[发明专利]具有内部再循环的过滤装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于微过滤、超过滤或纳米过滤的装置和方法，包括一个或多个由平行地且彼此间隔开地设置的扁平过滤元件构成的扁平过滤模块以及包括气体推顶系统的气体喷射器，所述气体推顶系统用于产生循环的、与扁平过滤元件表面相切地定向的贯流式流动。

背景技术

在许多工业应用和公共应用中，例如在废水净化和海水脱盐中，数十年来采用膜片支持的过滤方法、尤其是贯流式过滤。在此，面状构造的多孔性的膜片被待净化的液体（以下称为进料）在与膜片表面相切的方向上流过。膜片的细孔尺寸根据应用情况处在大约10纳米至若干微米的范围内。被进料流过的空间通常称为进流区，该空间通过膜片与渗透物室隔开。在进流区与渗透物室之间施加大约0.1巴直至100巴的压差，该压差引起从进料区向渗透物室的材料输送，渗透物或者说滤液到达渗透物室中。用于废水处理的膜生物反应器（MBR）优选用0.02～0.4巴的压差工作。

膜片通常构成为双层的复合体，其包括一个载体无纺布和一个多孔性的膜片层。优选多孔性的膜片层由聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚酰胺、聚醚酰亚胺、醋酸纤维素、再生纤维素、聚烯烃或氟聚合物。例如通过给无纺布或织物涂布聚合物溶液并且聚合物在随后的相转化步骤中析出，产生多孔性的膜片层。取而代之，以合适的方式拉伸聚合物膜，在聚合物膜中产生细孔。此时为了机械稳定，拉伸的聚合物膜贴合到载体无纺布上。按照这些方法制造的过滤膜片在商业上可得到，例如名称为膜片（威斯巴登市的公司MICRODYN-NADIR GmbH）或片式膜片（美国纽约州夏洛特市的公司Celgard Inc.）。

包含在进料中的对于通过膜片系统来说直径过大的组成部分被阻止在膜片表面上并且部分保持粘附。在贯流式过滤时，膜片表面持久地被进料流过，以便将被阻止的组成部分（滞留物）从膜片表面运走。按这种方式能够以恒定的渗透物流连续地进行过滤操作。贯流式操作方式在典型的结构形式中由具有用于进料、滞留物和渗透物的三个接头的膜片模块实现。膜片模块配备一个封闭的或者一个单侧或多侧敞开的壳体或者框架，在该壳体或框架中安装扁平过滤元件或在少数情况下安装卷绕式过滤器。根据结构形式，膜片模块除了在过滤元件之间的通道或者在卷绕式过滤器的绕圈之间的通道之外必要时还具有设置在壳体的壁上的用于进料、滞留物和渗透物的接头。

在扁平过滤元件中，渗透物室通过两个单独的膜片或通过一个一体的膜片的两个部分面限定。在两个膜片或部分面之间设置多孔性的渗透物间隔件，渗透物间隔件一方面作为敏感的膜片的支承结构，膜片两侧的直至100巴的压差作用在膜片上；另一方面提供通道，渗透物通过这些通道沿着膜片/分块的内侧流走。在具有多个扁平过滤元件的膜片模块中，渗透物室由所有扁平过滤元件的渗透物室的总体组成。

在扁平过滤模块中，许多平坦的扁平过滤元件彼此平行地成叠地设置。在每两个相邻的扁平过滤元件之间设置间隔件，所述间隔件保持通道畅通，进料和滞留物可以通过通道流入和流走。间隔件例如包括由聚合物材料制成的垫片，这些垫片设置在每两个相邻的扁平过滤元件的边缘区域或棱边、尤其是角部之间。取而代之，可以使用配备等距的槽的框架或壳体，所述槽用于接纳扁平过滤元件的边缘。

具有扁平过滤模块的过滤装置的重要使用领域是用于废水处理的膜生物反应器（MBR）。在MBR方法中，废水在多个步骤中经过物理、化学和生物处理，直到废水到达膜片。通过机械－物理的预处理，废水被排除颗粒、纤维和粗大物质。在粗过滤时通过耙子和筛子去除可能造成膜片损伤的大颗粒。在MBR方法中，通常使用0.05～3mm大小范围内的细筛用于预过滤。另外，废水通过除沙槽和除脂槽被除去重颗粒（例如沙子）以及油和脂。

在另一方法步骤中生物和化学处理废水。在活性池中有带微生物的泥浆（生物物质），这些微生物用酶转化和消除高分子的有机的有害物质。在用酶转化之后剩余的材料被微生物用于形成细胞或者在消耗氧气的情况下产生能量。引起的氧气消耗能通过充足的氧气输入被满足，所以活性池设有加气装置。该方法功能的前提条件是在系统中保留生物物质。因此，生物物质通过膜片过滤与已净化的废水隔开并且引回到活性池中。增长的活性泥浆作为过量泥浆被除去。在生物物质与水分离之前，进行其它化学处理。在此，与过滤级相结合，通常使用不同的沉淀剂和凝结剂例如氯化铁或者用于去除胶态的和部分溶解的液体内含物质的聚合物。