CN101137428A - 一种漂悬式中空纤维多孔膜束 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于水处理的多孔膜过滤元件，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束。其包括有若干中空纤维多孔膜丝和设置于其两端的胶注头，所述的胶注头与膜过滤组件间的连接为软连接，软连接的至少一端的胶注头上连接有中空软管或者软索，该膜束悬挂在所述膜过滤组件中呈可自由漂悬状。本发明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，使用寿命长，产水水质稳定的漂悬式中空纤维多孔膜束。解决现有技术所存在的中空纤维膜过滤元件的膜丝相互纠缠，膜丝易断裂，从而导致产水质量不高的技术问题。
Description
一种漂悬式中空纤维多孔膜束 技术领域
本发明涉及一种用于水处理的多孔膜过滤元件，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束。 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，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两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，包括两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束 发明的公开
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，使用 寿命长，产水水质稳定的漂悬式中空纤维多孔膜束；解决现有技术所 存在的中空纤维膜过滤元件的膜丝相互纠缠，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束，包括有若干中空纤维多孔膜丝，设置于 其两端的胶注头，所述固定膜束的胶注头分别连接于膜过滤组件的两 端，所述的胶注头与膜过滤组件间的连接为软连接，软连接的至少一 端的胶注头上连接有中空软管或者软索，该膜束悬挂在所述膜过滤组 件中呈可自由漂悬状。工作时所述的中空纤维多孔膜束完全浸没于待 过滤液体中，且膜束两端的胶注头均可在一定范围内活动， 因而工作 时除膜丝可随着水流、气流作漂浮摆动和相互碰撞外，整个膜束也在 一定范围内摆动，提高了将膜丝表面附着物的剥离的效能。特别是由 于膜束两端的胶注头均可在一定范围内活动，在膜丝受水流和气流作 用下摆动的同时，膜束两端的胶注头也会跟随着同步摆动， 因此膜丝 根部与胶注面的摆动角大幅减小，大大的降低了根部断裂的机率，提 高了工作的可靠性。所述膜束一端的胶注头通过中空软管或者软索与
所述的膜过滤组件产水收集系统相联通，膜束另一端的胶注头可以通 过中空软管与所述的膜过滤组件产水收集系统相联通，也可以通过软 索直接连接于组件的另一端，由此实现所述膜束与所述膜过滤组件的 软连接。 软索包括软绳、 弹簧等已知的柔性连接体。
当然，所述膜束与膜过滤组件之间实行软连接，实现膜束在待处 理水中的自由漂悬状态，还可以采取目前已知的任何方式， 比如膜束 的两端都采用软索连接使得膜束在待处理的水中漂悬，那么产水管可 以连接在两个胶注头之间的某个位置，用于输送产水； 或者将膜丝分 为两段， 在膜丝间设置一个固定体， 用来收集两端的产水， 并利用软 管与产水系统连接输送产水。
所述的膜丝两端可以都开口， 也可以只有产水端开口。
作为优选， 所述中空纤维膜丝的两端端部分别胶注成柱形形状， 置于杯体内构成有内腔的胶注头， 膜丝的两端均开口且设于内腔中， 两端的内腔均连接有中空软管，所述的内腔为产水集水室。两端的中 空软管均为产水软管， 两端的软连接都是通过产水软管实现的， 两端 的胶注头的内腔中均为产水， 产水软管一端连接在胶注头的内腔中， 一端连接在组件的产水系统上， 用来输送产水。
作为优选， 所述中空纤维膜丝的两端端部分别胶注成柱形形状，. 置于杯体内构成有内腔的胶注头，膜丝的一端开口，开口设于内腔中 与中空软管相通， 内腔为产水收集室； 膜丝另一端端部封闭， 此端的 内腔连接有软索或布气软管。 由于膜丝的一端开口， 一端封闭， 由此 软连接的一端为产水软管， 用来与组件的产生系统相连， 输送产水。
另一端的软连接可以为软管， 也可以是软索， 如果是软管， 其与组件 的供气系统相连， 用来布气， 内腔也就为布气室； 如果是软索， 就是 实现胶注头与组件间的软连接， 使得膜丝端部可以随着胶注头活动， 减少根部应力， 降低端部断裂的可能性。
作为优选，所述中空纤维膜丝中设有中空软管。中空软管可以作 为产水输送管，与膜束的至少一端的产水集水室相通，其两端分别连 接在两端的胶注头上，输送两个胶注头的内腔中的产水； 也可以作为 布气管， 与膜束的一端的布气室相通， 软管上设有若干布气微孔。将 中空软管作为布气管，可以更有效的对膜丝进行吹扫，而且设有布气 管可以对膜丝的根部更有效的清扫，防止膜丝根部污垢积压太多， 阻 塞膜丝， 甚至导致膜丝断裂。
作为优选，所述的中空软管，其长度大于固定膜束的两个胶注头 之间的距离， 小于中空纤维膜丝的长度。可防止膜束摆动幅度过大而 对膜丝造成损伤， 对膜束起到保护作用。
作为优选，所述中空纤维膜丝中设有软索，软索两端分别与固定 膜丝两端的胶注头相连，其长度大于膜束间胶注头之间的距离， 小于 中空纤维膜丝的长度。 可防止膜束摆动幅度过大而对膜丝造成损伤， 对膜束起到保护作用.。
作为优选， 所述中空纤维膜丝端部的胶注头的中部设置有布气 管， 其上设有布气孔， 布气管一端为自由端， 延伸至膜丝中间， 另一 端与布气系统相连接。
作为优选，所述膜束两端的胶注头至少一端是通过中空软管与所
述的膜过滤组件的集水系统或布气系统相连接的。
所述的漂悬式中空纤维多孔膜束既可用于浸没式超滤组件，也可 用于膜生物反应组件。所述的漂悬式中空纤维多孔膜束，分别通过柔 性吊索与相应的膜组件吊杆相联接，或者是通过产水软管或供气软管 与组件的产水系统或供气系统相联接。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 縮空气管，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
图 1是根据本发明的一种漂悬式中空纤维多孔膜束（膜束中有产 水软管） 的剖面视图。
图 2是根据本发明的一种漂悬式中空纤维多孔膜束（膜束中有布 气软管） 的剖面视图。
图 3是根据本发明的一种漂悬式中空纤维多孔膜束（膜束中有软 索） 的剖面视图。
图 4是根据本发明的一种漂悬式中空纤维多孔膜束（膜束中有布 气短管） 的剖面视图。
图 5是根据图 1所示的本发明的一种漂悬式中空纤维多孔膜束的 下端的胶注头示意图。
图 6是根据图 1所示的本发明的一种漂悬式中空纤维多孔膜束的 上端的胶注头示意图。
图 7是根据图 2所示的本发明的一种漂悬式中空纤维多孔膜束的 下胶注头示意图。
图 8是根据图 2所示的本发明的一种漂悬式中空纤维多孔膜束的 上胶注头示意图。
图 9是根据图 3所示的本发明的一种漂悬式中空纤维多孔膜束的 下胶注头示意图。
图 10是根据图 3所示的本发明的一种漂悬式中空纤维多孔膜束 的上胶注头示意图。
图 11是根据图 4所示的本发明的一种漂悬式中空纤维多孔膜束 的下胶注头示意图。
图 12是根据图 4所示的本发明的一种漂悬式中空纤维多孔膜束 的上胶注头示意图。
图 13是由若干个根据本发明的一种漂悬式中空纤维多孔膜束组 成的膜过滤组件示意图。 实现本发明的最佳方法
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 1 - 如图 1所示，一种漂悬式中空纤维多孔膜束，包括若干中空纤维 膜丝 1， 固定其两端的胶注头 2， 产水端以及中空软管 5。 完全浸没 于待过滤原水中的膜束由 300根中空纤维多孔膜丝 1组成，中空纤维 多孔膜丝 1的平均孔径为 Ο. ΟΙ μ ιη, 膜束呈直径为 50 腿的圆柱状。 膜束的两端用聚氨脂胶注汇集于圆柱形胶注头 2内，两端的端部开口 (如图 5和 6所示）。 所述中空纤维膜丝 1的两端端部分别胶注成柱 形形状， 置于杯体内构成有内腔 3的胶注头 2 (即集水室）， 集水室 通过产水端与产水软管 4相接，产水软管 4与过滤系统的产水收集系 统相接。 膜束两端胶注头 2之间膜丝 1净长 1500 画。 分列于膜束两 端的集水室通过一中空软管 5相联通，位于膜束一端的集水室所收集 的产水通过中空软管 5输送至另一端，两端的产水汇合，通过产水端 和产水软管 4流向过滤系统的产水收集系统。因此，所述的中空软管 5既是产水管， 又可防止膜束摆动幅度过大而对膜丝造成损伤， 对膜 束起到保护作用。 由于膜束两端均采用软联接，其中软连接的至少一 端采用软管，使得中空纤维多孔膜束完全浸没于待过滤液体中，膜束 两端的固定体均可在一定范围内活动， 因而工作时除膜丝可随着水 流、 气流作漂浮摆动和相互碰撞外， 整个膜束也在一定范围内摆动。
实施例 2:
如附图 2所示，一种漂悬式中空纤维多孔膜束，包括若干中空纤 维膜丝 1， 固定其两端的胶注头 2， 产水端 9以及供气端 10。 完全浸 没于待过滤原水中的膜束由 400根中空纤维多孔膜丝 1组成，中空纤
维多孔膜丝 1的平均孔径为 0. 1 μ m， 膜束呈直径为 60 mm的圆柱状。 膜束的一端用聚氨脂胶注汇集于圆柱形胶注头 2， 端部幵口。 所述中 空纤维膜丝 1的两端端部分别胶注成柱形形状，置于杯体内构成有内 腔 3的胶注头 2 (即集水室）， 集水室通过产水端与产水软管 4相接; 膜束的另一端则用聚氨脂胶注汇集于圆柱形胶注头 2， 端部封闭。 胶 注头置于杯体内构成内腔 3 (即布气室）， 布气室通过供气端与供气 软管相接（如图 7和 8所示）。 产水软管 4、 供气软管 11分别与过滤 系统的产水收集系统和压缩空气供气系统相接。膜束两端胶注头 2之 间膜丝 1净长 1500隱。 在膜束中间设置一中空软管 5， 一端与位于 膜束一端的布气室相通， 另一端则与相对一端的膜束胶注头相粘结， 端口封闭。 在中空软管 5管壁上均匀分布有布气孔 7， 工作时可对膜 丝 1进行曝气。因此中空软管 5既是布气管，又可防止膜束摆动幅度 过大而对膜丝 1造成损伤，对膜束起到保护作用。 由于膜束两端均采 用软管联接， 中空纤维多孔膜束完全浸没于待过滤液体中，膜束两端 的胶注头均可在一定范围内活动， 因而工作时除膜丝可随着水流、气 流作漂浮摆动和相互碰撞外， 整个膜束也在一定范围内摆动。
实施例 3 :
如附图 3所示，一种漂悬式中空纤维多孔膜束，包括若干中空纤 维膜丝 1， 固定其两端的胶注头 2， 产水端以及中间软索 6。 完全浸 没于待过滤原水中的膜束由 200根中空纤维多孔膜丝 1组成，中空纤 维多孔膜丝 1的平均孔径为 0. 2 μ m， 膜束呈直径为 40腿的圆柱状。 膜束的两端用聚氨脂胶注汇集于圆柱形胶注头 2内，端部开口（如图
9和 10所示）。所述中空纤维膜丝 1的两端端部分别胶注成柱形形状， 置于杯体内构成有内腔 3的胶注头 2 (即集水室）， 集水室通过产水 端与产水软管 4相接， 产水软管 4与过滤系统的产水收集系统相接。 膜束两端胶注头 2之间膜丝 1净长 1500 IM。 分列于膜束两端的集水 室通过一中空软管相联通，为防止膜束摆动幅度过大而对膜丝造成损 伤， 在膜丝 1中间、 两端胶注头之间设置软索 6， 对膜束起到保护作 用。 由于膜束两端均采用软联接， 中空纤维多孔膜束完全浸没于待过 滤液体中，膜束两端的胶注头 2均可在一定范围内活动， 因而工作时 除膜丝可随着水流、气流作漂浮摆动和相互碰撞外，整个膜束也在一 定范围内摆动。
实施例 4:
如附图 4所示，一种漂悬式中空纤维多孔膜束，包括若干中空纤 维膜丝 1， 固定其两端的胶注头 2， 产水端以及供气端。 完全浸没于 待过滤原水中的膜束由 200根中空纤维多孔膜丝 1组成，中空纤维多 孔膜丝 1的平均孔径为 0. 01 μ m， 膜束呈直径为 160讓的圆柱状。 如 图 11和 12所示，膜束的一端用聚氨脂胶注汇集于圆柱形胶注头，端 部开口。所述中空纤维膜丝 1的两端端部分别胶注成柱形形状，置于 杯体内构成有内腔 3的胶注头 2 (即集水室）， 集水室通过产水端与 产水软管 4相接；如图 4所示，膜束的另一端则用聚氨脂胶注汇集于 圆柱形胶注头， 端部封闭。 胶注头的中部设置有布气管 8， 布气管 8 延伸至膜丝 1中间， 其上设有布气孔。 胶注头 2内设有内腔 3 (即布 气室）， 布气室通过供气端与供气软管 11相接。 产水软管 4、 供气软
管 11分别与过滤系统的产水收集系统和压缩空气供气系统相接。 膜 束两端胶注头 2之间膜束净长 1000 腿。 由于膜束两端均釆用软管联 接， 中空纤维多孔膜束完全浸没于待过滤液体中，膜束两端的胶注头 均可在一定范围内活动， 因而工作时除膜丝可随着水流、气流作漂浮 摆动和相互碰撞外， 整个膜束也在一定范围内摆动。
实施例 5:
如附图 9所示，由若干个根据实施例 1的一种漂悬式中空纤维多 孔膜束组成膜过滤组件， 包括由组件端头 13、 固定膜丝的胶注头 2、 曝气头 12、中心管 15、产水软管 4等，以及围绕中心管 15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 17。 组件端头 13 和曝气头 12通过直径为 Φ 40 腿的中心管 15联成一体。 组件端头 13 的大小小于曝气头 12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。 组件端头 13为圆形， 其直径为 150mm， 曝气头 12为直径为 200 mm的双锥体， 其上呈辐射状分布有若干布气 孔， 曝气头 12的上锥面的锥角为 120° ， 下锥面的锥角为 130° ， 曝 气头 12背向组件端头 13的一面设有与中心管 15相对的气压调整管 16， 气压调整管 16可以调节曝气头 12中的气压， 增强曝气效果。
组件端头 13上设有吊环 14， 通过软索与过滤系统的固定支座软 连接。
组件端头 13上分别设有产水管 19和布气管 20， 产水管 19与集 水支管和输出泵相接； 布气管 20与压缩空气进气支管相接， 通过中 心管 15与曝气头 12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
15靠近组件端头 13和曝气头 12的两端设有气流导流板 18， 对源自 曝气头 12的气流产生一定的导流作用， 加强对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。
很明显， 本领域技术人员可在本发明的范围内对上面描述的设 备， 过程和方法进行改变和修改， 以上所述应被解释为一种例证， 而 不是一种限制。
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 (10)
- 权 利 要 求1. 一种漂悬式中空纤维多孔膜束， 包括有若干中空纤维多孔膜 丝 （1 )， 设置于其两端的胶注头 （2)， 所述固定膜束的胶注头 （2) 分别连接于膜过滤组件的两端， 其特征在于： 所述的胶注头 （2) 与 膜过滤组件间的连接为软连接， 软连接的至少一端的胶注头 （2)上 连接有中空软管 （4) 或者软索， 该膜束悬挂在所述膜过滤组件中呈 可自由漂悬状。
- 2. 根据权利要求 1所述的一种漂悬式中空纤维多孔膜束， 其特 征在于： 所述中空纤维膜丝 （1 ) 的两端端部分别胶注成柱形形状， 置于杯体内构成有内腔（3)的胶注头（2)， 膜丝（1 )的两端均开口 且设于内腔（3) 中， 两端的内腔（3)均连接有中空软管（4)， 所述 的内腔为产水集水室。
- 3. 根据权利要求 1所述的一种漂悬式中空纤维多孔膜束， 其特 征在于： 所述中空纤维膜丝 （1 ) 的两端端部分别胶注成柱形形状， 置于杯体内构成有内腔（<sub>3</sub>) 的胶注头 （2)， 膜丝的一端开口， 开口 设于内腔 （3) 中与中空软管（4)相通， 内腔 （3) 为产水收集室； 膜丝另一端端部封闭， 此端的内腔连接有软索或布气软管 （11)。
- 4. 根据权利要求 1或 2或 3所述的一种漂悬式中空纤维多孔膜 束， 其特征在于： 所述中空纤维膜丝 （1 ) 中设有中空软管 （5)。
- 5. 根据权利要求 4所述的一种漂悬式中空纤维多孔膜束， 其特 征在于： 所述中空软管 （5) 为产水管， 与膜束的至少一端的产水集 水室相通。
- 6. 根据权利要求 4所述的一种漂悬式中空纤维多孔膜束， 其特 征在于： 所述中空软管（5)为布气管， 与膜束的一端的布气室相通， 软管上设有若干布气微孔 (7)。
- 7. 根据权利要求 4所述的一种漂悬式中空纤维多孔膜束， 其特 征在于：所述的中空软管（5)，其长度大于固定膜束的两个胶注头（20 之间的距离， 小于中空纤维膜丝 （1 ) 的长度。
- 8.根据权利要求 1或 2或 3所述的一种漂悬式中空纤维多孔膜 束， 其特征在于： 所述中空纤维膜丝（1 )中设有软索（6)， 软索（6) 两端分别与固定膜丝（1 )两端的胶注头（2)相连， 其长度大于膜束 间胶注头 （2) 之间的距离， 小于中空纤维膜丝 （1 ) 的长度。
- 9. 根据权利要求 1或 2或 3所述的一种漂悬式中空纤维多孔膜 束， 其特征在于： 所述中空纤维膜丝端部的胶注头 （2) 的中部设置 有布气管 （8)， 其上设有布气孔， 布气管 （8) —端为自由端， 延伸 至膜丝 （1 ) 中间， 另一端与布气系统相连接。
- 10. 根据权利要求 1或 2或 3所述的一种漂悬式中空纤维多孔膜 束， 其特征在于： 所述膜束两端的胶注头 （2) 至少一端是通过中空 软管 （4) 与所述的膜过滤组件的集水系统或布气系统相连接的。
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