CN103071406A

CN103071406A - 一种高填充密度的耐污染中空纤维帘式膜元件

Info

Publication number: CN103071406A
Application number: CN2013100393773A
Authority: CN
Inventors: 叶建荣; 沈立强; 徐志康; 孙勇强; 黄小军; 袁迪颖
Original assignee: Qinyuan Group Co Ltd
Current assignee: NINGBO SHUIYI FILM TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO., LTD.
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2033-01-29
Also published as: CN103071406B

Abstract

一种高填充密度的耐污染中空纤维帘式膜元件，包括中空纤维膜、曝气结构、封胶层和集水管，其特征在于：所述中空纤维膜的两端均设有封胶层；所述中空纤维膜的任意一端设有集水管；所述膜元件的中空纤维膜至少有两排，在相邻两排中空纤维膜两端之间的封胶层中设有曝气结构，并且膜元件上端曝气结构的数量少于下端曝气结构数量。膜元件中每排中空纤维膜由多根中空纤维膜组成，每排中空纤维膜的宽度大于300mm。本发明设计的中空纤维帘式膜元件，中空纤维膜填充量高，并且通过设于膜元件两端封胶层中的曝气结构，避免了中空纤维膜根部的污染，可用于浸没式中空纤维膜过滤装置及系统，进行水的净化处理。

Description

一种高填充密度的耐污染中空纤维帘式膜元件

技术领域

本发明涉及用于水处理技术，具体涉及一种高填充密度的耐污染中空纤维帘式膜元件，以及包括该膜元件的浸没式中空纤维膜水处理系统。

背景技术

在膜生物反应器或浸没式超滤、微滤过程中，常见的有帘式膜、柱式膜等膜元件结构。

在帘式膜元件的使用过程中，虽然有膜元件下方的曝气冲刷，但在长期使用过程中，仍然容易发生污泥在帘式膜的中空纤维膜上下两端的沉积，从而导致膜有效面积减少，膜丝断丝或破损现象发生。另外，为了提高单个膜元件的有效面积，从而提高膜元件组成的过滤装置的装填密度（膜面积/膜装置占用空间），需要在膜元件中封装更多的膜丝，密集的膜丝排布更容易造成膜元件两端的污染加速。

美国专利US5248424报道了一种膜元件结构，中空纤维膜丝的两端对折形成U型，在膜元件下端通过胶粘剂固定在集水管中，而上端U型部分可以自由摆动，从而可以避免污泥在膜元件上端的沉积，但膜元件下端的污泥沉积仍然无法避免,而且膜元件的中空纤维膜装填量不大；中国专利CN201010601123报道了一种帘式膜元件结构，膜丝的上端封死，在水中自由漂浮，下端固定，解决了帘式膜元件上端膜丝吸附污泥造成污染的问题，但这种结构膜元件要求膜丝具有较好的刚性，能够保持直立状态，没有内支撑的中空纤维膜不易达到这一要求；美国专利US20040188339A1报道了一种过滤装置结构，在束状结构的膜丝中部设置曝气管，部分解决了膜束下端污泥沉积问题，但中空纤维膜装填量提高后，仍存在污染问题。因此，现有技术的中空纤维膜元件仍然存在中空纤维膜装填量较低，膜元件的上端或下端中空纤维膜易污染的问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种新型的帘式中空纤维膜元件，可以显著提高膜元件的膜丝装填量，同时减少膜元件在过滤运行中的污染。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种高填充密度的耐污染中空纤维帘式膜元件，包括中空纤维膜、曝气结构、封胶层和集水管。

本发明所述的中空纤维膜，包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚砜、聚醚砜等聚合物材料制造的中空纤维膜或以上述材料为涂层涂覆在支撑材料外表面形成的增强型中空纤维膜。

在本发明中，中空纤维膜的两端均有封胶层，封胶层由固化后的胶粘剂形成，封胶层将中空纤维膜与集水管连成一体。封胶层所采用的胶粘剂可以是环氧树脂、聚氨酯、硅橡胶、热熔胶或它们之间的组合。

在本发明中，中空纤维帘式膜元件的任意一端设有集水管,中空纤维膜的两端可以均开口并通过封胶层和膜元件两端的集水管相通，也可以只是中空纤维膜的一端开口并与相应的集水管相通，而中空纤维膜的另一端封闭。即膜元件可以采取一端产水或两端同时产水的方式运行。

在本发明中，膜元件中的中空纤维膜至少有两排，在相邻两排中空纤维膜之间的封胶层中设有曝气结构。曝气结构的存在，可以形成曝气气流和水流对膜丝表面的冲刷，避免或部分去除中空纤维膜表面吸附的污染物质，减少污染物对膜的污染，提高中空纤维膜的产水量，减少中空纤维膜的清洗维护时间，提高膜的清洗周期。同时，通过在相邻两排膜丝之间设置曝气结构，减轻了膜丝的污染，解决了通常情况下中空纤维膜膜元件中膜丝装填量加大，污染物在中空纤维膜之间容易沉积导致的膜污染问题。

在本发明中，在中空纤维膜元件的上、下两端封胶层均设有曝气结构。在中空纤维膜元件的两端设置曝气结构，可以避免膜元件运行过程中，发生污染物在中空纤维膜靠近上、下两端封胶层处的沉积，更好地减少膜元件在过滤运行中的污染，而曝气结构只设在膜元件下端，难以有效避免膜元件上端的中空纤维膜的污染。

在帘式膜元件运行过程中，外界供给的气体从曝气结构进入两排膜丝之间，形成气流对膜丝根部的冲刷，可以减缓膜丝根部污泥的沉积。中空纤维膜元件中两排中空纤维膜之间的曝气结构最好沿膜丝的宽度方向平行排列，以保证曝气造成的气流、水流扰动均匀地冲刷所有的中空纤维膜。

在本发明中，曝气结构可以设置成曝气气流方向和中空纤维膜轴向平行，也可以和中空纤维膜轴向成一定角度曝气，以避免曝气孔在停止曝气间隙受到污染物堵塞，并加强对中空纤维膜的冲刷效果。

作为优选，本发明所述的曝气结构为曝气孔，所述曝气孔的形状可以是圆形或方形。

作为优选，本发明中膜元件上端的曝气孔数量是下端的曝气孔数量的1/4～2/3。膜元件下端的曝气孔主要冲刷膜元件下端及膜元件中部的中空纤维膜以避免膜的污染，而膜元件上端的曝气孔主要冲刷膜元件上端的中空纤维膜根部，并且由于结构的原因，膜元件下端中空纤维膜比上端的中空纤维膜更容易污染，因此，膜元件下端所需的气量较大，相应的曝气孔数量也较多。

中空纤维膜元件中的每排中空纤维膜由多根中空纤维膜组成，单排中空纤维膜的宽度大于300mm，优选为300～2000mm，厚度为3～30mm。单排膜丝的宽度小于300mm，则相邻两排膜丝之间通过曝气孔形成的水流、气流扰动对膜丝的冲刷、清洗效果不显著，不利于更好避免污染物在膜表面的吸附污染；膜丝层的厚度小于3mm，则膜元件中膜丝数量太少，不利于提高膜元件的膜面积；膜丝层的厚度大于30mm，则由于膜丝层太厚，曝气形成的水流、气流扰动不易深入到膜丝层的内部，不利于曝气结构功能的发挥，污染物容易在膜丝层内部沉积。

在本发明中，相邻两排中空纤维膜之间的距离最好为3～30mm。两排膜丝的距离小于3mm，则不易布置曝气结构，且不利于曝气所要求的气流、水流的扰动的产生及对中空纤维膜的冲刷。两排膜丝的距离大于30mm，则膜元件的空间利用率低，不利于提高单只膜元件的膜丝数量及膜面积，并且一定量曝气所产生的气流、水流扰动由于受到空间扩大的影响，效果有所减弱，对中空纤维膜丝的冲刷减弱，不利于减少污染物在膜表面的吸附。

为了提高中空纤维膜元件的装填膜面积，中空纤维膜排数优选为2～8排，更优选为2～6排，每排中空纤维膜的宽度相同，多排中空纤维膜断面整体上呈长方形结构，这样可以保证每排中空纤维膜都能均匀地受到气流、水流的冲刷，减少膜的污染。

在本发明中，采用的集水管可以是整体呈长方形，长宽比大于3:1。

本发明还提供一种包括上述中空纤维帘式膜元件的浸没式中空纤维膜水处理系统，由于膜元件耐污染、膜丝填充量大，可以缩小设备的占地面积，提高效率，降低水处理装置及系统的成本。

附图说明

图1为本发明的高填充密度耐污染的中空纤维膜元件的结构示意图；

图2为本发明的高填充密度耐污染的中空纤维膜元件的端头结构剖面图；

图3为本发明的高填充密度耐污染的中空纤维膜元件的端头结构俯视图。

图中所示：

1：中空纤维膜，2：曝气结构，3：封胶层，4：集水管

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案做进一步的具体说明。

如图1-图3所示，本发明的高填充密度的耐污染中空纤维帘式膜元件，包括中空纤维膜1、曝气结构2、封胶层3和集水管4，所述中空纤维膜1的两端均设有封胶层3；所述中空纤维膜的任意一端设有集水管4；所述膜元件的中空纤维膜1至少有两排，在相邻两排中空纤维膜两端之间的封胶层3中设有曝气结构2，并且膜元件上端曝气结构的数量少于下端曝气结构数量；膜元件中每排中空纤维膜由多根中空纤维膜组成，每排中空纤维膜的宽度大于300mm。

本发明中空纤维膜1的两端可以均开口并通过封胶层3和膜元件两端的集水管4相通，也可以只是中空纤维膜1的一端开口并与相应的集水管4相通，而中空纤维膜1的另一端封闭。即膜元件可以采取一端产水或两端同时产水的方式运行。

作为优选，所述的曝气结构2为曝气孔，所述曝气孔2的形状可以是圆形或方形。

作为优选，所述膜元件上端的曝气孔数量是下端的曝气孔数量的1/4～2/3。

作为优选，所述的单排膜丝层的宽度相同，为300mm～2000mm, 厚度为3 mm～30 mm。

作为优选，所述的相邻两排中空纤维膜之间的距离为3mm～30 mm。

作为优选，所述膜元件的中空纤维膜为2～8排。

作为优选，所述的曝气结构2沿膜丝的宽度方向排列。

实施例1

如图1-图3所示，本实施例的浸没式中空纤维膜元件，包括中空纤维膜1、曝气结构2、封胶层3和集水管4。

膜元件的总高度为1500mm，膜元件的中空纤维膜1有效长度为1400mm，膜丝外径1.3mm，中空纤维膜两端的封胶层3由聚氨酯胶粘剂固化形成。在封胶层3中，中空纤维膜1形成三排结构，每排厚度20mm，宽度300mm，每排膜丝共1600根，相邻两排中空纤维膜的间距为10mm。本实施例中的膜元件有效膜面积为3×1.4×1600×3.14×0.0013=27.4m²。

在膜元件的两端封胶层3中设有曝气结构。三排膜丝之间有两排曝气结构2，为圆孔结构，直径为2mm，上端封胶层每排圆孔共8个，下端封胶层每排圆孔共30个，且沿膜元件宽度方向均匀分布。中空纤维膜的两端均设有集水管4，集水管4宽度为350mm，厚度为90mm。

对比例1

浸没式中空纤维膜元件，包括中空纤维膜1、封胶层3和集水管4。

膜元件的总高度为1500mm。中空纤维膜1有效长度1400mm，两端的封胶层3由聚氨酯胶粘剂固化形成，在封胶层3中，中空纤维膜1形成单排结构，厚度20mm，宽度300mm，中空纤维膜共1600根。

对比例1中的膜元件有效膜面积为1.4×1600×3.14×0.0013=9.1m²。

实施例2

本实施例的浸没式中空纤维膜元件，包括中空纤维膜1、曝气结构2、封胶层3和集水管4。

膜元件的总高度为2000mm，膜元件的中空纤维膜1有效长度为1900mm，膜丝外径2.0mm，中空纤维膜两端的封胶层3由聚氨酯胶粘剂固化形成。在封胶层3中，中空纤维膜1形成四排结构，每排厚度20mm，宽度1000mm，每排膜丝共2500根，相邻两排中空纤维膜的间距为10mm。本实施例中的膜元件有效膜面积为4×1.9×2500×3.14×0.002=119.3 m²。

在膜元件的两端封胶层3中均设有曝气结构。在膜元件的两端，四排中空纤维膜之间有三排曝气结构2，为方孔结构，尺寸为2×2mm。上端封胶层每排方孔共75个，下端封胶层每排方孔共100个，且沿膜元件宽度方向均匀分布。中空纤维膜的两端均设有集水管4，集水管4宽度为1050mm，厚度为120mm。

实施例3

膜元件的总高度为1500mm，膜元件的中空纤维膜1有效长度为1400mm，膜丝外径2.0mm，中空纤维膜两端的封胶层3由聚氨酯胶粘剂固化形成。在封胶层3中，中空纤维膜1形成六排结构，每排厚度20mm，宽度2000mm，每排膜丝共4500根，相邻两排中空纤维膜的间距为10mm。本实施例中的膜元件有效膜面积为6×1.4×4500×3.14×0.002=237.4 m²。

在膜元件的两端封胶层3中均设有曝气结构。在膜元件的两端，六排膜丝的之间有五排曝气结构2，为圆孔结构，直径为3mm。上端封胶层每排圆孔共75个，下端封胶层每排圆孔共150个，且沿膜元件宽度方向均匀分布。中空纤维膜的两端均设有集水管4，集水管4宽度为2050mm，厚度为180mm。

Claims

1.一种高填充密度的耐污染中空纤维帘式膜元件，包括中空纤维膜(1)、曝气结构(2)、封胶层(3)和集水管(4)，其特征在于：所述中空纤维膜(1)的两端均设有封胶层(3)；所述中空纤维膜的任意一端设有集水管(4)；所述膜元件的中空纤维膜(1)至少有两排，在相邻两排中空纤维膜两端之间的封胶层(3)中设有曝气结构(2)，并且膜元件上端曝气结构的数量少于下端曝气结构数量；膜元件中每排中空纤维膜由多根中空纤维膜组成，每排中空纤维膜的宽度大于300mm。

2.根据权利要求1所述的中空纤维膜元件，其特征在于：所述中空纤维膜(1)的一端开口并和集水管(4)相通，所述中空纤维膜的另一端封闭。

3.根据权利要求1所述的中空纤维膜元件，其特征在于：所述中空纤维膜(1)的两端均开口，并分别和集水管(4)相通。

4.根据权利要求1至3任一项所述的中空纤维膜元件，其特征在于：所述的曝气结构(2)为曝气孔。

5.根据权利要求1至3任一项所述的中空纤维膜元件，其特征在于：所述膜元件上端的曝气孔数量是下端的1/4～2/3。

6.根据权利要求1至3任一项所述的中空纤维膜元件，其特征在于：所述的每排中空纤维膜的宽度相同，为300mm～2000mm，厚度为3mm～30mm。

7.根据权利要求1至3任一项所述的中空纤维膜元件，其特征在于：所述的相邻两排中空纤维膜之间的距离为3mm～30mm。

8.根据权利要求1至3任一项所述的中空纤维膜元件，其特征在于：所述膜元件的中空纤维膜为2～8排。

9.根据权利要求1至3任一项所述的中空纤维膜元件，其特征在于：所述的曝气结构(2)沿膜丝的宽度方向排列。

10.一种浸没式中空纤维膜水处理系统，其特征在于包括权利要求1-9任一项所述的中空纤维膜元件。