CN101450284A - 一种高效中空纤维膜组件装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种高效中空纤维膜组件装置及方法，包括在膜组件外壳内的帘式中空纤维膜和隔网，在膜组件外壳内的中空纤维帘和隔网以中空纤维帘、隔网或隔网、中空纤维帘的顺序重复叠加有规则地排放。本发明的中空纤维膜组件能够有效避免使用过程中的纤维聚积现象，有效减少膜组件内中空纤维膜遭受到水冲击力的破坏作用，从而显著提高中空纤维膜组件的透过分离效率、提高膜的使用寿命和抗污染性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种水处理装置，具体讲涉及一种中空纤维膜水处理装置。
背景技术
在各种水处理相关的中空纤维膜组件的使用过程中，膜壳内的中空纤维都存在着不同程度的聚集现象。多方面的原因导致了这种聚集现象的发生，比如：膜的表面张力与被处理水溶液之间的差异、膜组件内水溶液的粘度和流动时的冲力、纤维的排列和膜污染等。典型的例子比如膜接触器在水处理过程中出现的严重的中空纤维膜聚集现象，水处理膜接触器所使用的中空纤维膜大多为表面疏水性膜，当被处理水溶液在纤维的外侧流动时，疏水性的中空纤维倾向于相互靠拢以减少其表面能，再加之水流的推动作用其结果形成了使用过程中的纤维聚集状态。中空纤维膜聚集的直接后果是显著降低了膜的有效分离面积，从而降低了膜组件的透过分离效率。
本发明的目的是为克服上述中空纤维膜的聚集现象，设计一种新的中空纤维膜组件的制备方法，有效提高中空纤维膜组件的透过分离效率。
发明内容
本发明的目的是供一种能够有效防止使用过程中膜组件内中空纤维膜聚集的方法，并因此而提高中空纤维膜的透过分离效率。
本发明是通过对膜组件的结构和制备工艺的设计来达到上述目的的，在中空纤维膜组件的设计与制造方面着重考虑的几个因素是：(1)中空纤维膜在膜组件内的排列分布应是均匀的；(2)中空纤维之间相对固定；(3)增加膜组件内液体相对于中空纤维膜的不规则流动。
为实现上述目的，首先中空纤维被整齐均匀地编织成帘状(如图1所示)，纤维之间的距离是由编织连线的粗细和编织的松紧程度所决定的，因此在进行组件的设计和制造过程中应根据纤维之间的间距来确定编织线的粗细和编织的松紧程度(编织不宜太紧，否则会使中空纤维变形)。纤维帘内两条编织线之间应保持合适的距离，如果距离太短会增加编织成本和降低膜的有效分离面积，如果太长又不能很好地起到阻隔纤维相互聚集的作用。编织纤维帘所用的编织线材料应当具有的良好的物理、化学性能，比如较高的强度、良好的柔软性和可编织性、良好的化学稳定性、抗生物降解性、耐温性和抗老化性等。
为防止在使用过程中层与层之间中空纤维膜的相互聚拢，膜组件内纤维层之间衬以隔网(如图2所示)。所述隔网的厚度决定了纤维层之间的距离，如果隔网太厚虽然在阻隔纤维相互聚拢方面更加有效，但是显著降低了膜组件内膜的装填密度，降低了单位膜组件的功效。所述隔网应具有尽量高的孔隙率、合适的网眼尺寸和规则的网眼结构，低的隔网孔隙率会降低被处理液体与中空纤维膜的有效接触面积并增加被处理液体在膜组件内的流动阻力，合适的网眼尺寸(网眼密度)和隔网厚度能够使纤维层之间保持恰当的距离而不至于相互接触，规则的网眼结构有助于膜组件内流体流速的均匀分布和产生一致的局部不规则流动。所述隔网的材料应当所具有的良好的物理、化学性能，比如较高的强度、良好的化学稳定性、抗生物降解性、耐温性和抗老化性等。
在膜组件的制备过程中，隔网和中空纤维帘等长、等宽或稍窄，隔网和中空纤维帘以其宽度的中心位置对齐叠放。如果制备的膜组件是常规的管壳式圆柱形结构，则将中空纤维帘和隔网按上述方法叠放一起，然后卷成既定直径大小、规则的中空纤维束，小心套入膜组件外壳内，按常规方法进行两端密封灌胶和切割整理；如果要制备的膜组件是规则的框式结构，则需要根据框式组件的内部尺寸裁定中空纤维帘和隔网的长度和宽度，将中空纤维和隔网交替、整齐地排放在组件框架之内，然后进行两端密封灌胶和切割整理工作。如此制得的膜组件内隔网被密封胶固定在纤维层之间，同一纤维层内纤维之间的位置相互固定，且联结成一体，增加了纤维的整体抗水力冲击强度；纤维层之间的隔网不仅有效阻碍了纤维层之间的相互聚集，而且也一定程度上提高了纤维耐冲击力，增加了水溶液通过膜层的不规则流动。
所述的中空纤维膜包括各种有机材料中空纤维膜。
所述的纤维帘内纤维之间的距离0.1-10毫米，编织线的粗细0.05-5毫米，两条编织线之门的距离3-1000毫米。
所述的隔网的厚度0.05-10毫米，隔网的孔隙率40-99.99％，隔网单个网眼的面积0.25平方毫米-0.5平方米。
所述的膜组件外壳上设有流体的进口和出口，膜组件外壳的两端各与一个尾帽相连接，两个尾帽各设流体的进口或出口。
通过本发明制造的中空纤维膜组件能够有效避免使用过程中的纤维聚积现象，能够保持使小过程中中空纤维膜在膜组件内的均匀分布状态，提高了中空纤维膜的抗冲击强度，有效减少膜组件内中空纤维膜遭受到水冲击力的破坏作用，提高中空纤维膜表面的不规则水流动，从而显著提高中空纤维膜组件的透过分离效率、提高膜的使用寿命和抗污染性能。
另外，本发明的方法同样也适用于以中空纤维或细塑料管为主要换热元件的换热器的制造，显著提高单位换热器的热传导效率等。
附图说明
图1是纤维编织帘示意图：1、中空纤维，2、编织线，3、编织线节点；
图2是隔网示意图：4、网眼，5、网架；
图3是膜组件内中空纤维排列的横截面结构示意图。
具体实施方式
按照图1所示结构，中空纤维膜(1)被用编织线(2)均匀地编织成帘，中空纤维帘内中空纤维之间的距离是由编织线(2)的粗细、编织线节点(3)大小和编织的松紧程度所决定的。
将中空纤维帘(图1所示)同选定的隔网(图2所示)叠加在一起卷成既定直径大小、规则的中空纤维束，小心套入桶式的组件外壳内，按常规方法进行两端的密封灌胶和切割整理，即可制得管壳式圆柱形结构的中空纤维膜组件；如果闪制备的膜组件是规则的框式结构，需要根据框式组件的内部尺寸裁定中空纤维帘和隔网的长度和宽度，将中空纤维帘和隔网交替、整齐地排放在组件框架之内，然后进行两端的密封灌胶和切割整理工作，即可得到具有上述优点的中空纤维膜组件。
实施例1
膜：聚偏二氟乙烯多孔非极性中空纤维膜，孔隙率50％；编织线：尼龙，0.2毫米粗，纤维帘内两条编织线之间的距离3毫米；隔网：尼龙，厚度0.5毫米，空隙率99％；膜组件形式：管壳式圆柱形结构；实验测试：直接接触式膜蒸馏，65℃盐水流经中空纤维的壳层，冷却水流经中空纤维的内侧。
膜的产水通量：15kg/m2-h。
对比例1
膜及膜组件的形式与实施例1相同，但在膜组件的制造过程中中空纤维之间没有进行任何形式的编织，也没有利用隔网进行纤维之间的隔离；实验测试条件同实施例1。
膜的产水通量：11kg/m2-h。
实施例2
膜：聚丙烯多孔非极性中空纤维膜，孔隙率68％；编织线：聚丙烯，0.3毫米粗，纤维帘内两条编织线之间的距离40毫米；隔网：聚丙烯，厚度0.5毫米，空隙率98％；膜组件形式：板框错流式结构；实验测试：减压式膜蒸馏，85℃海水流经中空纤维的壳层，真空施与中空纤维的内侧。
膜的产水通量：38kg/m2-h。
对比例2
膜及膜组件的形式与实施例2相同，但在膜组件的制造过程中中空纤维之间没有进行任何形式的编织，也没有利用隔网进行纤维之间的隔离；实验测试条件同实施例2。
膜的产水通量：29kg/m2-h。
实施例3
膜：聚醚砜超滤中空纤维膜，孔隙率50％；编织线：晴纶1毫米粗，纤维帘内两条编织线之间的距离20毫米；隔网：聚氯乙烯，厚度0.6毫米，空隙率96％；膜组件形式：管壳式圆柱形结构；实验测试：发酵工业废水超滤处理，外压式。
膜的产水通量：95kg/m2-h。
对比例3
膜及膜组件的形式与实施例3相同，但在膜组件的制造过程中中空纤维之间没有进行任何形式的编织，也没有利用隔网进行纤维之间的隔离；实验测试条件同实施例3。
膜通量：76kg/m2-h。
实施例4
膜：聚四氟乙烯(PTFE)多孔非极性中空纤维膜，孔隙率70％；编织线：聚四氟乙烯，0.5毫米粗，纤维帘内两条编织线之间的距离100毫米；隔网：聚乙烯，厚度0.4毫米，空隙率97％；膜组件形式：管壳式圆柱形结构；实验测试：化学合成工业过程中水溶液中氨的脱除，膜接触器，吸收液为稀硫酸水溶液。
膜的氨通量：0.22mol/m2-h。
对比例4
膜及膜组件的形式与实施例4相同，但在膜组件的制造过程中中空纤维之间没有进行任何形式的编织，也没有利用隔网进行纤维之间的隔离；实验测试条件同实施例4。
膜通量：0.14kg/m2-h。
Claims (6)
1、一种高效中空纤维膜组件装置及方法，其特征为，包括膜组件外壳以及在膜组件外壳内的帘式中空纤维膜和隔网，在膜组件外壳内的中空纤维帘和隔网以中空纤维帘、隔网或隔网、中空纤维帘的顺序重复叠加有规则地排放。
2、根据权利要求1所述的中空纤维膜组件装置及方法，其特征在于所述的膜组件外壳上设有流体的进口和出口。
3、根据权利要求1所述的中空纤维膜组件装置及方法，其特征在于中空纤维膜被用编织线规则地编织成中空纤维帘，中空纤维帘内纤维之间的距离为0.1-10毫米，编织线的直径为0.05-5毫米，两条编织线之间的距离为3-1000毫米。
4、根据权利要求1所述的中空纤维膜组件装置及方法，其特征在于中空纤维帘与帘之间衬以隔网，隔网的厚度为0.05-10毫米，隔网的孔隙率40-99.99％，隔网单个网眼的面积0.25平方毫米-0.5平方米。
5、根据权利要求1所述的中空纤维膜组件装置及方法，其特征在于中空纤维帘和隔网以中空纤维帘、隔网或隔网、中空纤维帘的顺序重复叠加有规则地排列排放在膜组件外壳内，然后进行膜组件两端的密封灌胶和切割整理。
6、根据权利要求1所述的中空纤维膜组件装置及方法，其特征在于膜组件外壳的两端各与一个尾帽相连接，两个尾帽各设流体的进口或出口。
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| CNA2007101505840A CN101450284A (zh) | 2007-11-30 | 2007-11-30 | 一种高效中空纤维膜组件装置及方法 |
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Publications (1)
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| CN101450284A true CN101450284A (zh) | 2009-06-10 |
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2007
- 2007-11-30 CN CNA2007101505840A patent/CN101450284A/zh active Pending
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