CN111408280A - 用于支承生物膜的膜片组件 - Google Patents

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Abstract

一种用于支承生物膜的缆线具有多条纱。至少一条纱包括多个中空纤维气体转移膜片。至少一条所述纱沿大体上螺旋形状的所述缆线的长度延伸。可选的是，一条或更多条纱可包括一条或更多条增强丝。在一些实例中，增强纱包绕芯。模块可通过将多条缆线装入至少一个集管来制成。反应器可通过将模块置于供有待处理的水的罐中且将气体供应至模块来制造和操作。在使用中，生物膜覆盖缆线来形成膜片生物膜组件。

Description

用于支承生物膜的膜片组件
技术领域
本说明书涉及废水处理、膜片生物膜反应器，以及用于支承生物膜的可透气膜片的组件。
背景技术
在膜片生物膜反应器(MBfR)中，膜片用于支承生物膜和将气体输送至生物膜。膜片生物膜反应器最近由Martin和Nerenberg在" The membrane biofilm reactor (MBfR)for water and wastewater treatment : Principles, applications, and recentdevelopments"( Bioresour. Technol. 2012)中回顾。膜片曝气生物膜反应器(MABR)是使用含氧气体的MBfR的子集。MABR由Syron和Casey在"Membrane - Aerated Biofilms forHigh Rate Biotreatment : Performance Appraisal, Engineering Principles, Scale- up, and Development Requirements" (Environmental Science and Technology,42(6): 1833- 1844,2008)中回顾。
美国专利号7,169,295描述了一种带具有细中空纤维膜片的模块的膜片支承的生物膜反应器。膜片由成束使用或形成为织物的较密的壁的聚甲基戊烯(PMP)制成。膜片装在模块的集管中，以允许含氧气体供应至中空纤维的内腔。反应器可用于处理废水。机械、化学和生物方法用于控制生物膜的厚度。
发明内容
本说明书描述了一种可用于支承生物膜的组件，作为备选称为缆线。缆线包括多个中空纤维气体转移膜片。该缆线可选地还包括一个或更多个增强丝。
缆线可包括多条纱。至少一条纱包括多个气体转移膜片。至少一条纱沿大体上螺旋形状的缆线的长度延伸。在一些情况中，缆线具有芯和一条或更多条包覆纱。在一些其它情况中，缆线包括一组编织纱。
缆线优选具有大约0.3mm到2.0mm的范围中的外径。气体转移膜片优选具有小于200微米的外径。气体转移膜片的圆周的和优选为可包绕缆线的最小的圆的圆周的至少1.5倍。在使用中，生物膜覆盖缆线，且生物膜的外表面大致为圆形。
模块可通过将多条缆线装入至少一个集管中制成。除集管中之外，缆线大体上独立于彼此。反应器可通过将模块置于适于容纳待处理的水的罐中且提供气体输送系统而制成。用于处理废水的过程包括将水给送至罐且将气体供应至模块的步骤。在使用中，生物膜可覆盖缆线以形成膜片生物膜组件。
缆线、模块、反应器和过程可用于处理水，例如，在MBfR中或以MBfR的方式。
附图说明
图1为缆线的照片。
图2到4为备选缆线的照片。
图5为用于制作缆线的机器的简图。
图6到8为用于制作包括多条缆线的模块的过程的步骤的简图。
图9为包括多条缆线的模块的简图。
图10为包括图9的模块的反应器的简图。
图11到14分别为图1到4的缆线的示图。
具体实施方式
图1到4和图11到14分别示出了包括多条纱8的缆线10。至少一条缆线8包括多个中空纤维气体转移膜片14。作为优选，至少一条纱11包括至少一条增强丝34。
至少一条纱8沿大体上螺旋形状的缆线10的长度延伸，且可称为螺旋纱。作为优选，至少一条螺旋纱8至少部分地包绕缆线10的其它一条或更多条纱的外侧。
在图1到4和图11到14的缆线10中，纱8布置成提供芯12和一个或更多个包覆物18。包覆物18以总是在另一条纱8外侧的螺旋行进。例如，包覆物18可为围绕芯12，或围绕一个或更多个其它包覆物18成螺旋，其它包覆物18围绕芯12成螺旋。唯一的或外包覆物18完全位于缆线10的其它的一条或更多条纱8的外侧。作为备选，螺旋纱8可仅部分地在其它纱或纱8或缆线外侧包覆。例如，两条或更多条螺旋纱8可围绕彼此缠绕，或四条或更多条螺旋纱8可编织在一起来形成没有包覆物18的缆线10。在另一备选方案中，四条或更多条螺旋纱8可围绕芯12编织在一起。
各条缆线10均具有多个中空纤维气体转移膜片14。气体转移膜片14可定位在芯12中，一个或更多个包覆物18中，或另一条纱8中。气体转移膜片14优选以可称为气体转移膜片纱15的多丝纱的形式提供，纱具有多个气体转移膜片。可选的是，缆线还可具有增强纱16。增强纱具有一条或更多条增强丝34。具有多个气体转移膜片14和至少一条增强丝34两者的纱8可称为气体转移膜片纱15和增强纱16两者。
缆线10的外径优选为大约0.3到2.0mm的范围。缆线10的外径可测量为穿过其纵轴线测得的缆线的最大宽度，或测量为缆线10将穿过的最小孔的直径。在这些测量结果中忽略了不规则、缺陷或非重复折曲。
一般而言，芯12提供机械强度，限定缆线10的纵轴线，支承任何包覆物18，且还可包括气体转移膜片14。包覆物18或芯12外的其它纱可完成以下一个或更多个：保护芯12或另一下覆的纱8，包括气体转移膜片14，或有助于缆线10的机械强度。
芯12可由一条或更多条单丝纱或多丝纱制成。多丝纱可包括编织、缠绕或以其它方式组合的丝，或仅成捆或成束集中在一起的丝。多条纱可布置为平行的经纱或缠绕、编织或以其它方式组合。例如，芯12可基本上由以下构成：单条单丝纱；单条多丝纱；或平行布置或缠绕或编织在一起的大约2到6条单丝或多丝纱的组件。缠绕或编织的纱的组件可为优选的，因为组件将比相同外径的单条单丝柔性更大。芯12通常但不一定包括至少一条增强纱16。芯12可选包括一条或更多条气体转移膜片纱15。
包覆物18通常为多丝纱。多丝纱可包括缠绕或以其它方式组合的丝，或仅成捆或成束集中在一起的丝。包覆物18可以以顺时针方向螺旋或逆时针方向螺旋包绕芯12。作为备选，缆线10可具有沿各个方向的至少一个包覆物18，或没有包覆物18。包覆物18可为气体转移膜片纱15、增强纱16或两者。
增强丝34可由任何防水和非生物降解聚合物制成，如，聚乙烯、尼龙或聚酯，优选尼龙或聚酯。增强纱34通常为实心的。气体转移膜片14趋于相对于由普通织物聚合物如尼龙或聚酯制成的增强丝34更贵且较弱。增强纱16可为单丝或多丝纱。在多丝纱的情况中，增强丝34可编织、缠绕或以其它方式组合，或为仅成捆或成束集中在一起的丝。可选的是，纱8可包括与气体转移膜片14混合的一条或更多条增强丝34。
气体转移膜片14优选具有500微米或更小的外径，更优选是200微米或更小，可选100微米或更小。中空纤维的中空面积(意思是纤维的内腔的截面面积作为其总截面面积的百分比)优选至少20%，例如，在20%到50%的范围中。例如，气体转移膜片14可具有大约30到70微米的范围中的外径，以及大约15到50微米的内径。气体转移膜片14的壁厚可为20微米或更小。
气体转移膜片14优选在多丝气体转移膜片纱15中处理。气体转移膜片纱15可具有2到200之间，12到96之间，或10到60之间的气体转移膜片14的独立丝。用作包覆物18的气体转移膜片纱15优选并未紧密缠绕、编织或卷曲，以允许独立的气体转移膜片14在下覆的纱8上扩展。气体转移膜片纱15可由将气体转移膜片14从组合的多个收线轴再卷绕到另一个线轴上来制成。
气体转移膜片纱15可设在芯12中作为中心纱或作为平行于中心增强纱16的包覆物；在一个或更多个包覆物18中；或在另一个螺旋纱8中。为了气体转移效率，期望的是具有在缆线10的外表面附近的气体转移膜片14。然而，气体转移膜片14通常是易碎的，且如果它们形成缆线10的外表面，则它们更可能受破坏。因此，优选的是，增强纱16用作外包覆物18。在此情况中，气体转移膜片纱15可用于芯12中或内包覆物18中。
气体转移膜片14可为多孔的、无孔的或半多孔的。还可使用复合膜片，例如，具有无孔膜片层，以及半多孔或多孔支承层。还可使用不均匀膜片，例如，具有无孔区域和一体的半多孔或多孔区域。
多孔气体转移膜片14可具有达到微滤范围的气孔。通过选择疏水材料或处理中空纤维14来使它们疏水而避免润湿。例如，多孔中心纤维14可使用聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯或聚砜来制成。
包括密集壁气体转移膜片14的无孔气体转移膜片14可由热塑性聚合物制成，例如，聚烯烃，如，聚甲基戊烯(聚(4-甲基戊烯-1)或PMP)、聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)。PMP例如可由Mitsui Petrochemical以商标TPX销售。聚合物可熔纺成中空纤维。如果水并未通过液体的体积流动或对流流动而流过纤维壁，甚至在存在穿过壁的小开口的情况下，在熔纺PMP的情况下通常在4或5埃的范围中，则气体转移膜片14可称为无孔的。然而，氧或其它气体可渗透或行进穿过纤维壁。在密集壁中空纤维14中，气体行进主要通过分子扩散或溶解-扩散，这在纤维壁中的开口大体上小于30埃时发生。可使用通过引用并入的美国专利7, 169,295中所述的气体转移膜片14。
用语多孔已经用于表示具有大于密集壁的开口的任何结构，例如，具有30或40埃或更大的开口，但没有达到足以由对流、泊肃叶流或体积流来润湿或输送液态水。在本说明书中，具有在该尺寸范围中的开口的膜片称为半多孔的。
气体转移膜片14可作为备选通过在纺纱之后机械地或热地处理熔纺热塑性聚合物来制成，以提高其氧透过性，而不会润湿纤维或能够允许液态水的对流。可使用或控制成增大透过率的纺纱或后处理步骤包括纺纱速度或拉延比、淬火条件如温度或空气流速、焊后退火(如果有)、伸展和热定形。所得的纤维可具有密集层，其中开口范围从原聚合物中的开口的尺寸到纤维的内侧、纤维的外侧或两者上的30或40埃，其中纤维地而其余部分为多孔或半多孔的。例如，授予Anazawa等人的1997年5月12日公开的美国专利第4,664,681号在实例4和6中描述了用于熔纺和后处理PE和PP的过程，以产生可接受的纤维，同时其它纤维由PMP或聚甲醛制成。Twarowska - Shmidt等人的Journal of Membrane Science, 137(1997) 55 - 61中的" Melt - spun Asymmetric Poly (4-methyl-1-pentene) HollowFibre Membranes"中所述的过程还产生了可接受的PMP纤维，且可用于产生其它聚烯烃的纤维，如PE或PP。在一个实例中，产生的纤维的平均孔径仅超过40埃。在美国专利第4,664,681号中，膜片是熔纺的，在较弱的冷却下伸展(通过在高牵伸比下产生膜片)，且然后热处理。所得的膜片是不均匀的，包含大致没有气孔的密集层，其具有30埃或更大的直径，以及具有较大气孔的微多孔层。无孔层是纤维的外表面，且所以纤维未润湿。
用于制作气体转移膜片14的另一个备选过程在于通过非溶剂引起的相分离(NIPS)过程来制作具有吸收性子结构的非均匀的外侧密集表皮膜片。通常用于该过程的聚合物是聚砜、醋酸纤维素和聚酰亚胺。制作气体转移膜片14的其它备选方法例如可包括熔喷挤出、闪蒸纺纱和静电纺纱。
大体上，硅橡胶或PDMS具有很高的透氧性，但可不使用许多织物技术来处理，且并非在小直径纤维中可用。PMP具有高于PE或PP的透氧性，但其更昂贵。多孔膜片具有高透氧性，但它们易于在使用中润湿。因此，具有50微米或更小(优选20微米或更小)的壁厚的密集壁聚合物气体转移膜片14，例如，PE、PP和PMP，或并非完全密集壁的而是具有无孔或半多孔层的聚合物膜片是优选的，但不是必需的。
芯12中的纱8可称为包覆物26，不论其是气体转移纱15或是增强纱16。包覆物18优选围绕芯12或另一下覆的纱8施加，带有一些张力以引起其丝在芯12的表面上扩散。包覆可利用1到5之间的节距比(节距除以芯的直径)来完成。包覆可仅沿一个方向，但优选沿两个方向完成。在一个方向上可存在1个或更多(例如，1到3之间)包覆物18。气体转移膜片14优选直接地暴露于芯12的表面12的至少25%上，但氧也可从气体转移膜片14行进穿过下覆的纱8。
缆线10可仅由一组缠绕的纱8构成。然而，仅缠绕的纱8可趋于在使用中部分地解开和分离。因此，优选的是使用缠绕的纱8作为芯12，其中至少一个包覆物18沿与芯12的缠绕相反的方向包绕芯12。编织的芯12更稳定。螺旋纱8可作为外皮绕芯12增加，但包覆物18可以以较快的线速度利用不太复杂的机器制造。使用一个或更多个包覆物18的缆线结构允许增强纱16用作外包覆物18，以有助于保护内部气体转移膜片纱15。
在图1到4和图11到14的实例中，气体转移膜片纱15由48条密集壁PMP中空纤维丝构成。丝具有小于大约70微米的外径和小于20微米的壁厚。增强纱16为单丝纱或多丝纱的聚酯(PET)。
在图1和图11中，第一缆线10a具有由单条单丝增强纱16构成的芯12，以及用作平行于增强纱16的包覆物26的两条多丝气体转移膜片纱15。芯12在各个方向上以1.8的包覆节距来由两个包覆物18覆盖。各个包覆物18为单个多丝气体转移膜片纱15。
在图2和图12中，第二缆线10b具有包括增强纱16和气体转移膜片纱15的芯12。芯12中的这些纱中的各条是解开的多丝纱，作为备选称为束。第二缆线10b也具有两个包覆物18，各个方向上一个。各个包覆物18为解开的多丝增强纱16。
在图3和图13中，第三缆线10c具有包括编织在一起的一组多丝增强纱16的芯12。第三缆线10c也具有包括解开的多丝气体转移膜片纱15的内包覆物18，以及包括解开的多丝增强纱16的外包覆物。
在图4和图14中，第四缆线10c具有包括编织在一起的一组多丝增强纱16的芯12，以及作为平行于增强纱16的包覆物26的解开的多丝气体转移膜片纱15。气体转移膜片纱15与芯12平行，但并未与增强纱16编织在一起。第三缆线10c也具有包括解开的多丝增强纱16的包覆物18。
图5示出了用于制造缆线10的机器20。机器20在机架22上构成，机架22支承不同的构件且将它们对准。一条或更多条经纱26从经轴架24供应至机器20。如其它纺织设备中发现的那样，经轴架24具有静止的筒管架、引导件和张紧装置。经纱26穿过分配器28。分配器28可具有中心开口和围绕中心开口的一个或更多个孔眼。经纱26从经轴架24上的筒管展开，通过辊子定位在分配器28的顶部上，且垂直向下给送穿过分配器28。收线器(未示出)将缆线10向下拉过机器20且拉到筒管上。一条或更多条经纱26形成缆线10的芯12。
一个或更多个锭子30或其它纱包覆装置位于分配器28的下方。各个心轴30载有纱，且在它们穿过锭子30时使纱包绕芯12的一条或更多条经纱26。由于芯12的向下移动，故各条包覆纱形成螺旋包覆物18。机器20还可具有对准引导件(未示出)来保持芯12与心轴30的中心轴线对准，且减小芯12的振动。
适合的锭子30的实例为Oerlikon Textile的Temco™锭子型号MSE150。各个锭子30均具有电动机和中空芯，且保持包覆纱的筒管。锭子30定位成以便其中心轴线与芯12重合。在图2的机器20中，存在两个锭子30，一个顺时针方向旋转，而另一个逆时针方向旋转。锭子30可在达到25,000rpm的可调整速度下旋转，以提供可控的节距。作为备选，旋转经轴架可用于替代锭子30。在旋转的经轴架中，筒管安装在轮上，轮沿一个方向围绕芯12旋转，而不会与其接触。各个筒管优选配备有张力控制。
多条缆线10(例如，100或更多)可大体上以制作浸没中空纤维膜片过滤模块的方式制造成模块。各条缆线10的至少一端装入封装材料块中，如热塑性树脂或热固性树脂，其密封到盘上来形成集管。将使气体转移膜片14的端部对于集管内侧打开，例如，通过在装入之后将它们切开。缆线10的另一端可装入另一个集管中，其中气体转移膜片14的端部打开或闭合、独立地闭合，或循环回且装入第一集管中。集管中的端口允许气体给送至气体转移膜片14的内腔。气体可以以死端方式或以穿过第二集管的排气来给送至气体转移膜片14。
作为一个实例，复合纤维10可根据由GE Water & Process Technologies出售的ZeeWeed 500™浸没膜片过滤单元的构造来组装到模块和盒中。缆线10的片制备有大体上在片中均匀间隔开的复合纤维10。多个片堆叠在彼此上，以形成具有与彼此间隔开的相邻片的束。束被装入。在封装材料固化之后，其被切割来露出气体转移膜片的开口端，且密封到集管盘上。若干此类模块可附接到公共的机架上，其中它们的端口管接在一起来形成盒。美国专利7,169,295、美国专利7,300,571、7303676、美国公开案2003/01737006A1和国际公开号WO02/094421中描述了可用于或适于制作模块的各种有用的技术，它们所有都通过引用并入。作为备选，可使用用于制作中空纤维膜片模块的其它已知的技术。
查看图6，多条缆线10或波状的缆线10在平的夹具或鼓上展开，以在片38中提供一组大体上平行的缆线10节段。缆线10的节段可在片38中保持与彼此均匀间隔开，例如，通过织造丝40或一条热容粘合剂42。当使用缆线10的节段时，缆线10的端部可密封，例如，通过用熨斗或加热刀具沿密封线44将它们熔合。多个片38可堆叠在彼此的顶部上，优选具有由隔离物分开的相邻片38的端部。一组片38的端部浸入填充有封装树脂48的封装模具46中。例如，封装树脂48可为配成渗透到纱8中来围绕缆线10的各种丝密封的聚氨基甲酸酯树脂。
参看图7，一组片38在封装树脂48固化之后从封装模具46除去。为了露出气体转移膜片14的开口端，封装树脂48沿切割线50切穿。一组片38的另一端可以以相同方式封装。可选的是，封装树脂48块中的一个或更多个可切割成露出气体转移膜片14的开口端。
查看图8，集管60通过将封装树脂48的块密封到集管盘52来形成。集管盘52可由模制塑料制成，且具有出口54。封装树脂48的块可通过封装树脂48的圆周与集管盘52之间的粘合剂或垫圈56保持在集管盘52中。可选的是，第二封装材料58可倒到封装树脂48上。第二封装材料可进一步将缆线10或封装树脂48密封到集管盘52上，或可在它们离开集管60的位置缓冲缆线10。类似的集管600可在一组片38的另一端处产生。
参看图9，模块66具有两个集管60，其中缆线10在它们之间延伸。集管60优选对准地对准，且由机架62保持分开。集管60的相对面之间的缆线10的长度可略大于集管60的相对面之间的距离。在此情况中，缆线10具有一些松弛，且可摇摆。缆线10优选并未在集管60之间连接到彼此上。尽管一条缆线10可在其摇摆时接触另一条，但缆线10的移动大体上独立于其它缆线10。多个模块60可保持在公共机架62中。机架62还可将曝气器68保持在模块66的底部附近。
在用于废水处理时，缆线10浸没在生物反应器中，且气体(例如，空气、氧、氢或另一气体)给送穿过气体转移膜片14的内腔。生物膜形成在缆线10的外表面上，且通过填充丝之间的间隙来锚定其自身。所得的膜片生物膜组件具有大体上圆形截面。膜片生物膜组件的截面具有大约0.5到3mm的直径，假定了生物膜形成延伸超过芯12的外径不大于0.5mm的膜。更典型的生物膜厚度在0.05到0.2mm的范围中。气体转移膜片14的圆周的和乘以缆线的长度近似活性气体转移表面面积，而生物膜外的圆周乘以缆线10的长度给出了生物膜面积。气体转移膜片14的圆周的和优选为具有缆线10的外径的圆周的至少1.5倍。气体转移膜片14的圆周的和还优选为在使用时的附接的生物膜的圆周的至少1.5倍。
缆线10的模块可通过将它们以类似于ZeeWeed 500浸没中空纤维过滤膜片的使用的方式浸没在开口罐中来配置在膜片生物膜反应器(MBfR)中。尽管缆线10将用于支持和输送气体至生物膜且不用于过滤，但可改变ZeeWeed 500系统的各种系统设计和操作特征。如上文所述，缆线10可以以它们之间整齐的间距封装。具有两个集管的模块构造可使用，但改变为使用用于引入新鲜气体的各个元件的一个集管，以及用于排出排气的一个集管。ZeeWeed盒框架可用于便于配置多个模块，其中缆线10垂直地定向在开口罐中。通过在模块的底部下方或附近产生的气泡的气体喷射可以以较低速率提供来更新围绕缆线10的液体。以较高速率的气体喷射可用于有助于通过气泡、气泡尾迹或作用于生物膜上的气泡压力的直接作用，或通过引起以集管之间的松弛来安装缆线10来在水中摇摆而产生湍流或缆线10之间的接触来来控制生物膜的厚度。可选的是，从缆线排出的气体可再循环来用于气体喷射。
参看图10，模块66浸没在罐70中。罐70从入口72填充待处理的水。处理的水经由出口74除去。可选的是，水可从出口74再循环至入口72，以提供水穿过模块66的流动，混合罐70，或保持罐70中的期望状态。通过过程气体风机76，空气或另一气体吹入或吹离模块66。在所示的实例中，气体吹入一个集管60中，行进穿过缆线10，且从其它集管60排出。减压阀78可用于增大缆线10中的气体压力。在混合罐70或控制缆线10上的生物膜的厚度需要时，喷射气体风机80将空气或来自模块66的再循环排出气体或两者吹送至曝气器68。
可选的是，曝气器68可包括供应管82和换能器84。换能器84将从供应管排出的气体集中在壳86下方的凹穴中。气体凹穴随气体如图所示累积在壳86的头两个隔间(从壳86的左侧算起)中而增大。当气体的凹穴延伸到J形管的底部时，如壳86的第三隔间中那样，气体经由如壳86的最后隔间中所示的J形管释放。以此方式，气泡的较大爆发定期释放，而不需要大量气体连续地泵送到罐70中。过多的冲洗气体消耗能量，且可干扰罐70中的期望的缺氧或无氧状态。气泡的定期较大爆发可变得对于更新缆线10周围的水或从缆线10除去生物膜比作为气泡的连续流供应的相同量的气体更有效。
在一些现有的MBfRs中，硅橡胶或聚二甲硅氧烷(PDMS)涂布在平基底上，以制作出平片膜片。尽管硅和PDMS是高透氧的，但此平片膜片可提供仅为大约1的用于氧转移的表面面积与生物膜表面面积比。此外，利用合理较大的片，很难沿片的边缘更新待处理的水或从片的边缘除去过多的生物膜。因此，片通常通过较大的间距来分离，且罐中的总生物膜面积可很小。
在美国专利号7, 169,295中，膜片支承的生物膜反应器具有以细中空纤维膜片制成的模块。细中空纤维具有薄壁，其即使在使用热纺聚合物时也允许了良好的气体转移效率。然而，细中空吸纳为也容易受损。尽管在一些应用中有用，但US7, 169,295中描述的束模块具有松弛且露出的中空纤维，其易于破坏且在其它应用中由生物膜聚集在一起。US7,169,295中描述的片模块回弹性更大，且可提供大于1的用于氧转移的表面面积与生物膜表面面积比。然而，类似于硅平片模块，这些片模块仍经历总的生物膜面积限制。
上文所述的缆线10提供了有用的备选气体转移模块构造。使用细中空纤维气体转移膜片14即使在使用熔纺聚合物和大于1的用于氧转移的表面面积与生物膜表面面积比时也允许良好的气体转移效率。细中心纤维膜片不是松弛和露出的。由于缆线10可大体上独立地移动，且不会形成实心片，故用于冲洗生物膜以控制器厚度的新鲜液体和气泡可到达位于模块内部中的缆线10。缆线10的移动或缆线10之间的接触也可有助于控制生物膜厚度。此外，总生物膜表面面积可相对于片形模块增大。
在计算的实例中，缆线10包括芯12和两个包覆物18，气体转移膜片纱15的各个方向上一个。缆线的外径为1mm。包覆节距为5个芯直径，导致包覆物18螺线长度为缆线长度的1.18倍。在每米缆线10长度上，缆线10具有57米的70微米外径PMP气体转移膜片14。每单位长度的缆线的气体转移膜片的表面面积为基于1mm圆的圆周计算的缆线的外表面面积的3.04倍。
缆线10上的生物膜认作是具有0.2mm的厚度，给定了1.4的膜片生物膜组件直径。缆线10以其外表面之间0.7mm间隙来成直线网格装入模块中。在附接生物膜的情况下，线中的相邻缆线之间的间隙为0.4mm。使用ZeeWeed模块模制，模块66具有16排的各排340条缆线，或5440条缆线10。各条缆线的露出的长度为1.9m，给出了45.5平方米的每个模块的生物膜面积。使用ZeeWeed框架，具有3.7平方米覆盖面积和2.5米高度的盒具有64个模块66和2910平方米的总生物表面面积。生物膜表面面积为每平方米盒体积是315平方米，且每平面米的盒覆盖面积是786平方米。
相比之下，以类似的气体转移膜片14制造的可比较的片形模块可具有1mm厚的织物，其具有与3.34的生物膜表面面积相似的气体转移表面面积。片制造成具有水平地并排的垂直集管的模块。模块为2mm长，具有1.8m的露出膜片长度。片和模块为1m高。模块为0.3m宽，且可在1.5m深的罐中操作。相邻片之间的中心到中心的间距为8mm。生物膜表面面积为每平方米盒体积是250平方米，且每平面米的盒覆盖面积是250平方米。
如以上比较所示，缆线10模块可具有比片形模块更多的每单位体积模块的生物膜面积。此外，依靠气泡用于液体再生或冲洗的高片模块在过滤膜片的背景中已知，以易于烟囱效应，由此气泡和液流在片的垂直中线附近集中。这限制了片模块的高度。预计的上，缆线10模块可较高，而没有类似的烟囱效应，这允许罐覆盖面积和每单位生物膜面积的地面消耗的附加减小。
本书面描述使用了实例来公开发明，且使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它实例。

Claims (36)

1.一种用于支承生物膜的缆线，包括：
多条纱，
其中，
至少一条所述纱包括多个中空纤维气体转移膜片；以及
至少一条所述纱大体上以螺旋形状沿所述缆线的长度延伸；
其中，所述多条纱构造成提供大体上平行于所述缆线的纵轴线沿所述缆线的长度延伸的芯,以及方向各异地螺旋绕所述芯的两个包覆物，所述芯包括多丝增强纱和多丝气体转移膜片纱，其中每个包覆物包括多丝增强纱。
2.根据权利要求1所述的缆线，其特征在于，所述芯还包括以顺时针螺旋包绕所述芯的增强纱的增强纱和以逆时针螺旋包绕所述芯的增强纱的增强纱。
3.根据权利要求1或2所述的缆线，其特征在于，所述螺旋纱至少间断地包绕其余的一条或多条纱的外侧。
4.根据权利要求1或2所述的缆线，其特征在于，所述螺旋纱连续地包绕其余的一条或多条纱的外侧。
5.根据权利要求4所述的缆线，其特征在于，外侧包覆的所述纱基本上由一条或多条增强丝构成。
6.根据权利要求1或2所述的缆线，其特征在于，所述至少一条螺旋纱与其余的一条或多条纱编织或缠绕。
7.根据权利要求6所述的缆线，其特征在于，所述至少一条螺旋纱与多条其它纱编织。
8.根据权利要求1或2所述的缆线，其特征在于，所述缆线具有在0.3毫米和2.0毫米之间的外径。
9.根据权利要求1或2所述的缆线，其特征在于，所述气体转移膜片具有200微米或更小的外径。
10.根据权利要求1或2所述的缆线，其特征在于，至少一些所述中空纤维包括无孔或半多孔的层或区域。
11.根据权利要求1或2所述的缆线，其特征在于，至少一些所述中空纤维具有50微米或更小的壁厚。
12.根据权利要求1或2所述的缆线，其特征在于，所述气体转移膜片的圆周的和为具有所述缆线的外径的圆的圆周的至少1.5倍。
13.根据权利要求1或2所述的缆线，其特征在于，所述芯的多丝增强纱是解开的多丝增强纱，并且所述芯的多丝气体转移膜片纱是解开的多丝气体转移膜片纱。
14.根据权利要求1或2所述的缆线，其特征在于，所述包覆物的多丝增强纱是解开的多丝增强纱。
15.根据权利要求1或2所述的缆线，其特征在于，所述芯的多丝增强纱沿着所述芯的长度具有大约一致的横截面区域。
16.根据权利要求1或2所述的缆线，其特征在于，所述多丝气体转移膜片纱的丝与所述多丝气体转移膜片纱的相邻的丝接触。
17.根据权利要求1或2所述的缆线，其特征在于，所述芯的多丝增强纱是解开的多丝增强纱，并且所述芯的多丝气体转移膜片纱是解开的多丝气体转移膜片纱，并且其中，所述包覆物的多丝增强纱是解开的多丝增强纱，并且其中，所述多丝气体转移膜片纱的丝与所述多丝气体转移膜片纱的相邻的丝接触。
18.一种模块，包括
a) 至少一个集管；以及
b) 各包括多条纱的多个大体上独立的缆线，其中，至少一条所述纱包括装入在所述集管中的中空纤维气体转移膜片，
其中
c) 所述集管具有腔和向所述腔开口的端口；以及
d) 所述缆线从所述集管延伸，所述气体转移膜片的开口端的外表面密封至所述集管，且所述气体转移膜片的内腔经由所述腔与所述端口连通。
19.根据权利要求18所述的模块，其特征在于，所述缆线具有沿其长度的大体上一致的外径。
20.根据权利要求18或权利要求19所述的模块，其特征在于，所述模块包括根据权利要求1或2所述的缆线。
21.一种反应器，包括：
a) 罐；
b) 根据权利要求18或19所述的模块，其位于所述罐中且具有与所述气体转移膜片的内腔连通的端口；以及
c) 构造成提供气体至所述端口的气体输送系统。
22.一种用于处理废水的工艺，包括以下步骤：
a) 提供根据权利要求21所述的反应器；
b) 将水给送至所述罐；以及
c) 将气体供应至所述模块。
23.根据权利要求22所述的工艺，其特征在于，所述工艺还包括保持覆盖复合纤维的生物膜的步骤。
24.根据权利要求23所述的工艺，其特征在于，所述生物膜大体上保持在小于相邻缆线之间的间距的一半的厚度。
25.一种设备，包括：
a) 气体转移膜片，其为根据权利要求1或2所述的缆线的一部分，其中，所述气体转移膜片具有第一端和与所述第一端相对的第二端；
b) 与所述气体转移膜片的所述第一端流体连通的气源；以及
c) 与所述气体转移膜片的所述第二端流体连通的曝气器。
26.根据权利要求25所述的设备，其特征在于，所述设备包括连接到所述气体转移膜片的所述第一端上的加压气体输送系统。
27.根据权利要求25所述的设备，其特征在于，所述气体转移膜片竖直地定向在模块中，且所述曝气器位于所述模块下方。
28.根据权利要求25所述的设备，其特征在于，所述曝气器包括适于用连续的供气产生气泡破裂的换能器。
29.一种工艺，包括以下步骤：
a) 将气体转移膜片浸没在水中，其中，所述气体转移膜片为根据权利要求1或2所述的缆线的一部分；
b) 使气体流入所述气体转移膜片中；
c) 从所述气体转移膜片取得排出气体；以及
d) 产生包括在步骤c)中取得的所述排出气体的气泡。
30.根据权利要求29所述的工艺，其特征在于，所述工艺还包括在所述气体转移膜片上支承生物膜和将氧转移到所述生物膜。
31.根据权利要求29所述的工艺，其特征在于，所述气体转移膜片竖直地定向，且所述气泡在所述气体转移膜片的底部下方或附近产生。
32.根据权利要求29所述的工艺，其特征在于，所述气泡还包括环境空气。
33.根据权利要求29所述的工艺，其特征在于，所述气泡以较低速率提供以更新所述气体转移膜片周围的液体，且以较高速率提供来帮助控制生物膜厚度。
34.根据权利要求29所述的工艺，其特征在于，所述气泡间断地提供。
35.一种系统，包括：
a) 罐；
b) 浸没在所述罐中的多个气体转移膜片；
c) 连接到所述气体转移膜片上的气体输送系统；以及
d) 浸没在所述罐中的曝气器，其中所述曝气器包括适于用连续的供气产生气泡破裂的换能器。
36.根据权利要求35所述的系统，其特征在于，所述多个气体转移膜片中的每一个为根据权利要求1或2所述的缆线的一部分。
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