CN101264423B - 一种膜分离设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种膜分离设备，包括壳体，设置在壳体内部的两个或者两个以上的过滤单元和至少一个分隔件，所述分隔件将所述壳体的内部分为两个或者两个以上的液流通道。本发明与现有技术相比，在膜分离设备中设置分隔件，将膜分离设备内部的空间分为若干个部分，形成了若干个液流通道，使得膜分离设备中形成的气水二相流或者液相流能够顺着液流通道流动，并且液流在各个液流通道之间的分布较为均匀，避免了现有的膜分离设备内部液流分布不均匀，以及由液流分布不均匀而引起的其他问题，由此提高了过滤单元过滤的均匀性，延长了膜分离设备的实际使用寿命。

Description

一种膜分离设备

技术领域

本发明涉及一种膜分离设备，尤其涉及一种具有多个过滤单元的膜分离设备，属于水处理技术领域。 

背景技术

近年来由于膜科学与技术的发展以及水处理技术的更新换代，膜分离技术和采用膜分离技术的膜分离设备越来越多地应用于水处理领域。 

采用膜分离技术的膜分离设备一般包括多个过滤单元，过滤单元是具有过滤水作用的膜组件。一般来说，膜组件(membrane module)是将一定面积的膜元件(element)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，本发明中也称其为膜组件过滤单元。例如：在水处理领域使用较多的中空纤维帘式膜组件以及中空纤维束式膜组件，包括多根中空纤维、端头和产水管等，多根中空纤维按照一定的排列方式组成中空纤维膜束，中空纤维膜束的一端或两端通过树脂浇铸封结于端头之内。膜组件的形式还有很多，例如板框式膜组件、中空纤维柱式膜组件、管式膜组件等。 

单个的膜组件过滤单元过滤水的能力是有限的，其有效过滤面积一般从不足一平方米到数十平方米不等，实际的工程当中往往需要成百上千、甚至数万、数十万平方米的有效过滤面积，因此所需膜组件过滤单元的数量也多达数百、数千甚至数万个。实际当中由膜组件过滤单元所组成的膜分离设备，为了节省空间和便于安装，往往在内部将数个、数十个或者数百个膜组件过滤单元以比较密集的状态排列在一起，同时，为了控制膜污染(membrane fouling)的发展，又往往使待过滤的液体以一定的流速经过膜组件过滤单元的表面，通过膜表面上的错流(crossflow)运动所形成的水力剪切力来抑制水中颗粒态或胶体态物质在膜表面沉积所造成的膜污染。 

由于膜分离设备内部数量众多的膜组件过滤单元排列得十分密集， 因此在水处理过程中很容易出现内部液流分布不均匀的现象，尤其是当处理高浊度水时，水中固形物容易在膜组件过滤单元的表面以及各个膜组件过滤单元之间的缝隙出现不均匀地沉积，由此更进一步加剧了液流分布不均匀的程度。在膜分离设备内部液流分布不均匀的情况下，垂直于液流方向的横断面上各点之间的错流流速相差较大，由此致使不同部位的膜表面所实际受到的水力剪切力不尽相同，所受水力剪切力小的膜表面的污染速度将加快，而所受水力剪切力大的膜表面的污染速度则相对较慢，随着膜分离设备使用时间的延长，其内部各个膜组件过滤单元之间膜污染发展程度的不均衡也日益加剧，由此降低了膜组件过滤单元的有效利用率，缩短了膜分离设备的实际使用寿命。 

当膜分离设备应用于膜生物反应器时，由于待过滤的液体为含有大量活性污泥微生物的高浊度混合液，为了更好地控制膜污染的发展，往往在膜组件过滤单元的正下方设有曝气管道，由曝气管道进行鼓风曝气，这样在膜分离设备内部由于气提作用而形成气水二相流的上升运动，以此来加强膜表面的紊动性，防止凝胶层的加厚以及泥饼层的形成。但是，由于曝气管道的支管无法排列得像膜组件过滤单元那样紧凑，有的膜组件过滤单元正下方有曝气管道的支管，而有的膜组件过滤单元则没有，因此曝气形成的气水二相流不能够达到较好的均布液流的效果。增大曝气量可以降低这种不均匀程度，但这将导致能耗的增加。对于由中空纤维帘式膜组件组成的膜分离设备来说，由于中空纤维膜丝之间有大量缝隙，曝气形成的气水二相流在上升过程中在各个膜组件过滤单元之间以及膜组件过滤单元内部的中空纤维膜丝之间会出现相互的混流，这种混流不但同样无法达到较好的均布液流的效果，而且加速了气泡之间的碰撞，降低了氧气利用率，同时还会出现部分膜组件过滤单元因两侧相对而来的侧向流的作用而使得中空纤维膜丝相互靠拢，久而久之则由于膜丝表面胶体物质的积累和凝结而出现膜丝之间相互粘连、甚至板结等严重问题，使得该部分膜丝表面部分丧失或者完全丧失产水能力。这种问题在冬季低温时出现的机率更高。 

发明内容

本发明的目的是提供一种膜分离设备，其在水处理过程中内部液流分布均匀。 

为了实现上述的发明目的，本发明采用以下的技术方案： 

本发明提供了一种膜分离设备，包括壳体，设置在壳体内部的两个或者两个以上的过滤单元和至少一个分隔件，所述分隔件将所述壳体的内部分为两个或者两个以上的液流通道。 

优选地，所述分隔件为格栅状分隔件。 

优选地，所述分隔件为中空圆柱形筒体。 

优选地，所述分隔件为平板形分隔件。 

优选地，每个液流通道内均有过滤单元；更优选地，每一个液流通道内均有一个过滤单元。 

优选地，所述壳体以及所述液流通道两端的端口在横断面上的开孔面积占端口横断面面积的百分数均大于10％，更优选大于80％。。 

优选地，所述过滤单元为三个或者三个以上，所述液流通道的个数为三个或者三个以上。 

优选地，所述过滤单元为五个或者五个以上，所述液流通道的个数为五个或者五个以上。 

优选地，所述的液流通道在垂直于液流方向上的壳体横断面上以矩阵的方式均匀排布。 

优选地，所述过滤单元选自：中空纤维束式膜组件、中空纤维帘式膜组件和板框式平板膜组件。 

优选地，所述两个或者两个以上的液流通道的形状彼此相同。 

优选地，每个液流通道在垂直于液流方向上的各个横断面为相同的形状。 

优选地，所述每个液流通道为圆柱形液流通道或者棱柱形液流通道。 

优选地，当液流通道为圆柱形液流通道时，圆柱形液流通道的长度与横断面直径的比值范围为2-100，优选5-20。 

优选地，当液流通道为棱柱形液流通道时，棱柱形液流通道的长度与横断面对角线长度的比值范围为2-100，优选5-20。 

优选地，本发明的膜分离设备还包括一个箱体，所述壳体以及壳体内部的过滤单元和分隔件均在箱体内部。 

优选地，所述壳体的下端与箱体的底部的距离不小于100mm，优选不小于200mm。 

优选地，所述壳体的上端与箱体的顶部的距离不小于100mm，优选不小于200mm。 

本发明与现有技术相比，在膜分离设备中设置分隔件，将膜分离设备内的空间分为若干个部分，形成了若干个液流通道，使得膜分离设备中形成的气水二相流或者液相流能够顺着液流通道流动，并且液流在各个液流通道之间的分布较为均匀，避免了现有的膜分离设备内部液流分布不均匀，以及由液流分布不均匀而引起的其他问题，由此提高了过滤单元过滤的均匀性，延长了膜分离设备的实际使用寿命。 

另外，膜分离设备中设置分隔件以后，在保证液流均匀分布的前提下，各个过滤单元之间的距离可以更小，能够提高过滤单元的空间利用率，更适用于制作在大型膜分离工程中具有实用价值的大型甚至超大型膜分离设备。现有的膜分离设备中，过滤单元和过滤单元之间必须留有一定的距离，空间利用率不高。 

附图说明

图1为本发明的实施例1所述的由若干个中空纤维帘式膜组件过滤单元组成的膜分离设备纵剖面图。 

图2为图1中A-A处的剖面图。 

图3为将四个实施例1所述的膜分离设备应用于膜生物反应器的示意图。 

图4为本发明的实施例2所述的由若干个板框式平板膜组件过滤单元组成的膜分离设备纵剖面图。 

图5为图4中A-A处的剖面图。 

图6为本发明的实施例3所述的由若干个中空纤维束式膜组件过滤单元组成的膜分离设备纵剖面图。 

图7为图6中A-A处的剖面图。 

附图中各个标记的说明： 

1——中空纤维帘式膜组件过滤单元；2——分隔件；3——液流通道；4——中空纤维膜束；5——中空纤维膜丝；6——上端头；7——下端头；8——产水收集室；9——产水连接管；10——产水管；11——快插接头；12——产水通道；13——布气装置；14——进气连接管；15——进气管；16——壳体；17——生化反应池；18——专用于安装膜分离设备的水池；19——料液供给管；20——料液回流管；21——阀门；22——集水管；23——供气管；24——板框式平板膜组件过滤单元；25——平板膜；26——板框；27——穿孔曝气管；28——中空纤维束式膜组件过滤单元；29——嵌入件；30——软索。 

具体实施方式

下面对上述技术方案进行详细的阐述和说明，并且对于其他涉及的技术细节进行详细的阐述和说明： 

一种膜分离设备，包括壳体，设置在壳体内部的两个或者两个以上的过滤单元和至少一个分隔件，所述分隔件将所述壳体的内部分为两个或者两个以上的液流通道。 

所述过滤单元是指具有过滤作用的组件，可以是中空纤维束式膜组件、中空纤维帘式膜组件、板框式平板膜组件、毛细管式膜组件、管式膜组件以及微孔过滤管等水处理领域可以用到的各类过滤单元。中空纤维束式膜组件也称为中空纤维束式膜组件过滤单元，中空纤维帘式膜组件也称为中空纤维帘式膜组件过滤单元，依次类推。 

在膜分离设备的壳体内部设置分隔件，将膜分离设备内部的空间分为若干个部分，形成了若干个液流通道，液流通道通常与液流方向大体平行，待过滤的液体可以较为均匀地被分配到各个液流通道之内，例如可以为液流通道内部放置的中空纤维膜束或者平板膜框提供待过滤的 液体，并且利于实现待过滤的液体在液流通道内运动时，在垂直于液流方向的横断面上各点的流速较为接近，从而确保中空纤维膜束或者平板膜框之间膜污染发展较为平衡，提高膜组件过滤的均匀性，可以延长膜分离设备的使用寿命。 

对于中空纤维帘式膜组件过滤单元组成的膜分离设备来说，膜分离设备的壳体内部被分隔为若干液流通道还可以很好地避免侧向流造成的膜丝相互粘连的问题。如果没有这些彼此之间有所分隔的液流通道，曝气形成的气水二相流在上升过程中，在中空纤维束式膜组件过滤单元之间以及过滤单元内部的中空纤维膜丝之间会出现相互的混流，这种混流不但加速了气泡之间的碰撞，降低了氧气利用率，同时还会出现部分中空纤维帘式膜组件过滤单元之间因两侧相对而来的侧向流的作用而使得中空纤维膜丝相互靠拢，久而久之则由于膜丝表面胶体物质的积累和凝结而出现膜丝之间相互粘连、甚至板结等严重问题，使得该部分膜丝表面部分丧失或者完全丧失产水能力。液流通道的设置从结构上在中空纤维膜束之间建立了一道屏障，不但可以从根本上避免了中空纤维膜束之间膜丝相互粘连的问题，而且当气水二相流在液流通道内运动时，液流通道内部的中空纤维膜束会随着液流有所摆动，并且摆动时可能与液流通道的侧壁相碰撞，这种碰撞不但不会对中空纤维膜丝产生损伤，而且有利于将膜丝表面可能沉积或积累的污染物抖落下来，对于延缓膜污染的发展将产生积极的作用。 

所述壳体以及所述液流通道两端的端口在横断面上的开孔面积占端口横断面面积的百分数均大于10％，优选大于80％，这样液流在通过壳体内部的液流通道时会较为顺畅，使液流的阻力损失降低到很低的程度。所述壳体以及所述液流通道两端的端口在横断面上的开孔面积占端口横断面面积的百分数，指的是在壳体或液流通道的任意一端的端口在此端横断面上的开孔面积与此端端口横断面面积比值，结果用百分数表示。例如：对于一个圆柱形的液流通道来说，在液流通道上端口处由于某些工程上或者其他原因，上端端口有一个带孔的金属片罩住，此时要求孔的面积占圆柱形液流通道横断面面积的百分数要大于10％，优选大 于80％。这样利于液流的流动，避免在液流通道内部出现死角、污泥沉积的问题。 

所述壳体的横断面可以是矩形、圆形或其他已知的任意形状。作为优选，所述的壳体的横断面是矩形或圆形。矩形或圆形壳体易于加工和成型。作为更优选，所述的壳体的横断面是矩形。矩形壳体的空间利用率更高。所述的壳体从上到下各横断面的面积可以相同，也可以不相同。作为优选，所述的壳体从上到下各横断面的面积是相同的。 

所述的壳体的高度范围为0.3m(米)-8.0m，优选1.5m-4.0m；长度范围为0.2m-50m，优选0.5m-10m；宽度范围为0.2m-20m，优选0.2m-4m。 

所述过滤单元为三个或者三个以上，此时液流通道可以为三个或者三个以上；优选地，所述过滤单元为五个或者五个以上，液流通道为五个或者五个以上。过滤单元的数目可以根据工程需要或者所要求的过滤水的能力来设计，而过滤通道的数目与过滤单元的数目可以相等，也可以不相等。例如，如果膜分离设备内容纳的板框式平板膜组件过滤单元的总数是100片，则可以使用平板形的分隔件将膜分离设备分隔出20个液流通道，即每一个液流通道内可容纳5片板框式平板膜组件过滤单元，也可以在第一个液流通道内容纳4片板框式平板膜组件过滤单元，第二个液流通道内容纳6片，第三个液流通道内容纳7片，第四个液流通道内容纳2片......，其总数加起来是100片即可。优选的方式是，每一个液流通道内可容纳相同数量的板框式平板膜组件过滤单元，或者液流通道内容纳板框式平板膜组件过滤单元的数量相差不大；更优选的方式是，每一个液流通道内容纳一片板框式平板膜组件过滤单元。这里的实施方式也同样适用于中空纤维帘式膜组件过滤单元或其他类型的过滤单元。 

所述分隔件可以是平板形分隔件，平板形分隔件是最容易实现的一种方式，通过吊接的方式就可以将膜分离设备内部分为几个液流通道。平板形分隔件可以是塑料、硬质橡胶、不锈钢、无机非金属材料等。分隔件还可以是格栅状的分隔件，可以有横竖两排，横排的格子数可以与 竖排的格子数相等，也可以不相等。例如横排有五个，竖排有六个。各个横排格子数可以相等，也可以不相等，例如第一横排有格子数四个，第二横排的格子数有七个；各个竖排格子数同样可以有多种选择。优选的是各个横排的格子数相等，各个竖排的格子数相等。每个格子里面可以有过滤单元，也可以没有过滤单元，但是不能都没有过滤单元。格子里面的过滤单元的数量可以相等，也可以不相等。优选的是各个格子里的过滤单元的数目相等，这样液流分布会更加稳定和均匀。分隔件还可以是中空圆柱形筒体，这样的筒体结构尤其适合于外形是圆柱形或者类似于圆柱形的过滤单元，例如一般常见的中空纤维束式膜组件过滤单元。分隔件的成型方式可以采用专用模具以各类高分子材料注塑成型，也可以由各种金属或者塑料板材、管材通过粘结或焊接组装而成。采用高分子材料一次注塑成型，不但可以降低加工成本，而且可以获得很高的产品质量和生产效率，因此是一种优选的实现方式。 

分隔件上可以没有孔洞，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液流通道侧壁的同一轴线上。作为优选，分隔件上不设任何孔洞。 

分隔件的长度与壳体在液流方向上的长度可以相等，也可以略小于后者，其范围为0.3m-8.0m，优选1.5-4m。 

分隔件将膜分离设备的壳体内部分为两个或者两个以上的液流通道，液流通道的长度可以大于或者等于过滤单元在液流通道的长度方向上的尺寸的50％，也就是说液流通道的长度是过滤单元长度的50％以上，优选80％以上，更优选为100％以上。换言之，过滤单元可以完全在液流通道的内部，也可以有一部分在液流通道的外部，但更优选的方式是过滤单元完全在液流通道的内部，并且过滤单元的端部与邻近的液流通道的端口端面的距离为液流通道长度的1/20-1/3。 

分隔件将膜分离设备的壳体内部分为两个或者两个以上的液流通道，这些液流通道的形状可以彼此相同，例如可以都为圆柱形状、棱柱形状、圆台形状、棱台形状、文丘里管形状，以及一些不规则的形状。形状彼此相同的液流通道可以较好地均布液流，并方便设计人员的设 计。所述的液流通道在垂直于液流方向上的壳体横断面上可以按任意方式排布，作为优选，所述的液流通道在垂直于液流方向上的壳体横断面上以矩阵的方式均匀排布。这样不但可以更利于待过滤的液体在壳体内部各液流通道之间的均匀分配，方便壳体以及液流通道的加工制作，而且可以使得膜分离设备的空间利用率更高。 

对于单个液流通道而言，它在垂直于液流方向上的各个横断面可以都为相同的形状，例如可以为圆柱形状、棱柱形状、半圆柱形状等，优选圆柱形液流通道或者棱柱形液流通道。圆柱形液流通道较适合于放置中空纤维束式膜组件过滤单元；棱柱形液流通道较适合于放置中空纤维帘式膜组件过滤单元，也很适合于放置板框式平板膜组件过滤单元或中空纤维束式膜组件过滤单元。圆柱形的液流通道和棱柱形的液流通道较易实现，需要的分隔件也较为容易加工和成形。当分隔件将膜分离设备分为圆柱形液流通道时，圆柱形液流通道横断面的直径范围为20mm-400mm，优选20mm-200mm，圆柱形液流通道的长度与横断面直径的比值范围为2-100，优选5-20。当分隔件将膜分离设备分为棱柱形液流通道时，棱柱形液流通道横断面的长度范围为200mm-3000mm，优选40mm-1500mm，宽度范围为10mm-500mm，优选20mm-200mm，长度与宽度的比值范围为2-100，优选5-80，棱柱形液流通道的长度与横断面对角线长度的比值范围为2-100，优选5-20。 

当过滤单元是中空纤维束式膜组件过滤单元或中空纤维帘式膜组件过滤单元时，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，例如通过使用树脂胶液密封，树脂可以选用热塑性树脂也可以选用热固性树脂，优选使用热固性树脂，热固性树脂可以选用环氧树脂、不饱和聚酯树脂、丙烯酸树脂等树脂类型，热固性树脂优选使用柔性的树脂，例如柔性环氧树脂，选用柔性的树脂密封可以使得中空纤维膜丝在变形的过程中，有一个很好的缓冲，不致于脆性断裂。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，其工作时，该端头可以位于液流的上游，也可以位于液流的下游。优选地，端头位于液流上游，这样可以避免膜丝自由摆动端位于液流上游时因液流的流动而容易出现的膜丝互相缠绕的问题。 

在膜分离设备中，所述液流通道的端口可以完全敞开，也可以罩以带有开孔的嵌入件。 

所述的带有开孔的嵌入件可以沉入式地设置于液流通道的至少一个端口上，用以固定所述的过滤单元，另外，由于嵌入件上有孔，待过滤的液体可以通过嵌入件上的孔自由进出液流通道，为待过滤液体的流动带来便利。作为优选，在液流通道的两个端口上均设置有嵌入件。所述的嵌入件可以通过卡扣、螺栓或其他已知的任一可拆卸的方式与液流通道相连接。 

所述的嵌入件在横断面上的开孔面积占嵌入件横断面面积的百分数大于10％，优选大于80％。开孔率大于10％能够避免堵塞液流，大于80％时，液体在通过嵌入件区域时会更加顺畅，阻力更小。 

当所述的液流通道的横断面是圆形时，所述的嵌入件可以有一圆周，圆周的外径略小于液流通道的内径，使得嵌入件刚好嵌在液流通道的端口上。从所述圆周的圆心处向圆周方向可以延伸出至少三根成辐射状的支撑条，支撑条之间均为孔隙。优选使用3-8根支撑条。相对于格栅或网状的嵌入件来说，支撑条的制作和安装更为简单，开孔率更大，不易堵塞液流。 

上述的任一膜分离设备，所述的过滤单元可以与液流通道的任一部位或者液流通道的任一端口上的嵌入件采用已知的任一可拆卸的方式相连接。这样可以方便过滤单元在膜分离设备内部的安装和拆卸。 

通常情况下，膜分离设备中需要设置集水管和供气管，集水管和供气管可以设于膜分离设备内部和外部的任意部位，作为优选，所述集水管和供气管设于液流通道以上的位置。这样的设置，可以使得过滤单元仅通过其上端与固定装置相连接，这样可以方便膜组件的安装和拆卸。 当膜组件过滤单元工作时，仅其上端与固定装置相连接，而且与集水管和供气管的接口均位于膜分离设备的上部，即便此时膜组件过滤单元整支被待过滤的液体包围，但由于膜组件过滤单元与固定装置的连接点位于接近水面或者水面以上的位置，这样膜分离设备在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。 

本文所述的中空纤维或者中空纤维膜丝，包括微细的中空纤维和直径较大的管式纤维等可以用于过滤水的纤维。用的最多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。板框式平板膜组件过滤单元中选用的平板膜是一种带有微孔的片状薄膜，制作平板膜的材料可以选自聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚醚砜等材料。作为优选，所述的平板膜的材料是聚偏氟乙烯。所述的平板膜的平均膜孔径优选为0.01μm-5μm。 

所述的板框式平板膜组件过滤单元的框架可以为厚度较薄的“口”字形边框，也可以在“口”字形边框内部加设网格状支撑，网格状支撑的厚度与边框的厚度相同。用两张外形尺寸与所述框架接近的平板膜将所述框架的两个侧面覆盖，并且采用已知的任意措施使所述的平板膜粘接或焊接在所述的框架及其内部的网格状支撑的侧面之上，使得水或其他欲分离出的组分只能透过平板膜上的微孔进入所述框架和平板膜之间形成的内部空腔。 

作为优选，所述膜分离设备可以安装在一个容积略大于膜分离设备自身体积的箱体内部或者小型的构筑物内部。以放置在一个箱体内部为例，本发明所述的膜分离设备放置于箱体内部之后，随着水处理工作时间的延长，膜污染就会发展，当膜污染发展到一定程度时，可以关闭输送液体的管道上的阀门等控制料液流动的部件，然后将化学药剂注入到 箱体内浸泡膜分离设备，完成对膜的清洗，这种在线化学清洗的措施不但可以较为彻底地恢复膜的过滤性能，而且避免了内置式膜生物反应器等水处理系统中由于将膜分离设备放置于容积远大于其自身体积的构筑物内部时无法对膜分离设备进行在线化学药剂浸泡清洗的弊端，与后者只能将膜分离设备吊装出正常工作时所在的构筑物，然后放入外部的药液池才能进行离线的化学药剂浸泡清洗相比，既大幅降低了清洗膜组件的劳动强度，而且可以将清洗膜组件的操作对水处理设施正常生产运营的负面影响降到最低的程度，同时也能够将清洗药剂的用量降到最低的程度，避免了化学药剂的浪费和处置问题。 

当膜分离设备安装于一个箱体内或者小型的构筑物内时，膜分离设备的下端距所述箱体或者构筑物的底部的距离可以不小于100mm，优选不小于200mm；膜分离设备的上端距所述箱体或者构筑物的顶部的距离可以不小于100mm，优选不小于200mm。这样可以使得待过滤的液体可以较为顺畅地进入液流通道，而且在各个液流通道之间的流量分配也较为均匀。此时，所述膜分离设备的下部空间可以看作是一个分配待过滤液体的“总管道”，液流通道可以看作是“支管道”，但是这里的“总管道”和“支管道”之间没有任何三通、弯头、接头、管箍等管件，不但节省了制造成本，方便了使用维护，而且阻力损失很小，液流分布更为均匀。 

当膜分离设备安装于一个箱体内或者小型的构筑物内时，输送液体进出所述箱体或者小型的构筑物的管道、廊道或孔洞的位置应位于膜分离设备的下端与所述箱体或者小型的构筑物的底部之间，或者位于膜分离设备的上端与所述箱体或者小型的构筑物内的液面之间。这样可以确保当膜分离设备工作时，液流在流经过滤单元时没有发生方向的改变，尤其是避免了待过滤的液体从膜分离设备侧面方向上进出时因流向陡转所容易造成的出现死角、固形物沉积的问题。当输送液体进入所述箱体或者小型的构筑物的管道、廊道或孔洞的位置位于膜分离设备的下端与所述箱体或者小型的构筑物的底部之间时，输送液体流出所述箱体或者小型的构筑物的管道、廊道或孔洞的位置应位于膜分离设备的上端与 所述箱体或者小型的构筑物内的液面之间，反之亦然。 

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1 

本实施例是提供一种由若干个中空纤维帘式膜组件过滤单元组成的膜分离设备。 

如图1和图2所示，图1为由若干个中空纤维帘式膜组件过滤单元组成的膜分离设备纵剖面图。图2为图1中A-A处的剖面图。 

本实施例中提供的膜分离设备包括10个中空纤维帘式膜组件过滤单元1，由9个分隔件2将膜分离设备分隔出10个液流通道3。每两个相邻的液流通道3的中心线的距离为60mm，每个液流通道内放置1个中空纤维帘式膜组件过滤单元1。每个中空纤维帘式膜组件过滤单元包括1个中空纤维膜束4，每个中空纤维膜束4包括498根中空纤维膜丝5，中空纤维膜丝5上有用于通过液体的微孔，此微孔的平均孔径为0.4μm，中空纤维膜丝5的外径为2.8mm，材质为聚偏氟乙烯。中空纤维膜束4的两端用环氧树脂浇铸封结于上端头6和下端头7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6和下端头7的整体外形为长条矩形，长度为585mm，宽度为30mm。上端头6和下端头7内部均设有产水收集室8，中空纤维膜丝5的两端分别在上端头6和下端头7内的产水收集室8中呈开孔状态，上端头6和下端头7内的产水收集室8通过两根外径为Φ12mm的产水连接管9相连通，在上端头6外部设有外径为Φ12mm的产水管10，产水管10与上端头6通过快插接头11相连接，其内腔通过产水通道12与上端头6内的产水收集室8相连通。上端头6和下端头7均设置有带布气孔的布气装置13，上端头6和下端头7的布气装置13通过两根外径为Φ12mm的进气连接管14相连通，在上端头6外部设有外径为Φ12mm的进气管15，进气管15与上端头6通过快插接头11相连接，其内腔与上端头6的布气装置13的内腔相连通。产水管10、进气管15、产水连接管9和进气连接管14均为中空塑料软管。 

分隔件2和中空纤维帘式膜组件过滤单元1位于壳体16内，壳体 16的材料为塑料，壳体的壁厚为1.5mm。分隔件2的材料也为塑料，分隔件的厚度为1.5mm。分隔件2和壳体1通过浇铸的方式做成一体。分隔件2上没有设置任何孔洞。分隔件2的长度与壳体16的高度相等。 

壳体16的高度为1.26m，长度为600mm，宽度为600mm，壳体16的上端和下端都是开口的。中空纤维膜束4的长度为1.15m，上端头6和下端头7的总高度均为50mm，上端头6上缘距液流通道3上端口以及下端头7距液流通道3下端口的距离均为30mm，两根产水连接管9和进气连接管14连同各自两端的快插接头11的总长度为1.1m。产水管10和进气管15的长度均为300mm。 

如图3所示，图3是将四个本实施例所述的膜分离设备应用于膜生物反应器的示意图。 

生化反应池17类似于传统活性污泥法中的曝气池，污水在生化反应池17中与活性污泥微生物充分接触，污水中的各类污染物被微生物吸附、降解或转化，与生化反应池17共壁设置的是一个专用于安装膜分离设备的水池18，其内部长为2.4m，宽为0.6m，刚好安装四个上述的膜分离设备，每两个膜分离设备紧紧地并拢，壳体16的下端距池底400mm，上端距水面500mm。在生化反应池17和专用于安装膜分离设备的水池18之间通过内径为200mm的料液供给管19和料液回流管20来实现料液的循环流动，料液供给管19和料液回流管20上设置有阀门21。 

每个中空纤维帘式膜组件过滤单元1的产水管10均并联至其上方的集水管22，进气管15均并联至其上方的供气管23。集水管22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5壁上的微孔进入膜丝内部，并分别汇流入上端头6和下端头7内的产水收集室8，其中下端头7内的产水收集室8中的水经过产水连接管9汇流入上端头6内的产水收集室8中，汇流后的水经产水管10流入集水管22，最后通过水泵抽出形成过滤出水。供气管23与一气源相连通，气源提供的压缩空气经供气管22进入进气管15，经过进气管15进入上端头6的带布气孔的布气装置13的空腔之内，一部分空气直接从上端头6的布气装置13上的布气孔扩散出来，直接吹扫上端头6浇铸端面 附近的膜丝根部，另一部分空气则通过进气连接管14进入下端头7的带布气孔的布气装置13的空腔，最后从下端头7的布气装置13上的布气孔扩散出来，直接吹扫下端头7浇铸端面附近的膜丝根部。 

当本发明的膜分离设备工作一段时间以后，必须对其采取化学药剂清洗才能恢复过滤能力，这时，不必将膜分离设备从专用于安装膜分离设备的水池18中取出，可以直接关闭料液供给管19和料液回流管20上的阀门21，然后通过备用的小型水泵将专用于安装膜分离设备的水池18内的活性污泥混合液导入生化反应池17之内，最后向专用于安装膜分离设备的水池18内注入清洗药液，对膜分离设备进行在线清洗。 

实施例2 

本实施例是提供一种由若干个板框式平板膜组件过滤单元组成的膜分离设备。 

如图4和图5所示，图4为由若干个板框式平板膜组件过滤单元组成的膜分离设备纵剖面图。图5为图4中A-A处的剖面图。 

本实施例的实施方式与实施例1相近，不同的是，每一个液流通道3内部均设置一个竖直放置的、高度为1.2m，宽度为580mm，厚度为30mm的板框式平板膜组件过滤单元24。 

所述板框式平板膜组件过滤单元24由两张平板膜25覆盖在板框26的两个侧面上，并与板框26之间为密封状态，平板膜25的用于通过液体的平均孔径为0.4μm，材质为聚偏氟乙烯。在板框26正上方居中位置有一个外径为Φ12mm的产水管10。 

在壳体16底部设有一根水平放置的、内径为20mm的供气管23，其中心轴线垂直于每一个液流通道3的长度方向并处于该长度方向的居中位置，并在每一个液流通道3内部均向两侧分出一根与其中心轴线相垂直并水平放置的、内径为10mm、长度为280mm的穿孔曝气管27，在每根穿孔曝气管27中心轴线正下方有一排间距均为20mm、直径均为Φ2mm的圆形布气孔。 

其余的设置同实施例1，也可以根据需要做一些细节上的改动。 

实施例3 

本实施例是提供一种由若干个中空纤维束式膜组件过滤单元组成的膜分离设备。 

如图6和图7所示，图6为由若干个中空纤维束式膜组件过滤单元组成的膜分离设备纵剖面图。图7为图6中A-A处的剖面图。 

本实施例中提供的膜分离设备包括25个中空纤维束式膜组件过滤单元28，由25个中空圆柱形筒体将膜分离设备分隔出25个液流通道3。25个中空圆柱形筒体呈5×5的矩阵排列，因此液流通道3也呈5×5的矩阵排列。每个液流通道内放置1个中空纤维束式膜组件过滤单元28。在液流通道3的上端口和下端口上均设置嵌入件29，中空纤维束式膜组件过滤单元28的下端头7通过软索30与位于液流通道3下端口的嵌入件29连接，嵌入件29由呈星形排列的六个支撑条和圆环组成，每个支撑条之间的角度为60°，并且圆环的外边缘与中空圆柱形筒体接触。圆环与中空圆柱形筒体为卡扣连接。嵌入件29在横断面上的开孔面积占嵌入件横断面面积的百分数为93％。 

中空圆柱形简体和中空纤维束式膜组件过滤单元28位于壳体16内，壳体16的材料为塑料，壳体的壁厚为1.5mm。 

壳体16的高度为1.5m，长度为500mm，宽度为500mm，壳体16的上端和下端都是开口的。中空纤维膜束4的长度为1.3m，进气管15的长度为1.5m，其中位于液流通道3内部的部分的长度为1.3m，有200mm露在液流通道3外面。上部的嵌入件29距液流通道3上端口的距离为10mm，下部的嵌入件29距液流通道3下端口的距离为10mm。产水管10的长度为1.9m，其中位于液流通道3内部的部分的长度为1.7m，有200mm露在液流通道3外面。下端头7下缘距液流通道3下端口的距离为120mm。 

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 (21)

1.一种膜分离设备，其特征在于，包括壳体，设置在壳体内部的两个或者两个以上的过滤单元和至少一个分隔件，所述过滤单元是中空纤维束式膜组件、中空纤维帘式膜组件、板框式平板膜组件、毛细管式膜组件、管式膜组件，所述分隔件将所述壳体的内部分为两个或者两个以上的液流通道，所述壳体以及所述液流通道两端的端口在横断面上的开孔面积占端口横断面面积的百分数均大于10%；每个液流通道内均有过滤单元。

2.根据权利要求1所述的膜分离设备，其特征在于，所述分隔件为格栅状分隔件。

3.根据权利要求1所述的膜分离设备，其特征在于，所述分隔件为中空圆柱形筒体。

4.根据权利要求1所述的膜分离设备，其特征在于，所述分隔件为平板形分隔件。

5.根据权利要求1-4所述的任意一项膜分离设备，其特征在于，每一个液流通道内均有一个过滤单元。

6.根据权利要求1所述的膜分离设备，其特征在于，所述壳体以及所述液流通道两端的端口在横断面上的开孔面积占端口横断面面积的百分数均大于80%。

7.根据权利要求1所述的膜分离设备，其特征在于，所述过滤单元为三个或者三个以上，所述液流通道的个数为三个或者三个以上。

8.根据权利要求7所述的膜分离设备，其特征在于，所述过滤单元为五个或者五个以上，所述液流通道的个数为五个或者五个以上。

9.根据权利要求1所述的膜分离设备，其特征在于，所述的液流通道在垂直于液流方向上的壳体横断面上以矩阵的方式均匀排布。

10.根据权利要求1所述的膜分离设备，其特征在于，所述两个或者两个以上的液流通道的形状彼此相同。

11.根据权利要求1所述的膜分离设备，其特征在于，每个液流通道在垂直于液流方向上的各个横断面为相同的形状。

12.根据权利要求11所述的膜分离设备，其特征在于，所述每个液流通道为圆柱形液流通道或者棱柱形液流通道。

13.根据权利要求12所述的膜分离设备，其特征在于，当液流通道为圆柱形液流通道时，圆柱形液流通道的长度与横断面直径的比值范围为2-100。

14.根据权利要求13所述的膜分离设备，其特征在于，所述圆柱形液流通道的长度与横断面直径的比值范围为5-20。

15.根据权利要求12所述的膜分离设备，其特征在于，当液流通道为棱柱形液流通道时，棱柱形液流通道的长度与横断面对角线长度的比值范围为2-100。

16.根据权利要求15所述的膜分离设备，其特征在于，所述棱柱形液流通道的长度与横断面对角线长度的比值范围为5-20。

17.根据权利要求1所述的膜分离设备，其特征在于，还包括一个箱体，所述壳体以及壳体内部的过滤单元和分隔件均在箱体内部。

18.根据权利要求17所述的膜分离设备，其特征在于，所述壳体的下端与箱体的底部的距离不小于100mm。

19.根据权利要求18所述的膜分离设备，其特征在于，所述壳体的下端与箱体的底部的距离不小于200mm。

20.根据权利要求17所述的膜分离设备，其特征在于，所述壳体的上端与箱体的顶部的距离不小于100mm.

21.根据权利要求20所述的膜分离设备，其特征在于，所述壳体的上端与箱体的顶部的距离不小于200mm。

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