CN101721917A - 一种新型平板式膜组元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及新型平板式膜组元，包括过滤膜和用于固定过滤膜的支撑膜板，支撑膜板由边框和前后两块网孔板夹扣而形成中空内腔，支撑膜板的前侧面和后侧面上均匀设置有密布的过滤网孔，两侧面通过粘贴或焊接方式固定有过滤膜，过滤膜上的膜孔经支撑膜板上的网孔与中空内腔相通，中空内腔内部设置导流区，并在支撑膜板一端设有与导流区相通的出流嘴。应用时，在自吸泵负压或过滤混合液压头的正压作用下，液体从过滤膜表面渗入，穿过支撑膜板的网孔进入到中空内腔，再经导流区汇入出流沟槽从出流嘴流出，实现整个过滤过程。该膜组元具有加工容易、膜利用率高、腔内压力分布均匀等特点，易于组装成各种形式的膜组件，适用于工业过滤及水处理领域。

Description

一种新型平板式膜组元

技术领域

本发明涉及膜分离装置的过滤单元，具体是平板膜与支撑膜板所构成的膜组元，属于膜分离技术领域。

背景技术

膜分离技术拥有分离、浓缩、纯化和精制等多种功能，兼具高效、节能、环保、分子级过滤及构造简单、操作简便、易于控制等特点。目前已被广泛用于水处理及食品、医药、生物、化工、冶金、生物、能源、石油、电子、仿生等工业领域，成为工业生产中最为有效的分离手段之一。选择合适的膜分离过程，可以替代鼓式真空过滤、板框压滤、离子交换、离子分离、过滤除尘、吸附/再生、絮凝/共聚、倾析/沉淀、蒸发、结晶等传统的分离和过滤方法。

膜过滤装置中最小的过滤单元称作膜组元，是过滤装置整体性能发挥的基础，也是实现良好过滤效果的技术关键，膜材料与其机械支撑体之间的良好配合直接影响到过滤装置的综合性能。

平板式超滤膜和微滤膜，由于具有强度高、通量稳定、易于清洗等优点，成为膜技术领域应用与发展十分迅速的膜材料。目前，被广泛应用的平板式膜组元，是将膜材料粘结在表面设有汇流沟槽的支撑膜板两侧，并且在支撑膜板与膜材料之间设置一层无纺布作为导流介质。过滤液在抽吸作用下透过膜材料并沿塑料膜板的表面流动，直至汇流到出流孔。该类型膜组元在实际运行过程中，由于抽吸泵产生的压力差会使膜材料紧贴在支撑膜板的表面，导致过滤阻力增加，致使过滤组元透水率的下降，从而影响膜的有效通量。即使在无纺布作为导流媒介的情况下，也不能完全消除其阻力造成的影响。此外，由于支撑膜板的过滤面积很大，仅在一端设置抽水孔抽吸，极易造成过滤表面压力差分布不均，各区域的实际通量差异明显，甚至出现沟流和过滤死角现象，从而降低了膜组元的过滤效率。使用该类型的支撑膜板，实际膜通量相对较低，容易发生膜污染，缩短了膜的清洗和更换周期。目前平板式膜组件均为矩形板框式构造，固定安装在支架上，运行过程中，依靠曝气冲刷膜表面实现膜材料的在线清洗，清洗方法单一，效率低，且能耗高，需要在较短周期内进行化学清洗。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术存在的不足，提供一种新型平板式膜组元，以解决传统膜组元过滤阻力大、压力分布不均匀、在线清洗手段单一等技术缺点。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种新型平板式膜组元，包括过滤膜和用于固定过滤膜的支撑膜板，支撑膜板为立体结构，特点是：所述支撑膜板包含边框和前后两块网孔板，所述边框和前后两块网孔板夹扣形成中空内腔，在支撑膜板两侧面上通过粘贴或焊接方式固定有过滤膜，过滤膜上的膜孔经支撑膜板上的网孔与中空内腔相通，中空内腔内部设置导流区，并在支撑膜板一端设有与导流区相通的出流嘴。

进一步地，上述的一种新型平板式膜组元，其中，所述支撑膜板呈矩形结构、扇形结构、梯形结构、圆环形结构或叶轮形结构，支撑膜板的前侧面和后侧面上均匀分布有六角形、圆形或方形过滤网孔。

更进一步地，上述的一种新型平板式膜组元，其中，所述支撑膜板前后两侧面的网孔板与边框配合表面呈台阶式结构，并在边框上设置有过滤膜粘贴带。

再进一步地，上述的一种新型平板式膜组元，其中，所述支撑膜板的中空内腔设置有若干个加强筋条和定位支柱，加强筋条将中空内腔分割成若干个导流区。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

本发明平板式膜组元具有结构简单、重量轻、有效过滤面积大、腔内压力分布均匀等特点，通过支撑膜板的中空腔实现气水方式的在线反清洗，显著延缓膜组件的化学清洗周期，有效降低膜污染程度，有利于延长膜材料的使用寿命，特别适合于水处理和工业分离领域。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：本发明膜组元的结构示意图；

图2a：支撑膜板的主视示意图；

图2b：支撑膜板的剖面示意图；

图3a：支撑膜板内部结构示意图；

图3b：网孔板结构示意图；

图4：本发明膜组元的安装应用示意图。

图中各附图标记的含义见下表：

附图标记	含义	附图标记	含义	附图标记	含义
						1	膜组元	2	过滤膜	3	支撑膜板
4	网孔板	5	边框	6	中空内腔
						7	过滤网孔	8	粘贴带	9	加强筋条
10	定位孔	11	定位柱	12	导流区
						13	出流沟槽	14	出流嘴	15	组装孔
16	联通管	17	汇流孔	18	膜组件

具体实施方式

如图1所示，新型平板式膜组元1，包括过滤膜2和用于固定过滤膜的支撑膜板3。支撑膜板3为立体结构，如图2a、2b所示，支撑膜板3由前侧面与后侧面网孔板4与边框5构成，前后两块网孔板4平行夹扣形成中空内腔6，前后两侧面的网孔板4上均匀设置有密布的过滤网孔7，在边框5的两面设置有过滤膜粘贴带8，以便在膜板的前后两侧面粘贴过滤膜，使得膜组元具有双侧过滤功能，提高过滤膜的装填密度。如图3a、3b，中空内腔中在一侧网孔板上设置有若干个加强筋条9，加强筋条9用以提高支撑膜板的强度，避免膜组元在动态过滤过程中产生变形或被压扁。加强筋条9上开有定位孔10，在另一侧网孔板上设置有与定位孔相对应的定位柱11，两者紧密夹扣起到定位和支撑前后两块网孔板的作用，同时加强筋条9将中空内腔分割成若干个过滤液导流区12(图中分为4个导流区)。沿着膜板边框5的前后两面粘贴带8，通过粘贴或焊接方式固定有过滤膜2，两侧的过滤膜通过粘贴带与边框5实现密封固定。过滤膜上的膜孔与两侧网孔板上的过滤网孔7相通，在膜板边框5的底部设有与中空内腔各导流区相通的出流沟槽13和出流嘴14。

上述新型膜组元的典型结构形式是，支撑膜板呈矩形结构，膜板的前侧面和后侧面上分布有蜂窝状六角形过滤网孔，膜板作为过滤膜的机械支撑元件，膜板边框与网孔板所组成的平面采用台阶式结构，膜板外缘总厚度为6mm，内侧台阶面下凹0.5mm，与网孔板保持在一个平面上。膜板边框上的粘贴带宽度4.5mm，呈纹理结构，沿着粘贴带采用胶或超声波等焊接方式将过滤膜密封粘贴，确保环绕膜板边框的粘贴带在操作压力下不漏水。前后两块网孔板夹扣形成中空内腔，腔内高度为1.5mm，网孔板表面被过滤膜覆盖，四周为边框上的密封粘贴带，膜板下部设置与中空腔相通的出流嘴。

该新型平板式膜组元通常由塑料支撑膜板和微滤、超滤等过滤膜材料组成，通过将过滤膜材料粘贴或焊接在支撑膜板两面而形成一个中空的闭合空间，两侧面的网孔板起到支撑过滤膜的作用。在自吸泵的负压或过滤混合液压头的正压作用下，过滤液从膜表面渗入，穿过膜板的网孔进入到中空内腔，再经过各导流区汇入到出流沟槽，然后从出流嘴流出，完成整个过滤操作过程。膜组元的几何形状可根据实际应用场合不同而改变，包括矩形结构、扇形结构、梯形结构、圆环形结构或叶轮形结构等。

传统的平板式膜组元其支撑膜板通常采用表面沟槽方式，在过滤液通过膜表面后，液体经支撑膜板表面细微沟槽汇入四周通道，然后由出流嘴排出，压力很难实现均匀分布，过滤死区对膜通量产生影响。本发明与传统的平板式膜组元不同，新型膜组元采用中空腔式过滤操作，中空腔内的加强筋条和定位柱对前后两块膜板起到支撑作用，在设定的操作压力下，膜板不会因受压而发生变形甚至内扁，良好保持腔内流道的通畅，有效降低过滤膜对堵塞的敏感性。覆盖在网孔板表面的过滤膜，因网孔板拥有高的开孔率，使得过滤膜与中空内腔实现直接相通，过滤膜受压后不会与支撑膜板粘结而形成流动死角和静水区，因此可有效避免传统平板式膜组元中极易发生的表面沟流、短路、粘结、死区等现象，保持膜通量稳定，提高膜组元的过滤效率。同时，膜组元采用中空腔式结构将十分有利于实现在线反冲洗，减缓渗透物对过滤膜产生的污染，延长化学清洗周期，降低膜分离操作的繁复性，提高工作效率。另外，中空腔式结构也可在一定程度上提高过滤膜的装填密度，节约空间，降低造价。

通常情况下，膜组元采用多片并联的方式使用，如图4所示，通过组装孔15和联通管16将若干个膜组元1并联而装配成膜组件18，在自吸泵的负压或过滤混合液压头的正压作用下，每个膜组元的过滤液由其出流嘴14进入到联通管16通过汇流孔17排出。膜组元1与联通管16可呈平面布置形式，各个膜组元1之间的间隙根据过滤膜装填密度需要和过滤液的特性进行设置，支撑膜板3采用热塑性材料制作，通过出流嘴14与联通管16之间形成过滤液通道。支撑膜板3上的出流嘴14密封安插在联通管16上，膜板之间通过组装孔15组装在一起并与联通管16连接。

采用该新型平板式膜组元制作的膜组件，无需设置软连接或其它密封体，显著减少了泄漏环节，设备结构简单，加工和安装方便，易于检修和膜板更换。在联通管上所开设的若干个汇流孔，是膜组元与联通管之间实现密封连接的唯一环节，通常采用普通垫圈、密封胶、焊接等方式即可达到密封目的，为整个过滤系统实现良好密封提供了便利，十分有助于延长膜组件的使用寿命，同时也可有效减小因连接环节过多而造成过滤液二次污染的可能性。

需要强调的是，新型膜组元以及由此而制作的膜组件，适用于不同孔径和特性的超滤、微滤等膜过滤材料，可方便实现颗粒物、胶体、微生物等固液混合物以及分子级混合物的分离，过滤混合液的介质包括水或其他液体物质。根据过滤混合物的介质与浓缩物类型、性质及工业化操作的具体要求，本发明可以根据实际需要在尺寸、形状、过滤操作方式上做适应性更改，也可减小或增大膜组元之间的距离以及汇流联通件的长度，膜组元与联通件的密闭结合可以灵活选择连接方式。本发明的主要应用范围包括：

1)本发明中空腔式膜组元可应用于工业物料分离、产品精制、水处理等膜分离设备的制造，取代工业分离操作中的沉淀、澄清、浓缩、过滤等传统工艺，显著提高过滤效果，降低过滤操作的繁复性；其膜组件可与水处理中的混凝及生化处理方法相结合，替代目前广泛使用的沉淀处理工艺，高效截留水中的悬浮颗粒物、胶体、大分子、细菌及生物物质，达到理想的出水效果；

2)采用纳滤或其他类似孔径的膜过滤材料，本发明可应用于给水处理中用于去除分子级杂质及细菌、病毒等的膜分离设备制造；采用超滤或类似孔径滤膜制作的膜组件，在饮用水处理、污水回用处理、高纯工业给水等领域拥有较大的推广应用潜力；

3)采用微滤或其他更大孔径的过滤材料，本发明可方便地运用于食品、医药、生物、化工等工业分离设备的制造，替代传统的沉淀分离、真空过滤、板框压滤、离心分离等方法，具有操作简单、清洗方便、节能高效、绿色环保等突出优点。

综上所述，本发明设计独特、结构新颖，克服了传统平板式膜组元过滤阻力大、压力分布不均匀、在线清洗手段单一等技术缺陷。中空腔式的膜组元具有结构简单、加工容易、重量轻、耗材少、膜板表面压力分布均匀、无过滤死区、过滤通量稳定等特点，其膜组件安装简便，装置的泄漏环节少，可方便实现多元化在线清洗，显著延长系统的化学清洗周期和膜材料的使用寿命，为膜技术的推广提供了一种行之有效的新方法，预期在工业分离和水处理领域拥有广泛的应用前景。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。本发明的创新之处在于将平板过滤膜的过滤方式以中空腔式进行，从而优化过滤操作过程和提高膜过滤效率，形成方法包括采用不同的支撑结构，也包括使用多孔填料形成近似中空腔的方法。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (4)

1.一种新型平板式膜组元，包括过滤膜和用于固定过滤膜的支撑膜板，支撑膜板为立体结构，其特征在于：所述支撑膜板包含边框和前后两块网孔板，所述边框和前后两块网孔板夹扣形成中空内腔，在支撑膜板两侧面上通过粘贴或焊接方式固定有过滤膜，过滤膜上的膜孔经支撑膜板上的网孔与中空内腔相通，中空内腔内部设置导流区，并在支撑膜板一端设有与导流区相通的出流嘴。

2.根据权利要求1所述的一种新型平板式膜组元，其特征在于：所述支撑膜板呈矩形结构、扇形结构、梯形结构、圆环形结构或叶轮形结构，支撑膜板的前侧面和后侧面上均匀分布有过滤网孔。

3.根据权利要求1所述的一种新型平板式膜组元，其特征在于：所述支撑膜板前后两侧面的网孔板与边框配合表面呈台阶式结构，并在边框上设置有过滤膜粘贴带。

4.根据权利要求1所述的一种新型平板式膜组元，其特征在于：所述支撑膜板的中空内腔设置有若干个加强筋条和定位支柱，加强筋条将中空内腔分割成若干个导流区。

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