CN101541405B - 中空纤维膜的盒模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中空纤维膜的盒模块，该盒模块可以容易地安装在模块安装框架和从模块安装框架拆下，并且允许以有效且简单的方式进行用于去除膜间堵塞的过程。该盒模块的主要特征在于，集水箱具有：打开的第一集水出口，其位于集水箱的前表面的上部，并且能够打开和关闭；以及关闭的第二集水出口，其位于集水箱的前表面的下部，并且能够打开和关闭。通过将盒模块拆下、上下翻转并再次安装而可以非常容易地去除膜间堵塞。

Description

中空纤维膜的盒模块

技术领域

本发明涉及一种中空纤维膜模块，更具体地说，设计一种中空纤维膜的盒式模块，该盒式模块适用于水处理。

背景技术

中空纤维膜广泛用作各种领域中的分离过滤器，例如，诸如无菌水生产、饮用水生产、污水处理厂中的高级处理、小型组合化粪池中的高级处理、从工业废水去除悬浮固体、废水重用系统中的水处理、高浓度有机废水处理、工业水处理以及游泳池水处理之类的水处理领域；诸如食品工业、汽车工业以及钢铁制造业之类的生产过程中的材料回收领域；等等。

中空纤维膜通常以“模块”的形式提供，“模块”形式可以迅速且容易地安装到过滤设备上。中空纤维膜模块具有多股或多束中空纤维膜以及各种歧管。这些歧管支撑并固定多股或多束中空纤维膜，且收集透过每个中空纤维膜的孔的过滤物。

例如在日本专利申请特开平7-155564和7-178321号公报和韩国专利申请公报No.2000-0050208中公开了这种中空纤维膜模块。另外，在美国专利No.6,325,928B1中公开了可以容易安装在模块安装框架上的中空纤维膜的盒模块。

设计中空纤维膜模块时需要实现的最重要目的是“高集成度”、“拆装简易”和“清洁简易”。高集成度是指在一定体积的模块占用空间中设置最大表面积的中空纤维膜。拆装简易是指将中空纤维膜模块安装到模块安装框架上和从模块安装框架下拆下中空纤维膜模块所需的麻烦的手工劳动最少。清洁简易是指在过滤设备的操作期间容易地对进行中空纤维膜模块的膜间堵塞进行清除的过程。

在传统的中空纤维膜模块中，高集成度、拆装简易和清洁简易得到了改进，但是仍有很大的改进空间。特别是需要对清洁简易方面进行进一步的改进。

下面将详细描述膜间堵塞现象。在中空纤维膜模块浸在含有高浓度悬浮固体的废水中的情况下，悬浮固体沉积在中空纤维膜上和中空纤维膜之间。因而，中空纤维膜的可以透过水的有效表面积减少。该现象被称为“膜间堵塞”。随着膜间堵塞的推进，透水量显著减少，因而缩短了中空纤维膜模块的寿命。

为了减轻膜间堵塞现象，通常采用如下的方法。通过在操作过滤设备期间曝气、形成湍流、产生超声波或振动等使中空纤维膜从中空纤维膜模块的底部摇动，从而连续地去除沉积在中空纤维膜上和中空纤维膜之间的悬浮固体。然而，即使使用这种方法，在长时期操作后膜间堵塞也会发展到不能容许的水平。

由于近年来生产中空纤维膜的方法的改进，已经极大地改进了由于构成中空纤维膜的材料的劣化而引起的中空纤维膜本身的寿命缩短。因而，如果去除了膜间堵塞，则中空纤维膜模块可以重复使用若干次。然而，如果去除膜间堵塞的过程非常复杂，并且花费过多的时间和费用，则中空纤维膜模块的重复使用就用处很小。例如，为了去除膜间堵塞，通过诸如喷射的物理方法对中空纤维膜的堵塞部分进行处理，然后浸没中空纤维膜模块并再次摇动。然而，这种传统的过程花费大量时间，但是去除水平却不足以重新使用中空纤维膜模块。

发明内容

技术问题

本发明提供了一种改进的中空纤维膜的盒模块，该盒模块能够容易地安装在模块安装框架上和从模块安装框架拆下，并且可以以有效且简单的方式对该盒模块施加膜间堵塞去除的过程。

技术方案

本发明提供了一种中空纤维膜的盒模块，该盒模块包括中空纤维膜部件和盒框架，其中：

所述中空纤维膜部件具有：第一和第二管状歧管，所述第一和第二管状歧管以平行关系彼此竖向间隔开；以及多个中空纤维膜，这些中空纤维膜使所述第一和第二管状歧管之间形成流体连接；

所述盒框架具有：集水箱；与该集水箱平行地间隔开的支撑板；以及将所述集水箱和所述支撑板相结合的固定杆；

所述集水箱具有：多个集水入口，这些集水入口在水平方向上并排地位于所述集水箱的后表面的上部和下部处；打开的第一集水出口，该第一集水出口位于所述集水箱的前表面的上部处，并且能够打开和关闭；以及关闭的第二集水出口，该第二集水出口位于所述集水箱的前表面的下部处，并且能够打开和关闭；

在所述集水箱的内部垂直地延伸的集水流动通道形成为与所述集水入口、所述第一集水出口以及所述第二集水出口流体流通；

所述支撑板具有多个固定凹槽，这些固定凹槽在水平方向上并排地布置在所述支撑板的前表面的上部和下部处；

每个所述固定杆的相对端分别附接至所述集水箱和所述支撑板的侧面；并且

所述中空纤维膜部件垂直地安装在所述盒模块的由所述盒框架限定的内部空间中，并且所述中空纤维膜部件的每个管状歧管的相对端分别联接至所述集水箱的集水入口和所述支撑板的固定凹槽。

根据本发明的中空纤维膜的盒模块的主要特征在于，所述集水箱具有打开的第一集水出口，该第一集水出口位于所述集水箱的前表面的上部处，并且能够打开和关闭，所述集水箱还具有关闭的第二集水出口，该第二集水出口位于所述集水箱的前表面的下部处，并且能够打开和关闭。在其中根据本发明的中空纤维膜的盒模块应用于水处理设备的情况下，透过中空纤维膜的收集水通过第一集水出口而不是第二集水出口排出。另外，在其中在操作水处理设备期间从一堆中空纤维膜模块的底部曝气的情况下，膜间堵塞现象集中在位于中空纤维膜部件的上歧管(第一管状歧管)正下方的区域，并且逐渐推进。在根据本发明的中空纤维膜的盒模块中，可以简单地通过从模块安装框架拆下盒模块，上下翻转该盒模块并且再次安装盒模块而非常简单地去除膜间堵塞。更具体地说，当再次安装盒模块时，将第二集水出口打开，将第一集水出口关闭。之后，将本发明的盒模块上下翻转并再次安装在模块安装框架上。接着，将模块安装框架再次浸没在用于进行水处理的曝气池中。应注意到膜间堵塞位于已经通过上下翻转盒模块而移动到盒模块底部的第一管状歧管的正上方。并且位于第一管状歧管正上方的膜间堵塞由于由曝气引起的上升水流而在几小时至几天之内被自动地去除。这样，在仅仅进行简单的再次安装过程之后就可以立即在水处理设备中重新使用本发明的盒模块，而无需单独的用于去除膜间堵塞的清洁过程。因此，能够明显地降低为了重新使用盒模块而去除膜间堵塞的设备停工时期。在重新使用期间，收集水通过第二集水出口排出。

有益效果

根据本发明，中空纤维膜的盒模块可以容易地安装在模块安装框架上和从模块安装框架拆下，并且允许以有效且简单的方式进行用于去除膜间堵塞的过程。

附图说明

图1是示出了根据本发明第一实施方式的中空纤维膜的盒模块的立体图；

图2是示出了图1的盒模块的示意性纵剖视图；

图3示出了其中图2的盒模块上下翻转的状态；

图4是示出了对比实施例的盒模块的示意性纵剖视图，在该对比实施例中，集水出口位于集水箱在垂直方向上的中部；

图5是表示其中本发明的盒模块实际安装在模块安装框架上的状态的图；

图6是更具体地表示其中本发明的一个盒模块安装在模块安装框架上的状态的图。

具体实施方式

下面将参照图1更详细地描述本发明的中空纤维膜的盒模块。图1是示出了根据本发明第一实施方式的中空纤维膜的盒模块的立体图。

图1的根据第一实施方式的盒模块包括中空纤维膜部件100和盒框架200。中空纤维膜部件100垂直地安装在盒模块的由盒框架200限定的内部空间中。在图1中，为了清晰起见仅示出了一个中空纤维膜部件100。实际上，可以在由盒框架200限定的模块内部空间中安装多个中空纤维膜部件。

中空纤维膜部件100具有第一管状歧管110、第二管状歧管120和多个中空纤维膜130。第一管状歧管110和第二管状歧管120以平行关系彼此竖向间隔开。中空纤维膜130在第一管状歧管110和第二管状歧管120之间形成流体连接。因而，当进行水处理时，透过中空纤维膜130的收集水被沿向上和向下方向分开，并被收集到第一管状歧管110和第二管状歧管120。每个中空纤维膜130的相对端都分别连接到第一管状歧管110和第二管状歧管120，从而与第一管状歧管110和第二管状歧管120的纵向垂直。因而，中空纤维膜130垂直地布置在由盒框架200限定的模块内部空间中。

盒框架200具有集水箱210、支撑板220和固定杆230。集水箱210在水平方向上与支撑板220平行地间隔开。固定杆230具有在空间上将集水箱210和支撑板220固定成使集水箱210和支撑板220保持预定距离的作用，从而提供可以安装中空纤维膜部件100的限定的模块内部空间。集水箱210、支撑板220和固定杆230形成了一体的盒框架200。

集水箱210具有多个集水入口(未示出)、第一集水出口212和第二集水出口214。

集水入口在水平方向上并排地位于集水箱210的后表面的上部和下部处。由于集水入口位于集水箱210的后部中，所以它们没有在图1的立体图中明确地示出。集水入口与中空纤维膜部件100的管状歧管110和120的第一端连接。因而，已经通过管状歧管110和120的收集水通过集水入口被收集到集水箱210。

第一集水出口212位于集水箱210的前表面的上部处。第一集水出口212打开。因而，已经被收集到集水箱210的水通过位于集水箱210的前表面的上部处的第一集水出口212排出。在将来将本发明的盒模块上下翻转之后重新使用时，第一集水出口212应该关闭。因此，第一集水出口212适于能够打开和关闭。

第二集水出口214位于集水箱210的前表面的下部处。第二集水出口214关闭。因而，被收集到集水箱210的水不会通过位于集水箱210的前表面的下部处的第二集水出口214排出。在将本发明的盒模块上下翻转之后重新使用时，第二集水出口214应该打开。因而，第二集水出口214适于能够打开和关闭。例如，如图1所示，第二集水出口214可以通过附接和移除水密盖215而被关闭和打开。第一集水出口212也可以以该方式打开和关闭。应理解可以使用其他各种打开/关闭装置。

在集水箱210的内部，设有集水通道。集水通道在集水箱210中垂直地延伸，从而与集水入口、第一集水出口212以及第二集水出口214流体连通。因而，已经通过位于集水箱210的后上部和后下部处的集水入口的收集水被收集到集水通道，然后通过第一集水出口212排出。由于集水通道与第二集水出口214连通，所以在将本发明的盒模块上下翻转之后重新使用时被收集到集水通道的水可以通过第二集水出口214排出。

支撑板220设有多个固定凹槽222。固定凹槽222在水平方向上并排布置在支撑板220的前表面的上部和下部处。中空纤维膜部件100的管状歧管110和120的第二端插入并固定在这些固定凹槽222中(中空纤维膜部件100的管状歧管110和120的第一端与集水箱210的集水入口相连)。支撑板220具有保持中空纤维膜部件100的管状歧管110和120的第二端的作用，从而不必在支撑板220中形成集水通道。

每个固定杆230的相对端都附接至集水箱210和支撑板220的侧面。当将本发明的盒模块安装在曝气池中时，模块遇到垂直穿过模块内部空间的上升水流。如果固定杆230附接至集水箱210和支撑板200的顶面和底面，它们会阻碍这种上升水流。因此，固定杆230优选附接至集水箱210和支撑板220的侧面。尽管在图1的实施方式中使用了四个固定杆230，但是可以对每个固定杆的横截面形状、宽度、数量及位置进行各种改变。例如，可以将两个固定杆分别附接至集水箱210和支撑板220的左手侧和右手侧。又例如，可以将一个宽的固定杆附接至集水箱210和支撑板220的左手侧，同时可以将两个窄的固定杆附接至集水箱210和支撑板220的右手侧。

下面将参照图2详细描述本发明的盒模块的集水过程。图2是示出了图1的盒模块的示意性纵剖视图。在图2中，虚线箭头表示透过的水流。

每个中空纤维膜130的上端都联接至位于盒模块的顶部的第一管状歧管110的底壁，并且通向第一管状歧管110的内部通道。每个中空纤维膜130的下端都联接至位于盒模块的底部的第二管状歧管120的顶壁，并且通向第二管状歧管120的内部通道。已经透过中空纤维膜130的水被分成向上和向下两个方向，然后流入第一管状歧管110和第二管状歧管120内。

第一管状歧管110的左手端被联接至位于集水箱210的后上部的集水入口，并且通向集水箱210中的集水通道216。另外，第一管状歧管110的右手端被联接至支撑板220的前上部。第一管状歧管110的右手端可以打开或关闭。然而，支承板220未设置任何用于透过的水的通道，因而透过的水不会向第一管状歧管110的右手端形成流动。

第二管状歧管120的左手端联接至位于集水箱210的后下部的集水入口，并且通向集水箱210中的集水通道216。另外，第二管状歧管120的右手端联接至支撑板220的前下部。第二管状歧管120的右手端可以打开或关闭。然而，支撑板220未设置任何用于透过的水的通道，因而透过的水不会向第二管状歧管120的右手端形成流动。

集水箱210中的集水通道216与位于集水箱210的后上部处的集水入口、位于集水箱210的后下部的集水入口、第一集水出口212以及第二集水出口214连通。第一集水出口212打开，而第二集水出口214被盖215关闭。

被引入到第一管状歧管110和第二管状歧管120内部通道中的透过水通过集水箱210的后部上的集水入口而流入到集水箱210中的集水通道216，然后通过打开的第一集水出口212排出。通常，第一集水出口212连接至安装在待安装到曝气池中的模块安装框架上的管路(未示出)。通过第一集水出口212排出的透过水通过管路排出到曝气池的外部。

由于来自曝气池底部的曝气而引起的上升水流，在位于第一管状歧管110(其位于盒模块的上部处)正下方的堵塞区域300处集中发生膜间堵塞。

下面将参照图3详细描述本发明的盒模块的膜间堵塞的去除过程。图3示出了其中图2的盒模块上下翻转的状态。

将图2的盒模块从模块安装框架(未示出)拆下，然后上下翻转。之后，打开第二集水出口214，并且用盖215关闭第一集水出口212。接着将图2的倒置的盒模块再次安装在模块安装框架上。结果，第二集水出口214位于盒模块的上部，第一管状歧管110位于盒模块的底部。另外，膜间堵塞区域300位于盒模块底部处的第一管状歧管110的正上方。另外，被收集到集水通道216中的透过的水通过第二集水出口214排出。

本发明的倒置的盒模块可以再次安装，然后直接浸没在曝气池里，而无需任何单独的清洁过程。在再次安装之后，膜间堵塞区域300通过由曝气池底部的曝气引起的上升水流经过膜间堵塞过程的反过程而例如在几小时至几天之内被有效地去除。换言之，在曝气池再次操作时，膜间堵塞被自然地去除。最终，本发明的盒模块可以显著地减少为了去除膜间堵塞而进行的水处理设备停工期。

本发明的盒模块的第二集水出口是在盒模块的第一次使用期间不使用的构件，因而在任何传统的盒模块中根本不会想到该第二集水出口。相比之下，由于本发明的盒模块的第二集水出口，本发明的盒模块可以上下翻转并再次安装而无需任何用于膜间堵塞的单独清洁过程，因而可以立即再次使用。如果没有第二集水出口，则只要上下翻转并再次安装本发明的盒模块，就必须改变模块安装框架的管道连接器的位置。因而，旨在使盒模块安装和拆卸简单的优点受到严重破坏。然而，由于第二集水出口，本发明的盒模块可在上下翻转之后非常简单地再次安装。

如果第一集水出口位于集水箱在垂直方向上的中部，则甚至可以在没有第二集水出口的情况下上下翻转并再次安装盒模块。然而，本发明的发明人已经发现，当第一集水出口位于集水箱在垂直方向上的中部时，集水箱中的集水通道在其上部会非常容易形成气锁。由此发生第一管状歧管不能用于集水的严重问题。

现在，参照图4详细描述其中集水出口位于集水箱在垂直方向上的中部的比较实施例的问题。图4是表示其中集水出口位于集水箱在垂直方向上的中部的对比实施例的盒模块的示意性纵剖视图。

在根据该对比实施例的图4的盒模块中，一个集水出口214设置在集水箱210的前表面在垂直方向上的中部。在这种情况下，在将盒模块浸没到水中之前就已经填充在集水箱210中的集水通道216中的空气由于浮力而被收集并限制在集水通道216的上部。具体地说，在浸没吸入式水处理设备中，由于透过水以非常小的压差被吸出，因此被限制的空气伴随透过水的吸出流的程度由于吸出流的吸力较弱而非常轻微。由于这种被限制的空气，盒模块的顶部处的第一管状歧管110不能为透过水提供通道。已经透过每个中空纤维膜130的全部透过水都被引入到盒模块底部的第二管状歧管120中。因而，在中空纤维膜130中，每个中空纤维膜130的上端与下端之间形成了非常大的压降。结果，每个中空纤维膜130的上半部分的用于吸入水的压差(即，负压)非常低。因而，每个中空纤维130的上半部分处的透水量减少。结果，严重地降低了整个盒模块的过滤效率。换言之，每个中空纤维膜130的全部表面不能得到均匀地使用，因而损害了期望在占用相同体积的模块空间中提供最大表面积的中空纤维膜的盒模块的集成度。相比之下，在本发明的盒模块中，由于打开的第一集水出口位于集水箱的上部处，不会发生气锁问题。

图5是表示其中本发明的盒模块实际安装在模块安装框架上的状态的图。总共有六个本发明的盒模块被插入到模块安装框架中。图6是更具体地表示其中本发明的盒模块安装在模块安装框架上的状态的图。位于集水箱的前上部的打开的第一集水出口与模块安装框架后部的管路连接件相连。多个中空纤维膜部件垂直地固定在盒模块的内部空间中。

工业实用性

根据本发明的中空纤维膜的盒模块可以广泛地用作各种领域中的分离过滤器，例如，诸如无菌水生产、饮用水生产、污水处理厂中的高级处理、小型组合化粪池中的高级处理、从工业废水去除悬浮固体、废水重用系统中的水处理、高浓度有机废水处理、工业水处理以及游泳池水处理之类的水处理领域；诸如食品工业、汽车工业以及钢铁制造业之类的生产过程中的材料回收领域；等等。

Claims (1)

1.一种中空纤维膜的盒模块，该盒模块包括中空纤维膜部件和盒框架，其中：

所述中空纤维膜部件具有：第一和第二管状歧管，所述第一和第二管状歧管以平行关系彼此竖向间隔开；以及多个中空纤维膜，这些中空纤维膜使所述第一和第二管状歧管之间形成流体连接；

所述盒框架具有：集水箱；与该集水箱平行地间隔开的支撑板；以及将所述集水箱和所述支撑板相结合的固定杆；

所述集水箱具有：多个集水入口，这些集水入口在水平方向上并排地位于所述集水箱的后表面的上部和下部处；打开的第一集水出口，该第一集水出口位于所述集水箱的前表面的上部处，并且能够打开和关闭；以及关闭的第二集水出口，该第二集水出口位于所述集水箱的前表面的下部处，并且能够打开和关闭；

在所述集水箱的内部垂直地延伸的集水流动通道形成为与所述集水入口、所述第一集水出口以及所述第二集水出口流体流通；

所述支撑板具有多个固定凹槽，这些固定凹槽在水平方向上并排地布置在所述支撑板的前表面的上部和下部处；

每个所述固定杆的相对端分别附接至所述集水箱和所述支撑板的侧面；并且

所述中空纤维膜部件垂直地安装在所述盒模块的由所述盒框架限定的内部空间中，并且所述中空纤维膜部件的每个管状歧管的相对端分别联接至所述集水箱的集水入口和所述支撑板的固定凹槽。

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