一種多內(nèi)孔膜制備的管筒式膜組件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種管筒式中空纖維膜組件，包括多內(nèi)孔中空纖維膜絲，環(huán)形樹脂固封端，管筒式膜組件外殼及法蘭端蓋，導流曝氣裝置，其中中空纖維膜內(nèi)孔與環(huán)形汲水區(qū)相連通，中空纖維膜絲軸向與膜外殼軸向垂直。導流曝氣裝置順序配置于膜過濾區(qū)前端，原水呈旋流式自下而上沖刷膜表面，避免了下端曝氣對膜的高強度直接曝氣造成的膜絲損傷，延長了膜壽命，且流態(tài)穩(wěn)定，集水均勻，無死角。本發(fā)明可在線用于管路系統(tǒng)，無需另辟大面積膜池或膜過濾區(qū)，經(jīng)濟實用性強。
【專利說明】一種多內(nèi)孔膜制備的管筒式膜組件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種對污水等有機廢水進行處理的膜組件，特別是一種采用多內(nèi)孔中空纖維膜制備的管筒式組件，可在線直接安裝于工程管道系統(tǒng)中。
【背景技術(shù)】
[0002]一種多內(nèi)孔膜，特別是一種分離膜，膜至少由一層外表面和一層內(nèi)表面構(gòu)成，至少包括兩縱向延伸的內(nèi)表面，構(gòu)成內(nèi)通道，內(nèi)通道外面包覆著膜的外表面，外表面和內(nèi)表面構(gòu)成了各自獨立的分離層，上述膜已在相關(guān)文獻中報道。
[0003]本發(fā)明涉及的多內(nèi)孔膜具有各自獨立的膜外表面和膜內(nèi)表面，膜外表面的微孔中值孔徑與膜內(nèi)表面的微孔中值孔徑不同。這使得膜可以多用途使用，極大提高了多通道膜的允許使用范圍。多內(nèi)孔膜可以采用內(nèi)孔收集濾過水，也可以采用內(nèi)孔通過原水，外表面收集濾過水。
[0004]中空纖維膜反應器的用途廣泛，可用于諸多領(lǐng)域，如去除液體中的殘余氣體，過濾液體或向液體中注入氣體。膜反應器主要用于氧化、分解、去除廢(污)水中的有機物。
[0005]本發(fā)明針對一種管筒式中空纖維膜組件，包括多內(nèi)孔中空纖維膜絲，環(huán)型澆鑄端將纖維的兩端開口固定，法蘭端蓋，管筒式膜組件外殼，導流曝氣裝置，其中，中空纖維膜絲軸向與管筒式膜殼軸向相垂直。
[0006]以往，做為這種膜組件，例如發(fā)明專利申請公布號CN101766956B中公開了一種撐開式中空纖維膜組件，將中空纖維膜集束，呈垂直向澆鑄單端，即膜束一端中心處插入曝氣管，原水和氣流從膜束一端進入。同樣的，在膜束一端或雙端中心處集水?；谏鲜龅默F(xiàn)有技術(shù)中，由于各膜束的負荷量不均等，當持續(xù)進行過濾運轉(zhuǎn)時，一側(cè)的膜元件的污染惡化程度要早于另一側(cè)的污染惡化，從而膜組件的整體污染程度存在各部分的差異。這種情況，造成判斷化學清洗和物理清洗時機的困難度，一端的膜束被過度污染，即使對其進行化學清洗，也不能充分恢復其初始性能，或者對污染程度低的膜束端進行不必要的化學清洗，提高維護費用。
[0007]另外，做為膜組件的現(xiàn)有技術(shù)，公開(公告)號CN1197408的發(fā)明專利公開了一種柱式膜組件，膜組件的膜絲呈束澆鑄于圓柱式外殼內(nèi)，膜束側(cè)端或一端進原水，膜束另一端集產(chǎn)水，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計的膜組件需要集成化成膜單元，布局難以緊湊，占地面積大，且管路連接繁瑣，維護技術(shù)要求高，雖便于集成管理，但是在線更換易造成壓力損失，不適于在線管路改造、安裝替換與維護，對場地設(shè)計有較高要求。
[0008]此外，已有的專利日本特開平9-225492中公開的膜生物反應器中安裝多組曝氣裝置，放出大量的微細氣泡來將生物處理所需的氧供給至被處理液中，同時(或)放出粗大氣泡，來清洗膜組件的膜外表面。這樣，由于微細氣泡的密集度高，氧轉(zhuǎn)移效率高，容易溶解到被處理液中，因為能夠?qū)⒀醭浞值墓┙o至被處理液中；與此相反，粗大氣泡的上浮速度快，在膜絲壁間通過，可充分地清洗膜組件內(nèi)膜外表面。但由于現(xiàn)有技術(shù)的裝置設(shè)計復雜，不僅增加曝氣能耗，也使得曝氣的空間面積需求增大。[0009]作為上述問題的對策，本發(fā)明中的組件采用一種包括中空纖維膜圓片的圓柱型筒式設(shè)計，澆鑄多內(nèi)孔膜的樹脂固封料呈圓環(huán)形，澆鑄于樹脂固封料中的中空纖維膜端口向外露出。膜組件的產(chǎn)水通過樹脂固封料、膜組件外殼和環(huán)形連接件形成的的環(huán)形汲水區(qū)收集，原水延管路通過前法蘭端蓋，在原水平衡區(qū)平衡，流經(jīng)導流曝氣裝置，穿過圓片狀的多內(nèi)孔膜過濾區(qū)，經(jīng)過后導流板，隨之從與后端法蘭端蓋連接的管道或下一管筒式膜組件流出。這種創(chuàng)新型的膜組件使曝氣效果得到了提高，形成有效的氣液通道，降低了膜壁表面的污染，增強了膜分離效率，最優(yōu)化保護了膜絲，降低能耗，并可在線簡便安裝、維修。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明要解決的問題
[0011]本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠在線安裝的，同時降低膜污染速率的高分離效能的多通道膜制備的膜組件。
[0012]用于解決問題的手段
[0013]為了達成上述目的，在本發(fā)明的膜組件中，見圖1，具有兩個法蘭端蓋，可在線與待處理水管路相連接，同時法蘭端蓋與圓片式中空纖維膜片間存在空區(qū)，即前端原水平衡區(qū)和后端原水平衡區(qū)，其間安裝具有降低膜污染速率功能的裝置，從而實現(xiàn)膜的高效分離。
[0014]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種多內(nèi)孔膜制備的具導流曝氣功能的圓筒式膜組件，可進行在線管路安裝，本發(fā)明的特征在于，對照參見圖2、圖3，在膜過濾區(qū)4的原水入水端設(shè)置一個導流曝氣裝置18，管路中的原水通過前法蘭端蓋8進入前端原水平衡區(qū)7后經(jīng)過導流曝氣裝置18，流體和氣泡經(jīng)過導向，形成旋流，同時曝氣管16通過曝氣頭17提供微細氣泡，流體與微細汽泡相混合，在膜過濾區(qū)4進水端形成粗大氣泡。這樣形成的粗大氣泡被引至膜過濾區(qū)4的下方并上浮旋流，由此可充分清洗圓片狀排布的中空纖維膜外表面；在膜過濾區(qū)4形成的上下方向的上旋回轉(zhuǎn)的旋流，可提高膜分離組件的清洗效果，降低膜污染速率；同時由于圓片狀膜纖維的阻擋和原水進水方向的驅(qū)動力，旋流不會從膜過濾區(qū)4返回至原水進水管口，從而使容器內(nèi)的各膜過濾區(qū)的膜污染程度大致相等。產(chǎn)水通過環(huán)形汲水區(qū)3，從管筒式膜組件的接口收集，其余一部分原水穿過膜過濾區(qū)，隨后經(jīng)后導流板12及后法蘭端蓋14流入下一管路或另一管筒式膜組件。
[0015]需要指出的是，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在膜過濾區(qū)進水前端、后端的水質(zhì)電導率和SDI值基本相似，將其做為膜負荷量的指標，從而可推斷膜組件的各部分的污染情況均等。
[0016]在本發(fā)明的導流曝氣裝置18和后導流板12中，導流孔板上具有錐形部分孔，該錐形部分的導流孔13使流路的截面面積變得越向膜過濾區(qū)中心越狹窄。這種設(shè)計，使得通過該錐形部分的多個流體與流體中和曝氣頭放出的多個氣泡彼此接近，相互結(jié)合而形成粗大氣泡，粗大的氣泡與通過導流板錐形部分形成的流體旋流自下而上的沖刷膜壁外表面，避免了在膜束下端中部曝氣造成的由于高強曝氣沖刷膜絲而形成的膜絲斷裂現(xiàn)象，從而實現(xiàn)降低膜污染速率和膜損傷，同時提高膜分離效率的效果。
[0017]關(guān)于多內(nèi)孔膜的孔徑，由動力學控制，可以通過調(diào)節(jié)熔體反應速率來達到網(wǎng)架結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)，見圖6，其內(nèi)表面和外表面的平均孔徑0.0001微米到5微米之間，優(yōu)選0.01-3微米，膜的截留分子量不超過50萬道爾頓，多內(nèi)孔膜可用于納濾、微濾或超濾領(lǐng)域。多內(nèi)孔膜的內(nèi)外表面不同孔徑的制備通過一種或多種內(nèi)外凝固浴，特別是通過熱致相法，將聚合物溶液直接熔融擠出至凝固介質(zhì)內(nèi)，優(yōu)選選用單一液體凝固介質(zhì)。內(nèi)孔的形成與中空膜絲的擠出流路相平行，內(nèi)孔噴出的孔徑在0.15-5毫米，多內(nèi)孔膜的外徑為0.5-15毫米，優(yōu)選0.8-12 毫米。
[0018]特別指出，多內(nèi)孔膜的內(nèi)支撐層呈多軸網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，許多緊密相連縱行的晶形構(gòu)成整個網(wǎng)架。多軸網(wǎng)架在三維空間交叉互穿分布，決定了內(nèi)支撐層的顯著特性，多軸網(wǎng)架不僅能夠承壓，還可以將所承受載荷在三維空間內(nèi)分散、傳遞，而且通過塑性變形來吸收、耗散能量的作用范圍也因此而擴大。這種效果使得多內(nèi)孔膜的耐污染性能和耐壓耐久性大幅提高，它與內(nèi)支撐層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，即與其多軸網(wǎng)架的空間結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。
[0019]制備多內(nèi)孔膜的聚合物可以為任何適宜的高分子材料，這些材料包括聚烯烴類(如，聚丙烯、聚異丁烯、聚乙烯、聚甲基戍烯),優(yōu)選PVDF、PTFE> PES> HFP> poly-sulfone。
[0020]本發(fā)明中的樹脂固封材料5是一種環(huán)形液封或部分液封區(qū)域，它將管筒式膜組件分成膜過濾區(qū)4和環(huán)形汲水區(qū)3。膜組件筒體外殼2的兩端具有兩圈環(huán)形連接件10，與筒體的材料一致，樹脂固封材料5與管筒式膜組件筒體外殼2兩端的環(huán)形連接件10相粘接，使環(huán)形汲水區(qū)3和膜過濾區(qū)4相隔離。前法蘭端蓋8與膜組件筒體外殼2相連接，曝氣管8穿過前法蘭端蓋8的外邊緣或管筒式膜組件外殼2，前法蘭端蓋8通過環(huán)形墊圈19和O型密封圈15將圓片式導流曝氣裝置18固定到膜過濾區(qū)4前端，且環(huán)形墊圈19與樹脂密封材料5緊密相貼合。環(huán)形墊圈19的材質(zhì)與膜組件筒體外殼2相同，與法蘭端蓋8、14相粘合，從而形成固定容積的原水平衡區(qū)前端7、原水平衡區(qū)后端20。
[0021]本發(fā)明中的樹脂固封材料5可以是任何材料，如任何適宜的熱塑性材料或任何適宜的熱固性材料，包括環(huán)氧樹脂、聚氨酯、聚烯烴，但不僅限于此。
[0022]本發(fā)明中涉及的法蘭端蓋的標準法蘭連接遵循ANSI標準，包括管徑、法蘭盤直徑、螺栓孔徑、螺栓孔數(shù)，但不僅限于此標準。
[0023]在一個優(yōu)選的實施方式中，前導流曝氣裝置18的曝氣頭17和曝氣管16分布于前導流板內(nèi)部，曝氣管從前法蘭端蓋8穿出，連接鼓風裝置。膜組件上接口 I和下接口 6可單獨或共同收集膜過濾產(chǎn)水。
[0024]在另一個優(yōu)選的實施方式中，前導流曝氣裝置18的曝氣頭17和曝氣管16分布于其與膜過濾區(qū)4之間，曝氣管澆鑄于樹脂固封材料5中，穿過管筒式膜組件外殼2，連接鼓風裝置。膜組件下接口 6穿過環(huán)形汲水區(qū)3，它的上端澆鑄于樹脂固封材料5中，與膜過濾區(qū)4連通，它的下端從管筒式膜組件外殼穿出，作為排污口，用于排氣，排除懸浮顆?；驖饪s液。膜組件運行時，膜組件下接口 6全部或部分關(guān)閉，膜組件上接口 I用于收集膜過濾產(chǎn)水。
[0025]本發(fā)明的有益效果:
[0026]1、使多內(nèi)孔膜呈圓片狀分布，曝氣形成的氣泡與經(jīng)過導流板的原水形成旋流，從下而上螺旋推進式?jīng)_刷膜絲，膜間污泥吸附大大降低，膜過濾區(qū)各點污染負荷均等。
[0027]2、多內(nèi)孔膜內(nèi)支撐層的新穎結(jié)構(gòu)和內(nèi)外壁不同的膜過濾中值孔徑，使膜產(chǎn)水通量穩(wěn)定，拓展了膜組件應用范圍，延長膜組件運行壽命。
[0028]3、膜組件外殼的接口有利于污泥排放、懸浮顆粒的去除、排氣和排放濃縮液，降低了膜組件污染速率。
[0029]4、標準法蘭端蓋設(shè)計，使膜組件可與管道在線連接，安裝維護經(jīng)濟便捷?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0030]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的一種圓筒式中空纖維膜組件的主視示意圖。
[0031]圖2是圖1所示的圓筒式中空纖維膜組件的橫剖示意圖。
[0032]圖3是圖1所示的圓筒式中空纖維膜組件的縱剖示意圖。
[0033]圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式的圓筒式中空纖維膜組件的縱剖示意圖。
[0034]圖5是二內(nèi)孔膜絲截面圖。
[0035]圖6是兩個不同配方多內(nèi)孔膜的支撐層掃描電鏡圖片。
【具體實施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述，但是應理解，它們僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0037]實施例一:圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的一種圓筒式中空纖維膜組件的主視示意圖，圖2是圖1所示的圓筒式中空纖維膜組件的橫剖示意圖，圖3是圖1所示的圓筒式中空纖維膜組件的縱剖示意圖。如圖3所示，中空纖維膜組件外殼直徑為5.25英寸，膜組件長度為8英寸，原水進入法蘭端蓋的管道直徑為3英寸，膜面積為lm2，螺栓中心孔法蘭盤外圈直徑6英寸，法蘭盤螺栓孔徑為0.75英寸，4個螺栓。膜絲材質(zhì)為PVDF，三個內(nèi)孔，膜絲外徑為3mm，內(nèi)孔為0.65mm，如圖5所示，膜過濾微孔孔徑為0.2um，膜支撐層見圖6左圖。導流曝氣裝置18，將導流孔板與曝氣裝置一體化呈圓片狀，由前端法蘭端蓋將其與膜組件外殼筒體的環(huán)形連接件壓緊。曝氣管自前端法蘭端蓋引出，與鼓風機相連。設(shè)置氣水比為20:1，膜組件過濾水抽停時間為20分鐘/8分鐘，初始抽吸壓力值為0.0lMPa，運行14天中，膜的產(chǎn)水通量由第一天的180L/h.πι2至第14天下降到134L/h.πι2，產(chǎn)水電導率、SDI值初始和運行14天時分別為381uS/cm、3和403uS/cm、3。而對照組用同樣膜面積的簾式膜組件，相同條件下，通量由第一天的175L/h.m2至第14天下降到87L/h.m2，產(chǎn)水電導率、SDI值初始和運行14天時分別為398us/cm、3和411us/cm、3.5。平均膜通量比普通簾式膜組件提高了 25%。經(jīng)過清洗后，膜組件通量恢復了 89%。
[0038]實施例二:圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式的圓筒式中空纖維膜組件的縱剖示意圖。如圖4所示，中空纖維膜組件外殼直徑為13.25英寸，膜組件長度為24英寸，原水進入法蘭端蓋的管道直徑為10英寸，膜面積為4m2，螺栓中心孔法蘭盤外圈直徑14.25英寸，法蘭盤螺栓孔徑為I英寸，12個螺栓。膜絲材質(zhì)為PES，三個內(nèi)孔，膜絲外徑為1.8mm，內(nèi)孔為0.45mm，如圖5所示，膜過濾微孔孔徑為0.05um，膜支撐層見圖6右圖。導流曝氣裝置18，導流孔板與膜過濾區(qū)之間是曝氣頭和曝氣管，曝氣管自樹脂固封料和膜組件筒體外殼穿出。設(shè)置氣水比為20:1，膜組件過濾水抽停時間為20分鐘/8分鐘，初始抽吸壓力值為
0.0lMPa,運行14天中，膜的產(chǎn)水通量由第一天的980L/h.ηι2至第14天下降到745L/h.ηι2,產(chǎn)水電導率、SDI值初始和運行14天時分別為45us/cm、l和43us/cm、l。而對照組用同樣膜面積的簾式膜組件，相同條件下，通量由第一天的975L/h -m2至第14天下降到670L/h -m2,產(chǎn)水電導率、SDI值初始和運行14天時分別為39us/cm、l和45us/cm、l.5。平均膜通量比普通簾式膜組件提高了 7%。經(jīng)過清洗后，膜組件通量恢復了 92%。
[0039]符號說明
[0040]1、上接口 ；2、管筒式膜組件外殼；3、環(huán)形汲水區(qū)；4、膜過濾區(qū)；5、樹脂固封材料；6、下接口 ；7、原水平衡區(qū)前端；8、前法蘭端蓋；9、環(huán)形汲水區(qū)下端；10、環(huán)形連接件；11、法蘭螺栓孔；12、后導流板；13、導流孔；14、后法蘭端蓋；15、O型密封圈；16、曝氣管；17、曝氣頭；18導流曝氣裝置；19、環(huán)形墊圈；20、原水平衡區(qū)后端。
【權(quán)利要求】
1.一種管筒式中空纖維膜組件，其特征在于，包括由圓片式多內(nèi)孔膜片組成，膜片采用環(huán)形樹脂固封材料密封，膜的開口端露出，樹脂固封材料與管筒式膜組件外殼和至少兩個環(huán)形密封件構(gòu)成獨立的環(huán)形汲水區(qū)，每根多內(nèi)孔膜的內(nèi)孔與所述環(huán)形汲水區(qū)相連通；圓片式多內(nèi)孔膜片之間、導流曝氣裝置、導流板、樹脂固封材料之間共同構(gòu)成原水流入和曝氣時氣液混合的流動通道，環(huán)形汲水區(qū)的出水部分與管筒式中空纖維膜組件外殼上的接口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管筒式中空纖維膜組件，其特征在于，其采用多內(nèi)孔中空纖維膜填充，膜內(nèi)外壁孔徑各自不同，中值孔徑范圍在0.0OOlum到5um之間，膜內(nèi)支撐層呈多軸網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，多軸網(wǎng)架在三維空間交叉互穿分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導流曝氣裝置，其特征在于導流孔板與曝氣孔板延原水流入方向自前至后配置，該裝置是一體式或緊密拼接結(jié)構(gòu)，導流孔板具有錐形部分的導流孔。
【文檔編號】B01D63/02GK103599702SQ201310537967
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】張婷 申請人:天津濮澤科技有限公司