性实施方案。
[0086]图52是纤维板的示例性实施方案。
[0087] 图53是纤维板的示例性实施方案。
[0088] 图54是用于测试膜排的示例性实施方案的试验系统的流程示意性。
[0089] 图55是对于不同的膜排构造的沾污速率的图表。
[0090] 图56是对于根据示例性实施方案的膜排的第一构造的试验结果的散点图。
[0091] 图57是图56的散点图的一部分的放大图。
[0092] 图58是对于根据示例性实施方案的膜排的第二构造的试验结果的散点图。
[0093]图59是图58的散点图的一部分的放大图。
[0094] 图60是对于根据示例性实施方案的膜排的第三和第四构造的试验结果的散点图。
[0095] 图61是对应于膜排构造4的图60的散点图的一部分的放大图。
[0096] 图62是对应于膜排构造3的图60的散点图的一部分的放大图。
[0097] 图63是对于两种不同膜排构造的试验结果的散点图。
[0098]图64是对于两种不同膜排构造在三种不同渗透物通量速率(flux rate)下的沾污 速率的图表。
[0099]图65是对于在三种不同渗透物通量速率下运行的膜排的试验结果的散点图。
[0100]图66是对于在三种不同渗透物通量速率下运行的膜排的试验结果的散点图。
[0101] 图67是对于两种不同通气空气流量下运行的膜排的试验结果的散点图。
[0102] 图68是对于在两种不同渗透物通量速率下运行的膜排的试验结果的散点图。
[0103] 图69是对于膜排的试验结果的散点图。
[0104] 图70是对于根据示例性实施方案的膜排运行多于120天的试验结果的散点图。
[0105] 图71和72是对于根据示例性实施方案的膜排运行45天的试验结果的散点图。
[0106] 图73是对于三种不同通气空气流量下运行的膜排的试验结果的散点图。
[0107] 图74是对于三种不同通气空气流量下运行的膜排的试验结果的散点图。
[0108] 图75是对于三种不同通气空气流量下运行的膜排的试验结果的散点图。
[0109]图76a和76b公开了具有气化装置的膜模块的阵列。
[0110]图77公开了封装件的一侧向上移动以显示束中的纤维的五个膜模块的阵列。
[0111] 图78a和78b公开了气化装置的两个方面的细节。
[0112] 图79a_79f公开了用于在气化装置中生成气泡的空气吸入/排气循环。
[0113] 图80a_80d公开了封装件和气化装置的组合。
【具体实施方式】
[0114] 图1示出了配置用于膜过滤系统（未示出）中的膜过滤器模块10的示例性实施方 案。模块10可以包括一个或多个膜排12,其可以排列在框架14中，彼此相邻以形成模块10。 如在图2和3中所示，单个膜排12可以包括集管16,其具有与集管16的一个或多个束体20连 接的一个或多个中空纤维膜束18。中空纤维膜束18可以包括多个中空纤维膜32,并且在本 文中也被称为纤维束。每个中空纤维膜32可以具有:外表面，固定在集管16中的下端，和密 封的、可自由移动的上端，所述上端通过槽中的液体悬浮并且适合于在槽中的液体中漂浮。
[0115] 单个膜排12还可以包括与集管16流体连通的在一端的渗透物立管管道22和在另 一端的通气立管管道24。如在图1中所示，渗透物立管管道22和通气立管管道24可以从集管 16沿着中空纤维膜束18竖直延伸至膜排12的上端26,在那里渗透物立管管道22可以与渗透 物集流管28连接并且通气立管管道24可以与通气集流管30连接。渗透物集流管28和通气集 流管30可以被配置成与模块10的任何数量的膜排12流体连接。
[0116] 图3示出了单个膜排12的下端29的近视图。如在图3中所示，一个或多个气化装置 34可以位于集管16下方并且与其流体连通。每个气化装置34可以被配置成接收通过通气立 管管道24供应的气体流36。利用气体流36,每个气化装置34可以被配置成产生并且从集管 16的束体20中释放气泡。例如，气化装置34和集管16可以被配置成将气泡释放至每个纤维 束18的中心中。模块10可以被配置成使得集管16具有对应于每个纤维束18和束体20的一个 气化装置34。
[0117] 模块10还可以包括排封装组件38,后者可以包括对应于每个纤维束18的一个或多 个束封装组件40。如在图2中所示，排封装组件38可以被配置成例如在膜排12的每个末端 与立管管道22、24连接。如在图1和2中所示，每个束封装件40可以通过从下端29延伸至相应 的纤维束18的上端26来包围纤维束18。图4A是根据示例性实施方案的用于模块10的单个膜 排12的示例性排封装组件38的顶视图。排封装组件38可以包括在横跨膜排12的宽度内彼此 相邻的多个束封装组件40。这个具体的实施方案包括九个束封装组件40;然而，可以在用于 膜排12的排封装组件38中包括多于或少于九个的束封装组件40。例如，取决于膜排12包括 的纤维束18的数量，排封装组件38可以包括10个、11个、12个、或更多的，以及相反地8个、7 个、6个、5个、或更少的束封装组件。
[0118] 图4B是一个束封装件40的放大图。单个纤维束18可以位于每个束封装件40的内部 开口中的每一个中。通过包围每个纤维束18,束封装组件40可以被配置成维持被引入至每 个束封装件40中的液体以使液体包围相应的纤维束18。如在图4B中所示，当从顶部或底部 观察时，纤维束18可以显示为具有大体上的环形。然而，纤维束18可以具有除了圆形之外的 外形，例如，椭圆形、矩形、正方形、或其他类似的形状。
[0119] 如在图5中所示，膜排12可以彼此相邻排列以形成模块10。图5中所示的示例性模 块I0具有模块长度L和模块宽度W，其中膜排12的数量建立了模块阵列的尺寸和形状。在图5 中所示的示例性实施方案中，模块10包括两个各22个膜排12的柱，并且44个排中的每一个 包括九个纤维束18,在这种单个的示例性模块10中总计396个中空纤维膜32的纤维束18。例 如，在其中每个纤维束18含有280个中空纤维膜32的实施方案中，模块10将会含有110，880 个中空纤维膜32。也可以预期其他过滤模块构造。例如，在其中每个模块10具有450个纤维 束18的实施方案中，每个纤维束18含有364个中空纤维膜32,模块10将会包括163，800个中 空纤维膜32。
[0120] 在另一个示例性实施方案中，如在图5B中所示，在每个膜排12中可以包括八个束 封装组件40和纤维束18。请注意，每个束封装件40和纤维束18在膜排12的每个末端的部分 由于渗透物集流管28和通气集流管30而部分地隐藏。在这种构造中，模块10包括两个各21 个膜排12的柱，并且42个排中的每一个包括八个纤维束18,在这种单个的示例性模块10中 总计336个中空纤维膜32的纤维束18。例如，在其中每个纤维束18含有336个中空纤维膜32 的实施方案中，模块10将会含有112,896个中空纤维膜32。
[0121] 每个模块10的活性膜区域可以改变，例如，随着在束18中的中空纤维膜3 2的数量 (即，纤维束18的填充密度）、每个中空纤维膜32的从纤维板表面到如本文更详细地说明的 纤维尖端密封的开始处的长度、纤维束18的尺寸和数量以及安装或使用的膜排12的数量的 变化而改变。根据一些实施方案，当需要时，模块10可以被配置成以部分负荷运行和/或可 以包含增加或减少的膜排12。
[0122] 与膜排和模块10-起使用的中空纤维膜的长度可以变化。在一些实施方案中，中 空纤维膜可以为，例如，约1.5m至约1.65m、约1.65m至约1.75m、约1.75m至约1.85m、约1.85m 至约1.95m、约1.95m至约2.05m、约2.05至约2.15m、约2.15m至约2.25m、约2.25m至约2.35m、 约2.35m 至约2.45m、约2.45m 至约2.55m、约2.55m 至约2.65m、或约2.65m 至约2.75m。
[0123] 与膜排和模块一起使用的中空纤维膜的直径可以变化。在一些实施方案中，中空 纤维膜直径可以为，例如，约I mm至约5mm或2mm至约3mm。就设计和系统性能而言，纤维直径 可以影响多种因素。例如，纤维直径可以影响填充密度。更具体地，纤维直径较大，可以填充 至相同横截面积的束中的纤维的数量就越小。较大的纤维可以具有较大的每个纤维的膜表 面积，但是由于每个相同横截面积的束包括较少的纤维，每个束的整体膜面积可以减小。可 以取决于纤维直径的纤维的刚性可能会在运行期间影响纤维的移动。对纤维的移动的影响 可能会影响沾污特征。例如，较大直径的纤维可以是更刚性的，其可能降低运行期间的运动 范围，使得纤维表面容易沾污。
[0124] 膜模块运行概述
[0125] 如在本文中所描述的模块10可以与膜过滤系统一起使用以处理在环境压力下的 槽44或其他容器(例如，盆、水池、水库等）中含有或容纳的含有固体(例如，悬浮固体）的液 体42。如在图6中所示，模块10可以位于（例如，悬浮)在槽44中并且浸入液体42中。图6中所 示的模块10可以包括任何数量的膜排12。例如，模块10可以包括1个、2个、3个、4个、5个、6 个、7个、8个、9个、10个、12个、14个、16个、或更多的膜排12。
[0126] 如在图6中所示，可以示出具有大于模块10的排封装组件高度C的液体深度D的示 例性的槽44。模块10的底部和槽44的底部之间的距离或间隔可以被称为模块间隔并且由标 记字母S表示。模块10包括活性膜材料的部分可以具有可以至少稍微大于排封装组件高度C 的高度M，其中相对于排封装组件高度C使高度M最大化可以为特定的模块提供最大量的活 性膜面积。
[0127] 可以和在活性膜的底部的部分表示为笼间隙G，可以确定其以优化给定的模块的 过滤性能。可以选择笼间隙G的高度以提供新液体42(例如，淤泥）向膜排12中的所需的流入 量，因为这可以是暴露于进入的液体42的膜排12的仅有的开放区域。换句话说，这种笼间隙 G高度的选择有助于优化每个膜排12和模块10的性能，并且可以根据许多因素选择，包括适 宜进行过滤的速度，进入的液体42淤泥的污染水平，以及许多额外的因素。根据示例性实施 方案的笼间隙G的高度可以大于0且小于6英寸，包括高度在1至5英寸之间。如果需要，可以 用放置排封装组件38下方的间隙间隔体或其他结构构件维持笼间隙G。在一些实施方案中， 笼间隙G可以为，例如，约0.5英寸、1英寸、2英寸、3英寸、4英寸、5英寸、或更多。
[0128]从笼间隙的底部到槽44的底部的距离可以为高度H并且被称为槽44的混合区。图6 中所示的箭头示意性地描绘了与模块10有关的液体42的流路。如通过箭头所示的，液体42 可以通过排封装组件38向上流动并且从模块10的顶部流出。液体42可以从模块10的顶部向 下流回，沿着路线混合。
[0129] 可以向模块10和整个纤维束18施加小于环境压力的压力（即，真空）以使过滤进 行。通过可以与集管16内的渗透物室46 (参见图7)流体连通的渗透物集流管28和渗透物立 管管道22,可以向模块10的每个膜排12施加这个压力。图7示出了根据示例性实施方案的包 括渗透物室46的一部分的集管16的一个束体20的横截面。渗透物室46可以与在多个中空 纤维膜32内的内部中空腔流体连通。因此，当中空纤维膜32的内腔经历压力差时，包围纤维 束18的一部分液体42将会通过中空纤维膜32的孔并且将会被过滤以产生之后可以收集的 澄清液体(渗透物）。来自前面未处理的液体42的固体材料中的至少一些可以保持在中空纤 维膜32的侧面上或者保持在中空纤维膜32的孔中。可以借助压力将渗透物抽取通过集管16 的渗透物室46,向上通过渗透物立管管道22(参见例如，图2)，并且从渗透物集流管28出来 (参见例如，图1)。
[0130] 在一些实施方案中，如在图1-2中所示的集管16可以由多个彼此相邻堆叠的束体 20形成。例如，根据一些实施方案的集管16可以由一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、 八个、九个、或者更多的彼此相邻堆叠的束体20形成。根据一些实施方案，束体20的直径和 相应的纤维束18的直径和中空纤维膜32的数量或直径可以根据组成膜排12的束体20的数 量增加或降低。
[0131] 为了限制或降低固体在中空纤维膜32的表面上的累积以及促进液体42的循环，可 以从一个或多个气化装置34中释放气泡。气泡可以沿着中空纤维膜32通过从而引入新液体 42同时还冲刷中空纤维膜32的表面并且控制固体在表面上的累积。这个将气泡释放至中空 纤维膜32的过程在本文中可以被称为通气或空气冲刷。
[0132] 气化装置设计和运行
[0133] 存在多种可以用于中空纤维膜32的通气的方法和气化装置。例如，通气方法可以 包括连续通气、间歇通气、和脉冲通气。连续通气可以包括其中将基本上连续的小气泡流从 每个气化装置连续释放以冲刷中空纤维膜32的表面的通气。间歇通气可以包括其中当将气 体流36供应至模块10时将基本上连续的小气泡流从每个气化装置释放一定时间段(例如， 循环开启和关闭）以冲刷中空纤维膜32的表面的通气。传统上，间歇通气已经是用于清洁浸 入式膜的通气的常规方法。例如，美国专利号6,245,239公开了用于浸入式膜模块的循环通 气。
[0134] 间歇通气由于能量节省相对于连续通气已经是优选的，其可以通过不将所有膜连 续通气获得并且仍然保持令人满意的性能。更近期，已经引入了脉冲通气，其中当将气体流 36供应至模块10时可以将较大的气泡从气化装置周期性地释放以冲刷中空纤维膜32的表 面。对于脉冲通气来说，可以将气体流36连续供应至气化装置并且释放较大气泡的速率取 决于气体流36的流量。
[0135] 间歇通气气化装置
[0136] 图8中示出了被配置用于间歇通气的气化装置34A的一个实施方案。图8是示出气 化装置34A、单个束体20的一个实施方案、通气管48、和纤维板50的分解组装图。纤维板50、 通气管48、和中空纤维膜32 (未示出）可以包括纤维束组件52。
[0137] 图9示出了在组装状态下并且倒转以使通气管48在中空纤维膜32上方延伸的来自 图8的束18、纤维板50、和通气管48。如在图9中所示，多个中空纤维膜32中的每一个可以延 伸通过纤维板50中相应的孔。图10示出了多纤维束组件52,其具有延伸的通气管48,通气管 48相对于它们各自的束体20放置，束体20进而可以放置在膜排12的集管16中。
[0138] 图11是横截面透视图，其示出了在其相对于纤维束组件52的组装位置的束体20， 并且另外示出了与束体20接合的通气管48。尤其是，通气管48的外表面设置有可以与束体 20的内部结构接合的结构(例如，延伸的圆形法兰）以将部件相对于彼此锁定。如示出的，通 气管48可以延伸通过束体20的中心，并且其末端中的一个位于可以位于通气管48的远端附 近的通气室54内。如示出的，束体20还可以包括至少一个渗透物室46。
[0139] 备选地，在束体20的一些实施方案中（例如，图7和11)，通气管48可以在恰在纤维 板50下方的灌封(potting)材料内停止。在这种构造(未示出）中，可以改进纤维板以适应在 通气管48和纤维束18之间剩余的间隙。另一个可选方案是在通气管48和纤维板50之间插入 可释放的灌封塞，其起到密封件的作用以防止灌封材料进入通气管。一旦灌封材料变硬，即 将灌封塞移除。图11以未连接的气化装置34A示出，但是气化装置34A可以与束体20可旋转 地连接。在未在图11中示出的其它实施方案中，可以使用其他常规方式，如粘合剂、紧固件、 闩、摩擦配合、或螺纹-螺丝锁定将气化装置与束体连接。当与束体20连接时，气化装置34A 可以经由孔60接收来自通气室54的气体流36并且将气体流36引导至与通气管48流体连通 的气化装置34A的中心。因此，当将气体流36供应至气化装置34A时，气化装置34A可以产生 可以经由通气管48释放至纤维束18的中心的大体上连续的小气泡流。
[0140]间歇通气过程可以包括在特定时间段内经由通气室54将气体流36间歇供应至气 化装置34A，并且之后停止气体流36。例如，根据一个实施方案，可以将通气打开约120秒至 24小时的时间，并且之后可以将其停止恰大于0秒至约120秒的时间段。根据将通气打开或 激活的时间长