[发明专利]含具有自由端的浸没式中空纤维膜单元组件的盒式中空纤维膜组件和含能够间歇/连续曝气的空气扩散器装置的浸没式水处理装置及其曝气方法

说明书

技术领域

本发明涉及含具有自由端的浸没式中空纤维膜单元组件的盒式中空纤维膜组件，能够间歇/连续曝气的空气扩散器装置，和使用其的水处理方法，且更特别地，涉及一种浸没式中空纤维膜单元组件，其具有在水中直立安装的自由端且包含顶部封闭底部开放并在底部与歧管连接以收集经处理的水的中空纤维膜，和一种盒式中空纤维组件，其包含以预定间隔接收的浸没式中空纤维膜单元组件和连接在其上的集水箱(water collecting header)以收集通过处理废水得到的经处理的水；一种空气扩散器装置，该空气扩散器装置通过使用与空气积聚管(an air accumulation pipe)连接的扩散器实施间歇曝气以减少已知为传统膜过滤系统弊端的过量的清洁空气，并基于原水中的变化和膜分离罐中的固体浓度控制间歇曝气周期和间歇曝气/连续曝气操作；和将所述空气扩散器装置应用至具有自由端的盒式中空纤维膜组件的方法，以实现有效的废水处理、用于防止所述中空纤维膜污染的有效清洁和通过降低清洁空气的量改进能源效率。

本发明要求2013年12月23号在韩国提交的韩国专利申请号10-2013-0161421的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

背景技术

为了在水过滤设备中快速并容易地安装中空纤维膜，通常以组件的形式提供所述中空纤维膜。所述中空纤维膜组件包含多股中空纤维膜或多束中空纤维膜和多种形状的歧管，且所述歧管用于支撑和固定所述多股中空纤维膜或多束中空纤维膜，并用于收集渗透所述中空纤维膜的孔的经处理的水。

日本专利公开号7-155564、日本专利公开号7-178321和韩国专利公开号10-2000-0050208中公开了所述中空纤维膜组件的实例，且US6,325,928中公开了可从用于中空纤维膜组件的框架中轻易拆卸的盒式中空纤维膜组件的实例，正如在先前发展过程中已知的，在涉及所述中空纤维膜组件中我们应该注意的关键目标是完整性(integrity)、易于安装和拆卸和易于清洁。

术语“完整性”指在相同体积的安装空间内提供最大化的中空纤维膜的表面积，术语“易于安装和拆卸”指需要最小化的繁琐的手工作业以在/从用于所述中空纤维膜组件的框架中安装/拆卸所述中空纤维膜组件，且术语“易于清洁”指简单地去除在水过滤设备运作期间发生的阻塞在所述中空纤维膜组件的膜之间的材料的方法。

随着中空纤维膜组件的发展，在完整性、易于安装和拆卸和易于清洁方面有了相当大的改善，但仍有改善的空间。特别地，在易于清洁方面，需要更多的改进，且在涉及将中空纤维膜组件浸入具有高浓度漂浮物的废水中的情况下，存在称为膜间阻塞的现象，在该现象中，漂浮物在所述中空纤维膜表面和中空纤维膜间累积，导致用于水渗透的中空纤维膜的有效面积下降。在发生膜间阻塞的情况下，水渗透速率显著降低且所述中空纤维膜组件的寿命缩短，为减轻所述膜间阻塞现象，通常在水过滤设备运作的过程中通过空气曝气、形成湍流和形成超声波或来自所述中空纤维膜组件底部震动摇动所述中空纤维膜而连续移除累积在所述中空纤维膜表面上和所述中空纤维膜之间的漂浮物。然而，即使是该解决方案，在长期运作后，膜间阻塞仍超出允许的水平。

让我们看一下传统的一般性的浸没式中空纤维膜组件。中空纤维膜两端固定。虽然通过空气扩散器装置形成空气曝气或湍流，仍存在对中空纤维膜运动的限制。尽管经处理的水的交叉流动或通过供应空气的清洁过程，仍难以移除累积在所述中空纤维膜表面的污染物，且由于所述空气扩散器装置安装在所述组件的下面，清洁空气不直接转移至所述中空纤维膜组件，因此空气损失较大且额外需要高速率的空气曝气，导致高的运作成本。

与具有固定在两端的中空纤维的膜组件不同，一端固定且另一端不固定的具有自由端的浸没式中空纤维膜在Mitsubishi Rayon的日本专利号JP3130997和Toray的日本专利公开号11-128692中被代表性地公开，且在含仅固定在一端的中空纤维膜的组件中通常发现的问题是所述中空纤维膜的缠结，所述缠结是由于在运作过程中由组件中中空纤维膜的倒塌或不同量的空气产生的经处理的水的流体流动中的异常流动，且当由异常流动产生的机械应力在缠结的部分集中时，所述中空纤维膜可被切断。