CN102553447A - 易组装可集成增强型外压中空纤维膜组件 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种易组装可集成增强型外压中空纤维膜组件，其特征在于：包括至少一个膜片组件和两个集水装置；膜片组件由数根中空纤维膜和两个封膜容器所组成；集水装置为一柱状的壳体，该壳体具有一柱形中空腔，柱形中空腔形成水流通道，壳体顶端开设有第一管接口，壳体底端开设有与第一管接口相配的第二管接口，壳体侧壁上开设有膜片组件插口；在装配状态下，两个集水装置以其膜片组件插口面对面放置，每个膜片组件中的两个封膜容器对应插入两个集水装置的膜片组件插口中，膜片组件中的中空纤维膜的中空管腔与集水装置的柱形中空腔连通。本发明可根据水质水量灵活调节所使用膜组件的数量，组装时不易损伤膜丝，牢固耐用。
Description
技术领域
本发明属于给水处理领域的净化设备，具体涉及一种易组装可集成增强型外压中空纤维膜组件，该膜组件组成的外压中空纤维膜处理系统特别适用在悬浮固体、浑浊度、微生物和石油类等指标变化大的地表水作为进水的饮用水制水工艺中。
背景技术
当今世界由于环境污染，水资源不断匮乏，迫使水处理技术快速发展。由于中空纤维膜技术具有很多优点（包括过滤面积较大、较易反向清洗以及成本较低等），因此在给水处理、污水处理和中水回用等领域都有广泛的应用。
中空纤维膜技术中的中空纤维膜的结构为中空管状，中空管的长度远远大于其管径，看上去就像一根丝，因此中空纤维膜被形象的称为膜丝。膜丝的管壁为具有微小孔径的高分子薄膜，此即为起过滤作用的滤膜。数根（通常为数千根）膜丝组装成一膜组件。在中空纤维膜处理系统中具有很多的膜组件，以外界能量或化学位差为推动力，各膜组件中的膜丝的管壁滤膜对含有溶质和溶剂的液体进行分离、净化等。
中空纤维膜系统分为外压式和内压式。目前在给水处理领域所使用的几乎都为内压式中空纤维膜系统。内压式中空纤维膜系统的膜组件具有一个硬质的承压膜壳，数千根膜丝组成的膜丝束置入膜壳中，膜壳两端密封，膜丝穿过两端的密封材料（封胶）伸出，一端伸出的膜丝的中空管腔与进水连通，来水进入每根膜丝的中空管腔中，经压力差驱动，沿径向由内向外透过膜丝管壁滤膜后成为净化后的清水，清水进入膜壳中膜丝与膜壳壁的间隙，再从膜壳上的进/出水口流出，即为得到的净水，而膜丝滤膜截留的污染物质则留在膜丝中空管腔内，从膜丝的另一端流出。工艺中需定时反冲或者使用化学清洗液清洗膜丝的中空管腔，避免污染物质（包括细菌）堵塞膜丝。由于膜壳内空间狭小，卫生死角就多，这就使得内压式中空纤维膜系统不易彻底反冲或者清洗，水流易淤积在膜壳内，污染水质，滋生细菌，当该系统应用在给水处理领域中的饮用水制水工艺中时，很容易带来水质安全隐患。另外，由于不易反冲或者清洗，膜丝就易堵，而当为了提高膜丝的过滤能力（称为水通量）而增大反冲或者清洗的频率时，又会增大运行成本，浪费大量时间，还会降低膜丝的使用寿命，相应的增大了设备维护成本。
外压式中空纤维膜系统使用在给水处理领域中时，膜丝与集水装置的水流通道连通，膜丝浸没在水池待处理书体中，集水装置的水流通道通过管道与抽吸泵/反冲或清洗泵连接。在产水阶段，水体中曝气，抽吸泵开启，水池中的水穿过膜丝的管壁滤膜后进入膜丝的中空管腔中，沿管腔经膜丝端部的中空管腔进入集水装置的水流通道中，再通过与水流通道连通的管道进入后续清水池中。水体中的污染物（包括细菌）被膜丝管壁滤膜截留后聚积在膜丝管壁外侧，膜丝被曝气的水体中的水流和气流不断冲击以带走膜丝管壁外侧聚积的污染物，污染物即进入水池水体中，运行一段时间后水池中水体排放。在反冲阶段或者清洗阶段，水流方向相反。为能够经受的住水流气流的反复冲击，膜丝是管壁材料中添加了增强结构的增强型外压膜丝。
相比于内压式中空纤维膜系统，外压式中空纤维膜系统由于膜丝浸没在水体中，膜丝外部空间大，卫生死角就少，反冲和清洗彻底，不污染水质，膜丝管壁滤膜不易堵塞，系统运行和维护成本均较低。另外，外压式膜系统不需设膜壳，因此结构简单，成本较低。
而使用了增强型外压膜丝的外压中空纤维膜组件是否可集成、是否易于组装都非常重要，因为这会影响中空纤维膜系统对不同水质水量进水的适应能力（即抗冲击能力），另外，如果膜组件不易组装，则组装时就容易损伤膜丝，进而减少膜组件以及膜处理系统的使用寿命。
发明内容
本发明提供一种易组装可集成增强型外压中空纤维膜组件，可根据水质水量灵活调节所使用膜组件的数量，组装时不易损伤膜丝，牢固耐用。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种易组装可集成增强型外压中空纤维膜组件，包括至少一个膜片组件和两个集水装置；
所述膜片组件由数根中空纤维膜和两个封膜容器所组成，中空纤维膜具有中空管腔，中空管腔的管壁上设有微过滤孔，数根中空纤维膜所组成的膜丝束的一端通过胶体块封装在一个封膜容器中，膜丝束的另一端通过胶体块封装在另一个封膜容器中，所述膜丝束两端的中空纤维膜在两个封膜容器的端部露出；
所述集水装置为一柱状的壳体，该壳体具有一柱形中空腔，该柱形中空腔形成水流通道，壳体顶端开设有第一管接口，第一管接口与柱形中空腔连通，壳体底端开设有与第一管接口相配的第二管接口，第二管接口与柱形中空腔连通，壳体侧壁上开设有膜片组件插口，膜片组件插口与柱形中空腔连通；
在装配状态下，两个集水装置以其膜片组件插口面对面放置，每个膜片组件中的两个封膜容器对应插入两个集水装置的膜片组件插口中，膜片组件中的中空纤维膜的中空管腔与集水装置的柱形中空腔连通。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，所述外压中空纤维膜组件还包括有用于支撑两个集水装置的支架。
2、上述方案中，所述支架由至少两根固定杆组成，所述至少两根固定杆设在两个集水装置之间，并且平行于中空纤维膜膜丝束的长度方向，两个集水装置上对应于每根固定杆的杆端均开设有固定杆安装槽或孔，每根固定杆的一端固定插装在一个集水装置的固定杆安装槽或孔中，而另一端固定插装在另一个集水装置的固定杆安装槽或孔中。
3、上述方案中，所述集水装置壳体的顶端和底端各开设两个固定杆安装槽或孔，两个固定杆安装槽或孔在壳体的顶端或者底端左右对称设置，对应四个固定杆安装槽或孔配有四根固定杆。
4、上述方案中，所述两个集水装置的壳体上均开设有用于横向连接的连接杆安装孔，该连接杆安装孔的轴线垂直于中空纤维膜膜丝束的长度方向。
5、上述方案中，所述集水装置壳体的顶端和底端各开设一连接杆安装孔。
6、上述方案中，所述集水装置壳体上的膜片组件插口四周内侧设有用于容纳封膜容器的卡口。
7、上述方案中，所述第一管接口为螺纹管接口，所述第二管接口为平滑管接口。
8、上述方案中，所述柱形中空腔内设有至少一个沿长度方向布置的封膜容器支撑隔板。
9、上述方案中，所述壳体外侧壁上设有若干根加强筋。
本发明工作原理是：每一外压中空纤维膜组件可与一个、两个或者多个膜片组件配套，通过调整膜片组件的大小或调整集水装置的外形尺寸即可。组装一个膜组件时，先将固定杆的两端插入两集水装置的壳体上对应的固定杆安装槽中，使集水装置和固定杆形成一坚固的框架结构，此时两集水装置上的膜片组件插口相对，然后将膜片组件两端的封膜容器对应插入两集水装置上的膜片组件插口中，使用密封材料密封封膜容器与膜片组件插口间隙，膜片组件的封膜容器中的膜丝端部的中空管腔与集水装置的水流通道连通。
膜组件使用时是以膜丝横置（即集水装置竖立）的浸没在水池水体中的。且集成不同数量的膜组件，以适应不同水质水量的进水。
当需集成多个膜组件时，在竖向上和横向上均可集成。在竖向上集成时，下方膜组件的集水装置壳体顶端的第一管接口插入相邻上方膜组件集水装置壳体底端的第二管接口中，两管接口间隙使用密封圈等密封材料或其他密封装置进行密封，竖向上集成后各膜组件的集水装置的水流通道上下连通。最上方的膜组件的集水装置顶端的第一管接口与抽吸管道、反冲管道和清洗管道相连通，而最下方的膜组件的集水装置壳体底端的第二管接口使用工程塑料等材料进行封堵。抽吸管道连接抽吸泵，反冲管道连接反冲泵，清洗管道连接清洗泵。
在横向上集成时，使用连接杆依次穿过横向上相邻膜组件的集水装置上对应的连接杆安装孔中，使膜组件横向集成。
在产水阶段，在抽吸泵吸力下，水池中水体由中空纤维膜膜丝管壁外侧向内透过膜丝管壁滤膜，进入膜丝管腔中，再流入各膜组件的集水装置的水流通道中，最后经最上方的膜组件的集水装置壳体顶端的第一管接口通过相连的抽吸管道流出，进入后续的工艺流程。膜丝外侧聚积的污染物随水流气流的冲击进入水池水体中，产水阶段水池中水体定时排放。反冲或清洗阶段，在反冲泵或者清洗泵压力下，反冲水或者清洗液通过反冲管道或清洗管道先流入各膜组件的集水装置的水流通道中，再进入膜丝管腔中，由内向外透过各膜丝的管壁滤膜，对膜丝管壁滤膜行反冲或者清洗后进入水池水体中，水池水体经反冲或清洗流程后排放。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、由于本发明实现了膜组件竖向和横向上的可集成，更节省占地；根据来水水质水量不同，灵活调整所使用的膜组件数量，且可通过对现有各种过滤水池、澄清池等过滤设备进行改造而成该增强型外压中空纤维膜处理系统的水池，不需单独建设膜系统车间，投资小，使用更灵活，维护更方便，更可以与其他深度处理工艺组合，为水厂综合改造提供条件。
2、由于本发明易于组装，使组装时不损伤膜组件上的膜丝，可延长系统使用寿命，降低维护成本。
3、由于本发明膜组件由连接杆连接，由固定杆固定，结构更牢固，使用时不易变形，也可对膜丝进行保护，避免膜丝断裂。
4、由于本发明所述第一管接口为螺纹管接口，使多个膜组件集成时，最上方的膜组件的第一管接口更便于与管道连接；所述第二管接口为平滑管接口，当多个膜组件集成时，使上、下膜组件立面对正，再将下方膜组件顶部的第一管接口直接插入上方膜组件底部的第二管接口中并密封即可，避免了螺纹连接时因螺纹误差和旋拧操作误差而使竖向上的膜组件不易对正的情况。
附图说明
附图1为本发明较佳实施例的组装结构图；
附图2为附图1中的膜片组件的立体结构图；
附图3为附图1中的集水装置的立体结构图；
附图4为在横向和竖向上多个本发明较佳实施例集成的结构图。
以上附图中：1、膜片组件；2、集水装置；3、中空纤维膜；4、封膜容器；5、壳体；6、柱形中空腔；7、第一管接口；8、第二管接口；9、膜片组件插口；10、卡口；11、连接杆安装孔；12、固定杆安装槽；13、固定杆；14、封膜容器支撑隔板；15、加强筋；16、胶体块。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例：参见附图1-4所示，一种易组装可集成增强型外压中空纤维膜组件，包括四个膜片组件1和两个集水装置2；
所述膜片组件1由数根（数千根）中空纤维膜3和两个封膜容器4所组成，中空纤维膜3具有中空管腔，中空管腔的管壁上设有微过滤孔，数根中空纤维膜3所组成的膜丝束的一端通过胶体块16封装在一个封膜容器4中，膜丝束的另一端通过胶体块16封装在另一个封膜容器4中，所述膜丝束两端的中空纤维膜3在两个封膜容器4的端部露出；
所述集水装置2为一柱状的壳体5，该壳体5具有一柱形中空腔6，该柱形中空腔6形成水流通道，壳体5顶端开设有第一管接口7，第一管接口7与柱形中空腔6连通，壳体5底端开设有与第一管接口7相配的第二管接口8，第二管接口8与柱形中空腔6连通，壳体5侧壁上开设有膜片组件插口9，膜片组件插口9与柱形中空腔6连通；
在装配状态下，两个集水装置2以其膜片组件插口9面对面放置，每个膜片组件1中的两个封膜容器4对应插入两个集水装置2的膜片组件插口9中，膜片组件1中的中空纤维膜3的中空管腔与集水装置2的柱形中空腔6连通。
外压中空纤维膜组件还包括有用于支撑两个集水装置2的支架，支架由两根固定杆13组成，两根固定杆13设在两个集水装置2之间，并且平行于中空纤维膜3膜丝束的长度方向，两个集水装置2上对应于每根固定杆13的杆端均开设有固定杆安装槽12或孔，每根固定杆13的一端固定插装在一个集水装置2的固定杆安装槽12或孔中，而另一端固定插装在另一个集水装置2的固定杆安装槽12或孔中。集水装置2壳体5的顶端和底端各开设两个固定杆安装槽12或孔，两个固定杆安装槽12或孔在壳体5的顶端或者底端左右对称设置，对应四个固定杆安装槽12或孔配有四根固定杆13。
其他例子中，支架还可以是由一框架构成，两个集水装置2均固定座落在框架上。
两个集水装置2的壳体上均开设有用于横向连接的连接杆安装孔11，该连接杆安装孔11的轴线垂直于中空纤维膜3膜丝束的长度方向。集水装置2壳体5的顶端和底端各开设一连接杆安装孔11。
集水装置2壳体5上的膜片组件插口9四周内侧设有用于容纳封膜容器4的卡口10。
第一管接口7为螺纹管接口，所述第二管接口8为平滑管接口。
柱形中空腔6内设有一个沿长度方向布置的封膜容器支撑隔板14。
壳体5外侧壁上设有若干根加强筋15，既起到加强膜组件强度作用，在搬运时还可作为把手，便于拿放。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1. 一种易组装可集成增强型外压中空纤维膜组件，其特征在于：包括至少一个膜片组件（1）和两个集水装置（2）；
所述膜片组件（1）由数根中空纤维膜（3）和两个封膜容器（4）所组成，中空纤维膜（3）具有中空管腔，中空管腔的管壁上设有微过滤孔，数根中空纤维膜（3）所组成的膜丝束的一端通过胶体块（16）封装在一个封膜容器（4）中，膜丝束的另一端通过胶体块（16）封装在另一个封膜容器（4）中，所述膜丝束两端的中空纤维膜（3）在两个封膜容器（4）的端部露出；
所述集水装置（2）为一柱状的壳体（5），该壳体（5）具有一柱形中空腔（6），该柱形中空腔（6）形成水流通道，壳体（5）顶端开设有第一管接口（7），第一管接口（7）与柱形中空腔（6）连通，壳体（5）底端开设有与第一管接口（7）相配的第二管接口（8），第二管接口（8）与柱形中空腔（6）连通，壳体（5）侧壁上开设有膜片组件插口（9），膜片组件插口（9）与柱形中空腔（6）连通；
在装配状态下，两个集水装置（2）以其膜片组件插口（9）面对面放置，每个膜片组件（1）中的两个封膜容器（4）对应插入两个集水装置（2）的膜片组件插口（9）中，膜片组件（1）中的中空纤维膜（3）的中空管腔与集水装置（2）的柱形中空腔（6）连通。
2. 根据权利要求1所述的易组装可集成增强型外压中空纤维膜组件，其特征在于：所述外压中空纤维膜组件还包括有用于支撑两个集水装置（2）的支架。
3. 根据权利要求2所述的易组装可集成增强型外压中空纤维膜组件，其特征在于：所述支架由至少两根固定杆（13）组成，所述至少两根固定杆（13）设在两个集水装置（2）之间，并且平行于中空纤维膜（3）膜丝束的长度方向，两个集水装置（2）上对应于每根固定杆（13）的杆端均开设有固定杆安装槽（12）或孔，每根固定杆（13）的一端固定插装在一个集水装置（2）的固定杆安装槽（12）或孔中，而另一端固定插装在另一个集水装置（2）的固定杆安装槽（12）或孔中。
4. 根据权利要求3所述的易组装可集成增强型外压中空纤维膜组件，其特征在于：所述集水装置（2）壳体（5）的顶端和底端各开设两个固定杆安装槽（12）或孔，两个固定杆安装槽（12）或孔在壳体（5）的顶端或者底端左右对称设置，对应四个固定杆安装槽（12）或孔配有四根固定杆（13）。
5. 根据权利要求1所述的易组装可集成增强型外压中空纤维膜组件，其特征在于：所述两个集水装置（2）的壳体上均开设有用于横向连接的连接杆安装孔（11），该连接杆安装孔（11）的轴线垂直于中空纤维膜（3）膜丝束的长度方向。
6. 根据权利要求5所述的易组装可集成增强型外压中空纤维膜组件，其特征在于：所述集水装置（2）壳体（5）的顶端和底端各开设一连接杆安装孔（11）。
7. 根据权利要求1所述的易组装可集成增强型外压中空纤维膜组件，其特征在于：所述集水装置（2）壳体（5）上的膜片组件插口（9）四周内侧设有用于容纳封膜容器（4）的卡口（10）。
8. 根据权利要求1所述的易组装可集成增强型外压中空纤维膜组件，其特征在于：所述第一管接口（7）为螺纹管接口，所述第二管接口（8）为平滑管接口。
9. 根据权利要求1所述的易组装可集成增强型外压中空纤维膜组件，其特征在于：所述柱形中空腔（6）内设有至少一个沿长度方向布置的封膜容器支撑隔板（14）。
10. 根据权利要求1所述的易组装可集成增强型外压中空纤维膜组件，其特征在于：所述壳体（5）外侧壁上设有若干根加强筋（15）。
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