Открытое в нижней части многоканальное газоподающее устройство для погружных мембран
Изобретение относится к газоподающему устройству, предназначенному, например, для подачи пузырьков газа, препятствующих загрязнению фильтрующих мембран. Газоподающее устройство содержит коллектор, выполненный с возможностью присоединения к источнику газа под давлением, и несколько каналов, каждый из которых проточно сообщается с указанным коллектором через отдельный связанный с ним проход, причем каждый из указанных нескольких каналов имеет одно выпускное отверстие, образованное открытым концом канала, и каждый из указанных нескольких каналов имеет, по существу, открытую нижнюю часть и открытый конец, при этом каналы имеют различную длину и площадь пропускного сечения каждого из проходов меньше площади поперечного сечения в направлении потока канала, связанного с этим проходом. Заявлены также способы аэрации. Технический результат - предотвращение загрязнения в устройстве, согласование диапазона расходов впускного газа. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Настоящее изобретение относится к газоподающему устройству, предназначенному, например, для подачи пузырьков газа, препятствующих загрязнению фильтрующих мембран.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] В международной публикации WO 2011/028341 под названием «Рассекатель газа для фильтрующих мембран» приведено описание рассекателя газа, который создает пульсирующий поток пузырьков даже при подаче к указанному рассекателю непрерывного потока газа. Данный рассекатель содержит корпус, предназначенный для образования газового кармана, и канал, высвобождающий некоторое количество газа из кармана, когда последний достигает достаточного размера. Рассекатель большого размера может быть разделен на несколько блоков, каждый из которых содержит канал. Газоснабжающая труба сдержит по меньшей мере одно отверстие, выровненное с каждым блоком для подачи воздуха к каждому из блоков. Международная публикация WO 2011/028341 включена в данный документ посредством ссылки.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] В данном описании изобретения предложено газоподающее устройство, в котором обеспечивается подача газа к коллектору, имеющему несколько проходов. Каждый проход выходит в канал, отходящий по горизонтали от впускного патрубка. Пропускное сечение проходов меньше пропускного сечения каналов. Предпочтительно каждый канал имеет лишь одно выпускное отверстие, предназначенное для выпуска пузырьков. Предпочтительно проходы расположены на более близком расстоянии друг от друга, чем расстояние между двумя смежными выпускными отверстиями.
[0004] Газоподающее устройство, приведенное в данном описании, содержит коллектор, выполненный с возможностью приема газа под давлением и его выпуска в каналы, открытые в нижней части. Как вариант, каждый канал может иметь одно выпускное отверстие, которое может быть образовано открытым концом канала. Коллектор также может иметь открытую нижнюю часть. Проходы между впускным коллектором и каналами могут быть выполнены в форме щелей, открытых в нижней части.
[0005] В способе аэрации, приведенном в данном описании, поток газа под давлением вводят в резервуар около нижней части мембранного модуля или под ней. Примерно на этом уровне поток газа под давлением разделяют на несколько потоков газа под давлением. Каждый из нескольких потоков газа под давлением направляют к различным боковым местоположениям с последующим высвобождением в виде пузырьков. Предпочтительно этап разделения потока газа под давлением включает сужение потока газа под давлением. Предпочтительно указанные отдельные потоки газа под давлением направляют по горизонтали в отдельные каналы, открытые в нижней части.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0006] Фиг. 1 - вид сверху газоподающего устройства.
[0007] Фиг. 2 - вид снизу газоподающего устройства, показанного на фиг. 1.
[0008] Фиг. 3 - вид сбоку газоподающего устройства, показанного на фиг. 1.
[0009] Фиг. 4А - вид в аксонометрии нижней части газоподающего устройства, показанного на фиг. 1.
[0010] Фиг. 4В - вид в аксонометрии верхней части газоподающего устройства, показанного на фиг. 1.
[0011] Фиг. 5 - вид сбоку газоподающего устройства, показанного на фиг. 1, в сочетании с рассекателем, создающим пульсирующий поток газа.
[0012] Фиг. 6 - вид в аксонометрии в разрезе нижней части другого рассекателя, создающего пульсирующий поток газа.
[0013] Фиг. 7 - схематический разрез резервуара, содержащего мембранный модуль вакуумной фильтрации, и аэрационной установки, погруженной в резервуар.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0014] В рассекателе газа, описанном в международной публикации WO 2011/028341, блок рассекателя, работающий при большем расходе впускного газа, будет создавать пульсацию пузырьков при более высокой частоте. Для равномерного очищения мембранной кассеты желательно, чтобы каждый блок работал приблизительно при одной и той же частоте. Для способствования выравниванию расхода газа между отверстиями, питающими различные блоки рассекателя, отверстия газоснабжающей трубы выполнены малыми. Однако если газоснабжающая труба установлена с отклонением от уровня лишь на 6 мм на длине приблизительно в 500 мм, то отверстия, находящиеся на большей высоте, будут иметь заметно больший расход газа. Кроме того, твердые вещества, поступающие в газоснабжающую трубу во время периодов технического обслуживания, когда подачу газа отключают, могут высыхать или создавать агломераты при возобновлении подачи газа. Иногда в газоснабжающей трубе формируется твердая частица, которая является достаточно большой или жесткой, чтобы застрять в одном из отверстий и сузить отверстие или заблокировать его. Частично или полностью заблокированное отверстие будет, в свою очередь, приводить к неудовлетворительному распределению газа к мембранам и к возможности скопления твердых веществ на мембранах. Ниже приведено описание газоподающего устройства, которое может быть использовано в качестве альтернативы для такой газоснабжающей трубы либо с дополнительным рассекателем газа, либо без него.
[0015] На фиг. 1-4 показаны различные виды газоподающего устройства 10. Как вариант, газоподающее устройство 10 может быть названо аэратором или рассекателем. При эксплуатации газоподающее устройство 10 погружают в жидкость, как правило, в воду, например в активированный ил. Газ под давлением подводят к впускному патрубку 12 газоподающего устройства и выпускают его в виде пузырьков из нескольких выпускных отверстий 14. В типичном случае газ является воздухом, но в некоторых областях применения может использоваться другой газ, например биогаз, азот, озон или кислород. Показанное газоподающее устройство 10 имеет четыре выпускных отверстия 14, однако, как вариант, выпускных отверстий 14 может быть больше или меньше.
[0016] Впускной патрубок 12 отделен от выпускных отверстий 14 проходами 16. Каждое выпускное отверстие 14 сообщается с проходом 16 через канал 18. Часть газоподающего устройства 10, проходящая от впускного патрубка 12 до проходов 16, работает в качестве коллектора 15, называемого, как вариант, газосборником и обеспечивающего распределение между каналами 18 газа, поступающего через впускной патрубок 12. Впускной патрубок 12, проходы 16 и выпускные отверстия 14 расположены, по существу, на одной высоте, но разнесены по горизонтали. Газ протекает в каналах 18, по существу, по горизонтали.
[0017] Пропускное сечение проходов 16 меньше пропускного сечения каналов 18 или меньше пропускного сечения наименьшего из каналов 18, если каналы имеют различные пропускные сечения. Например, каналы 14 могут иметь площадь поперечного сечения в три раза больше, чем площадь поперечного сечения проходов 16, или более того. Проходы 16 сужают поток газа, поступающего в каналы 14. Сужение, создаваемое проходами 16, способствует приблизительно одинаковому распределению полного воздушного потока между каналами 18. Уменьшение пропускного сечения проходов 16 создает приблизительно одинаковый поток в каналах 18, однако также увеличивает потерю напора при прохождении через проходы 16. Все проходы 16 могут быть выполнены с одним и тем же пропускным сечением. Пропускное сечение проходов 16 можно уменьшать до тех пор, пока распределение потока по каналам 18 является удовлетворительным. Как вариант, проход 16, открывающийся в длинный или узкий канал 18, может быть больше, чем проход 16, открывающийся в короткий или широкий канал 18, для содействия выравниванию потоков между каналами 18. Как вариант, один или более проходов 16 может быть выполнен больше других проходов 16 для планируемого увеличения соответствующего воздушного потока, проходящего через один или более каналов 18. Это может быть сделано, например, для подачи большего количества воздуха к краям погружного мембранного модуля для противодействия тенденции подъема воды преимущественно через центр кассеты.
[0018] Как показано на фиг. 1 и 2, проходы 16 расположены близко друг к другу по горизонтали. Таким образом, если газоподающее устройство 10 установлено с отклонением от уровня на несколько градусов, то имеется весьма незначительное различие по высоте между проходами 16. В частности, наибольшее расстояние по горизонтали между двумя проходами 16 выполнено меньше среднего расстояния по горизонтали между смежными выпускными отверстиями 14 или меньше половины среднего расстояния по горизонтали между смежными выпускными отверстиями 14. Кроме того, наибольшее расстояние по горизонтали между двумя проходами 16 составляет менее 25%, или менее 10%, от наибольшего расстояния от прохода 16 до выпускного отверстия 14. Такое решение, в случае установки газоподающего устройства 10 с отклонением от уровня, способствует созданию приблизительно одинакового распределения газа между каналами 18 по сравнению с обычным аэратором, выполненным в виде трубы с отверстиями. Поскольку проходы 16, главным образом, содействуют выравниванию потока между каналами 18, выпускные отверстия 14 могут быть выполнены с большим размером, например, вплоть до размера, равного площади поперечного сечения каналов 18, для уменьшения вероятности блокирования выпускного отверстия 14 какими-либо твердыми веществами, которые накапливаются в канале 18.
[0019] Выпускные отверстия 14 газоподающего устройства 10 разнесены, по существу, по одной линии. Как вариант, возможны другие конструктивные решения. Например, каналы 18 могут проходить вдоль одной линии, но в обоих направлениях от впускного патрубка 12. В другом примере каналы 18 могут отходить в радиальном направлении от впускного патрубка 12 наподобие спиц, отходящих от втулки колеса.
[0020] Как вариант, верхняя часть каналов 18 может быть слегка заострена вверх. В этом случае, если газоподающее устройство по невнимательности установлено с небольшим наклоном вниз, то газ не будет захвачен в каналах 18 при отключении подачи газа. Небольшой наклон вверх также может способствовать устранению влияния разницы в длинах каналов 18.
[0021] В соответствии с фиг.7 газоподающее устройство 10 можно использовать, например, для создания пузырьков с целью очистки погружных мембранных модулей 50. Устройство с расположенными в одну линию выпускными отверстиями 14 особенно подходит для подведения пузырьков к мембранным модулям с прямоугольными элементами, таким как плоские листовые модули или элементы с системой полых волокон ZeeWeed™, поставляемые компанией GE Water&Process Technologies.
[0022] Газоподающее устройство 10 погружают в резервуар 52, содержащий один или более мембранных модулей 50. Газоподающее устройство 10 может быть установлено в резервуаре 52 отдельно или может быть прикреплено к мембранным модулям 50. Газ может подаваться в нижнюю часть резервуара из вертикальной трубы 54, а затем распределяться по горизонтали через коллектор 56. Переходные фитинги 58, прикрепленные к коллектору 56, принимают из него газ и проводят газ к магистрали устройства 10, расположенной перпендикулярно коллектору 56, по существу, в горизонтальной плоскости. Как вариант, устройство 10 может быть присоединено непосредственно к коллектору 56 или к вертикальной трубе 54. Струи пузырьков 30 выпускаются из отверстий 14 в различных боковых местоположениях относительно мембранного модуля 50. Газ, проходящий к каждому боковому местоположению, обходит какие-либо промежуточные боковые местоположения. Допускается возможность подъема пузырьков 30 непосредственно к мембранам для их очистки или предотвращения их засорения. Как вариант, над устройством 10 может быть размещен преобразователь для видоизменения выходящего из устройства потока, перед тем как пузырьки достигнут мембран. Например, над выпускным отверстием может быть размещен диффузор для рассеивания пузырьков по более широкой площади.
[0023] На фиг. 5 показан другой вариант преобразователя, в котором создающий пульсирующий поток газа рассекатель 20, например, такой как раскрытый в международной публикации WO 2011/028341, связан с газоподающим устройством. В газоподающем устройстве газ 28 под давлением подвергается разделению на четыре состоящие из пузырьков струи 30, каждая из которых поднимается в различные полости 32 рассекателя 20. Газ, проходящий через канал 18 к конкретной полости 32, обходит какие-либо промежуточные полости 32.
[0024] Каждая полость 32 содержит, как показано в примере на фиг.5, выпускной канал 34 в форме J-образной трубы, действующей наподобие обратного сифона, для выпуска прерывистыми импульсами воздуха из полости 32. Пузырьки, испускаемые из устройства 10, сначала собираются в полости 32 с образованием газового кармана в верхней части полости 32. При этом из полости 32 не происходит испускание какого-либо количества газа до тех пор, пока газовый карман не расширится до достижения нижней точки выпускного канала 34. В этот момент происходит опорожнение газового кармана из полости 32 через канал 34, и указанный процесс повторяется. При этом способе непрерывная струя пузырьков 30, получаемая от устройства 10, преобразуется в пульсирующий поток пузырьков, выходящий из рассекателя 20.
[0025] На фиг. 5 показано, что устройство 10 установлено отдельно и ниже рассекателя 20, создающего пульсирующий поток газа. Как вариант, устройство 10 может быть прикреплено к рассекателю 20. В показанном примере впускной патрубок 12 может быть установлен в гнезде 26 рассекателя 20. Затем через монтажное отверстие 22, расположенное на устройстве 10, а также в опору 24, расположенную на рассекателе 20, вводят крепежный элемент (не показан). Это приводит к тому, что устройство 10 становится расположенным частично внутри рассекателя 20. При этом выпускные отверстия 14 расположены под каналами 34 и все так же обеспечивают выпуск газа в воду под нижней границей газовых карманов в полостях 32.
[0026] На фиг. 6 представлен вид в аксонометрии в разрезе нижней части другого рассекателя 40, создающего пульсирующий поток газа. В этом примере многопроходные каналы 42 обеспечивают два или более выпускных трактов, проходящих вверх от нижней точки каждого многопроходного канала 42. Перегородка 44, расположенная между смежными многопроходными каналами 42, имеет щель 46, проходящую от нижней части перегородки 44 к расположенной выше нижней точке многопроходных каналов 42. Каждая полость с многопроходным каналом 42 заменяет две полости с одним выпускным каналом и, таким образом, исключает необходимость в выравнивании подачи газа между двумя замененными полостями. Щель 46 в перегородке 44 способствует выравниванию подведения воздуха к полостям. Газ может проходить в каждом направлении через щель 46, но результирующий поток будет проходить из полости, принимающей больший газовый поток, к полости, принимающий меньший газовый поток.
[0027] Устройство 10 предпочтительно имеет открытую снизу конструкцию. Например, каналы 18 сформированы боковыми стенками и верхней частью. Каналы 18 открыты в нижней части и предпочтительно у их концов. Выпускные отверстия 14 могут быть ограничены отрытыми концами каналов 18. Коллектор 15 между впускным патрубком 12 и проходами 16 предпочтительно также открыт в нижней части. Проходы 16 являются предпочтительно щелями, также открытыми в нижней части устройства 10. При таком способе твердые вещества, захваченные где-либо в устройстве 10 после впускного патрубка 12, могут выпадать или быть вытеснены вниз из устройства 10. Наличие такого короткого и простого тракта для выхода твердых веществ способствует предотвращению загрязнения в устройстве 10. В случае если твердые вещества каким-либо образом все же скапливаются в устройстве, то открытая в нижней части конструкция облегчает определение местоположения твердых веществ и их удаление, например, посредством впрыска воды в нижнюю часть устройства 10.
[0028] Кроме того, открытая в нижней части конструкция устройства 10 способствует согласованию диапазона расходов впускного газа. При низких расходах впускного газа в устройство 10 поступает вода, уменьшая размер проходов 16. При высоких расходах впускного газа в устройство 10 поступает меньшее количество воды, при этом увеличивается размер проходов 16 и каналов 18.
[0029] В изложенном описании используются примеры, характеризующие данное изобретение, включая предпочтительный вариант выполнения, а также дающие возможность любому специалисту в данной области техники осуществить на практике данное изобретение, включая выполнение и использование любых устройств или систем, а также выполнение любых относящихся к этому изобретению способов. Объем правовой охраны настоящего изобретения определен формулой изобретения, при этом он может включать другие примеры, которые встретятся специалистам в данной области техники. Подразумевается, что такие другие примеры входят в объем правовой охраны формулы изобретения, если они содержат конструктивные элементы, которые не отличаются от буквального изложения в формуле изобретения, или если они содержат равноценные конструктивные элементы с несущественными отличиями от буквального изложения в формуле изобретения.
1. Газоподающее устройство, содержащее:
коллектор, выполненный с возможностью присоединения к источнику газа под давлением, и
несколько каналов, каждый из которых проточно сообщается с указанным коллектором через отдельный связанный с ним проход, причем каждый из указанных нескольких каналов имеет одно выпускное отверстие, образованное открытым концом канала, и каждый из указанных нескольких каналов имеет, по существу, открытую нижнюю часть и открытый конец,
при этом каналы имеют различную длину и
площадь пропускного сечения каждого из проходов меньше площади поперечного сечения в направлении потока канала, связанного с этим проходом.
2. Газоподающее устройство по п. 1, в котором конец каждого из указанных каналов имеет отверстие, предназначенное для выпуска газа, при этом отверстия расположены на расстоянии друг от друга, по существу, в горизонтальной плоскости.
3. Газоподающее устройство по п. 1, в котором проходы выполнены, по существу, в виде щелей, открытых в нижней части.
4. Газоподающее устройство по п. 1, в котором коллектор является, по существу, открытым в нижней части.
5. Газоподающее устройство по п. 1, выполненное в комбинации с погружным мембранным модулем.
6. Газоподающее устройство по п. 1, выполненное в комбинации с преобразователем.
7. Газоподающее устройство по п. 1, связанное с преобразователем, содержащим несколько отсеков, каждый из которых связан с одним из каналов.
8. Газоподающее устройство по п. 7, в котором каждый из отсеков содержит обратный сифон.
9. Газоподающее устройство по п. 1, в котором газосборник и проходы являются открытыми в нижней части.
10. Способ аэрации, включающий:
введение потока газа под давлением в резервуар около нижней части мембранного модуля или под ней,
разделение потока газа под давлением на несколько потоков газа под давлением,
направление каждого из указанных потоков газа под давлением к различному боковому местоположению с помощью нескольких каналов, каждый из которых имеет одно выпускное отверстие, образованное открытым концом канала, и каждый из которых имеет, по существу, открытую нижнюю часть и открытый конец, и
высвобождение пузырьков из указанных боковых местоположений, при этом
каналы имеют различную длину и
площадь пропускного сечения каждого из проходов меньше площади поперечного сечения в направлении потока канала, связанного с этим проходом.
11. Способ по п. 10, в котором при разделении потока газа под давлением дополнительно сужают указанный поток газа.
12. Способ по п. 10, в котором при направлении каждого из указанных потоков газа под давлением указанный поток газа направляют по горизонтали в отдельный канал, открытый в нижней части.
13. Способ аэрации, включающий:
использование газоподающего устройства по п. 1 и
подачу потока газа под давлением к указанному газоподающему устройству.
14. Способ по п. 13, в котором поток газа под давлением варьируют в диапазоне расходов впускного газа.
15. Способ аэрации, включающий:
использование газоподающего устройства по п. 9 и
подачу потока газа под давлением к указанному газоподающему устройству.
