气化装置的测试结果。
表3
如表中的结果所指出的那样，所有三个气化装置均匀地脉冲化一直到50cfh，这相当于11.3Nm3/小时/行(8个束行)。因此，所有三个气化装置34B、34C和34D可被配置且大小设定成处理在组件10的正常操作期间利用的空气流动容量。由于对操作中的气化装置34的进一步测试和观察，可以确定的是，当桶124的侧壁132高度与气化装置34的总体高度呈一定比时，可以实现气化装置34的脉冲效率的进一步改进。例如，当高度H1如图28所示为高度H2的大约39％时，可以实现改进的脉冲效率。在一些实施例中，这个百分比可为例如大约39％至大约40％、大约38％至大约41％，或大约37％至大约42％。根据一个示例性实施例，高度H1可为大约2.34英寸并且高度H2可为大约6.00英寸。在多种气化装置包括大小不同的气化装置34B、34C和34D中可以利用这个高度比。
已经对脉冲式曝气气化装置进行了测试以确定空气流速操作的上限和下限和这些空气流速下的对应脉冲率。测试表明，对于如图28所示的气化装置34来说，上限(例如，最大)空气流速为大约13.1Nm3/小时/行(具有8个束行)或1.6375Nm3/小时/气化装置。1.6375Nm3/小时/气化装置的空气流速每分钟产生了大约70个脉冲。可以确定的是，在大约1.6375Nm3/小时/气化装置的空气流速下，气化装置不再脉冲化，而是开始如同分散式或间歇性曝气气化装置一样作用。曝气流速的上限将是气化装置的尺寸和配置的函数。因此，取决于这些尺寸和配置，上限可以高于也可以低于13.1Nm3/小时/行(具有8个束行)或1.6375Nm3/小时/气化装置。
测试还表明，对于如图28所示的气化装置34来说，空气流速可减小到1Nm3/小时/行(具有8个束行)或0.125Nm3/小时/气化装置或更低。0.125Nm3/小时/气化装置的空气流速每分钟产生了大约2-3个脉冲。脉冲式曝气气化装置34还可以低于0.125Nm3/小时/气化装置的空气流速操作。在减小的空气流速下，必须考虑液体42的再循环速率和膜的结构速率。
气化装置的碎屑移除
除脉冲效率之外，在设计和选择与组件10的膜行12一起使用的气化装置的过程中，还要考虑气化装置处理碎屑的能力。可将碎屑处理定义为气化装置传递碎屑而不妨碍来自气化装置的脉冲率的能力。
对同心的气化装置34B、180度偏置的气化装置34C和100度偏置的气化装置34D进行了碎屑处理测试。该测试包括将具有不同材料和不同大小的碎屑置于每个气化装置内。随后安装每个气化装置并且以5m3/小时/行供应气体流36。当气化装置操作(即，脉冲化)时，观察碎屑的行为。下文在表4中示出了测试结果。“X”表明物体未能经过对应的气化装置。“O”表明物体经过了对应的气化装置。
表4
同心的桶 180度偏置的桶 100度偏置的桶
1mm珠粒 ○ ○ ○
5mm珠粒 ○ ○ ○
直径1英寸的塑料薄片 ○ ○ ○
直径1英寸的叶片 ○ ○ ○
1/2英寸至1英寸的细枝 ○ ○ ○
3英寸的塑料薄片 × ○ ○
纤维，毛发 × ○ ○
直径3英寸的叶片 × × ○
直径1英寸至3英寸的箔绝缘件 × × ○
3英寸的细枝 × × ×
直径1/2英寸的O型环 × × ×
如测试结果所指出的那样，100度偏置的气化装置34D能够传递最多类型和大小的碎屑。据观察，在气泡56被释放后回到桶124的水的湍流度水平显著高于其他气化装置的情况。湍流度的这种增大有助于扰动沉积于桶124底部的物体，从而增加物体通过随后的脉冲经过空气管件的机会。应当指出的是，具有偏置壁角的偏置气化装置导致湍流效应。
额外的碎屑处理测试已利用2英寸叶片和实际尺寸叶片(约4英寸x4英寸枫叶)来进行，因为叶片通常是气化装置堵塞的原因。将叶片在清水水箱中置于气化装置中并且以4.3Nm3/小时的空气流速供应气体流36。在表5中显示这些结果。
表5
如表5中的结果所指出的那样，100度偏置的气化装置34D比其他气化装置表现更好。同心的气化装置不能传递任一叶片。180度偏置的气化装置34C能够在2分钟内传递2英寸的叶片，而实际尺寸的叶片花费了16个小时。100度偏置的气化装置34D能够在2分钟内传递2英寸的叶片，而在35分钟内传递实际尺寸的叶片。
基于脉冲效率和碎屑处理测试，可以在膜行12和组件10的一个示例性实施例中利用100度偏置的气化装置34D。
气化装置的泵送效率
除脉冲效率和碎屑移除之外，在设计和选择与组件10的膜行12一起使用的气化装置的过程中，还要考虑气化装置使液体42循环穿过每个单个膜束封罩40的能力(即，泵送效率)。可将泵送效率定义为由气化装置每单位空气流所实现的液体速度。为了评估间歇性气化装置34A相对脉冲式气化装置34B、34C、34D的泵送效率，对间歇性气化装置和脉冲式气化装置进行对比测试。
为了进行测试，将束封装件浸没于水中并将每种曝气类型的气化装置一个接一个附接到束封装件的基部。将被设计来测量浸没速度曲线的速度计安装在束封装件的出口。随后将空气供应装置连接到每个气化装置并且使用转子流量计来测量在每个测试期间供应到气化装置的空气流速。
对于第一测试阶段来说，设置四个目标液体速度(即，0.8ft/s、1.1ft/s、1.4ft/s和1.6ft/s)，随后对于每个气化装置来说，空气流速增大，直到实现目标流速中的每一个。下文表6示出了第一测试阶段的结果。如表6中的结果所指出的那样，脉冲式曝气气化装置需要间歇性曝气气化装置实现相同的目标液体速度所需的空气流速的大约75％至80％。
表6
对于第二测试阶段来说，设置五个目标△液体高度(即，3.125英寸、4.5英寸、5.8125英寸、6.25英寸、6.625英寸)，随后对于每个气化装置来说，空气流速增大，直到实现目标△液体高度中的每一个。下文表7示出了第二测试阶段的结果。如表7中的结果所指出的那样，脉冲式曝气气化装置需要间歇性曝气气化装置实现相同的目标△液体高度所需的空气流速的大约47％和88％之间。
表7
泵送效率测试表明，脉冲式曝气气化装置可以减小的空气流速操作，同时仍然实现与间歇性气化装置相同的泵送效率。以减小的空气流速操作的能力可实现设备和安装的初始投入资本以及操作成本两方面的成本节约。
曝气和封装件组装件的交互作用
如本文中参考图1至图3所述，组件10可包括具有一个或多个膜束封罩40的一个或多个膜行12，该一个或多个膜束封罩可以是行封装件组装件38的一部分。膜束封罩40可被配置成对纤维束18提供支撑。此外，包围单个纤维束18的膜束封罩40可被配置成保持气泡(例如，一个或多个小气泡58和/或大气泡56)，这些气泡由对应的气化装置34通过束主体20释放到对应的纤维束18中。例如，如图29所示，通过间歇性曝气，由气化装置(例如，34A)释放的小气泡58可在它们沿对应的纤维束18流动时被限制在对应的束封装件40，直到它们到达液体42的表面。将小气泡58限制在单个膜束封罩40内可提供每个纤维束18的更有效且更均匀的曝气，因为这些气泡可以专用于特定纤维束。然而，小气泡58仍然可能发生窜槽。例如，膜束的一部分的结垢或束封装件的一部分内的淤渣积聚可导致小气泡沿所限定的沟道(例如，阻力最小的路径)上升，而不是跨束封装件的整个横截面积均匀地分散和向上流动。可以在中找到Yoon，Seong-Hoon.Membrane Bioreactor Process：Principles andApplications.Hoboken：CRC，2015.(see e.g.，pp.133-134，136-138)(Yoon，Seong-Hoon.，《膜生物反应器过程：原理与应用》，霍博肯，CRC，2015年(参看例如第133-134页，第136-138页))窜槽的额外讨论以及用于浸没式膜过滤器操作的其他参数。
如图30所示，为了进行脉冲式曝气(即，大气泡56)，束封装件40可被配置成将大气泡56在它们沿纤维束18向上流动时限制在束封装件40内。经由脉冲式曝气气化装置(例如，34B、34C或34D)通过脉冲式曝气而产生的大气泡56可以是充分大的以便利用如图30所示的单一气泡56填满单个束封装件40的基本上整个横截面。在一些实施例中，通过这样一种配置，气泡56可被配置成沿纤维束18的整个长度在束封装件内与纤维束18保持接触。气泡56限制在束封装件40内可以在每个气泡56的上方更有效地推动液体并且在每个气泡56的下方向上抽取液体。这种类型的二相流可称为活塞流。通过膜束封罩内的每个气泡56的释放和上升而造成的液体的抽取可导致液体42如图6所示通过罐笼间隙G被抽入，由此将新鲜的液体42引入膜束封罩中。
气泡56在它们在纤维束18和束封装件40内上升时可形成“弹头形状”。例如，如图31A和图31B所示，每个气泡在其上升并且形成“弹头形状”时基本上填满对应束封装件40的横截面积，该“弹头形状”既擦拭膜的表面(图片中未示出)又在气泡56的上方推动液体。
基本上填满该横截面积的膜束封罩和气泡的横截面积可为例如大约至大约8in2至大约16in2、大约10in2至大约14in2、大约11in2至大约13in2、大约12in2至大约12.5in2、或大约12in2至大约12.25in2、或大约12.11in2。
本文中用于例如描述“基本上”填满横截面积的气泡的术语“基本上”是指如本领域技术人员所确定的在具体值的可接受误差范围内。例如，“基本上”可能是指大于99％、98％、97％、96％、95％、90％、85％、80％或75％。在一个示例中，基本上填满横截面积的气泡可以相当于填满大于束封装件的横截面积的99％的气泡。可以设想的是，气泡56可以基本上填满束封装件的横截面积，但可能存在一些接缝(例如，沿束封装件的拐角)，在这些接缝中，液体可能会通过气泡泄漏，由此限制气泡填满整个横截面积。
这种形式的脉冲式曝气，其中气泡56可被引入纤维束18的中心并且可被保持在纤维束18和束封装件40内，可产生意料不到的协同有益效果。这些协同有益效果可包括例如与通过不填满封装件的小的连续气泡或具有不受封装件限制的大气泡的脉冲式曝气所实现的相比，更高的液体泵送速率(即，通过束封装件的馈送再循环)。另一个协同有益效果可以是例如中空纤维膜32的结垢的增强。当气泡56基本上填满单个束封装件40的整个横截面时，纤维束18的所有中空纤维膜32均可被擦拭，由此从表面上移除更多的碎屑。这可消除中空纤维膜束18内的窜槽，窜槽可能会导致堵塞并且降低过滤性能。
可使用气化装置的各种实施例来如本文所述产生脉冲式曝气。气化装置34B、34C和34D仅仅是三个示例性实施例。如本文所述的脉冲式曝气气化装置34B、34C和34D连同膜束封罩40可使得曝气空气的总流量能够基本上减少，同时仍产生大气泡56和有效地清洁膜薄膜并且维持过滤性能的活塞流。大气泡56和活塞流还提供充分的液体循环，这以较低的操作成本提供了改进的膜性能。
大气泡/无罐笼
尽管如图1所示的组件10包括行封装件组件38，但在一些实施例中，组件10可被配置成无单个膜束封罩40包围每个纤维束18。例如，在一些实施例中，纤维束18可被沿束的高度间隔开的间歇性罐笼部分地包围。例如，如图32和图33所示，一个或多个罐笼170可沿膜行12的高度间隔开并且可被配置成包围每个纤维束18以便支撑中空纤维膜32。如图32所示，间歇性罐笼170可与脉冲式曝气和/或间歇性曝气相结合，从而产生大气泡56和/或小气泡58。
在一些实施例中，行封装件组装件38可被配置成包围纤维束18的整个膜行12或封装件可被配置成包围整个组件10。在一些实施例中，可能根本没有利用任何封装件并且中空纤维膜32可由替代结构支撑。例如，在如图34所示的一些实施例中，中空纤维膜32的上端可附接到另一个集管172。集管172可被配置成维持中空纤维膜32的垂直取向。在一些实施例中，中空纤维膜32的上端可附接到漂浮装置，该漂浮装置被配置成漂浮在液体的表面上并且使中空纤维膜32保持在大致垂直取向。在其他实施例中，中空纤维膜32的上端可被支撑在结合到结构(例如，液体水箱支撑件)中的悬浮系统内。
在未利用束封装件或罐笼的实施例中，由脉冲式曝气气化装置释放的气泡56的尺寸可被设定成使得气泡的横截面积与纤维束的横截面积相对应(例如，相等)，由此使得气泡在上升时吞没全部的中空纤维膜32。基本上填满纤维束的横截面积的纤维束和气泡的横截面积可为例如大约至大约8in2至大约16in2、大约10in2至大约14in2、大约11in2至大约13in2、大约12in2至大约12.5in2、或大约12in2至大约12.25in2、或大约12.11in2。
封装件组件
组件10可使用多种不同的结构和设计用于束封装件40和行封装件组装件38。本文中更详细地描述了膜束封罩40和行封装件组件38的若干不同的实施例。单个束封装件40可以是多形状的，如大体正方形多形状、长方形多形状、多边形状、圆形形状、半圆形形状、对称形状、非对称形状等。束封装件40可具有圆化或平滑的内部拐角区域。单个束封装件40的尺寸和形状可被设定成包含将沿其长度的至少一部分延伸的纤维束。
在图3和图4所示的示例性实施例中，提供了多种形状的膜束封罩40。示例性膜束封罩40的尺寸和形状可被设定成包含沿膜束封罩40的纵向轴线延伸的中空纤维膜32的纤维束18。
图35至图40所示的行封装件组装件38的示例性实施例可在行封装件组装件38的下端包括第一端帽31并且在行封装件组装件38的上端包括第二端帽33。膜束封罩40可以相邻并排方式联接到第一端帽31。例如，膜束封罩40的下端和第一端帽31可被配置成使得膜束封罩40的下端滑动到第一端帽31中的凹槽或凹陷部中。一旦全部的相邻膜束封罩40均已相对于第一端帽31定位，第二端帽33即可被置于膜束封罩40的上端上以将它们例如如图35所示固定在适当位置。如图35所示，行封装件组装件38可被配置成在第一端帽31和第二端帽33的相对端部例如经由夹具联接到渗透物上升管22和曝气上升管24(未示出)，由此将行封装件组装件38保持在一起。
图35至图40所示的膜束封罩40的示例性实施例可包括在膜束封罩40的第一端部142与第二端部144之间延伸的细长壁146。细长壁146具有相对的侧边148。示例性束封装件40还包括可移除舱盖150，该可移除舱盖在束封装件40的第一端部142与第二端部144之间延伸并且连接到细长壁146的相对的侧边148，由此形成中空封装件145，该中空封装件具有的内部被配置成在束封装件40的第一端部142与第二端部144之间提供流体连通。根据一些实施例，行封装件组件38和相应的膜束封罩40被配置成使得从膜束封罩40中的第一膜束封罩的第一端142流出的流体受阻而不能在不首先从第一膜束封罩40的第二端144流出的情况下从第一膜束封罩40的内部流入第二膜束封罩40的内部。
如图35-40所示，示例性可拆卸的舱口150包括相对的舱口边缘154。根据一些实施例，相对的舱口边缘154及细长壁146的相对的侧边缘148被构造成使得通过使可拆卸的舱口150沿着与束封装件40的纵向轴线X基本上平行的方向相对于细长壁146滑动，而将可拆卸的舱口150连接到细长壁146以及从细长壁146分离。例如，在图35-40所示的示例性实施例中，相对的舱口边缘154及细长壁146的相对的侧边缘148被构造成使得在彼此接合时彼此重叠和/或互锁。
例如，如图37-40所示，示例性细长壁146的相对的侧边缘148各自包括形成细长钩形空间的钩形轨道(或其他接合构造)，相对的舱口边缘154可在该细长钩形空间中滑动，以便在可拆卸的舱口150与细长壁146之间互锁接合和联接。可以设想到侧边缘148和舱口边缘154的其他互锁构造，例如搭扣锁和/或铰链锁。例如，侧边缘148之一可被构造成通过咬合耦接头连接到舱口边缘154之一，而另一个侧边缘148则以铰链方式连接到另一个舱口边缘154。此类实施例可被构造成使得可拆卸的舱口150仍然可相对于细长壁146和/或束封装件40滑动。在图37-40所示的示例性实施例中，互锁接合区域定位在相对于细长壁146的侧边缘148的外侧，其可用于在组件10的使用期间最大程度减少对中空纤维膜32的干扰。然而，可以设想到侧边缘148和舱口边缘154可按与图示不同的方式定位和/或构造。
根据一些实施例，凸块156可与第二端帽33的外表面(例如，与可拆卸的舱口150相邻的侧面上)相连或联接。凸块156被构造成防止可拆卸的舱口150从细长壁146分离，除非在可拆卸的舱口150已滑动到适当位置而闭合束封装件40之后，例如通过诸如螺丝刀的工具使与第二端帽33相邻的可拆卸的舱口150的一端偏转离开第二端帽33的外表面。根据一些实施例，凸块156可包括狭槽157(例如，用于接纳螺丝刀或另一种工具的刀片)，以有利于将可拆卸的舱口150提升到凸块156上方。根据一些实施例，第一端帽31可包括舱口阱158，该舱口阱被构造成接纳与束封装件40的第一端142相连的可拆卸的舱口150的一端。舱口阱158可呈现沿着第一端帽31的外侧面延伸的檐槽形凸缘的形式，其接纳可拆卸的舱口150的所述末端。在此类实施例中，可拆卸的舱口150由细长壁146的相对的侧边缘148保留在细长壁146上，并且介于凸块156与舱口阱158。
示例性束封装件40具有垂直于纵向轴线X的横截面(参见例如图35)。束封装件40的横截面可为多边形、矩形、正方形(参见例如图37)、圆形、椭圆形或它们的任何组合。根据诸如图37所示的一些实施例，束封装件40的横截面包括倒圆内表面160。根据一些实施例，细长壁146的内侧面162没有相对于束封装件40的纵向轴线X沿横向的接缝。这可减少或防止对中空纤维膜32的损坏。根据一些实施例，细长壁146具有垂直于纵向轴线X的横截面，并且细长壁146的横截面呈以下至少一种形状：相对于束封装件40的内部呈凹形、通道形、U形和C形。根据一些实施例，细长壁146形成为单件。根据一些实施例，可拆卸的舱口150形成为单件。例如，可通过挤出或辊轧成形或任何其他类似工艺(诸如真空热成形)来形成细长壁146和/或可拆卸的舱口150。细长壁146和/或可拆卸的舱口150可由铝、聚合物、碳纤维、它们的组合和/或其他具有类似特征的材料形成。
如图35所示，封装件组装件38可包括多个(例如，九个)膜束封罩40。在一些实施例中，封装件组装件38可包括多于或少于九个(例如，5、6、7、8、10、11、12个)膜束封罩。如图所示，可从排封装件组装件38的公共侧面触及相应膜束封罩40的可拆卸的舱口150。这可有利于维修的简易性。根据一些实施例，每个膜束封罩40独立于给定排封装件组装件38的其他膜束封罩40。例如，可将给定膜束封罩40的细长壁146和可拆卸的舱口150从排封装件组装件38移除，而不会影响排封装件组装件38的任何其他膜束封罩40。
根据另一个示例性实施例，排封装件组装件38可不包括第一端帽31和第二端帽33中的一者或多者。例如，如图41-45所示，可通过联接机构或方法，例如紧固件、粘合剂、粘结和/或焊接或本领域已知的任何其他联接机构或方法，将排封装件组件38以相邻、并排方式联接在一起。在一些此类实施例中，如本文更详细阐释，可例如通过连接到最外束封装件40的立管联接组装件131，将渗透物立管管道22和通气立管管道24直接连接到排封装件组装件38的相对两端，从而将排封装件组装件38保持在一起。
例如，如图所示，相邻膜束封罩40的细长壁146的侧面可彼此联接。根据一些实施例，膜束封罩40可包括相应细长壁146和/或可拆卸的舱口150，它们与被设计成连接到端帽的、封装件组件的细长壁和可拆卸的舱口(例如，如图35和图36所示)类似或基本上相同。对于确实利用了端帽的实施例而言，可拆卸的舱口150可包括在其纵向末端中的一者或多者处的孔，所述孔被构造成接纳紧固件(例如，针状紧固件)，所述紧固件被构造成固定可拆卸的舱口150相对于对应的细长壁146的纵向位置。可以设想到其他固定可拆卸的舱口150相对于对应的细长壁146的纵向位置的方式。
如图41-45所示，示例性立管联接组装件131包括：被构造成与排封装件组装件38的最外膜束封罩40的细长壁146联接的基部构件153，以及被构造成在立管管道22和24任一者周围延伸的套管构件155。在所示的示例性实施例中，基部构件153包括：被构造成邻接细长壁146的基本上平坦的接合表面159，以及被构造成接纳立管管道22或24的外表面的半圆柱形凹槽161。示例性基部构件153的接合表面159可包括多个定位器163，它们被构造成装配到束封装件40的细长壁146中的对应孔165中。定位器163可用于将基部构件153相对于束封装件40更牢固地联接和定位。可通过已知的联接机构，例如紧固件、粘合剂、粘结和/或焊接或本领域已知的任何其他联接机构，将基部构件153连接到细长壁146。
示例性基部构件153还包括在凹槽161的相对侧面上的一对通道167，它们被构造成接纳套管构件155的相对末端169，以便将套管构件155和基部构件153通过例如相对于彼此的纵向滑动作用而彼此联接。此外，根据一些实施例，套管构件155的末端169可包括这样的部件，其防止或降低在基部构件153和套管构件155组装之后由例如振动所引起的套管构件155相对于基部构件153的无意滑动的可能性。
不包括端帽中的一者或多者的实施例可具有可能的优势。例如，对于包括与集管相连的端帽的一些实施例而言，可能需要在组装期间将束的纤维膜插入穿过端帽中的孔，这可能会增加与过滤组件的组装相关的时间。此外，与端帽相关的壁厚度可能会减小通过过滤组件的流体流的横截面。此外，由于例如需要将端帽与封装件组装件排成一行，端帽可能会增加过滤组件的组装的难度。端帽还可能会增加过滤组件的成本。
纤维板
图46-54示出了具有多个纤维孔布置的纤维板50的多个示例性实施例。当组装时，纤维板50可与中空纤维膜32的末端至少稍微隔开(即，在纤维膜的长度内(参见图9)。如图46-50所示，纤维板50的中空纤维膜32孔图案可以变化。给定的纤维束18的中空纤维膜32可以分成分开的部分，并且一般可以以辐条状的关系定位，其中“辐条”表示穿过纤维束18但是不包括任何中空纤维膜32的通道。这些通道(例如，淤泥通道)沿着中空纤维膜32的束18提供流体和/或任何碎屑可以行进通过的开口。中空纤维膜32的数量和它们的间距可被布置成减少堵塞的可能性和/或增加流体的再循环速率，从而获得更高的可持续的渗透物通量。可针对过滤组件10在其中操作的应用来选择束18内的中空纤维膜32的数量和/或通道的构造。
束构造可能会影响整体性能，因为其与通气运送和束封装件组装二者相关。可以优化纤维的数量和它们的间距，以减少堵塞并且增加再循环速率，从而获得更高的可持续的通量。混合液悬浮固体(MLSS)浓度(通常在8和15g/L之间)和淤泥滤过性(通常用过滤时间(TTF)测量)影响最佳纤维填充密度。TTF可以是淤泥质量的量度并且使用TTF测试得到，TTF测试根据TTF标准方法2710H测量在真空压力下将淤泥样品过滤通过1.2微米过滤盘所需的时间。较高的值表示对过滤的较大的阻力，该阻力是由于混合液中的包括细胞外聚合物物质和其他成分在内的淤泥絮凝物的物理和化学特性引起的。这个TTF平均值是对于试验膜池中12g/L的混合液浓度而言的，其在一年内平均。MLSS浓度和TTF越高以及淤泥滤过性越低，则填充密度越低。纤维组之间的空隙影响新鲜淤泥向束中的迁移。当大气泡发出脉冲以将在过滤期间堆积的固体排出时，通气系统也利用这些通路。
操作/测试的方法
如本文所述，可将组件10安装在膜过滤系统内以处理槽44中含有的液体42。为了说明如本文所述的、与同束封装件组件38和间断笼结合的组件10一起使用的各种气化装置(例如，间歇通气和脉冲通气)的性能，在多种性能条件下对多个气化装置实施例进行了广泛的试验性测试。测试一般在单独膜排上进行。主要将生活废水用于测试期间的液体。试验系统包括用于有机物的硝化/脱氮及好氧降解的无氧槽和需氧槽。将混合液在需氧槽与容纳浸入式膜排的膜池之间再循环。在真空下通过换向泵将渗透物从膜排抽取至渗透物/回洗槽中。在操作期间试验系统利用通气系统以管控膜排上的淤泥累积并且保持渗透性。还进行常规的回洗和氯维护清洁以管控淤泥累积和膜孔沾污。用在试验生物槽入口前的2mm转筒刷筛对供给水进行预筛。图55中示出了所利用的试验系统的简化工艺流程图。
阶段1测试
表8是总结在试验性测试期间使用的一些一般参数的列表。
表8
食物/质量比(kgCOD天/kg MLSS) 0.2
固体保留时间(天) 15
膜池MLSS(mg/L) 12
过滤100mL淤泥的平均时间(秒) 197
年平均试验温度(℃) 16
渗透物通量(LMH) 变量
空气冲刷流量(Nm3/h) 变量
回洗频率(分钟) 10
阶段1测试包括测试四种不同的膜排构造：(1)具有气化装置34A(间歇小气泡通气)的束封装件组装件38；(2)具有气化装置34B(脉冲通气)的束封装件组装件38；(3)具有气化装置34A(间歇小气泡通气)的间断笼170；和(4)具有气化装置34B(脉冲通气)的间断笼170。
对于阶段1测试，使用在本文中称为膜排A的膜排。下表9中示出了膜排A的特征。
表9
排A
膜化学物质 PVDF
填充密度(纤维数/束) 280
纤维长度(m) 1.83
污泥路径数量 5
笼类型 束封装件或间断笼
对于全部阶段1测试，使用膜排A。在2014年6月进行氯和酸恢复清洁，从而恢复自从该排在2013年12月安装时起已经自然下降的膜渗透性。作为这种清洁以及在整个测试持续时间中不同的膜寿命的结果，TMP和膜渗透性的绝对值可以变化。因此，可以用于评价试验性能的一个量度是膜沾污速率/10分钟生产循环。在渗透期间，当发生膜孔沾污及膜表面上形成滤饼层时，跨膜压力(TMP)增加。这个每次循环TMP上升的速率就是沾污速率。在正常操作下，TMP在每次回洗之后恢复至低水平。渗透性下降速率与沾污速率成比例。可在具有不同的膜龄的数据集合之间比较沾污速率。
在阶段1测试期间，测试四种不同的膜排构造，并且在测试期间，在31LMH的通量下以5Nm3/h的空气冲刷流量对其进行操作，且所有其他工艺参数保持一致。图56所示的图表总结了四种不同膜排构造的平均沾污速率结果。阶段1测试结果表明，利用脉冲通气的束封装件组合比任何其他构造更好地使沾污速率最小化。如果不使用束封装件(即，间断笼)来限制大空气气泡并集中空气冲刷有效性，则脉冲通气无法获得相同的稳定性。在间歇通气(即，小气泡)的情况下，间断笼比膜束封罩稍微更成功，但是二者的构造均不能与具有脉冲通气的膜束封罩的低沾污速率(即，0.58毫巴/分钟)相比。
四种膜排构造的单独测试数据在本文中以性能散点图的形式提供。在如下提及的性能图中，给出了渗透物总通量、TMP和渗透性。一些选择的图显示在较短的时间尺度上放大的性能，说明了在每个10分钟生产循环期间的TMP上升，生产循环为进行淤泥脱水并且滤饼层堆积在膜表面上，随后回洗。温度校正的渗透性(归一化为20℃)考虑了在这段时间期间16-26℃之间的温度的偏差。
构造1-具有间歇通气气化装置的束封装件
所测试的第一膜排构造包括具有间歇通气气化装置(例如，34A)的束封装件。图57说明了构造1在数日的测试期间的性能。观察到了变化的TMP结果，具有一些尖峰和一些较宽的TMP带的时间段。渗透性的范围为120-160LMH/巴。这四天期间的平均沾污速率为1.66毫巴/分钟，并且一些值多至8.5毫巴/分钟。在图58中，放大的性能数据显示，各个生产循环可以具有明显不同的沾污速率。
构造2-具有脉冲通气气化装置的束封装件
所测试的下一个膜排构造包括具有脉冲通气气化装置(例如，34B)的束封装件。图59说明了构造2在数日的测试期间的性能。膜排构造2在操作期间具有非常稳定的TMP，得到在140-150LMH/巴之间的较窄范围的渗透性。这个测试在图57-58中的运行之后的数天内进行，这导致了渗透性绝对值的小幅下降。膜排构造2的平均沾污速率为0.58毫巴/分钟，或者接近膜排构造1的沾污速率的三分之一。在这两种构造中，束封装件将空气隔离在每个束的笼内。在图60中，放大的性能数据显示，各个生产循环在10分钟生产循环中保持非常稳定的沾污速率。
对于具有膜束封罩的构造，前述数据是在期间渗透性已经自然下降的6个月膜排操作之后收集的。在增加膜渗透性的对膜排的恢复清洁之后，收集关于如下提及的间断笼的数据。各数据集合之间的沾污速率的比较提供了比TMP和渗透性绝对值更直接的构造之间的比较，因为这些TMP和渗透性绝对值受这种恢复清洁过程的影响。
构造3和4-具有脉冲和间歇通气气化装置的间断笼
所测试的下一个膜排构造包括具有脉冲通气气化装置以及随后的间歇通气气化装置的间断笼。如本文所述，间断笼允许空气从每个束体离开以在膜排周围自由地移动并且可能冲刷来自各个束的纤维。图61说明了构造3和4的性能，这些构造首先具有脉冲通气气化装置(即，部分A)，而后具有间歇通气气化装置(即，部分B)。
图61的部分A说明了在采用间断笼的情况下，脉冲通气气化装置不能获得与具有膜束封罩的脉冲通气气化装置相同的性能。如图61的部分A所示，TMP在三个小时的操作期间迅速上升，并且渗透性从150下降至75LMH/巴。由于在这段时间期间观察到的不稳定性和非常明显的淤泥累积，在测试结束之前沾污速率从10.1增加至17.8毫巴/分钟。对于构造3测试而言，通过脉冲通气气化装置形成的大气泡由于它们不受膜束封罩限制而自由地迁移远离膜排。作为这种空气冲刷限制的丧失的结果，性能迅速下降。在图62中，构造3的放大的性能显示出沾污速率的不稳定性和在每次生产循环期间显著的增加。
图61的部分B说明了当使用间断笼时，间歇通气气化装置比脉冲喷嘴更有效并且可保持更稳定的TMP。对于部分B而言，渗透性的范围为175-225LMH/巴，并且沾污速率平均为1.55毫巴/分钟。在图63中，构造4的放大的性能显示出在各个生产循环中的可变性。
阶段1测试显示，在所测试的四种膜排构造中，具有束封装件和脉冲通气气化装置的膜排在使每次循环的TMP上升或沾污速率最小化方面是最成功的。在31LMH的渗透物通量和5Nm3/h的通气空气流量下，关于利用膜束封罩和间断笼的间歇气化装置的沾污速率分别为1.66毫巴/分钟和1.55毫巴/分钟。然而，当将脉冲通气气化装置与膜束封罩一起使用时，平均沾污速率为0.58毫巴/分钟。
阶段2-测试
利用第二试验系统，与阶段1测试平行进行阶段2测试。对于阶段2测试而言，使用膜束封罩和两种不同气化装置类型来操作具有较低纤维填充密度的膜排B。下表10中示出了膜排B的特征。
表10
排B
膜化学物质 PVDF
填充密度(纤维数/束) 228
纤维长度(m) 1.83
污泥路径数量 6
笼类型 束封装件
对于阶段2测试而言，在45LMH的较高渗透物通量下使膜排操作，这提供了两种喷嘴类型(即，间歇通气和脉冲通气气化装置)之间的比较明显的比较。如图64的部分A所示，在45LMH的渗透物通量和5Nm3/h的通气空气流量下，间歇通气气化装置不能保持低的沾污速率并且渗透性迅速下降。在彻底清洁膜排以移除全部淤泥累积之后，再次利用间歇通气气化装置，继续使用相同的参数。同样地，如图64的部分B中所示，渗透性迅速下降。在这些操作条件下的关于间歇通气气化装置的平均沾污速率为7.82毫巴/分钟，并且一些单独的生产循环的特征为多至39.8毫巴/分钟的沾污速率。在图64的部分C中，在脉冲通气气化装置的彻底清洁和安装之后，性能立刻稳定并且平均沾污速率降低至1.00毫巴/分钟。这种性能说明了与阶段1中利用膜排A的测试相同的行为，无论是在31LMH还是在45LMH的渗透物通量下操作，用脉冲通气气化装置的膜束封罩均可获得比用间歇通气气化装置更低的沾污速率。
阶段3-测试
阶段3测试的目标是生成在各个通量下的沾污速率数据，从而确定利用束封装件和脉冲通气气化装置的膜排的操作能力。阶段3测试包括利用具有束封装件以及间歇通气气化装置和之后的脉冲通气气化装置的膜排A进行临界通量测试。对于每种构造而言，在监测TMP上升的同时渗透物通量逐渐增加，从而确定性能在什么通量下不再变得可持续。这在这样的时候发生：在特定通量下，由于膜电阻、孔沾污和滤饼层堆积的组合影响而引起的TMP上升达到系统不再能长期运行时的临界值。
在将每组气化装置安装之后，以相同的5Nm3/h空气流量和逐渐增加的31、45和60LMH的渗透物通量使这些膜排各操作一小时。图65中给出了TMP沾污速率。图66和图67中给出了性能的图表。沾污速率的比较显示，在1小时测试期间在这三个通量下脉冲通气气化装置保持比间歇通气气化装置至少低30％的沾污速率。因此，脉冲通气气化装置应当能够在性能变得不稳定之前获得较高的“临界通量”。这种确切的通量的确定没有通过这个测试完成，并且将会需要大于一小时的测试持续时间。
临界通量测试在膜排的恢复清洁之后立即进行，因此这些临界通量沾污速率比在前面测试期间的低。这是由于在恢复清洁期间的膜的渗透性恢复。然而，在清洁之前或之后的气化类型之间对沾污速率的比较确实提供了关于系统性能的明确结论。
阶段4-测试
阶段4测试的目标是评价具有束封装件和脉冲通气气化装置的膜排(即，构造2)在不同通量和通气空气流量下的性能。对于阶段4测试而言，首先降低通气空气流量。图68示出了在38.5LMH的通量以及首先4Nm3/h(部分A)、之后3Nm3/h(部分B)的逐渐降低的空气流量下具有束封装件和脉冲通气气化装置的膜排性能。在具有4Nm3/h空气的时间段期间的平均沾污速率为0.36毫巴/分钟，具有多至9.18毫巴/分钟偏离值(excursion)，这与通气系统的阻塞有关。在具有3Nm3/h的时间段期间的平均沾污速率为0.33毫巴/分钟。这个测试说明了在采用脉冲通气气化装置和膜束封罩时，可以在稳定性能的情况下保持低至3Nm3/h的空气流量。
如图69所示，之后将渗透物通量增加至44LMH和62LMH，保持在3Nm3/h的空气流量下。如图69所示，在44LMH(部分A)下的沾污速率平均为1.05毫巴/分钟，具有多至4.93毫巴/分钟的偏离值。在62LMH(部分B)下的沾污速率平均为0.93毫巴/分钟，具有多至2.59毫巴/分钟的偏离值。如本文所述，TMP中的偏离值与通气系统的周期性阻塞有关，其起因已经通过改进脉冲通气气化装置加以处理。
在这个测试期间维持21小时的62LMH的通量是比组件10的正常操作期间所预期的更长的持续时间。这个通量代表在24小时的时间段期间存在数小时的通量的峰。还应注意的是，在62LMH和3Nm3/h空气下的这个沾污速率比在60LMH和5Nm3/h空气下的利用脉冲喷嘴和堆叠的笼的临界通量测试(即，阶段3测试)期间获得的更低——与1.6毫巴/分钟相比的0.93毫巴/分钟。这个提高的性能可能是由于在测试日期之间的时间期间进行的脉冲通气气化装置的优化。
表11中总结了从这个优化测试中得到的沾污速率。
表11
为了比较，图70中示出了在2014年5月收集的、在47.5LMH通量下在大约24小时的持续时间内的关于间歇封装件和脉冲气化装置的数据。此时，将10Nm3/h的通气流量用于峰通量。平均沾污速率为4.45毫巴/分钟。当将图69中的关于膜束封罩的脉冲通气气化装置性能与此相比时，显而易见的是，脉冲通气气化装置能够增加通量，降低空气流量，并且仍然保持较低的沾污速率。在本实例中，当与2014年5月的关于间歇气化装置的数据相比时，脉冲气化装置能够获得大31％的通量以及小70％的空气，并且保持低79％的沾污速率。
阶段5-测试
阶段5测试包括评价利用膜束封罩和脉冲通气气化装置的膜排操作的长期稳定性。为了说明长期稳定性，使利用膜束封罩和脉冲通气气化装置的膜排操作多于120天。图71说明了长期稳定性测试的结果。如图71所示，平均每日渗透物通量在30LMH和37.5LMH之间变化，而每日峰通量在52LMH和62LMH之间变化。前106平均值的MLSS浓度为约12g/L，并且之后其增加至15g/L，尽管浓度增加，但渗透性没有明显变化。在测试过程中，渗透性变化，但是在测试的持续时间内保持稳定，这就证明了长期稳定性。
阶段6-测试
阶段6测试包括评价利用膜束封罩和脉冲通气气化装置的膜排在正常MLSS和TTF范围外操作的能力。MLSS的典型范围为8g/L至15g/L并且TTF的典型范围为小于200秒。图72-73说明了利用膜束封罩和脉冲通气的膜排在45天的过程中的性能。图72示出了渗透物通量和膜空气通气流量结果。如图72中指出，沾污速率、TMP和渗透性在整个测试期间保持基本上稳定。渗透物通量将会从约16LMH-18LMH的平均每日渗透物通量切换为在42LMH-48LMH之间的峰每日渗透物通量。如图73所指出，膜池MLSS通常在约12g/L的范围内。此外，膜池TTF在400至600秒的范围内的时间，这远远超过小于200秒的典型TTF。尽管膜池和膜排在超过典型操作范围的MLSS和TTF水平下经历淤泥，膜排继续保持稳定操作。这样的性能即使在生物反应器故障期间也可以允许继续稳定的操作。
阶段7-测试
阶段7测试的目标是生成在各个通量和各个通气空气流量下的额外的沾污速率数据，从而确定利用束封装件和脉冲通气气化装置的膜排的操作能力。使用8纤维束膜排和脉冲通气气化装置34D进行阶段7测试。所测试的膜排具有40m2的膜面积和1.83米的中空纤维膜长度。下表12中示出了阶段7测试的一些相关工艺条件。
表12
工艺条件 值
渗透物通量 30、45、601mh(总计)
通气空气流量 3.5、4.3、8.6Nm3/小时
膜池MLSS 12.2g/L
膜池TTF 120秒
处理时间 600秒
回洗时间 30秒
回洗通量 与渗透物通量相同
平均温度 16.5℃
阶段7测试包括使膜排在三种不同的渗透物通量(30、45、601mh-总计)下在3.5、4.3、8.6Nm3/小时的通气空气流量下操作。基于40m2的膜面积，空气流量将会是0.088、0.108、0.215Nm3/小时/m2。使每个组合操作最少1小时。以在过程循环开始和结束时的TMP差值来计算测试的沾污速率。下表13中示出了每个过程组合的沾污速率的平均值。
表13
图74-76中给出了不同过程组合的阶段7测试数据的图表。
膜组件的除垢
除了控制组件的结垢速率之外，膜束封罩和曝气的组合还可以提供额外的优点。例如，在组件10可以具有一个或多个可能凝垢的纤维束18的情况下，利用膜束封罩与曝气的组合可以通过分解在纤维束上结块的污泥并使其通过膜束封罩40的顶部向上排出来除垢或逆转凝垢。除垢可根据系统的操作条件或特定的除垢循环(例如，松弛循环)自动发生。例如，可以通过在每个生产周期期间监测组件的结垢速率并将其与早期结垢速率的结垢速率(例如，之前的2、4、8、12、24小时)进行比较来检测凝垢。如果结垢速率突增，这可能表明已经发生污染，在这种情况下，可使组件停止运行，并且可执行松弛循环来逆转凝垢。
松弛循环可以包括停止生产，这可以包括结束施加到如本文所述的组件的真空压力。可以将气体流供应到组件的气化装置(例如，气化装置34A、34B、34C或34D)以产生气泡。围绕每个纤维束18的膜束封罩40可以被个配置为将气泡保持在纤维束附近，使得气泡沿纤维束的整个长度与纤维束保持接触。不抽真空(即，不从膜吸出更多渗透物和排出膜束封罩内的液体)与膜束封罩和曝气的组合可以通过分解污泥并将其向上提升以从膜束封罩顶部排出来对纤维束进行除垢。松弛循环可以利用本文所述的间歇曝气和/或脉冲曝气。
进行了测试以证明松弛循环的有效性。测试了利用间歇曝气以及组合膜束封罩与脉冲曝气的组件。图77是在松弛循环之前对9个纤维束中的6个进行了除垢的一个膜行的照片。将膜束封罩的拆卸盖滑回以使膜束封罩显露，不过在松弛循环重新安装它们。通过阻止对这些单个纤维束曝气并使组件进行生产操作，有意地形成了这6个凝垢的膜束。这种污泥积聚可能是在气化装置堵塞或部分堵塞以防止或限制对特定纤维束曝气的情况下的典型结果。图78是在10分钟松弛循环之后，显露出相同膜束的同一个膜行的照片。如图77和图78所示，已从污泥纤维束中除去了大部分污泥。下面的表14示出了松弛测试的一个阶段的结果。对于这一测试阶段，将间歇曝气和脉冲曝气气化装置都与膜束封罩组合使用。如表14所示，在每一轮测试，凝垢纤维束数量在2至6个的范围内。在凝垢开始之前以及在发生凝垢之后且在松弛循环开始之前对膜行进行了称重，以基于积聚的总重量来量化污泥积聚的量。如表14所示，每个纤维束的污泥积聚重量在7.8磅至13.7磅的范围内。然后进行松弛循环，并且在10分钟和20分钟后再次对膜排称重，以基于重量的减少确定除去的污泥的量。如图表所示，在松弛模式下操作20分钟后，从所有膜行除去了至少87％的污泥。
表14
松弛循环还可以包括通过接通和切断供应到膜组件的气体流来进行曝气循环。此外，松弛循环还可以包括结合曝气对膜组件进行反冲或者在曝气循环之间对膜组件进行反冲。松弛循环的时间长度可以变化，例如，松弛循环可以在约1分钟至约5分钟、约5分钟至约10分钟、约10分钟至约15分钟、约15分钟至约20分钟分钟的范围内，或者可大于约20分钟。
利用如本文所述的具有膜束封罩和气化装置(例如，脉冲曝气气化装置34B、34C和34D)的一个或多个组件可提供与现有技术相比的多种优点。例如，如测试所证明，具有膜束封罩和脉冲曝气气化装置的组件与其他组件构形相比，能够以降低的结垢速率进行操作。在宽泛的渗透通量范围(例如30LMH至60LMH)中表现出了降低的结垢速率，这允许组件操作具有灵活性。此外，测试证明，具有膜束封罩和脉冲曝气气化装置的组件能够在一定范围的渗透通量下以降低的曝气空气流速进行操作，同时仍保持降低的结垢速率。
这些组件在提高的结垢速率和降低的曝气空气流速下操作的同时仍然保持降低的结垢速率的能力可以降低系统成本(例如，初始资本成本和运营成本)。例如，这些组件在提高的渗透通量下才做的能力可以允许更少的组件用于产生与先前组件相同的较高输出，从而降低组件、水箱和其他相应设备的资本成本。这些组件在降低的曝气空气流速下操作的能力可以既节约资本成本，又节约运营成本。例如，对于一些系统，可以使用比先前系统所需要的更小的鼓风机来产生曝气空气流，从而降低初始资本成本。还可以降低这些更小鼓风机的运营成本(例如，能源成本、维护费等)。
如本文所述的组件的其他优点包括组件从不良状态(例如，碎片、凝垢、高MLSS、高TTF等)恢复的能力。测试证明，如本文所述的组件被配置为具有改善的碎片处理和去除能力、改善的除垢能力，以及处理高MLSS和高TTF事件而不需要全面清洗(例如，手动清洗)的能力。使用本文所述的膜组件的膜过滤系统可以是小型的、价格低的、更坚固的，并且比较早的等效容量系统需要更少的能量就能操作。
仅出于清楚理解的考虑给出了上述具体描述和实施例。不用从中理解不必要的限制。对于本领域的技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对所述的实施方案进行许多改变。因此，本发明的范围不应限于本文所述的结构，而是仅受到权利要求的语言描述的结构和这些结构的等同物限制。

Claims (44)

1.一种被配置为在环境压力下处理容纳在水箱中的液体的膜过滤器组件，所述组件包括：
集管；
含有多个大致垂直中空纤维膜的膜束，其中每个中空纤维膜的下端被固定在所述集管中；
气化装置，所述气化装置适于周期性地产生气泡并且被配置成在所述膜束内释放所述气泡；和
封罩，所述封罩通过从所述膜束的下部区域延伸到上部区域而大致围绕所述膜束，其中所述封罩被配置成保持引入到所述封罩中的所述液体，使得所述液体包围所述膜束；
其中所述气泡具有对应于所述封罩的横截面积的横截面积，使得当所述气泡沿着所述膜束流动时，所述气泡的所述横截面积大致占据所述封罩的整个横截面积。
2.根据权利要求1所述的组件，其中所述气化装置被配置成以每分钟2至70个气泡的速率产生所述气泡。
3.根据权利要求1所述的组件，其中所述气化装置被配置成以大致规则的间隔产生所述气泡。
4.根据权利要求1所述的组件，其中所述气泡具有在约10平方英寸至约14平方英寸的范围内的横截面积。
5.根据权利要求1所述的组件，其中所述封罩包括围绕所述膜束的一个或多个壁以及一个可活动盖。
6.根据权利要求5所述的组件，其中所述可活动盖被配置成滑动地连接到邻近所述可活动盖的所述壁。
7.根据权利要求1所述的组件，其中所述集管包括八个膜束。
8.根据权利要求1所述的组件，其中每个中空纤维膜具有外表面、固定在所述集管中的下端，以及被悬浮并适于漂浮在所述水箱中的所述液体中的密封的可自由移动上端。
9.根据权利要求1所述的组件，其中所述气化装置以可旋转的方式且以可释放的方式连接到所述集管的膜束体。
10.根据权利要求1所述的组件，其中所述组件包括多个膜束和多个气化装置，并且膜束的数量等于气化装置的数量。
11.根据权利要求1所述的组件，其中所述气化装置被配置成将所述气泡从空气管通过所述集管释放到所述膜束的中心。
12.根据权利要求1所述的组件，其中当所述气泡沿着所述膜束流动时，将所述封罩内的所述液体的至少一部分提升通过所述封罩的顶部。
13.根据权利要求1所述的组件，其中在处理具有约12.2g/l的MLSS和约120秒的TTF并且温度为约16.5℃的液体介质时，当以30LMH的通量操作并且在每m2膜面积具有约0.088N/m3/hr的曝气空气流量时，所述组件能够具有约0.22mbar/min或更小的平均结垢速率。
14.根据权利要求1所述的组件，其中在处理具有约12.2g/l的MLSS和约120秒的TTF并且温度为约16.5℃的液体介质时，当以60LMH的通量操作并且在每m2膜面积具有约0.088N/m3/hr的曝气空气流量时，所述组件能够具有约5.3mbar/min或更小的平均结垢速率。
15.根据权利要求1所述的组件，其中在处理具有约12.2g/l的MLSS和约120秒的TTF并且温度为约16.5℃的液体介质时，当以30LMH的通量操作并且在每m2膜面积具有约0.215N/m3/hr的曝气空气流量时，所述组件能够具有约0.09mbar/min或更小的平均结垢速率。
16.根据权利要求1所述的组件，其中在处理具有约12.2g/l的MLSS和约120秒的TTF并且温度为约16.5℃的液体介质时，当以60LMH的通量操作并且在每m2膜面积具有约0.215N/m3/hr的曝气空气流量时，所述组件能够具有约0.94mbar/min或更小的平均结垢速率。
17.根据权利要求1所述的组件，其中所述集管的顶部和所述封罩的底部之间的保持架间隔在约0.5英寸和约5英寸之间或约1英寸和约3英寸之间。
18.一种被配置为在环境压力下处理容纳在水箱中的液体的膜过滤器组件，所述组件包括：
集管；
含有多个大致垂直中空纤维膜的膜束，其中每个中空膜的下端被固定在所述集管中；
气化装置，所述气化装置适于周期性地产生气泡并且被配置成释放所述气泡；和
封罩，所述封罩通过从所述膜束的下部区域延伸到上部区域而大致围绕所述膜束，其中所述封罩被配置成：
保持引入到所述封罩中的所述液体，使得所述液体包围所述膜束，并且
保持引入到所述封罩中的所述气泡，使得所述气泡沿所述膜束的整个长度与所述膜束保持接触。
19.一种操作膜过滤器组件的方法，所述膜过滤器组件具有沿大致垂直取向布置的中空纤维膜，所述中空纤维膜浸没于水箱中的液体中，
所述方法包括：
操作浸没于所述液体中的所述组件，其中所述组件包括：
集管；
含有多个中空纤维膜的膜束，其中每个中空纤维膜的下端被固定在所述集管中；
气化装置，所述气化装置适于周期性地产生气泡并且被配置成在所述膜束内释放所述气泡；和
封罩，所述封罩通过从所述膜束的下部区域延伸到上部区域而大致围绕所述膜束，其中所述封罩被配置成保持引入到所述封罩中的所述液体，使得所述液体包围所述膜束；
向渗透物收集室施加小于所述水箱的环境压力的压力，所述渗透物收集室与所述中空纤维膜流体连通，其中施加所述压力被配置成导致所述液体的一部分作为渗透物经过所述中空纤维膜进入所述渗透物收集室中；
向所述气化装置供应气体流；
其中所述气泡具有对应于所述封罩的横截面积的横截面积，使得当所述气泡沿着所述膜束流动时，所述气泡的所述横截面积大致占据所述封罩的整个横截面积。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括控制所述气体流，使得所述气化装置以每分钟2至70个气泡的速率产生所述气泡。
21.根据权利要求19所述的方法，还包括控制所述气体流，使得所述气化装置以大致规则的间隔产生所述气泡。
22.根据权利要求19所述的方法，其中所述气泡具有在约10平方英寸至约14平方英寸的范围内的横截面积。
23.根据权利要求19所述的方法，还包括向多个气化装置供应所述气体流，其中每个气化装置与一个膜束相关联。
24.根据权利要求19所述的方法，其中在所述膜束内释放所述气泡包括将所述气泡从空气管通过所述集管释放到所述膜束的中心。
25.根据权利要求19所述的方法，其中在处理具有约12.2g/l的MLSS和约120秒的TTF并且温度为约16.5℃的液体介质时，当以30LMH的通量操作并且在每m2膜面积具有约0.088N/m3/hr的曝气空气流量时，所述组件能够具有约0.22mbar/min或更小的平均结垢速率。
26.根据权利要求19所述的方法，其中在处理具有约12.2g/l的MLSS和约120秒的TTF并且温度为约16.5℃的液体介质时，当以60LMH的通量操作并且在每m2膜面积具有约0.088N/m3/hr的曝气空气流量时，所述组件能够具有约5.3mbar/min或更小的平均结垢速率。
27.根据权利要求19所述的方法，其中在处理具有约12.2g/l的MLSS和约120秒的TTF并且温度为约16.5℃的液体介质时，当以30LMH的通量操作并且在每m2膜面积具有约0.215N/m3/hr的曝气空气流量时，所述组件能够具有约0.09mbar/min或更小的平均结垢速率。
28.根据权利要求19所述的方法，其中在处理具有约12.2g/l的MLSS和约120秒的TTF并且温度为约16.5℃的液体介质时，当以60LMH的通量操作并且在每m2膜面积具有约0.215N/m3/hr的曝气空气流量时，所述组件能够具有约0.94mbar/min或更小的平均结垢速率。
29.一种擦洗沿大致垂直取向布置的中空纤维膜的外表面的方法，所述中空纤维膜浸没于水箱中的液体中，所述方法包括：
操作浸没于所述液体中的所述组件，其中所述组件包括：
集管；
含有多个中空纤维膜的膜束，其中每个中空纤维膜的下端被固定在所述集管中；
气化装置，所述气化装置适于周期性地产生气泡并且被配置成在所述膜束内释放所述气泡；和
封罩，所述封罩通过从所述膜束的下部区域延伸到上部区域而大致围绕所述膜束，其中所述封罩被配置成保持引入到所述封罩中的所述液体，使得所述液体包围所述膜束；
向渗透物收集室施加小于所述水箱的环境压力的压力，所述渗透物收集室与所述中空纤维膜流体连通，其中施加所述压力被配置成导致所述液体的一部分作为渗透物经过所述中空纤维膜进入所述渗透物收集室中；
向所述气化装置供应气体流以产生所述气泡；
其中所述封罩导致所述气泡沿所述膜束的整个长度与所述膜束保持接触。
30.一种将中空纤维膜组件除垢的方法，所述方法包括：
暂时终止向所述组件施加真空压力，其中所述膜组件包括：
集管；
含有多个中空纤维膜的膜束，
其中每个中空膜的下端被固定在所述集管中；
气化装置，所述气化装置适于周期性地产生气泡并且被配置成在所述膜束内释放所述气泡；和
封罩，所述封罩通过从所述膜束的下部区域延伸到上部区域而大致围绕所述膜束，其中所述封罩被配置成保持引入到所述封罩中的所述液体，使得所述液体包围所述膜束；
向所述气化装置供应气体流以产生多个气泡，其中所述气泡沿所述膜束的整个长度与所述膜束保持接触；并且
其中所述气泡通过将污泥分解并将其提升到所述封罩的所述顶部之外而对所述中空纤维膜除垢。
31.一种与浸没于液体中的膜过滤器组件一起使用的气化装置，所述气化装置包括：
连接到喷嘴的外部套管，所述外部套管限定主腔室，其中所述主腔室具有开放下端；
管件，所述管件在所述主腔室内延伸，使得所述管件的下端升高到所述外部套管的下端之上；和
在所述主腔室内定位在所述管件外部的桶，其中所述桶的底部位于所述管件的所述下端之下；
其中所述气化装置被配置成当所述主腔室中的一定体积的气体置换了足够体积的液体并且到达所述管件的所述下端时，使气泡向上脉动穿过所述管件进入所述膜过滤器组件的膜束中。
32.根据权利要求31所述的气化装置，其中所述桶为圆筒形，具有封闭的底部和开放的顶部，并且所述桶与所述管件同心地定位。
33.根据权利要求31所述的气化装置，其中所述桶具有封闭的底部和开放的顶部，并且所述桶的内表面从所述顶部到所述底部呈凹形。
34.根据权利要求33所述的气化装置，其中所述桶围绕所述管件延伸约180度。
35.根据权利要求33所述的气化装置，其中所述桶围绕所述管件延伸约100度。
36.根据权利要求33所述的气化装置，其中所述桶围绕所述管件延伸小于180度。
37.根据权利要求33所述的气化装置，其中所述桶围绕所述管件延伸小于约100度。
38.根据权利要求33所述的气化装置，其中所述桶可以附接到所述管件，并且所述桶可以被配置成从所述管件的外表面延伸到所述外部套管的内表面。
39.根据权利要求33所述的气化装置，其中所述凹形内表面被配置成当气泡被脉动时将一块碎片引导向上通过所述管件。
40.根据权利要求33所述的气化装置，其中所述桶包括从所述管件的外表面径向延伸到所述外部套管的内表面的侧壁。
41.根据权利要求33所述的气化装置，其中所述喷嘴以可释放的方式且以可旋转的方式连接到集管的膜束体。
42.根据权利要求31所述的气化装置，其中所述气化装置被配置成以每分钟2至70个气泡的速率脉动所述气泡。
43.根据权利要求40所述的气化装置，其中所述侧壁配置成使所述液体从两个方向流入所述桶中，从而增加所述桶内的所述液体的湍动。
44.根据权利要求40所述的气化装置，其中每个侧壁具有不同的高度，从而使所述液体越过较矮侧壁从第一方向流入所述桶，然后是较高侧壁的第二方向。
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