CN101766957A - 一种内压式玻璃纤维编织管覆膜膜组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种内压式玻璃纤维编织管覆膜膜组件，由玻璃纤维编织管、覆膜层、多孔集水中心管、透水孔、出水嘴、上下污水嘴和外壳组成；工作时气水混合液由下污水嘴进入膜组件，经过端头从玻璃纤维编织管的内腔进入，透过玻璃纤维编织管透过液流出，从透水孔进入多孔集水中心管，经出水嘴收集，被膜截留的混合液从上污水嘴回流到生物反应器；玻璃纤维编织管覆膜材料为硅胶及高分子分离膜材料如：纤维素衍生物类、聚砜类、聚酰胺类、聚酰亚胺类、聚酯类、聚烯烃类、乙烯类聚合物、含硅聚合物、含氟聚合物、甲壳素类材料等；该种膜组件机械强度大，成本低廉；采用内压式操作，膜丝更不易断裂，运行稳定；能够更广泛地应用于污水处理及相关领域。

Description

一种内压式玻璃纤维编织管覆膜膜组件

技术领域

本发明属于膜分离技术应用技术领域，特别涉及一种内压式玻璃纤维编织管覆膜膜组件。

背景技术

膜生物反应器(Membrane Bioreactor，简称MBR)是将生物技术和膜分离技术相结合的一种生物化学反应器，用膜过滤单元取代传统活性污泥法中用来泥水分离的二沉池，能够高效的截流污染物，在污水处理中得到了愈来愈广泛的研究和应用。

按膜的材料不同，膜分为有机膜和无机膜两种。目前工程上采用的主要为有机膜，它存在强度低、寿命短、消耗石油资源等问题。无机膜能克服有机膜的一些缺点，它主要以金属及金属氧化物、陶瓷等为材料，具有耐高温、化学稳定性好、机械强度大、分离效率高等特点。然而成本高、能耗高等问题在一定程度上制约了无机膜的发展。

目前应用于MBR技术的膜组件构型主要有中空纤维膜、板式膜和管式膜。管式膜组件具有流体力学条件好、不易堵塞、容易清洗和对料液预处理要求低等特点，非常适合用于污水处理，目前应用较多的管式膜有PVDF、PES，以及无机的陶瓷管式膜等，都存在造价高的缺点。关于将玻璃纤维编织管作为支撑材料制成管式膜的研究尚未见报道。

管式膜组件分为外压式和内压式两种。对外压式膜组件，料液流从管外流过，透过液在管内被收集；对内压式膜组件，加压的料液流从管内流过，透过膜的渗透溶液在管外侧被收集。对外压式膜组件，由于气水混合液的扰动，膜丝多呈摆动状态，流体不断对膜丝形成剪切力，造成膜丝在两端粘结处十分易断。而对内压式膜组件，气水混合均匀后进入膜丝，膜组件中膜丝基本处于静态，有效的避免了断丝的现象。此外，从污水流态控制的角度上讲，内压式对流态控制好于外压式，污水侧基本没有死角。并且内压式膜易于反冲洗清洗，受力分布均匀，膜丝强度大，运行稳定。

传统的中空纤维膜、PES等支撑材料由于直径较小，采用内压式操作时容易产生堵塞问题，一定程度限制了内压式管式膜的发展。只有当膜丝直径达到一定范围时，才能够避免堵塞的问题。例如X-Flow公司生产的错流式MBR管式膜组件就采用了直径较大的膜丝而很好的避免了堵塞问题。此外支撑层较厚时也易造成堵塞，如传统的陶瓷膜支撑层采用陶瓷材料经高温制成，由于其工艺是经烧结而成，所以必须保证足够厚度，因此较容易堵塞。本专利采用的玻璃纤维编织管直径较大，管壁较薄，作为支撑材料可以有效避免以上堵塞问题。

发明内容

针对传统管式膜的缺陷，本专利提出了一种内压式玻璃纤维编织管覆膜膜组件。该膜组件采用玻璃纤维编织管作为支撑材料，克服了以往管式膜造价高的缺点，同时节省有机材料，减少了对石油产品的消耗；采用内压式操作，克服了外压式膜丝易断的缺点，同时由于支撑材料直径较大，管壁较薄，有效避免了以往内压式操作易堵塞的缺点。该膜组件成本低，强度大，不易堵塞、运行稳定，通量高，寿命长，污水流态好，能够更好的应用于污水处理及其它相关领域。

本专利提出的一种内压式玻璃纤维编织管覆膜膜组件主要包括：玻璃纤维编织管(1)、覆膜层(2)、环氧树脂固定层(3)、端头(4)、多孔集水中心管(5)、透水孔(6)、出水嘴(7)、下污水嘴(8-1)、上污水嘴(8-2)和外壳(9)。工作时气水混合液由下污水嘴(8-1)进入膜组件，经过端头(4)从玻璃纤维编织管的内腔进入，透过覆膜层(2)以及玻璃纤维编织管(1)的内表面孔隙，透过液均匀流出，从透水孔(6)进入多孔集水中心管，经出水嘴(7)收集，实现了料液的过滤分离过程。活性污泥、大分子物质则被膜截留，从上污水嘴(8-2)回流到生物反应器。内压式玻璃纤维编织管膜组件特征：采用的玻璃纤维编织管外径4-20mm；玻璃纤维编织管内外覆膜材料为硅胶及高分子分离膜材料如：纤维素衍生物类、聚砜类、聚酰胺类、聚酰亚胺类、聚酯类、聚烯烃类、乙烯类聚合物、含硅聚合物、含氟聚合物、甲壳素类材料等；膜组件长度和膜组件内置玻璃纤维编织管的根数随面积的需要而定；玻璃纤维编织管紧密排列在多孔集水中心管周围，形成紧凑结构，可以得到较高通量；玻璃纤维编织管两端用环氧树脂固定；该膜组件可以在端头处连接其他组件，多支串联使用。

针对有机膜强度低、寿命短、消耗石油资源等问题，本专利采用了玻璃纤维编织管作为膜基材及基材上覆有机膜的方法。玻璃纤维编织管造价低，机械强度大，拉伸强度在200MPa以上，膜基材上覆膜所用的材料少，节约了膜材料，也保证了膜的强度。玻璃纤维编织管特征：作为支撑层，玻璃纤维编织管直径较大，管壁较薄，可以紧密的排列在一起而不易堵塞；且形成的紧凑结构能够得到较高的通量，提高了单位体积的利用率；玻璃纤维编织管外径为3～10mm，内径为2～9mm，长度为0.5～4m。

本专利在玻璃纤维编织管内壁进行覆膜改性，能有效提高孔隙率，增加有效过水面积，且有效防止膜孔堵塞。覆膜层材料为采用有机溶剂稀释的膜液覆膜，膜液的固体含量为1-20％；有机膜材料包括：如聚偏氟乙烯(PVDF)、聚砜(PSF)、聚丙烯(PP)或聚四氟乙烯(PTFE)等。

本专利采用的多孔集水中心管，透过液从集水管壁上的透水小孔进入中心管，两端均可以出水。在使用中也可以根据实际需要将一端出水嘴封死，采用一端出水。采用多孔集水中心管使膜丝受力更均匀，出水更易收集。

本专利提出内压式操作，膜组件内膜丝基本处于静态，受水流剪切力影响小，有效避免了外压式操作方式膜丝易断的缺点。优化了水力条件，更利于控制玻璃纤维编织管中污水流态，消除死角，易于反冲洗，受力分布均匀，膜丝强度大，运行稳定。内压式玻璃纤维编织管膜生物反应器能够更好的应用于污水处理及其它相关领域。

附图说明

图1为本发明所述的内压式玻璃纤维编织管覆膜膜组件简图。图中：1、玻璃纤维编织管，2、覆膜层，3、环氧树脂固定层，4、端头，5、多孔集水中心管，6、透水孔，7、出水嘴，8-1、下污水嘴，8-2、上污水嘴，9、外壳。

图2为本发明所述的内压式玻璃纤维编织管覆膜膜组件A-A膜组件俯视图

具体实施方式

将含有COD为200～500mg/L，BOD₅为100～300mg/L，氨氮为50～160mg/L，SS为20～50mg/L的生活污水，进入本专利的一种内压式玻璃纤维编织管覆膜膜组件处理，在气水比为20∶1(一般的设计值为15-30∶1)的条件下鼓气量为5m³/hr，温度12～29℃，pH为6.5～8.0条件下，操作压力为2～20kPa，运行6个月，膜通量为10～30L/(m².h)，系统运行稳定，膜污染得到有效控制。系统出水COD值在5～50mg/L之间变化，一般稳定在25mg/L之下，BOD₅值在10mg/L之下，氨氮稳定在10mg/L以下，浊度稳定在5NUT以下，出水水质达到《城市污水再生利用-城市杂用水水质》(GB/T18920-2002)标准。

Claims (3)

1.一种内压式玻璃纤维编织管覆膜膜组件，由玻璃纤维编织管(1)、覆膜层(2)、环氧树脂固定层(3)、端头(4)、多孔集水中心管(5)、透水孔(6)、出水嘴(7)、污水嘴(8)和外壳(9)组成，其特征在于：工作时气水混合液由下污水嘴(8-1)进入膜组件，经过端头(4)从玻璃纤维编织管的内腔进入，透过覆膜层(2)以及玻璃纤维编织管(1)的内表面孔隙，透过液均匀流出，从透水孔(6)进入多孔集水中心管，经出水嘴(7)收集，实现了料液的过滤分离过程；活性污泥、大分子物质则被膜截留，从上污水嘴(8-2)回流到生物反应器；所述的覆膜层(2)的覆膜材料为硅胶及高分子分离膜材料如：纤维素衍生物类、聚砜类、聚酰胺类、聚酰亚胺类、聚酯类、聚烯烃类、乙烯类聚合物、含硅聚合物、含氟聚合物、甲壳素类材料；膜组件长度和膜组件内置玻璃纤维编织管的根数随面积的需要而定；玻璃纤维编织管紧密排列在多孔集水中心管周围，形成紧凑结构，可以得到较高通量；玻璃纤维编织管两端用环氧树脂固定；该膜组件可以在端头处连接其他组件，多支串联使用。

2.如权利要求1所述的一种内压式玻璃纤维编织管覆膜膜组件，其特征在于对玻璃纤维编织管(1)进行覆膜改性；覆膜层的有机膜材料为采用有机溶剂稀释的膜液，膜液的固体含量为1-20％；种类可选择如，聚偏氟乙烯(PVDF)、聚砜(PSF)、聚丙烯(PP)或聚四氟乙烯(PTFE)等材料。

3.如权利要求1所述的一种内压式玻璃纤维编织管覆膜膜组件，其特征在于：采用的多孔集水中心管，透过液从集水管壁上的透水小孔进入中心管，两端均可以出水，在使用中也可以根据实际需要将一端出水嘴封死，采用一端出水。

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