TWI533923B - 浸入式膜之氣體噴灑器 - Google Patents

Description

浸入式膜之氣體噴灑器

本說明書係關於一氣體噴灑器及關於氣體淨化，以阻止一浸入式膜之淤塞。

本申請案係於2009年9月3日於美國申請之美國申請案12/553,346之部分中之一接續申請案。美國申請案12/553,346係以引用的方式全部併入本文。

以下的先前技術討論並不容許以下所討論之任何先前技術被引證為先前技術或普通常識。

國際PCT公開案WO/2000/021890描述(在其他事件中)一種用於一浸入式膜模組之曝氣系統，其具有連接至經調適以交替地提供重複循環至個別的曝氣器之一較高速率之空氣流及一較低速率之空氣流之一鼓風機、閥及一控制器之一組曝氣器。在一些系統中，一鼓風機、閥及控制器提供同時但交替的空氣流至兩組或更多組曝氣器，使得當總系統空氣流恆定時，容許以一恆定速率操作該鼓風機時，每一曝氣器接收隨時間變化之一氣流。暫態流動條件導致有助於避免死區且有助於清洗或阻止該等膜之淤塞之水箱。WO/2000/021890以引用的方式全部併入本文。

以下的討論旨在為讀者介紹以下更詳細的討論，且並無限制或界定任何主張。

WO/2000/021890中所描述之空氣循環過程已經證明在降低空氣量或其他氣體量方面係極有效的，且因此在降低操作一過濾膜系統所需之能量方面亦係極有效的。在WO/2000/021890中應注意的是，急速閥移動導致在一短時間週期內產生極大的氣泡，且此等極大的氣泡對阻止膜淤塞可能尤其有用的。然而，在WO/2000/021890中亦注意到，該等急速閥門移動在需要被管理之該曝氣系統中導致暫時壓力尖峰。以下將描述一氣體噴灑器(或者稱為一曝氣器)：即使該氣體噴灑器具有一連續的氣流，其亦產生一間歇氣泡流。該氣泡流可依大氣泡之短脈衝串方式，但是不需要急速閥移動。

該噴灑器具有收集一袋氣體之一外殼及當該袋達到一足夠大小時自該袋釋放至少一些氣體之一導管。若該氣體最初係以一更近似整體形式釋放，則來自該導管之一出口上之一蓋可視需要分散所釋放之氣體，且亦可分解該氣體為氣泡，或較小的氣泡。與一商用膜模組或匣共同使用之一大的噴灑器可包括複數個較小的單元或區域。即使該噴灑器以一恆定速率用一連續供應的氣體饋送，其亦產生速率隨時間變化之一輸出氣泡流。該輸出流視需要大致係呈現離散週期之氣泡流之形式，進一步視需要呈現大氣泡之短脈衝串之形式。舉例而言，一氣泡脈衝串之持續時間可能係連續的氣泡脈衝串之間的時間之一半或少於連續的氣泡脈衝串之間的時間。

至該噴灑器之該氣體供應(即使其持續經過一包含若干或更多個氣泡脈衝串之時間週期)之流速可隨較大的時間週期而變化。經供應之氣體流率之一變化並不導致該流率及輸出氣泡脈衝串之持續時間之一顯著變化。然而，經供應之氣體流率之一變化改變連續的氣泡脈衝串之間的時間。本文所描述之一氣體供應管具有用於經供應空氣流入兩個或更多個噴灑器之各者之兩個或更多個出口。該兩個或更多個出口係位於不同高度處。當傳送一大致相等或其他期望的經供應氣體之部分至多個噴灑器時，此一氣體供應管容許達到輸入氣體流速中之一較大範圍。

本文描述操作一噴灑器之一方法，其中經供應之氣體流率回應於系統操作參數而變化。

本文描述一曝氣系統，其中一組噴灑器之一或多個接收一較高流率之一經供應之氣體。接收該較高速率之經供應之氣體之該一或多個噴灑器係位於需要輸出氣泡流之一增加量之一膜系統之附近區域。

本文所描述之另一噴灑器具有用於釋放經流動連接之氣泡之不同的區域，使得來自該等不同的區域之氣泡脈衝串之釋放大致係同步的。

圖1至圖4從不同視圖顯示一噴灑器10。噴灑器10具有界定藉由一上表面限制之一內腔室之一外殼12。所顯示之該外殼12係細長，其中其長度多於其寬度之兩倍，且該外殼12具有一大致呈倒轉的「U」截面，但是亦可使用其他的形狀。所顯示之該外殼12在一末端處具有一連接件14。連接件14可裝配進入於一氣體供應歧管(未顯示)中之一埠口內或安裝於其上以提供氣體至該噴灑器10，且在浸入一液體中之一經選擇的位置中固持該噴灑器10之一末端。該噴灑器10之另一末端可藉由自該外殼12延伸之一銷16固持於浸入一液體之一所選擇的位置中。

該連接件14係連接至一或多個分配管18。該分配管18或該等分配管18大致係沿該噴灑器10之長度延伸，且沿其長度具有氣體出口20。該等氣體出口20之大小可相對於該氣體流率製成足夠小以：(a)自該等氣體出口20產生促進一均勻分佈之氣流之一壓頭損失(即使該分配管18並非確切地水平)及(b)導致一足夠速度之氣流通過該等氣體出口20以阻止液體進入該分配管18。一分配管18可位於接近如顯示之噴灑器10之底部或其他高度處。舉例而言，可沿外殼12之頂部定位分配管18，其中該等出口20在總是含有一袋氣體之一區域中。該外殼12之不同的部分可進一步視需要自連接至位於遠離該外殼12之一氣體供應歧管之分離氣體管接收氣體。

該噴灑器10沿其長度具有複數個排放導管22。排放導管22具有與該外殼12頂部之內部且接近該外殼12頂部之一區域連通之第一開口24，及開向該外殼12之外部之第二出口26。該導管22之至少一部分在該第一開口24與該第二開口26之間向下延伸。導管22之另一部分在到達該第二開口26之前再向上延伸。透過該導管22離開該外殼之氣體必須經過該第一開口24與該第二開口26之間的該導管22中之一最低點，如大體上呈J或U型之導管22中所示。第二開口26可具有1平方厘米至10平方厘米或3平方厘米至6平方厘米之一面積。較佳地，與一導管22連通之一袋氣體之截面區域比該第二開口26之區域大10或更多之一倍數(例如多20至35之範圍內之倍數)。

較佳地，鄰近的導管22係藉由(例如)分配器28而相互分離。該等分配器28防止一導管22消耗外殼12中之一袋氣體至氣體極少或沒有氣體自該等導管22之另一者排放之程度。隨著固體分配器28延伸至低於如圖所示之外殼12中之一氣袋之最低期望的程度，與不同的導管22相關聯之氣袋係相互流動分離的。該噴灑器10動作如同其係許多不同的較小的噴灑器。在一操作週期內，可改變或分散自一噴灑器10中之不同的導管22氣體排放之時序，使得每一導管22不在相同時間排放氣體。然而，自一個別的導管之氣體排放模式似乎依循具有一氣體短脈衝串之後係無氣體排放或僅排放少量氣體之一週期的大致規則性循環。

可視需要在該外殼12上提供一蓋或分佈器30。蓋30自一或多個排放導管22接收氣體，且在該蓋30中以來自孔32之氣泡之形式排放氣體。蓋30之每一導管22可具有複數個孔32以分散該氣流遍及一較大水平區域上。必要時，該蓋30亦可將離開導管22之氣體脈衝串分解為氣泡或較小的氣泡。如圖所示，該蓋30可具有大致對準該外殼12中之分配器18之分配器以保持一氣泡流接近釋放該氣體用於此等氣泡之該導管22。孔32可視需要沿該外殼12之長度或橫跨外殼12之寬度或兩者分佈以視所需擴散該氣泡流用於意欲藉由該等氣泡淨化的一或多個浸入式膜模組。一模組可位於一水箱中之該噴灑器10上。具有穿過該等膜之間的管板之氣道之一模組之該管板可視需要作為該蓋30。該導管22可進一步視需要延伸穿過一膜模組之一管板，使得該第二開口26係位於該管板上。在此情況中，一蓋30或其他擴散器可置於該第二開口上及該管板之上。此等選擇對具有圓形或方形頭座(頭座具有一顯著的寬度或直徑)之模組係有用的，使得必須排放該等膜之間的氣泡。然而，對於容許在不需要內部曝氣之情況下更佳地使氣泡穿入該膜束之模組而言，最好使包含任何蓋30之該噴灑器10位於該模組之該管板下。在一模組匣之情況中，該噴灑器10可位於一模組下或諸模組之間的一間隙下。將該噴灑器10與該模組分離亦容許使該模組或該噴灑器10獨立地移除用於清洗或維修；容許使一噴灑器10可用於多個或預存在的模組；且容許根據過程條件在一模組下使用一系列之噴灑器10形狀或大小。

所顯示之蓋30在未與外殼12之該頂部製成一氣密密封之情況下按扣在該外殼12上。然而，在所顯示之實施例中，該外殼12及該蓋30在截面中皆具有一圓頂形狀，使得該蓋30與該外殼12之間的一間隙係位於外殼12之該頂部下。由於此配置，氣體在藉由發明者檢測之氣體流率上並不能通過該蓋30與該外殼12之間的該間隙逸出。較佳地，蓋30中所含有之容積較小，(例如)大約係該外殼12中之一相關聯之氣袋之容積之50%或更少，或33%或更少。此趨於保持離開一導管22之該氣體之短脈衝串特性。

浸入在一液體34中之一噴灑器10之操作係示意地圖解說明於圖5中。圖5之部分A、B、C及D顯示當一氣體被饋送進入至一噴灑器10中而發生在其內之一順序事件中之四個不同的點處之噴灑器10。順序自條件A至B至C至D而發展且接著返回至條件A，且重複直到一氣體供應被提供至一噴灑器10。在圖5之部分A中，一導管22係充滿液體34，但是一氣袋36可截獲於該外殼12中。在部分B中，隨著來自分配管18之氣體係收集於外殼12中且替換液體34，該氣袋36在大小方面有所增長。液體34通過該外殼12之底部之一開口及通過導管22離開該外殼12。在部分C中，在膨脹的氣袋36延伸到低於導管22中之一最低點之上界之後，產生一通路以使氣體自該袋36流出且通過該導管22，且氣體係釋放到該外殼12之外部(例如在氣泡38中)。在部分D中，氣體繼續流過該導管22，液體34重新進入該外殼12且該氣袋36變得較小。返回到部分A，該外殼12內之該液體34最終到達該導管22；該導管22溢出；且通過該導管之氣流停止。接著，該過程重複，從而使得即使當繼續供應氣體時產生氣體排放之離散週期。氣體排放之週期趨於接近一平均持續時間及頻率。然而，(例如)可用該液體之波動或其他移動或來自其他噴灑器10之氣體之排放在平均值周圍之一範圍內改變一氣體排放之精確的時序、容積及持續時間。

圖1至4係按比例繪製而成。該噴灑器10係85 mm寬、139 mm高及770 mm長。給定此等尺寸以提供一可工作的噴灑器之一實例，但是本發明並不限於此等尺寸。所顯示之該噴灑器10係經設計以替代通常設置於由GE Water and Process Technologies之一匣式ZeeWeed^TM 500膜模組下之一曝氣管，且經設計以使用相同配件。此等模組係預期用於浸入式、吸入式驅動操作。該模組具有大約200至525平方英尺之一總表面積之許多中空纖維膜。該等膜係垂直定位於一對細長裝填頭(potting head)間。該等模組在平面圖中大致呈矩形，其等長度大約與該噴灑器10之長度相同。該等模組係經配置於匣中，其中並排放置於一框架中之若干模組係藉由鄰近的模組之間的垂直間隙分離。一噴灑器10係置於比每一第二模組低大約1 cm至10 cm處，且與該模組平行定向。導孔32經定位以引氣泡進入該模組之任一側上之該等間隙中。每一噴灑器10提供氣泡至其上方之該模組之兩側，且提供氣泡至此模組之兩側上之該等鄰近的模組之一側。當以大約每分鐘4立方英尺饋送空氣時，所顯示之該噴灑器10大約每8秒釋放氣泡脈衝串持續大約1或2秒。增加或降低流至該噴灑器10之氣流率對氣泡脈衝串之持續時間之影響極小(若有時)，而是降低或增加脈衝串之間的時間。此文獻中所提供之值之正負50%之一範圍內之尺寸、尺寸比率、氣流及製程參數係預期適合用於典型的商業浸入式吸入驅動膜之應用，但是其他尺寸、相對比例及氣體流率亦係有用的。其他變化亦係可能的。舉例而言，視需要分成適合該等形狀之區段之一正方形或圓形噴灑器10可用於其他形狀之模組。導管22可能係提供所需要的通道之多種形狀之一者。

圖6及圖7顯示包含兩個分配器28之間的噴灑器50之一不同的區域與兩個鄰近的區域之部分之一替代性噴灑器50之一截面。該噴灑器50可具有(例如)2至10個不同的區域。雖然未顯示，但是該噴灑器50可視需要由複數個不同的單元製造而成，每一單元係經組態以提供大致上如圖所示之一區域但是每一單元具有一封閉端及一開口端。任意數量之單元可以該方式附接一起以形成任意期望的長度之一噴灑器50。

該替代性噴灑器50具有一外殼12，該外殼12具有一大致上呈矩形底部開放式截面。自模製成型於藉由一杯56包圍之該外殼12之頂部中之一斜槽54形成一兩部分排放導管52。該杯56係藉由裝配凸緣58附接至該斜槽54上之該外殼12之該頂部。該等裝配凸緣58亦將該杯56之一邊緣60與該外殼12之該頂部分隔開以形成一第一開口24。該斜槽54之頂部提供一第二出口26。在一袋累積且將該外殼12中之水推至低於該斜槽54之底部之後，氣體藉由自該杯56之該邊緣60流進一J或U型通路，向下流至該杯56之底部及該杯56之底部之周圍，且接著向上通過該斜槽54而離開該外殼。一蓋區段66可藉由經定位以接收亦穿過該杯56之凸緣58之一螺栓64之一安裝耳62之方式緊固至該外殼12。該外殼12係藉由分配器28及該外殼12之末端(未顯示)細分為不同的區域，且一兩部分之排放導管52係位於該等不同的區域之各者中。一蓋區段66可位於如圖所示之該外殼12之每一區域上，或可於多個區域上提供一較大的蓋，如先前所描述，該較大的蓋可視需要具有內部分配器。該噴灑器50在將該杯56及蓋區段60卸下螺栓之後易於清洗。可製作成若干杯56以用於不同的形狀或邊緣60之高度以容許可用的氣泡脈衝串氣體容積、氣體流率或脈衝串持續時間之一選擇。

圖8顯示圖7中所顯示且亦對上述之該第一噴灑器10有用之一輸入氣體分配歧管40之一側視圖。該分配歧管40包括連接至複數個下向流管44之一水平導管42。該等下向流管44係沿該水平導管分隔，使得當於一噴灑器50中安裝該氣體分配歧管40時，至少一下向流管44將位於如藉由該等分配器28界定之該噴灑器50之每一不同的區域中。一等效的歧管結構亦可模製成型於一噴灑器10、噴灑器50之該外殼12中。

每一下向流管44具有複數個不同高度之氣體出口20以將氣體排放至該噴灑器區域中。每一下向流管44可具有相同大小一出口20，且與其他下向流管44之各者中之一對應的出口20在相同高度處。所顯示之每一下向流管44具有一上部出口20、一中間出口20及功能作為一下氣體出口20之一底部開口46。該底部開口46根據入口氣體流率亦容許水自該下向流管44進入或流出。

在操作中，在輸入氣體流率之一第一範圍處，該氣體透過每一下向流管44之該等頂部出口20將僅被排放進入至該噴灑器50中。選擇該等頂部出口20之大小以第一範圍中之輸入氣體流率自該等下向流管44提供一大致均勻分佈之氣流。隨著該輸入氣體流率增加，將向下位移該等下向流管44中之水。在輸入氣流之一第二範圍處，該等中間出口20亦將排放氣體至該噴灑器50中。選擇該等中間出口20之大小，使得該等上及中間出口20之組合區域以第二範圍中之輸入氣流自每一下向流管44產生一大致均勻分佈之氣流。若該輸入氣體流率進一步增加，則可透過該等底部開口46自該等下向流管44排放氣體。舉例而言，當系統暫時關閉以維修或檢查時，該等底部開口46亦容許該歧管40流出可通過該等出口20進入之任意的水。當該輸入氣體流率係在導致空氣透過該等底部開口46釋放之一第三範圍中時，該等底部開口46可視需要定大小以產生通過該等下向流管44之一大致上均勻分佈之氣流。依此方式，可適應輸入氣體流率之一範圍，而仍自該等下向流管44提供一大致均勻分佈之氣流。相反地，使用上述該氣體分配管18，在低輸入氣體流率處該等出口20可能太大而不能提供一均勻分佈之該氣體，且在高輸入氣體流率處該等出口20在氣體供應系統中可提供過量壓頭損失或在該噴灑器10中提供發泡。進一步言之，雖然可藉由添加自先前所描述之該氣體分配管18之末端向下延伸之一底部開放式管提供一排水管，但是由於來自一單一排水管之一局部化溢出係不可取的，若將高輸入氣體流率施加於該氣體分配管18，則排水管必須極長。

可視需要省略該等中間出口20。該等上出口20可進一步視需要位於該水平管42中而不是位於該等下向流管44中。然而，由於該噴灑器50之鄰近的區域在不同時間排放氣泡，因此將該等上出口20定位於該等下向流管44中趨於維持一更均勻分佈之氣體，且降低通過該歧管自該噴灑器50之一區域至另一區域的氣流。該歧管40可進一步視需要藉由暫時關閉一氣體入口閥或將該歧管40之內部通風至大氣層(或其二者)隨時地充滿以移除所累積的固體。在該歧管40充滿之後，可在足夠的壓力下供應一氣體以透過下開口20排放氣泡，且藉此將固體從該歧管40清除。可在規則的間隔或當注意到堵塞時藉由(例如)在氣體饋送系統中之一增加的背壓清洗歧管40。

至該噴灑器50之氣體供應及因此氣泡脈衝串之間的時間在考慮該膜系統之一或多個操作參數或效能參數之情況下可加以變化。所考慮之參數可能係(例如)阻抗、穿透膜壓力或滲透性之一或多個。舉例而言，在具有藉由回洗分離之一系列滲透步驟或有關步驟之一過濾循環內之滲透步驟之開始或結束時可定期地觀察或計算該參數。該參數亦可為來自一系列循環之多個量測之一移動的平均數或一值之改變趨勢或速率。可使用該參數以決定是否應維持、增加或降低氣體供應流率。

在一過程之一實例中，視需要在一數學組合或變換之後定期地取樣及使用一或多個參數以在一系列輪詢間隔之各者處產生一觀察值X。在每一輪詢間隔中，將該觀察值X與一上界臨限值A及一下界臨限值B比較，該等臨限值係經預定以代表該膜系統之一期望的操作之界限。該臨限值A及該臨限值B可在該系統之設計或先導期間被設定或其等可隨時間調整。隨時間之調整可解釋該膜之條件之變動(諸如孔大小、老化或藉由該等膜處理之水之累積量之一變化)。在考慮經處理之水之特性(諸如固體濃度或溫度)之變化的情況下亦可調整該等臨限值。或者，該觀察值X可經調整以反映經假設以設定該等臨限值之條件。舉例而言，可在將經過濾之水溫與假設一不同的水溫所選擇之一臨限值比較之前基於該經過濾之水溫調整通過該膜之觀察到之通量。

在實例過程中，若該觀察值X在一輪詢間隔處超過該上界臨限值A，則輸入氣體饋送率增加一預先選擇量(例如5%或10%)。若該觀察值X係介於該上界臨限值與該下界臨限值之間，或等於其中之一者，則該輸入氣體饋送率不變。若該觀察值X低於該下界臨限值B，則輸入氣體流率降低一預先選擇量(例如5%或10%)。或者，可使用該觀察值不同於最接近的臨限值之範圍或該等臨限值之一平均數以評估該輸入氣體流率之一需要的變動。較佳地，一最小輸入氣體饋送率亦經指定，其係藉由(例如)下列各項之較大者決定(a)自該氣體歧管40之該等上開口20產生一大致相等分配之流之最低的輸入氣體饋送率；(b)將滿足其他過程需要(諸如在膜容器中混合)之最低輸入氣體饋送率。

增加或降低至該噴灑器之該輸入氣體流率對氣泡之一脈衝串之持續時間之影響較小，但是增加或降低脈衝串之間的時間。雖然上述控制方法導致脈衝串之間的該時間隨一長的時間週期(例如一天或更多)而變化，但是脈衝串之間的時間有可能隨較短的時間週期(例如操作之整整一小時)係恆定。自一脈衝串開始量測至下一個空氣脈衝串開始之氣體脈衝串之間的該時間可從(例如)2秒變化至6秒或從4秒變化至20秒。每時刻之輸入空氣流率係接近需要提供高於該下界臨限值之效能之最小值。

可視需要特意修改該噴灑器50之區域之間的空氣之均勻分佈。舉例而言，一第一下向流管44及一最後的下向流管44可具有一較大的上出口20或一額外的上出口20。再舉一例，兩個下向流管44可位於該噴灑器50之第一區域及最後的區域中。依此方式提供更多的氣體至該噴灑器50之該第一區域及該最後的區域，且此等區域因此而更頻繁地排放氣泡脈衝串。作為一進一步之選擇，可在一膜模組匣下面提供多個隔開噴灑器50之一平行陣列，其中每一噴灑器50係連接至一共用的入口氣體供應管。該第一噴灑器50及該最後的噴灑器50之所有區域可具有較大的或額外的的上出口20(相對於該等中間噴灑器50)或兩個下向流管44。依此方式，外部噴灑器50將接收一較大的氣流率，且平均皆比中間噴灑器50更頻繁地排放氣泡。可使用排放頻率之此等特意的特定變動以更佳地將一或多個噴灑器50之輸出與一模組或一匣之不同的區域之噴灑需求匹配。舉例而言，使用平面圖中大致矩形之一較大匣，一均勻分佈之氣泡趨於產生一通過該匣之中心的較強空氣揚升或煙囪效應。該匣之該中心之氣泡之一最佳的時間平均流率可能並不足以阻止接近該匣之周邊之膜之淤塞。在此情況中，在沒有必要增加該匣之中心氣泡流之情況下，提供自該第一噴灑器50及該最後的噴灑器50之更頻繁氣泡排放，或該等噴灑器50之該第一區域及最後的區域或二者，會提供至該周邊膜的氣泡之一較大時間平均流率。藉由添加與一列導管52連通之一額外的氣體分配管18亦可提供自該列導管52之更頻繁地排放。此一額外的氣體分配管18可垂直於其他氣體分配管18或歧管40。

參考圖9，該外殼12之下邊緣在該外殼12之側可具有一或多個可選擇的小滲穴70或其他孔或凹槽。該等小滲穴70係位於代表該噴灑器10中之該氣體與水之間的介面之最低期望高度之一低水位線72以下。當該氣袋膨脹至該低水位線72時，該導管22開啟以釋放氣體，從而防止該氣體進一步降低至水介面。因此，該氣袋通常將不向下延伸以到達該等小滲穴70之頂部。然而，(例如)由於毛髮、垃圾或乾燥的固體之一累積，一導管20在使用中可變得堵塞係可能的。若一導管20被堵塞，則一氣袋將在該噴灑器10之該堵塞的區域中增長直到該氣體到達該等小滲穴70。接著，該等小滲穴70提供多個氣泡形成排放點，使得該噴灑器10之堵塞區段之功能將像一習知的曝氣器直到移除該堵塞。來自該等小滲穴70之氣泡之存在可見於表面以指示一導管20已被堵塞。該低水位線72之高度係與該輸入氣體流率相關，且(特定言之)當增加該輸入氣體流率時該低水位線72之高度向下移動。亦可使用該等小滲穴70以以極高輸入氣體流率自該噴灑器10提供一受控制的氣體溢出。

圖9亦顯示通過該等分配器28之可選擇的埠口80。該等埠口80係位於該低水位線72附近，但至少部分係位於該低水位線72上。當該等區域之至少一者中之該氣袋向下延伸至一埠口80時，該等埠口80在該噴灑器10之鄰近的區域之間提供一氣道。該埠口80容許氣體自即將釋放氣泡之該噴灑器10之一區域移動進入至一鄰近的區域中。在任何個別的區域中之氣袋到達該低水位線之前，此導致該噴灑器之多個區域中之該等氣袋之大小相等。一旦經透過該等埠口80連接之該等區域之所有者含有延伸至該等埠口80之一氣袋，該等區域中之所有者中之該等氣袋即繼續增長直到該等氣袋到達該低水位線72，且大致上同時釋放氣泡。

在缺少該等埠口80之情況中，該噴灑器10之每一區域主要係獨立地操作。由於該噴灑器10之該等區域大致上係相同大小且大致接收相同輸入氣流，因此該噴灑器10之每一區域之填充及釋放循環時間大致係相同的。然而，氣體在噴灑器10之一區域中釋放之精確時間相對於另一區域之小的差值趨於隨多個填充及釋放循環累積直到該噴灑器10之不同的區域不再同時釋放氣泡。由於該等埠口80，雖然仍存在針對每一氣袋自該等埠口80之底部膨脹至該低水位線72取得之時間中之若干變化，但是此時間變化較小且不隨該噴灑器10之多個填充及釋放循環累積。藉此降低來自該噴灑器10之鄰近的區域之氣泡釋放之間的一時間延遲。足夠大的埠口80可在該噴灑器10之兩個或更多個區域之間導致氣泡之釋放幾乎同步。然而，由於存在一導管20釋放氣體早於另一者且透過該埠口80拉入足夠的空氣以防止一鄰近的區域中之該氣袋到達該低水位線72之一可能性(尤其若該噴灑器10不水平)，則該等埠口80不應製成太大。該等埠口80可視需要藉由其他通道形成構件(諸如一分配器28之下邊緣中之一凹槽)替代，或藉由將該分配器28之下邊緣提升高於該低水位線72上替代。可進一步視需要使用諸管以連接鄰近的噴灑器10以降低噴灑器10之間的一時間延遲。

儘管以上之描述，但是仍不清楚是否或何時需要將來自一噴灑器10之不同的區域之氣泡脈衝串同步化。然而，發明者已觀察到，當將大氣泡釋放進入至靜止的水中時，該等大的氣泡之清洗效果似乎較佳。因此，期望避免在該噴灑器10或噴灑器10上之一模組中產生空氣揚升效應。若在不同的時間自一噴灑器10之不同的區域之氣泡脈衝串之排放導致存在在多數時間來自該噴灑器10之一些部分之一氣泡流，則該水可通過位於該噴灑器10上之一膜模組而發展出一持續向上的速度。在該情況中，同步化氣泡釋放可產生無氣泡之一足夠長的時間週期以容許水在隨後的脈衝串之間穩定及改良膜之清洗。

在藉由下列的申請專利範圍定義之本發明之範疇內亦可作出或使用若干其他的裝置及過程。舉例而言(但沒有限制)，可以任何可運作之排列或組合將上述若干實例之裝置元件及過程步驟組合在一起。

10‧‧‧噴灑器

12‧‧‧外殼

14‧‧‧連接件

16‧‧‧銷

18‧‧‧分配管

20‧‧‧出口

22‧‧‧釋放導管

24‧‧‧第一開口

26‧‧‧第二開口

28‧‧‧分配器

30．．．蓋或分佈器

32．．．孔

34．．．液體

36．．．氣袋

38．．．氣泡

40．．．歧管

42．．．水平導管

44．．．下向流管

50．．．噴灑器

52．．．排放導管

54．．．斜槽

56．．．杯

58．．．裝配凸緣

60．．．邊緣

62．．．安裝耳

64．．．螺栓

66．．．蓋區段

70．．．小滲穴

72．．．低水位線

80．．．埠口

GAS．．．氣體

圖1顯示一噴灑器之一部分截面側視圖；圖2顯示圖1之該噴灑器之一俯視圖；圖3顯示圖1之該噴灑器之一端視圖；圖4顯示圖1之該噴灑器之一等角視圖；圖5顯示在一曝氣過程之不同的階段中浸於一液體中之四個噴灑器之一示意側視圖；圖6及圖7顯示另一噴灑器之一俯視圖及一截面視圖；圖8顯示一替代性饋送空氣歧管；及圖9顯示另一噴灑器之一側視圖，其中最接近檢視者之該側被移除。

10‧‧‧噴灑器

12‧‧‧外殼

14‧‧‧連接件

16‧‧‧銷

18‧‧‧分配管

20‧‧‧出口

22‧‧‧排放導管

24‧‧‧第一開口

26‧‧‧第二開口

28‧‧‧分配器

30‧‧‧蓋或分佈器

Claims (27)

1. 一種用於提供一液體中之氣泡的裝置，其包括：(a)一外殼，其界定一腔室，且在該腔室下具有一開口，以容許在該腔室之內部與該腔室的外部之間連通；及(b)一導管，該導管在該腔室之內部具有一第一開口及與該腔室之外部連通之一第二開口，且界定一封閉通道，其通過該外殼且具有在從該第一開口至該第二開口之一方向中向下延伸至該導管之一低點之一部分，其中，(c)該腔室係經調適以在一袋氣體與該液體之間的一介面上固持該袋氣體，該介面具有自該導管中之該第一開口之至少一下邊界變化至該導管之該低點之一上邊界之一可變高度。
2. 如請求項1之裝置，其中該導管之該第二開口係高於該導管之該低點。
3. 如請求項2之裝置，其中該導管之該第二開口係在該第一開口處或在該第一開口上。
4. 如請求項1至3中任一項之裝置，其進一步包括一氣體供應管，該氣體供應管具有排放氣體進入至該導管之該第一開口上之該腔室中之一出口。
5. 如請求項1至3中任一項之裝置，其進一步包括一氣體供應管，該氣體供應管具有排放氣體進入至該導管之該低點之上邊界下之該腔室中之一出口。
6. 如請求項1至3中任一項之裝置，其進一步包括在該導管之該第二開口上具有複數個孔之一蓋。
7. 如請求項1至3中任一項之裝置，其中該第二開口具有1至10平方厘米之一面積。
8. 如請求項1至3中任一項之裝置，其中該導管之該第二開口之截面積比相關聯的腔室之水平截面積小至少10之一倍數。
9. 如請求項1至3中任一項之裝置，其進一步包括一浸入式膜模組，該浸入式模組具有一下裝填頭，其中根據請求項1之該裝置係位於該下裝填頭之下、旁邊或與其組合。
10. 如請求項9之裝置，其具有如請求項1之複數個裝置，該裝置位於該下裝填頭之下、旁邊或與其組合。
11. 如請求項10之裝置，其具有一氣體供應管，該氣體供應管具有或連接至用於排放氣體至該等腔室之各者中之一出口。
12. 一種用於浸入式膜模組之噴灑器，其包括：(a)一細長的外殼，其具有自該外殼之一上部向下延伸之壁，該外殼界定具有一開放式底部之一氣室；(b)複數個導管，其等大致上係位於該外殼內且沿該外殼之長度隔開，該等導管之各者具有與該外殼之內部連通之一第一開口、穿過該外殼之一上部之一第二開口及介於該第一開口與該第二開口之間的一低點，其中該等導管各界定一封閉通道，該封閉通道通過該外殼且具 有向下延伸至該低點的一部分。
13. 如請求項12之噴灑器，其進一步包括在該等導管之該等第二開口上具有孔之一蓋。
14. 如請求項12或13之噴灑器，其在該等導管之間的該外殼中具有分配器，該等分配器分離該等導管至該外殼中之不同的區域。
15. 如請求項12或13之噴灑器，其在該等第二開口之間的該蓋中具有分配器。
16. 如請求項14之氣體噴灑器，其進一步包括沿該外殼之長度之一氣體分配管，該氣體分配管用於排放氣體進入至該外殼之該等區域之各者。
17. 如請求項16之氣體噴灑器，其中該氣體分配管進一步包括複數個向下延伸的管，其中至少一向下延伸的管與該外殼之每一區域連通。
18. 如請求項17之氣體噴灑器，其中該等向下延伸的管之各者具有在不同高度處之至少兩個開口。
19. 如請求項16之氣體噴灑器，其中該氣體分配管係經組態以致釋放進入至該外殼之一或多個區域的氣流相對地大於釋放進入至該等區域之另一者之氣流。
20. 如請求項12之氣體噴灑器，其在該外殼之一壁之一下邊緣中具有小滲穴。
21. 如請求項14之氣體噴灑器，其具有穿過該等分配器之埠口。
22. 一種用於氣體噴灑一浸入一液體中之一膜模組之方法， 該方法包括以下步驟：(a)將一噴灑器浸入該液體中，該噴灑器具有一導管，該導管具有來自該噴灑器之一出口及一入口，該入口與藉由該噴灑器界定且經調適以在該液體中固持一袋氣體之一腔室連通，該導管在該入口與該出口之間具有一低點且界定一封閉通道，該封閉通道通過該腔室且具有向下延伸至該低點的一部分；及，(b)將氣體以足夠導致氣泡自該出口以至少每30秒排出一次之一速率饋送進入至該噴灑器。
23. 如請求項22之方法，其進一步包括在該等氣泡自該出口排出之後擴散或分配該等氣泡之一步驟。
24. 如請求項22或23之方法，其進一步包括將該噴灑器定位於該模組下、旁邊或與其組合之一步驟。
25. 如請求項22或23之方法，其中氣體係以使得氣泡於脈衝串中每2至20秒自該出口排出之一速率饋送至該噴灑器。
26. 如請求項22或23之方法，其中該氣體係以在考慮一膜系統之操作參數下所決定之一速率饋送進入至該噴灑器。
27. 如請求項22或23之方法，其中步驟(a)及(b)皆用一第二噴灑器重複，該第二噴灑器視需要與該第一噴灑器成一體或與該第一噴灑器分離，且提供用於將氣體饋送至該等噴灑器以在該等噴灑器之間流動之一通路，使得氣泡大致上同時自該噴灑器排出。