МЕМБРАННЫЙ БЛОК И МЕМБРАННОЕ СЕПАРАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО
MEMBRANE UNIT AND MEMBRANE SEPARATOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Данное изобретение относится к мембранному сепарационному устройству и, в частности, к мембранному блоку и мембранному сепарационному устройству, предназначенным для использования в области, связанной с обработкой воды.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Способы мембранной сепарации до настоящего времени использовались для опреснения морской воды, очистки воды, сепарации газов, гемолиза и т.п., а недавно исследователи продвинулись вперед в применении указанных способов для обработки сточных вод с точки зрения защиты окружающей среды.
[0003] До настоящего времени для сепарации жидкой и твердой фаз обрабатываемой воды с высокой мутностью, например при очистке воды, обработке сточных и канализационных вод, обработке промышленных сточных вод и т.п., использовалась песчаная фильтрация, осаждение под действием силы тяжести и т.п. Однако при сепарации жидкой и твердой фаз с помощью указанных способов возникают проблемы, например получение недостаточного качества полученной обработанной воды или необходимость в наличии очень большой площади для выполнения сепарации жидкой и твердой фаз.
[0004] В последние годы для поиска решения указанных проблем были проведены многочисленные исследования способа выполнения сепарации жидкой и твердой фаз обрабатываемой воды с использованием мембранного модуля, снабженного сепарационной мембраной, например мембраной для прецизионной фильтрации, мембраной для ультрафильтрации и т.п. При указанных способах фильтрацию обрабатываемой воды осуществляют путем использования сепарационной мембраны, и, следовательно, может быть получено высокое качество обрабатываемой воды (см., например, непатентный документ 1).
[0005] В случае выполнения сепарации жидкой и твердой фаз обрабатываемой воды с использованием сепарационной мембраны при продолжительной фильтрации происходит засорение поверхности сепарационной мембраны взвешенным веществом, что приводит к уменьшению скорости фильтрационного потока или увеличению перепада давления на указанной мембране. Для восстановления прежнего состояния, как показано на фиг.8, под мембранным модулем 23 располагают воздухораспределительное устройство 2, обеспечивающее процесс отслоения взвешенного вещества, находящегося на поверхности сепарационной мембраны, вследствие взбалтывания (промывания) обрабатываемой воды у поверхности сепарационной мембраны 5 при распределении воздуха из воздухораспределительного устройства 2 (см., например, патентные документы 1 и 2). В качестве источника подачи промывающего воздуха к указанному устройству 2 используют воздуходувочное устройство и компрессор.
[0006] В мембранном сепарационном устройстве, описанном в патентных документах 1 и 2, для каждой распределительной мембраны 3 выполнено одно воздухораспределительное устройство 2 (распределительный патрубок) для обеспечения равномерного и достаточного воздействия промывающих воздушных пузырьков 6 на всю сепарационную мембрану 5. Кроме того, для повышения эффективности растворения промывающего воздуха в обрабатываемой воде обеспечивают небольшой диаметр воздушных пузырьков.
ЦИТИРУЕМЫЕ ДОКУМЕНТЫ ИЗВЕСТНОГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
[0007] Патентная литература.
Патентный документ 1: Предварительная публикация патента Японии № (Hei) 8-281080.
Патентный документ 2: Предварительная публикация патента Японии №2001-162141.
[0008] Непатентная литература.
Непатентный документ 1: Taichi Kamisaka и 3 других автора, «Kubota Submerged Membrane Unit Applied for Upgrading of Wastewater Treatment and Water Re-use», Kubota technical report, Kubota Corporation, июнь 2005, том 39, стр.42-50.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ
[0009] Однако в случае, когда воздушные пузырьки 6, предназначенные для промывания, имеют больший диаметр, может быть получена более высокая степень очистки. Другими словами, при небольшом диметре воздушных пузырьков может быть получена высокая эффективность растворения, однако эффективность растворения связана компромиссным соотношением с эффективностью очистки, и, таким образом, для повышения эффективности очистки должен быть увеличен объем промывающего воздуха. Следовательно, для продувания воздуха с его прохождением ко всему устройству требуется большое количество энергии. Кроме того, при большем диаметре воздушных пузырьков 6 снижается эффективность растворения. Соответственно, для получения такой же степени растворения необходимо увеличить объем подачи воздуха из источника, предназначенного для подачи промывающего воздуха к воздухораспределительному устройству 2.
[0010] С точки зрения экономии энергии необходимо снизить объем подаваемого воздуха, при этом количество воздушных пузырьков 6, высвобождаемых из воздухораспределительного устройства 2, неизбежно уменьшается в случае создания пузырьков 6 с большими диаметрами. При уменьшении количества пузырьков 6 становится сложным получить равномерное и достаточное воздействие промывающих воздушных пузырьков 6 на все мембранные элементы.
СРЕДСТВА РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ
[0011] В свете вышеизложенного целью данного изобретения является создание мембранного сепарационного блока и мембранного сепарационного устройства, которые способствуют улучшению очищающего воздействия на мембранный элемент при промывании.
[0012] Более конкретно, мембранный блок в соответствии с данным изобретением отличается тем, что он содержит мембранный элемент, погруженный в обрабатываемую жидкость, находящуюся в ванне для обработки, воздухораспределительное средство, расположенное под мембранным элементом, и средство для собирания воздушных пузырьков, предназначенное для собирания воздушных пузырьков, распределяемых из воздухораспределительного средства, и расположенное между мембранным элементом и воздухораспределительным средством.
[0013] Кроме того, в вышеописанном мембранном блоке средство для собирания воздушных пузырьков содержит набор средств для собирания воздушных пузырьков, расположенных в многоступенчатой конфигурации.
[0014] Кроме того, в вышеописанном мембранном блоке размер средств для собирания воздушных пузырьков, расположенных в многоступенчатой конфигурации, уменьшается по мере их удаления от воздухораспределительного средства.
[0015] Кроме того, мембранное распределительное устройство, предназначенное для решения вышерассмотренных проблем, отличается тем, что оно содержит ванну для обработки, мембранный элемент, погруженный в обрабатываемую жидкость, находящуюся в указанной ванне, средство подачи кислорода, предназначенное для подачи кислорода в обрабатываемую жидкость, воздухораспределительное средство, расположенное под мембранным элементом, и средство для собирания воздушных пузырьков, предназначенное для собирания воздушных пузырьков, распределяемых из воздухораспределительного средства, и расположенное между мембранным элементом и воздухораспределительным средством.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0016] Фиг.1 изображает схематический разрез, показывающий пример мембранного сепарационного устройства в соответствии с вариантом 1 выполнения данного изобретения,
фиг.2 изображает вид, показывающий пример воздухораспределительного устройства в соответствии с вариантом 1 выполнения данного изобретения,
фиг.3 изображает схематический вид, показывающий примеры пластин для задерживания воздушных пузырьков в соответствии с вариантом 1 выполнения данного изобретения,
фиг.4 изображает вид в аксонометрии примера мембранного модуля в соответствии с вариантом 1 выполнения данного изобретения,
фиг.5 изображает частичный разрез в аксонометрии, показывающий пример мембранного сепарационного устройства в соответствии с вариантом 2 выполнения данного изобретения,
фиг.6 изображает схематический вид, показывающий пример мембранного сепарационного устройства в соответствии с вариантом 2 выполнения данного изобретения,
фиг.7 изображает схематический вид, показывающий измененный пример мембранного сепарационного устройства в соответствии с вариантом 2 выполнения данного изобретения, и
фиг.8 изображает схематический разрез, показывающий пример мембранного сепарационного устройства в соответствии с обычным способом выполнения.
ВАРИАНТ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0017] Ниже приведено подробное описание мембранного блока и мембранного сепарационного устройства в соответствии с вариантами выполнения данного изобретения со ссылкой на фиг.1-7.
[0018] Данное изобретение относится к промыванию сепарационных мембран, входящих в состав мембранного блока (мембранного сепарационного блока). Под промыванием понимается процесс удаления вещества, приставшего к поверхности сепарационной мембраны, путем взбалтывания обрабатываемой воды у указанной поверхности с помощью проточной воды, содержащей восходящие воздушные пузырьки.
[0019] В отношении воздушных пузырьков, используемых для промывания, известно, что воздушные пузырьки большего диаметра обеспечивают более сильное очищающее воздействие на сепарационную мембрану. Соответственно, предложенные мембранный блок и мембранное сепарационное устройство выполнены с пластиной для задерживания воздушных пузырьков (или средством для собирания воздушных пузырьков), предназначенной для обеспечения подачи к сепарационным мембранам воздушных пузырьков с большими диаметрами.
[0020] При рассмотрении варианта выполнения в качестве примера приведено мембранное сепарационное устройство установки, в которой применяется процесс мембранной сепарации активным илом (мембранный биореактор: МБР) и которая входит в состав оборудования для обработки сточной и отработанной воды, однако предложенные мембранный сепарационный блок и мембранное сепарационное устройство не ограничены этим вариантом выполнения. Другими словами, указанные блок и устройство могут применяться для очистки сепарационных мембран в устройствах, которые обеспечивают фильтрацию различных обрабатываемых жидкостей (указанная обрабатываемая жидкость не ограничена водой и, соответственно, может представлять собой органический растворитель и т.п.).
[0021] Как показано на фиг.1, мембранный сепарационный блок 1 в соответствии с вариантом 1 выполнения данного изобретения содержит воздухораспределительное устройство 2, пластину 3 для задерживания воздушных пузырьков (средство для собирания воздушных пузырьков) и мембранный модуль 4.
[0022] Воздухораспределительное устройство 2 расположено под мембранным модулем 4 и создает воздушные пузырьки 6 для очистки (промывания) сепарационных мембран 5, расположенных в модуле 4. Как показано на фиг.2, примером воздухораспределительного устройства 2 является цилиндрический элемент 7, выполненный из металла или пластмассы и имеющий отверстия, диаметр которых составляет приблизительно 1-10 мм. К концу цилиндрического элемента 7 присоединена впускная труба 9 для воздуха, через которую в указанный элемент 7 проходит подаваемый от воздуходувочного устройства или компрессора (не показан) промывочный воздух, при этом поступающий в элемент 7 промывочный воздух испускается из отверстий 8 с созданием при этом воздушных пузырьков 6.
[0023] Пластина 3 расположена между воздухораспределительным устройством 2 и мембранным модулем 4 и выполнена с обеспечением возможности временного задерживания воздушных пузырьков, создаваемых устройством 2. Небольшие воздушные пузырьки 6 собираются пластиной 3 и объединяются друг с другом, в результате чего обеспечивается возможность направления к мембранному модулю 4 воздушных пузырьков 6 больших диаметров.
[0024] Форма пластины 3 может быть формой, которая может создавать воздушные пузырьки 6 с большими диаметрами при обеспечении возможности объединения друг с другом воздушных пузырьков, создаваемых устройством 2. Соответственно, пластина 3 может иметь форму полуцилиндра, полупризмы и т.п., как показано на видах (a)-(f), приведенных на фиг.3, отличную от формы плоской пластины, показанной в качестве примера на фиг.1, причем для соответствующего применения может быть выбрана одна из этих форм либо может применяться комбинация нескольких из этих форм. Кроме того, на материал пластины 3 не накладывается особых ограничений, то есть она может быть выполнена из металла, пластмассы, керамики и т.п. Следует отметить, что возможно выполнение набора пластин 3 для задерживания воздушных пузырьков. Кроме того, пластина 3 может быть расположена параллельно или перпендикулярно поверхности сепарационной мембраны 5.
[0025] Например, как показано на фиг.4, мембранный модуль 4 содержит набор плоских сепарационных мембран 5, опорные секции 10, предназначенные для поддержания боковых торцевых частей каждой мембраны 5, и направляющие 11, каждая из которых соединяет противоположные боковые части опорных секций 10 с обеспечением перекрытия пространства между указанными частями. Другими словами, опорные секции 10 и направляющие 11 образуют коробчатый корпус с открытыми секциями, расположенными соответственно у верхней и нижней сторон.
[0026] В этом случае, если направляющая 11 выполнена так, что площадь поперечного сечения верхнего открытого конца меньше, чем площадь поперечного сечения нижнего открытого конца, то улучшается фильтрационное действие мембраны 5. Другими словами, когда мембранные модули 4 уложены один на другой, между верхним открытым концом мембранного модуля 4 и нижним концом мембранного модуля (не показан), уложенного на предыдущий модуль 4, образован зазор 17, при этом обрабатываемая вода, выходящая вокруг наружной периферической части модуля 4, проходит через указанный зазор 17 в модуль 4 с предотвращением, таким образом, повышения концентрации обрабатываемой воды, проходящей через внутреннюю часть модуля 4.
[0027] Опорная секция 10 выполнена с водосборной секцией (не показана), которая сообщается с водосборными каналами 5b, выполненными в сепарационной мембране 5, как изложено ниже. Водосборная секция может быть выполнена для одной или обеих противоположных торцевых секций мембран 5. Водосборная секция сообщается с всасывающим фильтрационным отверстием 12, выполненным в опорной секции 12. Кроме того, хотя это не показано на чертежах, к указанному отверстию 12 присоединен трубопровод насоса, предназначенного для всасывания профильтрованной жидкости.
[0028] Сепарационные мембраны 5 расположены в мембранном модуле 4 таким образом, что поверхность 5а мембраны 5 параллельна направлению, в котором обрабатываемая вода проходит через модуль 4.
[0029] Фиг.5 изображает разрез мембранного модуля 4. В качестве примера сепарационных мембран 5, выполненных в мембранном модуле 4, показана керамическая плоская мембрана пластинчатого типа, имеющая ширину 100-200 мм, длину 200-1000 мм и толщину 5-20 мм. Как правило, керамическая плоская мембрана является предпочтительной, поскольку она может быть изготовлена путем экструзионного формования. В случае экструзионного формования может быть выбран подходящий размер керамической плоской пластины с учетом средств производства, таких как металлическая пресс-форма и т.п., а также деформации и т.п., возникающей после экструзии керамической плоской мембраны.
[0030] Сепарационная мембрана 5 не ограничена данным вариантом выполнения, и в МБР может использоваться известная сепарационная мембрана, например органическая половолоконная мембрана, органическая плоская мембрана, неорганическая плоская мембрана, неорганическая однотрубная мембрана и т.п. К примерам материала, используемого для мембраны 5, относятся целлюлоза, полиолефин, полисульфон, ПВДФ (поливинилиденфторид), ПТФЭ (политетрафторэтилен), керамика и т.п.
[0031] Кроме того, размер пор сепарационной мембраны 5 также не ограничен и, следовательно, может быть выбран в соответствии с конкретными диаметрами частиц веществ, которые являются объектами сепарации жидкой и твердой фаз. Например, размер пор может быть не больше 0,5 мкм, если сепарационная мембрана используется для сепарации жидкой и твердой фаз активированного ила. Кроме того, размер пор может быть не больше 0,1 мкм в случае, если необходимо обеспечить удаление бактерий, например, при фильтрации очищенной воды. Другими словами, размер пор может представлять собой размер пор (0,001-0,1 мкм), которые обычно выполняют в мембране для ультрафильтрации, или размер пор (0,1-1 мкм), которые обычно выполняют в мембране для прецизионной фильтрации.
[0032] Как показано на фиг.5 в качестве примера сепарационной мембраны 5, указанная мембрана 5 в ее торцевой секции выполнена с набором водосборных каналов 5b.
[0033] Тип и способ расположения мембраны 5 выбирают с полным учетом уплотняемости мембранного модуля 4, снижения потери давления при выведении профильтрованной жидкости, простоты обработки во время размещения мембранного модуля 4 и т.п.
[0034] В мембранном модуле 4, имеющем вышеуказанную конструкцию, твердые и подобные им вещества захватываются поверхностью 5a сепарационной мембраны 5 у указанной поверхности 5a, и, таким образом, водное содержимое отделяется от твердых и подобных им веществ. Профильтрованная вода, из которой удалены твердые и подобные им вещества, доходит до водосборных каналов 5b и затем выводится из биореактора (из мембранного сепарационного устройства 1) через водосборные секции, соединенные с водосборными каналами 5b и фильтрационным всасывающим отверстием 12.
[0035] Количество мембран 5, выполненных в мембранном модуле 4, может быть выбрано с учетом работоспособности и эксплуатационной технологичности и может составлять, например, около 10-30 штук.
[0036] Как показано на фиг.5, для проведения обрабатываемой воды около всех мембран 5 по существу в одинаковых условиях (концентрация и расход обрабатываемой воды) направляющие 11 расположены напротив друг друга. В этом случае возможно выполнение направляющих 11, имеющих одинаковую высоту с мембранным модулем 4, установленных напротив друг друга и, соответственно, расположенных у левой и правой сторон групп мембранных элементов, как показано на фиг.1, однако также возможно выполнение набора направляющих 11, каждая из которых выполнена путем разделения в направлении высоты мембранного модуля 4 и которые расположены в направлении высоты указанного мембранного модуля.
[0037] Направляющая 11 в проточном канале мембранного модуля 4 может быть выполнена таким образом, что проточный канал сужается в части, содержащей сепарационные мембраны 5. Вследствие сужения указанного проточного канала скорость обрабатываемой воды, проходящей через направляющую 11 и сепарационные модули 5, возрастает с повышением, таким образом, эффективности очищения. Кроме того, благодаря сужению проточного канала поток газожидкостной смеси, содержащий воздушные пузырьки, может сходиться с обеспечением тем самым возможности эффективного воздействия указанных пузырьков на поверхность 5а мембраны 5.
[0038] Кроме того, как показано на фиг.1, мембранное сепарационное устройство 14 в соответствии с вариантом 1 выполнения данного изобретения содержит биореакторную ванну 15, мембранный сепарационный блок 1 и газораспределительное устройство 16 для подачи кислорода.
[0039] Мембранный сепарационный блок 1 образован путем укладывания мембранных модулей 4 друг на друга в направлении глубины обрабатываемой воды и расположен с погружением в жидкую фазу в ванне МБР. Вследствие укладывания модулей 4 одного на другой на сепарационные мембраны 5 может воздействовать большее количество воздушных пузырьков 6, создаваемых воздухораспределительным устройством 2. Другими словами, при увеличении количества уложенных модулей 4 увеличивается промывающее воздействие объема воздуха, распределяемого устройством 2.
[0040] Кроме того, площадь поперечного сечения открытой секции мембранного модуля 4 имеет меньшее значение в верхней открытой секции и большее значение в нижней открытой секции. В результате, если блок 1 образован путем сложения мембранных модулей 4 в вертикальном направлении при помощи направляющих 11, то воздушные пузырьки 6, создаваемые устройством 2, не распределяются за пределы блока 1, благодаря чему обеспечивается возможность эффективного воздействия указанных пузырьков 6 на сепарационные мембраны 5.
[0041] Газораспределительное устройство 16 выполнено в биореакторной ванне 15 и обеспечивает подачу кислорода, необходимого для осуществления биореакции.
[0042] Обычно глубина воды в ванне 15 составляет приблизительно 4 м. Соответственно, количество сложенных мембранных модулей 4 выбирают с учетом веса и наружной формы, исходя из глубины воды и эксплуатационной технологичности ванны 15. Например, количество модулей 4 выбирают так, что высота блока 1 составляет от приблизительно 2 м до приблизительно 3 м.
[0043] Поток обрабатываемой воды в данном мембранном сепарационном блоке направляется от открытой секции у нижней стороны к открытой секции у верхней стороны указанного блока 1. Проточный канал блока 1 просто изолируют от находящейся снаружи обрабатываемой воды и фильтруют обрабатываемую воду с помощью сепарационных мембран 5. Соответственно, концентрация активированного ила в обрабатываемой воде, проходящей в блок 1, увеличивается с повышением местоположения в блоке 1. В мембранном сепарационном блоке 1 обрабатываемая вода всасывается в указанный блок 1 через зазор 17 каждого мембранного модуля 4, и, таким образом, возможно препятствие значительному увеличению концентрации активированного ила в блоке 1. В результате уменьшается нагрузка на фильтрацию с обеспечением тем самым препятствия засорению мембраны и снижения энергопотребления. Следует отметить, что всасывающее усилие, обеспечивающее всасывание обрабатываемой воды в мембранный сепарационный блок 1, создается вследствие подъема воздушных пузырьков 10, так что отсутствует особая необходимость в выполнении источника питания для осуществления всасывания обрабатываемой воды.
[0044] Ниже приведено подробное описание работы мембранного сепарационного устройства 14 в соответствии с вариантом выполнения данного изобретения со ссылкой на устройство 14, используемое для МБР, показанного на фиг.1. В МБР воздухораспределительное устройство 2 расположено под сепарационными мембранами 5 с обеспечением предотвращения засорения указанных мембран 5 вследствие налипания и накопления на сепарационной мембране 4 и внутри нее мелких посторонних веществ, внеклеточных полимеров, созданных микроорганизмами, и т.п. Распределение воздуха из устройства 2 может осуществляться непрерывно по меньшей мере в процессе выполнения фильтрации. В качестве способа работы мембранного сепарационного устройства 14 используется процесс фильтрации с погружением и всасыванием или процесс гравитационной фильтрации под действием перепада гидростатического давления.
[0045] В случае осуществления фильтрации воздух распределяется из воздухораспределительного устройства 2 и газораспределительного устройства 16 для подачи кислорода. При распределении воздуха из устройства 2 восхождение воздушных пузырьков 6 в жидкости вызывает воздействие скорости потока, турбулентного потока и сдвигающего усилия на поверхностный слой сепарационной мембраны 5 с обеспечением, таким образом, возможности очистки указанной мембраны 5. Другими словами, поток газожидкостной смеси, образованный воздушными пузырьками 10, выпускаемыми из устройства 2, поднимается и входит в контакт с мембраной 5. С помощью данного потока газожидкостной смеси выполняется промывание на каждой мембране 5. Кроме того, с помощью газораспределительного устройства 16 для подачи кислорода выполняется растворение кислорода в обрабатываемой воде.
[0046] Помимо этого вследствие фильтрующего действия мембраны 5 происходит сепарация обрабатываемой воды на твердое содержимое и воду. Как показано на фиг.4 и 5, водосборный канал 5b мембраны 5 соединен с всасывающим отверстием 12 через водосборную секцию (не показана), а всасывающий насос (не показан) соединен через трубопровод с другим концом указанного отверстия 12. Соответственно, вода, профильтрованная через сепарационную мембрану 5, всасывается с помощью всасывающего насоса и выводится наружу мембранного сепарационного устройства 14.
[0047] Диаметр воздушных пузырьков, подаваемых для очищения сепарационных мембран 5, предпочтительно превышает расстояние между указанными мембранами 5 с обеспечением, таким образом, высокой степени очищающего воздействия. Например, в случае когда мембраны 5 расположены с интервалом 8,5 мм, очищающее воздействие может быть улучшено, если на мембраны 5 действуют воздушные пузырьки 6, в которые входят пузырьки 6 с диаметром 10 мм или более. В этом отношении пластины 3 для задерживания воздушных пузырьков, входящие в состав мембранного сепарационного устройства 14 согласно данному варианту выполнения, обеспечивают возможность задерживания и собирания друг с другом воздушных пузырьков 6 из устройства 2 с образованием при этом пузырьков 6 больших диаметров, которые затем подаются для очищения сепарационных мембран 5.
[0048] Экспериментально установлено, что надежное и устойчивое распределение воздуха может быть достигнуто, если скорость потока воздуха, испускаемого через каждое отверстие 8 в воздухораспределительном устройстве 2, показанном на фиг.2, составляет 10 м/с или более применительно к оттеснению воды (жидкости в смеси) в цилиндрическом элементе 7 или другому подобному действию. Кроме того, скорость подаваемого потока промывочного воздуха, необходимого для очистки мембран 5, выбирается в соответствии со скоростью фильтрационного потока в мембранном блоке 1 так, что указанная скорость подаваемого потока необходимого промывочного воздуха увеличивается с увеличением скорости фильтрационного потока.
3
[0049] Например, в мембранном сепарационном устройстве 14, показанном на фиг.1, при заданном расходе фильтрационного потока, составляющем 15 м/день, скорость подаваемого потока промывочного воздуха в 6 раз превышает указанную скорость фильтрационного потока, а при скорости потока воздуха, испускаемого из каждого отверстия 8, составляющей 15 м/с, количество отверстий 8 равно 10, если диаметр φ каждого отверстия 8 составляет 3 мм. Кроме того, количество отверстий 8 становится равно 3, если диаметр φ каждого отверстия 8 составляет 5 мм. Другими словами, для улучшения очищающего воздействия на сепарационные мембраны 5 необходимо создание более крупных воздушных пузырьков 6, однако если отверстия 8 выполнены большими с обеспечением создания более крупных воздушных пузырьков 6, то количество отверстий 8 должно быть небольшим для получения устойчивого распределения воздуха. При небольшом количестве отверстий 8 становится сложным обеспечение по существу равномерного воздействия воздушных пузырьков 6 на все сепарационные мембраны 5. Соответственно, в обычном мембранном сепарационном устройстве скорость подаваемого потока промывающего воздуха должна быть в 10-20 раз больше скорости фильтрационного потока.
[0050] В мембранном сепарационном устройстве 14 в соответствии с данным вариантом выполнения между воздухораспределительным устройством 2 и мембранным модулем 4 расположена пластина 3, на которой воздушные пузырьки 6, создаваемые устройством 2, собираются друг с другом с обеспечением возможности воздействия на сепарационные мембраны 5 пузырьков 6 с большими диаметрами. Соответственно, может быть улучшено очищающее воздействие на мембраны 5. Более того, пузырьки 6 могут быть усреднены во временном и пространственном отношении с помощью пластины 3 и, следовательно, могут равномерно и в достаточной степени воздействовать на все мембраны 5. Соответственно, достаточное очищающее воздействие может быть достигнуто даже несмотря на то, что промывание осуществляется при скорости подаваемого потока промывающего воздуха, которая приблизительно в 6 раз превышает скорость фильтрационного потока.
[0051] Кроме того, очищающее воздействие повышается при большом диаметре воздушных пузырьков 6, используемых для распределения воздуха, а эффективность растворения повышается при малом диаметре воздушных пузырьков 6, используемых для растворения газа в обрабатываемой воде. Соответственно, воздухораспределительное устройство 2 для промывания и газораспределительное устройство 16 для проведения биореакции выполнены с обеспечением их расположения отдельно друг от друга, вследствие чего возможно уменьшение энергии, потребляемой воздуходувочным устройством или компрессором, применяемым для устройства 2 и т.п.
[0052] Ниже со ссылкой на фиг.6 и 7 приведено подробное описание мембранного блока 18 и мембранного сепарационного устройства 19 в соответствии с вариантом 2 выполнения данного изобретения.
[0053] Данное изобретение в соответствии с вариантом 2 выполнения относится к способу расположения пластины 3 для захватывания воздушных пузырьков, используемой с мембранным блоком 18 и мембранным сепарационным устройством 19. Таким образом, соответствующие составные элементы, образующие мембранный блок 18 и мембранное сепарационное устройство 19, аналогичны элементам в мембранном блоке 1 и мембранном сепарационном блоке 14 в соответствии с вариантом 1. Поэтому аналогичные элементы обозначены теми же номерами позиций, что и в варианте 1 выполнения, и их подробное описание не приводится. Кроме того, работа мембранного сепарационного устройства 19 также аналогична описанной работе мембранного сепарационного устройства 14 варианта 1.
[0054] Как показано на фиг.6, мембранный сепарационный блок 18 в соответствии с вариантом 2 выполнения данного изобретения содержит воздухораспределительное устройство 2, пластины 3 для задерживания воздушных пузырьков (средство для собирания воздушных пузырьков) и мембранный модуль 4.
[0055] В мембранном сепарационном блоке 18 в соответствии с вариантом 2 пластины 3 расположены в многоступенчатой конфигурации. Благодаря многоступенчатому расположению пластин 3 пузырьки 6 могут быть рассеяны в пространстве в дополнение к обеспечению воздействий блока 1 и устройства 14. Кроме того, как показано на фиг.7, путем регулирования ширины пластины 3, расположенной в многоступенчатой конфигурации (например, путем уменьшения ширины пластин 3 по мере удаления от воздухораспределительного устройства 2), может быть достигнуто регулирование, при котором воздушные пузырьки 6 могут воздействовать на все сепарационные мембраны 5. Более того, в случае когда для каждого мембранного блока используется одно устройство 2, пузырьки 6 также могут воздействовать на все мембраны 5 с предотвращением, таким образом, возникновения явления, при котором объемы воздуха, испускаемые из набора отдельных устройств, становятся неравномерными при выполнении устройства 2 расходящимся на указанные отдельные устройства.
[0056] Как изложено выше, в предложенных мембранном блоке и мембранном сепарационном устройстве может быть обеспечена возможность воздействия на мембранные элементы воздушных пузырьков больших диаметров, и, таким образом, может быть получена высокая степень очистки даже при малом объеме воздуха, выпускаемого из воздухораспределительного устройства. Кроме того, благодаря выполнению пластин для задерживания воздушных пузырьков расположенными в многоступенчатой конфигурации может быть обеспечена возможность равномерного воздействия воздушных пузырьков, подаваемых к каждому мембранному элементу, во временном и пространственном отношении. С помощью средств для задерживания воздушных пузырьков пузырьки могут равномерно распределяться в пространстве, и, следовательно, может быть уменьшено количество воздухораспределительных устройств (или отдельных устройств, отходящих от воздухораспределительного устройства) с предотвращением тем самым неравномерного распределения пузырьков вследствие засорения воздухораспределительного устройства.
[0057] Другими словами, может быть достигнуто снижение энергии, необходимой для работы мембранного сепарационного устройства, и увеличение интервала между циклами технического обслуживания мембранного сепарационного устройства.
РАСШИФРОВКА НОМЕРОВ ПОЗИЦИЙ
[0058] 1 - мембранный сепарационный блок (мембранный блок)
2 - воздухораспределительное устройство (воздухораспределительное средство)
3 - пластина для задерживания воздушных пузырьков (средство для собирания воздушных пузырьков)
4 - мембранный модуль
5 - сепарационная мембрана (мембранный элемент)
5a - поверхность мембраны
5b - водосборный канал
6 - воздушные пузырьки
10 - опорная секция
11 - направляющая
12 - всасывающее фильтрационное отверстие
17 - зазор
14 - мембранное сепарационное устройство
15 - биореакторная ванна (ванна для обработки)
16 - газораспределительное устройство для подачи кислорода (средство подачи кислорода)