МЕМБРАННЫЙ МОДУЛЬ, МЕМБРАННЫЙ БЛОК И МЕМБРАННОЕ РАЗДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2014 года по МПК B01D63/06 C02F1/44 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Данное изобретение относится к мембранному модулю, мембранному блоку, выполненному путем установки мембранных модулей одного на другой, и разделительному устройству, выполненному с мембранным модулем или мембранным блоком, и, в частности, к мембранному модулю, мембранному блоку и мембранному разделительному устройству, предназначенным для использования в области, связанной с очисткой воды.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Способ мембранного разделения, до настоящего времени используемый для опреснения морской воды, для очистки воды, разделения газов, очищения крови и подобных им, в последнее время исследовался для его использования для очистки сточных вод с точки зрения защиты окружающей среды.

[0003] До настоящего времени для разделения твердой и жидкой фаз в очищаемой воде с высокой мутностью, например, при очистке сточных вод, канализационных вод, отработавших вод, промышленных отходов и сточных вод и подобных им используют песчаную фильтрацию, свободное осаждение и подобные им способы. Однако разделение твердой и жидкой фаз указанными способами имеет проблемы, такие как недостаточное качество полученной очищенной воды, или необходимость в наличии большой площади для разделения твердой и жидкой фаз.

[0004] В последние годы были проведены различные исследования способа разделения твердой и жидкой фаз в очищаемой воде, как способа, устраняющего вышеуказанные проблемы, с использованием мембранного модуля, выполненного с разделительной мембраной, например, мембраной для прецизионной фильтрации, мембраной для ультрафильтрации или подобных им. При указанных способах фильтрацию очищаемой воды выполняют, используя разделительную мембрану, при которой может быть получена очищенная вода высокого качества (см., например, непатентную ссылку 1).

[0005] В случае, когда разделение твердой и жидкой фаз в очищаемой воде выполняют с использованием разделительной мембраны, при продолжительной фильтрации происходит засорение взвешенным веществом разделительной поверхности мембраны, что приводит к уменьшению объема фильтрационного потока или увеличению разности давления на данной мембране. Для того чтобы восстановить прежнее состояние под мембранным модулем помещают воздухораспределительный патрубок, обеспечивающий удаление взвешенного вещества с поверхности разделительной мембраны за счет вихревого движения очищаемой воды у поверхности мембраны, возникающего под воздействием воздуха, распределяемого из воздухораспределительного патрубка (см., например, патентную ссылку 1 и 2)

ССЫЛКА НА ДОКУМЕНТЫ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

Патентные ссылки

[0006] Патентная ссылка 1. Предварительная публикация заявки на патент Японии № 2000-84553.

Патентная ссылка 2. Предварительная публикация заявки на патент Японии №2007-152282.

[0007] Непатентная ссылка 1. «Kubota Submerged Membrane Unit Applied for Upgrading of Wastewater Treatment and Water Re-use» Kubota technical report, Kubota Corporation, June 2005, Vol.39, p.42-50.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ ДАННЫМ ИЗОБРЕТЕНИЕМ

[0008] Однако, при способе выполнения фильтрации с использованием мембранного модуля возникает состояние, при котором уменьшается объем фильтрационного потока при засорении поверхности мембраны взвешенным веществом, если работа продолжается длительное время, соответственно, при этом требуется частое выполнение операций по техническому обслуживанию для восстановления сниженного объема фильтрационного потока.

[0009] В частности, в мембранном разделительном устройстве, в котором мембранные модули сложены по высоте, а распределительный патрубок расположен под мембранной модульной конструкцией, проточный канал указанного устройства просто блокируется снаружи очищаемой воды так, что обеспечивается фильтрация очищаемой воды разделительной мембраной и, соответственно, повышается концентрация активного ила очищаемой воды, проходящей в указанное устройство, по мере повышения местоположения в мембранном разделительном устройстве. Соответственно увеличивается нагрузка при фильтрации с увеличением тем самым опасности более быстрого засорения мембраны и повышения энергопотребления.

[0010] Данное изобретение предлагается для решения вышеуказанных проблем, при этом целью данного изобретения является создание мембранного модуля, который обеспечивает меньшую степень засорения поверхности мембраны взвешенным веществом с одновременным уменьшением увеличения нагрузки при фильтрации в течение длительного времени, мембранного блока, который выполнен путем сложения указанных мембранных модулей одного на другой, и мембранного разделительного устройства, снабженного указанным мембранным модулем или указанным мембранным блоком.

СРЕДСТВА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ

[0011] Мембранный модуль в соответствии с данным изобретением для достижения вышеуказанной цели отличается тем, что он содержит корпус и мембранные элементы, расположенные в указанном корпусе, причем площадь пропускного сечения проточного канала корпуса, через который вытекает очищенная вода, меньше, чем площадь пропускного сечения проточного канала корпуса, через который очищаемая вода втекает.

[0012] Кроме того, предложенный мембранный модуль отличается тем, что у нижней торцевой части мембранного элемента расположен стабилизирующий поток элемент, предназначенный для введения очищаемой воды в промежуток между мембранными элементами.

[0013] Помимо этого, предложенный мембранный блок для достижения вышеуказанной цели отличается тем, что он содержит мембранные модули, каждый из которых содержит корпус, выполненный с открытыми частями, которые, соответственно, открыты в направлении вверх и вниз, причем мембранные модули сложены один на другой по высоте корпуса и внутри каждого корпуса находятся мембранные элементы, при этом каждый мембранный модуль конструктивно выполнен так, что площадь пропускного сечения проточного канала корпуса, через который вытекает очищенная вода, меньше, чем площадь пропускного сечения проточного канала корпуса, через который очищаемая вода втекает.

[0014] Дополнительно, предложенное мембранное разделительное устройство для достижения вышеуказанной цели отличается тем, что оно содержит мембранные модули, каждый из которых содержит корпус, выполненный с открытыми частями, которые соответственно расположены у верхней стороны и нижней стороны, мембранные элементы, расположенные внутри каждого корпуса, и воздухораспределительное устройство, расположенное под мембранными модулями.

[0015] Кроме того, предложенное мембранное разделительное устройство для достижения вышеуказанной цели отличается тем, что мембранные модули сложены один на другой по высоте корпуса с образованием мембранного блока.

ЭФФЕКТ, ОБЕСПЕЧИВАЕМЫЙ ДАННЫМ ИЗОБРЕТЕНИЕМ

[0016] В соответствии с вышеуказанным изобретением уменьшается засорение мембраны с одновременным снижением нагрузки на фильтрацию в мембранном модуле, мембранном блоке и мембранном разделительном устройстве.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0017] Фиг.1 изображает схематический разрез примерного мембранного разделительного устройства в соответствии с вариантом выполнения изобретения;

Фиг.2 изображает примерную разделительную мембрану в соответствии с вариантом выполнения изобретения, причем (а) является видом сбоку по длине, а (b) является видом сбоку по ширине;

Фиг.3 изображает схематический вид примера мембранного модуля в соответствии с вариантом выполнения изобретения, причем (а) является видом сверху, (b) является видом в разрезе, взятом вдоль плоскости, параллельной разделительной мембране (вид в разрезе, взятом по линии В-В), (с) является видом в разрезе, взятом в плоскости, перпендикулярной разделительной мембране (вид в разрезе, взятом по линии А-А), и (d) является видом сбоку, взятым в плоскости, перпендикулярной разделительной мембране;

Фиг.4 изображает мембранный модуль в соответствии с другим вариантом выполнения изобретения; и

Фиг.5(a) изображает вид в аксонометрии мембранного модуля в соответствии с примером изобретения, а фиг.5(b) изображает вид внутренней части рамного корпуса, который должен быть выполнен с мембранным модулем (модулями) в соответствии с примером изобретения.

ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0018] Ниже приведено подробное описание мембранного модуля, мембранного блока и мембранного разделительного устройства в соответствии с вариантом выполнения изобретения со ссылкой на фиг.1-3.

[0019] В этом варианте выполнения приведен пример мембранного разделительного устройства в системе, в которой используется метод очистки сточных вод активным илом с мембранным разделением (Мембранный биореактор: МБР) в установке для очистки сточной и отработанной воды, однако предложенные мембранный модуль и мембранное разделительное устройство не ограничиваются этим вариантом выполнения и, соответственно, могут применяться для фильтрации различных жидкостей, которые необходимо очистить (очищаемые жидкости не ограничиваются водой и, соответственно, они могут быть органическим растворителем или подобным ему).

[0020] Как показано на фиг.1, мембранное разделительное устройство 1 в соответствии с вариантом выполнения изобретения содержит мембранный блок 2, который выполнен путем установки мембранных модулей 3 друг на друга в направлении высоты корпуса 6, и воздухораспределительное устройство 7, расположенное под мембранным блоком 2 и предназначенное для распределения газа.

[0021] Указанное устройство 1 устанавливают с погружением в жидкую фазу 12 внутри ванны МБР. Глубина воды ванны биореактора во многих случаях составляет по существу примерно 4 м, так что количество сложенных мембранных модулей 3 выбирается исходя из глубины воды, а также веса и наружной формы ванны биореактора с учетом удобства технического обслуживания. Например, количество мембранных модулей 3 выбирается так, что высота устройства 1 составляет примерно 2-3 м.

[0022] Например, как показано на фиг.3(а), мембранный модуль 3 содержит плоские разделительные мембраны 4, водосборные блоки 6с для поддержания боковых торцевых частей разделительных мембран 4, и элементы 5 для направления потока воды, обеспечивающие перекрытие боковых поверхностей указанных блоков 6с. Другими словами, корпус 6, выполненный с открытыми частями у его верхней и нижней сторон, составлен из водосборных блоков 6с и элементов 5. При такой конструкции разделительные мембраны 4 расположены в корпусе 6 так, что поверхность каждой разделительной мембраны 4 расположена параллельно направлению, в котором очищаемая вода проходит через мембранный модуль 3.

[0023] Воздухораспределительное устройство 7 расположено под мембранным модулем 3 и предназначено для создания воздушных пузырьков для промывания (или очистки) разделительных мембран 4, расположенных в мембранном модуле 3. Устройство 7, в частности, не ограничивается проиллюстрированным устройством, которое содержит цилиндрический элемент, выполненный из металла или пластика с отверстиями, каждое из которых имеет диаметр примерно 1-10 мм. Впускной воздуховод, через который проходит подаваемый очищающий воздух из воздуходувки или компрессора (не показаны), присоединен к одному концу указанного цилиндрического элемента так, что очищающий воздух, поступающий через впускной воздуховод, выпускается из указанных отверстий с образованием воздушных пузырьков 10.

[0024] Прежде всего со ссылкой на фиг.2(а) и (b) более подробно рассмотрим мембрану 4 в соответствии с вариантом выполнения изобретения.

[0025] Разделительная мембрана 4, показанная на фиг.2(а) и (b), является керамической плоской мембраной пластинчатого типа, имеющей ширину 100-200 мм, длину 200-1000 мм и толщину 5-20 мм. Как показано на фиг.2(b), эта керамическая плоская мембрана выполнена с водосборными каналами 4b у торцевой части. Как правило, керамическую плоскую мембрану предпочтительно выполняют способом экструзионного прессования, при котором можно выбрать подходящий размер керамической плоской пластины с учетом средств производства, таких как металлическая пресс-форма и подобная ей, и деформации и подобной ей, возникающей после экструзии керамической плоской мембраны.

[0026] К используемым типам разделительной мембраны 4 можно отнести, например, известные разделительные мембраны, применяемые для МБР, такие как органическая мембрана с полыми волокнами, органическая плоская мембрана, неорганическая плоская мембрана, неорганическая цилиндрическая мембрана и подобные им. К примерным материалам, используемым для мембраны 4, относятся целлюлоза, полиолефин, полисульфон, поливинилиденфторид (PVDF), политетрафторэтилен (PTFE), керамика и подобные им.

[0027] Кроме того, размер пор мембраны 4 также не ограничивается и поэтому может быть выбран в соответствии с диаметрами веществ, которые являются объектами разделения на жидкую и твердую фазы. Например, размер пор может быть не больше 0,5 мкм, если разделительная мембрана используется для разделения активированного ила на жидкую и твердую фазы. Дополнительно, размер пор может быть не больше 0,1 мкм, если требуется удалить бактерии, например при фильтрации очищаемой воды. Другими словами, размер пор может иметь значения в диапазоне (0,001-0,1 мкм), когда они по существу выполнены в мембране для ультрафильтрации, или в диапазоне (0,1-1 мкм), когда они по существу выполнены в мембране для прецизионной фильтрации.

[0028] Как изложено выше, типы разделительной мембраны 4 не ограничиваются данным вариантом выполнения и, следовательно, выбираются с полным учетом уплотняемости мембранного модуля 3, снижения падения давления во время выемки фильтрата, простоты обработки при размещении мембранного модуля и подобных им факторов. Дополнительно, может быть предусмотрен подходящий способ расположения разделительной мембраны в соответствии с формой и типом мембраны 4.

[0029] Ниже со ссылкой на фиг.3(а) и (b) приведено более подробное описание мембранного модуля в соответствии с вариантом выполнения изобретения.

[0030] Как показано на фиг.3(а), мембранный модуль 3 выполнен с обеспечением поддержания противоположных боковых частей мембраны 4 соответственно двумя водосборными блоками 6с, а противоположные боковые поверхности водосборного блока 6с, соответственно, перекрываются двумя элементами 5 для направления потока воды. Таким образом, мембраны 4 расположены по вертикали и параллельно друг другу внутри корпуса 6, образованного водосборными блоками 6с и элементами 5. К примерам формы корпуса 6 относятся, например, цилиндр с круглым поперечным сечением, цилиндр с прямоугольным поперечным сечением и подобные им. В случае формы цилиндра с прямоугольным поперечным сечением, указанный цилиндр может быть составлен из плоских пластин (или волнистых пластин) как вариант выполнения. Дополнительно, материал корпуса 6 может быть пластиком, металлом, керамикой или подобным им, и, следовательно, специально не ограничивается. Помимо этого, количество разделительных мембран, выполненных внутри корпуса 6, может быть соответствующим образом выбрано с учетом функциональности и удобства технического обслуживания, так что это количество может составлять, например, примерно 10-30 единиц.

[0031] Как показано на фиг.3(b), водосборный блок 6с выполнен с секцией 6b для закрепления разделительных мембран, предназначенной для прикрепления мембраны 4 к указанной секции 6b с образованием водосборной секции 6а с помощью мембраны 4 и водосборного блока 6с. Водосборная секция 6с сообщается с водосборным каналом 4b мембраны 4, как показано на фиг.2(b). Кроме того, как показано на фиг.3(b) и (d), водосборная секция 6а сообщается с фильтрационным всасывающим отверстием 8, выполненным в водосборном блоке 6с. Помимо этого, к указанному отверстию 8 присоединен трубопровод насоса (не показан) для всасывания фильтруемой жидкости. Следует отметить, что водосборная секция 6а может быть выполнена по меньшей мере на одной торцевой части мембраны 4.

[0032] Дополнительно, как показано на фиг.3(с), элемент 5 для направления потока воды выполнен таким образом, что ширина пропускного сечения проточного канала, через которое вытекает очищаемая вода из мембранного модуля 3, меньше, чем ширина пропускного сечения проточного канала, через которое очищаемая вода втекает. Как показано на фиг.3(b), ширина проточного канала, образованного водосборным блоком 6с, является постоянной, однако, в соответствии с указанным выполнением элемента 5, ширина проточного канала мембранного модуля 3 уменьшается так, что площадь пропускного сечения (обозначенная на фиг.1 символом S₂) верхнего отверстия модуля 3 будет меньше площади пропускного сечения (обозначенной на фиг.1 символом S₁) нижнего отверстия. Другими словами, в соответствии с указанным выполнением элемента 5, площадь S₁ (площадь пропускного сечения нижнего отверстия мембранного модуля 3) пропускного сечения проточного канала, через который втекает очищаемая вода, больше площади S₂ (площадь пропускного сечения верхнего отверстия мембранного модуля 3) пропускного сечения проточного канала, через который вытекает очищаемая вода, в проточном канале, через который очищаемая вода проходит внутри мембранного модуля 3. Следует отметить, что, несмотря на то, что пропускные сечения верхнего и нижнего концов проточного канала модуля 3 различаются между собой, тем не менее, ширина между водосборными блоками 6с является величиной постоянной, поэтому мембранные модули 3 могут быть сложены один на другой.

[0033] Форма элемента 5 не ограничивается формой, обозначенной символом (С) на фиг.3, достаточно только того, чтобы площадь S₁ пропускного сечения проточного канала, через который втекает очищаемая вода, была больше площади S₂ пропускного сечения проточного канала, через который вытекает очищаемая вода, в проточном канале очищаемой воды у верхнего открытого конца мембранного модуля 3. Дополнительно, если элементы 5 расположены напротив друг друга, то режим (концентрация и скорость потока очищаемой воды) прохождения очищаемой воды около всех мембран 4 может быть выполнен по существу одинаковым. В этом случае два направляющих поток воды элемента 5, имеющие одинаковую высоту с мембранным модулем 3, могут быть расположены друг напротив друга, соответственно, у левой и правой сторон группы мембранных элементов, как показано на фиг.1, однако элементы 5, каждый из которых выполнен путем разделения в направлении высоты модуля 3, могут быть расположены в направлении высоты указанного мембранного модуля.

[0034] Ниже приведено описание работы мембранного модуля 3, имеющего вышеуказанную конструкцию. Очищаемая вода, проходящая в модуль 3, вводится в контакт с разделительной мембраной 4, при этом твердое вещество и подобное ему в очищаемой воде захватывается поверхностью 4а мембраны 4 так, что очищаемая вода разделяется на жидкую фазу и твердую фазу. Отфильтрованная вода, полученная при удалении твердого вещества и подобного ему, доходит до водосборных каналов 4b и проходит через водосборные секции 6а и всасывающее отверстие 8, присоединенное к водосборным каналам 4b, к наружной стороне ванны биореактора (наружной стороне устройства 1).

[0035] Как изложено выше, в мембранном модуле 3 в соответствии с вариантом выполнения изобретения форма элемента 5 выполнена таким образом, что проточный канал секции, снабженной мембранами 4 мембранного модуля 3, выполнен узким и, соответственно, скорость потока очищаемой воды, проходящей через промежуток между направляющим поток воды элементом 5 и мембраной 4, а также через промежуток между мембранами 4, возрастает, улучшая тем самым эффективность промывания. Кроме того, благодаря сужению проточного канала, поток газожидкостной смеси, содержащий воздушные пузырьки 10, начинает сходиться, создавая возможность для эффективного воздействия воздушных пузырьков на поверхность 4а разделительной мембраны 4. Помимо этого, благодаря расположению элемента 5 таким образом, что его поверхность проходит параллельно поверхности 4а мембраны 4, и благодаря уменьшению расстояния между поверхностью элемента 5 и поверхностью 4а мембраны 4, расположенной напротив поверхности элемента 5, воздушные пузырьки могут более эффективно воздействовать на поверхность 4а мембраны 4.

[0026] Дополнительно, как показано на фиг.1, очищаемая вода, выходящая в наружную периферическую часть мембранного блока 2, поступает в указанный блок 2 через зазор 9, образованный между концом верхнего отверстия модуля 3 и концом нижнего отверстия указанного мембранного модуля, когда мембранный блок 2 выполнен путем сложения модулей 3 одного на другой. Соответственно, повышение концентрации очищаемой воды, проходящей через внутреннюю часть мембранного блока 2, может быть уменьшено с улучшением тем самым эффективности фильтрации мембраной 4. В частности, поскольку поверхность зазора 9 проходит перпендикулярно направлению течения очищаемой воды, проходящей через мембранный блок 2, то, соответственно, может быть предотвращено высвобождение воздушных пузырьков 10, проходящих около поверхности стенки элемента 5, к наружной стороне мембранного блока 2 (и устройства 1).

[0037] Фиг.4 показывает мембранный модуль 14 в соответствии с другим вариантом выполнения изобретения, который отличается тем, что он выполнен с элементом 15 для стабилизации потока, расположенным у нижней торцевой части мембраны 4 в дополнение к конструкции мембранного модуля 3 в соответствии с предыдущим вариантом выполнения изобретения. Соответственно, одинаковые номера позиций присвоены элементам, аналогичным элементам конструкции модуля 3 в соответствии с предыдущим вариантом выполнения, в связи с этим их подробное описание опущено.

[0038] Как показано на фиг.4, у нижней торцевой части разделительной мембраны 4 выполнен элемент 15 для стабилизации потока в форме перевернутого треугольника в вертикальном сечении. Длина указанного элемента 5 в направлении, перпендикулярном поверхности Фиг.4, равна длине мембраны 4, при этом он установлен так, что противоположные торцевые части элемента 15, соответственно, вставлены в канавки, выполненные в водосборном блоке 6с, для обеспечения поддержания мембран 4. Другими словами, элемент 15 имеет форму треугольной призмы, причем форма по меньшей мере одной боковой поверхности элемента 15 по существу является одинаковой с формой поверхности нижней торцевой части мембраны 4.

[0039] Элемент 15 расположен у нижней торцевой части каждой мембраны 4, и, соответственно, вход проточного канала для очищаемой воды между мембранами 4 выполнен с формой, расширяющейся в направлении нижней стороны. Другими словами, расстояние между противоположными наклонными поверхностями 15а постепенно уменьшается в направлении верхней стороны с тем, чтобы можно было ослабить резкое уменьшение площади пропускного сечения проточного канала между мембранами 4. Соответственно, поток газожидкостной смеси, поднимающийся от воздухораспределительного устройства 7, поступает в проточный канал между мембранами 2 с одновременным направлением вдоль противоположных наклонных поверхностей 15а противоположных элементов 15. При таком конструктивном решении предотвращается резкое сужение потока газожидкостной смеси в проточном канале между мембранами 4. В результате такого решения крупные воздушные пузырьки, содержащиеся в потоке газожидкостной смеси, проходят через промежуток между мембранами 4, не распадаясь на мелкие пузырьки. Кроме того, поток газожидкостной смеси, поднимающийся от устройства 7, может быть введен между мембранами 4 без задержки у нижней торцевой поверхности мембраны 4 под действием элемента 15.

[0040] Следует отметить, что элемент 15 является достаточным для получения вышеуказанного результата, и, соответственно, он может быть элементом, который по существу имеет треугольную форму в вертикальном сечении без ограничения вышеуказанным вариантом выполнения.

Дополнительно, мембрана 4 при ее создании может быть выполнена так, что форма ее нижней торцевой части будет одинаковой с формой элемента 15.

[0041] Далее приведено подробное описание работы мембранного разделительного устройства в соответствии с вариантом выполнения изобретения со ссылкой на фиг.1. В МБР воздухораспределительное устройство 7 расположено под разделительной мембраной 4 для предотвращения ее засорения, обусловленного налипанием и накоплением на разделительной мембране, а также в ней, мелких посторонних веществ, внеклеточных полимеров, создаваемых микроорганизмами, и подобных им. Распределение воздуха от устройства 7 может выполняться практически непрерывно по меньшей мере при выполнении процесса фильтрации. Для устройства 1 в качестве способа работы используется способ фильтрации с всасыванием и погружением или способ фильтрации путем использования силы тяжести под воздействием дифференциала высоты напора.

[0042] При выполнении фильтрации обеспечивается распределение воздуха от устройства 7 и газораспределительного устройства 11, выполненного в ванне 12 биореактора, обеспечивающего распределение кислорода, необходимого для действия микроорганизмов в жидкой фазе. При распределении воздуха от устройства 7 восхождение воздушных пузырьков в жидкости обусловливает воздействие скорости потока, турбулентного потока и срезающего усилия на поверхностный слой мембраны 4 с обеспечением тем самым возможности для промывания указанной мембраны 4. Другими словами, поток газожидкостной смеси, образованный воздушными пузырьками 10, высвобождаемыми из устройства 7, проходит вверх и вступает в контакт с мембраной 4. При этом потоке газожидкостной смеси на каждой мембране 4 выполняется промывание. Кроме того, подача кислорода, растворяющегося в очищаемой воде, обеспечивается указанным устройством 11.

[0043] Помимо этого, очищаемая вода под фильтрующим действием мембраны 4 разделяется на жидкую и твердую фазы. Как показано на фиг.3(b), водосборный канал 4b мембраны 4 сообщается с всасывающим отверстием 8 через секцию 6а, при этом всасывающий насос (не показан) присоединен с помощью трубопровода к другому концу отверстия 8. Соответственно, отфильтрованная вода, прошедшая через мембрану 4, всасывается с помощью насоса и переносится к наружной стороне устройства 1.

[0044] Промывание является способом удаления налипших на поверхность мембраны 4 веществ путем колебательного движения очищаемой воды по поверхности мембраны с помощью потока воды, содержащего поднимающиеся воздушные пузырьки 10. Соответственно, как показано на фиг.1, благодаря сложению мембранных модулей 3 одного на другой в направлении глубины очищаемой воды, промывание может быть выполнено на большем количестве мембран 4, даже при том же объеме воздушных пузырьков. Другими словами, по мере увеличения количества сложенных мембранных модулей 3 увеличивается влияние промывания на объем воздуха, который должен быть распределен из устройства 7.

[0045] Дополнительно, расстояние (ширина проточного канала) между элементом 5, выполненным в мембранном модуле 3, и разделительной мембраной 4 является меньшим в верхней части мембранного модуля 3 и большим в нижней части указанного мембранного модуля. В результате такого решения, если устройство 1 конструктивно выполнено путем вертикального сложения мембранных модулей 3 один ни другой, то воздушные пузырьки 10, создаваемые устройством 7, не проходят к наружной стороне указанного устройства 1 с обеспечением тем самым эффективного воздействия воздушных пузырьков 10 на мембрану 4.

[0046] Поток очищаемой воды внутри этого устройства 1 является потоком, проходящим от открытой части S₃ у нижней части устройства 1 к открытой части S₄ у его верхней части. Простое перекрытие проточного канала указанного устройства 1 препятствует выходу очищаемой воды наружу, при этом обеспечивается фильтрация очищаемой воды мембраной 4 так, что концентрация активированного ила очищаемой воды увеличивается по мере повышения местоположения в устройстве 1.

[0047] В предложенном устройстве 1 очищаемая вода, выходящая на наружной стороне наружной периферии мембранного блока 2, всасывается в устройство 1 через зазор между нижним концом элемента 5 мембранного модуля 3 и верхним концом элемента 5 другого мембранного модуля 3, присоединенного к нижней стороне вышеуказанного мембранного модуля 3. Соответственно, увеличение концентрации активного ила в устройстве 1 может быть замедлено.

[0048] Другими словами, поскольку очищаемая вода всасывается в устройство 1 через промежуток между соответствующими мембранными модулями 3, которые сложены один на другой, то большое увеличение концентрации активированного ила в указанном устройстве 1 может быть замедлено. В результате такого решения уменьшается нагрузка на фильтрацию с уменьшением тем самым засорения мембраны и снижением энергопотребления. Дополнительно, поскольку зазор 9 для всасывания очищаемой воды, выходящей снаружи наружной периферии устройства 1, проходит перпендикулярно направлению течения очищаемой воды в устройстве 1, то может быть предотвращено высвобождение воздушных пузырьков 10 из промежутка между мембранными модулями 3 с обеспечением тем самым воздействия большего количества пузырьков 10 на мембрану 4. Следует отметить, что сила всасывания очищаемой воды в устройство 1 создается благодаря подъему воздушных пузырьков 10 и, соответственно, не обязательно для всасывания очищаемой воды выполнять источник питания.

[0049] Как изложено выше при рассмотрении данного варианта выполнения, в соответствии с предложенным мембранным разделительным устройством благодаря выполнению мембранного блока путем сложения мембранных модулей одного на другой по высоте воздушные пузырьки, создаваемые воздухораспределительным устройством, могут воздействовать на мембранные модули. Соответственно, может быть улучшена эффективность промывания с обеспечением тем самым возможности уменьшения потребляемой электроэнергии для воздуходувки, обеспечивающей подачу воздуха для промывания. Другими словами, может быть получен сильный поток фильтрации с одновременным сведением к минимуму объема воздушного потока для промывания (очистки) мембраны, выполняемого на всем протяжении процесса фильтрации.

[0050] Кроме того, благодаря направлению воды к мембранному модулю, воздушные пузырьки могут эффективно воздействовать на разделительную мембрану без распределения к наружной стороне данного блока воздушных пузырьков, создаваемых воздухораспределительным устройством. Другими словами, эффективность промывания может быть улучшена с одновременным снижением потребления электроэнергии воздуходувкой, обеспечивающей подачу воздуха для промывания.

[0051] При сложении мембранных модулей одного на другой так, что площадь пропускного сечения проточного канала, через которую вытекает очищаемая вода, является меньше площади пропускного сечения проточного канала, через который поступает очищаемая вода, между смежными мембранными модулями образуется зазор, через который может всасываться очищаемая вода. Другими словами, каждый из сложенных мембранных модулей может всасывать очищаемую воду, выходящую к наружной части. Соответственно увеличение концентрации активированного ила может быть замедлено с одновременным обеспечением снижения нагрузки на фильтрацию, чтобы замедлить засорение мембраны и снизить потребление электроэнергии насосом.

[0052] Кроме того, промывающее действие будет сильнее, если диаметр распределяемых воздушных пузырьков будет больше, в то время как эффективность растворения будет улучшаться, если диаметр газовых пузырьков, используемых для растворения газа в очищаемой воде, будет меньше. Соответственно, благодаря выполнению воздухораспределительного устройства, обеспечивающего промывание, отдельно от распределяющего газ устройства, обеспечивающего действие микроорганизмов, может быть уменьшен объем энергопотребления, необходимый для воздуходувки или компрессора, используемого для воздухораспределительного устройства или подобного ему.

[0053] Следует отметить, что при расположении элемента для стабилизации потока у нижней торцевой части разделительной мембраны, расположенной в мембранном модуле, вход проточного канала очищаемой воды, расположенного между мембранами 4, выполнен в такой форме, которая обеспечивает распределение в направлении нижней стороны благодаря стабилизирующему поток элементу так, что может быть ослаблено резкое уменьшение площади пропускного сечения проточного канала между разделительными мембранами. Соответственно, при этом предотвращается резкое сужение потока газожидкостной смеси в проточном канале между разделительными мембранами 4, при этом крупные воздушные пузырьки, содержащиеся в потоке газожидкостной смеси, проходят через промежуток между мембранами, не распадаясь на мелкие пузырьки. Следовательно, между разделительными мембранами может быть введен поток газожидкостной смеси с большим диаметром воздушных пузырьков с улучшением тем самым промывания разделительной мембраны.

[0054] Примеры

Далее приведено описание мембранного модуля, мембранного блока и мембранного разделительного устройства в соответствии с вариантом выполнения изобретения со ссылкой на фиг.5(а) и (b). В этом примере одинаковые ссылочные позиции присвоены элементам, одинаковым с элементами мембранного модуля, мембранного блока и мембранного разделительного устройства в соответствии с предыдущим вариантом выполнения, в связи с этим их подробное описание опущено. Следует отметить, что водосборный блок 6с, который на этом чертеже должен быть расположен на передней стороне, на данном чертеже не показан.

[0055] Как показано на фиг.5(а), в мембранном модуле 16 в соответствии с примером данного изобретения боковая торцевая часть разделительной мембраны 4, выполненная с водосборным каналом 4b, поддерживается водосборным блоком 6с. Кроме того, для перекрытия промежутка между боковыми поверхностями водосборных блоков 6с выполнен элемент 5 для направления потока воды.

[0056] Выполненный таким образом мембранный модуль 16 прикрепляют к рамному корпусу 17, как показано на фиг.5(b), с образованием тем самым мембранного блока и мембранного разделительного устройства (не показано).

[0057] Рамный корпус 17 на боковой поверхности снабжен закрепляющей секцией 18, предназначенной для прикрепления мембранного модуля 16, а в нижней части корпуса 17 расположено устройство 7.

[0058] После прикрепления мембранного модуля 16 к секции 18 указанный корпус 17 погружают в очищаемую воду таким образом, что устройство 7 располагается под мембранным модулем 16. Затем выполняют фильтрацию очищаемой воды с помощью мембранного модуля 16 с одновременным обеспечением подачи воздуха от указанного устройства 7.

ПЕРЕЧЕНЬ ЭЛЕМЕНТОВ

1 мембранное разделительное устройство

2 мембранный блок

3, 16 мембранный модуль

4 разделительная мембрана (мембранный элемент)

4а мембранная поверхность

4b водосборный канал

5 элемент для направления потока воды

6 корпус

6а водосборная секция

6b секция для закрепления разделительных мембран

6с водосборный блок

7 воздухораспределительное устройство (для очистки)

8 фильтрационное всасывающее отверстие

9 промежуток

10 воздушные пузырьки

15 элемент для стабилизации потока

S₁ проточный канал (площадь отверстия), через который в мембранный модуль втекает очищаемая вода

S₂ проточный канал (площадь отверстия), через который из мембранного модуля вытекает очищаемая вода

S₃ открытая часть у нижней части мембранного разделительного устройства

S₄ открытая часть у верхней части мембранного разделительного устройства

Изобретение относится к очистке воды с помощью мембранного модуля, мембранного блока, выполненного путем установки мембранных модулей одного на другой. Мембранный модуль содержит корпус и мембранные элементы, расположенные в указанном корпусе, причем площадь пропускного сечения проточного канала корпуса, через который вытекает очищаемая вода, меньше, чем площадь пропускного сечения проточного канала корпуса, через который очищаемая вода втекает, при этом каждый мембранный элемент представляет собой плоскую мембрану, и в корпусе расположен элемент для направления потока воды, предназначенный для уменьшения площади пропускного сечения проточного канала корпуса, через который вытекает очищаемая вода, причем указанный элемент для направления воды расположен таким образом, что его поверхность проходит параллельно поверхности мембраны. Технический результат изобретения заключается в обеспечении меньшей степени засорения поверхности мембраны взвешенным веществом с одновременным уменьшением нагрузки при фильтрации в течение длительного периода времени. 3 н. и 2 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Мембранный модуль, отличающийся тем, что он содержит корпус и мембранные элементы, расположенные в указанном корпусе, причем площадь пропускного сечения проточного канала корпуса, через который вытекает очищаемая вода, меньше, чем площадь пропускного сечения проточного канала корпуса, через который очищаемая вода втекает, при этом каждый мембранный элемент представляет собой плоскую мембрану, и в корпусе расположен элемент для направления потока воды, предназначенный для уменьшения площади пропускного сечения проточного канала корпуса, через который вытекает очищаемая вода, причем указанный элемент для направления воды расположен таким образом, что его поверхность проходит параллельно поверхности мембраны.

2. Мембранный модуль по п.1, отличающийся тем, что у нижней торцевой части мембранного элемента расположен элемент для стабилизации потока, предназначенный для введения очищаемой воды в пространство между мембранными элементами.

3. Мембранный блок, отличающийся тем, что он содержит мембранные модули, каждый из которых содержит корпус, выполненный с открытыми частями, которые открыты соответственно в верхнем и нижнем направлениях, причем мембранные модули установлены один на другой в направлении высоты корпуса, и внутри каждого корпуса расположены мембранные элементы, причем каждый мембранный модуль выполнен так, что площадь пропускного сечения проточного канала корпуса, через который очищаемая вода вытекает, меньше, чем площадь пропускного сечения проточного канала корпуса, через который очищаемая вода втекает, при этом каждый мембранный элемент представляет собой плоскую мембрану, и в корпусе расположен элемент для направления потока воды, предназначенный для уменьшения площади пропускного сечения проточного канала корпуса, через который вытекает очищаемая вода, причем указанный элемент для направления воды расположен таким образом, что его поверхность проходит параллельно поверхности мембраны.

4. Мембранное разделительное устройство, отличающееся тем, что оно содержит мембранные модули, каждый из которых содержит корпус, выполненный с открытыми частями, которые открыты соответственно в верхнем и нижнем направлениях, мембранные элементы, расположенные внутри каждого корпуса, и воздухораспределительное устройство, расположенное под мембранными модулями, причем площадь пропускного сечения проточного канала корпуса, через который очищаемая вода вытекает, меньше, чем площадь пропускного сечения проточного канала корпуса, через который очищаемая вода втекает, при этом каждый мембранный элемент представляет собой плоскую мембрану, и в корпусе расположен элемент для направления потока воды, предназначенный для уменьшения площади пропускного сечения проточного канала корпуса, через который вытекает очищаемая вода, причем указанный элемент для направления воды расположен таким образом, что его поверхность проходит параллельно поверхности мембраны.

5. Мембранное разделительное устройство по п.4, отличающееся тем, что мембранные модули установлены один на другой в направлении высоты корпуса с образованием мембранного блока.