CN103316590A

CN103316590A - 一种螺旋膜组件用原水隔离件、含该隔离件的膜组件及反渗透膜装置

Info

Publication number: CN103316590A
Application number: CN2013102981835A
Authority: CN
Inventors: 权秋红; 张建飞; 杨庆丰
Original assignee: BEIJING BGT INTERNATIONAL ENVIRONMENT TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING BGT INTERNATIONAL ENVIRONMENT TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2013-09-25

Abstract

本发明涉及一种螺旋膜组件用原水隔离件、含该隔离件的膜组件及反渗透膜装置，原水隔离件是由经线材和纬线材交叉而成的网状结构，经线材与膜组件原水流方向平行，纬线材按与经线材垂直的方向布置，经线材和纬线材与螺旋膜间形成与原水流向一致的流道。原水隔离件纬线材与流道方向垂直，对沿流道流过的原水流起到阻碍作用，从而使水流产生湍流，避免原水产生浓差极化和污染物的淤堵。通过该原水隔离件，使得膜组件可以应用于更高TDS和COD的高盐复杂废水处理，利用本发明的反渗透装置，在应用过程中可减少或取消部分预处理设施，实现同等的脱盐率和产品水回收率，从而大幅减少工程投资和减少运行费用。

Description

一种螺旋膜组件用原水隔离件、含该隔离件的膜组件及反渗透膜装置

技术领域

本发明涉及一种螺旋膜组件用原水隔离件、膜组件及采用该膜组件的反渗透装置，属于反渗透、过滤技术领域。

背景技术

在现有技术中，在海水的淡化、超纯水、脱盐水、中水回用等生产过程中，所采用的反渗透膜（RO膜）及纳米过滤膜（NF膜）组件主要以螺旋型膜元件为主。

在利用这种螺旋型薄膜组件生产各种用水过程中，通常由于螺旋型薄膜元件的原水隔离件的厚度在1mm以下，比较薄，形成的原水流道比较窄，浑浊物质有机胶体容易淤积在位于原水流道中的原水隔离件和与之接触的膜片上，从而造成原水流道堵塞。因此，预先除去原水中的浑浊物质以及有机胶体物质，以避免这些物质淤积引起的通水压差上升以及透过水量、透过水质的降低，以保证膜装置长时间稳定地进行运转则是必不可少的。

用于这种除去浑浊物质以及有机胶体物质的预处理装置包括：混凝沉淀处理，过滤处理及超滤膜处理等各种装置。这些装置，不但会使投资成本及运行成本上升，还需要大的建设面积等问题。因此，如果能够开发出新型的原水隔离件确保原水流道通畅、在维持膜组件同等的脱盐率和产水率的同时不淤积污染物质的原水隔离件结构，则不需预处理或减少预处理流程的情况，就可以保证膜装置正常运行，如此则可以简化系统，减少占地面积，降低运行成本，在工业上的利用价值极高。

现有技术的螺旋膜组件，膜的表面形成有机或无机污染物的淤积首先源于隔离件的布置方式，目前技术的膜组件原水隔离件通常如附图7所示，经线材与纬线材直径相同，并交叉成正方型方格结构，与膜袋边缘呈一定夹角排布，这样原水形成流向与原水隔离件未形成贯通流道，因此在经纬两线材形成夹角部分便会形成无机或有机污染物质的淤积，从而造成膜表面的污堵。

发明内容

本发明的目的是克服上述不足而提供一种螺旋膜组件用原水隔离件、含该隔离件的膜组件及反渗透膜装置，可以在流道内容易形成较快的流速，减少出现淤堵的机会。

本发明采取的技术方案为：

一种螺旋膜组件用原水隔离件，它是由经线材和纬线材交叉而成的网状结构，经线材与膜组件原水流方向平行，纬线材按与经线材垂直的方向布置，经线材和纬线材与螺旋膜间形成与原水流向一致的流道。

所述的纬线材全部在经线材的上面或下面一层，使经线材和纬线材与螺旋膜间形成的流道为单排直通道。

所述的纬线材直径小于经线材，纬线材全部在经线材的直径截面的中间位置一层，使经线材和纬线材与螺旋膜间形成的流道为双排直通道。

所述的纬线材位置间隔设置，相邻两纬线材分别设在经线材的上面和下面一层，使经线材和纬线材与螺旋膜间形成的流道为双层三角对接式渐变直通道。

所述的经线材和纬线材其采用的材料选自以下种类：聚烯烃弹性体、乙烯醋酸乙烯酯共聚物、乙烯醋酸乙烯酯三元共聚物、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚氨酯、聚丁烯、聚丁烯共聚物、聚异戊二烯、聚异戊二烯共聚物、丙烯酸酯、聚硅氧烷、天然橡胶、聚异丁烯、丁基橡胶、聚丙烯、聚丙烯共聚物、聚乙烯、聚乙烯共聚物、聚碳酸酯、含氟聚合物、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、尼龙、聚氯乙烯及其共聚物和掺混物。

所述流道宽度为0.5～5mm范围内；所述的经线材直径在0.3-4mm范围内，经线间距在2-20mm范围内；所述纬线材直径在0.1-2mm范围内，纬线材间距在1-15mm范围内。

一种含有上述原水隔离件的螺旋膜组件，包括由两侧的反渗透膜与中间的透过水隔离件（现有可市购）形成的袋状膜，袋状膜的两侧分别依次布置本发明原水隔离件和反渗透膜形成整个的膜层结构，膜层结构呈螺旋状卷绕在透过水集水管的外周面上，原水通过原水隔离件所形成的流道时，在压力作用下透过反渗透膜，形成透过水流，在透过水隔离件汇集，流入透过水集水管，最终排出产品水。

一种含有上述螺旋膜组件的反渗透膜装置。

所述的反渗透膜装置包括与原水供水泵通过总进水管连接的一段反渗透膜件，一段反渗透膜件通过一段浓水通过管道与段间增压设备相连，段间增压设备过连接管连接二段反渗透膜件，二段反渗透膜件出来的二段浓水部分通过浓水回流管回流到原水供水泵前端的原水进水管，一段反渗透膜件、二段反渗透膜件至少一个为本发明所述的螺旋膜组件，一段反渗透膜件、二段反渗透膜件的透过水进入收集管回用。

本发明原水隔离件由经、纬两种线材交叉接合而成，经线材按膜组件原水流入侧向流出侧方向平行布置，纬线材按与经线材垂直的方向平行布置，从而形成网状原水隔离件。在使用过程中，网状原水隔离件支撑和两侧膜与相临两经线材之间形成原水流道，而纬线材与流道方向垂直，对沿流道流过的原水流起到阻碍作用，从而使水流产生湍流，避免原水产生浓差极化和污染物的淤堵。

原水流道与原水流向变成一致的方向，形成直通的管状流道，同时在流道中增加阻碍设施，使原水在流道内形成湍流，对膜表面形成高强度的冲刷作用，如此则避免如图7所示膜元件结构所形成的弊端。通过该结构的原水隔离件，使得膜组件可以应用于更高TDS和COD的高盐复杂废水处理，并且该结构的螺旋膜组件与现有技术的膜组件具有相同的外形和尺寸，可以直接用于现有技术螺旋膜组件运行效果不好的装置，进行无差别替换。利用本发明的反渗透装置，在应用过程中可减少或取消部分预处理设施，实现同等的脱盐率和产品水回收率，从而大幅减少工程投资和减少运行费用。

本发明的膜组件可用于海水淡化、污水回用、高盐水和反渗透浓水减量化、物料浓缩等生产过程中。

附图说明

图1是表示本发明原水隔离件的结构示意图；

图2是表示沿图1所示A-A剖面线观察到的视图；

图3是表示本发明原水隔离件一种替代优化方案的示意图；

图4是表示沿图3所示A-A剖面线观察到的视图；

图5是表示本发明原水隔离件另一种替代优化方案的示意图；

图6是表示沿图5所示A-A剖面线观察到的视图；

图7是表示现有技术原水隔离件的示意图；

图8是表示本发明螺旋膜组件的示意图；

图9是表示本发明反渗透装置的结构示意图；

其中，11经线材a，12纬线材a，13原水流道a，21上膜面a，22下膜面a，31经线材b，32纬线材b,33流道，41上膜面b，42下膜面b，51经线材c，52纬线材c，53原水流道b，61上膜面c，62下膜面c，71经线材d,72纬线材d,73膜袋,74原水形成流向,81反渗透膜,82透过水隔离件,83袋状膜,84原水隔离件,85原水,86浓缩水,87透过水,88透过水集水管,89透过水流，8a入水端，8b排水端,90反渗透装置,91进水管,92原水供水泵,93总进水管,94一段反渗透膜件,95产水管a,96管道,97段间增压设备,98连接管,99二段反渗透膜件,910产水管b,911产总水管,912浓水排放管,913浓水回流管；A流入侧,B流出侧。

具体实施方式

作为经、纬线材的截面形状，可以选择圆形、方型、三角形或其它多边形。作为经线材的直径要求比纬线材直径要大1-2个规格，具体按实际需要确定，而两种线材的截面也不必相同。根据膜组件所需的原水流道大小确定原水隔离网的厚度，该厚度则确定了经、纬两线材的截面直径。经线材的直径在0.3-3mm范围内，其相临间距在2-20mm范围内；纬线材的直径在0.1-2mm范围内，其相临间距在1-15mm范围内。原水隔离件的厚度等于经线材和纬线材的直径之和，或者稍薄，从而，整个原水隔离件的厚度范围在0.4～4mm之间。对于高盐高有机复杂废水优选范围在1～4mm之间。

原水隔离件的形状，一种如图1、图2。纬线材全部在经线材的上面或下面一层，使经线材和纬线材与螺旋膜间形成的流道为单排直通道。图中原水隔离件的形状是以经线材a11、纬线材a12以相互垂直的两层线材形成的网状结构。经线材和纬线材均为平滑直线状，分别在交叉点接合形成一张整体网面。原水隔离件与上膜面a21、下膜面a22一起卷制成膜组件，原水则从流入端A向流出端B形成原水流道13a。从图2中，可以看出，经线材a11相临两线材与上下膜面共同形成的原水流道13a，原水在贴近上膜面21一侧从流入侧A向流出侧B流动。在流动过程中，受到纬线材a12的阻碍，因此水流在经每一根纬线材a12的时候，均出现流道截面积的变化，使得流速发生变化，进而形成湍流。由于湍流的动态不规则性，则会对原水隔离件以及膜面形成一定的冲刷，进而消除浓差极化以及将无机、有机沉积物带走保持膜面清洁。同时，原水流道a13呈直线状，原水可直接从流入侧A流向流出侧B，则在原水流道a13内容易形成较快的流速，这样更加使淤积物不易在原水隔离件和膜面上沉积。

优选地，以下结合图3、图4说明原水隔离件的另一种形式。所述的纬线材位置间隔设置，相邻两纬线材分别设在经线材的上面和下面一层，使经线材和纬线材与螺旋膜间形成的流道为双层三角对接式渐变直通道。图3是表示本发明原水隔离件一种替代优化方案的示意图，图4是表示沿图3所示A-A剖面线观察到的视图。在原水隔离件中同样是采用经线材b31、纬线材b32以相互垂直的线材形成的网状结构。但整个隔离件的厚度主要表现为经线材b31的直径大小，纬线材b32通过经线材b31的中部进行连接，使得整个原水隔离件是一个一次成型的整体件。如此设计则在一定程度下减少了纬线材b32与膜面的接触面积，使得上膜面b41、下膜面b42与经线材b31所形成的流道33被纬线材隔成了上下两个相同的部分，因此原水在沿流道前进时，经过纬线材的阻隔，水流会被分割成上下两股，分别对上膜面b41和下膜面b42形成冲刷作用，减少了图2中下膜面a22与与纬线材a12接触面在水流方向背侧形成的死角，更加减少出现淤堵的机会。

优选地，以下结合图5、图6说明原水隔离件的另一种形式。所述的纬线材位置间隔设置，相邻两纬线材分别设在经线材的上面和下面一层，使经线材和纬线材与螺旋膜间形成的流道为双层三角对接式渐变直通道。图5是表示本发明原水隔离件一种替代优化方案的示意图，图6是表示沿图5所示A-A剖面线观察到的视图。原水隔离件通过经线材c51与纬线材c52形成编制结构的形状，如此，则纬线材c52呈现对角线状将原水隔离件与上膜面c61、下膜面c62形成的原水流道b53分隔为两部分。而相临的两根纬线材c52在同一流道内则形成空间交叉的形式，如此则原水水流在通过原水流道b53的过程中整体水流呈现波状流动，同时在纬线材的阻碍作用下形成的湍流影响，使出现淤堵的可能性大大降低。

本发明的膜组件，与现有技术螺旋型膜组件卷制方式完全相同，只要配备本发明前述的原水隔离件即可。如图8所示螺旋型膜组件的构成，包括由两侧的反渗透膜与中间的透过水隔离件（现有可市购）形成的袋状膜，袋状膜的两侧分别依次布置本发明原水隔离件和反渗透膜形成整个的膜层结构，膜层结构呈螺旋状卷绕在透过水集水管的外周面上，原水通过原水隔离件所形成的流道时，在压力作用下透过反渗透膜，形成透过水流，在透过水隔离件汇集，流入透过水集水管，最终排出产品水。通过将反渗透膜81重叠在透过水隔离件82的两个面上而将三个边粘结在一起，从而形成袋状膜83，将透过水集水管88安装在该袋状膜83的开口部，与网状的原水隔离件84一起，呈螺旋状卷绕在透过水集水管88的外周面上。从而原水85从螺旋型薄膜元件8的一侧的端面侧8a供应，沿着原水隔离件84流动，从螺旋型薄膜元件的另一侧的端面8b作为浓缩水86被排出。原水85在沿着原水隔离件84流动的过程中，在压力作用下透过反渗透膜81而形成透过水流89，进而在透过水隔离件汇集成为透过水87，该透过水87沿着透过水隔离件82流入到透过水集水管88的内部，从透过水集水管88的端部排出。这样，利用配置在卷绕的袋状膜83之间的原水隔离件84，形成原水路径。

本发明的反渗透膜装置，如图9所示。本发明的原水隔离件主要针对高盐水、反渗透浓水等高盐、高有机物的复杂废水，因此其进水可以为海水、二级处理后的污水、循环排污水、反渗透水浓盐水等水源。废水TDS浓度可在2000～20000mg/L，COD浓度可在100～1000mg/L。如果来水含有较大颗粒的悬浮物，可设过滤处理设备，对于硬度较大的来水可设置除硬措施，对于有机胶体含量较大的进水，可进行混凝去除。通常情况下，本发明反渗透装置可以适应来水水质情况，一般可以省去超滤装置，这在一定程度大大降低的工程投资和占地面积。

如图9，所述的反渗透膜装置包括与原水供水泵92通过总进水管93连接的一段反渗透膜件94，一段反渗透膜件94通过一段浓水通过管道96与段间增压设备97相连，段间增压设备97过连接管连接二段反渗透膜件99，二段反渗透膜件99出来的二段浓水部分通过浓水回流管913回流到原水供水泵92前端的原水进水管，一段反渗透膜件94、二段反渗透膜件99至少一个为本发明所述的螺旋膜组件，一段反渗透膜件94、二段反渗透膜件99的透过水进入收集管回用。原水供水泵92前面连接进水管91和浓水回流管913，原水和浓水回流水一起通过总进水管93连接一段反渗透膜件94，一段浓水通过管道96与段间增压设备97相连，经压力提升后通过连接管98打入二段反渗透膜件99，二段浓水部分通过浓水回流管913回流到前端，一部分通过浓水排放管912排出系统。两段反渗透的透过水则分别通过产水管a95和b910共同汇集到产水总管911，送至回用装置。一段反渗透膜件94与二段反渗透膜件99，可以是相同原水流道的膜件，也可以是二段反渗透膜件99流道更大的膜件。

在本发明装置中，一段反渗透膜件94产生的浓水再经过反渗透进一步的浓缩，而二段反渗透的浓水又可以回流到一段反渗透的前端，通过浓水的循环，可以提高系统的回收率，提高浓水的浓缩倍率。由于一段反渗透已将原水进行浓缩，因此，可以在二段反渗透采用原水流道更大的反渗透膜件，以减少膜件淤堵的机会。如此，经过反渗透装置90的产水完全可以满足工业回用水的标准。

实施例

某钢铁企业厂区污水回用工程反渗透浓水排水，水量约每小时400～600吨，盐分高，总TDS达到6000～7000mg/L，不可降解有机物浓度高，经生化及化学氧化后的COD约为150～300mg/L，这种高盐复杂生产废水通过普通的技术是无法进一步处理的，而本发明提供的具有特殊原水隔离件的反渗透膜组件，即可针对这种废水进行进一步的反渗透处理，回收高达85%～95%的优质水，同时可以将浓水高度浓缩到原水量的5%～15%。

实验采用工艺流程为：除硬沉淀+过滤+一级反渗透膜+二级反渗透膜。一级反渗透膜组件采用本发明65mil（1.65mm）原水流道反渗透膜组件，二级反渗透采用80mil（2.03mm）原水流道反渗透膜组件。实验过程为连续进水，共运行3个月的时间。

下表所列数据即为采用本发明反渗透膜组件进行实验取得的实验数据：

指标	单位	原水水质	产品水	浓排水
					COD_Cr	mg/L	149.99	24.25	1557.07
TDS	mg/L	6859.31	371.80	93837.20
					总硬度	mg/L	2678.40	8.80	2565.60
Cl^-	mg/L	854.92	41.37	12060.52
					SO₄ ^2-	mg/L	1649.84	79.83	23274.67
Ca²⁺	mg/L	494.95	2.18	634.83
					Mg²⁺	mg/L	230.98	0.97	282.15
Na⁺	mg/L	395.96	19.16	5585.92

实验结束后，通过对膜件的解剖观察，实验效果很好，整张膜表面清洁、光滑，裸眼可观察到的污点极少。因此，本发明的反渗透膜件在实际应用，尤其是高盐高有机物污染的复杂废水的减量化回收过程中，具有无法替代的地位。

Claims

1.一种螺旋膜组件用原水隔离件，它是由经线材和纬线材交叉而成的网状结构，其特征是，经线材与膜组件原水流方向平行，纬线材按与经线材垂直的方向布置，经线材和纬线材与螺旋膜间形成与原水流向一致的流道。

2.根据权利要求1所述的一种螺旋膜组件用原水隔离件，其特征是，所述的纬线材全部在经线材的上面或下面一层，使经线材和纬线材与螺旋膜间形成的流道为单排直通道。

3.根据权利要求1所述的一种螺旋膜组件用原水隔离件，其特征是，所述的纬线材直径小于经线材，纬线材全部在经线材的直径截面的中间位置一层，使经线材和纬线材与螺旋膜间形成的流道为双排直通道。

4.根据权利要求1所述的一种螺旋膜组件用原水隔离件，其特征是，所述的纬线材位置间隔设置，相邻两纬线材分别设在经线材的上面和下面一层，使经线材和纬线材与螺旋膜间形成的流道为双层三角对接式渐变直通道。

5.根据权利要求1所述的一种螺旋膜组件用原水隔离件，其特征是，所述的经线材和纬线材其采用的材料选自以下种类：聚烯烃弹性体、乙烯醋酸乙烯酯共聚物、乙烯醋酸乙烯酯三元共聚物、苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚氨酯、聚丁烯、聚丁烯共聚物、聚异戊二烯、聚异戊二烯共聚物、丙烯酸酯、聚硅氧烷、天然橡胶、聚异丁烯、丁基橡胶、聚丙烯、聚丙烯共聚物、聚乙烯、聚乙烯共聚物、聚碳酸酯、含氟聚合物、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、尼龙、聚氯乙烯及其共聚物和掺混物。

6.根据权利要求1所述的一种螺旋膜组件用原水隔离件，其特征是，所述流道宽度为0.5～5mm范围内；所述的经线材直径在0.3-4mm范围内，经线间距在2-20mm范围内；所述纬线材直径在0.1-2mm范围内，纬线材间距在1-15mm范围内。

7.一种含有权利要求1所述的原水隔离件的螺旋膜组件，包括由两侧的反渗透膜与中间的透过水隔离件形成的袋状膜，袋状膜的两侧分别依次布置权利要求1所述的原水隔离件和反渗透膜形成整个的膜层结构，膜层结构呈螺旋状卷绕在透过水集水管的外周面上，原水通过原水隔离件所形成的流道时，透过反渗透膜，在透过水隔离件汇集，流入透过水集水管，最终排出产品水。

8.一种含有权利要求7所述的螺旋膜组件的反渗透膜装置。

9.根据权利要求8所述的反渗透膜装置，其特征是，包括与原水供水泵通过总进水管连接的一段反渗透膜件，一段反渗透膜件通过一段浓水通过管道与段间增压设备相连，段间增压设备过连接管连接二段反渗透膜件，二段反渗透膜件出来的二段浓水部分通过浓水回流管回流到原水供水泵前端的原水进水管，一段反渗透膜件、二段反渗透膜件至少一个为本发明所述的螺旋膜组件，一段反渗透膜件、二段反渗透膜件的透过水进入收集管回用。