用于脉冲通气的气化装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及用于脉冲通气的气化装置，例如在用于浸入污染水槽中的具有束封装 件和脉冲通气的中空纤维膜过滤系统中的用于脉冲通气的气化装置，其用作例如有效清洁 所述膜的脉冲空气提升栗。
【背景技术】
[0002] 广泛多样的膜过滤系统已经多年用于处理受污染的水，例如污水或废水。这样的 系统在复杂度和成本方面各不相同。在使处理过程更有成本效率的努力中，已经开发了浸 没式膜过滤法，其中将包含中空纤维过滤膜的膜模块浸入大型槽中，并且通过施加到中空 纤维膜的滤液侧的抽吸的方式来收集滤液。这引起了悬浮物质在中空纤维膜表面的外侧上 聚集，其降低了过滤性能。因此，需要从表面移除所述物质的有效方法。膜模块由多个中空 纤维膜组成。因为沉积在中空纤维膜的外侧上的悬浮物质降低了过滤性能，向中空纤维膜 的外侧提供适量的通气，从而移除沉积在纤维表面上的悬浮物质。
[0003] 这些膜系统的有效性和可行性大大取决于:具有对中空纤维膜表面进行清洁的有 效方式，使得它们不变得堵塞和/或失去它们的有效性。常见的清洁方法包括使用液体渗透 物和/或气体回洗、松弛(re Iaxing )、化学清洁、和使用气泡形式的气体的膜表面通气。在气 体通气系统中，将气体引入至膜模块的底座。气泡之后向上行进以冲刷膜表面，从而移除在 膜表面上形成的污垢物质。所产生的剪切力主要取决于最初的气体气泡速度、气泡尺寸、和 所得到的向气泡施加的力。为了增强洗涤，需要施加更多的气体。然而，能量消耗随着气体 体积增加而增加。对于其中被处理的液体具有大量的悬浮物质的应用来说，气体通气系统 容易变得堵塞。
[0004] 降低能量消耗同时仍然得到高效的膜清洁的一种方式是循环通气（例如，小气泡 分散通气）。循环通气系统循环地而不是连续地提供气泡。为了提供这种循环操作，这种系 统通常需要复杂的阀装置和控制方案，其成本抵消了循环系统运行上的节约。此外，循环通 气系统可能会具有有限范围的空气流量操作，限制了降低运行成本的能力。例如，当将空气 流量调低至最小阈值以下时，对于循环通气系统来说可能会出现问题。这种问题可能包括， 例如，膜槽内液体的不充分循环，导致沾污和淤积的不充分的膜表面冲刷，以及通气系统部 件(例如，喷嘴和分配管线）的增加的堵塞的可能性。
[0005] 降低能量消耗的另一个可选方案是具有与Zha等人的美国专利号8,287,743('743 专利）中描述的相似的脉冲空气提升系统。根据'743专利，系统包括具有设置在膜模块的分 配室下方的脉冲气体提升栗装置的膜模块。脉冲气体提升栗装置被配置成从加压源接收气 体，其使脉冲气体提升装置的气体收集室内的供给液体移动直到其达到特定水平。一旦气 体的体积达到特定水平，气体打破液封并且以气泡的形式通过分配室排出至膜模块的底座 中。气体的排出还通过脉冲气体提升栗抽吸供给液体，产生设计为冲刷膜表面的两相气体/ 液体脉冲。
[0006] '743专利的系统和方法可以在一些应用中提供一些益处。然而，其可能会具有某 些缺点和低效率，例如，通过脉冲空气提升形成的气泡可能会当它在膜模块向上移动时变 形或平移，从而降低洗涤效率。公开的实施方案可以帮助解决这些缺点和低效率以及其他 问题。 【实用新型内容】
[0007] 本实用新型提供了以下技术方案：
[0008] [1] -种用于脉冲通气的气化装置，所述气化装置包含
[0009] 外套筒，所述外套筒限定主室，其中所述主室具有开放的下端、在其顶端中具有开 口、并且与通气装置流体连接；
[0010] 管，所述管在所述主室内延伸，使得所述管的下端高于所述外套筒的下端，其中所 述管穿过所述开口；
[0011] 桶，其中所述桶的上开放端位于所述主室内并且高于所述管的下端，并且所述桶 的底部低于所述管的下端。
[0012] [2]根据[1]所述的气化装置，其中所述通气装置是在所述外套筒上方的通气室， 并且所述主室经由在其顶端中的通道与所述通气室流体连接。
[0013] [3]根据[2]所述的气化装置，其中在所述通道中设置节流阀。
[0014] [4]根据[2]所述的气化装置，其中所述气化装置具有在所述主室的顶端上的喷 嘴，所述喷嘴容纳所述管，并且所述通道围绕所述管且在所述喷嘴内。
[0015] [5]根据[1]所述的气化装置，其中所述气化装置设置为可释放地且可旋转地偶联 至一个需要向其脉冲通气的装置。
[0016] [6]根据[1]所述的气化装置，其中所述通气装置是下通气管。
[0017] [7]根据[6]所述的气化装置，其中所述下通气管行进穿过所述外套筒，并且在主 室中具有孔，允许气体从所述下通气管进入所述主室。
[0018] [8]根据[7]所述的气化装置，其中所述孔从所述下通气管的底部90度偏置。
[0019] [9]根据[6]所述的气化装置，其中所述下通气管是可释放的并且配置为滑动且锁 定就位。
[0020] [10]根据[1]所述的气化装置，其中所述气化装置与一个需要向其脉冲通气的装 置配置为一个整体部件。
[0021] 在一个方面中，本公开涉及被配置成在环境压力下处理槽中含有的液体的膜过滤 器模块。所述模块可以包括集管和含有多个基本上竖直的中空纤维膜的束，其中每个中空 纤维膜的下端固定在集管中。所述模块还可以包括适用于周期性生成气泡并且被配置成在 束内释放气泡的气化装置。所述模块还可以包括从膜束的下部区域延伸到上部区域束的基 本包围膜束的封装件，其中所述封装件被配置成维持被引入至封装件中的液体以使液体包 围膜束。气泡可以具有与封装件的横截面积对应的横截面积，以使在其沿着束流动时气泡 的横截面积基本上占据封装件的整个横截面积。
[0022] 在另一个方面中，本公开涉及被配置成处理在环境压力下槽中含有的液体的膜过 滤器模块。所述模块可以包括集管和含有多个基本上竖直的中空纤维膜的束，其中每个中 空膜的下端固定在集管中。所述模块还可以包括适用于周期性生成气泡并且被配置成释 放气泡的气化装置。所述模块还可以包括从膜束的下部区域延伸到上部区域束的基本包围 膜束的封装件。封装件可以被配置成维持被引入至封装件中的液体以使液体包围膜束，并 且维持被引入至封装件中的气泡以使气泡保持与束沿着束的整个长度接触。
[0023] 在另一个方面中，本公开涉及操作具有浸入槽中的液体中的以基本上竖直的取向 排列的中空纤维膜的膜过滤器模块的方法。所述方法可以包括操作浸入液体中的模块。所 述模块可以包括集管和含有多个中空纤维膜的束，其中每个中空纤维膜的下端固定在集管 中。所述模块还可以包括适用于周期性生成气泡并且被配置成释放束内的气泡的气化装 置。所述模块还可以包括从膜束的下部区域延伸到上部区域束的基本包围膜束的封装件， 其中所述封装件被配置成维持被引入至封装件中的液体以使液体包围膜束。所述方法还可 以包括向与中空纤维膜流体连通的渗透物收集室施加小于槽的环境压力的压力，其中施加 压力被配置成使得一部分液体作为进入渗透物收集室的渗透物通过中空纤维膜。所述方法 还可以包括向气化装置供应气体流以产生气泡。气泡具有与封装件的横截面积对应的横截 面积，以使在其沿着束流动时气泡的横截面积基本上占据封装件的整个横截面积。
[0024] 在另一个方面中，本公开涉及冲刷浸入槽中的液体中的以基本上竖直的取向排列 的中空纤维膜的外表面的方法。所述方法可以包括操作浸入液体中的模块。所述模块可以 包括集管和含有多个中空纤维膜的束，其中每个中空纤维膜的下端固定在集管中。所述模 块还可以包括适用于周期性生成气泡并且被配置成释放束内的气泡的气化装置。所述模块 还可以包括从膜束的下部区域延伸到上部区域束的基本包围膜束的封装件，其中所述封装 件被配置成维持被引入至封装件中的液体以使液体包围膜束。所述方法还可以包括向与中 空纤维膜流体连通的渗透物收集室施加小于槽的环境压力的压力，其中施加压力被配置成 使得一部分液体作为进入渗透物收集室的渗透物通过中空纤维膜。所述方法还可以包括向 气化装置供应气体流以产生气泡，其中所述封装件使得气泡保持与束沿着束的整个长度接 触。
[0025] 在另一个方面中，本公开涉及对中空纤维膜模块清除淤泥的方法。所述方法可以 包括临时终止向模块施加的真空压力。所述模块可以包括集管和含有多个中空纤维膜的 束，其中每个中空膜的下端固定在集管中。所述模块还可以包括适用于周期性生成气泡并 且被配置成释放束内的气泡的气化装置。所述模块还可以包括从膜束的下部区域延伸到上 部区域束的基本包围膜束的封装件，其中所述封装件被配置成维持被引入至封装件中的液 体以使液体包围膜束。所述方法还可以包括向气化装置供应气体流以产生多个气泡，其中 所述气泡保持与束沿着束的整个长度接触。气泡可以通过将淤泥打碎并且向上提升并且从 封装件顶部提出，来对中空纤维膜清除淤泥。
[0026] 在另一个方面中，本公开涉及用于与浸入液体中的膜过滤器模块一起使用的气化 装置。所述装置可以包括限定主室的与喷嘴连接的外套筒，其中所述主室具有开放的下端。 所述装置还可以包括在主室内延伸的管，使得管的下端高于外套筒的下端的上方。所述装 置还可以包括位于主室内的、管外部的桶，其中所述桶的底部在管的下端的下方。气化装置 可以被配置成当主室中气体的体积排出足够体积的液体并且达到管的下端时将气泡通过 管向上脉冲至膜过滤器模块的束中。
[0027] 在另一个方面中，本公开涉及一种被配置成处理在盆或槽中容纳的液体的膜过滤 器模块中的脉冲空气提升栗，为包括集管、含有多个基本上垂直的中空纤维膜的膜束，其中 每个中空纤维膜的下端固定在集管中并且每个中空纤维膜的上端密封并且可以在水中自 由移动；适用于周期性生成气泡并且被配置成释放膜束内的气泡的气化装置；以及基本上 包围从膜束的下部区域延伸到上部区域的膜束的侧部的封装件，其中所述封装件被配置成 维持被引入至封装件中的液体以使液体包围膜束;其中气泡具有与封装件的横截面积对应 的横截面积，以使在其沿着膜束流动时气泡的横截面积基本上占据封装件的整个横截面 积。
[0028] 在气泡移动至柱以上时，其将新鲜混合液向上拉起（即栗送)至膜束以上，这有助 于洗涤。具体地，封装件内上升的空气脉冲将液体在其上升时提升，在笼内产生液体流动。 这种液体流动将在膜表面上剩余的粒子移除并且维持与膜接近的低固体浓度。气化装置和 纤维束笼二者一起工作以通过增加液体循环速率以远高于这些分离的部件中的每一个而 协同地提高膜模块的性能。首先，气化装置被配置成产生空气脉冲，其每一个将会以单个 气泡基本上填充纤维束封装件的整个横截面。其次，封装件将单个气泡的约束为，其可以更 有效地提升在其上方的水并且向上抽取在其下方的水。
[0029] 可以在没有所公开的气化装置的情况下产生段塞流（slug flow)，然而气化装置 使得全部通气空气流大大降低，同时当空气脉冲通过通气喷嘴排出时仍然产生气泡和段塞 流。这以显著较低的运行成本为提高的膜性能产生了足够的液体循环。
[0030] 在使用膜模块组的情况下，模块通常以位于盆或槽中的阵列、架、或盒组装。为了 清洁膜模块的架或盒，可以将气化装置与分配器连接并且将所生成的脉冲气泡通过分配器 分配至模块中。备选地，可以使用多个气化装置，每个模块一个，并且为多个气化装置供给 恒定的空气流。尽管以连续模式将气体供应至单个装置，气泡从每个装置中的释放是随机 的。
[0031] 膜束在封装件内基本上垂直排列，这形成了从下端的集管延伸至束的上端的垂直 中心线。气泡可以离开与束的中心线在一条线上的单个孔。由于封装件，气泡的垂直中心线 与束的垂直中心线基本上相同。
[0032] 作为参考，膜包括多孔中空纤维，所述纤维下端固定在集管中。集管具有一个或多 个在其中形成的孔，气泡通过孔被引入至膜束中。纤维在上端密封并且在下端开放以允许 滤液的移除。
【附图说明】
[0033]图1是膜过滤器模块的示例性实施方案的透视图。
[0034]图2是膜排(membrane row)的示例性实施方案的透视图。
[0035]图3是膜排的示例性实施方案的一部分的放大透视图。
[0036] 图4A是示例性束封装组件的顶视图。
[0037] 图4B是示例性束封装组件的一部分和纤维束的顶视图。
[0038] 图5A是膜过滤器模块的示例性实施方案的顶视图。
[0039]图5B是膜过滤器模块的示例性实施方案的顶视图。
[0040]图6是浸入槽中的膜过滤器模块的示例性实施方案的侧视图。
[0041]图7是示例性的束体和纤维束的一部分的侧横截面图。
[0042] 图8是涉及纤维束组件的部件的示例性实施方案的倒转的组装图。
[0043] 图9是纤维束组件的示例性实施方案的一部分的倒转的局部透视图。
[0044] 图10是示例性的膜排的一部分的透视图。
[0045] 图11是束体和纤维束组件的示例性实施方案的倒转的局部透视截面图。
[0046] 图12是束体和示例性气化装置的透视图。
[0047]图13是图12的气化装置的透视图。
[0048]图14A-14C示出了用于在图12的气化装置中产生气泡的空气吸入循环。
[0049] 图15A-15C示出了用于在图12的气化装置中产生气泡的排气循环。
[0050] 图16是图12的束体和气化装置的横截面图。
[0051] 图17是示例性气化装置的透视图。
[0052] 图18是示例性气化装置的透视图。
[0053] 图19是被配置成下通气管的膜排的示例性实施方案的侧面示意性横截面图。
[0054] 图20是根据示例性实施方案的下通气管组件的透视图。
[0055] 图21是根据示例性实施方案的下通气管组件的一部分的放大透视图。
[0056] 图22A、22B、和22C是根据示例性实施方案的气化装置的横截面图和透视图。
[0057] 图23A、23B、和23C是根据示例性实施方案的束体的侧视图。
[0058]图24A、24B、和24C是根据示例性实施方案的束体和气化装置的侧视图。
[0059] 图25是根据示例性实施方案的束体和气化装置的透视图。
[0060] 图26A、26B、和26C是根据示例性实施方案的气化装置的横截面图和透视图。
[0061 ]图27是根据示例性实施方案的气化装置的示意图。
[0062] 图28是根据示例性实施方案的气化装置的侧视图。
[0063] 图29是在经历间歇通气的槽中容纳的膜排的示例性实施方案的侧横截面图。
[0064] 图30是在经历脉冲通气的槽中容纳的膜排的示例性实施方案的侧横截面图。 [0065]图31是在槽中容纳的具有间断笼（intermittent cage)的膜排的示例性实施方案 的侧横截面图。
[0066] 图32是具有间断笼的膜排的示例性实施方案的透视图。
[0067] 图33是具有第二集管的膜排的示例性实施方案的透视图。
[0068] 图34是排封装组件的示例性实施方案。
[0069] 图35是图34中所示的示例性实施方案的详细视图。
[0070] 图36是束封装件的示例性实施方案的横截面图。
[0071] 图37是束封装件的示例性实施方案的局部透视图。
[0072] 图38是排封装组件的示例性实施方案的顶视图。
[0073] 图39是图34中所示的示例性实施方案的详细视图。
[0074] 图40是排封装组件的另一个示例性实施方案的透视图。
[0075]图41是图40的示例性排封装组件的一部分的透视组装图。
[0076]图42是图40中所示的示例性实施方案的一部分的详细透视图。
[0077]图43是图27的示例性排封装组件的一部分的详细透视图。
[0078]图44是立管(riser)偶联组件的示例性实施方案。
[0079]图45是纤维板的不例性实施方案。
[0080]图46是纤维板的示例性实施方案。
[00811图47是纤维板的示例性实施方案。
[0082]图48是纤维板的示例性实施方案。
[0083]图49是纤维板的示例性实施方案。
[0084]图50是纤维板的示例性实施方案。
[0085]图51是纤维板的示例