CN100448515C - 浸没式中空纤维膜模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浸没式中空纤维膜模块，该浸没式中空纤维膜模块包括：两个模块收集器；空气扩散单元；以及中空纤维膜束。空气扩散单元包括：上支撑管，该上支撑管的相对端垂直地与模块收集器的上端相连，并且该上支撑管具有空气注入端口；下支撑管，该下支撑管的相对端垂直地与模块收集器的下端相连，并且该下支撑管具有空气注入端口和空气扩散孔；以及两个空气扩散管，该两个空气扩散管与支撑管垂直相连以位于中空纤维膜束中，并具有空气扩散孔。浸没式中空纤维膜模块易于根据处理能力来扩展模块的处理能力，提供便捷的模块连接属性和模块制造属性，在有效的空气扩散条件下保持稳定流量，并防止膜的损坏和由于模块连接区域变松引起的水泄漏。

Description

浸没式中空纤维膜模块

技术领域

本发明涉及一种适用于诸如废水、污水、饮用水等的水处理领域的分离膜模块，更具体地，涉及一种根据处理容量、易于扩大模块的处理容量的浸没式中空纤维膜(submerged hollow fiber membrane)，因为安装区域较小，浸没式中空纤维膜适用于处理大量水的水，并能够通过有效的空气扩散来防止污秽(foulants)。

背景技术

聚合物分离膜正分布于广泛的领域中，包括随着其技术的发展而存在的应用领域，尤其是，随着环境重要性在水处理领域，其需求正在增加。中空纤纤维类型的膜通常是这样一种模块：由于其较高的每安装面积的通过，所以它在水处理中具有优点，而由于多孔膜结构的特性，其机械强度较低，因此由圆柱盒子保护它的膜。在这种类型的模块中，在废水处理的情况下，如通常所知的，难以去除积累在膜表面上的污秽，并且由于污垢，渗透性降低。

为了解决这种问题，设计出没有盒子的浸没式模块。然而，在膜的强度不是足够高的情况下，由于膜受损，会引起系统可靠性的降低。在这种情况下，如果没有有效地实现空气扩散，污垢问题仍然存在，因此增加了工作压力并降低通量。

为了使浸没式模块的渗透性的损失最小化，必须由空气扩展去除积累在膜上的污秽。此时，需要较强的空气扩散条件，因此有可能损坏中空纤维膜。

韩国注册专利No.22807提出一种模块，通过以圆锥形式展开中空纤维膜，并且将其以U形折叠而固定模块，以便防止在轻微空气扩散条件下膜的污染。然而，在这种情况下，模块的体积变大，并且从结构观点看，为了增加处理能力在模块之间进行连接不容易。

在韩国注册专利No.236921中公开的一种浸没式模块的特征在于不将中空纤维膜折叠为U形，而将空气注入端口和过滤水出口与模块的一部分相连接，中空纤维膜的两个末端都以I形固定。这种模块结构对于在连接多个模块用于增加处理能力中水收集管和空气注入管的设置是无效的，并且过滤水出口和空气注入端口共存于模块的一部分上，因此减少了模块制造中的可加工性。

具体而言，在用于大量水的处理的模块中，其中中空纤维膜束广泛散布的矩形比圆柱形更便于在较小的安装区域收集多个模块。这种形状的模块的优点是能够在较小安装区域产生大量的处理水，然而因为中空纤维膜束密集，存在会积累污秽的较大可能性，因此必须伴随着有效的空气扩散。在该过程中，由于对膜的直接影响，会发生由于膜的损坏引起的处理水质量的下降，以及由于膜使用较长时间时模块部件之间的连接部分变松而引起的水泄漏。此外，在用于大规模水处理时根据处理容量而连接多个模块的情况下，不可能进行有效的布置，因此难以使安装区域最小化，并且不容易连接它们。

发明内容

本发明被设计用于解决现有技术的问题，因此本发明提供一种浸没式中空纤维膜模块，这种模块具有这样一种结构，易于根据处理体积而扩展模块处理容量，使模块部件的连接区域最小化，因此防止当使用较长时间时由于连接区域变松而引起的水泄漏，并且可以提高模块制造中的可加工性。

此外，本发明提供一种浸没式中空纤维膜模块，这种模块具有这样一种结构，能够通过安装在模块自身上的空气扩散单元，在三个侧面产生空气时振动中空纤维膜，因此能够进行有效的空气扩散，以便防止流量的降低，并防止由污秽积累引起的压力增加。

此外，本发明提供一种浸没式中空纤维膜模块，这种模块具有这样一种结构，为了简化模块结构，用于空气扩散的空气扩散管还用作用于支撑模块的支撑管。

本发明提供一种连接装置，这种连接装置能够通过连接中空纤维膜模块单元，容易地扩展模块的处理容量，而不增加投影安装面积。

因此，本发明的目的是提供一种浸没式模块，在较小安装区域处表现出较高流量，提供便捷的模块连接属性和模块制造属性，在有效的空气扩散条件下保持稳定的通量，并且防止膜受损以及由于模块连接区域变松而引起的水泄漏。

为了实现以上目的，根据本发明，提供一种浸没式中空纤维膜模块，包括：[I]两个模块收集器，收集器中的每一个具有用于收集通过中空纤维膜而过滤的过滤水的过滤水收集部分以及过滤水出口；[II]空气扩散单元，由固定两个模块收集器而使它们保持间隔预定距离的支撑管以及具有空气扩散孔的空气扩散管组成；以及[III]中空纤维膜束，具有由粘合剂固定在模块收集器内部的两个相对的末端，从而在模块收集器内形成水收集空间，中空纤维膜的中空部分的末端打开并与过滤水排放表面相平行。空气扩散单元包括：上支撑管，该上支撑管的相对端垂直地与模块收集器的上端相连，并且该上支撑管具有空气注入端口；下支撑管，该下支撑管的相对端垂直地与模块收集器的下端相连，并且该下支撑管具有空气注入端口和空气扩散孔；以及两个空气扩散管，该两个空气扩散管与支撑管垂直相连以位于中空纤维膜束中，并具有空气扩散孔。

附图说明

参考附图，从下面的实施例的描述中，显而易见本发明的其它目的和方面，附图中：

图1是根据本发明的浸没式中空纤维膜模块的示意透视图；

图2是示出了相对于中空纤维膜的纵向垂直剖开的图1所示的模块收集器的剖视图；

图3是示出了相对于中空纤维膜的纵向水平剖开的图1所示的模块收集器的剖视图；

图4是示出了根据本发明的浸没式中空纤维膜模块的空气扩散的示意图；

图5是示出了根据本发明两个浸没式中空纤维膜模块由连接部件串连的透视图；以及

图6是连接部件的透视图。

具体实施方式

下面，参考附图，更详细地描述本发明的优选实施例。

图1是根据本发明的浸没式中空纤维膜模块的示意透视图。图2是示出了相对于中空纤维膜的纵向垂直剖开的图1所示的模块收集器2的剖视图。图3是示出了相对于中空纤维膜的纵向水平剖开的图1所示的模块收集器2的剖视图。

在图1中，为了方便，仅示出了一串中空纤维膜1。

在本发明中，如图1所示，浸没式中空纤维膜模块包括：[I]两个模块收集器2和2’，具有过滤水收集部分3和过滤水出口7；[II]空气扩散单元8，由与模块收集器2和2’横向连接、并固定且支撑它们的两个支撑管9和9’以及与支撑管9和9’垂直连接并位于中空纤维膜束内的两个空气扩散管11和11’组成；以及[III]中空纤维膜束1，由粘合剂6固定在模块收集器的内部。

因为通过使模块部件的数量最小化，省略了连接区域，由过滤水收集部分3和过滤水出口7组成的模块收集器2和2’可以防止由于模块部件之间的连接区域变松引起的水泄漏，并且因为易于制造模块，表现出降低成本的效果。

此外，由上支撑管9、下支撑管9’和两个空气扩散管11和11’组成的空气扩散单元8执行扩散功能和用于固定两个模块收集器2和2’而使两者之间保持预定距离的支撑元件的功能，从而有利于模块结构的简化。

上支持管9具有分别与模块收集器2和2’的上末端部分垂直相连的两个相对的末端部分，并且在其中央部分设有空气注入端口12。

同时，下支撑管9具有分别与模块收集器2和2’的下末端部分垂直相连的两个相对的末端部分，并且在其中央部分设有空气注入端口12，以及沿纵向设有多个空气扩散孔13。

同时，空气扩散管11和11’与上支撑管9和下支撑管9’垂直相连，以位于中空纤维膜束内，并且沿纵向具有多个空气扩散孔13。

同时，中空纤维膜1由粘合剂6固定在模块收集器内部，因此两个相对末端在模块收集器2和2’内设有水收集空间，并且中空纤维膜的中空纤维部分的末端5打开，并与过滤水排放表面4平行设置。

此外，空气扩散单元8以及模块收集器2和2’设有可选安装的各个连接部件，用于串连两个或多个根据本发明的浸没式中空纤维膜模块。

优选地，连接部件设有用于在彼此串连的两个模块收集器和彼此串连的空气扩散管之间流动过滤水和空气的路径。

优选地，模块收集器2和空气扩散管11之间的距离或者模块收集器2’和空气扩散管11’之间的距离是1至20cm。

换句话说，模块收集器2和2’以及与其相邻布置的空气扩散管11和11’之间的距离优选是1至20cm。

此外，在两个空气扩散管11和11’和在下支撑管9’上形成的空气扩散孔13的直径优选是2至8mm。

按照这种方式，本发明提供存在于两个空气管11和11’以及下支撑管9’上的空气扩散孔，因此能够通过空气在这三个侧面上振动中空纤维膜。

通过空气注入端口12引入用于空气扩散的空气，以通过空气扩散孔13产生相对较大的气泡，从而物理地清洁膜。尤其是，通过位于与中空纤维膜密集并且污秽积累集中之处的模块收集器2和2’相距20cm或更少的沿垂直方向的空气扩散管11和11’处的扩散孔，产生空气。同时，随着从模块的下部上的下支撑管9’产生空气以升起气泡，膜被振动，从而防止污垢。由于水位差引起的压力差而引起的空气扩散的气泡量根据空气扩散孔的排列而不同。因此，优选通过增加位于模块下部的空气扩散孔的直径，补偿差值。

具体而言，这种空气扩散单元不仅是独立装置，还用作模块支撑管，从而能够简化模块结构。此外，从围绕模块的下部和左边和右边处的模块收集器部分的三个侧面产生气泡，从而能够进行有效的空气扩散。

本发明提供的模块包括具有单独的膜功能的中空纤维膜束1，并且在两侧的模块收集器2和2’的水收集部分3处通过膜的内部收集通过抽吸压力或由水位差引起的自然压力从膜外部透过的过滤水。此时，在模块收集器内的过滤水放水表面4上，如图3所示，中空纤维膜的中空部分的末端5与过滤排水表面4平行地打开，同时由粘合剂6固定到过滤排水表面4，因此可以在水收集部分3通过过滤水排放表面4收集过滤水。通过与例如抽水机等的过滤水喷流设备相连的模块收集器2的过滤水出口7，排出在水收集部分3上收集的过滤水。此时，考虑通过模块单元的连接的可扩展性，模块收集器2和2’的过滤水出口7可以分别存在于上和下表面上。按照这种结构，为了通过一个模块单元来执行操作，可以将每一个单独的出口与过滤水喷流设备相连，或者通过使用关闭的连接部件关闭收集器的下端表面上的过滤水出口，并且通过连接仅使上端表面上的过滤水出口可用。中空纤维膜1的长度(即模块收集器2和2’之间的距离)优选是80至200cm。从上面可以看见，两个收集器2和2’对称地执行水收集功能，从而补偿了取决于中空纤维膜1长度的压降。

在过滤处理期间，水必须仅透过存在于中空纤维膜的外部表面上的微孔。然而，在水通过模块部件之间的间隙等泄漏的情况下，过滤功能下降。在本发明所提供的模块中，模块收集器2和2’被配置为单个部件，并且仅通过粘合剂6与中空纤维膜1结合。因此，与多个部件的装配相比，可以降低模块的制造成本，并且可以防止由于部件之间的连接区域变松而引起的水泄漏。

此时，模块收集器2和2’的形状可以从由圆柱形或矩形组成的组中选出。

同时，包含高浓度悬浮固体的废水的处理会降低流量，或者由于污秽的积累引起压力增加，并因此过滤处理伴随着使用空气的扩散处理。本发明提供的模块不需要独立的空气扩散装置，因为模块本身设有空气扩散功能，并且模块的空气扩散单元8还用作模块收集器2和2’的支撑管，从而能够简化模块结构。即，模块的空气扩散单元8包括上和下支撑管9和9’，上和下支撑管9和9’沿横向方向分别与收集器2和2’垂直连接，因此固定模块收集器2和2’以及两个空气扩散管11和11’，两个空气扩散管11和11’沿垂直方向分别与上和下支撑管9和9’垂直连接，并且设置于中空纤维膜束中。此时，空气注入端口12设置于上和下支撑管9和9’的中央，因此与空气供应装置相连。此时，考虑通过连接模块单元的可扩展性，空气注入端口12可以分别存在于上和下支撑管上。按照这种结构，为了通过一个模块单元执行操作，每一个独立的空气注入端口12可以与空气供给装置相连，或者使用关闭连接部件关闭下支撑管9’的空气注入端口，并通过连接仅使上支撑管9的空气注入端口可用。

为了有效的空气扩散处理，在横向方向的支撑管中，空气扩散孔13优选设置在空气扩散单元8的下支撑管9’上。此外，与模块的中央部分相比，靠近模块收集器2和2’的中空纤维膜到处都非常密集，并且具有相对较小的间隙，因此污秽积累聚集在该部分。因此，为了使空气扩散效率最大化，优选在模块收集器2和2’周围，即在与模块收集器2和2’相距1至20cm的点处，设置沿垂直方向的另一个空气扩散管11和11’。

在将具有空气扩散功能的模块浸入希望实际处理的未净化水中的情况下，随着水的深度变大，即，随着趋于模块的下部，由于水位差引起的压力差，来自空气扩散孔13的空气流量降低。考虑这种情况，与设置在正上方的孔相比，随着趋于模块的下部，设置在垂直方向的两个空气扩散管11和11’上的空气扩散孔13的直径优选增加10至100％。与模块的下部相连的下支撑管9’的扩散孔13的直径优选是横向方向的空气扩散管11和11’的最小空气扩散孔的直径的1.5至2.0倍，并且空气扩散孔13优选具有2至8mm的直径。

在按照上述方法产生空气扩散的情况下，随着从模块的下部的空气扩散孔13产生的气泡上升到上部，它们继续沿横向排列振动中空纤维膜1，并防止污秽的积累。从左边和右边处的垂直方向的空气扩散管11和11’产生的气泡防止了膜集中处的部分上的积累污秽。图4是示出了根据本发明的浸没式中空纤维膜模块的空气扩散的示意图。

为了防止由于膜的污染而引起的模块性能下降，按照这种方式设计上述浸没式中空纤维膜模块，使得在三个侧面上产生气泡，以直接振动中空纤维膜，并因此防止污秽积累。因此，当利用较强空气扩散操作模块较长时间时，膜可能受损。因此，优选使用具有大于1kg/束(strand)抗拉强度的高强度中空纤维膜。更优选使用具有大于10kg/束抗拉强度的如由编织物加固的合成或复合中空纤维膜。

在使浸没式模块适用于大规模水处理的情况下，在较小安装区域获得要处理的高流量是有利的。因此，根据本发明的模块能够根据处理容量使用单个单元模块，以及在组合两个或多个单元模块时增加处理容量，而不增加计划投影安装面积(projected installationarea)。

参考图5，详细解释由连接部件连接多个本发明的中空纤维膜模块单元的结构。图5示出了组合了两个模块单元的实施例。

图5是根据本发明、由连接部件串连的两个浸没式中空纤维膜模块的透视图。在图5中，为了方便，仅示出一串中空纤维膜模块。

垂直连接中空纤维膜模块单元，如图5所示。下模块收集器14和14’的上端表面的过滤水出口连接并穿透到上模块收集器2和2’的下端表面的过滤水出口，从而允许在上和下模块收集器的过滤水收集部分中收集的过滤水通过与例如抽水机等的过滤水喷流装置相连的上模块收集器2和2’的过滤水出口7喷流。此时，与图4所示的实施例相同，下模块收集器14和14’的下端表面的过滤水出口优选由关闭连接部件关闭。尽管图6通过O形环19示出了连接并穿透上和下模块收集器的连接部件，但是本发明不局限于此。

关于空气扩散单元的连接，如图5所示，设置在下模块的空气扩散单元的上支撑管15上的空气注入端口连接并穿透到设置在上模块的空气扩散单元的下支撑管9’上的空气注入端口，从而通过与空气供给装置相连的上模块的空气扩散单元的上支撑管9的空气注入端口，给上和下模块的全体空气扩散单元提供空气。此时，设置在下模块的空气扩散单元的下支撑管15’上的空气注入端口优选由关闭连接部件关闭，与图4所示的实施例相同。

要使用的连接部件可以包括螺旋式或锁紧式连接类型的连接部件，但不局限于此。

按照上述连接方法，可以扩大模块的处理能力，而不需要增加投影安装区域，因此可以处理各种处理规模的水处理。

传统的浸没式中空纤维膜模块的问题在于难以扩大模块处理容量和制造模块，由于模块连接区域变松而引起许多水泄漏，在空气扩散条件下通量的保持不稳定，以及损坏中空纤维膜。

根据本发明的浸没式模块可以更容易地根据处理容量来扩大模块处理容量，由于模块部件的最小化，耐用性极好，更容易地执行制造模块的工作，并且具有能够通过空气扩散单元在三个侧面产生空气时振动中空纤维膜的结构，从而有效地防止了污秽。

Claims (10)

1.一种浸没式中空纤维膜模块，包括：

[I]两个模块收集器，该两个模块收集器中的每一个具有过滤水收集部分以及过滤水出口，该过滤水收集部分用于收集通过中空纤维膜而过滤的过滤水；

[II]空气扩散单元，该空气扩散单元由固定两个模块收集器而使它们保持间隔预定距离的支撑管以及具有空气扩散孔的空气扩散管组成；以及

[III]中空纤维膜束，该中空纤维膜束具有由粘合剂固定在模块收集器内部的两个相对的末端，从而在模块收集器内形成水收集空间，中空纤维膜的中空部分的末端打开并与过滤水排放表面相平行地设置，

其中空气扩散单元包括：

上支撑管，该上支撑管的相对端垂直地与模块收集器的上端相连，并且该上支撑管具有空气注入端口；

下支撑管，该下支撑管的相对端垂直地与模块收集器的下端相连，并且该下支撑管具有空气注入端口和空气扩散孔；以及

两个空气扩散管，该两个空气扩散管与支撑管垂直相连以位于中空纤维膜束中，并具有空气扩散孔。

2.根据权利要求1所述的模块，其中，模块收集器和与其相邻布置的空气扩散管之间的距离是1至20cm。

3.根据权利要求1所述的模块，其中，空气扩散孔的直径是2至8mm。

4.根据权利要求1所述的模块，其中，与设置在正上方的空气扩散孔相比，随着空气扩散孔趋于模块的下部，设置在空气扩散管上的空气扩散孔的直径增加10至100％。

5.根据权利要求1所述的模块，其中，下支撑管的扩散孔的直径比空气扩散管的最小空气扩散孔的直径大1.5至2.0倍。

6.根据权利要求1所述的模块，其中，组成中空纤维膜束的中空纤维膜的抗拉强度是1kg/束或更大。

7.根据权利要求1所述的模块，其中，组成中空纤维膜束的中空纤维膜是由编织物加固并具有大于10kg/束的抗拉强度的合成或复合中空纤维膜。

8.根据权利要求1所述的模块，其中，模块收集器的形状是圆柱形或矩形。

9.根据权利要求1所述的模块，其中，空气扩散单元和模块收集器分别设有用于串连两个或多个浸没式中空纤维膜模块的连接部件。

10.根据权利要求9所述的模块，其中，连接部件设有用于在彼此串连的两个模块收集器和彼此串连的空气扩散管之间流动过滤水和空气的通路。

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