專利名稱：用于浸入式膜的整體氣體分布器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本說明書涉及氣體分布器和用以抑制過濾膜結(jié)垢的氣體沖刷。
背景技術(shù)：
下列背景技術(shù)討論不承認(rèn)下面討論的任何事物能夠引用為現(xiàn)有技術(shù)或公知常識。國際PCT公布W0/2000/021890描述了用于浸沒式膜模塊的曝氣系統(tǒng)，其具有連接于鼓風(fēng)機(jī)的一組曝氣器、閥和控制器，該控制器適合于在重復(fù)的循環(huán)中向單獨(dú)的曝氣器交替地提供較高速率空氣流和較低速率空氣流。在實(shí)施例中，鼓風(fēng)機(jī)、閥和控制器同時向兩組或更多組曝氣器提供交替的空氣流，使得在總系統(tǒng)空氣流恒定時，允許鼓風(fēng)機(jī)以恒定速度操作，每個曝氣器接收隨著時間的過去而變化的空氣流。在一些實(shí)施例中，空氣流向曝氣器在短時段的重復(fù)循環(huán)中發(fā)生。暫時流動狀態(tài)導(dǎo)致壓艙水(tank water)，其有助于避免死空間并協(xié)助攪動膜。W0/2000/021890通過對其進(jìn)行的該參考而全部并入本文中。

發(fā)明內(nèi)容
下列討論意圖為讀者介紹接下來的更詳細(xì)的討論，并且不限制或限定任何權(quán)利要求。W0/2000/021890中描述的空氣循環(huán)過程已經(jīng)證明在減小空氣或其它氣體的量以及因此操作浸入式膜系統(tǒng)所需的能量方面非常有效。在W0/2000/021890中注意到，快速閥移動導(dǎo)致在短時間段內(nèi)形成的非常大的氣泡，并且這些非常大的氣泡可有助于抑制膜結(jié)垢。然而，在W0/2000/021890中還注意到，形成這些大氣泡需要在曝氣系統(tǒng)中產(chǎn)生不合乎需要的壓力尖峰。大氣泡的爆破可用于使形成在膜上或圍繞膜聚集的結(jié)垢薄膜、膠體或沉積物破碎。一旦結(jié)垢結(jié)構(gòu)破裂，在爆破結(jié)束時或由其它曝氣器在爆破之間提供的較不強(qiáng)烈的曝氣可繼續(xù)去除污垢。在爆破期間的瞬時氣體流率可為常規(guī)氣體分布的瞬時氣體流率的1.25至10倍。氣體爆破的時段可在I秒到10秒之間。爆破的頻率可為從每2秒一次至每24小時一次。可通過臨時增大現(xiàn)有曝氣系統(tǒng)的氣體壓力或氣流、通過第二氣體分布系統(tǒng)或如將在下面描述的通過使氣體聚集在構(gòu)造成定期釋放聚集的氣體的裝置中而形成爆破。將在下面描述即使在被提供連續(xù)氣流時也產(chǎn)生間歇的氣泡流的氣體分布器，被可選地稱為曝氣器。氣泡流可呈非常大的氣泡的短暫爆破的形式。一個或更多個氣體分布器可與膜模塊集成或組合。氣泡可在爆破中釋放在一束中空纖維膜內(nèi)或兩側(cè)或兩者。封裝頭部或封裝頭部下方的滲透物收集器或氣體導(dǎo)管提供用以收集氣穴的殼體的頂部。當(dāng)穴達(dá)到足夠的尺寸時，穿過封裝頭部的導(dǎo)管從穴釋放氣體中的至少一些。任選地，封裝頭部上方和來自導(dǎo)管的出口上方的罩或擴(kuò)散器可引導(dǎo)釋放的氣體或使釋放的氣體破碎成較小(不過仍大)的氣泡或兩者。即使以連續(xù)的氣體供應(yīng)供給，分布器也產(chǎn)生典型地呈大氣泡的短暫爆破形式的不連續(xù)的氣泡流時間段。


圖1示出了在曝氣過程中的各個階段浸入在液體中的四個分布器的示意性側(cè)視圖。圖2示出了如圖1的分布器中的可選導(dǎo)管的等軸視圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了與四個膜模塊A、B、C和D的封裝頭部40集成的四個分布器10。封裝頭部40可以可選地被稱為頂蓋(header)。每個封裝頭部40典型地為諸如硬化樹脂的封裝材料的塊狀物。多個中空纖維膜42的端部封裝到封裝頭部中。就模塊A、B和C而言，膜42的端部插入在封裝頭部40中。第二封裝頭部(未示出)設(shè)置在膜42的其它端部處以例如經(jīng)由施加于與膜42的內(nèi)腔連通的滲透物腔的抽吸來從膜42的內(nèi)腔提取滲透物。在模塊D中，膜42的端部與滲透物腔44相通，滲透物腔44進(jìn)而連接于滲透物提取管道46。模塊D中的膜42的上端可被單獨(dú)地插入和釋放(未保持在封裝頭部中)，集中地插入到一個或更多個上封裝頭部中，或者封裝在第二滲透封裝頭部中。封裝頭部40的底部、或用于封裝頭部40的模、或滲透物腔44的底部、或滲透物腔44下方的氣體分配導(dǎo)管(未示出)的底部在封裝頭部40下方限定殼體12的頂部。殼體12還具有在封裝頭部40下方延伸的壁，以在封裝頭部40下方限定底部敞開的室。分布器10從氣體分配管道18接收氣流，典型地空氣流。氣體通過與分配管道18連通的一個或更多個氣體出口 20排出到分布器10下方或直接排出到其中。分配管道18可如示出地位于分布器10的底部附近或位于其它高度處。例如，可選分配管道18’可連接于氣體導(dǎo)管50，氣體導(dǎo)管50通過將水平壁放置在封裝頭部40的底部或如對于模塊D而言示出的滲透物腔44的底部下方并將水平壁放置成與其平行而形成。就模塊D而言，氣體導(dǎo)管50和滲透物腔44均可連接于一個或更多個相鄰的模塊，使得氣體管道18和滲透物管道46服務(wù)多個模塊而不直接連接于它們?nèi)?。氣體分配管道18還可位于模塊上方，其中，氣體管線下降至分布器10。分布器10具有穿過封裝頭部40的排出導(dǎo)管22。排出導(dǎo)管具有與殼體12的頂部內(nèi)側(cè)和附近的區(qū)域連通的第一出口 24和在封裝頭部40上方與殼體12的外側(cè)相通的第二出口 26。導(dǎo)管22的至少一部分在第一開口 24與第二開口 26之間向下延伸。導(dǎo)管22的另一部分在到達(dá)第二開口 26之前再次向上延伸。通過導(dǎo)管22離開殼體12的氣體必須穿過在第一開口 24與第二開口 26之間的導(dǎo)管22中的低點(diǎn)，如在示出的大體J或U形的導(dǎo)管22中。第二開口 26可具有I至IOcm2或3至6cm2的面積。與導(dǎo)管22連通的氣穴的截面面積優(yōu)選地大于第二開口 26的面積10以上的因數(shù)，例如在20至35的范圍內(nèi)的因數(shù)。如果氣穴的截面面積相對于第二開口 26的面積為小的，則可降低導(dǎo)管22的低點(diǎn)和殼體12的壁，以增大與導(dǎo)管22連通的氣穴中的空氣的體積。蓋48或擴(kuò)散器52可任選地設(shè)置在封裝頭部40上面，與第二開口 26連通。擴(kuò)散器52可為例如具有多個孔54的腔室，以使來自導(dǎo)管22的空氣流破碎成較小的氣泡。蓋48將來自導(dǎo)管的氣流向下引導(dǎo)至封裝頭部40的頂面或者跨越封裝頭部44向下引導(dǎo)該氣流，并且也可使從導(dǎo)管22流動的氣體破碎成較小的氣泡。如示出的在第二開口 26下方延伸的實(shí)心蓋48可傾向于將氣穴截留在蓋48下方，這可干擾導(dǎo)管22的再淹沒。如果這發(fā)生，則孔可設(shè)置在第二開口上方的蓋48中，蓋48的下緣可為扇形的，以在第二開口 26的高度附近或上方設(shè)置水平開口，或者第二開口可相對于蓋48的底部降低，或者蓋48可相對于第二開口 26升高。浸入在液體34中的分布器10的操作在圖1中被示意性地示出，其中，部分A、B、C和D按順序在四個不同點(diǎn)處均示出分布器10，該順序在氣體供給到單個分布器10中時在單個分布器10中發(fā)生。順序從示出用于A的狀態(tài)進(jìn)展至示出用于B、C、D的狀態(tài)，并且接著返回到狀態(tài)A，并且只要向分布器10提供氣體供應(yīng)就重復(fù)。在圖5的部分A中，導(dǎo)管22充滿液體34，但是氣穴36可截留在殼體12中。在部分B中，當(dāng)來自分配管道18的氣體收集在殼體12中并且取代液體34時，氣穴36在尺寸上增大。液體34通過與殼體12的底部相通的開口并通過導(dǎo)管22離開殼體12。在部分C中，在膨脹的氣穴36在導(dǎo)管12中的低點(diǎn)的上邊界下方擴(kuò)展之后，形成用于氣體從穴36流動并流過導(dǎo)管22的路徑，并且例如氣泡38中的氣體排出到殼體12的外側(cè)。在部分D中，氣體繼續(xù)流過導(dǎo)管22，液體34重新進(jìn)入殼體12，并且穴36變得較小。返回到部分A，殼體12內(nèi)側(cè)的液體34最后到達(dá)導(dǎo)管22，導(dǎo)管22被淹沒，并且氣體停止流過導(dǎo)管22。接著，過程重復(fù)，從而即使在氣體被連續(xù)地供應(yīng)時，也產(chǎn)生不連續(xù)的氣體排出時間段。任選地，導(dǎo)管22可具有第三開口，或向下指向的開口管56。這種開口或管56可有助于在部分D和E的階段之間的導(dǎo)管淹沒，但是典型地為不必要的。第三開口還可允許在導(dǎo)管從第三開口至第二出口 26的部分中形成的空氣上升，以形成從導(dǎo)管22的兩相氣-液排出。如果例如模塊具有液體在封裝頭部40的頂部附近循環(huán)的問題，則這可為有用的。然而，發(fā)明人認(rèn)為，形成兩相流還減小了氣泡的清洗作用，并且因此，優(yōu)選主要由氣體和必須首先從導(dǎo)管22壓出以允許氣體流過導(dǎo)管的任何液體組成的排出。模塊A、B、C和D的特征以及下面描述的附加任選特征可一起選定、混合或組合成任何可能的排列或組合。封裝頭部40例如在平面圖中可為圓形、正方形或矩形的。第二開口 26在平面圖中可位于圓形封裝頭部的中心，作為唯一的第二開口 26，或者與一圈附加的第二開口 26組合。大模塊可具有支承多個分布器10的大封裝頭部，例如好像模塊A、B、C和D合并在一起以具有共同的封裝頭部44但具有多個分布器10。具有多個導(dǎo)管22的大封裝頭部44可具有沿封裝頭部44的長度、跨越封裝頭部44的寬度或兩者分布的導(dǎo)管。單個導(dǎo)管22可具有兩個或更多個第二開口 26，例如在模塊的每一側(cè)的開口或在模塊的中間和每一側(cè)的開口。圖2示出了具有多個第二開口 26的又一個可選導(dǎo)管22。
權(quán)利要求
1.一種用于在液體中提供氣泡的設(shè)備，其包括: a)殼體，其限定腔室，并且具有允許所述腔室的內(nèi)側(cè)與所述腔室的外側(cè)之間的連通的、在所述腔室下方的開口 ；以及 b)導(dǎo)管，所述導(dǎo)管具有在所述腔室的內(nèi)側(cè)的第一開口和與所述腔室的外側(cè)連通的第二開口，并且限定具有部分的封閉通道，所述部分沿從所述第一開口至所述第二開口的方向向下延伸至所述導(dǎo)管的低點(diǎn)，其中， c)所述腔室適合于將氣穴保持在所述氣穴與所述液體之間的界面上方，所述界面具有可變高度，其在至少從所述導(dǎo)管中的所述第一開口的下邊界至所述導(dǎo)管的低點(diǎn)的上邊界的范圍內(nèi)； d)所述殼體與膜模塊的封裝頭部集成；并且， e)所述導(dǎo)管穿過所述封裝頭部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述導(dǎo)管的第二開口位于所述導(dǎo)管的低點(diǎn)上方。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述導(dǎo)管的第二開口位于所述第一開口處或其上方。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，還包括氣體供應(yīng)導(dǎo)管，其與所述模塊的封裝頭部集成，并且具有用以將氣體排出到所述腔室中的出口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，還包括在所述封裝頭部上方和在所述導(dǎo)管的第二開口上方的蓋或擴(kuò)散器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述第二開口具有1-1Ocm2的面積。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述導(dǎo)管的第二開口的截面面積小于相關(guān)腔室的水平截面面積至少10的因數(shù)。
全文摘要
一種氣體分布器即使被提供連續(xù)氣流也產(chǎn)生間歇的氣泡流。分布器具有用以收集氣穴的殼體和用以在穴達(dá)到足夠尺寸時從穴釋放氣體中的一些的導(dǎo)管。殼體與模塊的封裝頭部集成。導(dǎo)管穿過封裝頭部。
文檔編號B01D65/08GK103153446SQ201180049733
公開日2013年6月12日 申請日期2011年10月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者J.R.卡明, R.A.貝利, 洪榮皙 申請人:通用電氣公司