CN119301078A - 膜生物反应器模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种膜生物反应器模块，该膜生物反应器模块包括底座部件和上部组件，纤维膜阵列在底座组件与上部组件之间延伸，该模块进一步包括在底座组件与上部组件之间延伸的四个拐角支撑件或柱，这些拐角支撑件或柱中的至少一个限定从底座组件到上部组件的内部流体通路，以便有助于从底座组件去除渗透物。

Description

膜生物反应器模块

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C.§365(c)要求于2022年5月12日提交的美国临时申请号63/341,241的优先权，该美国临时申请的全部内容并入本文。

技术领域

本发明涉及一种膜生物反应器模块、具体地一种以下模块：该模块限定新颖的流体滤液通路以及将该模块的上端和下端密封到该模块的本体的方式。

背景技术

本说明书中引用了若干项专利、专利申请和出版物以便更全面地描述本发明所涉及的技术发展水平。这些专利、专利申请和出版物中的每一者的全部公开内容均通过引用并入本文。

使用膜生物反应器(MBR)来实现废水等的过滤是众所周知的。例如，参见Judd,Simon和Judd,Claire主编的The MBR Book[MBR指南]，爱思唯尔科学出版公司(ElsevierScience)(2006)；以及水环境联合会的Membrane Systems for Wastewater Treatment[用 于废水处理的膜系统]，麦格劳希尔专业出版公司(McGraw Hill Professional)(2005)。这种MBR系统通常由多个纤维模块构成，这些纤维模块中的每一个都包括捕获在底座与上部组件之间的大的中空纤维膜阵列，经由这些纤维模块，可以将要处理的流出物抽吸穿过纤维以实现过滤。这些模块的机架浸入主处理池中，因此暴露于要处理的废水或其他流出物。

微纤维通常被灌封到底座和上部组件中，其中每个微纤维的上端和/或下端与限定在相应组件内的密封内部空间连通。以这种方式，流体可以在正压差或负压差下被驱动，例如经由泵等从主处理池穿过纤维的侧壁，沿着纤维的长度进入底座和/或上部组件中以便继续处理或提取。这通常被称为“由外向内”流动方向，其中固体污染物沉积在纤维膜的外表面上，这些污染物随后可以以多种不同的方式进行处理。这种MBR系统可以是所谓的“单”头或“双”头系统，其中灌封纤维中的每一个的内腔与上部和/或下部组件连通，以用于从纤维去除渗透物。如本文所使用，术语“内腔”是指管状结构的孔，例如是指中空纤维膜的内部通路。这些纤维膜可以由许多不同材料形成，通常为亲水性聚合物或聚合物共混物，比如PVDF。这些纤维膜还被制造成具有适合于特定过滤应用的孔径。

一些MBR系统可操作以使流动方向反向，以便从纤维膜的外表面冲洗固体污染物，随后固体可以沉积并去除以用于处理。附加地或替代性地，MBR系统可以包括某一形式的空气冲刷以从纤维膜的外表面去除污染物以用于后续处理，比如污泥去除和干燥。另外的上游和/或下游处理步骤通常将在废水处理厂内实施。

这种MBR系统具有许多优点，包括一致的经处理的水质以及有机成分、固体和微生物的高截留效率。MBR系统通常具有相对小的占地面积，通常不需要沉淀池或砂滤器，并且在构造上是模块化的，从而允许根据需要实现设施扩建。MBR系统不会遇到污泥“膨胀”或沉积问题，通常能够处理流量的突然改变、具有降低的污泥产率、高度自动化、并且操作能量成本不断降低。

在MBR中，每个反应器内并且因此每个模块内的纤维密度越高，过滤能力就越大，因为可用于去除固体和/或其他污染物的膜表面积越大。因此，有益的是，对于给定大小或占地面积的反应器模块增大纤维密度，同时确保这些模块的可靠性和寿命以确保在延长的操作时间段内的一致处理，这在市政废水处理厂、淡化工厂等的情况下可能是数十年的操作。

因此，本发明的目的是提供一种膜生物反应器模块，该膜生物反应器模块对于给定的模块占地面积具有提高的纤维密度，同时使设计和制造复杂性最小化，以便产生低成本且可靠的部件。

发明内容

因此，本文提供了一种膜生物反应器模块，该膜生物反应器模块包括：底座组件、上部组件、以及在底座组件与上部组件之间延伸的中空纤维膜阵列；多个支撑构件，该多个支撑构件在底座组件与上部组件之间延伸，支撑构件中的至少一个是中空的，以便在底座组件与上部组件之间限定流体流动路径；其中，上部组件包括：锚定板，该锚定板具有上部面和下部面，并且支撑构件中的每一个的一端经由锚定板的下部面固定到下部面中；多个联接件，该多个联接件处于锚定板中，该多个联接件各自限定在下部面上开口并且固位相应中空支撑构件的端部的承窝；以及至少一个管道，该至少一个管道从承窝侧向延伸并且在上部面上开口。

优选地，锚定板限定至少一个围腔，该至少一个围腔填充有灌封树脂，从而将中空纤维膜固定到锚定板。

优选地，每个管道延伸穿过灌封树脂。

优选地，每个管道邻近于相应紧固件在上部面上开口。

优选地，灌封树脂限定锚定板的上部面。

优选地，每个管道由固定到锚定板的插入件限定。

优选地，承窝与锚定板一体地形成。

优选地，承窝限定开口下端、封闭上端以及管道从其延伸的侧向窗口。

优选地，中空支撑构件粘合到承窝中。

优选地，中空支撑构件粘合到底座组件中。

优选地，该膜生物反应器模块包括歧管，该歧管被安装到锚定板的上部面以用于与生物反应器模块建立流体连通。

优选地，每个联接件包括紧固件，该紧固件与承窝轴向地对齐并且可在上部面处触及以用于将歧管固定到锚定板。

优选地，紧固件包括螺纹插入件，该螺纹插入件固定到锚定板并且具有螺纹，螺纹插入件的纵向轴线与支撑构件和承窝的纵向轴线同轴。

优选地，歧管固定到、更优选地用螺栓固定到锚定板。

优选地，歧管包括相应凸耳，该凸耳具有通孔，当歧管抵靠锚定板的上部面对齐时，通孔在每个紧固件上方。

优选地，该膜生物反应器模块的截面是大致矩形的，设置了四个支撑构件，每个拐角处一个支撑构件。

优选地，支撑构件中的一个以上是中空的并且在底座组件与上部组件之间限定相应流体流动路径。

优选地，歧管限定与至少一个管道流体连通的流体渗透物导管、以及用于将空气递送到底座组件的单独的空气供应导管。

优选地，该膜生物反应器模块包括垫片，该垫片被捕获在歧管与锚定板之间。

优选地，底座组件包括至少一个围腔，该至少一个围腔填充有灌封树脂，从而以允许每个纤维的内腔与底座组件的腔室之间进行流体连通的方式将中空纤维膜固定到底座组件。

优选地，该膜生物反应器模块包括安装到底座组件的空气冲刷系统。

优选地，该空气冲刷系统是可操作的以产生脉冲式空气释放来冲刷这些中空纤维。

优选地，该膜生物反应器包括气体供应管线，该气体供应管线从歧管延伸到空气冲刷系统以用于将空气从歧管递送到空气冲刷系统。

优选地，该膜生物反应器模块包括垫片，该垫片设置在每个支撑件与承窝之间以在两者之间建立并维持不透流体的界面。

优选地，垫片包括可弹性变形的密封件和/或粘合密封件。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于膜生物反应器的纤维膜组件，该纤维膜组件包括：框架、优选是矩形框架，该框架限定在该框架的第一面与该框架的相反的第二面之间延伸的至少一个围腔；至少一个通道，该至少一个通道在第一面与第二面之间提供流体连通；滤液围腔，该滤液围腔位于框架的第一面周围并且在其中限定腔室，通道延伸穿过滤液围腔而与腔室隔离；以及纤维膜阵列，该纤维膜阵列中的每个纤维膜的自由端被封装在填充且密封围腔的灌封化合物内，其中，每个纤维膜的内腔与腔室流体连通。

表征本发明的新颖性的优点和特征在所附权利要求中特别地指出并且形成权利要求的一部分。然而，为了更好地理解本发明、其优点以及通过其使用而获得的目标，应参考形成本发明又一部分的附图并参考伴随的描述性内容，其中展示并描述了本发明的一个或多个优选实施例。

附图说明

现在将参考附图来描述本发明，其中：

图1展示了根据本发明的优选实施例的膜生物反应器模块的立体图；

图2展示了图1所展示的膜生物反应器模块的上部组件的放大视图；

图3展示了图1所展示的膜生物反应器模块的底座组件的放大视图；

图4展示了图2所展示的膜生物反应器模块的上部组件的拐角的剖视图，并示出了其中限定的内部流动路径；以及

图5展示了图3所展示的膜生物反应器模块的底座组件的下拐角的剖视图，并示出了其中限定的内部流动路径；

图6展示了穿过底座组件的中心部分的剖视侧视立视图；

图7展示了穿过底座组件的一对相对拐角的剖视侧视立视图，包括相应的一对相对支撑件；

图8展示了形成底座组件的一部分的灌封框架的俯视平面图；

图9展示了图10的灌封框架沿着线A-A截取的剖视侧视立视图；

图10展示了图11中的细节B的放大视图；

图11展示了形成底座组件的一部分并且在使用时固定到灌封框架的下侧的滤液围腔的俯视平面图；

图12展示了图11的滤液围腔的剖视侧视立视图；

图13展示了设置在支撑件与底座组件之间以在支撑件与底座组件之间提供不透流体的密封的环形密封件的平面图；以及

图14展示了图13所示的环形密封件沿着线A-A截取的剖视图。

具体实施方式

现在参考附图，其中相同附图标记在全部附图中表示对应结构，并且特别参考图1，展示了根据本发明的优选实施例的膜生物反应器模块10，该膜生物反应器模块用于部署在废水处理厂(未示出)等中，其中多个生物反应器模块10布置成一个或多个阵列，该一个或多个阵列被选择来提供与特定水力负荷匹配的必要的处理/过滤要求。模块10位于处理池(未示出)中，并且在使用时浸没在废水中以实现废水的处理，如本领域中众所周知的，因此不需要详细解释模块的操作。例如参见上文引用的MBR指南和用于废水处理的膜系统。然而，与现有技术不同，本发明的生物反应器模块10为渗透物提供了穿过模块10的新颖的流体流动路径，这允许生物反应器模块10包含更高的纤维密度，因此通过增大的纤维表面积实现更高的过滤能力，同时更容易且成本有效地制造，并在操作期间可靠性提高。

仍然参考图1，膜生物反应器模块10包括底座组件12、与底座组件12间隔适当距离的上部组件14、以及如上所述固定在底座组件12与上部组件14之间的中空纤维膜16阵列。纤维膜16(可以是微滤膜或超滤膜)可以具有任何合适的尺寸(包括长度、外直径和内腔直径)，并且可以包含具有比如孔隙率、密度等期望特性的任何合适材料。合适材料包括但不限于上文引用的MBR指南和用于废水处理的膜系统中描述的材料，以及Yoon,Seong-Hoon的Membrane Bioreactor Processes-Principles and Applications[膜生物反应器工艺-原 理与应用]，泰勒弗朗西斯电子书数据库(Taylor&Francis eBooks)(2016)，第一版，CRCPress出版社(博卡拉顿，2015)的第71页上的表2.3中列出的材料。优选材料包括但不限于PES、PS、PTFE、HFP、聚烯烃(例如PP、PE)、PVC、PAN、聚酰亚胺、聚酰胺以及陶瓷。PVDF和PVDF共混物是较优选的。例如，纤维膜16可以包含聚偏二氟乙烯(PVDF)，其孔径为0.04μm，以便实现所谓的超滤，尽管可以采用任何其他孔径和/或材料，特别是旨在适合生物反应器模块10的预期应用。在示例性实施例中，纤维膜16的长度为约1.6米，其中在这种示例性生物反应器模块10内，整束纤维膜16限定40m²的表面积。在附图中，以方块形式示意性地示出纤维膜16，代表成束的单独纤维膜16。

因为纤维膜16典型地是柔性的并且因此不提供任何有意义的结构完整性，所以生物反应器模块10包括至少一个(在所展示的优选实施例中是四个)刚性长形支撑件18，这些刚性长形支撑件在底座组件12与上部组件14之间延伸以便将组件12、14相对于彼此固定。在所展示的优选实施例中，生物反应器模块10具有大致矩形的占地面积或截面，并且在每个拐角处包括支撑件18。然而，将从下文对本发明的操作的描述了解，可以采用替代性构型，同时保留本文描述的新颖功能。

底座组件12和上部组件14可以由任何合适的材料或材料组合形成，并且最优选地由合适的聚合物等模制而成。合适材料包括但不限于聚酰胺、ABS、PVC、缩醛、PPO和PPE(比如可从沙特阿拉伯的沙特基础工业公司(Sabic Corp.)购得的Noryl^TM树脂)和PP。呈粉末或纤维形式的聚酰胺与无机填料的共混物(比如玻璃填充的聚酰胺)是优选的。类似地，支撑件18可以由任何合适的材料(比如FRP(聚酯或乙烯基酯)、SS和PVC)形成，并且可以适当地确定尺寸以向生物反应器模块10提供必要的结构强度。支撑件18中的至少一个、优选全部支撑件是中空的，以便在这些支撑件中在底座组件12与上部组件14之间限定流体流动路径，从而允许渗透物从底座组件12输送到上部组件14，而不需要任何另外的硬件来提供此流动路径。因此，支撑件18用于限定结构部件与流体分配通路两者的双重目的。以这种方式，生物反应器模块10可操作以从底座组件12以及可选地还从上部组件14提取渗透物，如将要描述的。

特别参考图2和图4，上部组件14包括锚定板20，纤维膜16的上端和支撑件18中的每一个的上端固定到该锚定板。上部组件14进一步包括歧管22，该歧管被安装成抵靠锚定板20的上部面密封接合，并且适于从模块10抽取渗透物并向模块10供应空气，如下文进一步详细描述的。锚定板20优选具有大致矩形的占地面积并且限定围腔24，在制造期间，每个纤维膜16的上端优选借助于灌封树脂26定位并固定在该围腔中，该灌封树脂被倒入以填充围腔24并且因此封装纤维膜16中的每一个的端部。纤维膜16的上端可以密封在灌封树脂内，以便封闭纤维膜16的上端，由此渗透物只可以从纤维膜16的内部抽吸到底座组件12中。替代性地，纤维膜16的上端可以暴露或以其他方式与锚定板20的如由灌封树脂26的上表面限定的上部面流体连通，由此允许流体从每个纤维膜16内流动到歧管22的内部围腔24中。这种固定纤维膜16的方法在本领域中是众所周知的，并且关于此方法的另外的细节对完全理解本发明而言不是必需的或是不相关的。然而，应注意的是，也可以采用将纤维16锚定或固定到锚定板20的任何其他功能性替代方式。

仍然参考图2和图4，锚定板20的每个拐角包括联接件28，该联接件起将相应的支撑件18、锚定板20和歧管22固定在一起的作用，同时建立从支撑件18的内部到歧管22的内部中的流体流动路径，以允许从底座组件12提取渗透物穿过支撑件18并且进入歧管22中以便从模块10去除。通过提供穿过拐角支撑件18的这种流体流动路径，不需要提供单独的流动路径，由此降低复杂性并有效地增大模块10的可以被纤维膜16占据的占地面积，因此提高模块10的处理能力。联接件28包括承窝30，该承窝在锚定板20的下部面上开口并且其尺寸被设置成接纳相应支撑件18的上端。因此，在如所展示的实施例中的圆柱形支撑件18的情况下，承窝30具有圆柱形截面，并且至少在承窝30的上部部分处具有约等于支撑件18的外直径的直径。然而，承窝30可以包括数个纵向延伸且径向间隔开的腹板或凸片(未示出)，这些腹板或凸片用于在承窝30与支撑件18的外表面之间限定空间，合适的粘合剂可以被施加到该空间中，以便在承窝与支撑件的外表面之间提供坚固且不透流体的密封。

承窝30还优选邻近于承窝30的下端或开口端至少限定部分外接通道31，密封剂和/或粘合剂也可以再次施加到该通道中以将支撑件18进一步固定和密封在位。因此，在使用时，在承窝30与支撑件18之间建立了不透流体的密封，这可以附加地或替代性地借助于零件之间的过盈配合、和/或提供上述合适的密封剂或粘合剂和/或垫片或类似的液压密封件和/或在支撑件18的外表面与承窝30的内表面上设置互补螺纹来实现(未示出不透流体的密封)。

仍然参考图2和图4，承窝30包括朝向承窝30的上端的直径减小的肩部32，当支撑件18完全安置在承窝30内时，支撑件的上端抵接该肩部。然而，承窝30延伸超出肩部32以终止于盲上端34处，尽管在肩部32与上端34之间设置了侧向孔36。侧向孔36通向管道38，该管道向上延伸直至终止于位于锚定板20的上部面中的出口40处，由此提供进入歧管22的内部中的流体流动路径。

管道38可以由被捕获在灌封树脂26内的模制插入件限定，尽管也可以采用任何其他合适的替代性形式，例如将管道38与锚定板20一体地模制。如由支撑件18的内部和管道38限定的渗透物的流体流动路径由图4中提供的箭头展示。

仍然参考图2和图4，联接件28进一步包括紧固件，该紧固件可以采取任何合适的形式，例如在所展示的实施例中呈螺纹插入件42的形式，该螺纹插入件固定到锚定板20或与锚定板一体地形成、在承窝30以及因此支撑件18的正上方并且与其轴向或纵向对齐，但是与承窝30隔离，使得流入承窝30的流体完全经由侧向孔36进入管道38。螺纹插入件42是可从锚定板20的拐角的上部面触及的，以便接纳穿过歧管22的拐角凸耳44的紧固构件(比如螺栓(未示出))，从而将歧管22固定成与锚定板20的上部面面对面接合。通过使螺纹插入件42与支撑件18轴向或纵向对齐，支撑件18提供了足够的承载能力，以允许歧管22紧紧地夹在锚定板20上，从而在歧管与锚定板之间建立不透流体的密封。螺纹插入件42可以是任何合适的材料，例如具有合适物理特性的金属或聚合物，以提供对螺栓(未示出)或其他紧固构件的必要的抓力和固位力。

应了解，可以省略螺纹插入件42，并且例如可以使用自攻螺钉(未示出)来将歧管22固定到锚定板20，在省略插入件42的位置处将自攻螺钉直接拧到锚定板20的材料中。当然可以采用任何其他功能性替代方案，但是已经发现螺纹插入件42提供了牢固、坚固且可靠的连接。在优选布置中，在锚定板20与歧管22之间的界面处设置垫片(未示出)，以便确保且维持锚定板与歧管之间的不透流体的密封。外接通道45设置在锚定板20的上部面中，以用于接纳并固位垫片(未示出)。这种布置提供了坚固的整体构造，以确保模块10在其寿命期间可能经受的相对恶劣的操作条件下的可靠性。

歧管22包括流体渗透物导管46，该流体渗透物导管向歧管22的内部开放并且因此与锚定板20的上部面直接流体连通，如例如可以在图2中看到的，其中出口40中的一个可以被视为与渗透物导管46直接连通。如上所述，歧管22包括四个拐角凸耳44，这些拐角凸耳各自具有通孔，以允许用螺栓或以其他方式将歧管22紧固到锚定板20并且因此经由支撑件18紧固到底座组件12。歧管22进一步包括与渗透物导管46隔离的空气导管48，该空气导管的目的在下文中详细描述。可以采用空气导管的任何其他合适的位置或构型。歧管22优选形成为单个模制件，其中渗透物导管46和空气导管48因此彼此一体地模制，尽管可以同样利用其他构造。

现在参考图5，以剖视图展示了底座组件12的拐角，从而显露了支撑件18的下端与底座组件12之间的连接。底座组件12的每个拐角限定承窝50，该承窝的形状和尺寸被确定成接纳支撑件18，其中直径减小的肩部52位于承窝50的内部以提供支撑件18的端部接合所抵靠的抵接部。虽然优选在承窝50与支撑件18之间设置粘合剂等，但是还优选设置密封件54以确保即使在粘合剂失效的情况下也维持液压密封。密封件54在图13和图14中单独示出，并且在优选实施例中呈环形密封件的形式，该环形密封件具有正方形或矩形的截面并且优选在其下端处具有裙部55。这种特定构型的密封件的使用减小了在生物反应器模块10的制造期间将支撑件18中的每一个插入到承窝50中所需的力，从而允许四个支撑件18全都同时被压入承窝50中。如果采用常规O形环，这将是不可能的或不实际的，因为在所有四个拐角处压缩橡胶O形环的力将是显著的，并且因此框架在压缩期间将变得不稳定。此外，常规橡胶润滑剂的使用通常不实际，因为这些材料典型地导致灌封树脂的污染。当然，应理解，可以利用密封承窝50和支撑件18的附加和/或替代方式，例如可以在承窝50中设置粘合剂以进一步将支撑件18的下端密封到底座组件12。应理解，附加的液压密封件可以用作将支撑件18密封到图4中的上锚定板20和承窝30中的替代性或附加方式。未在图4中描绘这种附加密封件。应进一步理解，附加密封件的相同优点也可以应用于支撑件18的附到模块的上部组件14的端部。

参考图3和图5，底座组件12优选具有大致矩形的占地面积并限定槽或围腔56。术语“槽”和“围腔”是同义的，并且在本文中关于灌封框架60的特征56可互换地使用。在制造期间，每个纤维膜16的下端优选借助于灌封树脂(未示出)定位并固定在槽或围腔56中，该灌封树脂被倒入以填充槽或围腔56并且因此封装纤维膜16中的每一个的下端。如图8所描绘，槽或围腔56可以流体连通。替代性地，每一个都可以形成用于灌封树脂的单独的封闭容纳部。

纤维膜16中的每一个的内腔与位于围腔56正下方的腔室58流体连通。腔室58在承窝50中的每一个下方延伸并且与承窝流体连通。腔室58以其他方式密封而与模块10的外部隔绝。因此，被抽吸到纤维膜16的内部中的渗透物可以被抽吸到腔室58中，在中空支撑件18的内部向上并且被抽吸到限定在歧管22内的渗透物导管46中，以用于从模块10提取。由腔室58和支撑件18的内部限定的渗透物的流体流动路径由图5中提供的箭头展示。

特别参考图6至图12，底座组件12优选包括灌封框架60和滤液围腔62，该灌封框架限定多个围腔56，该滤液围腔围绕灌封框架60的下部面固定并密封到该下部面，以便完全围封其下部面并且因此限定腔室58。在所展示的实施例中，在灌封框架60中设置了六个平行的围腔56，但是其数量和构型可以变化。因此，滤液围腔62内的腔室58限定了与围腔56相对应的六个平行区段，以便允许滤液从纤维膜16中的每一个的开口端被抽吸到腔室58中以通过支撑件18传递。可以采用任何合适的方式来将滤液围腔62固定到灌封框架60，在其界面处形成不透流体的密封。纤维膜16优选在围腔56中集束在一起并且被布置成在围腔56之间提供空间，其中数个开口或通道64向上延伸穿过底座组件12的灌封框架60和滤液围腔62两者，以便允许气流向上穿过底座组件12，如下文详细地描述。这些开口或通道64不与腔室58的内部或围腔56连通，并且简单地提供了穿过底座组件12的通路，经由该通路，冲刷空气可以从底座组件12的下侧向上穿过底座组件，以接触纤维膜16的外表面。密封件66优选设置在通道64的界面周围，以确保灌封框架60与滤液围腔62之间的界面处的不透流体的密封。密封件66可以例如借助于包覆模制与灌封框架60和/或滤液围腔62一体地形成。替代性地，可以采用其他合适的密封方式，比如垫片。

纤维膜16用灌封树脂或功能等效物固定在围腔56中的每一个内，该灌封树脂或功能等效物填充纤维膜16之间的空间，并因此在纤维膜16中的每一个周围和围腔56的侧壁之间形成密封，由此防止流体流过围腔56而不是流过纤维膜16中的每一个的内腔。纤维膜16从围腔56向上延伸到上部组件14。纤维膜16中的每一个的自由下端向灌封框架60的下部面开放，并且因此与滤液围腔62内的腔室58连通。以这种方式，滤液可以从纤维膜16被抽吸到腔室58中。尽管腔室58被分成与灌封框架60的围腔56相对应的区段，但是这些区段优选彼此流体连通，并且腔室58的每个拐角与相应支撑件18的自由下端流体连通。

在优选制造方法中，将成束的纤维膜16插入到围腔56中的每一个内，其中纤维膜16中的每一个的一个自由端从围腔56的下侧突起、超出灌封框架60的下部面较短距离。接着用灌封树脂等填充围腔56，以便将纤维膜16结合到灌封框架60。还允许灌封树脂延伸超出灌封框架60的下部面，以封装突起的纤维膜16。一旦灌封树脂已经固化，便通过任何合适的手段去除延伸超出灌封框架60的下部面的多余部分，优选地在单个切割或切片步骤中进行，使得灌封树脂与灌封框架60的下部面齐平或从下部面略微突起。例如，可以优选留下1至3mm的灌封树脂从灌封框架60的下部面突起，以便避免切割步骤期间的潜在损坏。突起树脂的外周边的大小可以减小或逐步减小，以便容纳在滤液围腔62内。因此，也去除突起超出灌封框架60的下部面的纤维膜16中的每一个的较短长度。这个步骤导致纤维膜16中的每一个的内腔向灌封框架60的下部面开放，以便在使用中建立从纤维膜16中的每一个的内腔到腔室58中的流动路径。去除多余灌封树脂还在表面上产生光滑的光洁度，这可以允许在操作期间建立并维持与滤液围腔62的不透流体的密封，尽管灌封框架60的平坦表面也可以提供这种密封功能。

此外，可以采用机械固定设备来将支撑件18固定到下灌封框架60中的承窝50。除了由树脂粘合提供的安全性之外，该设备也可以为支撑件与灌封框架的连接提供安全性。机械紧固设备的益处在于，一旦支撑件插入到灌封框架中，机械紧固设备就固定支撑件。灌封树脂也可以提供足够的安全性，但是树脂在注射之后花费时间来凝固并建立强度，特别是因为将支撑件结合到底座的树脂的量小，因此树脂快速失去原本加速固化反应的放热反应热量。在支撑件与灌封框架之间建立树脂的足够的“绿色”粘合强度所花费的时间增加了生产周期时间，增加了产品成本并且降低了生产能力。固定设备被描绘为固位环，该固位环接合支撑件18中的凹槽和灌封框架60中的特征，如同在图5中。优选地，该设备是固位环或夹持器，但是可以采用其他机械紧固设备，比如接合灌封框架和支撑件两者的销或螺纹紧固件。固定设备还可以预组装到包括密封件54的可插入子组件中。这种子组件可以在灌封过程之前插入到灌封框架中。

现在参考图1、图2和图3，膜生物反应器模块10优选还包括空气冲刷系统68，该空气冲刷系统安装在底座组件12下方并且在使用中经由气体供应管线70从歧管22的空气导管48被供应空气。空气冲刷系统68是可以已知方式操作的，以产生相对大的空气脉冲或空气塞，这些空气脉冲或空气塞向上行进穿过设置在底座组件12中的上述开口或通道64(图6中所描绘)，以冲刷纤维膜16，以便实现粘合到纤维膜的固体的去除。这种空气脉冲空气冲刷系统的示例可从美国特拉华州威明顿市杜邦水处理解决方案公司(DuPont WaterSolutions)以商标膜生物反应器(MBR)系统购得，并且例如在欧洲专利EP2152390 B1中进行了描述，该欧洲专利公开了包括空气冲刷系统的膜生物反应器模块，其中冲刷系统以与本发明的模块10中的空气冲刷系统68大体相似的方式安装在膜生物反应器模块下方。

冲刷系统68在膜模块10的底座处以大的气泡或气团的形式引入空气，这些大的气泡或气团的大小随着沿着膜模块10的纤维膜16的长度向上移动而增大。大的气团的大小和集中性质通过将碎屑推离膜纤维膜16的表面来防止杂物和固体积聚。同时，大的曝气脉冲产生气升流，该气升流经由连接到围腔56和腔室58的入口将混合液体抽吸到每个膜模块10的底部中。接着，气泡与混合液体共混，并穿过底座组件12中的开口(未示出)，以经由通道64在个别的膜纤维膜16之间向上上升。这产生了独特的横流模式，从而提供了混合液体的均匀分配并减小了纤维膜16的表面上的固体浓度。箭头68示出了气泡穿过底座组件12的通路。

总之，本文提供了一种改进的生物反应器模块10，其中由膜纤维膜16过滤的渗透物可以被向下抽吸到底座组件12中，并从底座组件经由一个或多个拐角支撑件18向上抽吸到上部组件14中。这允许从膜纤维膜16中的每一个的下端提取渗透物，并且可选地还将渗透物从上端直接提取到渗透物导管46中。拐角支撑件18构成模块10的结构部件，同时在底座组件12与上部组件14之间限定用于渗透物的流体流动路径。这通过确保不需要另外的流体流动路径来减少零件数量并且因此降低制造的成本和复杂性。此外，没有另外的专用流动路径使底座组件12和上部组件14的表面积最大化，这可用于设置纤维膜16。因此，获得了较大密度的纤维膜16，从而允许每个模块10具有较大的过滤能力。

虽然以上已经描述并且具体例示了本发明的某些优选实施例，但本发明不旨在限于这种实施例。而是，应当理解，尽管在前述说明中已经阐述了本发明的许多特性和优点，连同本发明的结构和功能的细节，但本公开仅是说明性的，并且可以在由表述所附权利要求的术语的广义通用含义所指示的完全范围的程度上，在本发明的原理内详细地、尤其是在零件的形状、大小和布置方面做出改变。

Claims (26)

1.一种膜生物反应器模块，所述膜生物反应器模块包括：底座组件、上部组件、以及在所述底座组件与所述上部组件之间延伸的中空纤维膜阵列；多个支撑构件，所述多个支撑构件在所述底座组件与所述上部组件之间延伸，所述支撑构件中的至少一个是中空的并且在所述底座组件与所述上部组件之间限定流体流动路径；其中，所述上部组件包括：锚定板，所述锚定板具有上部面和下部面，所述支撑构件中的每一个的一端固定到所述下部面中；多个联接件，所述多个联接件处于所述锚定板中，所述多个联接件各自限定在所述下部面上开口并且固位相应中空支撑构件的端部的承窝；以及至少一个管道，所述至少一个管道从所述承窝延伸并且在所述上部面上开口。

2.根据权利要求1所述的膜生物反应器模块，其中，所述锚定板限定至少一个围腔，所述至少一个围腔填充有灌封树脂，将所述中空纤维膜固定到所述锚定板。

3.根据权利要求2所述的膜生物反应器模块，其中，每个管道延伸穿过所述灌封树脂。

4.根据权利要求2或3所述的膜生物反应器模块，进一步包括用于每个管道的一个紧固件，其中，每个管道邻近于其相应紧固件在所述上部面上开口。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的膜生物反应器模块，其中，所述灌封树脂构成所述锚定板的上部面。

6.根据任一前述权利要求所述的膜生物反应器模块，其中，每个管道终止于固定到所述锚定板的插入件。

7.根据任一前述权利要求所述的膜生物反应器模块，其中，所述承窝与所述锚定板一体地形成。

8.根据任一前述权利要求所述的膜生物反应器模块，其中，所述承窝限定开口下端、封闭上端以及所述管道从其延伸的侧向窗口。

9.根据任一前述权利要求所述的膜生物反应器模块，其中，所述中空支撑构件粘合到所述承窝中。

10.根据任一前述权利要求所述的膜生物反应器模块，其中，所述中空支撑构件粘合到所述底座组件中。

11.根据任一前述权利要求所述的膜生物反应器，所述膜生物反应器模块包括歧管，所述歧管被安装到所述锚定板的上部面以用于与所述生物反应器模块建立流体连通。

12.根据权利要求11所述的膜生物反应器模块，其中，每个联接件包括紧固件，所述紧固件与所述承窝轴向对齐并且可在所述上部面处触及以用于将所述歧管固定到所述锚定板。

13.根据权利要求12所述的膜生物反应器模块，其中，所述紧固件包括螺纹插入件，所述螺纹插入件固定到所述锚定板并且具有螺纹，所述螺纹插入件的纵向轴线与所述支撑构件和所述承窝的纵向轴线同轴。

14.根据权利要求12或13所述的膜生物反应器模块，其中，所述歧管用螺栓固定到所述锚定板。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的膜生物反应器模块，其中，所述歧管包括相应凸耳，所述凸耳具有通孔，当所述歧管抵靠所述锚定板的上部面对齐时，所述通孔在每个紧固件上方。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的膜生物反应器模块，其中，所述歧管限定与所述至少一个管道流体连通的流体渗透物导管、用于将空气递送到所述底座组件的单独的空气供应导管、或与所述至少一个管道流体连通的流体渗透物导管和用于将空气递送到所述底座组件的单独的空气供应导管两者。

17.根据权利要求12至16中任一项所述的膜生物反应器模块，所述膜生物反应器模块包括垫片，所述垫片被捕获在所述歧管与所述锚定板之间。

18.根据任一前述权利要求所述的膜生物反应器模块，所述膜生物反应器模块的截面是大致矩形的，设置了四个支撑构件，每个拐角处一个支撑构件。

19.根据任一前述权利要求所述的膜生物反应器模块，其中，所述支撑构件中的不止一个是中空的并且在所述底座组件与所述上部组件之间限定相应流体流动路径。

20.根据任一前述权利要求所述的膜生物反应器模块，其中，所述底座组件包括至少一个围腔，所述至少一个围腔填充有灌封树脂，从而以允许每个纤维的内腔与所述底座组件的腔室之间进行流体连通的方式将所述中空纤维膜固定到所述底座组件。

21.根据权利要求20所述的膜生物反应器模块，所述膜生物反应器模块包括多个围腔，相邻围腔通过延伸穿过所述底座组件的通道彼此分开。

22.根据任一前述权利要求所述的膜生物反应器模块，所述膜生物反应器模块包括安装到所述底座组件的空气冲刷系统。

23.根据权利要求22所述的膜生物反应器模块，其中，所述空气冲刷系统可操作以产生脉冲式空气释放来冲刷所述中空纤维膜。

24.根据权利要求22或23所述的膜生物反应器模块，包括气体供应管线，所述气体供应管线从所述歧管延伸到所述空气冲刷系统以用于将空气从所述歧管递送到所述空气冲刷系统。

25.根据任一前述权利要求所述的膜生物反应器模块，所述膜生物反应器模块包括密封件，所述密封件设置在每个支撑件与承窝之间以在两者之间建立并维持不透流体的界面。

26.根据权利要求25所述的膜生物反应器模块，其中，所述密封件包括可弹性变形的密封件和/或粘合密封件。