CN102107122A - 用于膜生物反应器的膜丝结构及膜生物反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于膜生物反应器的膜丝结构及膜生物反应器。其中，该膜丝结构为螺旋管，所述螺旋管为螺旋状的中空纤维膜。本发明借助于螺旋状膜丝结构，利用水流的离心力作用形成二次流Dean涡，提高了膜丝内水流的传质性能，使水流对生物膜产生了冲刷自清洗功能，可有效防止膜堵塞。

Description

用于膜生物反应器的膜丝结构及膜生物反应器

技术领域

本发明涉及城市污水处理、建筑中水回用处理、工业废水处理及微污染饮用水净化等领域，尤其涉及一种用于膜生物反应器的膜丝结构及膜生物反应器。

背景技术

目前的膜生物反应器所采用的中空纤维膜有帘式的、柱式的、U形的膜组件等，无论是哪种膜组件形式，其膜丝都是直的，即成束的中空纤维膜丝沿组件轴向平行排列。这种直式膜丝构型的膜丝内管水流传质能力较差，容易造成流体的沟流、死区等非理想行为，容易造成膜堵塞。膜堵塞已经成为限制膜生物反应器应用的关键性因素。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于膜生物反应器的膜丝结构及膜生物反应器，该结构可以很好的解决解决现有技术中直式膜丝构型的膜堵塞问题。

一方面，本发明公开了一种用于膜生物反应器的膜丝结构，所述膜丝结构为螺旋管，所述螺旋管为螺旋状的中空纤维膜。

上述膜丝结构，优选所述螺旋管单位弧度的螺距p_s、曲率k和挠率τ分别依据下式确定：

其中，b为螺距，由螺旋管内径d_i/2和螺旋管壁厚δ之和决定；d_c为螺旋管的回旋直径。

另一方面，本发明还公开了一种膜生物反应器，包括设置于反应器内的浸没式膜丝组件，所述膜丝组件为沿组件轴向平行排列多个膜丝结构，所述每一膜丝结构为螺旋管，所述螺旋管为螺旋状的中空纤维膜。

上述膜生物反应器，优选所述螺旋管单位弧度的螺距p_s、曲率k和挠率τ分别依据下式确定：

其中，b为螺距，由螺旋管内径d_i/2和螺旋管壁厚δ之和决定；d_c为螺旋管的回旋直径。

上述膜生物反应器，优选所述膜丝组件为帘式、柱式或U形。

相对于现有技术而言，本发明是一种由中空纤维膜缠绕而成的螺旋状的膜丝，这种螺旋状膜丝由于水流的离心力作用形成二次流Dean涡，提高膜丝内水流的传质性能，使水流对生物膜产生了冲刷自清洗功能，可有效防止膜堵塞。

附图说明

图1为本发明用于膜生物反应器的膜丝结构实施例的结构示意图；

图2为膜生物反应器实施例的结构示意图。

具体实施方式

用于膜生物反应器的膜丝结构

参照图1，图1为本发明用于膜生物反应器的膜丝结构实施例的结构示意图。该实施例中，膜丝结构为螺旋管，螺旋管为螺旋状的中空纤维膜。螺旋管的曲率和挠率是螺旋膜丝的重要参数。螺旋管单位弧度的螺距p_s、曲率k和挠率τ分别依据下式确定：

$p_s=\frac{b}{2\mathrm{\π}};$

$k=\frac{\frac{d_c}{2}}{\frac{{d_c}^2}{4}+{p_s}^2};$

$\mathrm{\τ}=\frac{p_s}{\frac{{d_c}^2}{4}+p_s^2}$

其中，b为螺距，由螺旋管内径d_i/2和螺旋管壁厚δ之和决定；d_c为螺旋管的回旋直径。

在如今比较多的聚烯烃中空纤维膜产品中选择聚砜中空纤维超滤膜丝，以一定的螺距b＝2πp_s缠绕成螺旋状的膜管，以下列举两种螺距下的旋绕方式：

其一：纤维长度为1.92m，回旋半径d_c/2＝8mm，膜管内半径d_i/2＝0.3mm，壁厚δ＝0.25mm，可定螺距b＝2(d_i/2+δ)＝1.1mm，其中

可由以上k、τ表达式求出曲率和挠率。可得此种情况下螺旋的膜丝之间是以螺距1.1mm紧密旋绕，曲率为0.1249，挠率为0.0027。

其二：纤维长度为1.92m，回旋半径d_c/2＝8mm，膜管内径d_i/2＝0.3mm，壁厚δ＝0.25mm，可定螺距b＝8(d_i/2+δ)＝4.4mm，其中

可由以上k、τ表达式求出曲率和挠率。此种情况是螺旋的膜丝之间是以螺距4.4mm有间隙(3.3mm)旋绕而成的，曲率为0.1240，挠率为0.0109。

膜生物反应器

参照图2，图2为本发明膜生物反应器实施例的结构示意图，包括设置于反应器1内的浸没式膜丝组件，所述膜丝组件为沿组件轴向平行排列多个膜丝结构2，所述每一膜丝结构为螺旋管，所述螺旋管为螺旋状的中空纤维膜。螺旋管单位弧度的螺距p_s、曲率k和挠率τ分别依据下式确定：

$p_s=\frac{b}{2\mathrm{\π}};$

$k=\frac{\frac{d_c}{2}}{\frac{{d_c}^2}{4}+{p_s}^2};$

$\mathrm{\τ}=\frac{p_s}{\frac{{d_c}^2}{4}+p_s^2}$

其中，b为螺距，由螺旋管内径d_i/2和螺旋管壁厚δ之和决定；d_c为螺旋管的回旋直径。

具体实施时，膜丝组件可以为帘式、可以柱式，也可以为U形等其他形式。

在该实施例中，在由膜丝缠绕形成的螺旋状中空纤维膜组件中，进入中空纤维管内的流体在螺旋形内管中流动，由于离心力的作用，在螺旋管的内侧和外侧产生了压力差，使管外的流体径向流到内侧，形成称为Dean涡的双环流，该径向的Dean涡二次流与轴向的主体流合成为管内流体的螺旋型流动。Dean涡二次流增强了管内壁流体的流动速度，提高传质效果，增强了膜冲刷的自清洗功能，提高了膜的抗堵塞能力。

以上对本发明所提供的一种用于膜生物反应器的膜丝结构及膜生物反应器进行详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种用于膜生物反应器的膜丝结构，其特征在于，所述膜丝结构为螺旋管，所述螺旋管为螺旋状的中空纤维膜。

2.根据权利要求1所述的膜丝结构，其特征在于，所述螺旋管单位弧度的螺距p_s、曲率k和挠率τ分别依据下式确定：

$p_s=\frac{b}{2\mathrm{\π}};$

$k=\frac{\frac{d_c}{2}}{\frac{{d_c}^2}{4}+{p_s}^2};$

$\mathrm{\τ}=\frac{p_s}{\frac{{d_c}^2}{4}+p_s^2}$

其中，b为螺距，由螺旋管内径d_i和螺旋管壁厚δ决定；d_c为螺旋管的回旋直径。

3.一种膜生物反应器，其特征在于，

包括设置于反应器内的浸没式膜丝组件，所述膜丝组件为沿组件轴向平行排列多个膜丝结构，所述每一膜丝结构为螺旋管，所述螺旋管为螺旋状的中空纤维膜。

4.根据权利要求3所述的膜生物反应器，其特征在于，所述螺旋管单位弧度的螺距p_s、曲率k和挠率τ分别依据下式确定：

$p_s=\frac{b}{2\mathrm{\π}};$

$k=\frac{\frac{d_c}{2}}{\frac{{d_c}^2}{4}+{p_s}^2};$

$\mathrm{\τ}=\frac{p_s}{\frac{{d_c}^2}{4}+p_s^2}$

其中，b为螺距，由螺旋管内径d_i/2和螺旋管壁厚δ之和决定；d_c为螺旋管的回旋直径。

5.根据权利要求3或4所述的膜生物反应器，其特征在于，所述膜丝组件为帘式、柱式或U形。

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