申请日2005.04.27
公开(公告)日2007.04.11
IPC分类号B01D61/18; B01D65/02; B01D65/08; B01F3/04; C02F1/44; C02F3/12; B01D63/02
摘要
本发明涉及一种利用至少一个薄膜(13)的过滤设备，所述过滤设备用于水处理并浸没在可过滤介质中。所述过滤设备包括以气泡形式注射气态流体以清洁所述薄膜(13)的注射装置，其特征在于所述过滤设备设置有用于防止所述可过滤介质接触所述注射装置的回流防止装置。
権利要求書
1.一种利用了至少一个薄膜(13)的过滤设备，所述过滤设 备安装在水处理装置中并为浸没于可过滤介质中的类型且包括以 气泡的形式注射气态流体以清洁所述薄膜(13)的注射装置，
其特征在于，该过滤设备包括用于防止所述可过滤介质接触 所述注射装置的回流防止装置。
2.根据权利要求1所述的过滤设备，其特征在于，所述注射 装置包括至少一个位于至少一个所述气态流体的入口喷嘴(41， 51)上的孔(411，511)，所述回流防止装置包括至少一种用于覆 盖所述孔(411，511)的覆盖材料(40，50)，该材料具有至少一 个可弹性变形的通道，在所述流入管道(41，51)中，当所述气 态流体的压力超过预定压力时该通道的外部形状分离，当所述气 态流体的压力低于所述预定压力时该通道的外部形状并拢。
3.根据权利要求2所述的过滤设备，其特征在于，所述入口 喷嘴(41，51)在所述薄膜(13)下方基本水平地延伸。
4.根据权利要求2或3所述的过滤设备，其特征在于，所述 覆盖材料(40)在每个所述喷嘴(41)上形成附加的不透水的套 管。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的过滤设备，其 特征在于，所述入口喷嘴基本水平地延伸。
6.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的过滤设备，其 特征在于，所述薄膜基本竖直地延伸，所述注射装置包括设置在 所述薄膜(13)的至少一端附近的至少一个开口(15)。
7.根据权利要求2和6所述的过滤设备，其特征在于，所述 喷嘴(51)至少部分地延伸穿过所述开口(15)。
8.根据权利要求7所述的过滤设备，其特征在于，所述覆盖 材料(50)形成由所述喷嘴(51)支承的盖。
9.根据权利要求8所述的过滤设备，其特征在于，所述喷嘴 (51)在相对于所述开口(15)的所述空间内具有平整末端，所述 孔(511)位于所述平整末端上。
10.根据权利要求9所述的过滤设备，其特征在于，所述盖 的长度比所述喷嘴(51)的长度基本上更长。
11.根据权利要求8所述的过滤设备，其特征在于，所述喷 嘴(51)具有延伸进入所述薄膜(13)附近的空间内的圆柱形部 分。
12.根据权利要求11所述的过滤设备，其特征在于，所述孔 (511)设置在所述圆柱形部分的外围。
13.根据权利要求11和12所述的过滤设备，其特征在于， 所述圆柱形部分的长度在约20mm至约200mm之间。
14.根据权利要求13所述的过滤设备，其特征在于，所述圆 柱形部分具有约60mm的长度。
15.根据权利要求11至14中任一权利要求所述的过滤设备， 其特征在于，所述盖的长度与所述圆柱形部分的长度基本上相同。
16.根据权利要求9和15中任一权利要求所述的过滤设备， 其特征在于，所述盖的长度在约20mm至约500mm之间。
17.根据权利要求16所述的过滤设备，其特征在于，所述盖 具有约60mm的长度。
18.根据权利要求8至17中任一权利要求所述的过滤设备， 其特征在于，所述盖具有至少一条基本上竖直的切缝(501)，形 成所述可弹性变形的通道。
19.根据权利要求18所述的过滤设备，其特征在于，所述盖 在其外围具有多个均匀分布的切缝(501)。
20.根据权利要求7和8所述的过滤设备，其特征在于，所 述喷嘴(51)具有在位于所述薄膜(13)之间的空间内延伸的圆 顶形端部，所述孔(511)设置在所述圆顶上。
21.根据权利要求20所述的过滤设备，其特征在于，所述喷 嘴(51)具有两个孔(511)，所述盖具有在所述两个孔(511)之 间径向地延伸的切缝(501)。
22.根据权利要求21所述的过滤设备，其特征在于，所述切 缝(501)延伸的长度介于约为所述圆顶的基部直径与约为该直径 的三分之一之间。
23.根据权利要求6所述的过滤设备，其特征在于，所述回 流防止装置包括至少一个安装在每个所述开口(15)内的止回阀， 以便在至少两个如下位置之间移动：
—注射位置，当沿注射方向的所述止回阀上游的所述气态流 体的压力高于预定压力时;
—所述开口的关闭位置，当沿注射方向的所述止回阀上游的 所述气态流体的压力低于预定压力时。
24.根据权利要求23所述的过滤设备，其特征在于，所述止 回阀包括可在所述开口(15)中沿所述开口的纵轴移动的活动地 安装的落阀(80)。
25.根据权利要求24所述的过滤设备，其特征在于，所述落 阀(80)连接在弹性复位装置(802)上，当所述止回阀沿注射方 向的上游的所述气态流体的压力小于所述预定压力时，该弹性复 位装置将所述落阀(80)回到所述关闭位置。
26.根据权利要求23所述的过滤设备，其特征在于，所述止 回阀包括至少一个安装在与所述开口(15)同轴地延伸的支承(92) 上的可弹性变形的垫圈(90)。
27.根据权利要求1至26中任一权利要求所述的过滤设备， 其特征在于，所述回流防止装置(40，50，80，90)和/或支撑它 们的所述喷嘴可被拆除。
28.根据权利要求1至22中任一权利要求或权利要求26所 述的过滤设备，其特征在于，所述回流防止装置(40，50)由属 于下述组的材料中的至少一种制成：
-橡胶;
-硅;
-乙烯-丙稀-二烯三元共聚物;
-聚氨酯。
29.根据权利要求28所述的过滤设备，其特征在于，所述材 料具有在约0.5mm至约3mm之间的厚度。
30.根据权利要求1至29中任一权利要求所述的过滤设备， 其特征在于，它包括用于分配所述气态流体的分配装置，该分配 装置允许所述气态流体以在约2·10-5Nm3/s至约5·10-3Nm3/s之 间的流量通过所述回流防止装置分配。
31.根据权利要求6至30中任一权利要求所述的过滤设备， 其特征在于，所述薄膜(13)的至少其下端部被置于至少一个下 部灌封件(12)中，所述开口(15)位于所述灌封件(12)中。
32.根据权利要求31所述的过滤设备，其特征在于，所述薄 膜(13)的下端部和上端部分别置于下部灌封件(12)和上部灌 封件(102)中。
33.根据权利要求1至32中任一权利要求所述的过滤设备， 其特征在于，所述回流防止装置(40，50，80，90)被设置为可 产生约20cm至约200cm之间的压头损失。
34.根据权利要求33所述的过滤设备，其特征在于，所述回 流防止装置(40，50，80，90)被设置为可产生约20cm至约60cm 之间的压头损失。
35.根据权利要求1至34中任一权利要求所述的过滤设备， 其特征在于，所述薄膜(13)属于下述组：
-微孔过滤薄膜;
-超细过滤薄膜;
-纳米过滤薄膜。
说明书
包括用于防止可过滤介质向过滤器清洁气体 注射装置回流的装置的浸没膜式水处理过滤设备
技术领域
本发明涉及水处理领域。更精确地，本发明涉及用于向浸没 于可过滤介质中的过滤膜束中注射过滤器清洁气体的设备。
背景技术
根据公知的过滤技术，过滤系统包括集合成通常为圆柱形或 平行六边形模块的垂直浸没的薄膜。传统上，这些模块至少在其 下端封装结合有由有机薄膜构成的平板或空心纤维。
被处理的液体在该薄膜上游和下游两侧的压力差的作用下被 过滤。
这些薄膜是传统的微孔过滤薄膜、超细过滤薄膜或纳米过滤 薄膜。
本发明尤其适用于那些薄膜被布置为垂直位置的设备，也适 用于那些薄膜浸没于水平位置的过滤设备。
这些浸没膜式系统特别用于将水处理为可饮用的水，以去除 水中悬浮的污染物，或阻止微生物(原生生物)例如似隐孢菌或 贾第鞭毛虫、细菌和/或病毒通过，或用于阻止那些被注入薄膜上 游处理系统中的粉状试剂或催化剂例如活性炭粉末或氧化铝。
这种类型的薄膜也被用于浸没在薄膜生物反应器(称为 “MBR”)中，该薄膜生物反应器作为被悬浮于反应器中的一定数 量的生物处理过的污水 的净化装置以及作为反应器中的生物量的 保持装置。
薄膜模块通常被集成架或筒，架或筒中的所有模块具有支承 和通用的连接。
在公知的浸没膜过滤系统中，一个问题在于这些薄膜被可过 滤的物质例如污泥逐渐阻塞，尤其是那些浸没于含有活性污泥的 生物反应器中的薄膜。
实际上，这些薄膜由于其表面上淤积的污泥，或者甚至于， 由于污泥的填塞和/或被纤维束截留的纤维材料的填塞而造成纤 维束的严重淤塞，而逐渐变得淤塞。
这种淤塞需要清洁过滤器，通常采用或不采用化学试剂通过 渗透经一段时间的反向过滤实现清洁，或再次以化学方法清洗这 些薄膜。
为了清洁这些薄膜或抑制其淤塞，更常用的是向薄膜模块内 部连续地或周期性地注射气体(通常为空气)。
所注射的气体的气泡以一定速度沿纤维或平板上升，可限制 物质在薄膜上的沉积，从而降低这些过滤膜被淤塞的速度。
由于所注射气泡的上升会产生很强的湍流的事实，其或多或 少地搅动邻近的纤维，从而通过所注射的气体的作用而通过机械 方法清洁这些纤维或平板，从而最终延迟了薄膜束的淤塞。
人们已经提出了各种用于向过滤器注射这种类型的清洁气体 的方法。
根据图1中所示的公知技术，气体被直接注射位于空心纤维 束13的下部灌封件(potting)12之下的封闭腔10(使用管道11) 中。在进入纤维束下部灌封件上的开口15之前，通过使用阀门 14或校准孔(calibrated orifice)将空气分布在各模块之间。
根据该技术，可过滤介质沿图1中箭头所示的方向穿过薄膜。
该系统的使用会导致注射开口很快被淤塞。实际上每次空气 注射停止时，一部分可处理介质进入这些开口，并且由此而进入 的污泥在恢复注射时被气体干燥，即使不完全阻塞也会很快地导 致这些开口被淤塞。
图2a和3各自示出了另一种技术，其中，可过滤介质和过滤 器清洁气体都通过位于空心纤维束13的下部灌封件12上的开口 15注射。
这种系统具有可防止沉积于开口内的污泥在穿过的空气的作 用下干燥的理论上的优点。
根据图2a中以示意方式显示的设备，空心纤维束13竖直地 浸没于可过滤介质中，(例如MBR中的活性污泥)通过具有可允 许气体通过的孔眼(perforations)的管道，将过滤器清洁气体置 于每个模块的下方。
注入在模块下方的气体进入模块，然后在穿过另一侧或模块 上部灌封件上的类似的开口之前，在模块内部沿空心纤维上升。
根据图2b中以示意形式显示的设备，通过具有可允许气体通 过的孔眼的管道，过滤器清洁气体也被置于每个模块下方，这里 所示的薄膜模块处于水平位置。
根据图3中以示意方式显示的装置，提供了一种文丘里式的 系统用于在模块下方均匀地分布污泥流和气流。
这些技术中所应用的空气注射方法的一个缺点是，由于污泥 (或由所处理液体夹带的大的颗粒、纤维等等)的沉积，位于薄膜 束基部的空气注射开口和污泥/空气混合区域16逐渐变得淤塞。
因此，这种现象逐渐导致不良的气体分布，也就是在每个模 块的基部或不同模块之间分布不均衡，并最终导致这些被过滤器 清洁气体不适当地清洁的纤维束部分或平板部分加速淤塞起来。
发明内容
本发明的另一个目的是克服现有技术的缺陷。
更确切地，本发明的目的是提出一种用于水处理的过滤设备， 其型式为具有浸没于可过滤介质中的薄膜，并且包括用于注射薄 膜清洁气体的注射装置，它可消除现有技术的解决方案所遇到的 注射装置的淤塞现象。
本发明的另一个目的是提供一种过滤设备，这种过滤设备允 许过滤器清洁气体在薄膜束中良好地分布。
本发明的另一个目的是提供一种过滤设备，这种过滤设备可 兼容各种不同的用于注射过滤器清洁气体的系统。
本发明的另一个目的是提供一种过滤设备，这种过滤设备可 减少维护次数或在必要时简化维护过程。
本发明的另一个目的是提供一种过滤设备，这种过滤设备设 计简单，易于实施。
本发明的再一个目的是提供一种过滤设备，这种过滤设备对 薄膜无侵蚀性。
这些目的以及随后将呈现的其它目的，可通过使用本发明来 实现，其中，本发明的主题是一种过滤设备，它利用了至少一个 用于安装于水处理装置且浸没于可过滤介质中的类型的薄膜并包 括用于以气泡方法注射气态流体以清洁所述薄膜的注射装置，其 特征在于它包括可防止所述可过滤介质接触所述注射装置的回流 防止装置。
通过这种方式，直接产生于注射系统自身的淤塞现象被消除， 或至少被限制，其中这种现象是现有技术的解决方案所共有的。
通过预防所述注射装置的淤塞，过滤器清洁气体以满意的并 且几乎均匀的分布被分配。
因此可以理解，通过本发明，可基本上减少甚至取消对于清 洁气体注射装置的维护。
根据本发明的回流防止装置可直接作用于气体注射装置上或 作用于过滤模块中的注射开口中，这些可在下文中更清楚地看到。
此外，可获得气泡屏障，它对薄膜具有保护作用并能防止它 们被可过滤材料攻击。
根据本发明的第一个方案，所述注射装置包括至少一个设置 在所述气态流体的至少一个入口喷嘴上的孔，所述回流防止装置 包括至少一种用于覆盖所述孔的覆盖材料，该材料具有至少一个 可弹性变形的通道，流入管道中当气态流体超过预定压力时该通 道的外部形状分离，当所述气态流体的压力小于预定压力时该通 道的外部形状并拢。
通过这种方式，该回流防止装置允许过滤器清洁气体在注射 阶段通过，而一旦注射停止时它们就再次闭合起来。
因此，一旦气体注射停止，这些注射孔就被保护，使之不与 可过滤介质接触并且不与这种介质中包含的任何污泥接触。
从而避免了在现有技术中提到的污泥在注射开口上的沉积或 甚至干燥。
根据这种方案的第一实施方式，所述入口喷嘴在所述薄膜下 方基本水平地延伸。
本发明因此适用于使用穿孔管在过滤模块下方注射可注射气 体的装置，如前文中参照图2a和2b所述。
在这种情况下，所述覆盖材料优先地形成每个所述喷嘴上的 附加的不透水套管。
这种套管被证实确实特别适合于管道的形状并可提供简单和 快速的安装和固定。
根据第一种可能的选择，所述薄膜基本上水平地延伸。
根据第二种可能的选择，所述薄膜基本上竖直地延伸，所述 注射装置包括至少一个设置在所述薄膜的至少一个端部附近的开 口。
根据该第二种选择的第一实施方式，所述喷嘴至少部分地延 伸穿过所述开口。
这种实施方式因而显得尤其适合于过滤模块使用时由密封的 过滤器清洁气体分布围绕的过滤装置。
因此可以理解，由于安装有覆盖材料的喷嘴延伸穿过注射开 口，同时也是由于这些喷嘴自身和它们的覆盖材料，因而该开口 被保护不致淤塞。
优选地，所述覆盖材料形成由所述喷嘴支承的盖。
通过这种方式获得的回流防止装置设计简单，易于实施。
根据所述喷嘴的第一实施方式的变型，它们在相对于所述开 口的所述空间内具有平整的端部，所述孔位于所述平整的末端上。
在这种情况下，所述盖的长度比所述喷嘴的长度基本上更长。
因此改变所述盖的长度，特别是随着所需的压力损失而变化。
根据所述喷嘴的第二变型，它们具有延伸进入所述薄膜附近 的空间的圆柱形部分。
在这种情况下，所述孔被有利地布置在所述圆柱形部分的周 边上。
通过这种方式，气泡被沿着薄膜壁的方向径向地注射，从而 有助于进一步提高其清洁效果。
根据该实施方式变型的优选解决方案，所述圆柱形部分的长 度在约20mm至约500mm之间，并且优选地具有大约60mm的 长度。
这些尺寸尤其适合于确保高度约为1000mm至2000mm，甚 至2500mm的薄膜的有效清洁。
根据该实施方式变型的另一个特征，所述盖具有与所述圆柱 形部分基本相同的长度。
根据该第二实施方式的优选解决方案，所述盖具有约20mm 至约200mm的长度，优选地具有约60mm的长度。
有利地，所述盖具有至少一个基本竖直的切缝，切缝形成所 述可弹性变形的通道，并且优选地在其周围具有多个均匀分布的 切缝。
通过这种方式，可在薄膜之间的空间内获得良好的气泡分布， 由于这些切缝的径向分布，气泡被直接引向这些薄膜的壁部。
根据喷嘴的第三变型，它们具有在所述薄膜之间的所述空间 内延伸的圆顶形端部，所述孔位于所述圆顶上。
在这种情况下，所述喷嘴优选地具有两个孔，所述盖具有在 所述两孔之间径向延伸的切缝。
有利地，所述切缝延伸一段长度，该长度居于约为所述圆顶 的基部直径与约为该直径的三分之一之间。
通过这种方式可获得满意的压力损失，并且随所述模块的特 征而改变压力损失。
根据上述薄膜基本上竖直地延伸的选择的第二实施方式，所 述回流防止装置包括至少一个安装在每个所述孔内的止回阀，以 在至少下面两个位置之间活动：
—注射位置，当所述止回阀上游的所述气态流体沿注射方向 的压力大于预定压力时;
—所述孔的关闭位置，当所述止回阀上游的所述气态流体沿 注射方向的压力小于预定压力时。
根据本发明的第二个方案的第一实施方式，所述止回阀包括 可沿所述开口的纵轴在所述开口中移动的活动地安装的落阀。
在这种情况下，所述落阀优选地连接到弹性复位装置上，当 所述止回阀沿注射方向的上游的所述气态流体压力低于所述预定 压力时，它可使所述落阀回到所述关闭位置。
根据本发明的第二个方案的第二实施方式，所述止回阀包括 至少一个安装在与所述开口同轴地延伸的支承上的可弹性变形的 垫圈。
这种类型的实施方式被证明尤其有利，在于它组合了效率、 简单性、可靠性和超时强度。
尤其是，这种类型的布置消除了根据前述实施方式对于复位 弹簧的需求。
根据本发明的另一个特征，所述回流防止装置和/或支撑该回 流防止装置的所述喷嘴可被拆下。
通过这种方式，在需要维护时有利于维护。该回流防止装置 因此可以简单地和快速地被替换(或拆卸/重新装配)。
根据一种有利的解决方案，所述回流防止装置由至少一种属 于下述组的材料构成：
—橡胶;
—硅;
—乙烯-丙稀-二烯三元共聚物;
—聚氨酯。
优选地，所述材料具有在约0.5mm至3mm之间的厚度。
有利地，该设备包括用于所述气态流体的分配的分配装置， 该分配装置允许所述气态流体通过所述回流防止装置以约 2·10-5Nm3/s至约5·10-3Nm3/s之间的流量被分配。
根据优选实施方式，所述薄膜被置于至少一个灌封件中，至 少其下端置于灌封件中，所述开口设置在所述灌封件中。
优选地，所述薄膜的下端和上端分别置于下部灌封件和上部 灌封件中。
根据优选的解决方案，所述回流防止装置被提供以产生约 20cm至60cm之间的压头损失。
这种与过滤器清洁气体有关的特征可通过相对传统的装置获 得，并可提供令人满意的过滤器清洁效果。
有利地，所述薄膜属于包括下述薄膜类型的组：
—微孔过滤薄膜;
—超细过滤薄膜;
—纳米过滤薄膜。
