CN100518907C - 一种漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种污水处理技术设备，尤其是涉及一种适用于处理高浊度污水的漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件。其包括分布于两端的端头和曝气头，以及设置于其间的若干个中空纤维膜束，端头上设有进气管和产水管，端头和曝气头间通过中心管联成一体，固定中空纤维多孔膜束的至少一端是软连接的，中空纤维膜束布置在中心管的周围，曝气头上分布有若干布气孔，在所述的中空纤维多孔膜束中设有产水软管。本发明主要是提供了一种能有效去除粘结在膜丝表面的污染物，且膜丝不易断裂，膜组件使用寿命长，产水水质稳定的漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件。解决现有技术所存在膜丝易断裂，从而导致产水质量不高的技术问题；以及整个膜过滤装置的膜元件不能方便地进行维护保养或更换的技术问题。

Description

一种漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件
技术领域
本发明涉及一种污水处理技术设备，尤其是涉及一种适用于处理高浊度污水的一种漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件。
背景技术
近年来随着膜技术的发展，膜越来越多的应用于废水处理中。但在应用过程中，尤其是在高浊度污废水的处理应用中，膜污染问题没有得到很好的解决，随着膜材质性能的提高、膜价格的下降，膜污染的控制日益提升为影响其广泛应用的主要问题。
为了改善水流均匀性，提高渗透效率，同时解决所用膜的污堵问题，膜组件的优化设计的重要性日益突显。特别是应用中空纤维多孔膜直接过滤高浊度水的需要，出现了一种直接浸没于原水池或生化池进行过滤的中空纤维多孔膜构成的组件，一般都是将中空纤维膜束的两端分别连接于相互分隔，相对而立的集水板(管)，并且使所述的膜束保持松弛相互不接触的状态，设置于待处理的水中，所述中空纤维膜可采用公知的聚偏氟乙稀、聚乙稀、聚氯乙稀、聚丙稀、聚醚砜或聚砜等各种材料。一般在膜元件下部均设置有独立的曝气和清洁机构，以使膜束处于抖动状态，以防止膜面积垢，保证多孔膜在过滤高浊度水条件下保持较高的通量。所述的中空纤维膜束的布置形式一般呈帘式，方簇形或圆筒形。
浸没式膜组件已得到了广泛运用。已公开或获得批准的专利有中国CN1332124A，CN1509801A，CN1121895C以及美国专利US6790360，上述公开的浸没式膜组件都在一定程度上较好在解决了中空纤维膜丝的抗污堵性能，在一定程度上延长了组件的处理寿命和运行周期。但上述膜组件的中空纤维膜丝二端一般都分别承插密封于相对而设的集水管中，由于膜组件中膜丝无壳体约束，虽然提高了膜丝在曝气系统作用下抖动自由度，但为了避免膜丝相互缠绕，膜元件的长度一般不能太长，例如US6790360中建议膜束的优选长度为0.7米。
尽管这样，浸没式多孔膜组件依然已经成为污废水处理领域中膜组件设计的一种趋势和方向，在膜组件结构、工艺等方面不断得到改进。有一种帘式的浸没式元件，包括二个垂直分列的上下集水管以及置于其间的中空纤维膜膜束。其特征在于置于上下二个集水管之间的中空纤维膜束可在一定范围内左右飘动，而且下集水管也可在一定范围内上下移动，使膜束有一定的张弛性，以提高膜组件的抗污染能力。又如，美国专利公开US2004/0188339A1公开了一种膜元件可更换的浸没模块式膜过滤装置，而且在膜束中间设置有曝气管，在一定程度上既解决了膜组件维护保养问题，实现了不停产维护，又改善了装置的曝气结构，提高膜丝的抗污染性。
但是上述技术中，膜组件的设计均不能很好地兼顾膜元件的维护保养和膜丝的抗污染以及整个膜过滤装置的产水量的技术问题。
本发明旨在提供一种能有效防止膜丝相互纠缠，尤其是能有效去除粘结在膜丝表面的污染物，且膜丝不易断裂，膜组件使用寿命长，产水水质稳定的漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件及其系统。
发明内容
本发明主要是提供了一种结构合理，能有效防止膜丝相互纠缠，尤其是能有效去除粘结在膜丝表面的污染物，且膜丝不易断裂，膜组件使用寿命长，产水水质稳定的漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件。解决现有技术所存在的中空纤维膜过滤组件的膜丝相互纠缠，膜丝易断裂，从而导致产水质量不高的技术问题；以及整个膜过滤装置的膜元件不能方便地进行维护保养或更换的技术问题。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件，包括分布于两端的端头和曝气头，以及设置于其间的若干个中空纤维膜束，端头上设有进气管和产水管，端头和曝气头间通过中心管联成一体，中空纤维多孔膜束由中空纤维多孔膜丝组成，固定中空纤维多孔膜束的至少一端是软连接的，中空纤维膜束布置在中心管的周围，曝气头上分布有若干布气孔，在所述的中空纤维多孔膜束中设有产水软管。所谓软连接是指，膜束的上下两端的至少一端，采用已知的任何方式，例如软绳、钢丝、弹簧等构件连接在一个固定体上，使得膜丝至少一端是可漂浮悬动的。完全浸没于待过滤原水中的若干个中空纤维多孔膜束，其一端浇铸封结并汇集于上部端头，端部开口；膜束的另一端则分别浇铸封结并汇集于下部曝气头附近的膜束固定装置中，端部开口与装置中的产水收集室相通，并通过穿插于膜束中央的中空软管与位于相对一端的端头相联通。曝气头通过中心管穿过上部端头与进气分配管相联通，并由此与上方的组件端头联成一体。所述的组件端头上分别设有产水管口和进气管口，分别用柔性管与系统集水管和进气分配管相接。所述的组件端头与组件固定支架之间的联接，以及位于下部的若干个膜束固定装置与下方的曝气头的外缘之间的联接，至少有一头是采用软索联接。因而工作时除膜丝可随着水流、气流作漂浮摆动外，膜组件也在一定范围内摆动和相互碰撞，提高了将膜丝表面附着物的剥离的效能。由于至少中空纤维多孔膜束靠近曝气头的一端是用软索相联接的，故其在摆动时根部与环氧树脂浇注面的摆动角大幅减少，大大的降低了根部断裂的机率，提高了工作的可靠性。
作为优选，所述的膜束的一端固定在端头内，以中心管为中心，呈辐射状均匀分布，膜束的另一端固定在设置在曝气头上端的固定装置内。均匀分布使得膜束之间距离相等，不会相互纠缠，保证除污效果，固定装置可以通过吊耳绳索连接，也可以通过弹簧等柔性连接在曝气头上。
作为优选，所述的曝气头上的固定装置为吊杯，其通过软索连接于曝气头的外缘上。下部的吊杯与上部端头是膜束固定的两端，吊杯的分布与端头的膜束分布相同，膜束以中心管为中心圆周分布，这样既节省体积，又增强了除污效果。
作为优选，所述的端头通过软索连接于组件吊杆支座上。由于是软索连接，所以使得这端可以在待处理的水中漂动，形成悬浮形式；软索可以使绳索，也可以使钢丝之类。
组件上下两端的端头和曝气头的大小形状可以相同，也可以不同，大小相异。作为优选，所述的曝气头的大小大于端头的大小。曝气头的形状大小大于端头的大小，使得组件外形看来上小下大呈塔形，塔形膜组件的斜面的倾角0.5°-45°，也可以是葫芦形等。此种设计更有利于气流的走向，能更好的去除污水中的污浊物，提高产水质量。
所述的中空纤维多孔膜束的设置可以根据现有工艺技术所能达到的材料成本与产水率之比最优化的方案而定，且其长度可以和集水头与曝气头间的距离相等，也可以略大于两者之间的距离。作为优选，所述的集水头与曝气头间的距离小于中空纤维多孔膜束的长度；每束是由100-1000根中空纤维多孔膜丝组成的；膜束长度范围为1.0m-2.0m。
在中空纤维多孔膜束中设有产水软管，产水软管的长度可以与膜束同，也可以略短于膜束。作为优选，所述的产水软管的长度大于端头与曝气头间的距离，小于中空纤维多孔膜束的长度。这样，产水软管既是用于输送源自膜束吊杯集水室中产水的产水管，又可防止曝气头摆动幅度过大而对膜丝造成损伤，对膜束起到保护作用。其材质可以是已知的任何柔性材料，如硅橡胶，氟橡胶，软质PVC，PU材料等，其直径范围为1-10mm，作为更优选，其直径为5-6mm。
所述的位于膜束下方的曝气头可以是已知的任意形状，作为优选，所述的曝气头呈中空的双锥体，曝气头上的布气孔呈辐射状分布，曝气头背向集水头的一面设有气压调整管。其锥度的优选范围是90°-170°。更为优选的，所述的曝气头上锥面的锥度范围是120°-140°，下锥面的锥度范围是130。-150°。布气孔可以是圆孔也可以是条形孔，呈辐射状分布，使得布气更均匀，气压调整管是为了调节曝气头内的气压，使得布气效果更好，同时也可作为排污口。曝气头的材质可以是已知的任何材料，包括聚烯烃，ABS，聚氨酯，尼龙等。曝气头平面可呈圆形也可呈多边形。作为优选，其直径或多边形内接圆直径为120-400mm。作为更优选，其直径为200-300mm。
作为优选，所述的中心管靠近端头一端和靠近曝气头的一端均设有若干气孔。所述的设置于组件上部集水头与下部曝气头之间的中心管，既是用于输送压缩空气，又可作为支撑整个膜组件的支撑管，将上部集水头与下部曝气头联为一体。中心管的材质可以是已知的任何材料，包括PVC，ABS，聚烯烃等。中心管二端的管壁上，分别设有若干个吹气孔，可以对所述的中空纤维多孔膜束的端部进行吹扫，以去除膜束端部的污染物。作为优选，所述的中心管直径是10-100mm。作为更优选，其直径为20-50mm。所述的吹气孔的直径为1-10mm。
作为优选，所述的膜束长度范围为1.0m-2.0m，中空纤维多孔膜的平均膜孔径为0.01μm-5μm。所述的中空纤维多孔膜组件上的膜束的数量为4-16束。作为更优选，所述的中空纤维多孔膜束的数量为6-10束。
所述的漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件既可用于浸没式超滤装置，也可用于膜生物反应装置。所述的漂悬式中空纤维多孔膜组件，分别通过柔性吊索与相应的膜组件吊杆相联接。若干个所述的漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件可通过所述的膜组件吊杆分别固定于与之相配合的吊杆支座上，组件的产水软管并联至产水收集管，进气软管并联至压缩空气管，由此形成一个过滤系统，以适应不同产水规模的过滤系统。
因此，本发明具有结构简单，布局合理，装置紧凑，生产制作较为便利，占地小，能耗低，操作方便，出水质量好，处理效率较高，运行周期较长等特点，可单独或与其它水处理工艺相接合，使用于高浊度水处理场合。尤其适用于膜生物反应装置中。
附图说明
附图1是本发明的一种漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件的示意图。
附图2是本发明的一种漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件连接成处理系统的整体示意图。
附图3是本发明的一种漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件的端头的剖面视图。
附图4是本发明的一种漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件的吊杯中结构的示意图。
附图5是由若干个本发明的一种漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件联接组件的过滤系统俯视示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
实施例1：
如附图1所示，一种漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件，包括由端盖1、集水头2组成的组件端头3、曝气头4、中心管5、产水软管6、吊杯7等，以及围绕中心管5均匀分布，完全浸没于待过滤原水中的8个中空纤维多孔膜束8(如图3所示)。组件端头3和曝气头4通过直径为φ40mm的中心管5联成一体。端头3的大小小于曝气头4的大小，使得整个组件外观看上去呈塔形，这种结构有利于气流的走向。端头3为圆形，其直径为150mm，曝气头4为直径为200mm的双锥体，其上呈辐射状分布有若干布气孔15，曝气头4的上锥面的锥角为120°，下锥面的锥角为130°，端头3上设有吊环9，通过软索与过滤系统的固定支座10软连接。围绕中心管5均匀分布并完全浸没于待过滤原水中的8个中空纤维多孔膜束8(如图3所示)，每个膜束8由200根中空纤维多孔膜组成，中空纤维多孔膜的平均孔径为0.01μm，膜束8呈直径为160mm的圆柱状。膜束8的一端用环氧树脂浇铸汇集于集水头2，端部开口；膜束8的另一端则分别用环氧树脂浇铸汇集于8个膜束吊杯7之中(如图4所示)，吊杯7通过软索与曝气头4上的吊耳11相连，由于固定中空纤维多孔膜束8的两端均是通过软索与固定物相连，所以，中空纤维多孔膜束8是可以在待过滤的原水中漂动的，提高了处理水的功能。在中空纤维多孔膜束8中设有直径为φ3mm的产水软管6，通过产水软管6将吊杯中的产水输出。曝气头4背向端头3的一面设有与中心管5相对的气压调整管16，气压调整管16可以调节曝气头4中的气压，增强曝气效果。
组件端头3上分别设有产水管12和进气管13，产水管12与集水支管和输出泵相接；进气管13与压缩空气进气支管相接，通过中心管5与曝气头4相通。待净化的水经过中空纤维多孔膜壁上的孔隙，进入中空纤维多孔膜内侧，并流入集水管，通过泵吸出。中心管5靠近端头和曝气头的两端设有若干个气孔14，气孔的设置可以对所述的中空纤维多孔膜束的端部进行吹扫，以去除膜束端部的污染物。
组件端头3与固定支座10软联接，并且产水管12和进气管13都采用柔性软管，使整个组件端头3可以有上下500mm的悬浮空间；膜束8的长度大于两组件端头3之间的距离，产水软管6的长度小于膜束8的长度，大于组件端头3与曝气头11之间的长度，使整个膜组件漂悬于待处理水池中，且中空纤维多孔膜束8的长度是膜束中央的φ8mm的中空的产水软管6长度的105％，使得膜丝可随着水流作漂浮、摆动。组件上部端头3与膜束吊杯7之间膜束8净长1000mm。
进气管13接近上部集水头2端以及下部曝气头4端面40mm的管壁上，四周分别均匀开设气孔，可以有利于清洗膜束固定端头的污垢，延长膜丝寿命。
将若干个漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件分别通过相应的组件软索，安插固定于与之相配合的吊杆支座17上，组件的产水管12并联至产水收集支管，进气管13并联至压缩空气进气支管，由此形成一个过滤系统(如图2和图5所示)。
实施例2：
如附图1所示，一种漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件，包括由端盖1、集水头2组成的组件端头3、曝气头4、中心管5、产水软管6、吊杯7，以及围绕中心管5均匀分布，完全浸没于待过滤原水中的6个中空纤维多孔膜束8(如图3所示)。组件端头3和曝气头4通过中心管5联成一体。端头3的大小小于曝气头4的大小，使得整个组件外观看上去呈塔形，这种结构有利于气流的走向。曝气头4的直径为250mm，其上锥面的锥角为130°，下锥面的锥角为150°，呈中空的双锥体状，端头3为方形，其外接圆直径小于曝气头4，在曝气头4边缘设置6个吊杯7，吊杯7内用聚氨酯浇铸固定有中空纤维多孔膜丝，膜丝的平均孔径为0.5μm，每个吊杯7内固定有500根膜丝，膜丝内设有产水软管6，软管6的直径为6mm，端头3与曝气头4之间的距离为800mm，膜丝长度为1500mm。其余结构与实施例1同。
实施例3：
如附图1所示，一种漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件，包括由端盖1、集水头2组成的组件端头3、曝气头4、中心管5、产水软管6、吊杯7，以及围绕中心管5均匀分布，完全浸没于待过滤原水中的10个中空纤维多孔膜束8(如图3所示)。组件端头3和曝气头4通过中心管5联成一体。曝气头4的直径为300mm，呈中空的双拱状，端头3为圆形，其直径小于曝气头4，在曝气头边缘设置10个吊杯，吊杯内用环氧树脂浇铸固定有中空纤维多孔膜丝，膜丝的平均孔径为5μm，每个吊杯7内固定有1000根膜丝，膜丝内设有产水软管6，软管6的直径为10mm，端头3与曝气头4之间的距离为1000mm，膜丝长度为2000mm。其余结构与实施例1同。
本发明适用于地表水、地下水、市政污水、工业废水等高浊度水的净化处理。

Claims (12)

1.一种漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件，包括分布于两端的端头(3)和曝气头(4)，以及设置于其间的若干个中空纤维多孔膜束(8)，端头(3)上设有进气管和产水管，端头(3)和曝气头(4)间通过中心管(5)联成一体，中空纤维多孔膜束(8)由中空纤维多孔膜丝组成，其特征在于：固定中空纤维多孔膜束(8)的至少一端是软连接的，中空纤维多孔膜束(8)布置在中心管(5)的周围，曝气头(4)上分布有若干布气孔(15)，在所述的中空纤维多孔膜束(8)中设有产水软管(6)。
2.根据权利要求1所述的一种漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件，其特征在于：所述的中空纤维多孔膜束(8)的一端固定在端头(3)内，以中心管(5)为中心，呈辐射状均匀分布，中空纤维多孔膜束(8)的另一端固定在设置在曝气头(4)上端的固定装置内。
3.根据权利要求2所述的一种漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件，其特征在于：所述的曝气头上的固定装置为吊杯(7)，其通过软索连接于曝气头(4)的外缘上。
4.根据权利要求1所述的一种漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件，其特征在于：所述的端头(3)通过软索连接于组件固定支座(10)上。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件，其特征在于：所述的曝气头(4)的大小大于端头(3)的大小。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件，其特征在于：所述的端头(3)与曝气头(4)间的距离小于中空纤维多孔膜束(8)的长度。
7.根据权利要求5所述的一种漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件，其特征在于：所述的端头(3)与曝气头(4)间的距离小于中空纤维多孔膜束(8)的长度。
8.根据权利要求1或2或3或4所述的一种漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件，其特征在于：所述的产水软管(6)的长度大于端头(3)与曝气头(4)间的距离，小于中空纤维多孔膜束(8)的长度。
9.根据权利要求7所述的一种漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件，其特征在于：所述的产水软管(6)的长度大于端头(3)与曝气头(4)间的距离，小于中空纤维多孔膜束(8)的长度。
10.根据权利要求9所述的一种漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件，其特征在于：所述的曝气头(4)为中空的双锥体，曝气头(4)上面向端头(3)一端的布气孔(15)呈辐射状分布，曝气头(4)背向端头(3)的一面设有气压调整管(16)。
11.根据权利要求1或2或3或4所述的一种漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件，其特征在于：所述的中心管(5)靠近端头(3)一端和靠近曝气头(4)的一端均设有若干气孔(14)。
12.根据权利要求1所述的一种漂悬式中空纤维多孔膜过滤组件，其特征在于：所述的中空纤维多孔膜束(8)长度范围为1.0m-2.0m，中空纤维多孔膜的平均膜孔径为0.01μm-5μm。
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