专利名称：流体流分配装置的制作方法
技术领域：
本发明的实施例涉及膜过滤系统(membrane filtration system),且更特别地，涉及用于该系统的改进的清洁方法和设备。
背景技术：
膜过滤系统的使用快速增长。这样的系统的成功主要取决于使用有效和高效的膜清洁方法。 常用的物理清洁方法包括使用液体渗透液或气体反洗(例如，反脉冲、反冲洗)，和使用液体中由气泡形式的气体进行膜擦洗或冲刷。该第二种的方法的示例大致在Ishida等提出的美国专利No. 5，192，456、Cote等提出的美国专利No. 5，248，424、Henshaw等提出的美国专利No. 5，639，373、Henshaw提出的美国专利No. 5，783，083和国际专利申请公开号W098/28066和W000/18498 (转让给本申请人)中被描述。这些传统方法使用各种技术将气泡引入膜阵列，以产生有效并高效的表面清洁。有效清洁可以通过将气泡以均匀方式引入阵列而获得一尽可能产生膜表面的有效清洁。一些过滤系统包括纤维膜束，所述纤维膜束以大致垂直取向地安装在间隔的上部箱和下部箱之间，其中气泡从下部箱之下流动或通过使气体或气体/液体混合物流动穿过下部箱中的开口而形成。图I中示出了该类过滤系统。下部箱中的开口的使用使纤维在下部箱中的装入过程复杂化，并可以引起纤维在开口区域中的破坏，以及对纤维在箱内的包装密度的限制。
发明内容
简单描述，本发明的实施例涉及用于将流体流动到模块或使流体从模块流动的改进的方法和设备，其克服或至少改善现有技术的一个或多个缺陷，或至少提供有用的替换方式。根据第一方面，本发明的实施例提供了一种膜过滤模块，所述膜过滤模块包括流体分配装置，所述流体分配装置用于沿位于膜模块中的可渗透中空膜的表面分配流体流。流体分配装置可以适于可移除地围绕在膜的至少一部分周围，并限定出用于分配流体的多个贯穿开口。根据另一方面，本发明的实施例提供了一种膜过滤装置，所述膜过滤装置包括气体分配装置，所述气体分配装置用于将气泡形式的气体分配到位于膜模块中的可渗透中空膜的表面。气体分配装置可以适于可移除地围绕在膜的至少一部分周围，并限定出用于将气泡分配到膜的多个贯穿开口。
根据又一方面，本发明的实施例提供了一种沿位于膜模块中的可滲透中空膜的表面分配流体流的方法。流体流可以由流体分配装置分配，所述流体分配装置适于可移除地围绕在膜的至少一部分周围，并限定出用于分配流体的多个贯穿开ロ。根据另一方面，本发明的实施例提供一种用于将微细固体从液体悬浮液中移除的过滤系统，所述系统包括容器，用于容纳液体悬浮液；定位在容器内的多个可渗透中空膜；用于提供跨过膜壁的压差的器件，使得ー些流体悬浮液可以穿过膜的壁，以作为滲透液被抽出；用于从膜排出滲透液的器件；和流体分配装置，用于沿可滲透中空膜的表面分配流体流，其中，流体分配装置适于可移除地围绕膜的至少一部分，并设置有用于分配流体的多个贯穿开ロ。根据另一方面，本发明的实施例提供一种用于将微细固体从液体悬浮液中移除的过滤系统，所述系统包括容器，用于容纳液体悬浮液；定位在容器内的多个可渗透中空膜；用于提供跨过膜壁的压差的器件，使得ー些流体悬浮液可以穿过膜的壁，以作为滲透液被抽出；用于从膜排出滲透液的器件；和气体分配装置，用于将气泡形式的气体分配到可 滲透中空膜的表面，其中，气体分配装置适于可移除地围绕膜的至少一部分，所述装置设置有用于分配气泡到膜的多个贯穿开ロ。在一些实施例中，可渗透中空膜可以布置为细长束，且流体分配装置在束的一部分的周围周向地延伸。例如且非限制性的，膜的束在大致垂直间隔开的上部箱和下部箱之间延伸，且流体分配装置在下部箱处或下部箱附近的束的一部分的周围延伸。在一些实施例中，膜是中空纤维膜。流体分配装置可以具有环形构造，且被限定的贯穿开ロ可以沿环的圆周均匀地间隔开。在一些实施例中，流体分配装置可以用两个或更多个可拆卸的相互接合部件形成。例如，流体分配装置用ー对半圆形部件形成。流体分配装置可以是夹具。根据另一方面，本发明的实施例提供一种膜过滤模块，所述膜过滤模块包括在间隔开的箱之间延伸的多个膜。所述箱可以保持在相应的第一和第二端部外壳中。端部外壳可以容置适于允许第一和第二端部外壳抵抗沿模块的纵向轴线的纵向运动的锚定的器件。该器件可以适于允许锚定，包括第一和第二间隔开的脊部，所述脊部环绕端部外壳的周边，可接合地抵靠环形夹具的相应的相对肩部。另外，相对肩部中的第一个可以被机械地支撑抵靠套筒构件，所述套筒构件被机械地支撑在箱构件上。此外，相对肩部中的第二个可以被机械地推靠可滑动杯构件，所述杯构件在端部外売上可密封地滑动并被迫与箱构件的密封接合，其中，夹具形成具有多个贯穿开ロ的流体分配装置，所述贯穿开ロ布置为提供穿过所述装置的流体流的均匀分布。本发明的实施例的进ー步特征以及由此提供的优势在下文中參考附图中示出的具体实施例被更详细地解释，其中，相似的元件有相似的标记指示。
图I示出使用通过下部箱曝气(aeration)的现有技术模块的简化示意性侧视图。图2示出根据本发明的示例性实施例的类似于图I的简化示意性侧视图，示出了侧曝气方法。图3示出根据本发明的示例性实施例的供给歧管布置的简化示意性侧视图。
图4示出根据本发明的示例性实施例的加压模块的基部部分和在其中用来支撑该模块的夹具布置的透视图。图5A示出根据本发明的示例性实施例的夹具的一部分的立体图。图5B示出根据本发明的示例性实施例的图5A的夹具的平面图。图5C示出根据本发明的示例性实施例的沿图5B的线A-A截取的截面图。图6示出根据本发明的示例性实施例的模块的侧曝气构造和模块的底部入口曝气构造的跨膜压力(transmembrane pressure)的图形表示。
具体实施例方式为了有助于理解本发明的原理和特征，在下文中参考说明性实施例中的它们的实·施方式对它们进行解释。特别地，在膜过滤系统的背景下描述本发明的实施例。更特别地，在用于这样的系统的改进的清洁方法和设备的背景下描述本发明的实施例。但是，本发明的实施例不限于用于膜过滤系统。而是，本发明的实施例可以用在需要或期望过滤系统的任何地方。因此，下文中描述的用于过滤流体(诸如，水)中的介质的膜过滤系统还可以找到用于过滤其他物体的用途。另外，后文中描述的如组成防护系统的各元件的材料和部件意图是示意性的而不是限制性的。可以执行与此处描述的材料和部件相同或相似功能的许多合适的材料和部件意图被包含在本发明的范围内。在此未描述的这样的其他材料和部件可以包括但不限于，例如，在本发明的实施例的开发时间之后开发的材料和/或部件。具体参考附图，其中相同的附图标记在各图中表示相同的部件，图I示出常规曝气方法。如图I所示，模块10包括下部箱12，形成模块10的膜纤维的一个端部装在所示下部箱12中。当装入纤维时，所示纤维通常布置为束14。下部箱12可以具有许多均匀分布的通孔16，所示通孔16从下部箱的基部18延伸穿过下部箱12到它的上表面20，用于供应气体(例如，空气)到纤维束14的基部中。下部箱12与歧管22流体连通并连接至歧管22，所述歧管22供给气体至通孔16的下开口。在使用中，模块10可以浸入容纳在供料容器24中的供料液体，且气体流动进入歧管22并向上穿过空16，以在纤维束14内形成气泡，用以冲刷和清洁膜的表面。该常规曝气方法一尽管对在纤维束内提供气泡的期望流动是有效的一但是具有许多缺点。在下部箱中限定孔的需要通过要求孔的形成和孔之间的纤维的分配而使装配过程复杂化。进一步，孔使得使用渗透液从膜的双端部排出(double ended withdrawal)困难。此外，一旦形成，孔的尺寸和构造不能在不替换整个模块的情况下容易的改变。孔还在下部箱内占据空间，引起纤维的可用的可封装密度减小。图2示出本发明的示例性实施例的简化图。模块100与图I中所示的模块100在设计上类似，但在该情况下，冲刷气体通过外部安装的曝气分配装置106沿纤维束104的侧部分配，所述曝气分配装置106可以定位为靠近模块100的基部或在模块100的基部处。在示例性实施例中，该分配装置106包括夹具108，所述夹具108可以形成为两部件，以装配在纤维束104周围，但是可以使用曝气分配装置106的其他构造，包括具有单个部件或多个部件的那些。在该实施例中，气体或气泡液体混合物可以被设置在分配装置106之下，且分配装置106可以在膜束104的侧部周围或绕膜束104的侧部均匀地引导气体或气泡和液体的混合物，以提供膜表面的清洁。可以在加压式和浸没式(非加压式)膜过滤系统两者中采用本发明的实施例的气体分配方法和装置。现在将描述在加压式过滤系统中采用的本发明的示例性实施例。图3-4示出分配装置的示例性布置。在示例性实施例中，用于气体分配的装置还可以用于在加压容器壳体内支撑模块100。如图3所示，模块100可以包括下滲透液收集腔室120，所述下渗透液收集腔室120与装在下部箱110中的膜端部流体连通。模块100定位在压カ外壳130内，所述压カ外壳流体地连接到供料供给歧管140。外壳130的基部限定出开ロ 132，以允许供料液体流动到外壳130中并在束104中的膜周围流动。曝气分配装置106定位为靠近膜束104的基部131，并安装在束104和外壳130的内壁之间。冲刷或清洁气体可以通过气体供给管150被供给到供料供给歧管中。气体通过管150中的开ロ被供给到供料液体中以形成气泡，所述 气泡向上流动穿过供给歧管140和开ロ 132，进入外壳130。气泡可以随后继续向上经过分配装置106并沿着膜束104的外表面行迸，以便通过冲刷和搅动束104内的膜而从膜的表面移除累积的固体。在图4的透视图中示出了曝气分配装置的构造和安装的进ー步细节。在一些实施例中，膜束104适于通过过滤筒的侧向运动更换，所述过滤筒容纳束104和它的相关包封组件，由此上部箱和下部箱组件不需要被打乱或拆除。图4的实施例中所示的过滤模块的部件是多微孔中空纤维束(microporoushollow fibre) 104，所述多微孔中空纤维束104终结于相対的端部202中。束的一个端部装入下部箱110中。下部箱110可以被包围在端部件或帽204中，所述端部件或帽204在制造期间用作箱的模型并用于提供外部工作表面，所述外部工作表面在使用中用干支撑纤维束104，使得其可以抵抗正常过滤期间遇到的延伸力和反洗期间遇到的压缩力。端部件或帽204限定出用于接收O形圈的ー对槽206、208，所述O形圈可以形成抵靠过滤杯或外壳220的连接凸缘214的内表面的可滑动密封。连接凸缘214的结构可以使得，当形成曝气分配装置的环形夹具106被移除时，过滤杯220可以向上活动到端部件204上，直到过滤杯220的上端部越过(例如，其完全越过)歧管222的内裙部或凸缘的程度。此外，连接套筒230包括肩部232、234，所述肩部232、234定位在内表面上。肩部232,234适于接合形成曝气分配装置的圆形夹具106，由此当连接套筒230与歧管222成密封配合关系时，支撑压カ通过夹具106施加给在帽204中限定出槽242的相对肩部中的一个相对肩部240。因此，帽204可以被机械地支撑，抵抗沿膜束的纵向轴线沿第一方向的运动，而在帽204中限定出槽242的相对肩部中的另ー个相对肩部244被机械地支撑抵靠夹具106的相对表面，所述夹具106继而机械地推靠可滑动帽204的下边沿部，由此将可滑动帽204迫到相对于束104的延伸位置。正如图3中所示的布置的操作一祥，在使用中，供料液体可以流动穿过供料供给歧管140并向上穿过分配装置106以及沿着容纳在压カ外壳130内的膜束的侧部流动。渗透液可以通过下部箱110被排出并收集在过滤杯220中。当期望气体冲刷或清洁时，气体可以被送进供料供给歧管140，且形成的气泡向上流动并被分配装置106均匀地分配在膜束104周围。在示例性实施例中，移除夹具106的方法包括使外套筒230脱离接合并将其向下滑动，直到外套筒230被拉到夹具106的水平之下。夹具106可以包括两个半部，允许夹具106从其通常所在的端部件204的槽242脱开接合，由此允许过滤杯220被拉下，如上所述。当在位于模块100的两个端部处的外套筒230、夹具106和过滤杯220上执行这些清除动作时，则具有壳体和套筒的整个模块100可以相对于它的纵向轴线侧向滑动，以便在不干扰箱组件的情况下提升越过箱组件。相反的过程可以随后被执行，以更换过滤模块和过滤模块组件。尽管该布置可以与单端部的过滤筒一起使用，但与所示的双端相对的箱布置一起更有用，在双端相对箱布置中在不以某些方式沿它们的纵向轴线压缩过滤筒和过滤箱组件的情况下，通常困难或在一些情况下不可能的是在不干扰箱组件的情况下移除过滤筒。 如在图5A-5C中较佳示出的，曝气分配装置可以包括一对半圆形夹具部106a。夹具部106a的每一个自由端部设置有相应锁定突出部300和302，所述锁定突出部300和302在夹具部106a的内圆周表面304的平面中延伸。一个锁定突出部300在夹具部106a的上表面的平面中延伸，而另一突出部302在夹具部106a的下表面的平面中延伸，其中每一个突出部具有约夹具部106a的宽度一半的宽度。使用中，当一对夹具部106a与端部帽204的槽242 —起定位时，该对夹具部106a可以利用相关的锁定部300和302的重叠接合装配到一起，以形成圆形夹具106。如大概在图5C中较佳示出的，每一个夹具部106a可以包括一系列圆周上间隔的降低宽度区域306，所述降低宽度区域306沿夹具部106a的长度大致等距地设置。在一些实施例中，降低宽度区域可以大致为矩形形状(在平面视图中)，并由径向延伸脊部308将彼此分隔开。这些降低宽度部分306中的每一个限定出形成在它的基部312中的贯穿口或通孔310。仍参考图5C，基部312可以居中地定位在夹具部106a的上和下边缘之间。孔310的数量和尺寸可以改变，如它可以由在模块中提供膜的有效和均匀清洁所需的要求的气体分配以及流动而确定。没有曝气分配装置的常规系统(其中气体在模块之下提供)趋于产生气泡流动，所述气泡流动具有有利于最小阻力路径的分配。换句话说，气泡趋于从气体源直接向上流动，除非一些形式的分配装置被提供以分配和均衡膜束的周边周围的流动，以提供气泡至膜束的全部表面的均匀流动。常规系统的该问题在多个膜模块从气体的公用源充入的布置中进一步加剧。在这样的情况下，当一个模块在另一模块之前被污染时，气体流动可以倾向于较少污染的模块，引起被污染模块中减少的气泡流动及因此进一步增加的污染。通过均衡模块之间以及模块周围的气体流动，本发明的实施例克服了常规系统和其他系统的该问题。可移除曝气分配装置的使用使得老式系统(如果合适)通过本发明的实施例被改进，同时还允许任何特定模块设施的气体分配概况容易调整和优化。换句话说，具有不同的孔尺寸和位置的曝气分配装置可以用于优化特定模块构造的清洁过程的操作。还已经发现具有开口(限制和分配穿过它的流体流动)的分配装置的使用，当在反洗或清洁过程之后排干模块时，提供进一步的优势。典型地，容纳在反洗和/或冲刷过程期间除去的固体的液体通过供料容器或模块的排空而被周期性地移除。由于该排空侵占了系统的过滤过程时间，可期望最小化排空占用的时间。因此，排空常常导致液体从模块的快速流动。快速和不均匀分配的流体流动可以导致不适当的应カ分布在定位为靠近废料流的排放区域的膜部分上。根据本发明的实施例的分配装置的使用通过均匀地限制和分配膜中的流动而改善该问题，导致对膜的损害的较少机会。根据本发明的实施例的分配装置的使用可以导致曝气排气反压カ降低。在上文所述侧曝气方法中经历的反压カ是在冲刷或清洁过程中出现的液体水平的静压头；但是，由于底部曝气构造(其中气体通过下部箱中的孔被供给)，曝气必须克服液体水平的静压头压カ以及由于下部箱中的纤维阻碍来自孔的气体流动而造成的反压カ两者。所述布置还为端部帽204提供向上和向下纵向方向两者上的支撑，由此纤维束的端部帽204 (且因此相对的端部202)抵抗在反洗期间施加的压缩カ和在正常过滤期间施加的延伸力。该支撑在不需要使用集成到膜模块本身的任何形式的内部加强件的情况下被提 供。更确切地，通过依靠模块壳体和相关箱组件而提供机械支撑。图6示出图形表示，通过跨膜压カ(TMP)分布的比较而比较不同曝气入口构造的性能。尽管清楚的是在纤维束内使用曝气提供较低的总TMP分布，但每ー个分布显示出随时间的稳定和可比较的性能。因此，本发明的实施例提供足够的性能，同时改善了使用通过下部箱的曝气入口的曝气构造的许多缺陷。本领域技术人员将意识到，根据本发明的曝气分配装置不限于上述特定构造，且许多形状、尺寸和构造上的变化例是可行的。还将意识到，本发明的进ー步实施例和范例在不背离所述发明的范围和精神的情况下是可行的。
权利要求
1.一种膜过滤模块，包括 膜模块，包括多个可渗透中空膜；和 流体分配装置适于可移除地围绕膜模块的膜的至少一部分，限定出用于分配流体的多个通孔开口，且适于沿可渗透中空膜的表面分配流体流。
2.一种膜过滤装置，包括 膜模块，包括多个可渗透中空膜，每一个可渗透中空膜具有表面；和气体分配装置适于将气泡分配到可渗透中空膜的表面，适于可移除地围绕所述多个可渗透中空膜的至少一部分，并限定出用于将气泡分配到膜的多个贯穿开口。
3.一种用于将微细固体从液体悬浮液中移除的过滤系统，包括 容器，适于容纳液体悬浮液； 多个可渗透中空膜，定位在容器内； 第一系统，适于跨膜的壁提供压差，其中，一些液体悬浮液穿过膜的壁以作为渗透液被抽走； 第二系统，适于从膜排出渗透液；和 流体分配装置，用于沿可渗透中空膜的表面分配流体流，流体分配装置适于可移除地围绕膜的至少一部分，并限定出用于分配流体的多个贯穿开口。
4.如权利要求3所述的过滤系统，其中可渗透中空膜布置为细长束，且流体分配装置在束的一部分的周围周向地延伸。
5.如权利要求4所述的过滤系统，膜的束在大致垂直间隔开的上部和下部箱之间延伸。
6.如权利要求5所述的过滤系统，流体分配装置在下部箱处或下部箱附近的束的一部分的周围延伸。
7.如权利要求3所述的过滤系统，可渗透中空膜包括中空纤维膜。
8.如权利要求3所述的过滤系统，流体分配装置具有环形构造。
9.如权利要求8所述的过滤系统，贯穿开口沿环的圆周均匀地间隔开。
10.如权利要求8所述的过滤系统，流体分配装置用两个或更多个可拆卸的相互接合部件形成。
11.如权利要求10所述的过滤系统，流体分配装置用一对半圆形部件形成。
12.如权利要求11所述的过滤系统，流体分配装置包括夹具。
13.一种用于将微细固体从液体悬浮液中移除的过滤系统，包括 容器，适于容纳液体悬浮液； 多个可渗透中空膜，定位在容器内； 第一系统，适于跨膜的壁提供压差，其中，一些液体悬浮穿过膜的壁以作为渗透液被抽走; 第二系统，适于从膜排出渗透液；和 气体分配装置，用于将气泡形式的气体分配到可渗透中空膜的表面，气体分配装置适于可移除地围绕膜的至少一部分，所述气体分配装置限定出用于分配气泡到膜的多个贯穿开口。
14.如权利要求13所述的过滤系统，可渗透中空膜布置为细长束，且气体分配装置在束的一部分的周围周向地延伸。
15.如权利要求14所述的过滤系统，膜的束在大致垂直间隔开的上部和下部箱之间延伸。
16.如权利要求15所述的过滤系统，气体分配装置在下部箱处或下部箱附近的束的一部分的周围延伸。
17.如权利要求13所述的过滤系统，可滲透中空膜包括中空纤维膜。
18.如权利要求13所述的过滤系统，气体分配装置具有环形构造。
19.如权利要求18所述的过滤系统，贯穿开ロ沿环的圆周均匀地间隔开。
20.如权利要求18所述的过滤系统，气体分配装置用两个或更多个可拆卸的相互接合部件形成，所述可拆卸的相互接合部件用ー对半圆形部件形成。
全文摘要
在第一膜过滤模块中包括膜模块，所述膜模块包括多个可渗透中空膜；流体分配装置，适于可移除地围绕膜模块的膜的至少一部分，该流体分配装置包括用于分配流体的多个通孔开口，且流体分配装置适于沿可渗透中空膜分配流体流。在第二膜过滤装置中包括膜模块，所述膜模块包括多个可渗透中空膜，可渗透中空膜的每一个具有表面；和气体分配装置适于将气泡分配至可渗透中空膜的表面，适于可移除地围绕所述多个可渗透中空膜的至少一部分，并且所述气体分配装置限定出多个通开口，所述通开口用于将气泡分配到膜。
文档编号B01D61/00GK102869432SQ201180021904
公开日2013年1月9日 申请日期2011年3月28日 优先权日2010年4月30日
发明者B.G.比尔托夫特, J.T.劳, Z.考, H.A.拉扎德斯 申请人:西门子工业公司