用于过滤液体的方法和过滤装置与流程

1.本发明涉及一种用于在浸入液体中的膜过滤器中过滤液体的方法，其中膜过滤器包括膜。为了清洁膜，使用气体引入装置通过填充气体体积将气体从下方以连续脉冲的形式引入膜过滤器中，该气体体积布置在液体表面的下方并且在底部由最初填充有气体的液体液位来限定，其中气体同时自顶部向下移置液体并从气体提升通道排出，直至液体液位下降到气体流出通道的入口横截面的下方，然后气体向下通过气体提升通道和在气体提升通道的底部邻接该气体提升通道的偏转部分，向上通过入口横截面并通过在气体入口横截面的顶部邻接该入口横截面的气体流出通道从上面流出气体体积，然后到达液体表面。
2.本发明还涉及一种过滤装置，其包括：用于通过膜过滤液体的膜过滤器、布置在膜下方的气体引入装置、向下开放的由上壁和下壁限定的气体收集腔、用于将气体引入气体收集腔中的气体入口、用于将气体提升出气体收集腔并且排空气体收集腔的气体提升通道(其中气体提升通道包括在气体收集腔顶部的气体提升入口)、布置在气体提升通道底部的偏转部分，以及布置在偏转部分顶部的入口横截面，其中气体流出通道在气体流出通道的顶部邻接。


背景技术：

3.从us 2015/0265973a1、cn 104084049a和cn 105854619a中已知一种通用方法和通用气体引入装置。
4.已知的方法和已知的气体引入装置配置成用于将气体引入膜过滤器中，膜过滤器可以例如在膜生物反应器(mbr)中发现。气体引入装置放置在膜过滤器的下方，并被供应基本恒定的空气体积流，然后该空气体积流以脉冲的形式流出气体引入装置。
5.为了防止过滤物质堵塞膜，在朝向液体表面的路径上将空气从下方引入膜过滤器中，气体流过安装在气体引入装置顶部的膜过滤器。由空气和待过滤的液体形成的两相流的剪切力冲洗膜。
6.液体的脉冲流出比连续的气体引入产生更大的剪切力，同时防止空气的沟流，这意味着上升的气泡总是必须重新形成，因此总是发现通过膜过滤器的新路径。
7.持续供应空气并以脉冲的形式排出空气的气体引入装置也称为间歇泉(geyser)。
8.当气体通过连通管的原理流出气体引入装置时，积聚在气体收集腔中的气体体积通过连接到入口横截面的气体提升通道拉出，使得气体收集腔基本排空。
9.在气体收集腔排空期间，流出的气体体积流通过补偿入口抽吸液体，并根据气升泵作用通过流出通道输送液体。这样的优点是，在排空气体收集腔之后，气体体积流量下降得更快，使得可以用更多的气流操作气体引入装置。
10.在已知的方法和过滤装置中，空气最初从间歇泉(气体引入装置)流入横向开放部分，使得被空气移置的大部分液体从模块被横向移置，并且因此不可以用于冲洗膜。此外，根据空气脉冲的大小，一部分空气在模块底部沿横向方向逸出模块并上升到膜过滤器附近，这意味着未使用而对膜没有冲洗作用。
11.在发明wo 2016/064466a(koch membrane systems)、us 2009/0194477a1(asahi kasai)、us 10179311b2(sumitomo electric)、cn 104519984bb(samsung cheil industries)、kr 20190002717a(mitsubishi chemical)和wo 2011/028341a1(zenon technology partnership)的背景下，公开了气体引入装置，这些气体引入装置不包括补偿入口，因此只能以脉冲的方式在相当低的气体体积供给下操作。而且，在这些过滤装置中，空气在从间歇泉流出期间流入横向开放区域。


技术实现要素：

12.目的
13.因此，本发明的目的是改进被引入的空气的清洁效果。
14.解决方法
15.根据本发明提出的壳体横向包围膜以及在顶部直接邻接气体引入装置来改进已知方法。
16.因此，膜过滤器的这种配置的优点在于，由于壳体无间隙地邻接气体引入装置而且横向包封膜，引入膜过滤器的气体不能流出膜过滤器，使得气体有效地用于冲洗膜。
17.因此，有利的是，被空气移置的液体也不能从膜过滤器横向逸出，这增加了液柱的加速度。由引入气体在壳体中形成的且最初以凝聚力上升的气泡加速了布置在其上方的液柱，使得它也以高速流过膜，并且由于产生的剪切力而从膜上去除了堆积物。引入空气的清洁效果通过这两种影响大约提高一个数量级，并且用于清洁的能源相应地减少。
18.有利地，液体的阻塞流穿过气体提升器入口下方的补偿入口流到入口横截面，然后被气体拉动直至液体填充偏转部分，并因此对气体关闭入口横截面。
19.根据本发明的方法，气体引入装置中的液体液位在气体体积排空期间再次升高，其中气体体积被从下方流入的液体移置。因此，上升到流出通道中的气体的抽吸作用导致液体的阻塞流被拉过补偿入口并流向入口横截面。液体的这种阻塞流被气体拉动，使得液体填充偏转部分，从而填充入口横截面，并因此像用于气体的阀一样关闭。
20.因此，根据本发明的方法确保在一个时间点中断气体流出，在该时间点处，即使处于大的气体体积流量供给下也基本排空气体体积并且可以再次填充气体体积。因此，在大的气体体积流量供给时也确保了气体的脉冲。
21.有利地，在根据本发明的方法中，在液位已经下降到入口横截面的下方之后，气体仅流过气体流出通道，直至液位上升到补偿入口的上方，直到那时阻塞流才穿过补偿入口流到入口横截面。而且，即使有更大的气流，间歇泉在排空之前不久也会沿液体拉动，从而确保停止间歇泉并开始重新填充。
22.这意味着补偿入口在气体流过流出通道的初期是处于气体连通的，这意味着当执行根据本发明的方法时，补偿入口是在充满气的气体收集腔内。这确保了即使在极低的气体体积流量下也能可靠地开始排空气体体积，因为没有液体流动阻碍气体抽吸作用，因此通过提升气体来排空气体体积。
23.然后，即使在非常小的气流下，间歇泉也开始排空。
24.因此，根据本发明的方法具有以下优点：基本恒定的气体体积供给可以在非常宽的范围内变化，然后以稳定的脉冲形式引入到膜过滤器中。因此，通过膜过滤器的脉冲的气
体体积流可以以节能的方式在宽范围的过滤性能变化中适应相应的过滤性能。
25.这意味着根据本发明的方法允许在可变的过滤性能下，而且用可变的气体体积流量供给以可靠和脉冲的方式操作膜过滤器，以便在低能耗下实现膜的有效冲洗。
26.根据本发明提出的壳体横向包围膜以及在顶部直接邻接气体引入装置来改进已知的过滤装置。根据本发明的过滤装置便于执行根据本发明的方法，其特征在于上述优点。
27.有利地，根据本发明的过滤装置包括气体引入装置，该气体引入装置包括位于气体提升器入口下方的补偿入口，其中补偿入口可以沿入口横截面向上流动。进一步有利地，补偿入口布置在入口横截面的水平高度处或其上方。因此，补偿入口布置在上壁的下方并且在入口横截面的上方或相同水平高度处。因此，当填充气体收集腔时，补偿入口是气体连通的，而当气体收集腔排空时，补偿入口是液体连通的。这对于脉冲排空和填充气体收集腔的间歇泉过程的开始和停止过程具有上述优点。
28.在根据本发明的过滤装置的一个简单实施例中，补偿入口通向气体提升通道。因为在该实施例中液体被直接引入到气体提升通道中的向下流动的强气体体积流中，所以来自气体的拉动作用相对较强，这限制了气体体积流量供给的增加。这种作用可以通过扩大补偿入口来抵消，因为补偿入口上方的气体体积当时没有被抽空，这导致向下方向的气体体积流量供给受到限制。
29.在根据本发明的过滤装置的另一个实施例中，补偿通道在朝向偏转部分的方向上邻接补偿入口。通过补偿通道，补偿入口的位置和将液体阻塞流引入流出气流中的位置不挂钩，这导致气体体积流量供给的变化增加。
30.在过滤装置的有利实施例中，补偿通道平行于气体提升通道通向偏转部分。因此，阻塞液流的引入位置尽可能向下移置。这样的优点是，将液体从气体体积流中分离并以精确地供给到液体将对气体产生阻塞作用的位置，这确保了在较大气体体积流量供给时也能停止流出的气体流。
31.使用根据本发明的过滤装置的替代实施例，当将补偿通道和气体提升通道彼此平行地连接至偏转部分时，通过使补偿入口的横截面大于补偿通道的最小横截面，可以进一步增加气体体积流量供给，同时可靠地维持脉冲。这增加了液体的阻塞流，并且为更大的气体体积流量供给提供了更快且因此更可靠的气体入口横截面的关闭。
32.因此，膜过滤器也可以配置有不同类型的膜，例如中空过滤膜、平板膜、缓冲膜或连接形成帘的中空纤维膜。有利地，这些膜来自孔径在0.02μm与1μm之间的超滤膜或微滤膜领域。然而，也可以使用来自纳米过滤或低压反渗透领域的其它膜。
33.因为在用气体冲洗膜时必须更换膜过滤器内的液体体积，以便防止过滤器中先前被膜截留的物质聚集，所以气体引入装置包括垂直穿过气体收集腔的液体流动通道，以便使液体流入膜过滤器的底部。
34.在根据本发明的过滤装置的有利实施例中，膜过滤器的壳体配置成管。管可以具有圆形、矩形或任何其它横截面。管的优点是可以经济实惠地制造，例如通过挤压制造。
35.为了以最佳方式分配从气体引入装置引入膜过滤器中的空气，根据本发明的过滤装置的一个实施例包括在膜下方的气体分配器，其中流出通道通向气体分配器。
36.在根据本发明的过滤装置中，流动通道部分地或完全地由气体引入装置的壳体的壁形成。流动通道包括流出通道、补偿通道和偏转部分。
附图说明
37.随后参考附图基于有利的实施例更详细地描述本发明，其中
38.图1a-i示出了根据本发明的方法的工艺步骤，以剖视图示出根据本发明的气体引入装置；以及
39.图2示出了根据本发明的过滤装置。
40.附图未按比例绘制。随后描述的方法或气体过滤装置的所有细节与上述根据本发明的过滤装置的实施例相同。
具体实施方式
41.图1a示出了根据本发明的第一方法的工艺步骤，该工艺步骤使用剖视图示出的根据本发明的第一气体引入装置3将气体1引入液体2。
42.气体引入装置3包括气体体积6，该气体体积6布置在液体2的表面4下方并由液体2的液位5沿向下的方向限定。气体体积6布置在由上壁8和侧壁9限定的气体收集腔7中。通过安装在气体收集腔7下方并与气体收集腔7分离的气体入口10，气体1被引入气体收集腔7中，从而填充气体体积6，使得液体2的液位5下降。因此，在气体收集腔7中的液体2在该时间点相继被流入的气体1以向下的方向移置，并由气体1代替。
43.根据本发明的气体引入装置3包括偏转部分11，该偏转部分11包括在顶部的入口横截面12，其中气体流出通道13连接在顶部的入口横截面。气体提升通道14和补偿通道15通向偏转部分11。气体提升通道14包括在气体收集腔7顶部的开放的气体提升入口16，并且补偿通道15包括在气体收集腔7的上壁8下方的补偿入口17，其中补偿入口17的横截面的尺寸大于补偿通道15的最小横截面。此外，气体流出通道13穿过上壁8。
44.图1b-1d示出了用气体1对气体收集腔7的附加填充，以及因此对气体体积6的附加填充和对液体2的液位5的附加降低。如图1b所示，当填充气体体积6时，气体1从上方通过气体提升入口16移动到气体提升通道14中，使得气体提升通道14被气体1自上而下填充。
45.在图1c中，液位5已经下降到补偿入口17的下方，并且气体1从上方移动到补偿通道15中。在如图1a-1c所示的方法步骤期间，气体流出通道13仍然充满流体2，这意味着没有气体流出气体引入装置3。
46.在图1d中，液体2的液位5已经下降到入口横截面12的下方。从此时起，气体1通过气体提升通道14和补偿通道15沿向下的方向流出气体体积6到达偏转部分11，然后通过入口横截面12和后面的气体流出通道13到达表面4。
47.图1e示出了气体收集腔7中的气体体积6如何被流出气体1减少。因此，从气体收集腔7流出的气体1被从下方流入的液体2相继代替，使得液体2的液面5再次上升。
48.通过气体流出通道13流出的气体1在气体流出通道13和邻接的气体提升通道14以及补偿通道15中产生真空。因为此时气体提升入口16以及补偿入口17布置在气体收集腔7中的填充有气体1的气体体积6中，所以最初只有气体1由产生的抽吸引导流过气体流出通道13。
49.图1f示出了液体2的液位5到达补偿入口17的时刻。直到此时，只有气体1流过气体流出通道13。
50.图1g示出了在液位5由于气体通过气体提升通道14流出而进一步升高期间，补偿
入口17如何被流体2充满。
51.图1h示出了液体2的阻塞流18如何通过从气体流出通道13流出的气体1的抽吸作用被拉过补偿入口17，使得液体2的阻塞流18流过补偿通道15到达入口横截面12，并被流出的气体1拉动，直至液体2的阻塞流18填充图1i中的偏转部分11，然后像阀一样对气体1关闭入口横截面12。
52.图2示出了根据本发明的气体引入装置63的剖视图，其安装在膜过滤器64下方。气体引入装置63具有由侧壁66横向限定的气体收集腔65，侧壁66配置成具有20cm横向宽度的矩形管。气体收集腔65沿向下的方向开放，气体入口67布置在气体收集腔65下方并配置成在操作期间用气体填充气体收集腔65。气体提升入口69在上壁68下方的顶部通向气体收集腔65，其中气体提升通道70邻接气体提升入口69。气体提升通道70在底部通向偏转部分71，该偏转部分71在顶部与入口横截面72邻接。偏转部分71在底部穿过侧壁66。气体流出通道73在顶部连接到入口横截面72。另外，气体引入装置63包括布置在侧壁66内的补偿通道74。补偿通道74包括在气体收集腔65顶部的补偿入口75，并在底部通向偏转部分71。
53.膜过滤器64包括配置成中空纤维膜77的膜76，所述中空纤维膜77在底部浇铸到基座元件78中。基座元件78包括渗透收集腔79，其中中空纤维膜77以开放腔侧连接到渗透收集腔，以便从中空纤维膜77的腔中抽取出滤液。中空纤维膜77在顶部单独封闭并由壳体80横向包封，壳体80配置成矩形管81，其具有与侧壁66相同的横截面尺寸并在顶部邻接侧壁66。在基座元件78下方，膜过滤器64包括气体分配器82，其中气体流出通道73通向气体分配器82。气体引入装置63包括垂直穿过气体收集腔65和上壁68的液体流动通道83，以便使液体流入膜过滤器63的底部。气体引入装置63和膜过滤器64的组合共同形成过滤装置84。
54.附图标记和名称
[0055]1ꢀꢀꢀ
气体
[0056]2ꢀꢀꢀ
液体
[0057]3ꢀꢀꢀ
气体引入装置
[0058]4ꢀꢀꢀ
表面
[0059]5ꢀꢀꢀ
液位
[0060]6ꢀꢀꢀ
气体体积
[0061]7ꢀꢀꢀ
气体收集腔
[0062]8ꢀꢀꢀ
上壁
[0063]9ꢀꢀꢀ
侧壁
[0064]
10
ꢀꢀ
气体入口
[0065]
11
ꢀꢀ
偏转部分
[0066]
12
ꢀꢀ
入口横截面
[0067]
13
ꢀꢀ
气体流出通道
[0068]
14
ꢀꢀ
气体提升通道
[0069]
15
ꢀꢀ
补偿通道
[0070]
16
ꢀꢀ
气体提升入口
[0071]
17
ꢀꢀ
补偿入口
[0072]
18
ꢀꢀ
阻塞流
[0073]
63
ꢀꢀ
气体引入装置
[0074]
64
ꢀꢀ
膜过滤器
[0075]
65
ꢀꢀ
气体收集腔
[0076]
66
ꢀꢀ
侧壁
[0077]
67
ꢀꢀ
气体入口
[0078]
68
ꢀꢀ
上壁
[0079]
69
ꢀꢀ
气体提升入口
[0080]
70
ꢀꢀ
气体提升通道
[0081]
71
ꢀꢀ
偏转部分
[0082]
72
ꢀꢀ
入口横截面
[0083]
73
ꢀꢀ
气体流出通道
[0084]
74
ꢀꢀ
补偿通道
[0085]
75
ꢀꢀ
补偿入口
[0086]
76
ꢀꢀ
膜
[0087]
77
ꢀꢀ
中空过滤膜
[0088]
78
ꢀꢀ
基座元件
[0089]
79
ꢀꢀ
渗透收集腔
[0090]
80
ꢀꢀ
壳体
[0091]
81
ꢀꢀ
管
[0092]
82
ꢀꢀ
气体分配器
[0093]
83
ꢀꢀ
液体流动通道
[0094]
84
ꢀꢀ
过滤装置