毛细管膜过滤模块的制作方法

专利名称：毛细管膜过滤模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于水处理或其它混浊液体的处理的外向内毛细管膜过滤模块。
背景技术：
毛细管膜过滤模块一般用于水处理。典型地，这样的过滤模块浸没在待处理的原始液体(例如，废水)中，并且通过将跨膜压差施加到空心毛细管上而建立外向内(外侧到内侧)过滤方向。较低压力施加在毛细管膜内侧(或孔腔)处。通过这样做，在毛细管的孔腔中得到渗透产物，同时废水脱水，留下粘附到毛细管外侧上的污泥。经过滤的水从新供给废水的进一步有效排出此时受到阻碍。除去在毛细管外表面处积累的污物的一种解决方案是通过空气洗涤(通过在毛细管外表面处引入空气气泡)和/或反洗涤和/或反脉冲。所述空气气泡另外用作用来使废水在毛细管膜上循环的手段，由此也将在废水中的污物保持成均勻地混合，从而优化过滤效率。上升的空气气泡随原始液体输送，因此产生所述原始液体(污泥)的强迫流动。作为结果，实现原始液体在整个模块上的满意分布。空气气泡的有效使用要求空气气泡具有对于毛细管膜的最佳接近。专利申请WO 2008/012221公开了一种毛细管膜过滤模块，该毛细管膜过滤模块包括多个竖向取向的平面膜组件(或毛细管膜帘)，这些平面膜组件在底部侧处连接到共用收集器集流管上。膜的每个平面组件连接到各个顶部集流管上。这样一种竖向毛细管膜模块允许空气气泡和废水在毛细管膜之间的较好循环，并且对于污物的捕获较不敏感，因此导致通过空气洗涤对于毛细管膜的有效清理。然而，在这样一种竖向构造中，其中毛细管膜在它们的端部处都被固定(例如，由底部和顶部集流管)，并且其中使用空气起泡，污泥/空气混合物的流速，特别是在顶部侧处，可能非常高。作为结果，在这些位置处发生的必需紊流可能如此广泛，导致不利的早期材料疲劳并因此使材料寿命缩短。通过增大在相邻膜组件之间的空隙而降低流速是不希望的，因为这会减小每单位体积的比膜面积(specific membrane area)，导致模块非常巨大。日本申请公报10146520公开了一种设备，该设备包括由大量空心纤维膜形成的帘幕，这些空心纤维膜在两个端部处都保持在收集管中。空心纤维布置成与原始水流相平行，并且帘幕布置成使得在空心纤维的两个端部处，相邻帘幕的收集管沿着原始水流动方向布置在不同位置处。通过这样做，空心纤维的膜填充比值增大，可减少悬浮物质对于膜的堵塞。这种构造的第一缺陷是，帘幕由多排空心纤维膜形成，从而在帘幕内仍会发生堵塞。此外，在相邻帘幕的通路的进口处会发生空气气泡的聚结，导致该通路的阻塞并且防止原始水流动穿过该通路。相应地，在本技术领域中需要一种能够克服以上缺陷的解决方案。

发明内容
本发明旨在提供一种改进的毛细管膜过滤模块，该毛细管膜过滤模块克服现有技术装置(模块)的缺陷。本发明的一个目的在于，减小在毛细管膜连接到顶部集流管上的位置处的紊流。本发明的一个目的是，延长在过滤模块中的毛细管膜的寿命和/或减小在过滤模块中的毛细管膜的材料的疲劳。本发明的各个目的通过提供如在所附权利要求书中陈述的用于液体过滤的装置而得以实现。根据本发明的第一方面，提供一种用于液体过滤的装置。该装置包括多个膜帘，每个膜帘由单排毛细管膜形成。该装置还包括至少一个底部集流管，该底部集流管设置在膜帘的下部端部(毛细管膜的下部端部)处，并且连接到至少一个膜帘的毛细管膜上。该装置还包括分别用于每个膜帘的顶部集流管。顶部集流管设置在膜帘的上部端部处，并且连接到膜帘的毛细管膜上。膜帘(以及因此毛细管膜)被设置成当在使用中时按竖向构造布置。各顶部集流管相间隔地布置。由此，膜帘和顶部集流管布置成允许(原始)液体和可能的空气气泡在各膜帘之间以及在各顶部集流管之间向上流动。各顶部集流管间隔开，从而孔径设置在各顶部集流管之间，用于使(原始)液体和可能的空气气泡沿竖向从各膜帘之间离开。根据本发明的第一方面，至少两个相邻膜帘的顶部集流管布置在不同高度处，并且所述相邻膜帘的毛细管膜具有不同长度。优选地，所述相邻膜帘的下部端部布置在相同高度处。因此，所述相邻膜帘的底部集流管布置在相同高度处。优选地，每两个相邻膜帘的各顶部集流管布置在不同高度处。各顶部集流管优选地布置在两个不同高度处。优选地，在不同高度处布置的两个相邻膜帘中，在重力线上的(正交)投影中，靠下的顶部集流管的最高点(或其上侧)位于靠上的顶部集流管的最低点(或其下侧)的下方。更优选地，在重力线上的(正交)投影中，所述最高点位于所述最低点的下方5mm至 IOOmm之间的范围内，甚至更优选地，在IOmm至IOOmm之间的范围内，最优选地，在20mm至 IOOmm之间的范围内。优选地，各顶部集流管在重力线的方向上按交错方式布置。各顶部集流管因此优选地交替地布置在两个或更多个不同高度处。优选地，底部集流管连接到多个相邻膜帘的毛细管膜上。优选地，底部集流管构造成收集和移出渗透产物。优选地，底部集流管由单个收集器腔室形成。优选地，顶部集流管构造成收集和移出渗透产物。优选地，至少一个顶部集流管被成形为使得与它桥接毛细管膜的位置相比，在它连接到毛细管膜上的位置具有较大厚度。优选地，至少一个顶部集流管包括波纹侧壁。更优选地，侧壁的每一个是波纹的。 波纹设置用于为更多地增大在各顶部集流管之间的废水过流面积。更优选地，顶部集流管的至少一个侧壁形成波纹，使得凹槽和隆起与毛细管膜平行地延伸。隆起优选地与毛细管膜相对应地布置。凹槽优选地布置成介于各毛细管膜之间。优选地，围绕每个毛细管膜、在毛细管膜连接到顶部集流管上的位置处，设有弹性体材料。弹性体材料设置用以抑制毛细管膜的振动和/或摆动。优选地，本发明的装置包括在各膜帘之间的充气装置。优选地，毛细管膜是外向内的纳米膜、显微膜或超过滤膜。优选地，根据本发明的装置包括在2与50之间，更优选地在2与20之间，及最优选地在3与8之间的膜帘。根据本发明的第二方面，提供根据本发明的装置的用途，所述用途在浸没过滤应用领域中，特别是在膜式生物反应器(MBR)应用领域中。根据本发明的第三方面，提供一种用于液体过滤的装置。该装置包括多个膜帘，每个帘由单排毛细管膜形成。该装置还包括至少一个底部集流管，该底部集流管设置在膜帘的下部端部(毛细管膜的下部端部)处，并且连接到至少一个膜帘的毛细管膜上。该装置还包括分别用于每个膜帘的顶部集流管。顶部集流管设置在膜帘的上部端部处，并且连接到膜帘的毛细管膜上。膜帘(以及因此毛细管膜)设置成当在使用中时按竖向构造布置。各顶部集流管布置成间隔开。由此，膜帘和顶部集流管布置成允许(原始)液体和可能的空气气泡在各膜帘之间以及在各顶部集流管之间向上流动。各顶部集流管间隔开，从而孔径设置在顶部集流管之间，用以使得(原始)液体和可能的空气气泡沿竖向从各膜帘之间离开。根据本发明的第三方面，至少一个顶部集流管成形为使得与它桥接毛细管膜的位置(即，在相邻毛细管膜中间的位置)相比，在它连接到毛细管膜上的位置具有较大厚度。优选地，至少一个顶部集流管包括波纹侧壁。更优选地，侧壁的每一个都是波纹的。波纹设置用以增大用于在各顶部集流管之间的原始液体和可能的空气气泡的流动的通路尺寸。更优选地，顶部集流管的至少一个侧壁形成波纹，使得凹槽和隆起与毛细管膜平行地延伸。隆起优选地与毛细管膜相对应地布置。凹槽优选地布置成介于毛细管膜之间。在根据第三方面的过滤装置中，优选地，相邻膜帘的所述顶部集流管布置在(大体)相同高度处。相邻膜帘的毛细管膜优选地具有(大体)相同长度。在本文中，表述“大体”指的是，考虑到制造和装配公差，高度相同和长度相同都是大致相同，如引起士 IOmm的最大高度/长度差，优选地最大士 5mm。作为结果，优选地，相邻膜帘的下部端部布置在相同高度处。因此，所述相邻膜帘的底部集流管优选地布置在相同高度处。优选地，底部集流管连接到多个相邻膜帘的毛细管膜上。优选地，底部集流管构造成收集和移出渗透产物。优选地，底部集流管由单个收集器腔室形成。优选地，围绕每个毛细管膜、在毛细管膜连接到顶部集流管上的位置处，设有弹性体材料，所述弹性体材料设置用以抑制毛细管膜的振动和/或摆动。


图1表示根据本发明第一方面的过滤装置的侧视图。图2表示同一装置的前视图。图3表示现有技术的过滤模块。图3A表示过滤模块的上部部分的侧视图，示出顶部集流管和膜帘。图3B表示图3A的过滤模块的顶部横截面视图A-A。图4表示根据本发明第一方面的过滤模块。图4A表示过滤模块的上部部分的侧视图，表示顶部集流管和膜帘。图4B表示图4A的过滤模块的顶部横截面视图B-B。图5表示根据本发明第三方面的过滤模块。图5A表示过滤模块的上部部分的侧视图，其中上部集流管的侧壁具有波纹(波形)形状，并且其中示出顶部集流管和膜帘(与图纸平面相垂直地延伸)。图5B表示图5A的过滤模块的顶部横截面视图C-C。
具体实施例方式现在参照附图将详细地描述本发明的实施例，本发明不限于这些附图，而是仅由权利要求书限制。描述的附图仅仅是示意性的，而不是限制性的。在附图中，元素一些的尺寸为了说明目的，可能被放大并且没有按比例画出。尺寸和相对尺寸不必与实践本发明的实际减小相对应。本领域的技术人员可认识到本发明的多种变更和修改，这些变更和修改由本发明的范围包容。相应地，优选实施例的描述不应认为是对本发明范围的限制。此外，在说明书和权利要求书中的术语顶部、底部、左、右、上、下等用于描述性目的，并且不必用来描述相对位置。如此使用的术语在适当环境下是可互换的，并且这里描述的本发明的实施例可按除这里描述或示出之外的方位操作。例如，元素的“左边”和“右边” 指示位于这个元素的相对两侧。要注意，术语“包括”不应该解释成限于其后列出的装置；它不排除其它元素或步骤。因而，表达“装置包括装置A和B”的范围不应该限于装置仅包括元件A和B。它意味着，对于本发明，A和B是装置的相关元件。在关于量的限制或测量结果给出数值的场合，对于这些值的估计，将考虑到由杂质、用于确定测量的方法、人为误差、统计偏差等等造成的变化。在数值范围定义为在下限与上限之间延伸的场合，该范围应解释成包括所述下限和所述上限，除非另外指出。本发明的各个方面涉及过滤装置(下文称作过滤模块)，这些过滤装置包括数排毛细管膜(下文称作膜帘)，这些毛细管膜在使用中按直立(竖向)构造布置，并且其中，毛细管膜在它们的下部端部和它们的上部端部处都被固定。毛细管膜的固定通过将它们的下部端部连接到底部集流管上和将它们的上部端部连接到顶部集流管上而实现。本发明的过滤模块构造成供浸没过滤使用，其中毛细管膜完全浸没在原始液体中。膜帘是指毛细管膜的单一平面组件。在本发明中，表达“平面膜组件”、“膜帘”和 “膜平面”被互换地使用，并且指毛细管膜在同一平面中的相邻定位。因而，膜帘的毛细管膜按并排排列、一个在另一个后面、在同一平面中及优选地按彼此离开一段(非零)距离排序或叠置。膜帘因此形成毛细管膜的单排(或阵列)。这样一种毛细管膜帘称作膜平面。如由术语“帘”意味的那样，在这样的过滤模块中的毛细管膜当在使用中时布置成直立的(或悬挂在集流管上)。因而，当在使用中时，毛细管膜和帘总体地布置成与重力线 (大体)平行。对于上部集流管，情况也是这样。然而，(上部)集流管可以相对于重力线形成角度。因此，毛细管膜和帘可以大体沿竖向悬挂，这是指，毛细管膜关于重力线形成角度，该角度优选地落在绝对值在约0°与约10°之间的范围中，更优选地绝对值在约0°与约5°之间。然后要注意，因为没有张紧，毛细管膜在上下集流管之间(即，在上下固定位置之间)可以稍微弯曲。在同一膜帘中膜的数量可以从几十到上千变化。膜帘的数量的范围，依据毛细管的外径，每米可在50与500个之间。总体而言，在同一膜帘内在毛细管膜之间的自由空隙，与在相接续的膜帘之间的空隙相组合，确定填充密度。为了保证有效的污泥(水)处理，模块的填充密度应该是最佳的，而与填充构造无关。毛细管膜过滤模块的特征是每单位体积的高比膜面积；用于这样的模块的典型值是在3. 36m3 (2. an高、0. 9m宽、及1. 7m长)的体积中为500m2，或者是约150m2/
3
m ο通过将较低压力(例如，部分真空)施加到其中收集渗透产物的一侧处而执行过滤，特别是施加到毛细管膜的内部孔腔处。适于本发明的装置的毛细管膜可以是所谓的“外向内”毛细管膜，如在WO 2006/053046中公开的毛细管膜。供本发明的装置使用的适当毛细管膜可以借由加强材料 (如纤维材料)的背层而被加强和/或支撑。这样的毛细管膜可以是允许(液体、胶体、诸如像溶解大分子之类的液体-固体混合物、或诸如像包括细菌的悬浮物之类的悬浮物的) 纳米膜、显微膜或超过滤膜。它们优选地适于外向内过滤。然而，本发明不限于特定毛细管膜的使用。适当毛细管的外径优选地落在0. 5mm与10. Omm之间并且包括上述端点值的范围中，更优选地在1. Omm与8. Omm之间，甚至更优选地在2. Omm与5. Omm之间，包括2. 0mm、
2.1mm、2. 2mm、2. 3mm、2· 4mm、2· 5mm、2· 6mm、2· 7mm、2· 8mm、2· 9mm、3· 0mm、3· 1mm、3· 2mm、
3.3mm、3. 4mm、3. 5mm、3. 6mm、3. 7mm、3. 8mm、3. 9mm、4. 0mm、4. lmm、4. 2mm、4. 3mm、4. 4mm、
4.5mm>4. 6mm>4. 7mm>4. 8mm>4. 9mm 及 5. Omm0本发明的各个方面具体地涉及过滤模块，这些过滤模块利用空气气泡用于膜清理和/或用于保持原始液体(污泥)的流量。因此，过滤模块可以包括充气装置。充气装置可以呈开孔盘或板的形式，这些开孔盘或板可以放置在过滤模块的下方。充气装置可备选地呈开孔空气导管的形式，这些开孔空气导管有利地设置在膜帘之间。空气气泡在膜帘之间向上行进，并且形成空气/污泥混合物。空气/污泥混合物在顶部端部处离开模块时可能遇到流动阻力。事实上，顶部集流管可以起到流动路径节流阀的作用，因为它们具有比毛细管膜的外径大的厚度，结果是增大的流速。本发明人观察到，在这样的位置中，会发生过高的紊流，这使毛细管膜经受断续的和可能很大的瞬时力。毛细管膜因此易受不希望的过大振动和/或震动。这会导致毛细管膜在它们固定在顶部集流管中的位置附近的早期材料疲劳。为了克服这种缺陷，本发明提供一种过滤模块的改进设计，该过滤模块具有毛细管膜。本发明的各个方面借助于附图公开在如下实施例中。现在参照图1和2将描述根据本发明第一方面的过滤装置，图1和2分别表示根据本发明的过滤模块1的侧视图和前视图。毛细管膜5沿竖向悬挂，并且在它们的下部端部处罐封在(底部)集流管3中。底部集流管3可以是用于过滤模块1的全部毛细管膜的
8单个集流管。可选择地，可以提供多个底部集流管。毛细管膜5布置在不同的膜帘2中。每个膜帘形成一个平面层。图1表示并排定位的四个这样的膜帘2。图2表示模块的前视图，示出在前视图中的相接续的两个膜帘。在膜帘中的毛细管膜前后定位(或一个与另一个相邻，取决于视点)，相接续的毛细管膜按一段距离间隔开。在上部端部处，在单个膜帘2内的毛细管膜被罐封在顶部集流管4中。每个膜帘分别具有其自己的顶部集流管4，该顶部集流管4用于该膜帘的全部毛细管膜。底部集流管(一个或多个)3、或顶部集流管4、或甚至两者能够起到用来收集和移出渗透产物的作用。在图1和2的实施例中，底部集流管构造成起到渗透产物收集器的作用。因此，毛细管膜的下部端部13是敞开的，从而提供离开毛细管膜5去往底部集流管(一个或多个)3的液体通路。穿过膜壁吸进的经过滤的水(渗透产物)穿过通路流入收集器腔室6中。底部集流管3在一侧或两侧处包括用于收集器腔室6的开口 18，以排出渗透产物。在毛细管膜5进入收集器腔室6的位置处，用罐封材料9进行密封，例如用聚氨酯、环氧树脂、聚丁二烯树脂或类似材料进行密封。支撑件7可以设置在底部集流管中，用来在生产期间将毛细管膜保持在一起，并且用来防止在罐封操作期间罐封树脂进入渗透产物收集器中。总体上，毛细管膜的上部端部14由罐封材料12防水地密封，如在图1中表示的那样，在该情况下，没有渗透产物或空气从在顶部集流管处的毛细管膜排出。可选择地，各个顶部集流管4在它们也起到渗透产物收集器作用的情况下，可以按与底部集流管(一个或多个)3相似的方式构造。它们然后可以构造成，通过除去任何局部空气使毛细管膜的上部端部脱气，该局部空气在装置的操作期间可能已经积累，并且会引起穿过膜的局部不足的渗透产物转移。在另一个可选择实施例中，只有顶部集流管4构造成用来收集和排出渗透产物， 并且在底部集流管3中，毛细管膜被封闭(在底部集流管处不移出(或收集)渗透产物)。本发明因而预期到这样的模块，其中，底部集流管或顶部集流管中的任一个被构造为起到渗透产物收集器的作用，或者底部集流管和顶部集流管共同地起渗透产物收集器的作用。由于毛细管的每个帘都连接到其自己的顶部集流管上，所以用于废水的流动通路 15设置在相邻膜帘的各顶部集流管的各外部壳体16之间。根据本发明的本方面，每一个连接到相邻的(相接续的)膜帘2上的相邻的(相接续的)顶部集流管4布置在不同的高度处。术语“高度”是指沿重力线从同一基准点到在顶部集流管上的相同位置(例如顶部集流管的下侧或顶部侧)的测量值。在一个优选实施例中，在两个相接续的(相邻的)顶部集流管之间的高度差大于顶部集流管的高度h。术语“相邻的”或“相接续的”是指紧跟(directly following)。因此，相邻的或相接续的顶部集流管是指毗邻的顶部集流管，这些顶部集流管一个紧跟另一个，其间不存在第三个顶部集流管。顶部集流管的高度h，如在图1和2中指示的那样，是指顶部集流管的竖向尺寸 (即，沿重力线并且在顶部集流管的下侧与顶部侧之间测得的顶部集流管的尺寸)。顶部集流管的厚度t，如在图1中指示的那样，是指在横向平面(如在图1中那样的侧视图的图平面)中沿水平线测得的顶部集流管的尺寸。顶部集流管的长度1，如在图2中指示的那样， 是指在前视平面(如在图2中那样的前视图的图平面)中沿水平线测量的顶部集流管的尺寸。在相邻顶部集流管之间的高度差的适当选择可减少紊流。假定在两个相接续的顶部集流管中，布置得最高的顶部集流管称作靠上的顶部集流管41，而另一个称作靠下的顶部集流管42。靠上的顶部集流管41的最低点43优选地布置成比靠下的顶部集流管42的最高点44高出5mm至100mm，更优选地高出IOmm至100mm，最优选地高出20mm至100mm。 所述最低点可位于靠上的顶部集流管的下侧上。所述最高点可以位于靠下的顶部集流管的上侧上。当在同一基准点与在顶部集流管上的相同位置之间测量时(假定各顶部集流管具有相同的高度h)，后一种表达可叙述为在两个相邻的(相接续的)顶部集流管之间的高度差ΔΗ优选地落在h+5mm与h+100mm之间的范围中，其中h如以上那样定义。更优选地，所述高度差ΔΗ优选地落在h+10mm与h+100mm之间的范围中，而在h+20mm与h+100mm 之间的范围是最优选的。可以基于顶部集流管的厚度t (或在t与毛细管膜的外径之间的差)来选择高度差ΔΗ的数值。顶部集流管越薄，高度差ΔΗ可以越小。虽然图1和2描绘具有交错(之字形)排列的示范构造，例如具有按三个水平交错排列的可选择构造也是可能的。例如为了使在通路15中的过流面积最大，也可预期到这样的实施例靠下的顶部集流管具有与靠上的顶部集流管不同的几何形状。根据本发明的以上各方面，通过各个移动顶部集流管中的一些集流管的高度，减小了在通路15中的流动路径的节流，或者节流的至少一部分被移动，并且由此使整体节流较不剧烈。当在相接续的顶部集流管之间的高度差ΔΗ比顶部集流管的高度h大(即，集流管在前视图中不全部重叠)时，向上流动的废水经历仅来自一侧的节流。这在图3A和4A 中由在膜帘2之间的箭头示出。图3A示出在现有技术模块中发生的情形。图4A示出根据本发明的本方面的情形。如可在图4A中看到的那样，废水的通路15的面积加大，同时对于模块保持视觉上相同的比膜面积。因此，在毛细管膜的上部端部处的紊流显著地减小。事实上，在两个相邻帘之间向上流动的废水和空气气泡，不像在现有技术中那样在顶部集流管的位置处经历突然节流， 因为这些顶部集流管的高度被移动。作为结果，可防止在毛细管膜上的很大断续瞬时力，并且可延长毛细管膜的寿命。根据本发明的本方面，如在图1和2中可看到的那样，相接续的膜帘的毛细管膜此外具有不同长度(即，在底部和顶部集流管之间的距离在相接续的膜帘之间是不同的)。有利地，这可通过将相接续的膜帘在它们的下部端部处(在该处，它们连接到底部集流管(一个或多个)上)布置在相同高度、同时在上部端部处(在该处它们连接到顶部集流管上)将排列保持在不同高度处而提供。在这样的情况下在相接续的膜帘的毛细管膜之间的长度差因而与以上所指示的高度差ΔΗ相等。在顶部处不同的高度排列和在单排中膜的布置，可以保证在膜与原始液体之间具有的最好的接触，同时使得流动状态更为有利，并使得膜的寿命得以延长。此外，相接续的膜帘具有不同长度的事实，不会显著地影响膜填充密度，但尽管如此仍然允许在底部处将相接续的膜帘布置在相同高度处。这降低了设备的复杂性，并且使装配容易。此外，它可允许原始液体在各膜帘之间的流动通路中的均勻流入。在底部处膜帘在相同高度处的布置可更进一步促进充气装置(如空气导管10)在底部处在各膜帘之间的集成。空气气泡可直接注入在各膜帘之间的流动通路中，这允许将它们均勻地分布在不同帘之间。作为结果，可防止空气气泡在流动通路进口处的聚结和生成流动通路的阻碍。要注意，在底部处，原始液体可侧向进入在膜帘之间的流动通路，在该处没有节流，基本上不可能发生流动通路的堵塞。顶部集流管和/或底部集流管可通过紧固到框架上保持到位。根据本发明的另一个方面，提供过滤装置，这些过滤装置包括顶部集流管，这些顶部集流管具有特殊设计，该特殊设计容纳用于污泥/空气混合物的流动的较大通路，如在图5中表示的通路55。根据本方面，至少一个顶部集流管(在两个相接续的顶部集流管中) 被成形为使得在它被连接(linked)到毛细管膜上的位置51处具有厚度t1;该厚度、大于在桥接(bridging)两个相邻毛细管膜(同一膜帘的)的位置52处的厚度t2。这样的特殊设计可以涉及在毛细管膜之间具有波纹或波形侧壁53(如图5中所示)的顶部集流管。 作为结果，对于空气/污泥混合物在相接续的集流管之间和在与毛细管相平行的方向上的流动可得到的面积被加大，同时保持每单位体积的比膜面积相同。在本方面的一个可选择实施例中，顶部集流管在介于相接续的毛细管膜之间的位置处在侧壁中包括凹槽。这样的凹槽定向成与毛细管膜相平行。由此得到与图5的实施例相同的效果。当将具有波纹或带凹槽侧壁的这些顶部集流管与具有平侧壁的顶部集流管相比较时，可容易地看到具有波纹或带凹槽侧壁的顶部集流管的优点。当取得两者的水平截面时，具有波纹或带凹槽侧壁的顶部集流管的截面面积将显著地较小，因此为空气/污泥混合物的通路留下较大空隙。类似于关于交错排列得到的效果，并且由于减小了在顶部集流管的位置处在流动通路中的节流，可防止过大紊流，并且可延长毛细管膜的寿命。顶部集流管的波纹侧壁53优选地具有正弦形状。它可具有其它波状形状，优选地形成为使得它至少部分地与毛细管膜轮廓相符。优选地，在这样一种侧壁的下部和上部顶点(波谷和波尖)之间的距离与毛细管膜的外径的一半相对应。这样一种顶部集流管可通过使适当材料(优选地塑料材料)的两个波纹薄板彼此抵靠而制造，使它们的顶点布置在对应位置处，从而各薄板形成彼此的镜像。在各薄板之间形成的孔径中，可布置毛细管膜。借由适当粘合剂，可使各薄板彼此粘结并粘结到膜上。作为例子，对于具有4mm外径的膜，0.3mm厚度的波纹薄板可用来形成顶部集流管。在顶部集流管连接到膜上的位置处，顶部集流管将具有约4. 6mm的厚度t1;并且在中间位置处具有约0. 6mm的厚度t2。这与具有平侧壁的(即，恒定厚度t = 4. 6mm)的顶部集流管相比，显著地增大在相接续的顶部集流管之间的流动通路的尺寸。波纹顶部集流管可交替地绕毛细管膜模制或浇注。加强部件，如条或杆，可设置在顶部集流管的顶部上。加强部件在多个点处连接到顶部集流管上。它可允许顶部集流管的外部固定(例如，固定到框架上)。作为结果，这样的加强部件向顶部集流管提供另外的刚性，同时完全不干扰原始液体的流动。具有波纹侧壁的顶部集流管53有利地布置在相同高度处。因此，相接续的膜帘在这种情况下可布置在相同高度处，并且可以具有相同长度。与在单排中的膜的布置相结合，这导致在膜表面与原始液体之间的较好(或增大)接触、和因此较好的过滤效率，并且毛细管膜的寿命得以延长。本发明的顶部集流管优选地与涉及底部集流管的布置相结合，该底部集流管连接到多个膜帘上。在膜帘在底部处布置在相同高度的场合，充气装置可有利地集成在膜帘之间，并且可能集成在底部集流管中。充气装置在底部集流管中或在膜帘之间的集成，允许将空气气泡直接注入在膜帘之间的流动通路中，并因此使它们在不同排之间均勻地分布。在底部集流管由用来收集渗透产物的单个腔室形成的优选情况下，原始液体侧向进入在膜帘之间的流动通路中，在该处没有节流，流动通路的堵塞较不可能发生。本发明的本方面(顶部集流管的侧壁的设计)可以作为先前所述的各方面的附加或替代。在附加的情况下，并且借助于上文所指示的顶部集流管的交错布置，至少靠下的顶部集流管根据本发明的本方面形成。根据本发明的装置的一个优选实施例，减震材料，如弹性体材料，绕毛细管膜设置在毛细管膜罐封在顶部集流管4中的位置处、和/或在毛细管膜罐封在底部集流管3中的位置处。弹性体材料可抑制由使废水和/或空气气泡循环造成的毛细管膜的振动。因此，除在根据本发明的模块内的特殊顶部集流管定位和/或顶部集流管设计之外，毛细管材料寿命的进一步改进通过将减震材料设置到毛细管上而实现。减震材料优选地是弹性体材料。适当弹性体材料可以是硅酮橡胶、或聚氨酯，例如用来模制。特别适当的是双组分硅酮，更优选地是缩聚硅酮，像例如ASSYST 181 (Assyst BVBA，Belgium)。优选地，减震材料(弹性体材料)在熟化之后，具有的肖氏A硬度(硬度计)落在10与40之间，更优选地在15与25之间。减震材料优选地连续设置在顶部集流管下方(和/或底部集流管上方)，从而将局部地互连在膜帘中的毛细管膜。可选择地，减震材料可绕每个毛细管膜分离地设置。在根据本发明的模块内的膜帘2按彼此离开的优选固定距离有利地布置(例如， 通过按彼此离开良好限定的距离安装底部和顶部集流管)。在同一帘内的各个毛细管膜优选地以(大体)相等间隔一个紧跟另一个地布置。各个毛细管膜因而有利地按受控方式保持彼此良好地分开，导致空气气泡和废水对于膜的优良可接近性，而没有缠结的危险。用来过滤原始液体的设备可包括多个过滤模块1。这些过滤模块典型地并排布置在箱内，当设备在使用中时，原始液体在箱内循环。在诸如膜式生物反应器(MBR)之类的典型用途中，施加空气气泡，以保持废水 (“原始”液体)绕毛细管和在毛细管之间运动，并且防止在废水内任何固体或颗粒沉到膜式生物反应器箱的底部。这种空气从模块下面吹出，并且通过洗涤效应清理毛细管膜的外表面。选择性地，可通过将空气吹过空气供给管10的开口 11而供给(另外的)空气，该空气供给管10放置在毛细管的平面层2之间，在底部集流管3的紧上方。空气供给管可设置在每个平面层2之间，如图1所示。可选择地，可以仅在各个帘中的一些帘之间设置空气供给管10。
权利要求
1.一种用于液体过滤的装置，包括-多个膜帘O)，每个膜帘由单排毛细管膜( 形成，-底部集流管(3)，所述底部集流管设置在所述膜帘的下部端部处，并且连接到至少一个膜帘的所述毛细管膜上，-分别用于每个膜帘的顶部集流管，所述顶部集流管设置在所述膜帘的上部端部处，并且连接到所述膜帘的毛细管膜上，其中，所述膜帘( 在使用中按竖向构造布置，并且各顶部集流管(4)相间隔地布置， 由此允许液体在各膜帘( 之间和在各顶部集流管(4)之间向上流动，其特征在于至少两个相邻膜帘O)的顶部集流管(41、4幻布置在不同高度处，并且所述相邻膜帘O)的毛细管膜( 具有不同长度。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述相邻膜帘O)的下部端部布置在相同高度处。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，在其顶部集流管布置在不同高度处的两个相邻膜帘中，在重力线上的正交投影中，靠下的顶部集流管G2)的最高点04)位于靠上的顶部集流管(41)的最低点(43)的下方。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，在重力线上的投影中，所述最高点位于所述最低点下方5mm至IOOmm之间的范围内，优选地所述最高点位于所述最低点下方IOmm至IOOmm 之间的范围内。
5.根据以上权利要求任一项所述的装置，其中，各顶部集流管在重力线的方向上按交错方式布置。
6.根据以上权利要求任一项所述的装置，其中，各顶部集流管交替地布置在两个不同高度(43、44)处。
7.根据以上权利要求任一项所述的装置，其中，所述底部集流管C3)连接到至少两个相邻膜帘的毛细管膜上。
8.根据以上权利要求任一项所述的装置，其中，所述底部集流管C3)构造成收集和移出渗透产物。
9.根据以上权利要求任一项所述的装置，其中，所述底部集流管(3)由单个收集器腔室形成。
10.根据以上权利要求任一项所述的装置，其中，所述顶部集流管(4)构造成收集和移出渗透产物。
11.根据以上权利要求任一项所述的装置，其中，至少一个顶部集流管被成形为使得 与它桥接各毛细管膜的位置(t2)相比，在它连接到毛细管膜上的位置具有较大的厚度 (ti)。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述顶部集流管的至少一个侧壁形成波纹，使得凹槽和隆起与所述毛细管膜平行地延伸。
13.根据以上权利要求任一项所述的装置，其中，围绕每个毛细管膜、在所述毛细管膜连接到所述顶部集流管上的位置处，设有弹性体材料，用来抑制所述毛细管膜的振动和/ 或摆动。
14.根据以上权利要求任一项所述的装置，还包括在各膜帘之间的充气装置(10、11)。
15.根据以上权利要求任一项所述的装置，其中，所述毛细管膜是外向内的纳米膜、显微膜或超过滤膜。
16.根据以上权利要求任一项所述的装置在浸没过滤应用领域中的用途。
全文摘要
一种用于液体过滤的装置，包括多个膜帘(2)，每个帘由单排毛细管膜(5)形成。装置还包括至少一个底部集流管(3)和分别的顶部集流管(4)，该底部集流管(3)设置在膜帘的下部端部(毛细管膜的下部端部)处，并且连接到至少一个膜帘的毛细管膜上，分别的顶部集流管(4)用于每个膜帘。顶部集流管设置在膜帘的上部端部处，并且连接到其毛细管膜上。相邻膜帘的顶部集流管(41、42)布置在不同高度处，并且所述相邻膜帘(2)的所述毛细管膜(5)具有不同长度。
文档编号B01D63/02GK102176959SQ200980139054
公开日2011年9月7日 申请日期2009年10月5日 优先权日2008年10月3日
发明者B·莫莱恩贝尔格斯, T·梅林, W·杜瓦扬 申请人:佛兰芒技术研究所