CN100563796C - 用于浸入式工作的膜组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于浸入式工作的膜组件，它包括由多个空心纤维膜组成的纤维束，这些空心纤维膜以一开放端部浇铸到顶部件中，并在浸入式工作中被待过滤的液体包围；与顶部件相连的滤液收集腔，该滤液收集腔具有至少一个用于从空心纤维膜内部流出的滤液的滤液排出口；气体输送装置，该气体输送装置具有通过顶部件引导的管。该管在纤维束内部终止并具有用于气态介质的气体排出口，该气态介质在从管中转移到待过滤的液体中后基本上在纤维束的空心纤维膜之间作为气泡上升。按本发明，纤维束被分成各部分，这些部分分别包括一组空心纤维膜；在各部分之间留有空腔，这些空腔从管延伸到顶部件的外圆周，并使待过滤的液体流入与顶部件邻接的纤维束的底部区域。

Description

用于浸入式工作的膜组件
技术领域
本发明涉及一种用于浸入式工作的膜组件，包括一由多个空心纤维膜组成的纤维束，这些空心纤维膜以一开放端部浇铸到一顶部件中，并在一浸入式工作中被一待过滤的液体包围；一与顶部件相连的滤液收集腔，该滤液收集腔具有至少一个用于从空心纤维膜内部流出的滤液的滤液排出口；气体输送装置，该气体输送装置具有一通过顶部件引导的管；其中，该管在纤维束内部终止并具有一用于气态介质的气体排出口，该气态介质在从管中转移到待过滤的液体中后基本上在纤维束的空心纤维膜之间作为气泡上升。
背景技术
空心纤维膜是细的毛细状薄膜，它通常长度超过一米，并且直径在100μm和5mm之间范围内。为了浸入式工作，膜组件下沉到一具有待过滤的液体的容器中，其中空心纤维膜在液体中基本垂直地定向。在一个以浸入式工作的膜组件中，滤液从滤液收集腔中泵吸出来。由此，在滤液收集腔中，保持一比空心纤维膜外侧上的液体压力小的压力。
从DE-C 100 45 227中已知一种具有上述特征的膜组件。空心纤维膜以一端浇铸到顶部件中，并在其另一端上单独地封闭。滤液收集腔连同顶部件和气体输送装置构成一底部件，该底部件可安装在一支架上并为了浸入式工作下降到一具有待过滤的液体的容器中。空心纤维膜与海藻类似地位于待过滤的液体中并且能够彼此进行相对运动。只有纤维束的过量运动受侧向的纤维支架限制。在膜组件的工作中，空心纤维膜表面的污物聚集起来。通过利用气体输送装置的管导入纤维束内部的空气进行吹气，使待过滤的液体以及空心纤维膜运动并且在空心纤维膜上遗留的污物能够被移走。但已知的措施并不足以在纤维束的底部区域内持续地避免淤塞。底部区域是纤维束与顶部件相连的一段，其中空心纤维膜由于其端侧的夹紧只能有限地运动。膜组件在底部区域内开始的淤塞向上延续并且长期以往将导致纤维束的或多或少较大的部分完全淤塞，即使通过高强度的吹气也不再能够吹净。吹气气体掠过纤维束逐渐淤塞的区域，这导致纤维束的淤塞迅速发展。滤液流量和淤浆的局部排水越大，纤维束的淤塞就开始得越早。
从WO 97/06880已知一用于浸入式工作的膜组件，其由空心纤维膜组成的纤维束夹在两个顶部件之间。两个顶部件的覆盖有空心纤维膜的端面被分成多个部分，其中在各部分之间留有空腔。这些空腔用于设置气体分配器，该气体分配器具有星形的与一管连接的带有气体排出口的通道。空气基本上在纤维束的空腔中上升，并在这里使待过滤的液体产生涡流。一类似装置在JP-A 07/185 268中说明为用于一种并非在浸入式工作中的、而是在液体流过的套管中使用的膜组件。在由WO 97/06 880和JP-A 07/185 268中已知的装置中，纤维束的淤塞不能长时间地避免。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种适于一浸入式工作的膜组件，该膜组件具有造成淤塞的很小趋势。即使在大的污物量以及空心纤维膜的大的渗透性时，抑制在纤维束底部开始的淤塞。
该目的按本发明在具有上述特征的膜组件上通过以下方式实现，即将纤维束分成多个部分，这些部分分别包括一组空心纤维膜；在各部分之间留有空腔，这些空腔从管延伸到顶部件的外圆周并使待过滤的液体流入纤维束的与顶部件邻接的底部区域。将通常为空气的气态介质引入纤维束内部，在那里通过上升的气泡产生流动。来自纤维束周围的液体可流过按本发明的纤维束底部区域内的空间。所述流动在空心纤维膜之间的区域内的各部分中发生作用，并防止能够在那里开始淤塞。沉积物能够及时和有效地被运走。纤维束内部的中心气体输送装置与纤维束内部的空腔的相互作用以令人惊讶的有效方式防止在底部区域内开始的纤维束淤塞，这些空腔以星形或辐射形从管延伸到顶部件的外圆周。顶部件能够设计为圆柱形套管，其中气体输送装置的管合乎目的地沿圆柱轴线设置。
按本发明一优选的实施方式，顶部件具有一围绕管的星形嵌入件，该嵌入件将顶部件的覆盖有空心纤维膜的端面分成多个部分，并在各部分之间构成空腔。星形嵌入件连同空心纤维膜一起浇铸到顶部件中，此后完全或部分地被浇铸材料围绕。它具有径向的或螺旋形弯曲的腹条，这些腹条从管或围绕管的一套筒延伸到顶部件的圆周上。合乎目的地，这些腹条在上侧是倒圆的或设有斜面。
为制造膜组件，纤维束引入顶部件，顶部件和空心纤维膜之间的空腔用一浇铸树脂进行浇铸。空心纤维膜的纤维端插入顶部件能够通过嵌入件的合乎目的的构造进行简化。按本发明的教导在这方面一种合乎目的的构造规定，嵌入件具有一从内向外递减的高度，其中嵌入件的与管邻接的芯部在端面超出顶部件的外壳，嵌入件的外壳侧的连接端沉入地设置在被顶部件外壳包围的空间中，使得顶部件外壳构成一上侧凸起的围缘。在将组合成所述束的空心纤维膜插入顶部件时，在嵌入件上伸出的纤维端部向外部偏转，其中相邻的纤维向外壳侧面的围缘挤压，由此所述束被压紧。以此方式得到具有紧密挤压设置并在各部分上均匀分布的空心纤维膜。合乎目的地，围缘具有一向上锥形扩大的内表面。
在其它构造中，本发明规定，星形嵌入件包括一用于输送浇铸材料的开口，该浇铸材料在部件下方分布并紧密地包围空心纤维膜。星形嵌入件合乎目的地为一由塑料制成的塑料件，浇铸材料很好地粘合在该塑料件上。星形嵌入件和用于浇入空心纤维膜的浇铸材料也可以由相同材料组成。
按本发明的一优选实施方式，管的气体排出口与顶部件间隔较小距离地设置在纤维束的底部区域内并如此构成，使得气态介质以一基本上均匀的分布在管圆周上排出。这能够以不同方式在结构上实现。在本发明范围内，管在上侧封闭，并具有多个外壳侧面的开口。一优选的设计规定，在管上设置一上侧封闭的盖子，其中管和盖子构成一在盖子下方端部上开放的用于气态介质的流动空间。流动空间构成一环状间隙，从该环状间隙中气态介质均匀分布地排出。流动空间中的气垫阻止液体进入管中并由此污染管。管能够在按本发明的教导范围内也具有一设计为喷嘴的轴向排出口，例如，该排出口设计为文丘里喷嘴。高速流出的气流对周围液体产生较大的抽吸作用。
按本发明的一优选的实施方式，空心纤维膜在其背向顶部件的一端单独地封闭，空心纤维膜的封闭端在液体中可以自由运动。但也在本发明的范围内的是，纤维束夹在两个顶部件之间，其中在两个顶部件上能够连接一滤液收集腔。
附图说明
下面借助于仅仅示出的一实施例的附图说明本发明。附图中：
图1示出一膜组件的纵剖视图；
图2示出在图1中示出的膜组件的顶部件的纵剖视图；
图3示出图2中的剖视图I-I；
图4示出顶部件的另一种构造的俯视图；
图5示出在图4中示出的顶部件的纵剖视图，更确切地说是在制造预部件的过程中在导入浇铸材料时；
图6示出另一实施例的纵剖视图；
图7示出按与图3相应的视图中的现有技术的膜组件；
图8a，8b示出一本发明的膜组件和背景技术相应的膜组件的污染的比较。
具体实施方式
在附图中示出的膜组件用于浸入式工作。在其基本结构中，它包括由多个空心纤维膜2组成的纤维束1、与顶部件3相连的滤液收集腔4和具有穿过顶部件3导引的管7的气体输送装置6，所述空心纤维膜通过一开口的端部注入到顶部件3中并且在浸入式工作中被待过滤的液体包围，所述滤液收集腔具有至少一个用于从空心纤维膜2的内部流出的滤液的滤液排出口5。管7在纤维束1内部终止，并具有一用于气态介质的气体出口8，该气态介质在从管7中转移到待过滤的液体中之后基本上在纤维束1的空心纤维膜2之间作为气泡上升。作为气态介质通常使用空气。
特别从图2和图3得知，顶部件3具有一围绕管7的星形嵌入件9，该星形嵌入件将顶部件3的用空心纤维膜2覆盖有的端面10分成各部分11，并在各部分11之间构成空腔12。各部分之间的空腔12从管7延伸到顶部件3的外圆周，并使待过滤的液体流入纤维束1的与顶部件3邻接的底部区域F。底部区域F指的是纤维束1与顶部件3邻接的段，在该段中，由于其端部的夹紧，纤维彼此间只能进行很小的相对运动，在该段中通常会开始污染或淤塞。标记为底部区域F的纤维段能够延伸大概200mm。
顶部件3设计为圆柱形套管并且在实施例中构成一分离部件，该分离部件套装在滤液收集腔4上。然而，顶部件3也能够在滤液收集腔4上成形。气体输送装置6的管7沿套管的圆柱轴线设置，并被纤维束1的空心纤维膜2包围。顶部件3的星形嵌入件9具有径向腹条13，这些腹条从包围管7的一套筒14延伸到顶部件3的圆周。腹条13在上侧是倒圆的或设有斜面。此外，从图2的说明中得知，部件9具有一从内向外递减的高度，其中嵌入件9的与管邻接的芯部在端面上超出顶部件3的外壳，并且嵌入件的外壳侧面的连接端部沉入地设置在被顶部件外壳包围的空间中，使得顶部件3的外壳构成一上侧凸起的围缘15。该围缘15具有一向上锥形扩大的内表面。顶部件3以及嵌入件9的上述构造使纤维束1在膜组件制造过程中插入到顶部件3中更简单。
星形嵌入件9借助空心纤维膜2注入顶部件3中，此后全部或部分地被浇铸材料包围。在图4中示出的实施方式中，星形嵌入件9包括一用于输送浇铸材料的开口18，该浇铸材料在部件9下方分布，并紧密地包围空心纤维膜2。浇铸过程在图5中示出。星形嵌入件9设计为塑料件，并由具有对浇铸材料较好粘合亲合性的塑料组成。星形嵌入件9和用于浇铸空心纤维膜2使用的浇铸材料也能够由相同材料组成。
管7的气体排出口8与顶部件3间隔微小距离地设置在纤维束1的底部区域内并且如此设计，使得气态介质借助一基本上均匀的分布从管7的圆周上排出。一结构上优选的构造在图1中示出。在管7上设置一上侧封闭的盖子16，其中管7和盖子16构成一在盖子下端部开放的用于气态介质的流动空间。在图6的实施例中，管7具有一设计为喷嘴比如文丘里喷嘴19的轴向的出口。以很快的流动速度流出的气态介质对周围液体具有喷射泵效应。
试验结果：
通过试验，两个按本发明构成的膜组件和一按背景技术的膜组件在相同条件下工作。图3示出按本发明的膜组件的纤维分布，图7示出作为比较参考的按背景技术的膜组件的纤维分布。在气体输送装置方面，两个膜组件没有区别。
待过滤的液体具有一固体含量3.5g/l，该固体含量在24小时内上升到大约12g/l。膜组件在不同的滤液流量时工作9天，而且借助相同的通风。
下述滤液流量设定为横过膜的压力差的变化：
  天   滤液流量(l/m<sup>2</sup>/h)
  1至2   14l/m<sup>2</sup>/h
  3至5   17l/m<sup>2</sup>/h
  6   20l/m<sup>2</sup>/h
  7   22l/m<sup>2</sup>/h
  8至9   25l/m<sup>2</sup>/h
在较小滤液流量的四天后，在相比较的膜组件的纤维束中，就已经观察到淤塞的上升趋势。在滤液流量增加时，相比较的模型的淤塞迅速增加，而按本发明的膜组件的纤维束却没有淤塞。图8a和8b示出在9天的试验运行结束之后的纤维束。两个按本发明的膜组件的纤维束A在底部区域内也没有明显的淤塞，而相比较的模型的纤维束B却从下到上完全淤塞。

Claims (13)

1.用于浸入式工作的膜组件，包括：
-由多个空心纤维膜(2)组成的纤维束(1)，这些空心纤维膜以开放的端部浇铸到一顶部件(3)中，并在一浸入式工作中被一待过滤的液体包围；
-与顶部件(3)相连的滤液收集腔(4)，该滤液收集腔具有至少一个用于从空心纤维膜(2)内部流出的滤液的滤液排出口(5)；
-气体输送装置(6)，该气体输送装置具有一通过顶部件(3)引导的管(7)；
其中，该管(7)在纤维束(1)内部终止并具有一用于气态介质的气体排出口(8)，所述气态介质在从管(7)中转移到待过滤的液体中后基本上在纤维束(1)的空心纤维膜(2)之间作为气泡上升，其特征在于，纤维束(1)被分成多个分别包括一组空心纤维膜(2)的部分(11)；在各部分(11)之间留有空腔(12)，这些空腔从管(7)延伸到顶部件(3)的外圆周，并使待过滤的液体流入纤维束(1)的与顶部件(3)邻接的底部区域。
2.按权利要求1所述的膜组件，其特征在于，顶部件(3)设计为圆柱形套管并且气体输送装置(6)的管(7)沿圆柱轴线设置。
3.按权利要求1或2所述的膜组件，其特征在于，顶部件(3)具有一围绕管(7)的星形嵌入件(9)，该嵌入件将覆盖有空心纤维膜(2)的顶部件(3)的端面(10)被分成多个部分(11)，并在各部分(11)之间构成空腔(12)。
4.按权利要求3所述的膜组件，其特征在于，顶部件的星形嵌入件(9)具有径向的或螺旋形弯曲的腹条(13)，这些腹条从管(7)或从围绕管(7)的套筒(14)延伸到顶部件(3)的圆周。
5.按权利要求4所述的膜组件，其特征在于，腹条(13)在上侧是倒圆的或设有斜面。
6.按权利要求3所述的膜组件，其特征在于，嵌入件(9)具有一从内向外递减的高度，其中嵌入件(9)的与管(7)邻接的芯部在端面超出顶部件(3)的外壳，嵌入件(9)的外壳侧的连接端沉入地设置在被顶部件(3)的外壳包围的空间中，使得顶部件(3)的外壳构成一上侧凸起的围缘(15)。
7.按权利要求6所述的膜组件，其特征在于，围缘(15)具有一向上锥形扩张的内表面。
8.按权利要求3所述的膜组件，其特征在于，星形嵌入件(9)包括一用于输送浇铸材料的开口(18)，该浇铸材料在嵌入件(9)下方分布并且紧密地包围空心纤维膜(2)。
9.按权利要求3所述的膜组件，其特征在于，星形嵌入件(9)和用于浇铸空心纤维膜(2)的浇铸材料由相同材料制成。
10.按权利要求1或2所述的膜组件，其特征在于，气体排出口(8)与顶部件(3)间隔微小距离地设置在纤维束(1)的底部区域内并如此构成，使得气态介质以一基本上均匀的分布从管(7)圆周排出。
11.按权利要求10所述的膜组件，其特征在于，在管(7)上设置一上侧封闭的盖子(16)，其中管(7)和盖子(16)构成一在盖子下端开放的用于气态介质的流动空间(17)。
12.按权利要求10所述的膜组件，其特征在于，管(7)具有一设计为喷嘴(19)的轴向排出口。
13.按权利要求12所述的膜组件，其特征在于，管(7)的排出口设计为文丘里喷嘴(19)。
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