用于脈沖通氣的氣化裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用于脈沖通氣的氣化裝置，所述氣化裝置包含外套筒，所述外套筒限定主室，其中所述主室具有開放的下端、在其頂端中具有開口、并且與通氣裝置流體連接；管，所述管在所述主室內延伸，使得所述管的下端高于所述外套筒的下端，其中所述管穿過所述開口；兩個側壁，其中所述側壁中的每一個在徑向上從所述管的外表面延伸至所述外套筒的內表面；桶，所述桶在所述側壁下方，其中所述桶、所述側壁和所述外套筒的內表面限定在所述主室中的內室，使得所述內室與所述主室的其余部分僅僅在所述側壁的上邊緣上方流體連接，并且所述管的下端位于所述內室中。
【專利說明】
用于脈沖通氣的氣化裝置
技術領域
[0001] 本公開涉及用于脈沖通氣的氣化裝置，例如在用于浸入污染水槽中的具有束封裝 件和脈沖通氣的中空纖維膜過濾系統(tǒng)中的用于脈沖通氣的氣化裝置，其用作例如有效清潔 所述膜的脈沖空氣提升栗。
【背景技術】
[0002] 廣泛多樣的膜過濾系統(tǒng)已經多年用于處理受污染的水，例如污水或廢水。這樣的 系統(tǒng)在復雜度和成本方面各不相同。在使處理過程更有成本效率的努力中，已經開發(fā)了浸 沒式膜過濾法，其中將包含中空纖維過濾膜的膜模塊浸入大型槽中，并且通過施加到中空 纖維膜的濾液側的抽吸的方式來收集濾液。這引起了懸浮物質在中空纖維膜表面的外側上 聚集，其降低了過濾性能。因此，需要從表面移除所述物質的有效方法。膜模塊由多個中空 纖維膜組成。因為沉積在中空纖維膜的外側上的懸浮物質降低了過濾性能，向中空纖維膜 的外側提供適量的通氣，從而移除沉積在纖維表面上的懸浮物質。
[0003] 這些膜系統(tǒng)的有效性和可行性大大取決于:具有對中空纖維膜表面進行清潔的有 效方式，使得它們不變得堵塞和/或失去它們的有效性。常見的清潔方法包括使用液體滲透 物和/或氣體回洗、松弛(re laxing )、化學清潔、和使用氣泡形式的氣體的膜表面通氣。在氣 體通氣系統(tǒng)中，將氣體引入至膜模塊的底座。氣泡之后向上行進以沖刷膜表面，從而移除在 膜表面上形成的污垢物質。所產生的剪切力主要取決于最初的氣體氣泡速度、氣泡尺寸、和 所得到的向氣泡施加的力。為了增強洗滌，需要施加更多的氣體。然而，能量消耗隨著氣體 體積增加而增加。對于其中被處理的液體具有大量的懸浮物質的應用來說，氣體通氣系統(tǒng) 容易變得堵塞。
[0004] 降低能量消耗同時仍然得到高效的膜清潔的一種方式是循環(huán)通氣（例如，小氣泡 分散通氣）。循環(huán)通氣系統(tǒng)循環(huán)地而不是連續(xù)地提供氣泡。為了提供這種循環(huán)操作，這種系 統(tǒng)通常需要復雜的閥裝置和控制方案，其成本抵消了循環(huán)系統(tǒng)運行上的節(jié)約。此外，循環(huán)通 氣系統(tǒng)可能會具有有限范圍的空氣流量操作，限制了降低運行成本的能力。例如，當將空氣 流量調低至最小閾值以下時，對于循環(huán)通氣系統(tǒng)來說可能會出現(xiàn)問題。這種問題可能包括， 例如，膜槽內液體的不充分循環(huán)，導致沾污和淤積的不充分的膜表面沖刷，以及通氣系統(tǒng)部 件(例如，噴嘴和分配管線）的增加的堵塞的可能性。
[0005] 降低能量消耗的另一個可選方案是具有與Zha等人的美國專利號8,287,743('743 專利）中描述的相似的脈沖空氣提升系統(tǒng)。根據'743專利，系統(tǒng)包括具有設置在膜模塊的分 配室下方的脈沖氣體提升栗裝置的膜模塊。脈沖氣體提升栗裝置被配置成從加壓源接收氣 體，其使脈沖氣體提升裝置的氣體收集室內的供給液體移動直到其達到特定水平。一旦氣 體的體積達到特定水平，氣體打破液封并且以氣泡的形式通過分配室排出至膜模塊的底座 中。氣體的排出還通過脈沖氣體提升栗抽吸供給液體，產生設計為沖刷膜表面的兩相氣體/ 液體脈沖。
[0006] '743專利的系統(tǒng)和方法可以在一些應用中提供一些益處。然而，其可能會具有某 些缺點和低效率，例如，通過脈沖空氣提升形成的氣泡可能會當它在膜模塊向上移動時變 形或平移，從而降低洗滌效率。公開的實施方案可以幫助解決這些缺點和低效率以及其他 問題。 【實用新型內容】
[0007] 本實用新型提供了以下技術方案：
[0008] [1] 一種用于脈沖通氣的氣化裝置，所述氣化裝置包含
[0009] 外套筒，所述外套筒限定主室，其中所述主室具有開放的下端、在其頂端中具有開 口、并且與通氣裝置流體連接；
[0010] 管，所述管在所述主室內延伸，使得所述管的下端高于所述外套筒的下端，其中所 述管穿過所述開口；
[0011] 兩個側壁，其中所述側壁中的每一個在徑向上從所述管的外表面延伸至所述外 套筒的內表面；
[0012]桶，所述桶在所述偵幢下方，其中所述桶、所述偵幢和所述外套筒的內表爾艮定在 所述主室中的內室，使得所述內室與所述主室的其余部分僅僅在所述側壁的上邊緣上方流 體連接，并且所述管的下端位于所述內室中。
[0013] [2]根據[1]所述的氣化裝置，其中所述通氣裝置是在所述外套筒上方的通氣室， 并且所述主室經由在其頂端中的通道與所述通氣室流體連接。
[0014] [ 3 ]根據[2 ]所述的氣化裝置，其中在所述通道中設置節(jié)流閥。
[0015] [4]根據[2]所述的氣化裝置，其中所述氣化裝置具有在所述主室的頂端上的噴 嘴，所述噴嘴容納所述管，并且所述通道圍繞所述管且在所述噴嘴內。
[0016] [5]根據[1]所述的氣化裝置，其中所述氣化裝置設置為可釋放地且可旋轉地偶聯(lián) 至一個需要向其脈沖通氣的裝置。
[0017] [6]根據[1]所述的氣化裝置，其中所述通氣裝置是下通氣管。
[0018] [7]根據[6]所述的氣化裝置，其中所述下通氣管行進穿過所述外套筒，并且在主 室中具有孔，允許氣體從所述下通氣管進入所述主室。
[0019] [8]根據[7]所述的氣化裝置，其中所述孔從所述下通氣管的底部90度偏置。
[0020] [9]根據[6]所述的氣化裝置，其中所述下通氣管是可釋放的并且配置為滑動且鎖 定就位。
[0021] [10]根據[1]所述的氣化裝置，其中所述氣化裝置與一個需要向其脈沖通氣的裝 置配置為一個整體部件。
[0022] [11]根據[1]所述的氣化裝置，其中所述側壁和所述桶配置為一個整體部件并且 是可從所述管和所述外套筒釋放的。
[0023] [12]根據[1]所述的氣化裝置，其中所述側壁的上邊緣處于不同高度。
[0024] 在一個方面中，本公開涉及被配置成在環(huán)境壓力下處理槽中含有的液體的膜過濾 器模塊。所述模塊可以包括集管和含有多個基本上豎直的中空纖維膜的束，其中每個中空 纖維膜的下端固定在集管中。所述模塊還可以包括適用于周期性生成氣泡并且被配置成 在束內釋放氣泡的氣化裝置。所述模塊還可以包括從膜束的下部區(qū)域延伸到上部區(qū)域束的 基本包圍膜束的封裝件，其中所述封裝件被配置成維持被引入至封裝件中的液體以使液體 包圍膜束。氣泡可以具有與封裝件的橫截面積對應的橫截面積，以使在其沿著束流動時氣 泡的橫截面積基本上占據封裝件的整個橫截面積。
[0025] 在另一個方面中，本公開涉及被配置成處理在環(huán)境壓力下槽中含有的液體的膜過 濾器模塊。所述模塊可以包括集管和含有多個基本上豎直的中空纖維膜的束，其中每個中 空膜的下端固定在集管中。所述模塊還可以包括適用于周期性生成氣泡并且被配置成釋放 氣泡的氣化裝置。所述模塊還可以包括從膜束的下部區(qū)域延伸到上部區(qū)域束的基本包圍膜 束的封裝件。封裝件可以被配置成維持被引入至封裝件中的液體以使液體包圍膜束，并且 維持被引入至封裝件中的氣泡以使氣泡保持與束沿著束的整個長度接觸。
[0026] 在另一個方面中，本公開涉及操作具有浸入槽中的液體中的以基本上豎直的取向 排列的中空纖維膜的膜過濾器模塊的方法。所述方法可以包括操作浸入液體中的模塊。所 述模塊可以包括集管和含有多個中空纖維膜的束，其中每個中空纖維膜的下端固定在集管 中。所述模塊還可以包括適用于周期性生成氣泡并且被配置成釋放束內的氣泡的氣化裝 置。所述模塊還可以包括從膜束的下部區(qū)域延伸到上部區(qū)域束的基本包圍膜束的封裝件， 其中所述封裝件被配置成維持被引入至封裝件中的液體以使液體包圍膜束。所述方法還可 以包括向與中空纖維膜流體連通的滲透物收集室施加小于槽的環(huán)境壓力的壓力，其中施加 壓力被配置成使得一部分液體作為進入滲透物收集室的滲透物通過中空纖維膜。所述方法 還可以包括向氣化裝置供應氣體流以產生氣泡。氣泡具有與封裝件的橫截面積對應的橫截 面積，以使在其沿著束流動時氣泡的橫截面積基本上占據封裝件的整個橫截面積。
[0027] 在另一個方面中，本公開涉及沖刷浸入槽中的液體中的以基本上豎直的取向排列 的中空纖維膜的外表面的方法。所述方法可以包括操作浸入液體中的模塊。所述模塊可以 包括集管和含有多個中空纖維膜的束，其中每個中空纖維膜的下端固定在集管中。所述模 塊還可以包括適用于周期性生成氣泡并且被配置成釋放束內的氣泡的氣化裝置。所述模 塊還可以包括從膜束的下部區(qū)域延伸到上部區(qū)域束的基本包圍膜束的封裝件，其中所述封 裝件被配置成維持被引入至封裝件中的液體以使液體包圍膜束。所述方法還可以包括向與 中空纖維膜流體連通的滲透物收集室施加小于槽的環(huán)境壓力的壓力，其中施加壓力被配置 成使得一部分液體作為進入滲透物收集室的滲透物通過中空纖維膜。所述方法還可以包括 向氣化裝置供應氣體流以產生氣泡，其中所述封裝件使得氣泡保持與束沿著束的整個長度 接觸。
[0028] 在另一個方面中，本公開涉及對中空纖維膜模塊清除淤泥的方法。所述方法可以 包括臨時終止向模塊施加的真空壓力。所述模塊可以包括集管和含有多個中空纖維膜的 束，其中每個中空膜的下端固定在集管中。所述模塊還可以包括適用于周期性生成氣泡并 且被配置成釋放束內的氣泡的氣化裝置。所述模塊還可以包括從膜束的下部區(qū)域延伸到上 部區(qū)域束的基本包圍膜束的封裝件，其中所述封裝件被配置成維持被引入至封裝件中的液 體以使液體包圍膜束。所述方法還可以包括向氣化裝置供應氣體流以產生多個氣泡，其中 所述氣泡保持與束沿著束的整個長度接觸。氣泡可以通過將淤泥打碎并且向上提升并且從 封裝件頂部提出，來對中空纖維膜清除淤泥。
[0029] 在另一個方面中，本公開涉及用于與浸入液體中的膜過濾器模塊一起使用的氣化 裝置。所述裝置可以包括限定主室的與噴嘴連接的外套筒，其中所述主室具有開放的下端。 所述裝置還可以包括在主室內延伸的管，使得管的下端高于外套筒的下端的上方。所述裝 置還可以包括位于主室內的、管外部的桶，其中所述桶的底部在管的下端的下方。氣化裝置 可以被配置成當主室中氣體的體積排出足夠體積的液體并且達到管的下端時將氣泡通過 管向上脈沖至膜過濾器模塊的束中。
[0030] 在另一個方面中，本公開涉及一種被配置成處理在盆或槽中容納的液體的膜過濾 器模塊中的脈沖空氣提升栗，為包括集管、含有多個基本上垂直的中空纖維膜的膜束，其中 每個中空纖維膜的下端固定在集管中并且每個中空纖維膜的上端密封并且可以在水中自 由移動；適用于周期性生成氣泡并且被配置成釋放膜束內的氣泡的氣化裝置；以及基本上 包圍從膜束的下部區(qū)域延伸到上部區(qū)域的膜束的側部的封裝件，其中所述封裝件被配置 成維持被引入至封裝件中的液體以使液體包圍膜束;其中氣泡具有與封裝件的橫截面積對 應的橫截面積，以使在其沿著膜束流動時氣泡的橫截面積基本上占據封裝件的整個橫截面 積。
[0031] 在氣泡移動至柱以上時，其將新鮮混合液向上拉起（即栗送）至膜束以上，這有助 于洗滌。具體地，封裝件內上升的空氣脈沖將液體在其上升時提升，在籠內產生液體流動。 這種液體流動將在膜表面上剩余的粒子移除并且維持與膜接近的低固體濃度。氣化裝置和 纖維束籠二者一起工作以通過增加液體循環(huán)速率以遠高于這些分離的部件中的每一個而 協(xié)同地提高膜模塊的性能。首先，氣化裝置被配置成產生空氣脈沖，其每一個將會以單個氣 泡基本上填充纖維束封裝件的整個橫截面。其次，封裝件將單個氣泡的約束為，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。
[0032] 可以在沒有所公開的氣化裝置的情況下產生段塞流（slug flow)，然而氣化裝置 使得全部通氣空氣流大大降低，同時當空氣脈沖通過通氣噴嘴排出時仍然產生氣泡和段塞 流。這以顯著較低的運行成本為提高的膜性能產生了足夠的液體循環(huán)。
[0033] 在使用膜模塊組的情況下，模塊通常以位于盆或槽中的陣列、架、或盒組裝。為了 清潔膜模塊的架或盒，可以將氣化裝置與分配器連接并且將所生成的脈沖氣泡通過分配器 分配至模塊中。備選地，可以使用多個氣化裝置，每個模塊一個，并且為多個氣化裝置供給 恒定的空氣流。盡管以連續(xù)模式將氣體供應至單個裝置，氣泡從每個裝置中的釋放是隨機 的。
[0034] 膜束在封裝件內基本上垂直排列，這形成了從下端的集管延伸至束的上端的垂直 中心線。氣泡可以離開與束的中心線在一條線上的單個孔。由于封裝件，氣泡的垂直中心線 與束的垂直中心線基本上相同。
[0035] 作為參考，膜包括多孔中空纖維，所述纖維下端固定在集管中。集管具有一個或多 個在其中形成的孔，氣泡通過孔被引入至膜束中。纖維在上端密封并且在下端開放以允許 濾液的移除。
【附圖說明】
[0036] 圖1是膜過濾器模塊的示例性實施方案的透視圖。
[0037]圖2是膜排(membrane row)的示例性實施方案的透視圖。
[0038]圖3是膜排的示例性實施方案的一部分的放大透視圖。
[0039] 圖4A是示例性束封裝組件的頂視圖。
[0040] 圖4B是示例性束封裝組件的一部分和纖維束的頂視圖。
[0041 ]圖5A是膜過濾器模塊的示例性實施方案的頂視圖。
[0042]圖5B是膜過濾器模塊的示例性實施方案的頂視圖。
[0043]圖6是浸入槽中的膜過濾器模塊的示例性實施方案的側視圖。
[0044]圖7是示例性的束體和纖維束的一部分的側橫截面圖。
[0045] 圖8是涉及纖維束組件的部件的示例性實施方案的倒轉的組裝圖。
[0046] 圖9是纖維束組件的示例性實施方案的一部分的倒轉的局部透視圖。
[0047] 圖10是示例性的膜排的一部分的透視圖。
[0048] 圖11是束體和纖維束組件的示例性實施方案的倒轉的局部透視截面圖。
[0049] 圖12是束體和示例性氣化裝置的透視圖。
[0050] 圖13是圖12的氣化裝置的透視圖。
[00511圖14A-14C示出了用于在圖12的氣化裝置中產生氣泡的空氣吸入循環(huán)。
[0052]圖15A-15C示出了用于在圖12的氣化裝置中產生氣泡的排氣循環(huán)。
[0053]圖16是圖12的束體和氣化裝置的橫截面圖。
[0054]圖17是示例性氣化裝置的透視圖。
[0055]圖18是示例性氣化裝置的透視圖。
[0056]圖19是被配置成下通氣管的膜排的示例性實施方案的側面示意性橫截面圖。 [0057]圖20是根據示例性實施方案的下通氣管組件的透視圖。
[0058]圖21是根據示例性實施方案的下通氣管組件的一部分的放大透視圖。
[0059] 圖22A、22B、和22C是根據示例性實施方案的氣化裝置的橫截面圖和透視圖。
[0060] 圖23A、23B、和23C是根據示例性實施方案的束體的側視圖。
[00611圖24A、24B、和24C是根據示例性實施方案的束體和氣化裝置的側視圖。
[0062]圖25是根據示例性實施方案的束體和氣化裝置的透視圖。
[0063]圖26A、26B、和26C是根據示例性實施方案的氣化裝置的橫截面圖和透視圖。
[0064] 圖27是根據示例性實施方案的氣化裝置的示意圖。
[0065] 圖28是根據示例性實施方案的氣化裝置的側視圖。
[0066] 圖29是在經歷間歇通氣的槽中容納的膜排的示例性實施方案的側橫截面圖。
[0067] 圖30是在經歷脈沖通氣的槽中容納的膜排的示例性實施方案的側橫截面圖。 [0068]圖31是在槽中容納的具有間斷籠（intermittent cage)的膜排的示例性實施方案 的側橫截面圖。
[0069] 圖32是具有間斷籠的膜排的示例性實施方案的透視圖。
[0070] 圖33是具有第二集管的膜排的示例性實施方案的透視圖。
[0071 ]圖34是排封裝組件的示例性實施方案。
[0072]圖35是圖34中所示的示例性實施方案的詳細視圖。
[0073]圖36是束封裝件的示例性實施方案的橫截面圖。
[0074] 圖37是束封裝件的示例性實施方案的局部透視圖。
[0075] 圖38是排封裝組件的示例性實施方案的頂視圖。
[0076] 圖39是圖34中所示的示例性實施方案的詳細視圖。
[0077]圖40是排封裝組件的另一個示例性實施方案的透視圖。
[0078]圖41是圖40的示例性排封裝組件的一部分的透視組裝圖。
[0079] 圖42是圖40中所示的示例性實施方案的一部分的詳細透視圖。
[0080] 圖43是圖27的示例性排封裝組件的一部分的詳細透視圖。
[0081] 圖44是立管(riser)偶聯(lián)組件的示例性實施方案。
[0082]圖45是纖維板的不例性實施方案。
[0083]圖46是纖維板的示例性實施方案。
[0084]圖47是纖維板的示例性實施方案。
[0085]圖48是纖維板的示例性實施方案。
[0086]圖49是纖維板的示例性實施方案。
[0087]圖50是纖維板的不例性實施方案。
[0088]圖51是纖維板的不例性實施方案。
[0089]圖52是纖維板的示例性實施方案。
[0090]圖53是纖維板的示例性實施方案。
[0091] 圖54是用于測試膜排的示例性實施方案的試驗系統(tǒng)的流程示意性。
[0092] 圖55是對于不同的膜排構造的沾污速率的圖表。
[0093] 圖56是對于根據示例性實施方案的膜排的第一構造的試驗結果的散點圖。
[0094]圖57是圖56的散點圖的一部分的放大圖。
[0095]圖58是對于根據示例性實施方案的膜排的第二構造的試驗結果的散點圖。
[0096]圖59是圖58的散點圖的一部分的放大圖。
[0097]圖60是對于根據示例性實施方案的膜排的第三和第四構造的試驗結果的散點圖。 [0098]圖61是對應于膜排構造4的圖60的散點圖的一部分的放大圖。
[0099] 圖62是對應于膜排構造3的圖60的散點圖的一部分的放大圖。
[0100] 圖63是對于兩種不同膜排構造的試驗結果的散點圖。
[0101] 圖64是對于兩種不同膜排構造在三種不同滲透物通量速率(flux rate)下的沾污 速率的圖表。
[0102] 圖65是對于在三種不同滲透物通量速率下運行的膜排的試驗結果的散點圖。 [0103]圖66是對于在三種不同滲透物通量速率下運行的膜排的試驗結果的散點圖。
[0104] 圖67是對于兩種不同通氣空氣流量下運行的膜排的試驗結果的散點圖。
[0105] 圖68是對于在兩種不同滲透物通量速率下運行的膜排的試驗結果的散點圖。 [0106]圖69是對于膜排的試驗結果的散點圖。
[0107] 圖70是對于根據示例性實施方案的膜排運行多于120天的試驗結果的散點圖。
[0108] 圖71和72是對于根據示例性實施方案的膜排運行45天的試驗結果的散點圖。
[0109] 圖73是對于三種不同通氣空氣流量下運行的膜排的試驗結果的散點圖。
[0110] 圖74是對于三種不同通氣空氣流量下運行的膜排的試驗結果的散點圖。
[0111]圖75是對于三種不同通氣空氣流量下運行的膜排的試驗結果的散點圖。
[0112]圖76a和76b公開了具有氣化裝置的膜模塊的陣列。
[0113]圖77公開了封裝件的一側向上移動以顯示束中的纖維的五個膜模塊的陣列。
[0114] 圖78a和78b公開了氣化裝置的兩個方面的細節(jié)。
[0115] 圖79a_79f公開了用于在氣化裝置中生成氣泡的空氣吸入/排氣循環(huán)。
[0116] 圖80a_80d公開了封裝件和氣化裝置的組合。
【具體實施方式】
[0117] 圖1示出了配置用于膜過濾系統(tǒng)（未示出）中的膜過濾器模塊10的示例性實施方 案。模塊10可以包括一個或多個膜排12,其可以排列在框架14中，彼此相鄰以形成模塊10。 如在圖2和3中所示，單個膜排12可以包括集管16,其具有與集管16的一個或多個束體20連 接的一個或多個中空纖維膜束18。中空纖維膜束18可以包括多個中空纖維膜32,并且在本 文中也被稱為纖維束。每個中空纖維膜32可以具有:外表面，固定在集管16中的下端，和密 封的、可自由移動的上端，所述上端通過槽中的液體懸浮并且適合于在槽中的液體中漂浮。
[0118] 單個膜排12還可以包括與集管16流體連通的在一端的滲透物立管管道22和在另 一端的通氣立管管道24。如在圖1中所示，滲透物立管管道22和通氣立管管道24可以從集管 16沿著中空纖維膜束18豎直延伸至膜排12的上端26,在那里滲透物立管管道22可以與滲透 物集流管28連接并且通氣立管管道24可以與通氣集流管30連接。滲透物集流管28和通氣集 流管30可以被配置成與模塊10的任何數量的膜排12流體連接。
[0119] 圖3示出了單個膜排12的下端29的近視圖。如在圖3中所示，一個或多個氣化裝置 34可以位于集管16下方并且與其流體連通。每個氣化裝置34可以被配置成接收通過通氣立 管管道24供應的氣體流36。利用氣體流36,每個氣化裝置34可以被配置成產生并且從集管 16的束體20中釋放氣泡。例如，氣化裝置34和集管16可以被配置成將氣泡釋放至每個纖維 束18的中心中。模塊10可以被配置成使得集管16具有對應于每個纖維束18和束體20的一個 氣化裝置34。
[0120] 模塊10還可以包括排封裝組件38,后者可以包括對應于每個纖維束18的一個或多 個束封裝組件40。如在圖2中所示，排封裝組件38可以被配置成例如在膜排12的每個末端與 立管管道22、24連接。如在圖1和2中所示，每個束封裝件40可以通過從下端29延伸至相應的 纖維束18的上端26來包圍纖維束18。圖4A是根據示例性實施方案的用于模塊10的單個膜排 12的示例性排封裝組件38的頂視圖。排封裝組件38可以包括在橫跨膜排12的寬度內彼此相 鄰的多個束封裝組件40。這個具體的實施方案包括九個束封裝組件40;然而，可以在用于膜 排12的排封裝組件38中包括多于或少于九個的束封裝組件40。例如，取決于膜排12包括的 纖維束18的數量，排封裝組件38可以包括10個、11個、12個、或更多的，以及相反地8個、7個、 6個、5個、或更少的束封裝組件。
[0121] 圖4B是一個束封裝件40的放大圖。單個纖維束18可以位于每個束封裝件40的內部 開口中的每一個中。通過包圍每個纖維束18,束封裝組件40可以被配置成維持被引入至每 個束封裝件40中的液體以使液體包圍相應的纖維束18。如在圖4B中所示，當從頂部或底部 觀察時，纖維束18可以顯示為具有大體上的環(huán)形。然而，纖維束18可以具有除了圓形之外的 外形，例如，橢圓形、矩形、正方形、或其他類似的形狀。
[0122] 如在圖5中所示，膜排12可以彼此相鄰排列以形成模塊10。圖5中所示的示例性模 塊10具有模塊長度L和模塊寬度W，其中膜排12的數量建立了模塊陣列的尺寸和形狀。在圖5 中所示的示例性實施方案中，模塊10包括兩個各22個膜排12的柱，并且44個排中的每一個 包括九個纖維束18,在這種單個的示例性模塊10中總計396個中空纖維膜32的纖維束18。例 如，在其中每個纖維束18含有280個中空纖維膜32的實施方案中，模塊10將會含有110，880 個中空纖維膜32。也可以預期其他過濾模塊構造。例如，在其中每個模塊10具有450個纖維 束18的實施方案中，每個纖維束18含有364個中空纖維膜32,模塊10將會包括163,800個中 空纖維膜32。
[0123] 在另一個示例性實施方案中，如在圖5B中所示，在每個膜排12中可以包括八個束 封裝組件40和纖維束18。請注意，每個束封裝件40和纖維束18在膜排12的每個末端的部分 由于滲透物集流管28和通氣集流管30而部分地隱藏。在這種構造中，模塊10包括兩個各21 個膜排12的柱，并且42個排中的每一個包括八個纖維束18,在這種單個的示例性模塊10中 總計336個中空纖維膜32的纖維束18。例如，在其中每個纖維束18含有336個中空纖維膜32 的實施方案中，模塊10將會含有112,896個中空纖維膜32。
[0124] 每個模塊10的活性膜區(qū)域可以改變，例如，隨著在束18中的中空纖維膜32的數量 (即，纖維束18的填充密度）、每個中空纖維膜32的從纖維板表面到如本文更詳細地說明的 纖維尖端密封的開始處的長度、纖維束18的尺寸和數量以及安裝或使用的膜排12的數量的 變化而改變。根據一些實施方案，當需要時，模塊10可以被配置成以部分負荷運行和/或可 以包含增加或減少的膜排12。
[0125] 與膜排和模塊10-起使用的中空纖維膜的長度可以變化。在一些實施方案中，中 空纖維膜可以為，例如，約1.5m至約1.65m、約1.65m至約1.75m、約1.75m至約1.85m、約1.85m 至約 1.95m、約1.95m 至約2.05m、約2.05 至約2.15m、約2.15m 至約2.25m、約2.25m 至約2.35m、 約2.35m 至約2.45m、約2.45m 至約2.55m、約2.55m 至約2.65m、或約2.65m 至約2.75m。
[0126] 與膜排和模塊一起使用的中空纖維膜的直徑可以變化。在一些實施方案中，中空 纖維膜直徑可以為，例如，約1 mm至約5mm或2mm至約3mm。就設計和系統(tǒng)性能而言，纖維直徑 可以影響多種因素。例如，纖維直徑可以影響填充密度。更具體地，纖維直徑較大，可以填充 至相同橫截面積的束中的纖維的數量就越小。較大的纖維可以具有較大的每個纖維的膜表 面積，但是由于每個相同橫截面積的束包括較少的纖維，每個束的整體膜面積可以減小?？?以取決于纖維直徑的纖維的剛性可能會在運行期間影響纖維的移動。對纖維的移動的影 響可能會影響沾污特征。例如，較大直徑的纖維可以是更剛性的，其可能降低運行期間的運 動范圍，使得纖維表面容易沾污。
[0127] 膜模塊運行概述
[0128] 如在本文中所描述的模塊10可以與膜過濾系統(tǒng)一起使用以處理在環(huán)境壓力下的 槽44或其他容器(例如，盆、水池、水庫等）中含有或容納的含有固體(例如，懸浮固體）的液 體42。如在圖6中所示，模塊10可以位于（例如，懸浮)在槽44中并且浸入液體42中。圖6中所 示的模塊1 〇可以包括任何數量的膜排12。例如，模塊10可以包括1個、2個、3個、4個、5個、6 個、7個、8個、9個、10個、12個、14個、16個、或更多的膜排12。
[0129] 如在圖6中所示，可以示出具有大于模塊10的排封裝組件高度C的液體深度D的示 例性的槽44。模塊10的底部和槽44的底部之間的距離或間隔可以被稱為模塊間隔并且由標 記字母S表示。模塊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裝組件高度C 的高度M，其中相對于排封裝組件高度C使高度Μ最大化可以為特定的模塊提供最大量的活 性膜面積。
[0130] 可以和在活性膜的底部的部分表示為籠間隙G，可以確定其以優(yōu)化給定的模塊的 過濾性能。可以選擇籠間隙G的高度以提供新液體42(例如，淤泥）向膜排12中的所需的流入 量，因為這可以是暴露于進入的液體42的膜排12的僅有的開放區(qū)域。換句話說，這種籠間隙 G高度的選擇有助于優(yōu)化每個膜排12和模塊10的性能，并且可以根據許多因素選擇，包括適 宜進行過濾的速度，進入的液體42淤泥的污染水平，以及許多額外的因素。根據示例性實施 方案的籠間隙G的高度可以大于0且小于6英寸，包括高度在1至5英寸之間。如果需要，可以 用放置排封裝組件38下方的間隙間隔體或其他結構構件維持籠間隙G。在一些實施方案中， 籠間隙G可以為，例如，約0.5英寸、1英寸、2英寸、3英寸、4英寸、5英寸、或更多。
[0131]從籠間隙的底部到槽44的底部的距離可以為高度Η并且被稱為槽44的混合區(qū)。圖6 中所示的箭頭示意性地描繪了與模塊10有關的液體42的流路。如通過箭頭所示的，液體42 可以通過排封裝組件38向上流動并且從模塊10的頂部流出。液體42可以從模塊10的頂部向 下流回，沿著路線混合。
[0132] 可以向模塊10和整個纖維束18施加小于環(huán)境壓力的壓力（即，真空）以使過濾進 行。通過可以與集管16內的滲透物室46 (參見圖7)流體連通的滲透物集流管28和滲透物立 管管道22,可以向模塊10的每個膜排12施加這個壓力。圖7示出了根據示例性實施方案的包 括滲透物室46的一部分的集管16的一個束體20的橫截面。滲透物室46可以與在多個中空纖 維膜32內的內部中空腔流體連通。因此，當中空纖維膜32的內腔經歷壓力差時，包圍纖維束 18的一部分液體42將會通過中空纖維膜32的孔并且將會被過濾以產生之后可以收集的澄 清液體(滲透物）。來自前面未處理的液體42的固體材料中的至少一些可以保持在中空纖維 膜32的側面上或者保持在中空纖維膜32的孔中。可以借助壓力將滲透物抽取通過集管16的 滲透物室46,向上通過滲透物立管管道22(參見例如，圖2)，并且從滲透物集流管28出來(參 見例如，圖1)。
[0133] 在一些實施方案中，如在圖1-2中所示的集管16可以由多個彼此相鄰堆疊的束體 20形成。例如，根據一些實施方案的集管16可以由一個、兩個、三個、四個、五個、六個、七個、 八個、九個、或者更多的彼此相鄰堆疊的束體20形成。根據一些實施方案，束體20的直徑和 相應的纖維束18的直徑和中空纖維膜32的數量或直徑可以根據組成膜排12的束體20的數 量增加或降低。
[0134] 為了限制或降低固體在中空纖維膜32的表面上的累積以及促進液體42的循環(huán)，可 以從一個或多個氣化裝置34中釋放氣泡。氣泡可以沿著中空纖維膜32通過從而引入新液體 42同時還沖刷中空纖維膜32的表面并且控制固體在表面上的累積。這個將氣泡釋放至中空 纖維膜32的過程在本文中可以被稱為通氣或空氣沖刷。
[0135] 氣化裝置設計和運行
[0136] 存在多種可以用于中空纖維膜32的通氣的方法和氣化裝置。例如，通氣方法可以 包括連續(xù)通氣、間歇通氣、和脈沖通氣。連續(xù)通氣可以包括其中將基本上連續(xù)的小氣泡流從 每個氣化裝置連續(xù)釋放以沖刷中空纖維膜32的表面的通氣。間歇通氣可以包括其中當將 氣體流36供應至模塊10時將基本上連續(xù)的小氣泡流從每個氣化裝置釋放一定時間段（例 如，循環(huán)開啟和關閉）以沖刷中空纖維膜32的表面的通氣。傳統(tǒng)上，間歇通氣已經是用于清 潔浸入式膜的通氣的常規(guī)方法。例如，美國專利號6,245,239公開了用于浸入式膜模塊的循 環(huán)通氣。
[0137] 間歇通氣由于能量節(jié)省相對于連續(xù)通氣已經是優(yōu)選的，其可以通過不將所有膜連 續(xù)通氣獲得并且仍然保持令人滿意的性能。更近期，已經引入了脈沖通氣，其中當將氣體流 36供應至模塊10時可以將較大的氣泡從氣化裝置周期性地釋放以沖刷中空纖維膜32的表 面。對于脈沖通氣來說，可以將氣體流36連續(xù)供應至氣化裝置并且釋放較大氣泡的速率取 決于氣體流36的流量。
[0138] 間歇通氣氣化裝置
[0139] 圖8中示出了被配置用于間歇通氣的氣化裝置34A的一個實施方案。圖8是示出氣 化裝置34A、單個束體20的一個實施方案、通氣管48、和纖維板50的分解組裝圖。纖維板50、 通氣管48、和中空纖維膜32 (未示出）可以包括纖維束組件52。
[0140] 圖9示出了在組裝狀態(tài)下并且倒轉以使通氣管48在中空纖維膜32上方延伸的來自 圖8的束18、纖維板50、和通氣管48。如在圖9中所示，多個中空纖維膜32中的每一個可以延 伸通過纖維板50中相應的孔。圖10示出了多纖維束組件52,其具有延伸的通氣管48,通氣管 48相對于它們各自的束體20放置，束體20進而可以放置在膜排12的集管16中。
[0141] 圖11是橫截面透視圖，其示出了在其相對于纖維束組件52的組裝位置的束體20， 并且另外示出了與束體20接合的通氣管48。尤其是，通氣管48的外表面設置有可以與束體 20的內部結構接合的結構(例如，延伸的圓形法蘭）以將部件相對于彼此鎖定。如示出的，通 氣管48可以延伸通過束體20的中心，并且其末端中的一個位于可以位于通氣管48的遠端附 近的通氣室54內。如示出的，束體20還可以包括至少一個滲透物室46。
[0142] 備選地，在束體20的一些實施方案中（例如，圖7和11)，通氣管48可以在恰在纖維 板50下方的灌封(potting)材料內停止。在這種構造(未示出）中，可以改進纖維板以適應在 通氣管48和纖維束18之間剩余的間隙。另一個可選方案是在通氣管48和纖維板50之間插 入可釋放的灌封塞，其起到密封件的作用以防止灌封材料進入通氣管。一旦灌封材料變硬， 即將灌封塞移除。圖11以未連接的氣化裝置34A示出，但是氣化裝置34A可以與束體20可旋 轉地連接。在未在圖11中示出的其它實施方案中，可以使用其他常規(guī)方式，如粘合劑、緊固 件、閂、摩擦配合、或螺紋-螺絲鎖定將氣化裝置與束體連接。當與束體20連接時，氣化裝置 34A可以經由孔60接收來自通氣室54的氣體流36并且將氣體流36引導至與通氣管48流體連 通的氣化裝置34A的中心。因此，當將氣體流36供應至氣化裝置34A時，氣化裝置34A可以產 生可以經由通氣管48釋放至纖維束18的中心的大體上連續(xù)的小氣泡流。
[0143] 間歇通氣過程可以包括在特定時間段內經由通氣室54將氣體流36間歇供應至氣 化裝置34A，并且之后停止氣體流36。例如，根據一個實施方案，可以將通氣打開約120秒至 24小時的時間，并且之后可以將其停止恰大于0秒至約120秒的時間段。根據將通氣打開或 激活的時間長度，在貫穿每個24小時的時間段內，可以將循環(huán)重復至少一次，并且可以重復 多次。
[0144] 脈沖通氣
[0145] 對于脈沖通氣來說，可以將氣體流36連續(xù)地或間歇地供應至氣化裝置。但是不同 于間歇通氣，氣化裝置可以被配置成，使得在供應氣體流36的同時可以周期性地釋放大氣 泡，而不是連續(xù)地釋放許多較小的氣泡。圖12和13示出了被配置用于脈沖通氣的氣化裝置 34B的一個示例性實施方案。圖12示出了與束體20連接的氣化裝置34B，而圖13示出了未與 束體20連接的氣化裝置34B。用于脈沖通氣的氣化裝置的額外的實施方案在本文中公開并 且還將會詳細描述。
[0146] 通過圖14A-14C和15A-15C示出了可以通過其進行脈沖通氣的過程。對于脈沖通氣 氣化裝置34B來說，圖14A-14C示出了吸入循環(huán)，而圖15A-15C示出了排氣循環(huán)。如在圖14A- 14C和15A-15C中所示的氣化裝置34B的結構與圖12-13中所示的實施方案對應。然而，該結 構僅用于說明目的，并且如在本文中描述和示出的脈沖通氣的過程不限于氣化裝置34B，而 是通常適用于包括在本文中所公開的那些在內的所有脈沖通氣氣化裝置。
[0147] 如在圖14A-14C中所示，可以將氣體流36供應至氣化裝置34B并且氣體可以填充氣 化裝置34B的內部工作體積。在一些實施方案中，可以經由如進一步在本文詳細描述的位于 氣化裝置34下方的通氣室54或通氣管(未示出）將氣體流36供應至每個氣化裝置34?？梢酝?過氣體使氣化裝置34B內的液面向下移動直到其達到管的底部開口端。如在圖15A-15C中所 示，通過破壞液封，可以將在內部工作體積中收集的基本上全部體積的空氣迅速向上引導 通過管，導致空氣脈沖作為大氣泡56從管的上端離開。
[0148] 同心氣化裝置
[0149] 圖16示出了與束體20(未示出中空纖維膜32)連接的、被配置用于脈沖通氣的氣化 裝置34B的橫截面圖。氣化裝置34B在本文中可以被稱為同心氣化裝置。如在圖16中所示，同 心氣化裝置34B可以具有噴嘴100、外套筒102、管104、和桶106。噴嘴100可以限定供給室108 和節(jié)流閥110,配置成接收從通氣室54到供給室108中的氣體流36。在一些實施方案中，噴嘴 100可以被配置成與束體20可釋放地且可旋轉地連接。噴嘴100可以具有，例如，一個或多個 從噴嘴1 〇〇向外延伸并且被配置成接合束體20中的狹槽的突出物112。
[0150] 外套筒102可以與噴嘴100連接并且被配置成限定主室114。主室114可以與供給室 108流體連通。外套筒102可以形成具有開放的下端116的大體上圓柱形的形狀。在其它實施 方案中，外套筒102可以限定其他形狀，例如，正方形、卵形、矩形、橢圓形等。
[0151] 如在圖16中所示，管104可以被配置成與噴嘴100連接，例如，通過插入至噴嘴100 的凹槽118中。在一些實施方案中，可以將管104固定或集成至噴嘴100。管104可以從凹槽 118通過供給室108向下延伸并且進入主室114中。管104可以延伸至主室114中的高于外套 筒102的下端116的距離。管104的下端116可以對主室114開放。
[0152] 如在圖16中所示，桶106可以位于主室114內的管104的外部。桶106可以被配置成 與管104、外套筒102、和/或噴嘴100連接并且可以與管104、外套筒102、和束體20同心。桶 106的上端120可以對主室114開放，并且桶106的蓋122可以密封。桶106的蓋122可以位于管 104的下方，因此由桶106限定的體積可以與管104流體連通。如在圖16中所示，桶106的蓋 122也可以高于外套筒102的下端116。可以確定氣化裝置34B的多個部件的尺寸，從而當從 上方或下方觀察時氣化裝置34B被包含在束體20的覆蓋區(qū)內。
[0153] 當不將氣體流36供應至氣化裝置34B時，主室114和供給室108可以用經由外套筒 102的開放的下端116引入的液體42(未示出）充滿。當將氣體流36供應至通氣室54時，氣體 可以通過節(jié)流閥110流入供給室108和主室114中并且替代液體42。當主室114中的氣體的體 積替換足夠體積液體42以使液體42的水平達到管104的下端時，可以破壞液封，并且可以將 供給室108和主室114中收集的空氣的體積作為空氣脈沖向上引導(例如，虹吸)通過管104， 并且可以將空氣脈沖作為氣泡56從束體20釋放。可以將氣泡56從束體20的中心釋放至纖維 束18的中心(未示出）。
[0154] 偏置氣化裝置
[0155] 圖17示出了根據另一個實施方案的、被配置用于脈沖通氣的氣化裝置34C。這個實 施方案在本文中可以被稱為180度偏置氣化裝置34C。氣化裝置34C可以是與如在本文中所 描述的同心氣化裝置相似的。更具體地，氣化裝置34C可以包括相同或基本上相似的噴嘴 100、外套筒102、和管104。同心氣化裝置34B和180度偏置氣化裝置34C之間的主要差異可以 是桶。氣化裝置34C可以包括桶124,但是如在圖17中所示，桶124可以與同心氣化裝置34B的 桶106不同。
[0156] 如在圖17中所示，桶124可以具有封閉的底部124和開放的頂部128。桶124可以被 配置成限定大體上碗形的室130。碗形室的內表面可以是從頂部128向底部126走向的凹面。 桶124還可以被配置成使得室130僅在管104周圍路線的一部分延伸。例如，如在圖17中所 示，室130可以在管104的外周周圍約180度延伸。在其它實施方案中，室130可以在管104周 圍大于180度或小于180度延伸。例如，圖18示出了被配置用于脈沖通氣的氣化裝置34D的另 一個實施方案。這個實施方案在本文中可以被稱為100度偏置氣化裝置34D。氣化裝置34D可 以與氣化裝置34C相同或基本上相似地配置，但是室130可以在管104周圍約100度延伸。如 在圖17和18中所示，桶124可以具有在管104周圍卷繞并且從管104的外表面徑向延伸至外 套筒102的內表面的側壁132。側壁132可以被配置成從底部126延伸至室130的頂部，或者如 在圖17和18中所示，側壁132可以超過碗的頂部128朝向噴嘴100向上延伸。在一些實施方案 中，例如如在圖17中所示，側壁132的每側可以處于距離頂部128的不同高度。具有不同高度 的側壁132使得液體42首先從兩個側壁132中較低的那個之上的一個方向進入桶124的室 130,并且之后液體從兩個側壁132中較高的那個之上的相反方向進入。使液體42首先從一 個方向進入桶124并且之后增加第二方向可以增加桶124內的湍流(turbulence)。增加的湍 流可以有助于從桶124中移除碎肩。
[0157] 預期的是，在其他實施方案中，可以改變、組合或改進氣化裝置34A、34B、和34C的 部件(例如，噴嘴100、外套筒102、管104以及桶106和124)中的一個或多個。例如，在其他實 施方案中，噴嘴100、外套筒102、和管104可以全部是一個連續(xù)的部件。
[0158] 下通氣
[0159] 在膜排12的一些示例性實施方案中，可以經由下通氣管將氣體流36供應至氣化裝 置34(例如，34B、34C、和34D)而不是通過集管16的通氣室54供應氣體流36。例如，如在圖19 中所示，膜排12可以被配置成使得可以將氣體流36從通氣立管管道24通過通氣足部62引導 至下通氣管64。下通氣管64可以從膜排12的一側延伸至另一側。在一些實施方案中，如在圖 19中所示，下通氣管64可以通過氣化裝置34的下部。在一些實施方案中，下通氣管64可以被 配置成在氣化裝置34的下方通過。如在圖19中所示，下通氣管64可以包括在與可以供應氣 體流36的末端相反的末端的沖洗腿66。
[0160]如在圖19中所示，對于使用下通氣管64的實施方案來說，可以從束體20中取消通 氣室54,從而使得滲透物室46增加。例如，如在圖19中所示，每個束體20可以包括與中空纖 維膜32和滲透物立管管道22的中空內部流體連通的一個室（即，滲透物室）。
[0161]下通氣管64可以包括被配置成將氣體流36引導至每個氣化裝置34的多個孔68。例 如，如在圖19中所示，下通氣管64可以具有至少一個與例如每個氣化裝置34的中心大體上 對齊的孔68。孔68可以位于沿著下通氣管64的外周的多個位置。在一些實施方案中，孔68 可以位于下通氣管64的底部或頂部。根據示例性實施方案，如在圖19中所示，孔68可以位于 下通氣管64的頂部和底部之間的中間位置（即，從底部90度偏置）。與位于下通氣管64的底 部上的孔相比，將孔定位為從底部90度偏置可以降低堵塞的可能性。此外，90度偏置維持了 沿著下通氣管64的基本上一致的壓降。
[0162] 可以優(yōu)化下通氣管64的橫截面積和孔68的橫截面積以使相等且足夠量的氣體流 36可以從每個孔68中排出同時將從沖洗腿66排出的氣體流36的量最小化。如對于本領域技 術人員來說將會是已知的是，孔的尺寸取決于體積空氣流和孔的量。此外，可以改變下通氣 管64橫截面積和孔尺寸以控制速度和壓降。在一些實施方案中，孔68可以為約5mm、6mm、 7mm、8mm、9mm、10mm、或更大。
[0163] 如在圖20中所示，下通氣管64可以被配置成從排12(未示出）的通氣足部62延伸至 滲透物足部70。下通氣管64可以被配置成滑動且鎖定就位。例如，如在圖20中所示，下通氣 管64的一端可以被配置成插入至通氣足部62中并且可以用例如0型環(huán)密封。如在圖21中所 示，下通氣管64的另一端可以包括鍵狀突起72。鍵狀突起72可以被配置成通過滲透物足部 70中的鍵狀狹縫74，并且一旦通過，即可以旋轉下通氣管64，從而鍵狀突起72不再與鍵狀狹 縫74對齊并且因此靠在滲透物足部70的內表面上?？梢酝ㄟ^將下通氣管64反向旋轉來從排 12中移除下通氣管64,以使鍵狀突起72與鍵狀狹縫74對齊并且從而可以將下通氣管64從滲 透物足部70縮回。
[0164] 在本文中所公開的氣化裝置(例如，34B、34C、和34D)中的任何一種均可以改進用 于與膜排12的下通氣管64構造一起使用。例如，圖19中所示的排12與110度偏置氣化裝置 34D-起使用下通氣管64。圖22A、22B、和22C示出了氣化裝置34D的示例性實施方案，其已經 改進以使其可以與下通氣管64構造一起使用。如在圖22A-22C中所示，對氣化裝置34D的改 進可以包括將外套筒102進一步延伸至桶124下方，并且外套筒102可以包括被配置成允許 下通氣管64通過的在下部中的相應開口。如在圖22A-22C中所示，另一種改型可以是取消供 給室108和節(jié)流閥110?？梢詫饣b置34D和34C做出相似的改型以使用下通氣管64。
[0165] 根據示例性實施方案，可以將氣化裝置34配置成與束體20可釋放地連接。圖12-13 中示出了一個實例，其中氣化裝置34B可以具有橫向突起，當突起和狹槽對齊并且使氣化裝 置34B旋轉時可以與束體20上的狹槽互鎖(例如，參見圖23A)。在另一個實例中，如在圖23B 中所示，束體20可以具有可以被配置成當旋轉時與氣化裝置34 (例如，34B、34C、34D)上的相 應狹槽互鎖的徑向向外延伸的突起。根據示例性實施方案，如在圖23C中所示，束體20可以 具有兩個從束體20的底部延伸的偶聯(lián)部件76。氣化裝置34可以具有相應的偶聯(lián)部件以與偶 聯(lián)部件76互鎖。例如，如在圖24A-24C中所示，氣化裝置34B、34C、和34D可以具有從氣化裝置 34的頂部延伸的相應的偶聯(lián)部件78,其可以被配置成插入在束體20的偶聯(lián)部件76之間，并 且之后如在圖24B中所示，氣化裝置的旋轉90度將會使偶聯(lián)部件76和偶聯(lián)部件78互鎖。氣化 裝置34B、34C、34D或束體20可以被配置成收容0型環(huán)以將偶聯(lián)部件76和偶聯(lián)部件78的連接 流體密封，從而將氣化裝置的管104與相應的束體20的管104流體連接。
[0166] 在一些實施方案中，束體20和氣化裝置34可以被配置成一個整體部件。例如，如在 圖25中所示，氣化裝置34可以被配置成束體20的下部延長部分。在一些實施方案中，氣化裝 置34B、34C、和34D可以被配置成使得桶124可以是從外套筒102中可移除的。例如，如在圖 26A-26C中所示，可以通過外套筒102的下端112將桶124插入，并且桶124可以具有可以鎖合 (snapped)至外套筒102的壁中的開口 136中的突出物134。通過將突出物134經由開口 136壓 下并且在桶124上拉下，可以將桶124移除。如果需要清潔、維修、或檢查，移除或更換桶124 的能力可以增加可服務性。此外，更換桶124的能力可以允許桶124構造或尺寸的更換。例 如，可以通過用在管102周圍180度延伸的桶124代替桶124,將110度偏置氣化裝置34D轉換 為180度偏置氣化裝置34C。在一些實施方案中，可以使用小于或大于100度延伸的桶124作 為更換。在一些實施方案中，除了替換桶124具有不同的偏置度之外，替換桶124可以具有其 他可以變化的尺寸特征。例如，替換桶124可以具有在桶124的頂部128周圍延伸的較高或較 低的側壁132。
[0167] 氣化裝置尺寸優(yōu)化
[0168] 可以以許多方式改變在本文中所描述的氣化裝置34(例如，34B、34C、和34D)的大 小和尺寸以優(yōu)化性能。例如，對于外套筒102、管104、桶106來說，可以改變高度、直徑、或長 度，從而調節(jié)主室114和室130的體積。外套筒102的整體高度和直徑可以確定最大工作體 積?？梢曰谠跉怏w流36的給定的體積流量下優(yōu)選的脈沖頻數選擇工作體積。
[0169] 為了確定氣化裝置34的最佳工作體積和相應尺寸，在2至10m3/小時/排之間的空 氣流量下測試和操作三個不同大小的同心氣化裝置34B。如在以下表1中指出的和在圖27中 所示的，僅改變三個氣化裝置34B之間的三種尺寸。
[0172] 用目測并且通過對在給定的流量下的脈沖數量/分鐘進行計時來測量所測試的每 個氣化裝置34B的性能。目標是確定在所施加的空氣流量下始終使用氣化裝置的全部滯留 (ho ld-up)體積的最佳構造。在給定的流量下的脈沖數量/分鐘表示氣化裝置是否有效地起 爆(firing)。與不適當地起作用的氣化裝置相比，適當地起作用的氣化裝置將會脈沖更少 次數/分鐘。這是因為短路或不完全抽真空的氣化裝置將會傾向于更迅速起爆。全部的空氣 使用是相同的，但是氣泡大小將會隨著更高的頻率而減小。最終，將會損害通過填充束室橫 截面的氣泡形成的栗送效率。以下表2提供了試驗的結果。根據結果，顯然中等大小的桶允 許氣化裝置更有效地起作用，意味著利用每個脈沖循環(huán)始終對氣化裝置34B內的氣體流36 的更多滯留體積抽真空。
[0173] 表2

[0176] 完成類似的測試以針對180度偏置氣化裝置34C和100度偏置氣化裝置34D測試同 心氣化裝置34B的脈沖速率。在以下表3中示出了三個氣化裝置的測試的結果。
[0177] 表3
[0179] 如由表的結果指出的，全部三個氣化裝置均勻地脈沖多至50cfh，其等于11.3Nm3/ 小時/排(8個束的排）。因此，全部三個氣化裝置34B、34C、和34D都可以被配置并且確定尺 寸，以處理在模塊10的普通運行期間使用的空氣流容量。作為在運行中的氣化裝置34的進 一步的測試和觀察的結果，確定的是，當桶124的側壁132高度與氣化裝置34的整體高度是 某些比率時，可以獲得氣化裝置34的脈沖效率的進一步提高。例如，如在圖28中指出的，當 高度H1為高度H2的約39 %時，可以獲得提高的脈沖效率。在一些實施方案中，這個百分比可 以為，例如，約39%至約40%、約38%至約41%、或約37%至約42%。根據示例性實施方案， 高度H1可以為約2.34英寸并且高度H2可以為約6.00英寸?？梢栽诎ú煌笮〉臍饣b置 34B、34C、和34D的多個氣化裝置中使用這個高度比率。
[0180] 還對脈沖通氣氣化裝置進行了測試以確定空氣流量操作的上限和下限以及在那 些空氣流量下的相應的脈沖速率。測試顯示，如在圖28中所示，對于氣化裝置34來說，空氣 流量的上限（例如，最大值）為約13.1Nm3/小時/排(在8束的排的情況下）或1.6375Nm3/小 時/氣化裝置。1.6375Nm3/小時/氣化裝置的空氣流量產生約70次脈沖/分鐘。確定的是，在 約1.6375Nm3/小時/氣化裝置的空氣流量下，氣化裝置不再發(fā)出脈沖，而是相反地，開始像 分散或間歇通氣氣化裝置一樣起作用。通氣流量上限將會是氣化裝置的尺寸和構造的函 數。因此，根據尺寸和構造，上限可以高于或低于13. lNm3/小時/排(在8束的排的情況下)或 1.6375Nm3/小時/氣化裝置。
[0181] 測試還顯示，如在圖28中所示，對于氣化裝置34來說，空氣流量可以降低至lNm3/ 小時/排(在8束的排的情況下)或0.125Nm3/小時/氣化裝置。0.125Nm3/小時/氣化裝置的空 氣流量產生約2-3次脈沖/分鐘。脈沖通氣氣化裝置34也可以在低于0.125Nm3/小時/氣化裝 置的空氣流量下運行。在降低的空氣流量下，對液體42的再循環(huán)速率和膜的沾污速率的考 慮是必須考慮的。
[0182] 氣化裝置碎肩移除
[0183] 除了脈沖效率之外，在設計和選擇用于與模塊10的膜排12-起使用的氣化裝置中 還考慮了氣化裝置的處理碎肩的能力?？梢詫⑺榧缣幚矶x為氣化裝置在不妨礙來自氣化 裝置的脈沖速率的情況下使碎肩通過的能力。
[0184] 對同心氣化裝置34B、180度偏置氣化裝置34C、和100度偏置氣化裝置34D進行碎肩 處理測試。測試包括將不同材料和不同大小的碎肩放置在每個氣化裝置的內部。之后安裝 每個氣化裝置并且以5m 3/小時/排供應氣體流36。在氣化裝置運行（即，脈沖）的同時觀察碎 肩的行為。在以下表4中示出了測試的結果。"X"表示目標不能通過相應的氣化裝置。"0"表 示目標已經通過了相應的氣化裝置。
[0188] 如由測試的結果指出的，100度偏置氣化裝置34D能夠使大多數類型和大小的碎肩 通過。觀察到，在釋放氣泡56之后水返回至桶124的湍流水平明顯高于其他氣化裝置。這種 增加的湍流有助于攪動已經沉淀在桶124的底部上的物體，從而增加物體借助隨后的脈沖 通過空氣管的機會。應該指出的是，具有偏置壁角度的偏置氣化裝置有助于湍流效果。
[0189] 使用2英寸的樹葉和全尺寸樹葉（~4英寸X 4英寸楓樹葉)進行額外的碎肩處理測 試，因為樹葉經常引起氣化裝置堵塞。將樹葉置于澄清水槽中的氣化裝置中并且以4.3Nm 3/ 小時的空氣流量供應氣體流36。結果在表5中顯示。
[0190] 表5
[0192] 如由表5的結果指出的，100度偏置氣化裝置34D比其他氣化裝置表現(xiàn)得更好。同心 氣化裝置也不能使樹葉通過。180度偏置氣化裝置34C能夠使2英寸樹葉在少于兩分鐘內通 過，但是全尺寸樹葉花費16小時。100度偏置氣化裝置34D能夠使2英寸樹葉在少于兩分鐘內 通過，并且使全尺寸樹葉在三十五分鐘內通過。
[0193] 基于脈沖效率和碎肩處理測試，可以在膜排12和模塊10的示例性實施方案中使用 100度偏置氣化裝置34D。
[0194] 氣化裝置栗送效率
[0195] 除了脈沖效率和碎肩移除之外，在設計和選擇用于與模塊10的膜排12-起使用的 氣化裝置中考慮了氣化裝置使液體42循環(huán)通過每個單獨的束封裝組件40的能力（即，栗送 效率）?？梢詫⒗跛托识x為由氣化裝置獲得的液體速度/單位空氣流。為了評價間歇氣 化裝置34A相對于脈沖氣化裝置34B、C、D的栗送效率，在間歇氣化裝置和脈沖氣化裝置上完 成比較測試。
[0196] 為了測試，將束封裝件浸入水中并且將每個通氣類型的氣化裝置連接至束封裝件 的底座，首先連接一個，之后連接其他的。將設計用于測量浸沒速度特征的速度表安裝在束 封裝件的出口處。之后將空氣供應與每個氣化裝置連接并且使用轉子流量計(rotameter) 測量在各測試期間供應至氣化裝置的空氣流量。
[0197] 對于測試的第一階段，設定四個目標液體速度（即，0.8ft/s、l.lft/s、1.4ft/ SJP 1.6ft/s)并且之后對于氣化裝置中的每一個增加空氣流量直到獲得目標流量中的每一個。 以下表6示出了測試的第一階段的結果。如由表6中的結果指出的，脈沖通氣氣化裝置需要 間歇通氣氣化裝置獲得相同目標液體速度所需的空氣流量的約75-80%。
[0198] 表6
[0199]
[0200] 對于測試的第二階段，設定五個目標Δ液體高度（g卩，3.125英寸、4.5英寸、5.8125 英寸、6.25英寸、6.625英寸)并且之后對于氣化裝置中的每一個增加空氣流量直到獲得目 標A液體高度中的每一個。以下表7示出了測試的第二階段的結果。如由表7中的結果指出 的，脈沖通氣氣化裝置需要間歇通氣氣化裝置獲得相同目標液體高度所需的空氣流量的 約47 %至88 %之間。
[0201] 表7
[0202]
[0203]栗送效率測試說明，脈沖通氣氣化裝置可以在降低的空氣流量下運行并且仍然獲 得與間歇通氣氣化裝置相同的栗送效率。在降低的空氣流量下運行的能力可以允許在設備 和安裝二者中的初期資本投入以及操作成本方面的成本節(jié)約。
[0204]通氣和封裝組件相互作用
[0205]如在本文中參照圖1-3所描述的，模塊10可以包括一個或多個可以是排封裝組件 38的一部分的具有一個或多個束封裝組件40的膜排12。束封裝組件40可以被配置成為纖維 束18提供支撐。此外，包圍單個纖維束18的束封裝組件40可以被配置成維持通過相應氣化 裝置34經由束體20釋放至相應纖維束18的氣泡（例如，一個或多個小氣泡58和/或大氣泡 56)。例如，如在圖29中所示，利用間歇通氣，可以將通過氣化裝置(例如，34A)釋放的小氣泡 58在它們沿著相應的纖維束18流動時約束在相應的束封裝件40內，直到它們到達液體42的 表面。將小氣泡58約束在單個束封裝組件40內可以提供為每個纖維束18更高效和均勻的通 氣，因為氣泡可以專用于特定的纖維束。然而，可能的是，仍然可能存在小氣泡58的溝道 (channe 1 ing)。例如，膜束的一部分的沾污或束封裝件的一部分內的齡泥累積可能會導致 小氣泡沿著限定的通道(例如，最小阻力的路徑)上升而不是在橫跨束封裝件的整個橫截面 積均勻地向上分散和流動。溝道的額外討論以及用于浸入式膜過濾器的其他參數可以在 Yoon，Seong-Hoon .Membrane Bioreactor Process principles and Applications(膜生 物反應器方法：原理和應用）.Hoboken: CRC，2015中找到.（參見例如，133-134頁，136-138 頁)。
[0206]如在圖30中所示，對于脈沖通氣（即，大氣泡56)來說，束封裝件40可以被配置成將 大氣泡56在它們沿著纖維束18向上流動時約束在束封裝件40內。由脈沖通氣經由脈沖通氣 氣化裝置(例如，34B、34C、或34D)產生的大氣泡56可以是足夠大的以利用如在圖30中所示 的單個氣泡56基本上填充單個束封裝件40的整個橫截面。在一些實施方案中，利用這種構 造，氣泡56可以被配置成與纖維束18在束封裝件內沿著纖維束18的整個長度接觸。束封裝 件40內的氣泡56的約束可以提供更有效的在每個氣泡56上方的液體的推送和每個氣泡56 下方的液體的向上引導。這種類型的兩相流可以被稱為段塞流(slug flow)。如在圖6中所 示，由束封裝組件內的每個氣泡56的釋放和上升引起的液體的引導可以使得液體42通過籠 間隙G引入，從而將新鮮液體42引入至束封裝組件中。
[0207]當它們在纖維束18和束封裝件40內上升時，氣泡56可以形成"子彈形"。例如，每個 氣泡在其上升并形成"子彈形"時基本上填充相應的束封裝件40的橫截面積，沖刷膜的表面 (未在圖中示出)并且推動氣泡56上方的液體。
[0208] 束封裝組件的橫截面積和基本上填充該橫截面積的氣泡可以為，例如，8英寸2至 約16英寸2、約10英寸 2至約14英寸2、約11英寸2至約13英寸2、約12英寸 2至約12.5英寸2、或約 12英寸2至約12.25英寸2、或約12.11英寸 2。
[0209] 如在本文中所使用的例如用于描述"基本上"填充橫截面積的氣泡的術語"基本 上"，意指如由本領域普通技術人員確定的具體值的可接受的誤差范圍。例如，"基本上"可 以意指大于99%、98%、97%、96%、95%、90%、85%、80%、或75%。在一個實例中，基本上 填充橫截面積的氣泡可以等同于填充束封裝件的橫截面積的大于99%的氣泡。預期的是， 氣泡56可以基本上填充束封裝件的橫截面積，但是可能會存在一些接縫(例如，沿著束封裝 件的拐角），在那里可能會存在由氣泡引起的液體泄漏，從而限制了氣泡填充整個橫截面 積。
[0210] 這種脈沖通氣形式，其中可以將氣泡56引入至纖維束18的中心并且保持在纖維束 18和束封裝件40內，能夠產生出乎意料的協(xié)同益處。這些協(xié)同益處可以包括，例如，與通過 未填充封裝件的小連續(xù)氣泡或者利用不受封裝件約束的大氣泡的脈沖通氣獲得的相比的 較高的液體栗送速率（即，通過束封裝件的供給再循環(huán)）。另一個協(xié)同益處可以是，例如，中 空纖維膜32的增強的沖刷。當氣泡56基本上填充單個束封裝件40的整個橫截面時，可以沖 刷纖維束18的全部中空纖維膜32,從而從表面移除更多碎肩。這可以消除中空纖維膜束18 內的溝道，所述溝道可能會導致堵塞并且降低過濾性能。
[0211] 如在本文中所描述的，氣化裝置的多個實施方案可以用于產生脈沖通氣。氣化裝 置34B、34C、和34D僅是三個示例性實施方案。與束封裝組件40組合的如在本文中所描述的 脈沖通氣氣化裝置34B、34C、和34D可以使得全部通氣空氣流能夠大大降低，同時仍然產生 大氣泡56和有效清潔膜的表面并且維持過濾性能的段塞流。大氣泡56和段塞流還提供足夠 的液體循環(huán)，其以較低的操作成本提供提高的膜性能。
[0212]大氣泡/無籠
[0213]盡管如在圖1中所示的模塊10包括排封裝件組合件38,在一些實施方案中，可以在 沒有包圍每個纖維束18的單獨的束封裝組件40的情況下配置模塊10。例如，在一些實施方 案中，纖維束18可以被沿著束的高度隔開的間斷籠部分地包圍。例如，如在圖31和32中所 示，一個或多個籠170可以沿著膜排12的高度隔開并且可以被配置成包圍每個纖維束18從 而支撐中空纖維膜32。如在圖31中所示，間斷籠170可以與產生大氣泡56和/或小氣泡58的 脈沖通氣和/或間歇通氣組合。
[0214]在一些實施方案中，排封裝組件38可以被配置成包圍纖維束18的整個膜排12或者 封裝件可以被配置成包圍整個模塊10。在一些實施方案中，可以根本不使用封裝件并且可 以通過備選方案結構來支撐中空纖維膜32。例如，在一些實施方案中，如在圖33中所示，中 空纖維膜32的上端可以與另一個集管172連接。集管172可以被配置成保持中空纖維膜32的 垂直取向。在一些實施方案中，中空纖維膜32的上端可以連接至漂浮裝置，其被配置成在液 體的表面漂浮并且將中空纖維膜32保持在基本上垂直的取向上。在其它實施方案中，可以 用結合至結構(例如液體槽支撐物）中的懸浮系統(tǒng)支撐中空纖維膜32的上端。
[0215]在不使用束封裝件或籠的實施方案中，可以確定由脈沖通氣氣化裝置釋放的氣泡 56的尺寸，以使氣泡的橫截面積對應于(例如，等于)纖維束的橫截面積，以使氣泡在其上升 時包住整個中空纖維膜32。纖維束的橫截面積和基本上填充纖維束的橫截面積的氣泡可以 為，例如，8英寸 2至約16英寸2、約10英寸2至約14英寸2、約11英寸 2至約13英寸2、約12英寸2至 約12.5英寸2、或約12英寸 2至約12.25英寸2、或約12.11英寸2。
[0216] 封裝組件
[0217]模塊10可以使用多種不同的結構并且針對束封裝件40和排封裝組件38設計。在本 文中更詳細地描述了束封裝組件40和排封裝組件38的多個不同實施方案。單個束封裝件40 可以是多形狀的，例如，大體上正方形的、矩形的、多邊形的、圓形的、半圓形的、對稱的、非 對稱的等。束封裝件40可以具有圓形或光滑的內角區(qū)域?？梢源_定單個束封裝件40的尺寸 和形狀以容納將會沿著其長度的至少一部分延伸的纖維束。
[0218] 在圖3和4中所示的示例性實施方案中，提供了多個成形的束封裝組件40?？梢源_ 定示例性的束封裝組件40的尺寸和形狀以容納沿著束封裝件40的縱向軸延伸的中空纖維 膜32的纖維束18。
[0219] 圖34-39中所示的排封裝組件38的示例性實施方案可以包括在排封裝組件38的下 端的第一端帽31和在排封裝組件38的上端的第二端帽33。束封裝組件40可以以相鄰、并排 方式與第一端帽31連接。例如，束封裝組件40的下端和第一端帽31可以被配置成使得束封 裝組件40的下端滑動至第一端帽31中的溝槽或凹槽中。一旦所有相鄰的束封裝組件40已經 相對于第一端帽31放置，就可以將第二端帽33放置在束封裝組件40的上端以上，以確保它 們就位，例如，如在圖34中所示。如在圖34中所示，排封裝組件38可以被配置成在第一端帽 31和第二端帽33的相對的末端例如經由夾具與滲透物立管管道22和通氣立管管道24(未示 出)連接，從而將排封裝組件38固定在一起。
[0220]圖34-39中所示的束封裝組件40的示例性實施方案可以包括在束封裝件40的第一 末端142和第二末端144之間延伸的伸長的壁146。伸長的壁146包括相對側邊緣148。示例 性束封裝件40還包括可拆裝倉門150,其在束封裝件40的第一和第二末端142和144之間延 伸，并且連接至伸長的壁146的相對側邊緣148,從而形成具有配置為提供在束封裝件40的 第一和第二末端142和144之間的流動連通的內部的中空封裝件145。根據一些實施方案，排 封裝組件38和相應的束封裝組件40被配置成使得防止從多個束封裝組件40中的第一個的 第一末端142流動來的流體在沒有首先從第一個束封裝件40的第二末端144流出的情況下 從第一個束封裝件40的內部流動至第二個束封裝件40的內部。
[0221] 如圖34-39中所示，示例性的可拆裝倉門150包括相反倉門邊緣154。根據一些實施 方案，相反倉門邊緣154和伸長的壁146的相對側邊緣148被配置成使得可拆裝倉門150連接 至伸長的壁146并且經由將可拆裝倉門150在基本上平行于束封裝件40的縱向軸X的方向上 相對于伸長的壁146滑動而從伸長的壁146分離。例如，在圖34-39中所示的示例性實施方案 中，相反倉門邊緣154和伸長的壁146的相對側邊緣148配置為當相互接合時彼此重疊和/或 互鎖。
[0222] 例如，如圖36-39中所示，示例性伸長的壁146的相對側邊緣148各自包括鉤形軌道 (或其他接合構造），其形成相反倉門邊緣154可以滑入其中的伸長的鉤形空間，用于在可拆 裝倉門150和伸長的壁146之間的互鎖接合和連接。側邊緣148和倉門邊緣154的其他互鎖構 造是預期的，如，例如彈簧鎖和/或鉸鏈鎖。例如，側邊緣148中的一個可以配置為經由快速 鎖合連接器(snap-together coup 1 ing)連接至倉門邊緣154中的一個，同時側邊緣148中的 另一個鉸鏈連接至另一個倉門邊緣154。這樣的實施方案可以配置為使得可拆裝倉門150仍 然可以相對于伸長的壁146和/或束封裝件40滑動。在圖36-39中所示的示例性實施方案中， 互鎖接合區(qū)域位于相對于伸長的壁146的側邊緣148的外側，這可以起到使在模塊10的使用 期間與中空纖維膜32的干擾最小化的作用。然而，預期的是，可以不同于所示地安置和/或 構造側邊緣148和倉門邊緣154。
[0223] 根據一些實施方案，突出物156可以與第二端帽33的外表面(例如，在與可拆裝倉 門150相鄰的一側)結合或連接。突出物156被配置成防止可拆裝倉門150與伸長的壁146分 離，除非鄰接第二端帽33的可拆裝倉門150的末端與第二端帽33的外表面偏離，例如，在可 拆裝倉門150已經滑入接近束封裝件40的位置之后，經由工具如螺絲刀使其偏離。根據一些 實施方案，突出物156可以包括狹槽157(例如用于接收螺絲刀的刀片或其他工具），以便于 將可拆裝倉門150抬升至突出物156之上。根據一些實施方案，第一端帽31可以包括倉門阱 158,其配置為接收與束封裝件40的第一末端142結合的可拆裝倉門150的末端。倉門講158 可以采取溝形凸緣的形式，沿著接收可拆裝倉門150的末端的第一端帽31的外側延伸。在這 樣的實施方案中，可拆裝倉門150通過伸長的壁146的相對側邊緣148保留在伸長的壁146 上，并且在突出物156和倉門阱158之間。
[0224] 示例性的束封裝件40具有與縱向軸X垂直的橫截面(參見，例如，圖34)。束封裝件 40的橫截面可以是多邊形的、矩形的、正方形的（參見，例如，圖36)、圓形的、橢圓形的、或它 們的任何組合。根據一些實施方案，如在圖36中所示，束封裝件40的橫截面包括圓形的內部 表面160。根據一些實施方案，伸長的壁146的內側162沒有相對于束封裝件40的縱向軸X在 橫向上的接縫。這可以減少或防止中空纖維膜32的損壞。根據一些實施方案，伸長的壁146 具有與縱向軸X垂直的橫截面，并且伸長的壁146的該橫截面是相對于束封裝件40的內部的 凹面、通道形、U形、和C形中的至少一種。根據一些實施方案，伸長的壁146是作為單件形成 的。根據一些實施方案，可拆裝倉門150是作為單件形成的。例如，伸長的壁146和/或可拆裝 倉門150可以經由擠出或乳制成形、或任何其他類似過程如真空熱成形而形成。伸長的壁 146和/或可拆裝倉門150可以由鋁、聚合物、碳纖維、它們的組合和/或具有類似特性的其他 材料形成。
[0225]如在圖34中所示，封裝組件38可以包括多個(例如，九個)束封裝組件40。在一些實 施方案中，封裝組件38可以包括多于或少于九個(例如，5個、6個、7個、8個、10個、11個、12 個)束封裝組件。如示出的，可從排封裝組件38的公用側處理各個束封裝組件40的可拆裝倉 門150。這可以有利于維護的容易性。根據一些實施方案，每個束封裝件40是與給定的排封 裝組件38的其他束封裝組件40獨立的。例如，給定的束封裝件40的伸長的壁146和可拆裝倉 門150可以在不影響排封裝組件38的任何其他束封裝組件40的情況下從排封裝組件38移 除。
[0226]根據另一個示例性實施方案，排封裝組件38可以不包括第一和第二端帽31和33中 的一個或多個。例如，如在圖40-44中所示，以相鄰、并排方式，經由連接機構或方法，如，例 如，緊固件、粘合劑、接合、和/或焊接、或本領域中已知的任何其他連接機構或方法，可以將 排封裝組件38連接在一起。在一些這樣的實施方案中，如在本文中更詳細地解釋的，滲透物 立管管道22和通氣立管管道24可以直接連接至排封裝組件38的相反末端，例如，經由與最 外束封裝件40連接的立管連接組件131，從而將排封裝組件38固定在一起。
[0227] 例如，相鄰束封裝組件40的伸長的壁146的側面可以如所示的彼此連接。根據一些 實施方案，例如，如在圖34和35中所示，束封裝組件40可以包括與設計為與端帽連接的封裝 組件的伸長的壁和可拆裝倉門相似或基本上相同的相應的伸長的壁146和/或可拆裝倉門 150。對于使用端帽的實施方案來說，可拆裝倉門150可以包括在其縱向末端中的一個或多 個處的孔，所述孔被配置成接收緊固件(例如，針狀緊固件），所述緊固件被配置成固定可拆 裝倉門150相對于相應的伸長的壁146的縱向位置。其他固定可拆裝倉門150相對于相應的 伸長的壁146的縱向位置的方式是預期的。
[0228] 如在圖40-44中所示，示例性立管連接組件131包括:被配置成與排封裝組件38的 最外束封裝組件40的伸長的壁146連接的底座構件153,以及被配置成在立管管道22和24之 一周圍延伸的套管構件155。在所示的示例性實施方案中，底座構件153包括:被配置成鄰接 伸長的壁146的基本上平面的接合表面159,以及被配置成接收立管管道22或24的外表面的 半圓柱形凹槽161。示例性的底座構件153的接合表面159可以包括多個被配置成與束封裝 件40的伸長的壁146中的相應的孔165匹配的定位器163。定位器163可以用于將底座構件 153相對于束封裝件40更牢固地連接和定位。經由已知的連接機構，如，例如，緊固件、粘合 劑、接合、和/或焊接、或本領域中已知的任何其他連接機構，可以將底座構件153與伸長的 壁146連接。
[0229] 示例性的底座構件153還包括在凹槽161的對側的一對通道167,其被配置成接收 用于套管構件155的相對末端169,以將套管構件155和底座構件153經由例如相對于彼此 的縱向滑動作用而彼此連接。此外，根據一些實施方案，套管構件155的末端169可以包括防 止或降低在底座構件153和套管構件155組裝之后作為例如振動的結果的套管構件155相對 于底座構件153的非有意滑動的可能性的部件。
[0230] 不包括端帽中的一個或多個的實施方案可能會具有可能的優(yōu)勢。例如，對于包括 與集管結合的端帽的一些實施方案來說，可能需要在組裝期間將束的纖維膜通過孔插入在 端帽中，這可能會增加與過濾模塊的組裝相關的時間。此外，與端帽相關的壁厚度可能降低 通過過濾模塊的流體流的橫截面。此外，由于例如需要將端帽與封裝組件排成一行，端帽可 能會增加過濾模塊的組裝的難度。端帽還可能會增加過濾模塊的成本。
[0231] 纖維板
[0232]圖45-53示出了具有多個纖維孔排列的纖維板50的多個示例性實施方案。當組裝 時，纖維板50可以與中空纖維膜32的末端至少稍微隔開（即，在纖維膜的長度內（參見圖9)。 如在圖45-49中所示，可以改變纖維板50的中空纖維膜32孔圖案。給定的纖維束18的中空纖 維膜32可以分成分開的部分，并且通?？梢砸暂棗l狀的關系放置，其中"輻條"表示穿過纖 維束18但是不包括任何中空纖維膜32的通道。這些通道(例如，淤泥通道)沿著纖維膜32的 束18提供流體和/或任何碎肩可以行進通過的開口。可以安排中空纖維膜32的數量和它們 的間距，以減少堵塞的可能和/或增加流體的再循環(huán)速率，從而獲得更高的持續(xù)的滲透物通 量?？梢葬槍^濾模塊10在其中運行的應用選擇在束18中的中空纖維膜32的數量和/或通 道的構造。
[0233] 束構造可能會影響整體性能，因為其與通氣運送和束封裝件組裝二者相關。可以 優(yōu)化纖維的數量和它們的間距，以減少堵塞并且增加再循環(huán)速率，從而獲得更高的持續(xù)的 通量?；旌弦簯腋」腆w(MLSS)濃度(通常在8和15g/L之間）和淤泥濾過性(其通常利用過濾 時間（time to filter，TTF)測量)影響最佳纖維填充密度。TTF可以是淤泥質量的量度并且 使用TTF測試得到，TTF測試根據TTF Standard Methods 2710H測量在真空壓力下將淤泥樣 品過濾通過1.2微米的過濾盤所需的時間。較高的值表示對過濾的較大的阻力，該阻力是由 于混合液中的包括細胞外聚合物物質和其他成分在內的淤泥絮凝物的物理和化學性能導 致的。這個TTF平均值是對于試驗膜槽中12g/L的混合液濃度而言的，其在一年內平均。MLSS 濃度和TTF越高以及淤泥濾過性越低，則填充密度越低。纖維組之間的空隙影響新鮮淤泥向 束中的迀移。當大氣泡發(fā)出脈沖以將在過濾期間形成的固體排出時，通氣系統(tǒng)也使用這些 路徑。
[0234] 操作/測試的方法
[0235] 如在本文中所描述的，可以將模塊10安裝在膜過濾系統(tǒng)內以處理槽44中含有的液 體42。為了說明如在本文中所描述的、與同束封裝組件38和間斷籠結合的模塊10-起使用 的多個氣化裝置(例如，間歇通氣和脈沖通氣）的性能，在多種性能條件下對多個氣化裝置 實施方案進行了大范圍的試驗性測試。測試通常在單個膜排上進行。主要將生活廢水用于 測試期間的液體。試驗系統(tǒng)包括用于硝化/脫氮以及有機物的需氧降解的無氧槽和需氧槽。 將混合液在需氧槽與收容浸入式膜排的膜槽之間再循環(huán)。在真空下通過換向栗將滲透物從 膜排抽取至滲透物/回洗槽中。在操作期間試驗系統(tǒng)使用通氣系統(tǒng)以控制膜排上的淤泥累 積并且保持滲透性。還進行常規(guī)的回洗和氯維護清潔以控制淤泥累積和膜孔沾污。用在試 驗生物槽入口前的2mm轉筒刷篩（）來將供給水預篩。在圖54中示出了所使用的試驗系統(tǒng)的 簡化工藝流程圖。
[0236]階段1測試
[0237] 表8是總結在試驗性測試期間使用的一些一般參數的列表。
[0238] 表8
[0240] 階段1測試包括測試四種不同的膜排構造：（1)具有氣化裝置34A(間歇小氣泡通 氣）的束封裝組件38; (2)具有氣化裝置34B(脈沖通氣）的束封裝組件38; (3)具有氣化裝置 34A(間歇小氣泡通氣）的間斷籠170;和(4)具有氣化裝置34B(脈沖通氣）的間斷籠170。
[0241] 對于階段1測試，使用在本文中被稱為膜排A的膜排。在以下表9中示出了膜排A的 特征。
[0242] 表 9
[0244] 對于全部階段1測試，使用膜排A。在2014年6月進行氯和酸恢復清潔從而恢復自從 該排在2013年12月安裝時起已經自然下降的膜滲透性。作為這種清潔以及在整個測試持續(xù) 時間中不同的膜壽命的結果，TMP和膜滲透性的絕對值可能會變化。因此，可以用于評價試 驗性能的一個量度是膜沾污速率/10分鐘生產循環(huán)。在滲透期間，跨膜壓力(TMP)隨著膜孔 沾污和在膜表面上濾渣(cake)層的形成發(fā)生而增加。這個每次循環(huán)TMP上升的速率就是沾 污速率。在普通操作下，TMP在每次回洗之后恢復至低水平。滲透性下降速率與沾污速率成 比例?？梢栽诰哂胁煌哪g的數據集合之間比較沾污速率。
[0245] 在階段1測試期間，測試四種不同的膜排構造，并且在測試期間，在在31LMH的通量 下以5Nm3/h的空氣沖刷流量對其進行操作，且所有其他工藝參數保持不變。圖55中所示的 圖表總結了四種不同膜排構造的平均沾污速率結果。階段1測試結果表明，利用脈沖通氣的 束封裝件比任何其他構造更好地使沾污速率最小化。不使用束封裝件（即，間斷籠）來約束 大空氣氣泡和集中空氣沖刷有效性的脈沖通氣無法獲得相同的穩(wěn)定性。在間歇通氣（即，小 氣泡)的情況下，間斷籠比束封裝組件稍微成功，但是二者的構造均不能與具有脈沖通氣的 束封裝件的低沾污速率(即，0.58mbar/分鐘)相比。
[0246] 四種膜排構造的單獨的測試數據在本文中以性能散點圖的形式提供。在如下提及 的性能圖中，給出了滲透物總通量、TMP、和滲透性。一些選擇的圖顯示在較短的時間尺度 上放大的性能，說明了在每個10分鐘生產循環(huán)期間的TMP上升，生產循環(huán)為淤泥脫水和結塊 層在膜表面上形成、隨后回洗。溫度校正的滲透性(標準化至20°C)考慮到了在這段時間期 間內的16-26Γ之間的溫度的偏差。
[0247]構造1-具有間歇通氣氣化裝置的束封裝件
[0248]所測試的第一膜排構造包括具有間歇通氣氣化裝置(例如，34A)的束封裝件。圖56 說明了構造1在數日的測試期間的性能。觀察到了變化的TMP結果，具有一些尖峰和一些較 寬的TMP帶的時間段。滲透性的范圍為120-160LMH/巴。這四天期間的平均沾污速率為1.66 毫巴/分鐘，并且一些值多至8.5毫巴/分鐘。在圖57中，放大的性能數據顯示，各個生產循環(huán) 可以具有明顯不同的沾污速率。
[0249] 構造2-具有脈沖通氣氣化裝置的束封裝件
[0250] 所測試的下一個膜排構造包括具有脈沖通氣氣化裝置(例如，34B)的束封裝件。圖 58說明了構造2在數日的測試期間的性能。膜排構造2在操作期間具有非常穩(wěn)定的TMP，得到 在140-150LMH/巴之間的較窄范圍的滲透性。這個測試在圖56-57中的性能之后的數天內進 行，這導致了滲透性絕對值的較小的下降。膜排構造2的平均沾污速率為0.58毫巴/分鐘，或 者接近膜排構造1的沾污速率的三分之一。在兩種構造中，束封裝件分離每個束的籠內的空 氣。在圖59中，放大的性能數據顯示，各個生產循環(huán)在10分鐘生產循環(huán)中保持非常穩(wěn)定的沾 污速率。
[0251] 對于具有束封裝組件的構造，前述數據是在其間滲透性已經自然下降的6個月的 膜排運行之后收集的。在增加膜滲透性的對膜排的恢復清潔之后，收集關于如下提及的間 斷籠的數據。幾套數據之間的沾污速率的比較提供了比TMP和滲透性絕對值更直接的構造 之間的比較，因為這些受這種恢復清潔過程的影響。
[0252] 構造3和4-具有脈沖和間歇通氣氣化裝置的間斷籠
[0253] 所測試的下一個膜排構造包括具有脈沖通氣氣化裝置以及隨后的間歇通氣氣化 裝置的間斷籠。如在本文中所描述的，間斷籠允許空氣從每個束體離開以在膜排周圍自由 地移動并且可能沖刷來自多個束的纖維。圖60說明了構造3和4的性能，首先是用脈沖通氣 氣化裝置的（即，A部分），且隨后是用具有間歇通氣氣化裝置的（即，B部分）。
[0254] 圖60的A部分說明了，對于間斷籠來說，脈沖通氣氣化裝置不能獲得與具有束封裝 組件的脈沖通氣氣化裝置相同的性能。如在圖60的A部分中所示，TMP在三個小時的運行期 間迅速上升，并且滲透性從150下降至75LMH/巴。歸因于在此期間觀察到的不穩(wěn)定性和非常 明顯的淤泥累積，在測試結束之前沾污速率從10.1增加至17.8毫巴/分鐘。對于構造3測試 來說，通過脈沖通氣氣化裝置形成的大氣泡因為它們不受束封裝組件約束而自由地迀移遠 離膜排。作為這種空氣沖刷約束的喪失的結果，性能迅速下降。在圖61中，構造3的放大的性 能顯示出沾污速率的不穩(wěn)定性和在每次生產循環(huán)期間顯著的增加。
[0255] 圖60的B部分說明了，當使用間斷籠時，間歇通氣氣化裝置比脈沖噴嘴更有效并且 可以保持更穩(wěn)定的TMP。對于B部分來說，滲透性的范圍為175-225LMH/巴并且沾污速率平均 為1.55毫巴/分鐘。在圖62中，構造4的放大的性能顯示出在單次生產循環(huán)中的可變性。
[0256] 階段1測試顯示，在所測試的四種膜排構造中，具有束封裝件和脈沖通氣氣化裝置 的膜排在使每次循環(huán)的TMP上升或沾污速率最小化方面是最成功的。在31LMH的滲透物通量 和5Nm 3/h的通氣空氣流量下，關于利用束封裝組件和間斷籠的間歇氣化裝置的沾污速率分 別為1.66毫巴/分鐘和1.55毫巴/分鐘。然而，當將脈沖通氣氣化裝置與束封裝組件一起使 用時，平均沾污速率為ο. 58毫巴/分鐘。
[0257] 階段2-測試
[0258] 使用第二試驗系統(tǒng)與階段1測試平行進行階段2測試。對于階段2測試來說，利用束 封裝組件和兩種不同的氣化裝置類型操作具有較低纖維填充密度的膜排B。在以下表10中 示出了膜排B的特征。
[0259] 表1〇
[0261] 對于階段2測試來說，在45LMH的較高滲透物通量下使膜排運行，這提供了兩種噴 嘴類型（即，間歇通氣和脈沖通氣氣化裝置)之間的比較明顯的比較。如在圖63的A部分中所 示，在45LMH的滲透物通量和5Nm 3/h的通氣空氣流量下，間歇通氣氣化裝置不能保持低的沾 污速率并且滲透性迅速下降。在徹底清潔膜排以移除全部淤泥累積之后，再次利用間歇通 氣氣化裝置，繼續(xù)使用相同的參數。同樣地，如在圖63的B部分中所示，滲透性迅速下降。在 這些運行條件下的關于間歇通氣氣化裝置的平均沾污速率為7.82毫巴/分鐘，并且一些單 獨的生產循環(huán)的特征為多至39.8毫巴/分鐘的沾污速率。在圖63的C部分中，在脈沖通氣氣 化裝置的徹底清潔和安裝之后，性能立刻穩(wěn)定并且平均沾污速率降低至1.00毫巴/分鐘。這 種性能說明了與階段1中利用膜排A的測試相同的行為，無論是在31LMH或45LMH的滲透物通 量運行時，用脈沖通氣氣化裝置的束封裝組件均可以獲得比用間歇通氣氣化裝置低的沾污 速率。
[0262] 階段3-測試
[0263] 階段3測試的目標是生成在多個通量下的沾污速率數據，從而確定使用束封裝件 和脈沖通氣氣化裝置的膜排的運行能力。階段3測試包括利用具有束封裝件以及間歇通氣 氣化裝置和之后的脈沖通氣氣化裝置的膜排A進行臨界通量測試。對于每種構造來說，在監(jiān) 測TMP上升的同時滲透物通量逐漸增加，從而確定性能在什么通量下不再變得可持續(xù)。這發(fā) 生在歸因于膜電阻、孔沾污、和結塊層累積的組合影響的TMP上升在特定通量下達到系統(tǒng)不 再能長期運行時的臨界值時。
[0264] 在將每組氣化裝置安裝之后，以相同的5Nm3/h空氣流量和逐漸增加的31、45、和 60LMH的滲透物通量使每個膜排運行一小時。在圖64中給出了 TMP沾污速率。在圖65和圖66 中給出了性能的圖表。沾污速率的比較顯示，在1小時測試期間在這三個通量下脈沖通氣氣 化裝置保持比間歇通氣氣化裝置至少低30%的沾污速率。作為結果，脈沖通氣氣化裝置應 當能夠在性能變得不穩(wěn)定之前獲得較高的"臨界通量"。這種確切的通量的確定沒有通過這 個測試完成并且將會需要大于一小時的測試持續(xù)時間。
[0265] 臨界通量測試在膜排的恢復清潔之后立即進行，并且作為結果，這些臨界通量沾 污速率比在前面測試期間中的低。這歸因于在恢復清潔期間的膜的滲透性恢復。然而，在清 潔之前或之后的氣化類型之間的沾污速率的比較確實提供了關于系統(tǒng)性能的明確的結論。
[0266] 階段4-測試
[0267] 階段4測試的目標是評價具有束封裝件和脈沖通氣氣化裝置的膜排(即，構造2)在 不同通量和通氣空氣流量下的性能。對于階段4測試來說，首先降低通氣空氣流量。圖67示 出了在38.5LMH的通量以及首先4Nm 3/h(A部分）、之后3Nm3/h(B部分)的逐漸降低的空氣流量 下的具有束封裝件和脈沖通氣氣化裝置的膜排性能。在具有4Nm 3/h空氣的時間段期間的平 均沾污速率為〇. 36暈巴/分鐘，具有多至9.18暈巴/分鐘偏尚值(excursion)，這與通氣系統(tǒng) 的阻塞有關。在具有3Nm3/h的時間段期間的平均沾污速率為0.33毫巴/分鐘。這個測試說 明，利用脈沖通氣氣化裝置和束封裝組件，可以在穩(wěn)定性能的情況下保持低至3Nm 3/h的空 氣流量。
[0268] 圖68中所示，之后將滲透物通量增加至44LMH和62LMH，保持在3Nm3/h的空氣流量 下。如在圖68中所示，在44LMH(A部分）下的沾污速率平均為1.05毫巴/分鐘，具有多至4.93 毫巴/分鐘的偏離值。在62LMH(B部分）下的沾污速率平均為0.93毫巴/分鐘，具有多至2.59 毫巴/分鐘的偏離值。如在本文中所描述的，TMP中的偏離值與通氣系統(tǒng)的周期性阻塞有關， 對其起因已經通過對脈沖通氣氣化裝置改進進行了處理。
[0269] 在這個測試期間維持21小時的62LMH的通量是比普通模塊10運行期間所預期的更 長的持續(xù)時間。這個通量代表在24小時的時間段期間存在數小時的通量的峰。還應注意的 是，在62LMH和3Nm 3/h空氣下的這個沾污速率比在60LMH和5Nm3/h空氣下的利用脈沖噴嘴和 堆疊的籠的臨界通量測試（即，階段3測試)期間獲得的低一一與1.6毫巴/分鐘相比的0.93 毫巴/分鐘。這個提高的性能可能歸因于在測試日期之間的時間期間進行的脈沖通氣氣化 裝置的優(yōu)化。
[0270] 在表11中總結了從這個優(yōu)化測試中得到的沾污速率。
[0274] 為了比較，在圖69中示出了在2014年5月收集的、在通量47.5LMH下在大約24小時 的持續(xù)時間內的關于間歇封裝件和脈沖氣化裝置的數據。在此時，將l〇Nm 3/h的通氣流量用 于峰通量。平均沾污速率為4.45毫巴/分鐘。當將圖68中的關于束封裝組件的脈沖通氣氣化 裝置性能與此相比時，顯而易見的是，脈沖通氣氣化裝置能夠增加通量，降低空氣流量，并 且仍然保持較低的沾污速率。在本實施例中，當與2014年5月的關于間歇氣化裝置的數據相 比時，脈沖氣化裝置能夠獲得大31 %的通量以及小70 %的空氣，并且保持低79 %的沾污速 率。
[0275] 階段5-測試
[0276] 階段5測試包括評價使用束封裝組件和脈沖通氣氣化裝置的膜排運行的長期穩(wěn)定 性。為了說明長期穩(wěn)定性，將使用束封裝組件和脈沖通氣氣化裝置的膜排運行多于120天。 圖70說明了長期穩(wěn)定性測試的結果。如在圖70中所示，平均的每日滲透物通量在30LMH和 37.5LMH之間變化，而每日峰通量在52LMH和62LMH之間變化。前106平均值的MLSS濃度為約 12g/L，并且之后其在盡管濃度增加而沒有滲透性的明顯變化的情況下增加至15g/L。在測 試過程中，滲透性變化，但是在測試的持續(xù)時間內保持穩(wěn)定，證明了長期穩(wěn)定性。
[0277] 階段6-測試
[0278] 階段6測試包括評價使用束封裝組件和脈沖通氣氣化裝置的膜排在普通MLSS和 TTF范圍外運行的能力。MLSS的典型范圍為8g/L至15g//L并且TTF的典型范圍為小于200秒。 圖71-72說明了使用束封裝組件和脈沖通氣的膜排在45天的過程中的性能。圖71示出了滲 透物通量和膜空氣通氣流量結果。如在圖71中指出的，沾污速率、TMP、和滲透性在整個測試 期間中保持基本穩(wěn)定。滲透物通量將會從約16LMH-18LMH的平均每日滲透物通量切換為在 42LMH-48LMH之間的峰每日滲透物通量。如由圖72指出的，膜槽MLSS通常在約12g/L的范圍 內。此外，膜槽TTF在400至600秒的范圍內的時間，其遠遠超過小于200秒的典型TTF。盡管膜 槽和膜排在超過典型操作范圍的MLSS和TTF水平下經歷淤泥，膜排繼續(xù)保持穩(wěn)定運行。這 樣的性能即使在生物反應器故障期間也可以允許連續(xù)穩(wěn)定的運行。
[0279] 階段7-測試
[0280] 階段7測試的目標是生成在多個通量和多個通氣空氣流量下的額外的沾污速率數 據，從而確定使用束封裝件和脈沖通氣氣化裝置的膜排的運行能力。使用8纖維束膜排和脈 沖通氣氣化裝置34D進行階段7測試。膜排測試具有40m 2的膜面積和1.83米的中空纖維膜長 度。在以下表12中示出了階段7測試的一些相關工藝條件。
[0281] 表12
[0283] 階段7測試包括使膜排在三種不同的滲透物通量（30、45、60111111-總計）下在3.5、 4.3、8.6Nm3/小時的通氣空氣流量下運行?；?0m 2的膜面積，空氣流量將會是0.088、 0.108、0.215Nm3/小時/m2。將每個組合運行最少1小時。以在過程循環(huán)開始和結束時的TMP 差來計算測試的沾污速率。在以下表13中示出了每個過程組合的沾污速率的平均值。
[0284] 表13
[0285]
[0286]
[0287] 在圖73-75中給出了不同過程組合的階段7測試數據的圖表。
[0288] 膜模塊的淤泥清除
[0289] 除了控制模塊的沾污速率之外，束封裝組件和通氣的組合還可以提供額外的優(yōu) 勢。例如，在模塊10可以具有一個或多個可能會形成淤泥的纖維束18的情況中，使用束封裝 組件與通氣的組合可以通過將在纖維束上結塊的淤泥打碎并且將其通過束封裝件40的頂 部向上排出來清除淤泥或使淤泥形成反轉。清除淤泥可以根據系統(tǒng)的運行條件自動進行或 者可以進行特定的清除淤泥循環(huán)(例如，松弛循環(huán)）。例如，通過在每次生產循環(huán)期間監(jiān)測模 塊的沾污速率并且將其與稍早的沾污速率(例如，之前2、4、8、12、24小時）中的沾污速率比 較，可以檢測淤泥形成。如果沾污速率有尖峰，則這可以表明已經出現(xiàn)了淤泥形成，在這種 情況中，可以使模塊停止運行并且可以進行松弛循環(huán)以使淤泥形成反轉。
[0290] 如在本文中所描述的，松弛循環(huán)可以包括停止生產，其可以包括終止向模塊施加 的真空壓力?？梢詫怏w流供應至模塊的氣化裝置(例如，氣化裝置34A、34B、34C、S34D)& 生成氣泡。包圍每個纖維束18的束封裝組件40可以被配置成在纖維束附近維持氣泡以使氣 泡保持與纖維束沿著束的整個長度接觸。不抽真空（即，不引導更多的滲透物通過膜并且使 束封裝組件內的液體脫水)連同束封裝組件和通氣的組合可以通過將淤泥打碎并提升向上 并且從束封裝件頂部提升出去來對纖維束清除淤泥。松弛循環(huán)可以使用如在本文中所描述 的間歇通氣和/或脈沖通氣。
[0291] 進行測試以證明松弛循環(huán)的有效性。對使用間歇通氣以及脈沖通氣二者與束封裝 組件組合的模塊進行測試。觀察在松弛循環(huán)前9個纖維束中有6個形成淤泥的一個膜排。束 封裝組件的可拆裝倉門向后滑動以露出束封裝組件，但是為了松弛循環(huán)而重新安裝。6個形 成淤泥的束是通過阻止對那些單個纖維束通氣并且使模塊在生產中運行而有意地形成淤 泥。如果氣化裝置變得堵塞或部分堵塞，阻止或限制對特定纖維束通氣，這種淤泥累積可 以是通常將會出現(xiàn)的。觀察在10分鐘的松弛循環(huán)之后露出相同的束相同的膜排。觀察結果 顯示，已經從淤泥纖維束中移除了大多數淤泥。以下表14示出了松弛測試的一個階段的結 果。對于這個測試階段來說，與束封裝組件組合使用間歇通氣和脈沖通氣氣化裝置二者。如 在表14中所示，對于測試的每輪來說，形成淤泥的纖維束的數量的范圍為2至6。在淤泥形成 開始之前和在松弛循環(huán)起始前發(fā)生淤泥形成之后對膜排稱重，以基于累積的總重量來量化 淤泥累積的量。如在表14中指出的，每個纖維束的淤泥累積的重量的范圍為7.8鎊至13.7 鎊。之后進行松弛循環(huán)，并且在10分鐘和20分鐘之后，再次對膜排稱重以基于重量減少來確 定所移除的淤泥的量。如在圖表中指出的，在松弛模式下運行20分鐘之后，從全部膜排中移 除了至少87 %的淤泥。
[0292] 表14
[0293]
[0294] 松弛循環(huán)還可以包括借助打開和關閉供應至膜模塊的氣體流的通氣循環(huán)。此外， 松弛循環(huán)還可以包括與通氣結合的或者在通氣循環(huán)之間的膜模塊的回洗。松弛循環(huán)在長度 上可以變化，例如，松弛循環(huán)范圍可以為約1分鐘至約5分鐘、約5分鐘至約10分鐘、約10分鐘 至約15分鐘、約15分鐘至約20分鐘，或者可以為大于約20分鐘。
[0295] 如在本文中所描述的，利用一個或多個具有束封裝組件和氣化裝置(例如，脈沖 通氣氣化裝置34B、34C、和34D)的模塊可以提供多種超過現(xiàn)有技術的優(yōu)勢。例如，如通過測 試證明的，當與其他模塊構造相比時，具有束封裝組件和脈沖通氣氣化裝置的模塊能夠以 降低的沾污速率運行。在大范圍的滲透物通量(例如，30LMH至60LMH)下展現(xiàn)出降低的沾污 速率，這在模塊運行中賦予了靈活性。此外，測試證實，具有束封裝組件和脈沖通氣氣化裝 置的模塊能夠在降低的通氣空氣流量下在一系列滲透物通量下運行同時仍然維持降低的 沾污速率。
[0296] 模塊在增加的沾污速率和降低的通氣空氣流量下運行同時仍然維持降低的沾污 速率的能力可以允許降低的系統(tǒng)成本(例如，初期資金成本和運行成本）。例如，模塊在增加 的滲透物通量下運行的能力可以允許使用較少的模塊產生和之前的模塊相同或更高的輸 出，從而降低模塊、槽、和其他相應設備的資金成本。模塊在降低的通氣空氣流量下運行的 能力可以節(jié)約資金成本和運行成本二者。例如，對于一些系統(tǒng)來說，可以使用與對于之前的 系統(tǒng)來說將會所需的相比更小的鼓風機用于生成通氣空氣流，從而降低初期資金成本。由 于更小的鼓風機，運行成本(例如，能量成本、維護等)也可以降低。
[0297] 如在本文中所描述的模塊的額外的優(yōu)勢包括模塊從故障（例如，碎肩、淤泥形成、 高MLSS、高TTF等）中恢復的能力。如通過測試證明的，如在本文中所描述的模塊被配置成具 有提高的碎肩處理和移除能力、提高的淤泥清除能力、以及在不需要大規(guī)模清潔(例如，手 動清潔)的情況下處理高MLSS和高TTF事件的能力。使用在本文中所描述的膜模塊的膜過濾 系統(tǒng)可以是小的、廉價的、更穩(wěn)固的，并且需要比稍早的等同容量系統(tǒng)少的能量而運行。
[0298] 具有脈沖空氣提升栗的膜模塊和清潔其的方法
[0299] 公開了一種被配置成處理在盆或槽中容納的液體的膜過濾器模塊。參照圖76b，膜 過濾器模塊包括在束中排列的多個中空纖維膜110的集管105。氣化裝置115位于集管105的 下方并且適用于周期性生成氣泡并且被配置成釋放膜束內的氣泡。封裝件120基本上包圍 膜束，其中封裝件從膜束的下部區(qū)域125延伸到上部區(qū)域（圖76a，元件5)。間隙130在集管和 封裝件之間以允許在通氣期間將液體拉起至纖維束以上。參照圖77,封裝件120a的一部分 可以被可拆裝地配置以較容易接近膜束。
[0300]束構造影響整體性能，因為其與通氣運送和容納系統(tǒng)二者相關?？梢詢?yōu)化纖維的 數量和它們的間距，以減少堵塞并且增加再循環(huán)速率，從而獲得更高的持續(xù)的通量。通常利 用過濾時間（TTF)測量的混合液懸浮固體(MLSS)濃度(通常在8和15g/L之間）和淤泥濾過性 影響纖維填充密度。MLSS濃度越高并且淤泥濾過性越低，則填充密度越低。纖維組之間的空 隙影響新鮮淤泥向束中的迀移。當大氣泡發(fā)出脈沖以將在過濾期間形成的固體排出時，通 氣系統(tǒng)也使用這些途徑。
[0301 ]膜模塊的構造不限于具體的束尺寸;束越大，則膜面積越高，并且過濾表面越大。 此外，多種形狀可以用于更好地增加纖維與空氣的比率。在較小的束的情況下，對于每個束 尺寸來說，需要考慮并優(yōu)化通氣管尺寸和淤泥空隙。由于本公開的發(fā)明的有效栗送效率，具 有較高膜面積的束可以在不增加空氣流的情況下運行。
[0302]圖78a和78b公開了氣化裝置115的兩個方面。在圖78a中，氣化裝置包括具有位于 其基部的內管蓋310的內套筒305。適配器315位于內套筒的頂部，其中空氣管320穿過適配 器并且伸入內套筒中。外套筒325基本上包圍內套筒、內部管蓋、和適配器以形成室?？諝夤?離開外套筒進入噴嘴330中，其含有用于將空氣遞送至室中的節(jié)流閥335。空氣管與集管340 流體連通。當用水填充時空氣管和內室之間的重疊產生了靜水密封(hydrostatic seal)， 允許用空氣填充噴嘴直到克服噴嘴室內的靜水水頭(hydrostatic head)。此時，空氣被從 噴嘴室中抽出。在圖78b中，用具有凹面彎曲下蓋的第一內壁350、第二內壁355、和成一定角 度的空氣管開口 360代替內套筒305。其余元件仍然與圖78a相同。
[0303]圖79a_79f公開了氣化裝置的空氣吸入/排氣循環(huán)。以連續(xù)流量將壓縮空氣405供 給至氣化裝置400(參見圖79a)?？諝馓畛淞藲饣b置的工作體積（圖79b)。液面410向下移 動直到其達到通氣噴嘴415的底部開口端（圖79c和79d)。之后將氣化裝置的整個工作體積 幾乎瞬間排空，引起空氣噴射從通氣噴嘴的上端離開（圖79e和79f)?？諝鈬娚浠旧贤耆?容納在纖維束封裝件內。在封裝件的底部存在間隙以允許來自蓄水池的液體進入封裝件。 封裝件中上升的空氣脈沖將液體隨其在其上升時提升，在封裝件內產生液體流動。這種液 體流動將在膜表面上剩余的粒子清除并且維持與纖維接近的低固體濃度(參見圖80d)。 [0304] 在圖80a_80d中看到了與封裝件組合的氣化裝置的益處。在這里，圖80a和80b示出 了不具有氣化裝置的封裝件的特征。圖80c示出了不具有封裝件的氣化裝置。圖80d示出了 組合的協(xié)同益處。參照圖80d作為參考，封裝件505包圍纖維束510。氣化裝置515產生了在其 離開空氣管(未示出）并且進入封裝件時轉化為氣泡520的空氣噴射。氣泡在其移動至纖維 束以上時基本上填充封裝件的橫截面。液體通過間隙525進入封裝件的底部并且通過氣泡 的提升作用被拉起至纖維束以上。
[0305]僅為了理解清楚，給出前述詳細描述和實施例。由此不應理解任何不必要的限制。 對本領域技術人員將顯然的是，可以在不脫離本實用新型的范圍的情況下對所述實施方案 進行許多改變。因此，本實用新型的范圍不應限于本文所述的結構，而僅受限于通過權利要 求的語言描述的結構或那些結構的等同物。
【主權項】
1. 一種用于脈沖通氣的氣化裝置，所述氣化裝置包含 外套筒，所述外套筒限定主室，其中所述主室具有開放的下端、在其頂端中具有開口、 并且與通氣裝置流體連接； 管，所述管在所述主室內延伸，使得所述管的下端高于所述外套筒的下端，其中所述管 穿過所述開口； 兩個側壁，其中所述側壁中的每一個在徑向上從所述管的外表面延伸至所述外套筒的 內表面； 桶，所述桶在所述側壁下方，其中所述桶、所述側壁和所述外套筒的內表面限定在所述 主室中的內室，使得所述內室與所述主室的其余部分僅僅在所述側壁的上邊緣上方流體連 接，并且所述管的下端位于所述內室中。2. 根據權利要求1所述的氣化裝置，其中所述通氣裝置是在所述外套筒上方的通氣室， 并且所述主室經由在其頂端中的通道與所述通氣室流體連接。3. 根據權利要求2所述的氣化裝置，其中在所述通道中設置節(jié)流閥。4. 根據權利要求2所述的氣化裝置，其中所述氣化裝置具有在所述主室的頂端上的噴 嘴，所述噴嘴容納所述管，并且所述通道圍繞所述管且在所述噴嘴內。5. 根據權利要求1所述的氣化裝置，其中所述氣化裝置設置為可釋放地且可旋轉地偶 聯(lián)至一個需要向其脈沖通氣的裝置。6. 根據權利要求1所述的氣化裝置，其中所述通氣裝置是下通氣管。7. 根據權利要求6所述的氣化裝置，其中所述下通氣管行進穿過所述外套筒，并且在主 室中具有孔，允許氣體從所述下通氣管進入所述主室。8. 根據權利要求7所述的氣化裝置，其中所述孔從所述下通氣管的底部90度偏置。9. 根據權利要求6所述的氣化裝置，其中所述下通氣管是可釋放的并且配置為滑動且 鎖定就位。10. 根據權利要求1所述的氣化裝置，其中所述氣化裝置與一個需要向其脈沖通氣的裝 置配置為一個整體部件。11. 根據權利要求1所述的氣化裝置，其中所述側壁和所述桶配置為一個整體部件并且 是可從所述管和所述外套筒釋放的。12. 根據權利要求1所述的氣化裝置，其中所述側壁的上邊緣處于不同高度。
【文檔編號】B01D65/02GK205412697SQ201520826478
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年10月22日
【發(fā)明人】泰勒·約翰遜, 戴維·科爾比, 曼溫德·辛格
【申請人】科氏濾膜系統(tǒng)公司