CN101721914A - 附加电场的中空纤维膜组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种附加电场的中空纤维膜组件。由上、下壳体开设了进水口(3)、排气阀(5)和错流出水口(11)的组件外壳(13)，置于组件外壳(13)中心轴线上的阳极(4)，阳极(4)外设有的阴极(14)，以及阳极(4)和阴极(14)之间设有的U形中空纤维膜丝(12)组成。膜过滤中通过电场的作用，带电荷的有机物或颗粒发生电泳迁移，电凝聚等作用，可以减少由带电荷有机物或颗粒造成的浓差极化与膜污染。该组件将电场与中空纤维膜整合，可以发挥中空纤维膜过滤分离效率高，膜过滤面积大，占用空间小的优点，而且易于将多个组件并联获得更高过滤速度，提高膜分离的效率。本发明在水处理的深度处理领域具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种去除水中有机物或颗粒的装置，具体是用于在水处理中去除水中的有机物或颗粒的中空纤维膜组件和附加电场偶合的过滤装置。
背景技术
目前，用微滤、超滤或纳滤膜进行水中有机物或颗粒分离已经被广泛使用。但是，当待过滤液或待分离液浓度高时，膜表面易形成浓差极化层，使膜分离阻力增加；当待过滤液或待分离液含Zeta电位较高的易污染膜的成分时，膜污染加剧，膜使用寿命被缩短。为了克服这些缺点，2个板状电极分别放置于平板膜的两侧，组成附加电场平板膜过滤装置。但是这种附加电场膜过滤装置中只能装填一张平板膜，无法进一步提高过滤面积实现大流量的过滤和分离。因此，这种附加电场的平板膜装置无法应用在较大规模的水处理或颗粒分离过程中。
中空纤维膜是纤维状，具有自支撑能力的膜。中空纤维膜不需要支撑层，因此具有装填密度高、比表面积大的优点。其构成的中空纤维膜组件被大量使用在水处理、制药、酿造、餐饮、化工等领域，用于物质的分离与提纯。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型的附加电场和中空纤维膜组件组成的过滤装置。该装置过滤分离效率高，膜过滤面积大，占用空间小，而且易于将多个装置并联获得更高过滤速度。
为达上述目的，本发明采用如下的技术方案：由上、下壳体开设进水口、排气阀和错流出水口的组件外壳，置于组件外壳中心轴线上的惰性棒状的阳极，阳极外设有空心圆柱状的阴极，以及阳极与阴极之间设有的U形中空纤维膜丝组成；
组件外壳底端设有底板，底板中心开设将阳极固定并引出组件外壳的小孔，阳极与正极导线连接；阴极底部呈盘状，盘状外缘与负极导线连接，通过法兰固紧螺栓将阴极的盘状底部与组件外壳固定连接成为一体；阳极与阴极之间的空间设有中空纤维膜丝，中空纤维膜丝弯成U形，用环氧树脂胶将U形中空纤维膜丝的出水端和膜丝固定板粘合，并且使U形中空纤维膜丝出水端暴露在环氧树脂胶之外；组件外壳顶端的膜丝固定板上设有顶盖，顶盖中心开设出水口，通过法兰固紧螺栓将顶盖、膜丝固定板与组件外壳固定连接成为一体；
本发明的有益效果是：附加电场的中空纤维膜组件可以实现水中有机物或颗粒大流量的过滤和分离，同时，通过电场的作用，可以提高过滤或分离的效率，减少由带电荷有机物或颗粒造成的浓差极化与膜污染。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2是图1的I-I截面图。
图3是膜丝固定板结构示意图。
图4是底板15结构示意图。
图5是阴极纵向剖示图。
图6是图5的II-II截面图。
附图中，1-正极导线，2-负极导线，3-进水口，4-阳极，5-排气阀，6-环氧树脂胶，7-过滤后出水口，8-法兰箍紧螺丝，9-膜丝固定板，10-密封垫圈，11-错流出水口，12-中空纤维膜丝，13-组件外壳，14-阴极，15-底板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
先将市售的中空纤维膜丝12弯成“U”形，用环氧树脂胶6将“U”形中空纤维膜丝12的出水端和膜丝固定板9粘合。在环氧树脂胶6未硬化时在振荡器上快速振荡膜丝固定板9，使环氧树脂胶6完全渗入膜丝间的空隙。待环氧树脂胶6硬化后，切除靠近中空纤维膜丝12出水端的环氧树脂胶6，使其出水端暴露在环氧树脂胶6之外。
底板15中央钻孔，孔直径比阳极4的直径略小。施加压力使阳极4穿过底
板15中央的小孔，并在小孔处涂环氧树脂胶密封。
将组件外壳13、底板15、阳极4、阴极14、密封垫圈10、排气阀5、正极导线1，负极导线2以及固定好中空纤维膜丝12的膜丝固定板9按照附图1和附图2所示组装，法兰之间放置密封垫圈10，以实现装置密封。组件外壳13的上端和下端分别用法兰箍紧螺丝8紧固，实现密封。排气阀5和组件外壳13构成通过螺纹连接，使用生料带密封。
进水口3、过滤后出水口7以及错流出水口11分别连接配套的管件。根据过滤的不同压力和流量要求，进水口3前可连接压力泵或其他增压装置。该装置可以实现错流过滤和死端过滤：打开错流出水口11并调节需要的错流流速，实现错流过滤；关闭错流出水口11即可实现死端过滤。
工作原理
将正极导线1与直流电源正极连接，将负极导线2与直流电源负极连接，通电后形成从中轴线到圆柱周边辐射状的电场。
待处理水溶液从进水口3进入阴极14的通孔，在附加了电场的中空纤维膜组件中(中空纤维膜丝12分布于阴极14和阳极4之间)。组件外壳13有三个通水孔：进水口3、过滤后出水口7和错流出水口11。错流过滤时，进入中空纤维膜组件的待处理液一部分从过滤后出水口7流出，其余从错流出水口11流出。当死端过滤时，将错流出水口11外接的管路关闭，所有待处理液被过滤后从过滤后出水口7流出。当电场中产生气泡时，需要通过排气阀5将气排走。
过滤时，水中带有负电荷(或正电荷)的有机物或颗粒在辐射状的电场中向阳极4(或阴极14)迁移，即电泳迁移。此时，在普通膜过滤中由带有电荷的有机物或颗粒形成的浓差极化被缓解，过滤阻力降低。当需要将带电荷有机物和水分离开的时候，带负电荷(或正电荷)有机物被吸附在阳极4(或阴极14)附近，使得膜分离更彻底。同时，带负电荷(或正电荷)有机物被吸附在阳极4(或阴极14)附近，防止了有机物中易于污染膜的组分粘附在膜上形成膜污染。当阳极4或阴极14处发生电解时，电极处产生微小气泡，扩散到组件内部，对中空纤维膜丝12表面起到冲刷的作用，有利于减轻膜污染的程度。
当组件的跨膜压力升高时，需要用蒸馏水或反渗透水对中空纤维膜丝12进行反冲洗。反冲洗时，需将进水口3关闭，蒸馏水或反渗透水从出水口7进入组件，对中空纤维膜丝12进行反方向的冲洗。清洗出的浓水经错流出水口11排出。在反冲洗的过程中，宜将电源关闭，使阳极4和阴极14上所吸附的物质释放并随反冲洗水排走或另行收集。
Claims (3)
1.附加电场的中空纤维膜组件，其特征是：由上、下壳体开设了进水口(3)、排气阀(5)和错流出水口(11)的组件外壳(13)，置于组件外壳(13)中心轴线上的阳极(4)，阳极(4)外设有的阴极(14)，以及阳极(4)和阴极(14)之间设有的U形中空纤维膜丝(12)组成；
组件外壳(13)底端设有底板(15)，底板(15)中心开设将阳极(4)固定并引出组件外壳(13)的小孔，阳极(4)与正极导线(1)连接；阴极14底部呈盘状，盘状外缘与负极导线(2)连接，通过法兰固紧螺栓(8)将阴极(14)的盘状底部与固定连接成为一体；阳极(4)与阴极(14)之间的空间设有中空纤维膜丝(12)，中空纤维膜丝(12)弯成U形，用环氧树脂胶(6)将U形中空纤维膜丝(12)的出水端和膜丝固定板(9)粘合，并且使U形中空纤维膜丝(12)出水端暴露在环氧树脂胶(6)之外；组件外壳(13)顶端的膜丝固定板(9)上设有顶盖，顶盖中心开设出水口(7)，通过法兰固紧螺栓8将顶盖、膜丝固定板(9)与组件外壳(13)固定连接成为一体。
2.根据权利要求1所述的附加电场的中空纤维膜组件，其特征是：所述的阳极(4)为棒状，置于组件外壳(13)中心轴线上并与中心轴线重合。
3.根据权利要求1所述的附加电场的中空纤维膜组件，其特征是：所述的阴极(14)为空心圆柱状，位于阳极(4)同心圆外的位置，形成从中轴线到圆柱周边辐射状的电场。
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