Способ очистки погружных мембран с использованием многоканальных устройств для подвода газа с открытым дном
Изобретение относится к очистке мембран. Способ очистки воздухом погружной мембраны, включающий регулирование параметров аэрации: между последовательными циклами фильтрации, обратной импульсной промывки или релаксации; в ходе цикла фильтрации или между циклом фильтрации и циклом обратной импульсной промывки или релаксации; в котором происходит подача потока сжатого газа в емкость, расположенную вблизи или ниже дна мембранного модуля; поток сжатого газа разделяется на многочисленные потоки сжатого газа, которые направляются в различные боковые положения и выпускаются через них в виде пузырьков. Технический результат – обеспечение равномерной очистка мембраны, за счет равномерного распределения пузырьков газа по ее поверхности. 19 з.п. ф-лы, 13 ил.
Перекрестные ссылки на родственные заявки
Для Соединенных Штатов Америки заявитель испрашивает приоритет на основе Предварительной Заявки США №61/726092, зарегистрированной 14 ноября 2012 г., которая, таким образом, включена в текст настоящего описания посредством ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству для подвода газа, применяемому, например, при подаче пузырьков для замедления засорения погружных фильтрующих мембран.
Уровень техники
В Международной публикации №2011/028341 (Газовый барботер для фильтрующей мембраны) описан газовый барботер, который производит прерывистый поток пузырьков, даже если на него подают непрерывный поток газа. Барботер имеет корпус, чтобы собирать газ в газовом кармане, и трубопровод для выпуска некоторого количества газа из кармана, когда карман достигает достаточного размера. Большой барботер может быть разделен на множество блоков, каждый из которых имеет трубопровод. Трубка для подачи газа имеет по меньшей мере одно отверстие, расположенное на одной линии с каждым из блоков, чтобы подавать воздух в каждый из блоков. Международная публикация №2011/028341 включена в текст данного описания посредством ссылки.
Введение
В настоящей заявке описан способ очистки воздухом погружной мембраны. Способ включает стадию регулирования одного или более параметров аэрации в ходе цикла фильтрации или между циклом фильтрации и циклом обратной импульсной промывки или релаксации или между последовательными циклами. Способ можно использовать с устройством для подвода газа, описанным в настоящей заявке, в котором обеспечивают подачу газа в коллектор с большим количеством проходов, соединенных с многочисленными трубопроводами. Способ может дополнительно включать подачу потока сжатого газа в емкость, находящуюся вблизи или ниже дна мембранного модуля. Примерно на этой высоте поток сжатого газа разделяют на многочисленные потоки сжатого газа. Каждый из этих многочисленных потоков сжатого газа направляют в различные боковые положения, а затем выпускают в виде пузырьков.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет собой вид сверху устройства для подвода газа.
Фиг. 2 представляет собой вид снизу устройства для подвода газа, изображенного на Фиг. 1.
Фиг. 3 представляет собой вид сбоку устройства для подвода газа, изображенного на Фиг. 1.
Фиг. 4A представляет собой аксонометрический вид нижней части устройства для подвода газа, изображенного на Фиг. 1.
Фиг. 4B представляет собой аксонометрический вид верхней части устройства для подвода газа, изображенного на Фиг. 1.
Фиг. 5 представляет собой вид сбоку устройства для подвода газа, изображенного на Фиг. 1, в сочетании с газовым барботером периодического действия.
Фиг. 6 представляет собой аксонометрический вид в сечении нижней части альтернативного газового барботера периодического действия.
Фиг. 7 представляет собой схематическое изображение в сечении емкости, имеющей мембранный модуль, работающий на всасывание, и систему аэрации, погруженную в эту емкость.
Фиг. 8 иллюстрирует способ аэрации погружного мембранного модуля.
Фиг. 9-13 иллюстрируют альтернативные способы аэрации погружного модуля.
Подробное описание изобретения
В газовом барботере, описанном в Международной публикации №2011/028341, блок барботера, который принимает больший расход поступающего газа, будет производить импульсы пузырьков с более высокой частотой. Для того чтобы равномерно очистить кассету мембран, может быть желательно, чтобы каждый блок работал при примерно одинаковой частоте. Отверстия в трубке для подачи газа сделаны малыми, чтобы способствовать выравниванию расхода газа между отверстиями, питающими различные блоки барботера. Однако если отклонение трубки для подачи газа от горизонтали превышает столь малую величину, как 6 мм на длину примерно 500 мм, то отверстия, расположенные на большей высоте, будут иметь заметно более высокий расход газа. Кроме того, твердые вещества, попадающие в трубку для подачи газа, в ходе периодов технического обслуживания, когда подачу газа отключают, могут высыхать или образовывать агломераты при повторном включении подачи газа. Время от времени в трубке для подачи газа образуется твердая частица, которая является достаточно большой или твердой для того, чтобы застрять в одном из отверстий и ограничить или блокировать подачу через это отверстие. Частично или полностью блокированное отверстие, в свою очередь, приведет к неравномерной подаче газа на мембраны, что позволяет твердым веществам накапливаться на мембранах. Ниже будет описано устройство для подвода газа, которое можно использовать в качестве альтернативы такой трубке для подачи газа, с дополнительным газовым барботером или без него.
На Фиг. 1-4 изображены различные виды устройства 10 для подвода газа. В качестве альтернативы, устройство 10 для подвода газа можно назвать аэратором или барботером. При использовании устройство 10 для подвода газа погружено в жидкость, обычно в воду, например, в активный ил. Сжатый газ подают во входное отверстие 12 устройства для подвода газа и выпускают в виде пузырьков из множества отверстий 14. Обычно газ представляет собой воздух, но в некоторых применениях это может быть другой газ, например, можно использовать биогаз, азот, озон или кислород. Изображенное устройство 10 для подвода газа имеет четыре выпускных отверстия 14, но в альтернативном случае число выпускных отверстий 14 может быть больше или меньше.
Входное отверстие 12 отделено от выпускных отверстий 14 множеством проходов 16. Каждое выпускное отверстие 14 соединено с проходом 16 через канал 18. Часть устройства 10 для подвода газа от входного отверстия 12 до проходов 16 работает как коллектор 15, иначе называемый камерой, для распределения газа, поступающего через входное отверстие 12, по каналам 18. Входное отверстие 12, проходы 16 и выпускные отверстия 14 расположены в основном на одном уровне по высоте, но отстоят друг от друга по горизонтали. Газ в каналах 18 протекает в основном горизонтально.
Площадь сечения проходов 16 меньше, чем площадь сечения каналов 18, или меньше, чем площадь сечения самого малого из каналов 18, если они имеют различные площади сечения. Например, каналы 14 могут иметь площадь поперечного сечения, в три или более раз превышающую площадь поперечного сечения проходов 16. Проходы 16 ограничивают поток газа в каналы 14. Это ограничение, обеспечиваемое проходами 16, помогает почти одинаково распределить общий поток воздуха между каналами 18. Уменьшение площади сечения проходов 16 приводит к получению почти одинакового потока в каналах 18, но также увеличивает потерю напора в проходах 16. Можно выполнить все проходы 16 с одинаковой площадью сечения. Площадь сечения проходов 16 можно уменьшать до тех пор, пока поток в достаточной мере распределен между каналами 18. Отверстие прохода 16, выходящее в длинный или узкий канал 18, может быть больше, чем отверстие прохода 16, выходящее в короткий или широкий канал 18, чтобы способствовать выравниванию потоков между каналами 18. В альтернативном случае один или более проходов 16 можно выполнить большего размера, чем другие проходы 16, чтобы преднамеренно увеличить относительный поток воздуха через один или более каналов 18. Это можно сделать, например, чтобы обеспечить подачу большего количества воздуха к краям погружной мембранной кассеты, чтобы противодействовать тенденции подъема воды преимущественно по центру кассеты.
Как показано на Фиг. 1 и Фиг. 2, проходы 16 расположены рядом друг с другом в горизонтальном направлении. Таким образом, если устройство 10 для подвода газа установлено с отклонением в несколько градусов от горизонтали, существует очень малое различие по высоте между проходами 16. В частности, наибольшее расстояние по горизонтали между двумя проходами 16 меньше, чем среднее расстояние по горизонтали между расположенными рядом выпускными отверстиями 14, или меньше половины среднего расстояния по горизонтали между расположенными рядом выпускными отверстиями 14. Также наибольшее расстояние по горизонтали между проходами 16 составляет менее 25% или менее 10% от наибольшего расстояния от прохода 16 до выпускного отверстия 14. Это помогает получить почти одинаковое распределение газа между каналами 18 по сравнению с обычным аэратором в виде трубки с отверстиями в случае, когда устройство 10 для подвода газа установлено не горизонтально. Поскольку за выравнивание потока между каналами 18 отвечают в первую очередь проходы 16, выпускные отверстия 14 можно выполнить большего размера, например, такими же большими, как площадь поперечного сечения каналов 18, чтобы сделать маловероятным блокирование выпускного отверстия 14 какими-либо твердыми веществами, которые скапливаются в канале 18.
Устройство 10 для подвода газа обычно имеет выпускные отверстия 14, расположенные на одной линии, на некотором расстоянии друг от друга. В альтернативном случае можно использовать другие конфигурации. Например, каналы 18 могут проходить по одной линии, но в обоих направлениях от входного отверстия 12. В другом примере каналы 18 могут расходиться по радиусам от входного отверстия 12, как спицы от ступицы колеса.
Верхняя часть каналов 18 может слегка выступать вверх. Таким образом, если устройство для подвода газа непреднамеренно установлено с небольшим наклоном вниз, то газ не будет захвачен в каналах 18 при прекращении подачи газа. Небольшой наклон вверх также может способствовать компенсации различий между длинами каналов 18.
Обратимся к Фиг. 7; устройство 10 для подвода газа можно использовать, например, для обеспечения пузырьков для очистки погружного мембранного модуля 50. Мембранный модуль 50 содержит множество ультрафильтрационных или микрофильтрационных мембран. Пермеат отбирают из мембранного модуля с помощью всасывающего насоса, подсоединенного с внутренней стороны мембран. Типичный цикл фильтрации включает периоды фильтрации, которые прерывают процедурами противоточной промывки, которую также называют обратной импульсной промывкой, или периодами релаксации, в течение которых фильтрация отсутствует. Устройство с расположенными в одну линию выпускными отверстиями 14, особенно пригодно для обеспечения пузырьков в мембранных модулях с прямоугольными элементами, например, в плоских листовых модулях или элементах ZeeWeed™ с полыми волокнами, которые продает компания GE Water & Process Technologies.
Устройство 10 для подвода газа погружено в емкость 52, содержащую один или более мембранных модулей 50. Устройство 10 для подвода газа может быть установлено в емкости 52 отдельно или может быть присоединено к мембранным модулям 50. Газ можно подавать в емкость сверху вниз из стояка 54, а затем распределять по горизонтали через распределительный коллектор 56. Седловины 58, присоединенные к коллектору 56, принимают газ из коллектора и доставляют газ в линию устройства 10 для подвода газа, ориентированного перпендикулярно коллектору 56 в плоскости, расположенной в целом горизонтально. Устройство 10 для подвода газа может быть присоединено непосредственно к коллектору 56 или стояку 54. Потоки пузырьков 30 выпускают из выпускных отверстий 14 в различных боковых положениях по отношению к мембранному модулю 50. Газ, протекающий к каждому из боковых положений, обходит любые промежуточные боковые положения. Можно допустить, чтобы пузырьки 30 поднимались прямо к мембранам, чтобы очистить их или замедлить засорение. В альтернативном случае над устройством 10 для повода газа можно поместить преобразователь, чтобы модифицировать поток выходящего из него газа перед тем, как пузырьки достигают мембран. Например, над выпускным отверстием можно поместить диффузор, чтобы распространить пузырьки по большей площади.
Фиг. 5 иллюстрирует другой вариант преобразователя, при котором барботер 20 периодического действия, например, такого типа, как описанный в Международной публикации №2011/028341, связан с устройством для подвода газа. Сжатый газ 28 разделяют в устройстве для подвода газа на четыре потока 30 пузырьков. Каждый поток 30 пузырьков поднимается в различные полости 32 воздушного барботера 20 периодического действия. Газ, протекающий по трубопроводу 18 к конкретной полости 32, обходит любые промежуточные полости 32.
В примере, изображенном на Фиг. 5, каждая полость 32 имеет выпускной трубопровод 34, в виде трубки J-образной формы, который действует как обратный сифон, чтобы периодически выпускать импульсы воздуха из полости 32. Пузырьки, выпущенные из устройства 10 для подвода газа, сначала собираются в полости 32, образуя газовый карман в верхней части полости 32. Газ не выходит из полости 32 до тех пор, пока газовый карман не увеличится настолько, чтобы достичь нижней точки выпускного трубопровода 34. В этот момент газовый карман полости 32 опустошается через трубопровод 34, и процесс повторяется. Таким образом, непрерывный поток пузырьков 30 из устройства 10 для подвода газа преобразуют в прерывистый поток пузырьков из газового барботера 20 периодического действия.
На Фиг. 5 показано устройство 10 для подвода газа, установленное отдельно и ниже газового барботера 20 периодического действия. В альтернативном случае устройство 10 для подвода газа может быть установлено на газовом барботере 20 периодического действия. В приведенном примере входной патрубок 12 может быть вставлен в приемник 26 газового барботера 20 периодического действия. Затем, через проушину 22 на устройстве 10 для подвода газа в упор 24 на газовом барботере 20 периодического действия помещают крепежную деталь (не показана). Это приводит к тому, что устройство 10 для подвода газа расположено частично в пределах газового барботера 20 периодического действия. Однако выпускные отверстия 14 находятся ниже трубопроводов 34 и все еще выпускают газ в воду ниже нижнего предела газовых карманов в полостях 32.
Фиг. 6 представляет собой аксонометрический вид в сечении нижней части альтернативного барботера 40 периодического действия. В этом примере многоходовые трубопроводы 42 обеспечивают два или более пути выпуска, проходящих снизу вверх от нижней точки каждого из многоходовых трубопроводов 42. Делитель 44 между расположенными рядом многоходовыми трубопроводами 42 имеет прорезь 46, проходящую от нижней части делителя 44 до положения выше нижней точки многоходовых трубопроводов 42. Каждая полость с многоходовым трубопроводом 42 заменяет две полости с трубопроводом, имеющим одно выпускное отверстие; таким образом избегают необходимости уравновешивать подачу газа между двумя замещенными полостями. Прорезь 46 в делителе 44 помогает выровнять подачу воздуха в полости. Газ может протекать через прорезь 46 в любом направлении, но результирующий поток будет направлен из полости, которая принимает больший поток газа, в полость, которая принимает меньший поток воздуха.
Устройство 10 для подвода газа предпочтительно представляет собой конструкцию с открытым дном. Например, каналы 18 сформированы боковыми стенками и верхней частью. Каналы 18 открыты с нижней части и, предпочтительно, на их концах. Выпускные отверстия 14 могут быть определены открытым концом каналов 18. Коллектор 15 между входным отверстием 12 и проходами 16 также предпочтительно открыт с нижней части. Проходы 16 предпочтительно представляют собой прорези, также открытые с нижней части устройства 10 для подвода газа. Таким образом, твердые вещества, захваченные где-либо в устройстве 10 для подвода газа за пределами входного отверстия 12, могут падать или быть выброшены в направлении сверху вниз из устройства 10 для подвода газа. Наличие такого короткого и простого пути для вывода твердых веществ помогает предотвратить засорение устройства 10 для подвода газа. В случае если твердые вещества все еще каким-то образом скапливаются в устройстве для подвода газа, конструкция с открытым дном позволяет легко локализовать и удалить эти твердые вещества, например, путем распыления воды в нижнюю часть устройства 10 для подвода газа.
Конструкция устройства 10 для подвода газа с открытым дном также помогает подобрать диапазон расходов газа на входе. При низких расходах газа вода поступает в устройство 10 для подвода газа и уменьшает размер проходов 16 и каналов 18. При более высоких расходах газа в устройство 10 для подвода газа поступает меньшее количество воды, и проходы 16 и каналы 18 увеличиваются в размерах. Устройство 10 для подвода газа можно изготовить таким образом, чтобы обеспечить хорошо распределенный поток воздуха при расходах подаваемого воздуха, которые изменяются, например, от низкого расхода до высокого расхода, который в два или более раза превышает низкий расход. Устройство 10 для подвода газа может также работать при одной или более различных промежуточных величинах расхода газа или при расходах газа, которые плавно изменяются во времени. Это происходит без быстрого засорения устройства 10 для подвода газа или без необходимости обеспечивать избыточное обратное давление при любом расходе. Для сравнения, аэраторы в форме горизонтальной трубы с рядом отверстий могут засоряться и обеспечивают плохое распределение воздуха при низких расходах и избыточное обратное давление при высоких расходах.
На Фиг. 8 изображен способ действия мембранной фильтрационной системы, имеющей мембранный модуль 50, погруженный в емкость 50, как показано на Фиг. 7. Фильтрационная система может являться частью мембранного биореактора (МБР). Работа заключается в периодах фильтрации, за которыми следуют периоды либо релаксации, либо обратной импульсной промывки, которую иначе называют противоточной промывкой. Продолжительность периодов фильтрации может быть в 10-50 раз больше, чем продолжительность периодов противоточной промывки или релаксации. Мембраны очищают пузырьками из устройства 10 для подвода газа, возможно в сочетании с газовым барботером 20 периодического действия. Очистку применяют как в циклах фильтрации, так и в циклах обратной импульсной промывки/релаксации, чтобы контролировать накопление твердых веществ на мембранах и уменьшать засорение мембраны. Фиг. 8 иллюстрирует способ очистки воздухом, при котором расход воздуха остается постоянным в ходе цикла фильтрации и между циклами фильтрации и релаксации. В ходе цикла фильтрации трансмембранное давление (ТМД) медленно возрастает, до тех пор пока в цикле обратной импульсной промывки/релаксации из мембранного модуля 50 не удалят по меньшей мере некоторое количество твердых веществ, засоряющих мембрану. Когда начинается следующий цикл фильтрации, ТМД снижено, но начинает расти в ходе цикла фильтрации, по мере того как все большее количество твердых веществ засоряет мембраны.
На Фиг. 9-13 изображены альтернативные способы работы мембранной фильтрующей системы, имеющей мембранный модуль 50, погруженный в емкость 50, как показано на Фиг. 7. Если используют только одно устройство 10 для подвода газа, расходы газа при аэрации на Фиг. 8-13 представляют собой как расход воздуха на входе в устройство 10 для подвода газа, так и расход на выходе устройства 10 для подвода газа. Если устройство 10 для подвода газа применяют в сочетании с газовым барботером 20 периодического действия, то расходы газа при аэрации на Фиг. 8-13 представляют собой расход воздуха на входе в устройство 10 для подвода газа и на его выходе, и усредненный по времени выход газового барботера 20 периодического действия. Однако мгновенный расход на выходе газового барботера 20 периодического действия не сильно зависит или вообще не зависит от расхода на входе. Вместо этого, при увеличении расхода газа на входе увеличивается частота выбросов пузырьков из газового барботера 20 периодического действия. Соответственно, можно считать, что в системе, имеющей газовые барботеры 20 периодического действия, расходы газа при аэрации, изображенные на Фиг. 8-13, характеризуют частоту выбросов пузырьков, выпускаемых из газового барботера 20 периодического действия.
По меньшей мере в некоторых ситуациях очистка воздухом в ходе циклов обратной импульсной промывки/релаксации является более эффективной для предотвращения скопления твердых веществ и контроля засорения мембраны по сравнению с очисткой воздухом в ходе циклов фильтрации. В одном из способов, проиллюстрированном на Фиг. 9, в ходе цикла фильтрации расход газа при аэрации остается постоянным и равным первому расходу газа при аэрации. В ходе цикла обратной импульсной промывки/релаксации расход газа при аэрации увеличивают до второго расхода газа при аэрации, который больше, чем первый расход газа при аэрации. После завершения цикла обратной импульсной промывки/релаксации и в начале нового цикла фильтрации расход газа при аэрации снижают до первого расхода газа при аэрации. В некоторых случаях количество энергии, потребляемое мембранной фильтрационной системой, можно снизить посредством использования способа, проиллюстрированного на Фиг. 9, а не способа, проиллюстрированного на Фиг. 8.
В ходе цикла фильтрации твердые вещества накапливаются в модуле. Расход газа при аэрации также можно увеличивать в ходе цикла фильтрации, таким образом, что расход газа при аэрации выше на последней части цикла. Фиг. 10 иллюстрирует способ, в котором расход газа при аэрации, имеющийся в начале цикла фильтрации, постепенно увеличивают от первого расхода газа при аэрации до второго расхода газа при аэрации в ходе цикла фильтрации и по мере накопления твердых веществ. В альтернативном случае в ходе цикла фильтрации расход газа при аэрации может претерпевать одно или более резких или ступенчатых изменений от первого расхода газа при аэрации до второго расхода газа при аэрации. В конце цикла фильтрации и в начале цикла обратной импульсной промывки/релаксации расход газа при аэрации увеличивают до третьего расхода газа при аэрации. После завершения цикла обратной импульсной промывки/релаксации и в начале нового цикла фильтрации расход газа при аэрации снижают до первого расхода газа при аэрации.
Фиг. 11 иллюстрирует способ, в котором расход газа при аэрации изменяют один или более раз в пределах цикла фильтрации от первого расхода газа при аэрации до второго расхода газа при аэрации. В ходе цикла обратной импульсной промывки/релаксации можно использовать второй или еще более высокий третий расход газа при аэрации. В проиллюстрированном примере в начале цикла фильтрации расход газа при аэрации остается постоянным и равным первому расходу газа при аэрации. После прохождения заданного периода времени в ходе цикла фильтрации расход увеличивают от первого расхода газа при аэрации до второго расхода газа при аэрации на заданный период времени. После завершения заданного периода времени расход газа при аэрации снижают до первого расхода газа при аэрации. В конце цикла фильтрации и в начале цикла обратной импульсной промывки/релаксации расход газа при аэрации увеличивают до третьего расхода газа при аэрации, при этом третий расход газа при аэрации больше второго расхода газа при аэрации. После завершения цикла обратной импульсной промывки/релаксации и в начале нового цикла фильтрации расход газа при аэрации снижают до первого расхода газа при аэрации.
Хотя Фиг. 11 иллюстрирует два случая увеличения расхода газа при аэрации от первого расхода до второго расхода, в ходе цикла фильтрации можно применять любое количество случаев увеличения расхода газа при аэрации. Первый расход газа при аэрации, проиллюстрированный на Фиг. 11, может представлять собой любой расход. Например, первый расход газа при аэрации в способе очистки, проиллюстрированном на Фиг. 11, может быть равен нулю.
Фиг. 12 иллюстрирует способ, в котором в ходе цикла фильтрации аэрацию проводят в определенные периоды времени. Расход газа при аэрации возрастает от одного отдельного периода времени к следующему, а затем расход газа при аэрации может быть дополнительно увеличен в ходе цикла обратной импульсной промывки/релаксации. Между этими отдельными периодами времени можно обеспечить более низкий расход газа при аэрации или отсутствие потока воздуха. В показанном примере в начале цикла фильтрации расход газа при аэрации остается постоянным и равным первому расходу газа при аэрации. После протекания заданного периода времени в ходе цикла фильтрации расход увеличивают от первого расхода газа при аэрации до второго расхода газа при аэрации на заданный период времени. После завершения этого заданного периода времени расход газа при аэрации уменьшают до первого расхода газа при аэрации. После другого заданного периода времени расход увеличивают от первого расхода газа при аэрации до третьего расхода газа при аэрации на заданный период времени, при этом третий расход газа при аэрации больше, чем второй расход газа при аэрации. В конце цикла фильтрации и в начале цикла обратной импульсной промывки/релаксации расход газа при аэрации увеличивают до четвертого расхода газа при аэрации, при этом четвертый расход газа при аэрации больше, чем третий расход газа при аэрации. После завершения цикла обратной импульсной промывки/релаксации и в начале нового цикла фильтрации расход газа при аэрации снижают до первого расхода газа при аэрации.
Хотя Фиг. 12 иллюстрирует два случая увеличения расхода газа при аэрации в течение цикла фильтрации, в ходе цикла фильтрации можно применять любое количество случаев увеличения расхода газа при аэрации. Первый расход газа при аэрации, проиллюстрированный на Фиг. 12, может представлять собой любой расход. Согласно одному из воплощений изобретения, первый расход газа при аэрации в способе очистки, проиллюстрированном на Фиг. 12, может быть равен нулю.
Фиг. 13 иллюстрирует способ, в котором очистку воздухом применяют только в ходе цикла обратной импульсной промывки/релаксации, и аэрацию полностью прекращают в ходе цикла фильтрации. Как показано, в ходе цикла фильтрации расход газа при аэрации равен нулю. В конце цикла фильтрации и в начале цикла обратной импульсной промывки/релаксации расход газа при аэрации увеличивают до первого расхода газа при аэрации. После завершения цикла обратной импульсной промывки/релаксации и в начале нового цикла фильтрации расход газа при аэрации снижают до нуля.
В данном описании выше указано, что один или более расходов газа при аэрации начинают с началом цикла обратной импульсной промывки/релаксации и прекращают с завершением цикла обратной импульсной промывки/релаксации. Подразумевается, что это является приблизительным. Указанный расход газа при аэрации предпочтительно включает по меньшей мере период времени, занятого противоточной промывкой или релаксацией, но его можно начать до противоточной промывки или релаксации и/или продолжить после противоточной промывки или релаксации.
На Фиг. 8-13 не указаны конкретные масштабы времени. Однако циклы фильтрации обычно продолжаются в течение 15 минут или более, иногда 30 минут или более. Циклы противоточной промывки/релаксации обычно продолжаются по меньшей мере одну минуту, а иногда более двух минут. Изменения в расходе газа при аэрации между дискретными расходами газа при аэрации в ходе периода фильтрации предпочтительно применяют в течение по меньшей мере одной минуты, более предпочтительно в течение по меньшей мере двух минут или пяти минут. В противоположность этому, газовый барботер 20 периодического действия обычно выпускает выбросы пузырьков каждые 4-30 секунд, чаще каждые 4-15 секунд. Соответственно, изменения расходов газа при аэрации, изображенные на Фиг. 8-13, не представляют индивидуальные выбросы пузырьков из газового барботера 20 периодического действия. Напротив, если применяют газовый барботер 20 периодического действия, он обычно выпускает множество выбросов пузырьков в течение некоторого периода времени, что изображено как конкретный расход газа при аэрации.
Расход газа при аэрации (или частоту выбросов пузырьков из газового барботера 20 периодического действия) можно также регулировать с учетом одного или более свойств подаваемой воды, воды в технологической емкости биореактора или емкости 52, содержащей мембранный модуль 50, или с учетом характеристик мембранного модуля 50. Некоторыми из свойств, которые можно использовать для регулирования расхода газа при аэрации, чтобы определить, когда следует производить переход между одним или более способами, изображенными на Фиг. 8-13, или для регулирования времени осуществления изменений расходов газа при аэрации в способе, изображенном на Фиг. 9-13, являются вязкость, концентрация взвешенных веществ в смеси сточных вод с активным илом (концентрация иловой смеси, КИС), концентрация внеклеточных полимеров, концентрация растворимых продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, показатель засорения, температура, а также скорость засорения мембраны или восстановления потока после противоточной промывки. Например, по мере увеличения вязкости воды, подаваемой в фильтрационную систему емкости 52, или уменьшения ее температуры, можно применять более высокий расход газа при аэрации или более продолжительное время при более высоком расходе газа при аэрации или переходить к более интенсивному процессу аэрации. В другом примере более высокий расход газа при аэрации или более продолжительное время при более высоком расходе газа при аэрации или переход к более интенсивному процессу аэрации можно применять при более высоких концентрациях КИС. В другом примере более высокий расход газа при аэрации или более продолжительное время при более высоком расходе газа при аэрации или переход к более интенсивному процессу аэрации можно применять, когда можно получить электроэнергию по более низкой цене.
Для того чтобы снизить частоту изменений скорости нагнетательного вентилятора, подающего газ в множество устройств 10 для подвода газа (самих по себе или в сочетании с газовыми барботерами 20 периодического действия), можно обеспечить комплект клапанов между нагнетательным вентилятором и устройствами 10 для подвода газа. Комплект клапанов распределяет поток, обеспечиваемый нагнетательным вентилятором, между двумя или более отдельными ответвлениями системы подачи воздуха, соединенными с устройствами для подвода газа, таким образом, чтобы поток в одном отдельном ответвлении мог изменяться на протяжении периода времени, в ходе которого производительность вентилятора не изменяется. Например, в течение одного периода времени в первом отдельном ответвлении применяют более высокий расход газа при аэрации, а во втором отдельном ответвлении применяют более низкий расход газа при аэрации, в то время как в течение второго периода времени во втором отдельном ответвлении применяют более высокий расход газа при аэрации, а в первом отдельном ответвлении применяют более низкий расход газа при аэрации. В качестве альтернативы или в дополнение, нагнетательный вентилятор может подавать воздух в резервуар высокого давления или в другое накопительное устройство по существу с постоянной скоростью, в то время как положение клапана между резервуаром высокого давления и устройством 10 для подвода газа регулируют таким образом, чтобы обеспечить необходимое изменение расхода газа при аэрации.
Устройство 10 для подвода газа можно также соединить с циклической системой аэрации, такой как используют в некоторых устройствах ZeeWeed MBR, которые продает компания GE Water and Process Technologies. В этом случае, даже без газового барботера 20 периодического действия, устройство 10 для подвода газа производит поток пузырьков в течение периода времени примерно от 2 до 20 секунд, после чего следует период, в течение которого устройство 10 для подвода газа производит меньший поток пузырьков или вообще не производит пузырьков в течение периода примерно от 2 до 60 секунд; эти периоды чередуются в повторяющихся во времени циклах. Например, одно устройство 10 для подвода газа может производить пузырьки в течение 10 секунд, а затем может быть отключено на 10 секунд, в то время как второе устройство для подвода газа отключено в течение 10 секунд, а затем производит пузырьки в течение 10 секунд. В этом случае в способах, проиллюстрированных на Фиг. 8-13, расход газа при аэрации можно интерпретировать как усредненный во времени расход газа при аэрации.
В данном описании использованы примеры для раскрытия изобретения, включая наилучший вариант осуществления изобретения, а также для того, чтобы дать возможность любому специалисту в данной области реализовать данное изобретение на практике, включая изготовление и использование любых устройств или систем и осуществление любых включенных в него способов. Патентоспособный объем изобретения определен формулой изобретения и может включать другие примеры, которые могут предложить специалисты в данной области. Предполагают, что такие другие примеры входят в объем формулы изобретения, если они включают структурные элементы, которые не отличаются от буквально изложенного в формуле изобретения, или если они включают эквивалентные структурные элементы с несущественными отличиями от буквально изложенного в формуле изобретения.
1. Способ очистки воздухом погружной мембраны, включающий регулирование одного или более параметров аэрации: между последовательными циклами фильтрации, обратной импульсной промывки или релаксации; в ходе цикла фильтрации или между циклом фильтрации и циклом обратной импульсной промывки или релаксации; дополнительно включающий стадию:
подачи потока сжатого газа в емкость, расположенную вблизи или ниже дна мембранного модуля;
разделения потока сжатого газа на многочисленные потоки сжатого газа;
направления каждого из многочисленных потоков сжатого газа в различные боковые положения; и
выпуска пузырьков из этих различных боковых положений.
2. Способ по п. 1, в котором аэрацию обеспечивают с помощью устройства для подвода газа, включающего:
коллектор, выполненный с возможностью соединения с источником сжатого газа, и
множество каналов, при этом каждый из каналов сообщается по текучей среде с коллектором посредством отдельного связанного с ним прохода, и каждый из каналов имеет в общем открытое дно.
3. Способ по п. 1, в котором аэрацию обеспечивают с помощью устройства для подвода газа, включающего:
распределительную камеру, выполненную с возможностью соединения с источником сжатого газа, и
множество каналов, при этом каждый из каналов сообщается по текучей среде с распределительной камерой посредством отдельного связанного с ним прохода, и каждый из каналов имеет выпускное отверстие, выполненное с возможностью выпуска газа,
в котором проходы имеют меньшую площадь сечения, чем каналы, и проходы расположены ближе друг к другу относительно расстояния между отверстиями.
4. Способ по п. 1, в котором расход газа при аэрации изменяют между последовательными циклами фильтрации.
5. Способ по п. 1, в котором расход газа при аэрации увеличивают в ходе цикла обратной импульсной промывки или релаксации по отношению к расходу газа при аэрации в ходе предшествующего цикла фильтрации.
6. Способ по п. 1, в котором расход газа при аэрации увеличивают в пределах цикла фильтрации.
7. Способ по п. 1, в котором аэрацию в ходе цикла фильтрации проводят с перерывами.
8. Способ по п. 1, в котором аэрацию проводят только в ходе цикла обратной импульсной промывки или релаксации.
9. Способ по п. 1, в котором непрерывный или мгновенный расход газа при аэрации увеличивают в целом линейно с течением времени в ходе цикла фильтрации.
10. Способ по п. 9, в котором расход газа при аэрации дополнительно увеличивают в ходе цикла обратной импульсной промывки или релаксации.
11. Способ по п. 2, в котором расход газа при аэрации изменяют между последовательными циклами фильтрации.
12. Способ по п. 2, в котором расход газа при аэрации увеличивают в ходе цикла обратной импульсной промывки или релаксации по отношению к расходу газа при аэрации в ходе предшествующего цикла фильтрации.
13. Способ по п. 2, в котором расход газа при аэрации увеличивают в пределах цикла фильтрации.
14. Способ по п. 2, в котором аэрацию в ходе цикла фильтрации проводят с перерывами.
15. Способ по п. 2, в котором аэрацию проводят только в ходе цикла обратной импульсной промывки или релаксации.
16. Способ по п. 2, в котором непрерывный или мгновенный расход газа при аэрации увеличивают в целом линейно с течением времени в ходе цикла фильтрации.
17. Способ по п. 3, в котором расход газа при аэрации изменяют между последовательными циклами фильтрации.
18. Способ по п. 3, в котором расход газа при аэрации увеличивают в ходе цикла обратной импульсной промывки или релаксации по отношению к расходу газа при аэрации в ходе предшествующего цикла фильтрации.
19. Способ по п. 3, в котором расход газа при аэрации увеличивают в пределах цикла фильтрации.
