CN101254977A - 一种中空纤维膜组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中空纤维膜组件，包括由多根中空纤维膜丝组成的中空纤维膜束、中空纤维膜束的端头、进气管和产水管，还包括带布气孔的布气装置，所述端头的端面为凸起的端面，所述布气装置与进气管连通，中空纤维膜组件竖直放置时所述布气孔的位置靠近所述凸起的端面的底部，所述布气孔的孔口朝向所述凸起的端面的顶部。本发明还公开了利用此中空纤维膜组件的膜生物反应器和水处理设备。本发明公开的中空纤维膜组件的结构特征，提高了中空纤维膜组件的抗污染性能，尤其是中空纤维膜根部的抗污染性能，保证了中空纤维膜丝过滤的有效面积，延长了中空纤维膜组件的使用寿命，并且此中空纤维膜组件加工、组装、安装和检修都比较方便。

Description

一种中空纤维膜组件

技术领域

本发明涉及一种膜分离水处理设备，尤其是涉及一种应用于水处理的中空纤维膜组件和利用中空纤维膜组件的膜生物反应器，属于水处理技术领域。

背景技术

膜生物反应器(Membrane Bioreactor，MBR)工艺是一种将膜分离技术与传统生物处理技术有机结合的高效污水处理与回用技术。在MBR系统中，污水中的各类污染物主要通过微生物的生物化学作用加以去除，但与传统生物处理工艺不同的是，膜组件替代了二沉池以其高效分离作用使泥水彻底分离，这使得污泥停留时间和水力停留时间可以相互独立，生化反应池中活性污泥浓度的增大和活性污泥中特效菌的积累，提高了生化反应速率。微生物与水的分离不再通过重力沉淀，而是在压力的驱动下，水分子和部分其他小分子物质能够透过膜，微生物和大分子物质则被膜截留在反应池内，从而使系统获得了优良的出水水质。MBR工艺基本解决了传统污水处理工艺普遍存在的出水水质不稳定、占地面积大、工艺控制复杂等突出问题，是极具发展潜力的水处理工艺，尤其在污水再生利用方面，MBR工艺可以将生活污水、城市污水或与之相近的工业废水一步到位地处理成可以作为城市杂用水、工业循环冷却水等用途的优质再生水，目前在全世界范围内正日益受到广泛的学术关注，大规模的工程应用也逐渐增多。

根据膜组件的设置位置，膜生物反应器可分为外置式(或称分体式、分置式)膜生物反应器和内置式(或称浸入式、一体式、浸没式)膜生物反应器两大类。

外置式膜生物反应器一般多选用柱式中空纤维膜组件或管式膜组件，是把膜组件和生物反应器分开设置，生物反应器中的混合液经循环泵增压后送至膜组件的过滤端，在压力作用下混合液中的液体透过膜，成为系统处理出水，固形物、大分子物质等则被膜截留，随浓缩液回流到生物反应器内。外置式膜生物反应器的特点是运行稳定可靠，易于膜的清洗、更换及增设，而且膜通量普遍较大，但一般条件下，为减少污染物在膜表面的沉积，延长膜的清洗周期，需要用循环泵提供较高的膜面错流流速，致使循环泵的水流循环量和所需扬程增大，动力费用增高，吨水能耗高达2～10kWh/m³，并且泵的高速旋转产生的剪切力会使某些微生物菌体产生失活现象。

内置式膜生物反应器大多选用帘式或束式中空纤维膜组件或板框式膜组件，是把膜组件浸没于生物反应器的液位以下，原水进入膜生物反应器后，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥分解或转化，再在抽吸泵提供的负压作用下或者在水位差的作用下由膜过滤出水，曝气系统设置在膜组件下方，一方面给微生物分解有机物提供了所必需的氧气，另一方面利用气提原理，使气水二相流对膜外表面进行水力冲刷，以此来抑制膜面污泥层的沉积。内置式膜生物反应器较之外置式膜生物反应器省去了混合液循环系统，结构更为紧凑，占地面积小，并且靠抽吸出水，吨水能耗相对较低，降至1～2.4kWh/m³，但膜组件的安装、检修、清洗很不方便，清洗劳动强度大，成本较高，膜通量也相对较小。

综上所述，膜生物反应器工艺良好的适应性与处理效果已为众多的学术研究和工程实践所证实，但不论是外置式还是内置式膜生物反应器，与目前较为成熟的其他污水处理工艺相比，由于膜组件造价高而引起基建投资高；由于高扬程的循环泵或高强度的曝气而引起运行能耗高；由于膜组件清洗操作复杂而引起维护管理复杂；此三大突出问题在很大程度上限制了膜生物反应器真正实现产业化。如何在有效控制膜污染的前提下，一方面尽可能地提高膜通量借以降低膜组件的造价，另一方面尽可能降低循环泵或曝气的能耗，同时开发出简便、易行、可靠的膜清洗措施，是全面解决前述三大问题的关键所在，而大量的研究和实践又证实，新型膜组件的开发又是关键之关键。所谓新型膜组件，一方面需要膜材料上的创新，另一方面则需要膜组件结构上的创新。

所谓的膜组件是将一定面积的膜元件以某种形式组装成的膜分离器件，是工程应用当中安装膜的最小单元。膜元件的基本形式有平板式、管式、毛细管式以及中空纤维式，在膜生物反应器中适用的则主要有平板式、管式以及中空纤维式，相应的膜组件形式为板框式、柱式、帘式或束式，板框式膜组件通常采用平板式元件，柱式膜组件通常采用管式或中空纤维式元件，帘式或者束式膜组件通常采用中空纤维式元件。由于工程实际要应用较大面积的膜，所需膜组件的数量很大，因此往往需要将一个或数个膜组件以某种形式组装成膜组件单元，其中包括膜组件、集水管、固定支架等，根据膜组件的型式，也有板框式、柱式、帘式或束式等形式。

在平板膜、管式膜以及中空纤维膜等几种膜元件形式当中，中空纤维膜因为装填密度大、成本低而得到了广泛的应用。以中空纤维膜元件制成的中空纤维膜组件有帘式、束式和柱式三种基本的形式。有关中空纤维帘式膜组件可以参见中国专利及专利申请00102210.5、01820629.8、03803307.0、200410098416.8、200420029295.7、200510013293.8、200510015570.9、200510116589.2、200520123501.5、200610104225.7。有关中空纤维束式膜组件可以参见中国专利及专利申请02158708.6、02158711.6、03822704.5、200420029337.7、200420109650.1、200510049324.5、200580025651.5、200610065807.9，200620039621.1、200710056641.9。有关中空纤维柱式膜组件可以参见中国专利及专利申请99800749.8、01229169.2、01229790.9、03121949.7、200310100565.9、200420056864.7、200420056865.1、200480028264.2、200510015346.X及200520027729.4、200610129352.2。上述这些中空纤维膜组件均普遍存在一个问题：中空纤维膜丝根部积泥现象严重，而且一旦形成积泥又很不容易进行清除，这样降低了膜组件过滤的有效面积和过滤的均匀性，膜丝根部膜污染的继续发展和蔓延又会进一步加剧过滤的不均匀性以及有效过滤面积的丧失，最终缩短了整个中空纤维膜组件的使用寿命。中国专利申请200510049324.5公开的解决办法是将中空纤维膜分成若干束，均匀分布于中心曝气管的周围，利用膜组件底部的曝气头提供的气流对纤维膜束进行水力冲刷，虽然可以在一定程度上降低中空纤维膜中部的污染，但是中空纤维膜束根部积泥现象没有得到解决。目前在市场上有一种与前述专利申请类似的膜组件产品，其在每个纤维膜束下端端头中预先埋入一段短管，气体通过短管进行曝气，以加强对纤维膜束根部的冲刷效果，但是此短管管口朝上，口的上缘高出中空纤维膜浇铸端面一定高度，而且浇铸端面为平面，这样的结构，导致产生的曝气气流不能对膜丝根部进行较为彻底的吹扫和冲刷，中空纤维膜丝根部仍然容易出现严重的积泥现象。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种中空纤维膜组件，水处理过程中可以有效避免中空纤维膜根部积泥。

本发明的另一个目的是提供一种利用此发明的中空纤维膜组件的膜生物反应器。

本发明还有一个目的是提供一种利用此发明的中空纤维膜组件或者利用本发明的膜生物反应器的水处理设备。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下的技术方案：

本发明提供了一种中空纤维膜组件，包括由多根中空纤维膜丝组成的中空纤维膜束、中空纤维膜束的端头、进气管和产水管，还包括带布气孔的布气装置，所述端头的端面为凸起的端面，所述布气装置与进气管连通，中空纤维膜组件竖直放置时所述布气孔的位置靠近所述凸起的端面的底部，所述布气孔的孔口朝向所述凸起的端面的顶部。

中空纤维膜丝通常通过树脂浇铸在所述的端头内，也可以采用其他的方式将其做成一体的，本发明以浇铸端头的形式作为代表来阐述，端头和中空纤维膜丝的连接或者结合方式不限于此。所述端头的浇铸有中空纤维膜丝的端面如果是平面或凹陷的端面，浇铸端面上会有较严重的积泥现象。所述端头的浇铸端面为凸起的端面，凸起的朝向定义为向中空纤维膜丝的中间方向远离浇铸端面。这样的凸起结构会形成一个由中间向四周的一个倾斜，此结构有利于气流将污泥等污染物吹向四周，有利于减少污泥的淤积。

所述的凸起的形状可以是削掉尖部的圆锥、棱锥、球冠或其他已知的任意形状。作为优选，所述的凸起是削掉尖部的圆锥或棱锥，也就是圆台形或棱台形。圆台形或棱台形的结构容易加工，也利于在中间设置连接管等其他部件。当所述的凸起是圆台形时，作为更优选，其平行于圆台底部横截面的任一横截面的圆心在圆台底部横截面上的投影点均与圆台底部横截面的圆心相重合。本文将这样的圆台形称为正圆台形。当所述的凸起是棱台形时，更优选的是，其平行于棱台底部横截面的任一横截面均为边数相等的正多边形，而且棱台所有侧面均为完全相同的等腰梯形。本文将这样的棱台形称为正棱台形，并且优选横截面为正方形或正六边形的正棱台形。

当所述的凸起是正圆台形或正棱台形时，所述的凸起的底圆或底面外接圆的直径范围为20mm(毫米)～300mm，优选40mm～150mm；所述的凸起的顶圆或顶面外接圆的直径范围为5mm～150mm，优选10mm～50mm；所述的凸起的底面和顶面之间的距离，即凸起的高度范围为5mm～200mm，优选10mm～100mm；当所述的凸起是正圆台形时，沿圆台中心轴线的纵剖面为等腰梯形，该等腰梯形的斜边与底边之间的夹角可以为5°(度)～80°，优选15°～75°，更优选为30°～60°；当所述的凸起是正棱台形时，棱台侧面与底面之间的夹角可以为5°～80°，优选15°～75°，更优选为30°～60°。平面与平面的夹角大小通过以下方式确定：(1)如果两个平面没有交线，则两个平面的夹角为0°；(2)如果两个平面有交线，则沿着交线方向将两个平面投影到第三个平面上，形成一个锐角，这个锐角的角度就是所述两个平面的夹角。

在所述端头的浇铸端面的凸起的底部设置有带布气孔的布气装置，这对于中空纤维膜丝根部的冲刷更为彻底。中空纤维膜丝在膜组件中的装填密度很大，通常可高达300～1200m²/m³，在这样高的装填密度下，膜丝根部很容易产生积泥现象，而且一旦形成积泥又很不容易进行清除。本发明提供的布气装置设置于中空纤维膜丝的根部，并且布气孔的孔口朝向浇铸端面的凸起的顶部，因此从布气孔出来的气流不是直接上升，而是沿着凸起的侧壁斜向上扩散，沿程将直接横扫中空纤维膜丝的根部，大幅提高了膜丝根部的水流紊动性，使得待过滤的液体中的固形物不容易沉积和停留，并且凸起的结构形成了一个坡度，为可能滞留在凸起上的积泥或者污染物提供了一个重力势能高度，使其不易停留在凸起的结构的侧面，从而避免污泥在中空纤维膜丝根部的淤积。气流在完成对膜丝根部的冲刷以后会继续上升，形成的气水二相流将继续为中空纤维膜丝其他部位提供表面错流。本文中空纤维膜丝也称为膜丝，中空纤维膜束也称为膜束。

当所述的凸起是正圆台形时，所述的布气孔沿着圆台底圆的圆周呈线性均匀分布是一种较佳的选择，所述的中空纤维膜丝的根部均浇铸于圆台侧壁的斜面上，而且其根部在圆台底面上的投影沿底圆圆心呈同心圆辐射状分布，这使得曝气更加均匀，而且冲刷的效果也更好。

当所述的凸起是横截面为正方形或正六边形的正棱台形时，所述的布气孔沿着棱台底部的正方形或正六边形的四个边或六个边呈线性均匀分布，所述的中空纤维膜丝被均匀的平均分为4或6个小束，每一小束膜丝的根部均浇铸于棱台侧壁的斜面上，所有膜丝根部在棱台底面上的投影沿底面外接圆的圆心呈同心正多边形辐射状分布，这样可以实现更好的曝气均匀性和冲刷效果。

所述的布气孔的孔口朝向浇铸端面的凸起的顶部，这样从布气孔出来的气流可以平行于凸起的侧壁运动，横扫膜丝根部。当所述的凸起是圆台形或棱台形时，凸起的侧壁为倾斜的斜面，所述的布气装置的侧壁有一定的厚度时，加工的过程中可以利用布气装置的厚度对布气孔的孔口进行设计，使得从布气孔出来的气流方向平行于凸起侧壁的斜面。

所述的布气孔的形状、数量、大小和分布形式有多种形式。形状可以采用圆形或者长条形，沿着所述凸起的底部的四周呈线性均匀分布，当为条形孔时，各孔的长边应大致平行于临近的凸起侧壁的斜面。所述布气孔的孔口高出所述凸起底面的距离可以相等，也可以不相等，且该距离范围为0mm～10mm，优选距离相等，均为1mm～5mm。所述布气孔的孔口与临近的凸起侧壁的斜面之间的垂直距离可以相等，也可以不相等，且该距离范围为0mm～10mm，优选距离相等，均为1mm～5mm。所述布气孔的直径或短边的长度为1mm～10mm，优选1mm～5mm。所述的布气孔也可以在沿着所述凸起的底部的四周方向上是贯通的，即可以认为布气装置上只有一个大布气孔。

所述中空纤维膜丝可以有且仅有一端浇铸封结于一个设有产水收集室的端头之内，而另一端可以自由摆动，并且采用已知的任何方式做成闭孔状态；也可以两端分别浇铸封结于两个端头之内，并且两个端头中至少有一个内部应设有产水收集室。设有产水收集室的端头外部应设有产水管，产水收集室应与产水管相连通。当所述中空纤维膜丝有且仅有一端浇铸封结于一个设有产水收集室的端头之内时，该端头可以位于竖直放置的中空纤维膜束的上部，也可以位于下部。作为优选，当所述中空纤维膜丝有且仅有一端浇铸封结于一个设有产水收集室的端头之内时，该端头位于竖直放置的中空纤维膜束的下部，这样可以避免当膜丝下端自由摆动时因气水二相流的上升而容易出现的膜丝互相缠绕的问题。

本发明中，上端头一般指的是膜组件在水处理工作过程中，靠近水面的端头，下端头指的是靠近水底的端头；在工程实际中，膜组件也可能是水平放置，此时上下端头则没有上下之分，如果本领域技术人员根据实际情况需要，将上下端头进行颠倒设置，或者其它简单的设置方式的修改，那么也应该理解为在利用本发明的技术方案。上端头和下端头可以同时存在，也可以有且仅有一个。

上述的任一中空纤维膜组件，当中空纤维膜束两端均浇铸封结于端头之内时，可以在两个端头的浇铸端面上均设置带布气孔的布气装置，并且这两个布气装置通过一根中空软管连通。中空软管的作用包括：第一，供给上下两个布气装置以气流，使中空纤维膜束上下两端的根部都可以被曝气气流进行直接的吹扫和冲刷，以防止膜丝根部发生积泥；第二，将上下两个端头连接起来，并且软管的长度略小于中空纤维膜丝的长度，起到承担下端头的重力和摆动时的拉力，以避免中空纤维膜丝承力而被拉断。

所述端头中的一个或两个可以设有进气管。所述的任一端头中可以同时设有进气管和产水管，或者仅设有进气管或产水管。产水管或进气管的数量可以根据工程实际情况进行选择，既可以选择一个进气管或一个产水管，也可以选择两个或者两个以上进气管，或者选择两个或者两个以上产水管，或者同时选择两个或者两个以上的进气管和产水管。所述的进气管和产水管可以是刚性的，也可以是柔性的，优选柔性的，其材质可以是硅橡胶、氟橡胶、软质聚氯乙烯、聚氨酯等。所述的进气管、产水管的直径范围为1mm～50mm。优选5mm～20mm。

上述的任一中空纤维膜组件，可以在中空纤维膜束外设置一个壳体。壳体的作用是对曝气形成的气水二相流有一个束缚的作用，使其不至于扩散至壳体外围，从而大幅缩小了气提断面，使得在较小的曝气量的情况下就可以在中空纤维膜束中得到较高的曝气强度，使气水二相流对膜丝外表面具有更好的水力冲刷效果，可以很好地抑制膜污染的发展，并能够显著节约曝气能耗。

所述的壳体的侧壁上可以没有孔洞，也可以有一部分孔洞，但孔洞设置不宜太多，孔洞面积也不宜太大，尤其是在同一水平面上或者是在壳体侧壁的同一轴线上。作为优选，所述的壳体的侧壁上不设任何孔洞。

所述的壳体的横截面可以是圆形，也可以是矩形、方形或其他已知的任意形状。作为优选，所述的壳体的横截面是圆形。所述的壳体从上到下各横截面的面积可以相同，也可以不相同。作为优选，所述的壳体从上到下各横截面的面积是相同的，或者中间部分的横截面面积略小于上下两端的横截面面积，例如可以设计成类似于文丘里管或文丘里喷嘴的形状。所述的壳体的长度范围为0.1m(米)～4.0m。作为优选，所述的壳体的长度范围为1.5m～2.0m。所述的壳体的直径范围为5mm～400mm，优选30mm～300mm。

所述的端头可以在壳体的内部，也可以在壳体的外部。优选地，所述的端头完全在壳体内部，端头与邻近的壳体端口的距离为壳体长度的1/20～1/3。壳体端口在横断面上的开孔面积占端口横断面面积的百分数应大于10％，优选大于80％；壳体内部任一横断面上的未被端头或中空纤维膜丝填充的面积占横断面总面积的百分比应大于10％，优选大于50％，这样可以确保当膜组件工作时，待过滤的液体能够从壳体的下端口进入壳体内部，最后从壳体的上端口流出壳体，并且壳体内部液流的流动较为畅通。

所述壳体与所述端头通过可拆卸的结构连接在一起，这样既可以确保中空纤维膜束在膜组件工作过程中始终完全被罩在壳体内部，壳体能够随着端头的晃动而晃动，始终不与之相分离，同时又使得端头可以与壳体相互分离，这使得中空纤维膜束和壳体可以相互独立更换，在一定程度上提高了材料的利用率。

上述的中空纤维膜组件，可以通过端头、壳体的任一部位采用已知的任一方式与固定装置相连。作为优选，所述的壳体的上端口通过承插、螺纹、活接等可拆卸的硬连接的方式与固定装置相连，或者通过软索或柔性管等软连接的方式与固定装置相连。软索可以是耐腐蚀的绳索、钢丝或弹簧等。软索使膜组件在待过滤的液体中处于悬垂状态，可以随水流有摆动。当进气管或产水管为柔性管时，也可以通过进气管或产水管使膜组件悬挂在固定装置上。

上述的中空纤维膜组件，所述的进气管和产水管可以在壳体的内部，并且进气管的与气源连接的一端以及产水管的与集水管路连接的一端从壳体的上方伸向壳体的外部。这样的设置可以使得中空纤维膜组件仅通过其上端与固定装置相连接，这样可以方便中空纤维膜组件的安装和拆卸。当膜组件工作时，仅其上端与固定装置相连接，而且进气管的进气口和产水管的出水口位于壳体的上部，即便此时膜组件整支被待过滤的液体包围，但由于膜组件与固定装置的连接点位于接近水面或者水面以上的位置，这样膜组件需要检修时不必降低水位或者不必将水位降得很低就可以将其拆卸下来。

所述的中空纤维膜丝是一种带有微孔的中空纤维，制作中空纤维膜丝的材料可以选自聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚醚砜等材料。中空纤维膜丝首先通过使用环氧树脂、聚氨酯等浇铸树脂进行封端浇铸，再使用硅橡胶、聚氨酯等柔性树脂对中空纤维膜丝根部进行二次浇铸，以降低膜丝根部断裂的机率。作为优选，所述的中空纤维膜丝的材料是聚偏氟乙烯。所述的中空纤维膜丝的平均膜孔径为0.01μm(微米)～5μm。

所述的中空纤维膜束是由10～1000根中空纤维膜丝组成的，长度范围为0.1m～3.0m。优选由50～500根中空纤维膜丝组成，长度范围为1.0m～2.0m。

当中空纤维膜束两端均浇铸封结于端头之内时，所述的中空纤维膜束的长度可以和上下两个端头之间的距离相等，也可以略大于这个距离。作为优选，所述的中空纤维膜束的长度大于上下两个端头之间的距离，但小于壳体的长度。

当中空纤维膜束两端均浇铸封结于端头之内时，所述的上端头和下端头的形状可以相同，也可以不同。作为优选，所述的上端头略大于下端头，这样可以使整个中空纤维膜束下端能够在壳体内有一定的摆动幅度。

所述的上端头或(和)下端头整体外形可以是圆柱体、锥体、盆形、杯形等形状。作为优选，所述的上端头或(和)下端头的整体外形是盆形或杯形。

本发明与现有技术相比，具有以下有益的效果：

(1)提高了中空纤维膜组件的抗污染性能，尤其是中空纤维膜束根部的抗污染性能，延长了中空纤维膜组件的使用寿命。本发明提供的布气装置设置于中空纤维膜丝的根部，并且布气孔的孔口朝向浇铸端面的凸起的顶部，因此从布气孔出来的气流不是直接上升，而是沿着凸起的侧壁斜向上扩散，沿程将直接横扫中空纤维膜丝的根部，大幅提高了膜丝根部的水流紊动性，使得待过滤的液体中的固形物不容易沉积和停留，并且凸起的结构形成了一个坡度，为可能滞留在凸起上的积泥或者污染物提供了一个重力势能高度，使其不易停留在凸起的结构的侧面。气流在完成对膜丝根部的冲刷以后会继续上升，形成的气水二相流将继续为中空纤维膜丝其他部位提供表面错流。这样的结构设置避免了现有中空纤维膜组件因追求装填密度大而根部膜丝过于密集、容易积泥的普遍现象，始终保持水处理过程中中空纤维膜丝过滤的有效面积和过滤的均匀性，能够有效防止因膜丝根部膜污染的快速发展和蔓延而缩短整束膜丝的使用寿命。另外，中空纤维膜束在待过滤的液体中处于悬垂状态，各种软连接部件的设置，即软质连接管、进气管、产水管等，使得膜束可以随着端头在一定范围内一起摆动，膜丝根部与浇铸端面的摆动角大辐减小，膜丝根部与浇铸端面之间的拉力也大大减小，因此大大降低了膜丝根部断裂的机率，提高了膜组件工作的稳定性，延长了其使用寿命。

(2)提高了中空纤维膜组件加工、组装、安装和检修的方便程度。本发明所述膜组件浇铸中空纤维膜丝的端头内部结构简单，内无复杂的结构件，降低了铸封工序的难度和废品率，膜组件整体可实现装配式结构，产品容易实现快速组装。以柔性连接的方式固定于固定装置，每支膜组件可以单独进行安装和拆卸，而且单人即可完成全部操作，不像现有的中空纤维膜组件组成大型的膜组件单元后必须通过起吊设备进行整体吊装，劳动强度大，单人无法操作。当通过柔性的进气管或产水管使膜组件悬挂在固定装置上，并且两个端头中间的连接管也为柔性管时，安装和拆卸膜组件时对膜组件上部空间高度的要求也会大大降低，因此很大程度上方便了中空纤维膜组件的安装和检修，使中空纤维膜组件对各类应用场合都有了很好的适应性。

附图说明

图1为本发明的实施例1所述的中空纤维膜组件的纵剖面图。

图2为本发明的实施例2所述的中空纤维膜组件的纵剖面图。

图3为图1中的A-A处的剖面图。

图4为图2中的A-A处的剖面图。

图5为现有技术的膜组件与图3和图4相应的剖面图。

图6为实施例1中由若干个本发明的中空纤维膜组件组成的膜组件单元的示意图。

图7为实施例2中由若干个本发明的中空纤维膜组件组成的膜组件单元的示意图。

图8为本发明的中空纤维膜组件中，气流对中空纤维膜丝根部吹扫的示意图。是图3和图4中B-B处的剖面图。图中壳体未显示。

图9为现有技术的一种中空纤维膜组件中，气流对中空纤维膜丝吹扫的示意图，为通过下端端面中心垂线的剖面图。

附图中各个标记的说明：

1——壳体；       2——中空纤维膜丝；  3——中空纤维膜束； 4——上端头；

5——下端头；     6——产水管；        7——进气管；       8——连接管；

9——产水收集室； 10——带布气孔的布气装置；               11——布气孔；

12——嵌入件；    13——软索；         14——快插接头；    15——曝气支管；

16——出水支管；  17——中心管；       18——集水端头；    19——出水口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，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

如图1、图3所示，一种中空纤维膜组件，包括内径为90mm、材质为UPVC(un-plasticized polyvinyl chloride)塑料的壳体1，设置在壳体1内的由300根中空纤维膜丝2组成的中空纤维膜束3，中空纤维膜丝2的用于通过液体的微孔的平均孔径为0.1μm，中空纤维膜丝的外径为1.35mm，材质为聚偏氟乙烯，两端用环氧树脂浇铸汇集于上端头4和下端头5之中，并且用聚氨酯对其进行二次浇铸，以对膜丝根部进行保护。上端头4和下端头5的整体外形均为杯形，上口圆的直径为60mm。上端头4和下端头5内部均设有产水收集室9，中空纤维膜丝2的两端分别在上端头4和下端头5内的产水收集室9中呈开孔状态，上端头4和下端头5内的产水收集室9通过外径为Φ8mm的连接管8相连通，在上端头4外部设有外径为Φ8mm的产水管6，产水管6与上端头4内的产水收集室5相连通。在壳体1的上端口和下端口上均设置嵌入件12，上端头4和下端头5分别通过软索13与位于壳体1上端口和下端口的嵌入件12相连接，嵌入件12通过螺钉与壳体1连接，嵌入件12在中心处有内径为Φ10mm的圆孔，产水管6从壳体1上端口伸进壳体1内部并从位于壳体1上端口的嵌入件12的圆孔中穿过，通过快插接头14与上端头4相连接。外径为Φ8mm的进气管7由一个Y型三通分为两个支管，一个支管从壳体1上端口进入壳体1内部后直接通过快插接头14与上端头4的带布气孔的布气装置10相连接，另一个支管从壳体1上端口进入壳体1内部后从位于壳体1下端口的嵌入件12的圆孔中穿过，再通过快插接头14与下端头5的带布气孔的布气装置10相连接，两个支管分别与上端头4和下端头5的带布气孔的布气装置10内的空腔相连通。产水管6、进气管7和连接管8均为中空塑料软管。

上端头4和下端头5的浇铸端面均为一个正圆台状的凸起，凸起的底圆直径为Φ46mm，顶圆直径为Φ12mm，高度为10mm，上端头4和下端头5的凸起正好相对，连接管8通过快插接头14与上下两个凸起的顶圆相连接。中空纤维膜丝2的根部均浇铸于圆台侧壁的斜面上，而且其根部在圆台底面上的投影沿底圆圆心呈同心圆辐射状分布。上端头4和下端头5在凸起和产水收集室9之外均设有带布气孔的布气装置10，凸起和产水收集室9刚好嵌在布气装置10中间的凹槽之内，但产水收集室9和布气装置10的空腔之间彼此相互隔绝。带布气孔的布气装置10的杯形侧壁高出凸起底圆所在平面3mm，在侧壁顶部高出凸起底圆所在平面的部分的内侧，在高度上居中的位置并以凸起中心轴线为圆心沿径向均匀设有36个直径为1.5mm的圆形布气孔11，即每相邻两个布气孔11的圆心与所在圆台的横截面的圆心之间的角度均为10°，布气孔11向布气装置10内部延伸并与其空腔相连通的部分为一个圆柱形的通道，该圆柱形通道的中心轴线平行于邻近的圆台侧壁的斜面，并且布气孔11的孔口朝向圆台形凸起的顶部。

所述的嵌入件12由围绕圆心呈星形排布的六根支撑条和圆周组成，每相邻两根支撑条之间的夹角为60°，并且圆周外边缘与壳体1接触。圆周与壳体1连接为螺栓连接。嵌入件12在横断面上的开孔面积占嵌入件12横断面面积的百分数为93％。

壳体1的长度为1.8m，中空纤维膜束3的平均长度为1.6m，上端头4和下端头5的总高度均为50mm，上端头4上缘距壳体1上端口以及下端头5下缘距壳体1下端口的距离均为60mm，连接管8连同其两端的快插接头14的总长度为1.58m。进气管7的与上端头4相连接的支管长度为60mm，与下端头5相连接的支管长度为1.9m。上部的嵌入件12距壳体1上端口的距离为20mm，下部的嵌入件12距壳体1下端口的距离为30mm。

如图6所示，产水管6与一位于膜组件上方的出水支管16相连接，进气管7与一位于膜组件上方的曝气支管15相连接。

出水支管16与一能够提供负压的水泵的吸水管相连通，待净化的水经过中空纤维膜丝2壁上的微孔进入膜丝内部，并分别汇流入上端头4和下端头5内的产水收集室9，其中下端头5内的产水收集室9中的水经过连接管8汇流入上端头4内的产水收集室9中，汇流后的水再经产水管6流入出水支管16，最后通过水泵抽出形成膜组件的过滤出水。曝气支管17与一气源相连通，气源提供的压缩空气经曝气支管17进入进气管7，经过进气管7的两个支管分别进入上端头4和下端头5的带布气孔的布气装置10的空腔之内，再经带布气孔的布气装置9上的布气孔11扩散出来，直接吹扫膜丝根部。

将若干个中空纤维膜组件的产水管6、进气管7分别并联至出水支管16、曝气支管15，由此形成一个矩阵式的膜组件单元。

实施例2

如图2、图4所示，一种中空纤维膜组件，包括内径为90mm、材质为UPVC塑料的壳体1，设置在壳体1内的由180根中空纤维膜丝2组成的中空纤维膜束3，中空纤维膜丝2的用于通过液体的微孔的平均孔径为0.1μm，中空纤维膜丝的外径为1.35mm，材质为聚偏氟乙烯，上端可以自由摆动，每根膜丝均呈闭孔状态，利用柔性环氧树脂封结，下端用环氧树脂浇铸汇集于下端头5之中，并且用聚氨酯对其进行二次浇铸，以对膜丝根部进行保护。下端头5的整体外形为杯形，上部横截面为边长为50mm的正方形。中空纤维膜丝2在下端头5内的产水收集室9中呈开孔状态，下端头5外部设有外径为Φ8mm的产水管6，产水管6与下端头5中的产水收集室9相连通。在壳体1的上端口和下端口上均设置嵌入件12，下端头5通过软索13与位于壳体1下端口的嵌入件12相连接。嵌入件12的结构、安装位置及其和壳体1的连接方式与实施例1相同。产水管6从壳体1上端口伸进壳体1内部并从位于壳体1上端口的嵌入件12的圆孔中穿过，通过快插接头14与下端头5相连接。进气管7从壳体1上端口进入壳体1内部后从位于壳体1下端口的嵌入件12的圆孔中穿过，再通过快插接头14与带布气孔的布气装置10相连接，进气管7与带布气孔的布气装置10内的空腔相连通。产水管6和进气管7均为中空塑料软管。

下端头5的浇铸端面为一个横截面是正方形的正四棱台状的凸起，凸起的底面边长为36mm，顶面边长为12mm，高度为10mm，下端头5的凸起竖直朝上，产水管6通过快插接头14与凸起的顶面相连接。中空纤维膜丝2的根部均浇铸于棱台侧壁的斜面上，而且其根部在棱台底面上的投影沿底面外接圆的圆心呈同心正方形辐射状分布。下端头5在凸起和产水收集室9之外设有带布气孔的布气装置10，凸起和产水收集室9刚好嵌在布气装置10中间的凹槽之内，但产水收集室9和布气装置10的空腔之间彼此相互隔绝。带布气孔的布气装置10的杯形侧壁高出凸起底面3mm，在侧壁顶部高出凸起底面的部分的内侧，在高度上居中的位置并沿底面四边均匀设有28个直径为1.5mm的圆形布气孔11，每一边上有7个布气孔11，每两个布气孔11的圆心之间的距离均为5mm，布气孔11向布气装置10内部延伸并与其空腔相连通的部分为一个圆柱形的通道，该圆柱形通道的中心轴线平行于邻近的棱台侧壁的斜面，并且布气孔11的孔口均朝向棱台形凸起的顶部。

壳体1的长度为1.8m，中空纤维膜束3的平均长度为1.6m，下端头5的总高度为50mm，下端头5下缘距壳体1下端口的距离为60mm，产水管6连同其下端的快插接头14的总长度为1.8m，进气管7连同其下端的快插接头14的总长度为2.1m。

如图7所示，将八个中空纤维膜组件和中心管17、集水端头18和出水口19组成一个辐射式的膜组件单元。产水管6与直径为150mm的集水端头18下端面均布的八个快插接头14相连接，直径为Φ40mm、长度为300mm的中心管17沿集水端头18的轴线穿过，八个膜组件围绕着中心管17均匀地分布，中心管17的下方通过八个快插接头14与八个中空纤维膜组件的进气管7连接。膜组件单元工作时中空纤维膜束3被待过滤的液体所包围，气源提供的压缩空气从中心管17的上口进入，并进入八个膜组件的进气管7，最后经下端头5的带布气孔的布气装置10上的布气孔11扩散出来，直接吹扫膜丝根部，集水端头18的出水口19与一能够提供负压的水泵相连通，待净化的水经过中空纤维膜丝2壁上的微孔进入膜丝内部，并汇流入产水收集室9，再经产水管6流入集水端头18，最后经过出水口19被水泵抽出。

以上对本发明所提供的中空纤维膜组件进行了详细介绍。本说明书中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想在具体实施方式及应用范围上可能在实施过程中会有改变之处。因此，本说明书记载的内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1.一种中空纤维膜组件，包括由多根中空纤维膜丝(2)组成的中空纤维膜束(3)、中空纤维膜束的端头(4和/或5)、进气管(7)和产水管(6)，其特征在于，还包括带布气孔(11)的布气装置(10)，所述端头的端面为凸起的端面，所述布气装置与进气管连通，中空纤维膜组件竖直放置时所述布气孔的位置靠近所述凸起的端面的底部，所述布气孔的孔口朝向所述凸起的端面的顶部。

2.根据权利要求1所述的中空纤维膜组件，其特征在于，所述凸起的端面为圆台形或棱台形。

3.根据权利要求2所述的中空纤维膜组件，其特征在于，所述圆台形或棱台形为正圆台形或正棱台形。

4.根据权利要求3所述的中空纤维膜组件，其特征在于，所述正棱台形的横截面为正方形或者正六边形。

5.根据权利要求3所述的中空纤维膜组件，其特征在于，所述正圆台形的沿中心轴线的纵剖面所形成的等腰梯形的斜边和底边之间的夹角为5°～80°，优选为15°～75°，更优选为30°～60°。

6.根据权利要求3所述的中空纤维膜组件，其特征在于，所述正棱台形的侧面与底面之间的夹角为5°～80°，优选为15°～75°，更优选为30°～60°。

7.根据权利要求2所述的中空纤维膜组件，其特征在于，所述布气孔的孔口中心轴线平行于圆台或棱台侧壁的斜面。

8.根据权利要求1所述的中空纤维膜组件，其特征在于，所述布气孔沿着所述端头的四周均匀分布。

9.根据权利要求1～8所述的中空纤维膜组件，其特征在于，在中空纤维膜束外有一个壳体(1)。

10.利用权利要求1～9所述的任一中空纤维膜组件的膜生物反应器。

11.利用权利要求1～9所述的任一中空纤维膜组件或者权利要求10所述的膜生物反应器的水处理设备。

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