CN1890015A - 具有平行地可通流的过滤模块的膜过滤设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种膜过滤设备,它由至少一个容器组成,在该容器里布置了多个平行地可流过的、单个可以从膜过滤设备里去除的通气过滤模块(7),其中一个过滤模块包括有多个同样的膜单元。创新之处在于:容器通过垂直于过滤模块(7)的通流方向布置的底部分成多个空腔,其中多个过滤模块(7)的至少一个空腔(3;9;13;14)用于共同输入所要过滤的悬浮液、用于共同输出滞留物或者用于共同输出渗透物。因此就可以使过滤模块(7)实现紧凑的布置,因为单个过滤模块的用于排放渗透物 和/或滞留物和/或用于输入所要过滤的悬浮液(进料)的套管可以取消。

Description

具有平行地可通流的过滤模块的膜过滤设备
本发明涉及一种按照权利要求1的前部分所述的膜过滤设备的方法。
由本申请人的WO 02/26363已知了一种具有一过滤模块的膜过滤设备,在该过滤模块前设有一个介质可通流的气体处理单元,其中将所要清洗的悬浮液通过一个通流管输给该过滤模块。为了相互并联地驱动多个这样的过滤模块,例如可参见JP 2002-210336A(Toray lndlnc(托瑞工业公司)),必须对单个过滤模块配有相应的套管,例如从单个过滤模块排放滞留物或者所获得的渗透物,或者输入所要过滤的悬浮液。这种套管的缺点在于:它需要占用许多位置,并因此对于一定的面积来说过滤模块的数量受到限制。
因此本发明的任务是设计提出一种膜过滤设备,在这种膜过滤设备中避免了已知装置的缺点,尤其是可以使过滤模块能够紧凑地布置。
该任务通过按权利要求1所述的一种膜过滤设备来解决。
由于不需要套管来排放渗透物和/或滞留物和/或来输入所要过滤的悬浮液(进料),这是因为没有套管的话就使渗透物流出到过滤模块的中间腔里并从那里抽吸掉,和/或将进料从进料腔直接泵送至过滤模块,和/或使滞留物直接从过滤模块流出到一个滞留物腔,因此可以使过滤模块压挤得更紧。
作为膜单元尤其是膜管、枕形膜、中空纤维膜或平板膜在考虑之列。
为了易于将所要过滤的悬浮液引向过滤模块,可以规定设有一个进料腔,它至少包围所有过滤模块的进口侧的端面并与单个过滤模块相连用于输入所要过滤的悬浮液。
为了易于引出滞留物,可以规定设有一个滞留物腔,它至少包围所有过滤模块的排出侧的端面,并与单个过滤模块连接用于引出滞留物。
进料腔应该均匀地装以悬浮液,这可以按如下方法来达到:在进料腔之前设有一个用于缓冲和稳定液流的前室(进料分配腔),它至少局部地围绕进料腔导向,其中沿着进料腔可以使所要过滤的悬浮液从输入管道进入到进料腔里。这可以通过一个在进料腔下面部位里的在进料腔的圆周方向上贯穿的进料分配孔来实现。
若是膜过滤设备的一种干式布置,那么应将滞留物从滞留物腔里均匀地排出,这可以通过如下方法来实现:滞留物腔至少有一个排出管路。
如果膜过滤设备直接置于所要过滤的悬浮液里,那就不需要滞留物腔。滞留物在离开过滤模块之后与包围它的悬浮液混合。
为了在膜单元、例如膜管子里产生一种湍流,可以在进料腔里设有通气元件,它们用气泡使所要过滤的悬浮液在进入到过滤模块中之前进行浓缩。
为了能使沉淀的杂质从膜过滤设备的进料腔里除去,有利的是:设有一个排放装置、例如在进料分配腔里的一个排放管。
通过本发明可以保证过滤设备的很大程度上不受限制的运行以及最佳的过滤能力和高的效率。
本发明借助于举例和概略表示一种按照本发明的膜过滤设备的附图1和2在以下的说明中来叙述。附图所示为:
图1:具有滞留物腔的一种膜过滤设备(对干式安装);
图2:没有滞留物腔的一种膜过滤设备(对浸入式安装)。
由图1可见,在流动方向上被介质流过的过滤模块7平行并垂直地布置在相对于进料侧密封的渗透物腔9里。该密封的渗透物腔9在内部形成一个共同的用于过滤模块7的渗透物腔,它通过渗透物管路1与渗透物抽吸泵或者与一个渗透物反冲洗管路相连。向外,向着要过滤的悬浮液,渗透物腔9只是通过过滤模块7的膜表面连通。
为了均匀地将所要过滤的悬浮液供料给大量平行的过滤模块7,必需有一种尽可能层状的流动。一个分配腔室(进料分配腔)12使所要过滤的悬浮液经过一个布置在靠近底部的进料分配孔14引入到进料腔13里,这样该分配腔室可以使所有过滤模块7实现均匀的流动。
对于过滤来说有利的通气通过置于进料腔13里的通气元件15在过滤模块之下来实现。为此可以应用所示的通气管,但也可以应用其它的通气元件。
为了保证气体和悬浮液在过滤模块7的所有小膜管上均匀地分布,必须将所要过滤的悬浮液与气相进行混合,以确保在膜模块8的整个流动管横断面上最佳地分布,从而在每个过滤模块7里实现一种充分的和相同的湍流。通过通气而引起了所谓气压千斤顶效应(Mammut-pumpeneffekt),它对于强制溢流提供支持并因此节省了能源费用。通气元件15应在所要通气的介质中产生一种中等气泡的通气。那么例如对于具有直径为5mm管形的管状膜的过滤模块7来说力求使气泡大小达到大约5mm。一种过滤模块7的举例来说的使用可以是一种直径为20cm、长度为3m管子状管模块。大约600个直径为5mm的管状膜借助于在头部和底部上的树脂注入到一个压力外罩里。进料腔13和渗透物腔9因此压力密封地相互隔开。通过渗透物腔9使所有的膜管相互连通。通过过滤模块7的压力外罩里的开孔可以将渗透物从渗透物腔9里排出或者说进行反冲。
在流过膜之后,滞留物到达一滞留物腔3。该腔包围住膜过滤设备的头部并用滞留物封盖2封住。在进料分配腔12的一个尽可能深的位置上设有一个排放管16用于将膜过滤设备排空。但排放管16也可以设置在进料腔13里。
只有通过完全均匀地对膜模块的进料侧加载,才能确保长期可靠的运行方式。不充分供给横流(沉积物和/或空气)的过滤模块倾向于在膜表面上过分地形成过滤结块构造。这种过滤结块在最糟糕的情况下可以完全堵塞小膜管-其后果是膜面积的不可逆的损失。
杂质排放:
在过滤设备中往往由于头发、纤维或者其它杂质的堵塞而发生运行故障。通过横流,这些堵塞物就在具有最小通径大小的地方沉淀下来。因为这在多数的设备配置中表示过滤模块7的进料通道,因此在那里造成了杂质的堆积。由于湍流形成了越来越大的聚集物。这种在反冲的同时使悬浮液从整个膜过滤设备里受控制地排出使得此处可能提出了一种可靠的补救办法,因为杂质聚集物就从膜过滤设备里被排出。对于杂质含量高的悬浮液来说有利的是,将从排放管16里排放出的悬浮液通过一个外部的筛子清除杂质,并紧接着又返回到过滤循环回路中去。
膜过滤设备的浸入变型方案:
全部膜过滤设备可以布置在干处、也就是在过滤池之外。然而如在图2中表示的那样,因为膜过滤设备向外封闭住,所以也可以是一种浸入的变型方案。进料泵在这种情况下直接从悬浮液容器中运送至进料分配腔12里。滞留物腔3在浸入式实施方式中是真正已废弃的。滞留物在离开过滤模块之后与悬浮液混合。只是如果是化学清洗、排除了悬浮液(见化学清洗),那么可能必需有一个可截止的渗透物腔3。另一种将悬浮液容器和滞留物腔液力分离的方法是降低悬浮液容器的液面水平。这可以通过借助于过滤单元稍微浓缩一下悬浮液来达到。
多个膜过滤设备可以并排无连接地布置,或者也可以相互连接,其方法是这些设备例如具有一个共同的渗透物缓冲箱。
过滤模块的维护
在较长的时间间隔里,必需要对过滤模块7进行更换或者维护。为此目的进料腔13和滞留物腔3通过凸缘5和凸缘11与膜部分连接。通过打开这种连接就可以对膜模块8进行维护或者更换。
生产阶段:
在过滤时一个未表示出的悬浮液泵和一个未示出的鼓风器(通过通气装置15)就在过滤模块7里的膜表面上产生一种横流,以便通过过滤结块来控制覆盖层结构。渗透物抽吸泵将渗透物通过膜送入一个渗透物缓冲箱。这种生产状态或者在规定的周期时间段内、或者由于超出了规定的传送膜压力极限而通过清洗措施被中断。
反冲阶段和清洗阶段
可以有多种具有不同优点的方法用来清洗膜过滤设备。
可以很方便实施的第一方法的特征在于:为了在周期时间段内清洗膜过滤设备,使渗透物反向于生产方向通过渗透物管路1和膜表面进行反冲洗。
结合气体处理单元可以转换成另一种很有利的清洗方法,其方法是:为了对膜过滤设备进行清洗,使至少一个有节拍的空气喷射经过压力管(空气脉冲管)17进入到过滤模块1里,并使可能同时已经获得的渗透物反向于生产方向通过渗透物管路1和膜表面进行反冲。因此就实现了对膜管的完全特别彻底的冲洗。
特别有利的是可以结合各种方法的优点,其方法是应用各种不同的清洗方法的组合来清洗膜过滤设备。
在以下所述的用于分离杂质的方法中,使排放管16里的截止装置打开,并使一个排放泵工作。如果在排放阶段悬浮液泵不运转,那就可以有利地分离杂质。因此也可以将那些否则的话通过悬浮液流压紧力而附着留在过滤模块7的进口处的颗粒从给料腔13里排出。通过同时对过滤模块7的反冲就得出一种特别有效地去处杂质的方法。渗透物在过滤模块7的进料腔里受重力驱动地流入到进料腔13里,并附带地清洗掉可能有的杂质。
对于在膜过滤设备中的膜的另一种清洗方式、也就是化学清洗是特别有效的,如果排除了所要过滤的悬浮液的话。为此将输入通道10的截止装置和排放通道6的截止装置都关闭,并借助于泵和置于靠近底部的排放管16将所要过滤的悬浮液从膜过滤设备的进料腔13里除去。一个冲洗步骤通过由渗透物经过渗透物管路1的反冲而开始,并通过用过滤空气连续地进行气体处理(压力管和通气装置15)而特别有利地进行,该冲洗步骤用于保证膜表面的首次预清洗。脏的冲洗水必须排走。接着使膜过滤设备重新加料,其中用一个计量泵给已反冲的渗透物添加一种或多种化学冲洗溶液。通过用过滤空气的通气以及遵守一定的反应时间和反应温度来使膜实现一种有效的再生。
采用各种不同的工艺技术、如渗透物反冲或者空气脉动进入到进料腔13里、或者进料管路(=输入悬浮液的通流管),就可以阻止膜管被阻塞。但一般来说,对平行的过滤模块供应进料沉积物和过滤空气越均匀,过程就越稳定。
用冲洗空气气体处理:
必要的湍流按照本发明通过一种循环泵(悬浮液泵)来产生,它使所要过滤的悬浮液抽吸通过过滤模块7,并附带地通过气体处理提高该湍流,这对于一种这样的模过滤设备的经济性产生效果,因为这样减小了循环泵的所需的能量投入,其中使气体刚好在进入过滤模块之前就进入到悬浮液中。作为附加作用可以通过将空气鼓入到进料通道里,由于在膜管里细小的气泡形状和高的湍流就可以用氧气实现对所要过滤的悬浮液的浓缩,因此若是活性淤泥就可以使一部分对于碳-或者氮的呼吸反正必需要的氧气量通过过滤而加上。
本方法规定了使悬浮液这样进行气体处理,使过滤模块进出口之间的压差Δp在考虑到悬浮液在过滤模块里的液柱的静压之后减小或者等于零。因此就可以这样来调整在膜管里的流动,从而在膜管里实现一种理想的或者至少是改善的压力分布曲线,这既提高了效率,也提高了生产可靠性。本方法的原理已经在WO 02/26363中作了叙述。
膜过滤模块:
原则上可以使用所有具有“内-外过滤”的过滤模块(所要过滤的液体流过一个规定的进料通道,该通道被一个膜包围住),例如象在所述的膜过滤设备中的管状模块或枕形模块。举例来说的一种过滤模块的应用可以是如上所述一种管形管状模块,其直径为20cm,长度为3m。大约600个直径为大约5mm的管状膜借助于在头部和底部的树脂在一个压力外罩里注入。进料腔和渗透物腔因此压力密封地相互隔开。通过渗透物腔使所有的膜管相互连通。通过压力外罩里的开孔可以使渗透物从渗透物腔里排出或者说反冲。
管状模块的压力外罩对于在所述的膜过滤设备中的应用来说真正是过时的,因为这已被用于所有模块的公共的渗透物腔取代了。如果管状膜的膜材料是有限地机械稳定的话,那么在支承、装配或拆卸时就可能容易产生损伤。在这种情况下、或者说如果由于仅仅提供具有集成的压力外罩的管模块而不能将它们略去的话,那么压力外罩对于过程来说至少并没有阻碍。根据渗透物的量或者反冲的量的多少甚至可能合理的是:使管状膜的压力外罩将象导流壁那样阻止过分的局部地流过膜。如果渗透物腔通过只有一个渗透物管路进行排放或者加料、并且在渗透物腔的进入点处出现高速的流动并出现与之相关的液体摩擦损失的话,其后果就是过分地取走渗透液或者说反冲。
但也可以使用具有外-内过滤模块的过滤模块(将膜浸入到所要过滤的液体里并将渗透物由中空纤维或袋槽里排放出),只要这些过滤模块能装入到通流管里的话。另外必须提出用于共同的供给进料和空气进料的装置、以及一个连接的渗透物腔。
按照本发明的膜过滤设备相比于通常的要求来说具有如下优点:
·大量直立的通气的过滤模块可以没有堵塞倾向地、并因此没有与之相关的运行故障地而平行地运行。
·用气泡来混合进料流的通气装置可以为大量的过滤模块实现均匀的供料。
·随同所要过滤的悬浮液进行过滤的杂质根据膜过滤模块的液力条件和配置或者可以直接沉积下来,或者通过累积结合成较大的单元。其本身不能够用费事的预清洗方法而完全被抑制的特殊的纤维在过滤阶段就导致运行故障。在膜过滤设备最低位置上的排放管可以在这种沉积时正好使沉积物排出。膜面积的不可逆的损失就可以避免,并因此可以确保对于所有膜过滤模块的均匀流动。
·膜必须在不同的间隔内进行化学清洗。最有效的清洗就是将化学清洗剂施加给整个膜表面,无论是进料侧还是渗透物侧。为此更有利地应该将所要过滤的液体从膜过滤设备里除去。用此处所述的发明可以通过截止装置使它与具有所要过滤的悬浮液的接受箱(Vorlage-tank)分离开。借助于排空泵使整个装置完全地排空,用渗透物冲洗并接着用适合的化学清洗方法进行清洗。紧凑的膜过滤设备具有一个相对来说小的进料侧的和渗透物侧的容积,因此相对于传统的过滤装置来说就可以减小对化学清洗剂的耗用。
·紧凑的膜过滤设备可以即使在位置很少的情况下实现安装。
·膜过滤设备既可以干式地也可以浸入地安装在要过滤的液里。
·紧凑的膜过滤设备由于其尺寸大小是可以容易运输的,并且可以预装在车间里,装配和运输费用也较小。
·膜过滤设备的紧凑布置对于进料管路、渗透物管路和空气管路来说所需的管子和配件材料较少,而且因此投资成本也小于传统的过滤装置。
                附图标记列表
1.渗透物管路               10.进料管路
2.滞留物盖                 11.进料腔/膜模块的凸缘
3.滞留物腔                 12.进料分配腔
4.过滤模块的端面           13.进料腔
5.滞留物腔/膜模块的凸缘    14.进料分配孔
6.滞留物管路               15.通气装置
7.过滤模块                 16.排放装置
8.膜模块                   17.空气脉冲管路
9.渗透物腔

Claims (13)

1.包括至少一个容器的膜过滤设备,在该容器里布置了多个平行地可通流的、单个可以从膜过滤设备里去除的、通气的过滤模块(7),其中一个过滤模块包括多个相同的膜单元,其特征在于,容器通过垂直于过滤模块(7)的通流方向布置的板分成多个空腔,其中至少一个空腔(3;9;13;14)用于将所要过滤的悬浮液共同输给多个过滤模块(7)、用于共同输出滞留物(6)或者用于共同输出渗透物(1)。
2.按权利要求1所述的设备,其特征在于,在容器里设有一个包围住过滤模块(7)的渗透物腔(9),它既相对于所要过滤的悬浮液、又相对于滞留物(6)来说是关闭的,并且过滤模块的结构应使渗透物(1)流出到渗透物腔(9)里。
3.按照权利要求1或2所述的设备,其特征在于,设有一个进料腔(13),它至少包围所有过滤模块(7)的进口侧端面并与单个过滤模块(7)相连接用于引入所要过滤的悬浮液。
4.按照权利要求1至3中之一所述的设备,其特征在于,设有一个滞留物腔(3),它至少包围所有过滤模块(7)的出口侧端面(4),并与单个过滤模块(7)相连用于排出滞留物。
5.按权利要求1至4中之一所述的设备,其特征在于,进料腔(13)至少具有一个进料分配腔(12),它至少部分地在进料腔周围引导。
6.按权利要求5所述的设备,其特征在于,所要过滤的悬浮液可以从一个进料分配孔(14)进入到进料腔(13)中。
7.按权利要求1至6中之一所述的设备,其特征在于,在进料腔(13)里设有一个可以被所要过滤的悬浮液环流的通气装置(15)。
8.按权利要求1至7中之一所述的设备,其特征在于,在进料分配腔(12)里设有一个排出装置(16)用于排空过滤装置或者用于去除杂质。
9.按权利要求1至8中之一所述的设备,其特征在于,在进料腔(13)里设有一个空气脉动管路(17),用它可以将空气脉动输入到进料腔中。
10.使一个按权利要求1至9中之一所述的膜过滤设备运行的方法,其特征在于,由于气体处理而达到的在过滤模块(7)里悬浮液液柱重量的减小弥补了由于液流的摩擦损失所引起的在膜过滤模块的进出口之间的压力差。
11.对按权利要求1至9中之一所述的膜过滤设备进行清洗的方法,其特征在于,为了清洗膜过滤设备,在周期的时间段内使渗透物反向于生产方向通过过滤模块(7)的膜表面进行反冲。
12.按权利要求10所述的方法,其特征在于,为了清洗膜过滤设备,使有节拍的空气腔冲通过一个空气脉动管路(17)进入进料腔(13),并因此继续进入过滤模块(7)里。
13.按权利要求11或12所述的方法,其特征在于,将所要过滤的悬浮液从膜过滤设备的进料腔(13)里除去;使渗透物通过过滤模块(7)进行反冲,并通过通气装置(15)通气,和/或掺入一种或多种化学清洗溶液;并且将污染的冲洗水泵送出去。
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