具有集成功能的膜盒的制作方法

本发明涉及一种盒，所述盒包括支撑件，所述支撑件用于将一个或多个半渗透性膜附接至其上，其中，所述支撑件包括集成的渗透物收集通道。

背景技术：

由例如wo2013/113928、wo2006/091157、ep0662341和ep1366804已知了上述类型的膜盒。这些盒包括刚性平面支撑结构和一个或者多个过滤层，所述过滤层通常由有机半渗透性膜制成并且设置在支撑结构的至少一侧上、而且通常设置在所述支撑结构的两侧上。支撑结构一般包括形成在支撑结构内的集成的渗透物收集通道，该渗透物收集通道位于相对的外表面之间，膜层设置到所述相对的外表面上。集成的渗透物收集通道连接到盒的出口，用于排放渗透物(例如，过滤物)。

膜盒例如应用在过滤模块中，在所述过滤模块中堆叠了大量膜盒。通常，诸如在废水净化和生物反应器中，过滤模块完全浸没在废水中。在堆叠的过滤盒下方设置气泡产生器，以便沿着膜使废水向上流动。气泡还有效用于刮擦膜表面，从而移除将会附着到膜上的固体。在例如wo03/037489和ep0662341中描述了上述类型的过滤模块。

已经发现的是，气泡对于过滤模块正确行使功能至关重要。应当确保的是，沿着每个盒的所有膜表面尽可能均匀地施加气泡，以使得模块内的每个盒均能够最优地行使功能。还应当注意的是，通气在过滤设备的操作成本中占据很大部分。

另外，存在构造更大的生物反应器和过滤设备的趋势，并且在这些大型系统中，优化地使用可用体积是关键所在。因此，存在尽可能多地增加每单位体积的膜(过滤)表面面积的趋势。就这一点而言，在堆叠的过滤盒下方使用的通气装置占据了不能够被用于过滤的相当大的体积。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种能够满足上述需要的膜盒和/或模块的更加适当的设计。本发明的一个目的是提供一种更加紧凑的系统，所述更加紧凑的系统与现有技术的系统相比具有类似或者甚至提高的性能。本发明的一个目的是提供具有更低操作成本的系统。

根据本发明的各方面，因此提供了一种用于处理流体的组件，即，盒组件，如所附权利要求所述。

根据本发明的其它方面，提供了一种用于处理流体的模块，所述模块包括上述组件的堆，如所附权利要求所述。根据本发明的又一个方面，提供了一种生物质反应器，所述生物质反应器包括上述模块中的至少一个，如所附权利要求所述。

根据本发明的方面的组件包括用于半渗透性膜的支撑件，其中，支撑件具有平坦的第一表面和相对的第二表面。至少一个第一流体隔间插置在第一表面和第二表面之间，并且有利地从第一表面延伸到第二表面。与第一隔间分隔开的第二流体隔间能够插置在第一表面和第二表面之间，以便从第一表面延伸到第二表面，或者以第二隔间有利地与支撑件竖直对准的方式附接到或者可附接到支撑件的边缘。组件包括：第一导管，所述第一导管与至少一个第一流体隔间流体连通；和第二导管，所述第二导管与第二流体隔间流体连通。第一导管和第二导管以及第一流体隔间和第二流体隔间在组件内诸如通过不可渗透流体的分隔壁而相互流体密封地隔开。换言之，第二导管在组件内与所述至少一个第一隔间流体密封地隔开，而且第一导管与所述至少一个第二隔间流体密封的隔开。

根据本发明的组件包括分隔的流体隔间，所述分隔的流体隔间集成在膜的可能刚性的支撑件内或者附接到所述膜的可能刚性的支撑件。这些分隔的流体隔间由单独的导管服务，从而允许各分隔的隔间有利地用于不同功能。通过将这些功能集成在支撑件内或者与支撑件匹配来优化堆叠密度并且提高堆中的盒之间的操作均匀性。这允许提高盒和模块的操作性能、和/或降低操作和/或安装成本。

通过在支撑件内提供分隔的隔间(由单独的导管服务所述每个分隔的隔间)还使得能够启用全新的应用范围。因此，描述了使用根据本发明的各方面的组件和/或模块来将化学复合物通过支撑件的分隔隔间定量供给至周围流体。除了通过支撑件的其它隔间提取渗透物之外，能够实施定量供给。化学复合物能够是阻垢剂。描述了使用根据本发明的各方面的组件和/或模块来通过支撑件的分隔隔间选择性地移除复合物，诸如，抑制性复合物。除了通过支撑件的其它隔间提取渗透物之外，还能够实施移除。能够通过液液提取来实施选择性移除。选择性移除的复合物能够是原料流的反应产物，诸如，通过渗透蒸发的乙醇。支撑件的分隔隔间中的每一个均能够构造成从原料流选择性地移除不同复合物(例如，不同反应产物)，诸如通过在支撑件的不同区域上提供不同的膜。

还描述了一种膜面板。膜面板包括有利地刚性的支撑件和第一半渗透性膜。支撑件包括：平坦的第一表面，所述第一表面布置成用于后撑第一半渗透性膜并且与第一半渗透性膜形成交界面；和第二表面，所述第二表面能够是平坦的并且第二半渗透性膜能够附接到所述第二表面。第一和第二表面布置成彼此相对。膜面板包括多个隔间，所述多个隔间插置在第一和第二表面之间，所述隔间布置成用于输送流体。膜面板包括多条第一流体通道，所述多条第一流体通道从第一表面延伸并且与至少一个隔间以及与第一半渗透性膜流体连通，所述至少一个隔间形成第一组隔间。第一半渗透性膜在第一表面上的膜区域上延伸并且覆盖第一流体通道。膜面板包括第二流体通道，所述第二流体通道在与第一组隔间分隔开的第二组隔间中的一个或者多个隔间以及第一表面之间延伸、并且与所述第二组隔间中的一个或者多个隔间流体连通。第二流体通道位于第一表面的第二区域中，所述第二区域与膜区域分隔开。第二区域能够不被膜覆盖，并且有利地沿着第一半渗透性膜的一个边缘延伸、而且有利地位于膜区域下方。第一组隔间和第二组隔间彼此流体密封地隔开。膜面板有利地用在根据本发明的各方面的组件中。

附图说明

现在将参照附图更加详细地描述本发明的各方面，所述附图为阐释性的，并且其中相同的附图标记表示相同的特征，在所述附图中：

图1示出了根据本发明的过滤盒的前视图；

图2示出了图1的盒的支撑件和膜层(其一起形成膜面板)的透视图，其中，局部剖开了所述膜；

图3示出了图2的支撑件的局部截面图；

图4示出了图1的盒的右手端的透视图，其中移除了膜，并且其中局部剖开以显露歧管和支撑件的内部部分；

图5示出了图4的分解的细节图；

图6a示出了在根据本发明的盒中使用的歧管的透视截面图；图6b示出了图6a的歧管的透视图；

图7示出了根据本发明的另一个实施例的支撑件和膜的局部截面图；

图8示出了应用在本发明的另一个实施例中的图7的支撑件的局部截面图；

图9示出了过滤模块的透视图，该过滤模块包括一堆图1的过滤盒和一堆歧管；

图10示出了图9的模块的分解局部视图；

图11示出了根据本发明的另一个实施例的支撑件和附接的第二隔间的局部截面图；

图12示出了用于实施在此描述的比较实验的实验装置；和

图13至图15示出了当用于在膜生物反应器测试装置中过滤和通气时，根据本发明的各方面的盒(表示为#1至#3)的操作性能的实验结果的曲线图。每条曲线均示出了由点划线分隔开的针对两次连续实验的结果，并且其中示出了总通量(虚线，右侧的标度)和跨膜压力(tmp，实线，左侧的标度)随着时间的演化。

具体实施方式

膜盒指的是这样的组件，所述组件包括：(i)用于半渗透性膜的平面后撑支撑件，其中，一个或者多个流体输送隔间集成在支撑件内；(ii)一个或者多个流体口，所述一个或者多个流体口布置成与各个隔间流体连通，用于从隔间排放流体和/或将流体供给到隔间；和可选地(iii)半渗透性膜，所述半渗透性膜附接在支撑件的一侧或者相对的两侧上。流体分布歧管能够设置在流体口和流体隔间之间。因此，在本描述中，术语“盒”意味着可以存在或者可以不存在半渗透性膜。结果，膜盒能够指的是中间组装产品(没有任何膜层)和最终产品两者。

流体隔间指的是空隙体积或者室，所述空隙体积或者室与盒组件的流体口中的一个或者多个流体口流体连通。流体隔间能够一体地布置在支撑件内(如将例如在图7和图8的所示的那样)，或者能够附接到支撑件，有利地与支撑件对准地(如将在图11中所示的那样)附接到支撑件。

模块指的是一堆膜盒。模块中的膜盒全部具有附接在它们的支撑件上的半渗透性膜。

在本描述中使用的腹板指的是支撑件的一体部分或者分隔部分，所述腹板在支撑件的相对布置的、间隔开的、并且有利地平行的两个壁之间形成连续的、平坦的、以及窄的刚性连接。

在本描述中涉及的膜指的是半渗透性膜，所述半渗透性膜是一层或一片实体的、连续的、并且有利地多孔的材料，所述多孔材料的结构允许一种或者多种复合物被选择性地输送通过膜，并且因此能够使得一种或者多种复合物与原料分离开，所述原料能够是液体或者气体。因此，膜的特征在于其对一种或者多种复合物具有确定的渗透率。选择渗透性能够由所有种类的分离机构(诸如但不局限于膜的典型孔径，例如，微型孔或纳米孔的过滤膜)、由特定电荷类型(例如，离子交换膜)的典型吸引力、选择吸附作用、或者溶液扩散特征所确定。

在本描述中涉及的膜有利地构造成用于通过微量过滤、超滤、纳米过滤、逆向渗透、正向渗透、压力延迟渗透、膜生物反应器、渗透蒸发、膜蒸馏、被支撑的液体膜、渗透萃取、膜吸收器、酶反应器、膜接触器、(反向)电渗析、或者气体分离来执行复合物分离。膜能够构造为离子交换膜。

有利地，在本描述中涉及的膜是通过使聚合物溶液经受相分离处理所获得的膜。相分离(还称作相转化)是众所周知的处理，在该处理中引发了聚合物和溶剂之间的分层。由于分层，聚合物沉淀，从而形成具有期望结构(孔大小、孔结构等)的膜晶格。能够实施其它处理步骤，以便完全移除溶剂(例如，通过冲洗)并且获得最终的孔结构(例如，移除孔形成物)。能够基于多种技术引发分层。一种可能性为热诱导相分离(tips)，其中，通过聚合物溶液的界面处的温度变化引发分层。另一种可能性是引发聚合物溶液中的化学反应，从而导致分层。这被称作反应诱导相分离(rips)。然而，在绝大多数情况中，由相扩散引发分层。聚合物溶液与另一个相接触，所述另一个相可以为液体(液体诱导相分离或者lips)或者气体(蒸汽，称作蒸汽诱导相分离或者vips)，所述另一个相为聚合物的非溶剂但是能够与聚合物溶液的溶剂混溶。液体或者蒸汽将扩散在聚合物溶液中并且致使聚合物溶液成分局部变化，从而引发分层。结果，聚合物从溶液中沉淀。lips还被称作浸没沉淀。应当注意的是，任何相分离处理均能够用于制备如在此所描述的膜。

膜包括或者由有利地热塑性聚合物复合物构成，在下文，所述热塑性聚合物复合物将称作第一聚合物复合物。第一聚合物复合物是用于制备膜形成溶液的首要或者主要聚合复合物，例如，在膜形成溶液以最大量存在的聚合物复合物。第一聚合物复合物能够是聚砜(psu)、聚醚砜(pesu)、它们的接枝变体、或者这些聚合物中的任意一种的共聚物。第一聚合物复合物能够是聚偏二氟乙烯(pvdf)、聚偏二氯乙烯(pvdc)、它们的接枝变体、或者这些聚合物中的任意一种的共聚物。第一聚合物复合物能够是聚氯乙烯(pvc)、氯化聚氯乙烯(cpvc)、它们的接枝变体、或者这些聚合物中的任意一种的共聚物。第一聚合物复合物能够是聚芳基醚酮(paek)族中的聚合物(诸如，聚醚醚酮(peek))、这些聚合物中的任意一种的接枝变体(诸如磺化聚醚醚酮(peek-wc))、或者这些聚合物中的任意一种的共聚物。第一聚合物复合物能够是聚氯代三氟乙烯(pctfe)、聚醚酰亚胺(pei)、聚酰亚胺(pi)、聚酰胺-酰亚胺(pai)、聚丙烯腈(pan)、聚氨酯(pur)(特别地，热塑聚氨酯)、这些聚合物中的任意一种的接枝变体、或者这些聚合物中的任意一种的共聚物。第一聚合物复合物能够是聚苯硫(pps)、醋酸纤维素(ca)、三乙酸纤维素(cta)、这些聚合物中的任意一种的接枝变体、或者这些聚合物中的任意一种的共聚物。如上所述的共聚物能够是指出的聚合物与聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚碳酸酯(pc)、氰基丙烯酸酯、三乙酸纤维素、聚苯硫醚、聚苯乙烯(ps)、聚乙烯醇(pva)、聚醋酸乙烯(pvac)和诸如聚己内酰胺(尼龙6)和尼龙-6,6的聚酰胺中的任意一种的适当共聚物。第一聚合物复合物能够是上述列举的聚合物中的两种或者更多种的适当混合。

在(干的、最终的)膜中的第一聚合物复合物的量按照重量能够占至少5％到至少50％。第一聚合物复合物能够为有机粘合剂，所述有机粘合剂形成膜的基体或晶格，在所述膜的基体或晶格中可选地分散着可能的亲水填充材料。填充材料可以为有机的并且有利地为以下中的一种或者组合：羧基丙基纤维素(hpc)、羧甲基纤维素(cmc)、聚乙烯吡咯烷酮(pvp)、交联聚乙烯吡咯烷酮(pvpp)、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚氧化乙烯(peo)、聚乙二醇(peg)和丙三醇。这种填充材料能够设置为孔形成物并且能够在后处理步骤中将其移除，诸如，通过在漂白液中冲洗(例如，对于pvp)。保持在最终膜层中的其它填充材料可以是胺，诸如但不局限于以下一种或者组合：单乙醇胺(mea)、二乙醇胺(dea)、聚乙烯亚胺(pei)、氨丙基三甲氧基硅烷和聚乙烯亚胺-三甲氧基甲硅烷。填充材料能够是包含聚合物的酰胺或者胺，诸如但不局限于以下中的一种或者组合：聚酰胺(pa)、聚氨酯(pur)、聚乙烯胺(pvam)和三聚氰胺。填充材料能够是无机的，诸如tio2、hfo2、al2o3、zro2、zr3(po4)4、y2o3、sio2、碳(前面这些物质可能地位于pt、ru或者rh支撑件上)、baso4、batio3、钙钛矿氧化物粉末材料、沸石、金属有机骨架(mof)和碳化硅中的一种或者组合。能够使用填充材料的功能化变体(诸如，胺化、磺化、丙烯酸化)。也能够使用上述有机和无机材料的组合作为填充材料。

本发明的各方面涉及一种组件，所述组件用于制造膜盒，特别是所谓的平板膜盒。因此，根据本发明的组件将组件中的多个功能集成在单个膜盒中。一种此类功能能够是已知的渗透物收集和提取。其它功能能够是产生气泡。另一个其它功能能够是在同一盒中收集和提取第二种不同的渗透物。又一个其它功能能够是气体扩散。这些和其它功能能够集成在组件中和盒中，而同时又没有显著增加盒的尺寸，因此导致产生更加紧凑的模块。这些其它功能还允许更加均匀地控制堆中的操作条件，使得能够提高堆内的每个盒的操作，从而提高性能。

在图1中示出了根据本发明的各方面的膜盒。盒10集成了两种不同功能。第一功能是收集以及提取通过半渗透性膜11的渗透物。渗透物被收集在用于膜11的支撑结构12内部，如将在下文进一步描述的那样。如在本领域中已知的那样，通过出口131和141提取如此收集的渗透物。盒10的第二功能为产生气泡。为此，支撑件12在其下边缘处设置有孔15，用于从盒将空气扩散到盒10周围的流体中。孔15与设置在渗透物提取出口131、141附近的空气入口132、142流体连通。附接到支撑件12的任意一侧处的歧管13、14布置成用于将渗透物从支撑件12内部输送到出口131、141并且用于将空气从入口132、142输送到孔15。

参照图2和图3，支撑件12包括第一表面121，所述第一表面121形成了支撑件的前面，所述支撑件12有利地是平坦的或者是平面，并且有利地形成为面板或者板。第二表面122设置在相对侧上，形成支撑件12的后面，所述第二表面122有利地平行于第一表面121延伸。支撑件12以及因此第一和第二表面121、122在顶部边缘120和底部边缘127、以及左侧边缘128和右侧边缘129之间延伸，并且由顶部边缘120和底部边缘127、以及左侧边缘128和右侧边缘129界定。第一表面121是外壁1210的外表面或者支撑件的层，第二表面122是相对的外壁1220的外表面或者层，所述相对的外壁1210和1220有利地相互平行。膜11设置在第一表面121上。在图3中，能够发现的是，可选地，相同的膜11还能够设置在第二表面122上。替代地，不同的膜(与第一表面上的膜不同)能够设置在第二表面122上。外壁设置用于膜11的后撑支撑件。

第一和第二表面121和122(即，相对的外壁)由间隔构件123间隔开，所述间隔构件123有利地将外壁和表面121、122固定到彼此。每个间隔构件123均有利地形成在外壁1210和1220之间的腹板。腹板有利地沿着表面121(和122)上的线连续延伸。有利地，间隔构件123从一个侧边缘128连续地延伸至相对的侧边缘129，如图2所示。其它适当的间隔构件可以成形为柱、结节、褶板、波纹板等。

具有外壁1210和1220以及腹板构件123的支撑件12有利地为刚性的。其能够具有至少150mpa、有利地至少250mpa、有利地至少350mpa、有利地至少500mpa、有利地至少700mpa、有利地至少900mpa的弯曲模量。弯曲模量能够小于或者等于5000mpa、有利地小于或者等于50gpa、有利地小于或者等于100gpa。

能够基于iso标准178并且基于长为80mm以及宽为10mm的样品来确定弯曲模量的指示值，其中，所述样品的厚度沿着垂直于外表面的方向跨越支撑结构的总厚度、并且样品的长度全部沿着平行于外表面的平面的轴线定向并且具有最高的抗弯强度。测试台应当构造成使得根据iso178的跨距l测量为70mm并且应当使用5mm/min的速度。

本发明的一个重要方面在于，支撑件12设置有至少两个分隔的流体隔间。两个分隔的隔间有利地插置在第一和第二表面121和122之间。有利地，间隔构件123中的一个或者多个形成用于流体隔间的分隔壁。参照图2和图3，间隔构件123自身间隔开，以在第一和第二表面121、122之间提供多个(至少两个)流体隔间124、125。能够例如通过多壁板或者面板获得这种结构。可以通过挤压，通过层压、通过模制或者铸造、通过其它制造方法或者通过任何其它可用技术来制造上述类型的支撑结构。用于支撑件12的适当结构例如为双壁或者多壁聚碳酸酯板，诸如，多紫外板(德国，拜耳)。其它适当的示例为在ep1543945中描述的聚碳酸酯面板(瑞士的politecpolimeritecnicisa)和聚丙烯kibox-面板和kibom-面板(德国的kibokunststoffegmbh)。层压面板(诸如通过将两个板层压成双侧带肋状件的板制造而成的三层板、或者诸如两层带肋状件的板的双层板)也能够是适用的。

第一组流体隔间124能够布置成用于收集通过膜11的渗透物。为此，参照图2，第一和第二表面制成在第一和第二表面上的选择部位处可用于渗透渗透物。能够例如通过提供贯穿外壁1210、1220的通孔126(诸如，穿孔)来获得第一和第二表面的渗透性。应当指出的是，外壁1210、1220能够适当地由致密的或者不可渗透的材料层(不能渗透渗透物)制成，其中，通孔126设置成贯穿这个材料层。

通孔的尺寸并不特别局限于基于所述应用的适当尺寸。通孔的尺寸有利地小于或者等于2mm，有利地小于或者等于1.5mm，有利地小于或者等于1.2mm，有利地小于或者等于1.0mm。当孔太大时，光滑涂层会面临问题。通孔的尺寸能够至少为5μm，有利地至少10μm，有利地至少25μm，有利地至少50μm，有利地至少100μm。

通孔能够使得支撑件的外表面122有利地呈现这样的开口面积(因通孔的孔隙率)，所述开口面积至少为2％，有利地至少5％，有利地至少10％，有利地至少15％，有利地至少20％，有利地至少25％，有利地至少30％，有利地至少35％。开口面积有利地至多为70％，有利地至多60％，有利地至多为55％，有利地至多为50％。开口面积指的是每单位的总外表面面积(包括通孔)上的通孔面积，其用百分比值表示。在定义总外表面面积时，排除膜元件的任何边缘区域，膜层在所述边缘区域处被流体密封。一方面，开口面积应当有利地不能太小而不能提供通过支撑件外层的足够流量，而另一方面也不能太高，以便不损害支撑件结构的刚度。应当指出的是，完全的开口面积(即，100％的开口面积)指的是膜和支撑件之间的界面表面，其是可用于结合的面积。因此，还就这一点而言，开口面积应当不能太高。

通孔的截面形状没有限制，即，它们可以是圆形、方形、多边形、星形或者裂缝状孔、或者任何其它适当形状的孔。

第一组流体隔间124适当地在第一和第二表面121、122的设置有通孔126的区域下方延伸。逻辑上，这对应于由膜11覆盖的区域，并且称作膜区域。

如图3所示，膜11能够形成塞111，所述塞111在通孔126中延伸，从而产生了如在wo2013/113928中描述的机械锚固点。作为附加方案或者替代方案，膜11能够通过溶剂粘合(诸如，在2015年9月24日的wo2015/140355中描述的那样)、通过熔接、或者通过任何其它适当的结合技术附接到第一或第二表面。

第二流体隔间125能够位于支撑件12中的膜区域下方。在图1至图3的示例中，流体隔间125与孔15流体连通，所述孔15布置成贯穿外壁1210和1220，用于将空气输送到孔15。通过孔15将空气排出到外部，以例如在盒10浸没于其中的废水中形成气泡151。气泡151沿着膜11上升。通过这样作，气泡引起废水沿着膜11向上流动。另外，气泡151提供用于空气刮擦膜表面，从而移除附着到膜的表面的固体颗粒。因为孔15设置成贯穿外壁1210和1210，所以应当理解的是孔15具有垂直于第一表面121(和第二表面122)定向的轴线152。

通过将第二流体隔间125集成到/在支撑件12中确保了针对盒的每个膜表面并且通过推断针对堆的每个膜表面产生均匀的气泡。另外，第二隔间125和孔15允许将通气装置直接集成在盒10中，这导致更加紧凑的布置方案。

有利地，通孔15布置成位于支撑件的底部边缘127上方一距离d处，以便确保离开第一表面上的孔15的每个气泡均沿着第一表面121上升，从而防止任何气泡转到第二表面122，反之亦然。这可能在例如盒10没有处于正确的竖直位置时发生。支撑件12的底部边缘127和孔15的中心之间的距离d有利地至少为5mm，有利地至少为10mm，有利地至少为15mm。

还能够在图3上看见的是，通孔15有利地布置成与第二流体隔间125的底部1250尽可能地靠近，以便避免在底部1250处出现废水停滞区域。有利地，孔15布置位于第二流体隔间高度的一半高度的底部中。有利地，孔15布置在位于第二流体隔间的高度的最多三分之一高度的底部内。

应当注意的是，能够按照需要设置多于一个的第二流体隔间125。

支撑件面板12的从一个外表面121至相对的外表面122的总厚度有利地为100mm或者更小，有利地50mm或者更小，有利地25mm或者更小，有利地20mm或者更小，有利地15mm或者更小，有利地10mm或者更小，有利地6mm或者更小。总厚度能够至少为200μm，可能地至少为500μm，可能地至少1mm，可能地至少1.2mm，可能地至少1.5mm。

有利地，附接到支撑件12的一根或者多根歧管提供用于从第一流体隔间124排放渗透物。附接到支撑件的相同的一根或者多根歧管或者分离的一根或者多根歧管能够提供用于将空气供应到一个或多个第二流体隔间125。参照图4，歧管13附接到支撑件12的右侧边缘129。歧管13有利地包括两根分离的导管，所述导管平行于侧边缘129延伸，并且因此相互平行。第一根导管133是渗透物收集器导管，所述渗透物收集器导管与第一组流体隔间124流体连通。收集器导管133将收集在第一组流体隔间124中的渗透物排放到出口131。第二导管134是供气导管，所述供气导管与第二流体隔间125流体连通，用于将空气供应到此。空气通过入口132从外部供给到供气导管134。收集器导管133和供气导管134通过分隔壁135相互流体密封地隔离开。

为了确保将歧管13正确地组装到支撑件12，能够在支撑件12和/或歧管13上设置一个或者多个指引特征件。例如由歧管13上的指引凸起部136与支撑件12的对应切除部1209配合形成指引特征件，如图5所示。替代地，切除部1209能够省去，并且能够由密封歧管壁137替代所述指引凸起部，如图6a至6b所示。歧管壁137具有形成狭缝的闭合外周，所述狭缝布置成适配地在支撑件12的侧边缘129处接收支撑件。

能够根据已知技术提供支撑件12和歧管13之间的密封。举例来说并且参照图5，弹性体密封环51能够平行于侧边缘129设置在第一和第二表面121、122上，以便将歧管13的渗透物收集器导管133与周围的废水密封隔离开。能够例如通过包覆成型在支撑件12上而形成密封环51。替代的密封技术(诸如通过粘合、适配接合等)可以用于将歧管附接到支撑件。就这一点而言，应当指出的是，也能够通过适当的密封件(诸如，密封环51)从支撑件拆卸歧管，尽管这不是必须的。替代地，歧管13或者其部分能够诸如通过包覆成型在支撑件上而直接注射成型在侧边缘129上。

有利地，如图6a所示，设置在供气导管134的端部处的喷口138布置成用于与第二流体隔间125适配接合。喷口138能够例如具有圆锥外表面，用于密封供气导管134和第二流体隔间125之间的过渡部，并且因此将空气环路与渗透物环路密封隔离开。

有利地，歧管13和支撑件12之间的密封件设置在膜区域的外部。因为膜没有包括在支撑件和歧管之间的密封件中，所以歧管和支撑件能够有利地制成可拆卸的。膜区域(即，由膜层覆盖的区域)因此有利地与支撑件的一个或者多个边缘120、127、128、129间隔开。

歧管13有利地包括导管，所述导管服务于支撑件的所有分隔的流体隔间124和125，并且原则上，在支撑件的相对的侧边缘128上不需要另外的歧管14。然而，可以与歧管13相同的第二歧管14可以附接到支撑件12的相对的侧边缘128上，以便提供其它优势。首先，在两侧上均具有歧管能够允许增加流体通量，这继而能够允许增加盒的尺寸。第二，在两侧上具有相同的歧管允许获得完全对称的盒，这有助堆叠组件。替代地，能够提供仅具有渗透物收集导管的一根歧管(例如，歧管13)而没有任何供气导管，并且能够在包括供气导管的支撑件12的相对侧处提供一单独的歧管。任何布置方案的其它组合也是可行的。

有利地，歧管13能够制成仅仅比膜支撑件12稍厚，以使得能够在对堆密度不造成负面影响的条件下堆叠盒。

从上文应当明白的是，图1的过滤盒包括支撑件12，所述支撑件12具有内部间隔构件(图1中没有示出)，所述内部间隔构件从支撑件的左手侧边缘128水平延伸至右手侧边缘129。膜11设置在支撑件的前面和后面(表面121和122)。膜11的区域限定了膜区域。即，支撑件12的至少部分由膜11覆盖的流体隔间能够(并且通常)用作渗透物收集隔间124。膜11的区域有利地在顶部边缘110、底部边缘117、右手侧边缘119和左手侧边缘118之间延伸。至少侧边缘119、118和可能的顶部和底部边缘110、117有利地与支撑件12的对应边缘129、128、120、127间隔开，以便易于将歧管13、14组装/附接到支撑件12。膜的边缘还能够与歧管13、14间隔开。

应当指出的是，在膜的边缘110、117、118、119处，支撑表面121是致密的并且不允许渗透渗透物。换言之，膜11的区域应当完全覆盖通孔126在其上延伸的区域。在支撑件表面121和膜11之间的适当密封应当设置在膜边缘处，诸如通过结合(例如将膜层溶剂结合到支撑件)、熔接或粘合来实现。

图1的盒10构造成竖直放置在原料中，以使得歧管导管竖直地延伸，并且通气孔15形成毗邻支撑件的底部边缘127布置的水平阵列。有利地，歧管13、14的入口131、132和出口141、142设置在顶部处，有利地，从支撑件12的顶部边缘120竖直伸出。

应当指出的是，能够替代地使得图1的盒在图的平面中旋转90°。在这种情况中，歧管13将布置在顶部处，而歧管14将布置在盒的底部处。在这种情况中，通气孔15将设置在歧管14的供气导管处、而非隔间125处。于是，隔间125将用于将空气从歧管13的入口132输送到歧管14的空气导管和孔15，从而理解的是端口141和142将省略。这能够通过提供连续的间隔构件123来实施，所述连续的间隔构件123从支撑件的一个边缘延伸至相对的边缘。通过本发明的各方面构思这种盒，并且提供相同的优势。

通过集成的通气/气泡产生系统不是唯一的可以由本发明所实现的其它集成功能。分隔的流体隔间能够用于除了产生气泡或者替代产生气泡的其它目的。举例来说，并且参照图7，支撑件72具有由单独的膜11、71所限定的多个单独的膜区域。膜11、71覆盖第一和第二表面121、122的各单独区域。这些区域而且还间隔开。膜11与第一组流体隔间124流体连通。膜71与第三组流体隔间724流体连通。膜11和71能够是相同的膜，在这种情况中，流体隔间124和724能够流体连接到歧管的同一渗透物收集器导管133。

替代地，膜11和71能够不同，例如，它们能够布置用于分离开来自原料流的不同复合物，在这种情况中，歧管能够具有针对隔间124和724的分离的渗透物收集器导管，从而允许分别提取出不同的渗透物。举例来说，膜11能够是亲水半渗透性膜，用于从原料流提取液体。膜71能够是作为气体扩散层的疏水半渗透性膜，所用于从原料流中提取气体或者将气体注入在原料流中。气体扩散层能够例如用于将气体溶解在液体提取膜层11附近的原料流中。溶解的气体能够例如引发或者增强有利于渗透物提取的数个化学反应。替代地，化学复合物(诸如，气体或者液体形式的阻垢剂)能够通过膜71经由从隔间724注入而按照剂量被供给至周围液体。在其它替代方案中，膜71和隔间724能够用于通过液体/液体提取选择性地移除可能的抑制性复合物。在其它替代实施例中，膜11和71每者均能够具有针对不同反应产物的选择性，并且因此被用于从原料流分别移除不同的反应产物。

能够在诸如隔间124和724之间提供其它流体隔间725。流体隔间725能够例如用于使得冷却或者加热流体循环通过支撑件72。这能够在需要控制盒浸入其中的原料流的温度或者渗透物的温度时使用。这在没有实施气泡产生的情况中(例如在没有提供通气隔间125的情况中)尤为适用。为此，流体隔间725能够流体连接到任意一根或者两根歧管13和14中的一单独导管，所述流体隔间725与其它流体隔间124和724并且可能的125密封隔离开。

形成腹板构件的间隔构件123的形状具有其它优势，所述腹板构件将支撑件的内部容积划分成分隔的隔间。参照图8，一些隔间825能够用于将增强棒插入通过其中。其它隔间824能够为了使其与间隔件杆81交叉而做出牺牲，所述间隔件杆81布置成垂直于第一表面121。间隔件杆81将盒间隔开地保持在堆中。能够用固体材料填充或者密封隔间824，以防止将原料泄露到渗透物收集器导管133中。

能够通过将一个盒的第一表面121和相继的盒的第二表面122放置成面对面关系并且相互间隔开来堆叠过滤盒10。还如图9所示获得堆100。堆100中的相继的盒的歧管可以相互间隔开或者可以不相互间隔开。不需要在相继的歧管之间具有间隔，原因在于集成的空气扩散器(孔15)将引发流体在相继的盒10的相对的膜11之间向上流动。这能够是有利的，原因在于，歧管能够大约制造得比盒的支撑件厚，以便限定膜层之间的间隔(在这个情况中，堆的相对的膜层之间的间隔对应于歧管(一方面)和支撑件加上膜层(另一方面)之间的厚度差)。

堆收集和分布歧管101能够联接到在堆100的相对侧处的入口和出口131、132、141、142，以便形成过滤模块。在图10中更加清晰地看见堆歧管。堆歧管包括用于歧管13的各分隔导管的分隔的室。堆歧管101能够包括渗透物收集和排放室104，所述渗透物收集和排放室104具有入口102，所述入口102构造成连接到歧管13的出口131。渗透物收集室还设置有出口103。堆歧管101能够包括空气分布室107，所述空气分布室107因流体不可渗透的壁(未示出)而与室104分隔开，并且空气分布室107具有入口105和出口106，所述入口105和出口106构造成连接到歧管13的入口132。一相同的堆歧管能够用于连接到歧管14的口141、142。

有利地，渗透物收集室104的出口103布置在渗透物收集室104的顶部区域中，以便确保排放渗透物环路的气体。该气体能够由最初溶解在渗透液体中的空气或者二氧化碳形成。

有利地，堆歧管101和歧管13能够一体地形成为整体式歧管(未示出)。因此，堆100的盒10的所有歧管13皆由一体或者整体的歧管替代。整体式歧管能够具有分隔的流体导管或者室，其用于盒的支撑件的分隔的流体隔间。整体式歧管有利地包括连接件，以用于可拆卸地连接每一个盒(支撑件)，以使得当一个盒发生故障时，该盒能够轻易地被替换。利用这种整体式歧管，盒在相对的侧部处可以包括或者不包括单独的歧管14。歧管14还可以由整体式歧管替换。利用整体式歧管避免了由渗透物排出口131和141引发的流动限制(由于歧管和盒的厚度限制)，因此这允许增加从盒排放的渗透物的流率和/或避免因那些流动约束而造成的过度压力损失。这种整体式歧管能够例如通过首先堆叠膜面板并且将歧管包覆成形在面板的堆的侧边缘上而被注射成形在膜面板11-12的堆上。

应当注意的是，尽管在上述示例中，盒已经描述为在前面和后面处均设置有膜层，但是这不是必需的。根据本发明的盒能够与仅仅附接到支撑件的一个表面(例如，前面)的膜层一起工作。

还应当注意的是，膜层11、71等能够在将歧管13、14附接到支撑件12之前或之后形成在支撑件上。

在上文中，已经描述了示例性盒，所述示例性盒包括作为支撑件的刚性多壁面板。尽管这种支撑件可以提供如上所述的优势，但是正如在权利要求中宽泛地阐释的那样，本发明的各方面并不仅仅局限于这种支撑件。支撑件还可以是间隔件纤维，其中，膜层覆盖在外纤维层上，如在wo2006/015461中描述的那样。在这种情况中，渗透物收集隔间形成为单个隔间，所述单个隔间可以在整个膜区域上延伸。

另外，第二流体隔间(例如，用于产生气泡的第二流体隔间)不需要完全插置在支撑件的外表面之间并且能够从外部附接到支撑件(例如，作为管)。在图11中示出了这种构造，所述构造包括支撑件92，所述支撑件92与先前示例的支撑件12的不同之处在于：第二隔间125没有成一体地插置在外表面121和122之间。替代地，管925附接在支撑件92的下方，以使得支撑件92和管925沿着竖直线对准。为此，管925的(竖直)正中面926与支撑件92的(竖直)正中面920对准。管925有利地作为与第一隔间124分隔开的第二隔间，并且可以由单独的导管134(图11中未示出)供应，如先前示例一样。第二隔间925可以具有这样的厚度(例如，直径)，所述厚度大于或者小于支撑件92的厚度。

通气孔95被形成为贯穿管925的壁。这些孔95可以具有中线轴线951，所述中线轴线951相对于正中面926成非零角度。轴线951可以倾斜于正中面926(非零并且非90度)或者垂直于正中面926定向。

实验

已经进行了一些实验，用于验证本发明的各方面在浸没式膜生物反应器(mbr)应用中的效果。使用了三个不同的盒(编号#1至#3)，每个盒均双侧设置有pvdf膜层。每一侧上的膜区域均为大约15cm宽和25cm高，其中，总的有效膜(过滤)面积为0.07m²/盒。所有的pvdf膜层均具有0.08μm的表面孔径和1500l/hm²bar的净水渗透率。

由如图2至图3所示的多壁刚性支撑面板开始制造盒#1至#2。多壁聚碳酸酯面板多紫外板2/4-6(德国拜耳)用作膜支撑材料。这个材料中的参考代码“2”指的是该材料的两个外壁；“4”表示其4mm的总厚度并且“6”表示6mm的肋状件距离。通过高速微型钻机为该面板钻孔。在盒#1的支撑件的壁中，钻制0.8mm直径的孔，以获得膜层下方的31.6％的开口面积(孔隙率)。在盒#2的支撑件的壁中，孔具有1.5mm的直径和20.5％的开口面积。pvdf膜层直接覆盖在穿孔壁上，如在wo2013/113928中所述的那样。

为了测试集成的和单独的通气，通气隔间125在膜区域的底部边缘下方提供了两条通道。通气隔间在每侧处以15mm的间隔设置有直径为0.5mm的十二个孔。

第三盒(#3)具有作为支撑件的编织类型的聚酯间隔件织物，pvdf膜层覆盖在所述支撑件的双侧上。最终的总厚度(包括膜层)为4mm。包含pvdf膜的面板被框在两个聚酯框架之间(根据wo2006/015461)并且通气管925附接在框架下方。该管在每侧处还包含十二个孔，所述孔的直径为0.5mm且每侧处的间隔为15mm。

已经在比利时的vito的实验室规模的mbr装置中并行测量了这三个盒。图12示意性地示出了用于实验的mbr装置的提取罐90。提取罐允许在不同以及完全相等的过滤条件下在相同的废料中同时操作多个(高达6个)过滤盒10，原因在于每个盒均具有其自有的提取/回流泵、渗透物容器、流量计和压力传感器。罐90还包括在容器底部处的中央通气管91。这是单根穿孔的塑料管，其放置成与三个盒的平面平行且位于盒底部下方20cm处而且处于正中部。管91具有分别为8mm的内径和10mm的外径并且包含一排100个孔，所述孔的直径为1mm并且分布在25cm的长度上。罐90允许独立地利用中央通气管91操作并且利用各个通气隔间125、925操作，例如，能够封闭中央通气管91或者能够封闭隔间125、925。

mbr提取罐90设置有三个盒#1至#3，各盒之间的间隔为5mm。包含在罐90中的废料的体积为80升。新鲜垃圾市政废水(cod：400-600ppm)首先被收集到400升的容器(未示出)中，废水在所述容器中被冷却至4℃，以避免生物滋长以及原料罐中的cod已经分解。从盒中提取的渗透物的50％再次循环到提取罐90中。mbr的提取罐90中的液位通过从400升容器供给新鲜废水的混合物而保持恒定，所述新鲜废水的混合物用于补充由三个盒提取的渗透物的未循环体积。mbr装置具有ph控制单元，用于补偿因硝化作用而造成的酸化。使用稀释的koh溶液(1摩尔)使得ph再次为大约7。盒的渗透物的cod总是介于10mg/l和20mg/l之间，从而导致移除了97％的平均cod。

第一实验——单独通气

在第一实验中，针对单独通气测试三个盒。将盒#1至#3完全浸入在罐90的废料中。通过每个盒的通气隔间125、925，吹送0.7nm³/h的气流，而与此同时没有使用中央管91(中央管91封闭)。在测试期间三个过滤盒的过滤条件相同并且如下：

●每个盒的总过滤通量50l/hm²

●每个盒的净过滤通量40l/hm²

●每个盒的回流通量150l/hm²(是总过滤通量的三倍)

●过滤循环周期5分钟

●过滤时间4.5分钟

●回流时间10秒

●弛豫时间20秒

●每个盒的连续通气流量0.7nm³空气/小时

●测试期间的废料浓度10g/l

●测试期间的ph变化介于6.8和7.2之间

●温度14℃至15℃

过滤周期时间是过滤时间、回流时间和弛豫时间的总和。在4.5分钟的过滤操作之后，以指定的回流通量在10秒期间开始回流操作。在回流之后，在20秒期间施加弛豫，以便允许在回流期间移除的滤饼层被上升的气泡输送离开盒进入到大部分废料中。

第一实验以50l/hm²的总通量在小于0.1bar的稳定跨膜压力(tmp)的条件下运行3.5周，这显示了单个盒通气的可靠性。在图13至15的曲线图中分别针对盒#1至#3示出了tmp和总通量随时间的演化。

第二实验-总体通气

在比较性的第二实验中，测试了通过管91的中央(共同)通气。在上述3.5周单独通气之后立即停止流动通过通气隔间125、925的气流，并且将如下气流吹送通过中央通气管91，所述气流等于在第一实验中通过隔间125、925的空气流率的总和(2.1nm³/h)。该实验在图13至15中被称作“总体通气”。使用了与第一实验中相同的过滤周期，并且针对每个盒保持了相同的50l/hm²的总通量。第二实验中的过滤条件与第一实验中的过滤条件相同。

在该第二实验中，发现的是，对于所有的三个盒而言，需要用于保持50l/hm²的总通量的tmp快速增大。对于盒#1来说在60分钟之后tmp增加至0.5bar，对于盒#2来说在120分钟之后tmp增加至0.5bar，对于盒#3来说在55分钟之后tmp增加至0.5bar。在tmp达到0.5bar时盒操作被停止，原因在于这样高的值不再经济。

在图13至15的曲线中示出了两种通气模式的明显区别。在每条曲线中的点划线的左手侧，给出了第一实验的结果(“单独通气”)，而在右手侧，给出了第二实验的结果(“总体通气”)。

第一实验和第二实验的比较表明：在总体通气条件下，高渗透物通量不能保持持久，所述高渗透物通量在单独通气中能够实现。为了在总体通气的条件下操作盒，需要增大吹送通过中央管的空气流率(即，这种操作模式需要更高的单位通气量(sad)，这增加了操作成本)或者必须降低渗透物通量(降低输出)。因此，显示的是，通过如在本发明中提出的那样，将单独的流体隔间集成在盒中、并且通过针对膜层单独通气来使用该盒能够显著地增加mbr性能。