含具有自由端的浸沒式中空纖維膜單元組件的盒式中空纖維膜組件和含能夠間歇/連續(xù) ...的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及含具有自由端的浸沒式中空纖維膜單元組件的盒式中空纖維膜組件，能夠間歇/連續(xù)曝氣的空氣擴散器裝置，和使用其的水處理方法，且更特別地，涉及一種浸沒式中空纖維膜單元組件，其具有在水中直立安裝的自由端且包含頂部封閉底部開放并在底部與歧管連接以收集經(jīng)處理的水的中空纖維膜，和一種盒式中空纖維組件，其包含以預(yù)定間隔接收的浸沒式中空纖維膜單元組件和連接在其上的集水箱(water collectingheader)以收集通過處理廢水得到的經(jīng)處理的水；一種空氣擴散器裝置，該空氣擴散器裝置通過使用與空氣積聚管(an air accumulat1n pipe)連接的擴散器實施間歇曝氣以減少已知為傳統(tǒng)膜過濾系統(tǒng)弊端的過量的清潔空氣，并基于原水中的變化和膜分離罐中的固體濃度控制間歇曝氣周期和間歇曝氣/連續(xù)曝氣操作；和將所述空氣擴散器裝置應(yīng)用至具有自由端的盒式中空纖維膜組件的方法，以實現(xiàn)有效的廢水處理、用于防止所述中空纖維膜污染的有效清潔和通過降低清潔空氣的量改進(jìn)能源效率。
[0002]本發(fā)明要求2013年12月23號在韓國提交的韓國專利申請?zhí)?0_2013_0161421的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容通過引用并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]為了在水過濾設(shè)備中快速并容易地安裝中空纖維膜，通常以組件的形式提供所述中空纖維膜。所述中空纖維膜組件包含多股中空纖維膜或多束中空纖維膜和多種形狀的歧管，且所述歧管用于支撐和固定所述多股中空纖維膜或多束中空纖維膜，并用于收集滲透所述中空纖維膜的孔的經(jīng)處理的水。
[0004]日本專利公開號7-155564、日本專利公開號7-178321和韓國專利公開號10-2000-0050208中公開了所述中空纖維膜組件的實例，且US6，325，928中公開了可從用于中空纖維膜組件的框架中輕易拆卸的盒式中空纖維膜組件的實例，正如在先前發(fā)展過程中已知的，在涉及所述中空纖維膜組件中我們應(yīng)該注意的關(guān)鍵目標(biāo)是完整性(integrity)、易于安裝和拆卸和易于清潔。
[0005]術(shù)語“完整性”指在相同體積的安裝空間內(nèi)提供最大化的中空纖維膜的表面積，術(shù)語“易于安裝和拆卸”指需要最小化的繁瑣的手工作業(yè)以在/從用于所述中空纖維膜組件的框架中安裝/拆卸所述中空纖維膜組件，且術(shù)語“易于清潔”指簡單地去除在水過濾設(shè)備運作期間發(fā)生的阻塞在所述中空纖維膜組件的膜之間的材料的方法。
[0006]隨著中空纖維膜組件的發(fā)展，在完整性、易于安裝和拆卸和易于清潔方面有了相當(dāng)大的改善，但仍有改善的空間。特別地，在易于清潔方面，需要更多的改進(jìn)，且在涉及將中空纖維膜組件浸入具有高濃度漂浮物的廢水中的情況下，存在稱為膜間阻塞的現(xiàn)象，在該現(xiàn)象中，漂浮物在所述中空纖維膜表面和中空纖維膜間累積，導(dǎo)致用于水滲透的中空纖維膜的有效面積下降。在發(fā)生膜間阻塞的情況下，水滲透速率顯著降低且所述中空纖維膜組件的壽命縮短，為減輕所述膜間阻塞現(xiàn)象，通常在水過濾設(shè)備運作的過程中通過空氣曝氣、形成湍流和形成超聲波或來自所述中空纖維膜組件底部震動搖動所述中空纖維膜而連續(xù)移除累積在所述中空纖維膜表面上和所述中空纖維膜之間的漂浮物。然而，即使是該解決方案，在長期運作后，膜間阻塞仍超出允許的水平。
[0007]讓我們看一下傳統(tǒng)的一般性的浸沒式中空纖維膜組件。中空纖維膜兩端固定。雖然通過空氣擴散器裝置形成空氣曝氣或湍流，仍存在對中空纖維膜運動的限制。盡管經(jīng)處理的水的交叉流動或通過供應(yīng)空氣的清潔過程，仍難以移除累積在所述中空纖維膜表面的污染物，且由于所述空氣擴散器裝置安裝在所述組件的下面，清潔空氣不直接轉(zhuǎn)移至所述中空纖維膜組件，因此空氣損失較大且額外需要高速率的空氣曝氣，導(dǎo)致高的運作成本。
[0008]與具有固定在兩端的中空纖維的膜組件不同，一端固定且另一端不固定的具有自由端的浸沒式中空纖維膜在Mitsubishi Rayon的日本專利號JP3130997和Toray的日本專利公開號11-128692中被代表性地公開，且在含僅固定在一端的中空纖維膜的組件中通常發(fā)現(xiàn)的問題是所述中空纖維膜的纏結(jié)，所述纏結(jié)是由于在運作過程中由組件中中空纖維膜的倒塌或不同量的空氣產(chǎn)生的經(jīng)處理的水的流體流動中的異常流動，且當(dāng)由異常流動產(chǎn)生的機械應(yīng)力在纏結(jié)的部分集中時，所述中空纖維膜可被切斷。
[0009]更具體地說，所述組件中中空纖維膜的倒塌經(jīng)常發(fā)生在當(dāng)將所述中空纖維膜組件從曝氣池中取出以清潔或保養(yǎng)和修理時，且在運作過程中，流體流動從具有較大量空氣供應(yīng)的區(qū)域進(jìn)入具有較少量空氣供應(yīng)的區(qū)域，且隨著所述流動，所述中空纖維膜具有定向性，從而引發(fā)纏結(jié)，或當(dāng)所述中空纖維膜組件在任何一側(cè)傾斜時，供應(yīng)空氣流和所述組件的接觸位置不同，這不能誘導(dǎo)預(yù)定模式的流體流動，導(dǎo)致纏結(jié)并最后切斷所述中空纖維膜。
[0010]這些相關(guān)技術(shù)具有下面的缺點:由于安裝用于防止由中空纖維膜長的長度引起的倒塌的支撐物而增加制造成本，由于在附加安裝的支撐物和具有流動性的中空纖維膜間的摩擦所述中空纖維膜發(fā)生損壞，和在附加的機械結(jié)構(gòu)附近累積污染物，和難以移除所述污染物。此外，由于所述長的中空纖維膜和所述組件的特性，在構(gòu)造水處理設(shè)施或安裝所述組件中的工作效率下降，且當(dāng)在使用過程中中空纖維膜被污染時，以簡單地取出盒、通過高壓水清洗而清洗并重新安裝所述盒這一簡單而方便的方式移除污染物并重新安裝是不可能的，在用于解決運作期間可能產(chǎn)生的問題的維護(hù)和修理的方便性較低。
[0011]已知浸沒式水處理系統(tǒng)需要使用氣泡的空氣清潔方法作為高水平膜污染的解決方案。然而，所述使用氣泡的空氣清潔方法具有已知的大量能量消耗的缺點，且已進(jìn)行研宄以提高空氣擴散器裝置的效率。
[0012]為提供足夠的氣體以用減少的能量消耗有效地清潔所述膜表面，需要設(shè)計循環(huán)曝氣系統(tǒng)以周期性地提供氣泡，且為了實施周期性曝氣操作，通常需要復(fù)雜的閥門陣列和控制方法，這傾向于增加用于所述復(fù)雜閥門和切換陣列的初始系統(tǒng)成本和后續(xù)的維護(hù)和修理成本。同時，在大型系統(tǒng)中，通過機械閥的功能制約限制流通的數(shù)目。因此，優(yōu)選提供用于能源有效清潔而不需要通過復(fù)雜閥切換的方法控制所述操作的方法。
[0013]為克服該限制，已發(fā)展了使用氣升泵的空氣曝氣方法，在Siemens的涉及使用氣升泵的膜清潔的韓國專利申請?zhí)?010-0023920和涉及使用脈沖氣升泵用于膜清潔的方法和設(shè)備的韓國專利申請?zhí)?010-0012844和韓國專利申請?zhí)?012-0093402公開了它的相關(guān)技術(shù)，但由于通過沿著膜表面產(chǎn)生的以從所述膜表面移除污染物的不規(guī)律的間歇或脈沖流體流動產(chǎn)生大的氣泡，這些方法具有對膜組件的排列和形狀的限制，并僅允許間歇曝氣。
[0014]因此，需要空氣擴散器裝置和使用其進(jìn)行水處理的方法的技術(shù)開發(fā)，所述空氣擴散器可允許間歇曝氣以降低清潔空氣的量，允許以膜組件的排列和形狀為基礎(chǔ)的多種排列，和以原水中的變化和膜分離罐中的固體濃度為基礎(chǔ)變化地控制連續(xù)曝氣操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]摶術(shù)問題
[0016]本發(fā)明被設(shè)計以解決相關(guān)技術(shù)的問題，并因此本發(fā)明旨在將具有自由端的中空纖維膜應(yīng)用至盒式中空纖維膜組件中以增加所述中空纖維膜的移動性。這增加了使用少量空氣的清潔性能并降低了在用于防止和消除發(fā)生在傳統(tǒng)浸沒式膜組件上的雜質(zhì)阻塞的曝氣過程中去除污染物的清潔空氣的使用量，從而在水處理工藝中提升了能源效率。
[0017]同時，本發(fā)明旨在解決通常在包含具有一個自由端和一個固定端的中空纖維膜的中空纖維膜組件中發(fā)現(xiàn)的問題，由于在運作過程中由組件中中空纖維膜的倒塌或不同量的空氣產(chǎn)生的經(jīng)處理的水的流體流動中的異常流動而產(chǎn)生的中空纖維膜的纏結(jié)問題，且為了避免該缺點，本發(fā)明防止無本領(lǐng)域中通常使用的支撐物或?qū)б龢?gòu)件的中空纖維膜的纏結(jié)，減少可能發(fā)生在附加機械結(jié)構(gòu)附近的額外污染的可能性，并消除由所述附加結(jié)構(gòu)和所述膜組件之間的摩擦引起的破損的風(fēng)險，以確保所述膜組件的長期運作。
[0018]同時，本發(fā)明旨在通過應(yīng)用使用短的中空纖維膜的盒式結(jié)構(gòu)促進(jìn)清潔空氣的排放并減少清潔空氣運動通道間的間隔，從而提高所述中空纖維膜的完整性并因此每個組件的完整性，并由于所增加的完整性增加所述中空纖維膜的內(nèi)/外直徑大小，導(dǎo)致在所述中空纖維膜中壓力損失的減少。
[0019]同時，本發(fā)明旨在允許利用傳統(tǒng)可替換的盒式膜組件和短的膜長度的優(yōu)勢輕易處理，從而一個人能夠傳送和安裝，從而提高水處理設(shè)施構(gòu)建或組件安裝中的工作效率，并且為了在所述盒上堆積多層盒，從而提供在不同高度和深度的建筑中用于安裝的定制構(gòu)造，且在使用中發(fā)生中空纖維膜污染的情況下，為促進(jìn)在輕易取出和旋轉(zhuǎn)盒并重新安裝后通過高壓水清潔移除污染物，從而增加了在用于解決操作過程中可能發(fā)生的問題的維護(hù)和修理中的方便性。
[0020]同時，本發(fā)明旨在減少由歧管和位于盒上部的集水出口間的距離引起的經(jīng)處理的水的不均勻性。在通過位于盒上部的集水出口排出在集水部分下方的歧管中收集的已處理水的過程中，通過在盒式中空纖維膜組件中集水部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有效設(shè)計，以減小單元組件間流體流量的差異，從而實現(xiàn)均等的處理。
[0021]同時，本發(fā)明旨在通過清潔空氣供應(yīng)中均勻的流速和均勻的流速分布得到有效的水處理和通過對應(yīng)于單元組件下