CN103657422B

CN103657422B - 一种膜芯及由其组成的膜组件

Info

Publication number: CN103657422B
Application number: CN201210341816.1A
Authority: CN
Inventors: 李光辉
Original assignee: RESEARCH IN PURIFICATION EQUIPMENT RIPE
Current assignee: Shandong sailico Membrane Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2032-09-14
Also published as: CN103657422A

Abstract

本发明提供了一种水处理膜芯及膜组件。本发明的膜芯包括膜过滤支撑主体、过滤通道、产水通道和导流槽，过滤通道成排分布于主体上，并且沿着主体的纵向贯通所述主体；产水通道成排分布于主体上，沿着主体的纵向延伸，相邻两列产水通道之间至少间隔1-10列所述过滤通道，并且产水通道两端封闭；整体呈梯形或矩形的导流槽，沿垂直于主体的径向或高度方向贯通主体，并且沿着产水通道的通道方向与位于同一排的产水通道间隔排列，过滤后从产水通过产水通道进入导流槽后流出。本发明的膜芯和膜组件结构简单，产水在载体中渗透距离短，传递阻力小，由不同通道过滤后的产水在载体中的传递阻力差别小，各通道的流量分布平均。

Description

一种膜芯及由其组成的膜组件

技术领域

本发明涉及一种膜芯及其膜组件，特别涉及一种蜂窝状膜芯及其膜组件，属于环境工程技术领域。

背景技术

膜分离过程是料液在通过具有一定孔径的过滤膜时，料液中大于膜孔的物质被截留分离，小于膜孔的物质包括溶剂和小颗粒则透过分离膜，透过分离膜部分称为透过液。分离过程常采用错流方式，即被分离料液从入口端进入膜分离区，并在分离膜表面以一定表面流速和压力流过，透过液通过分离膜进入滤液收集区，含有被截留物质的料液则从膜分离区出口端以浓水形式流出。

无机膜在抗污染能力、化学稳定性、耐酸碱、耐有机溶剂、耐高温、机械强度、抗微生物污染等方面具有独特的优势，采用错流过滤方式，可以处理各种含油污水和高固含量料液。为了增加过滤面积，提高膜组件的膜装填密度，无机膜组件通常采用多通道膜芯，一般一支膜芯通道数小于一百个，一个膜组件内可以封装数只膜芯。

蜂窝状膜芯，是一种特殊的多通道膜芯，其通道数可达数百甚至数千个，膜芯面积大，装填密度高，一个膜组件只需装填一个这样的膜芯即可。但是，由于蜂窝状膜芯具有如此多的膜通道，经过膜芯不同位置通道过滤后的产水，需穿越不同长度的流道到达产水收集区，因此其产水流体阻力不同，位于中心区通道的产水流体阻力远大于靠近外侧区内通道的产水流体阻力。

美国专利USP5009781和USP5108601公开了一种蜂窝状无机膜芯，其特征是利用部分纵向通道作为其它通道滤后产水的收集区，然后在与纵向垂直方向钻一组孔将这部分用于产水收集的通道连通，再在上述钻孔一个平面上且与上述钻孔组呈一定角度或垂直方向钻孔，使其经过蜂窝状载体中心并和上述钻孔组相交，这样各个通道的产水就会经过收集通道、钻孔组汇集到中心孔，并通过中心孔和蜂窝状载体中心引导管而流出。在上述与纵向垂直方向的开孔，都需要将开孔两端的钻孔封闭，同时用于产水收集的各通道也需要将两端的开口封闭。通过构建一个立体的产水收集导流网络，实现了减少各位置通道产水流动阻力差别和降低蜂窝状载体中心区通道产水流动阻力大的问题。但是，这种设计需要设置中心引流导管，侧面开孔和产水收集通道还需要封闭两端开口，结构较复杂。

中国实用新型专利ZL200520139769.8公开了一种多通道陶瓷膜管结构，其特征是利用膜管中心位置通道作为产水收集区，并粘结一个引流导管将产水引出膜组件，以此降低中心区通道产水的渗透阻力。这种结构设计较简单，但只适用于通道数较低的多通道膜管，而不适用于拥有更多通道的蜂窝状膜块。

发明内容

本发明的目的是针对现有多通道膜芯存在的上述技术问题，提供一种蜂窝状多通道膜芯及其膜组件，本发明的膜芯和膜组件降低了过滤产水在膜芯中的传递阻力，同时使得各个产水通道内产水的流动阻力基本相同，过滤通道的通量和过滤水量基本相同。本发明的膜芯进行过滤处理时不需要另外连接产水引流导管，结构简单，产水在载体中渗透距离短，传递阻力小，由不同通道过滤后的产水在载体中的传递阻力差别小，各通道的流量分布平均。

为实现本发明的目的，本发明一方面提供一种膜芯，包括：

主体，膜过滤支撑体；

过滤通道，所述过滤通道成排分布于主体上，并且沿着主体的纵向贯通所述主体，每排过滤通道相互平行；

产水通道，成排分布于主体上，沿着主体的纵向延伸，相邻两排产水通道之间间隔1-10排过滤通道，并且产水通道位于主体的两个端面的开口封闭，产水通道与所述过滤通道相互平行；

导流槽，开设在主体外侧壁上的贯通主体的通孔，在沿主体的纵向方向上与同一排产水通道间隔排列，收集产水通道内的产水。

其中，所述主体的垂直于主体纵向方向的截面呈圆形、椭圆形、长方形或正多边形。

特别是，所述主体由圆，椭圆，长方形或正多边形拉伸形成的几何体，优选为圆形、正方形或正六边形。

尤其是，所述正多边形为正方形、正五边形、正六边形或正八边形。

特别是，所述膜芯主体为截面呈圆形的主体的直径为1-100cm，优选为5-20cm；膜芯主体的长度为5-200cm，优选为20-120cm。

其中，所述膜芯主体呈圆柱体状、正棱柱体。

特别是，所述的正棱柱体为正四棱柱、正六棱柱或正八棱柱。

尤其是，所述膜芯的主体为圆柱体；圆柱体状膜芯主体的直径为1-100cm，优选为5-20cm；长度为5-200cm，优选为20-120cm。

尤其是，所述膜芯主体的垂直于主体纵向的截面为正多边形时，其截面的外接圆的直径为1-100cm，优选为5-20cm；膜芯主体的长度为5-200cm，优选为20-120cm。

特别是，所述膜芯主体为截面呈正多边形的正棱柱；呈正棱柱状的膜芯主体的垂直于主体纵向的为正多边形的截面的外接圆的直径为1-100cm，优选为5-20cm；膜芯主体的长度为5-200cm，优选为20-120cm。

尤其是，所述膜芯主体为正四棱柱，其垂直于主体纵向的正方形截面的外接圆的直径为1-100cm，优选为5-20cm；所述膜芯主体为正五棱柱，其垂直于主体纵向的正五边形截面的外接圆的直径为1-100cm，优选为5-20cm；所述膜芯主体为正六棱柱，其垂直于主体纵向的正六边形截面的外接圆的直径为1-100cm，优选为5-20cm；所述膜芯主体为正八棱柱，其垂直于主体纵向的正八边形截面的外接圆的直径为1-100cm，优选为5-20cm。

其中，所述膜芯是管式膜或管式膜芯。

特别是，所述膜芯为多通道管式膜或多通道管式膜芯。

特别是，所述膜芯主体由多孔材料组成。

其中，所述的多孔材料选择多孔高分子材料，多孔陶瓷材料或烧结金属材料。

特别是，所述多孔材料选择氧化铝、氧化锆、氧化钛、碳化硅、不锈钢或钛合金。

其中，在所述过滤通道内壁还组装有过滤层。

特别是，过滤层的过滤精度为0.001-100μm，优选为0.02-20μm，进一步优选为0.01-10μm，更进一步优选为0.01-3μm，即形成的过滤层的过滤孔径为0.001-100μm，优选为0.01~20μm，进一步优选为0.01-10μm，更进一步优选为0.01-3μm。。

通过烧结、粘结、涂覆、喷涂、热处理、结晶处理、化学反应中的一种或多种方式将过滤层材料组装在所述过滤通道的内侧，形成所述过滤层。过滤层材料选择微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜、气体分离膜、气化渗透膜或离子交换膜中的一种。

其中，所述过滤层材料选为无机材料或有机材料。

特别是，所述无机材料为氧化铝、氧化锆、氧化钛、碳化硅、不锈钢或钛合金。

特别是，所述有机材料为聚砜（PS）、聚丙烯腈（PAN）、聚醚砜（PES）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚氯乙烯（PVC）、醋酸纤维素（CA）、聚碳酸酯（PC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）或离子交换树脂。

本发明的多通道膜芯，是由孔隙率高且孔径大的多孔材料组成，产水在膜芯中传递阻力小。本发明中的膜芯可以作为微滤、超滤、纳滤、反渗透、气体分离膜、渗透气化膜和离子交换膜的支撑体或载体，其方法是在膜芯用于分离的过滤通道内组装一层过滤分离层，组装方式可以采用烧结、粘结、涂覆、喷涂、热处理、结晶处理、化学反应或几种方式的组合方式。组装过滤层时，膜芯上的产水通道内不组装过滤层。

其中，所述膜芯主体上的过滤通道和产水通道数为1~20个/cm²；优选为2~10个/cm²，进一步优选为6-10个/cm²。

其中，所述过滤通道、产水通道的垂直于主体的纵向的截面呈圆形、椭圆形、长方形，正多边形或者其它多边形，优选为圆形、正方形、正五边形或正六边形。

特别是，所述正多边形为正方形、正五边形、正六边形或正八边形。

尤其是，所述过滤通道的垂直于主体的纵向的截面的形状与产水通道垂直于主体纵向的截面的形状相同。为了便于两种通道的分辨，所述过滤通道的开口形状与产水通道开口形状不相同。

特别是，所述垂直于主体纵向截面为圆形的过滤通道、产水通道的直径为0.1~10mm，优选是1~5mm，进一步优选为2-5mm；所述截面为正方形的过滤通道、产水通道的边长为0.1~10mm，优选是1~5mm，进一步优选为2-5mm。

特别是，所述截面为正多边形的过滤通道、产水通道的截面的外接圆直径为0.1~10mm，优选是1~5mm，进一步优选为2-5mm。

尤其是，所述截面为正五边形的过滤通道、产水通道，其截面的外接圆的直径为0.1~10mm，优选是1~5mm；所述截面为正六边形的过滤通道、产水通道，其截面的外接圆的直径为0.1~10mm，优选是1~5mm；所述截面为正八边形的过滤通道、产水通道，其截面的外接圆的直径为0.1~10mm，优选是1~5mm。

本发明的膜芯和其上的过滤通道、产水通道一般是通过挤出成型方式成型，也可以通过注塑或铸造等其它已知方法成型。优选挤出成型方法制作多通道膜芯。本发明膜芯上的过滤通道、产水通道在主体两个端面上的开口的形状和尺寸可以相同，也可以不同，如作为产水收集的通道选择与作为过滤的通道开口形状不同，且产水通道的尺寸也大于过滤通道，这样有利于对两种通道的分辨，也增加了产水通道体积，降低了产水的流动阻力。

其中，相邻两排产水通道之间间隔3-6排过滤通道，优选间隔2-4排。

特别是，所述产水通道位于膜芯主体两端的开口封闭。

使用胶黏剂、密封塞或其它已知方式对所述产水通道进行密封。优选密封方式是使用与膜芯主体相同的材料封堵后高温处理达到密封效果。过滤通道位于主体的两个端面的开口开放，便于水流流入膜芯主体，进行膜过滤，过滤后的产水流入产水通道，产水通道位于膜芯主体的两端的开口封闭，防止产水与来水混合。

其中，导流槽是开设在主体外侧的侧壁上贯穿主体的通孔，将位于同一排位置上的产水通道部分连通。导流槽沿着主体纵向方向与位于同一排的产水通道间隔排列。

特别是，所述导流槽沿垂直于主体纵向的截面呈梯形或矩形。

其中，所述导流槽沿主体纵向方向的长度L为0.5-100cm，优选为1-20cm；导流槽的高度h与产水通道的高度之比为10-150:100，优选为50-100:100，即导流槽垂直于主体纵向方向的宽度（导流槽的高度h）与截面为圆形的产水通道的直径或截面为正方形的产水通道的边长之比为10-150:100，优选为50-100:100，优选为50-100:100。

特别是，对应于同一排产水通道、沿主体纵向方向间隔分布的导流槽个数为1-10个，优选为2-4个。

在膜芯的外侧，通过锯、钻、磨、刨或其它已知方式沿着平行于膜芯的纵向方向，在对应的同一排产水通道的位置上间隔一定距离开设导流槽，导流槽垂直于主体纵向的截面呈梯形或矩形，沿着垂直于主体纵向方向贯通主体（例如当主体为圆柱体状主体时，导流槽沿着圆柱体的弦向贯通主体即垂直于主体径向方向贯通主体；当主体为正棱柱体时，导流槽沿着垂直于主体两端截面的外接圆的径向贯通主体），导流槽将对应的同一排产水通道对应的通道部分连通，即在同一排产水通道的位置上，产水通道与导流槽间隔排列，产水通道中的产水通过导流槽流出膜芯。

导流槽是在主体外侧的侧壁、垂直于产水通道的通道方向贯通主体，并且沿着同一排产水通道方向延伸的通孔，通孔沿主体纵向方向的横截面为长方形、正方形或圆形，其中垂直于主体纵向的宽度（即导流槽的高度h）为垂直于主体纵向方向的截面为圆形的产水通道直径的50%~150%或垂直于主体纵向方向的截面为正方形的产水通道边长的50-150%；导流槽沿主体纵向方向的长度L为0.5-100cm。导流槽将同一排产水通道对应的通道部分贯通，即对应的产水通道列中的每个产水通道在空间上都与此导流槽连通，产水通道中的产水可以通过此导流槽流出主体。

其中，膜芯主体的两端的外侧侧壁上分别设有密封区。

特别是，所述密封区的宽度为2-20cm，优选为5-10cm，即密封区沿膜芯主体纵向方向的长度为2-20cm。

导流槽距离膜芯主体的两个端面的距离为2-20cm。膜芯主体两端的外侧到导流槽的区域为密封区，即在膜芯主体的两端的外侧侧壁上沿着膜芯的纵向方向长度为2-20cm的范围内分别设置密封区，在密封区内不设置导流槽，即在距离膜芯主体端面2-20cm主体两端的外侧设导流槽，导流槽不是从主体的端面开始开槽，导流槽到主体的端面的距离为2-20cm，优选为5-10cm。

在同一排产水通道的位置上，主体的两个端面到距离各自最接近的导流槽的距离为2-20cm，即在距离主体的两个端面≥2-20cm处开始开设导流槽。

膜芯主体的两个端面与各自最近的导流槽之间的区域即为密封区，即密封区沿着主体纵向的宽度为2-20cm，优选为5-10cm，也就是说主体的两个端面到与其最接近的导流槽之间的距离为2-20cm，优选为5-10cm。

本发明另一方面提供一种膜组件，包括：

如上所述膜芯；

外壳，中空的圆柱体或直棱柱体、套设在膜芯的外围；

密封装置，位于在膜芯与外壳之间、设置在膜芯的两个密封区内；

上、下端盖，分别设置于外壳上、下部，其中，下端盖与进水管连接，上端盖与浓水出水管连接；

产水导出口，设置在外壳外侧、位于两个密封装置之间，用于将经过过滤后从产水通道进入导流槽后的产水导出膜组件。

其中，所述密封装置选择密封圈，优选为有机橡胶密封圈。

密封圈套设在膜芯主体的密封区的外侧，即套设在膜芯主体两端的外侧；外壳的内壁、膜芯主体的外侧和膜芯两端的密封装置之间的空间形成产水区。

其中，所述的直棱柱体为正棱柱体；优选为正四棱柱体、正六棱柱体或正八棱柱体。

特别是，所述产水导出口开设在外壳靠近浓水出水管一端。

从进水管流入的水流通过过滤通道进入膜芯，进行过滤之后渗透至产水通道，同一排产水通道的水流汇流至相应的导流槽内，导流槽内的水流流入产水区，再经过位于外壳外侧的产水导出口流出膜组件。

其中，上、下端盖通过法兰与外壳固定连接并密封。

特别是，下端盖、膜芯主体的一个端面和密封圈形成进水区；上端盖、膜芯主体的另一个端面和密封圈形成浓水区。

特别是，在外壳的中部开设有反冲洗水的进口，用于膜组件清洗时输入反冲洗水流。

本发明的膜芯和膜组件具有如下优点：

1、本发明的膜芯结构简单，产水在膜芯中渗透距离短，产水传递阻力小，降低过滤过程的跨膜压差和能耗，降低膜的深度污堵，膜过滤效率高。

2、本发明的膜芯在同一排产水通道的相应位置将部分产水通道连通，缩短了产水在膜芯中的渗透过滤距离，使主体上不同位置的过滤通道具有相近的过滤工作环境，即不同位置上的过滤通道的产水阻力接近，进而不同位置上的过滤通道的处理水量或负荷接近，降低产水传递阻力，提高了过滤效率。

3、本发明的膜芯上不同位置上的过滤通道具有相似的工作环境，每个过滤通道形成的产水流动阻力差别小，各个过滤通道的产水流量基本相同，保证膜组件的产水流量，延长膜组件的使用寿命，整体膜过滤效率高。

4、本发明蜂窝状膜芯的膜填充密度高，单位面积上的过滤通道、过滤通道数量多，提高了单位体积内的膜面积，降低膜组件的体积，提高单位体积膜组件的产水量，降低了水处理的成本，膜芯上不同过滤通道的过滤产水阻力差别小，提高了膜组件的工作效率。

附图说明

图1是实施例1的膜芯的立体示意图；

图2是实施例1的膜芯正面示意图；

图3是实施例1的膜芯侧面示意图；

图4是图2中局部剖视示意图；

图5是图4中B部的放大示意图；

图6是本发明实施例1的膜组件示意图；

图7是实施例2的膜芯的立体示意图；

图8是实施例2的膜芯侧面示意图；

图9是对照例1的膜芯立体示意图；

图10是对照例1的膜芯侧面示意图。

附图标记说明：1、主体；2、过滤通道；3、产水通道；4、导流槽；5、过滤层；6、密封区；7、膜芯；8、外壳；9、上端盖；10、下端盖；11、进水管；12、浓水出水管；13、产水导出口；14、密封圈；15、反冲洗水的进口；16、端面；17、产水区；18、进水区；19、浓水区；20法兰；21、胶粘剂。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

如图1、2、3、4、5所示，本发明的多通道管式膜芯由膜过滤支撑主体1、和成排均匀分布于主体1上的过滤通道2、产水通道3和收集产水通道3内产水的导流槽4组成，过滤通道2、产水通道3成排均匀分布于主体中，每排过滤通道2、产水通道3相互平行，并且过滤通道2沿着主体1的纵向贯通所述主体；导流槽4是设置在主体的外侧侧壁上并贯通主体的通孔，位于产水通道3内，并沿着主体的纵向方向与同一排的产水通道3间隔排列，将同一排相应位置的产水通道3的部分连通，导流槽4与主体1的端面相垂直。

膜芯主体1为圆柱体或正棱柱体，是由多孔高分子材料，多孔陶瓷材料或烧结金属材料，例如选择氧化铝、氧化锆、氧化钛、碳化硅、不锈钢或钛合金材料等多孔材料组成，主体的垂直于主体纵向的截面呈圆形、椭圆形、长方形、正方形、正六边形或其他正多边形，本发明实施例的主体1为圆柱体，其截面呈圆形。

本发明的多通道管式膜芯主体由孔隙率高且孔径大的多孔材料组成，产水在膜芯中传递阻力小。

所述截面呈圆形的膜芯主体的直径为1-100cm，优选为5-20cm；长度为5-200cm，优选为20-120cm。

本发明实施例以膜芯主体为圆柱体状进行说明，其长度为90cm，直径为14cm。

其他截面形状为椭圆形、长方形、正方形、正多边形或多边形的柱体均适用于本发明，例如椭圆柱体、长方体、正四棱柱体、正五棱柱体、正六棱柱体等。正棱柱的垂直于纵向的截面的外接圆的直径为1-100cm，优选为5-20cm；长度为5-200cm，优选为20-120cm。

过滤通道2沿着主体1的纵向贯通所述主体，每排过滤通道相互平行。过滤通道2位于主体的两个端面的开口开放，无封闭，并且在过滤通道2的内侧通过烧结、烧结、粘结、涂覆、喷涂、热处理、结晶处理、化学反应或几种方式的组合方式方式组装过滤材料，形成过滤层5，进入过滤通道2内的水流，经过过滤层5的过滤，生成过滤产水和浓水。

本发明中组装在过滤通道2内部的过滤层5的过滤精度为0.001-100μm，优选为0.02nm-20μm，使得本发明的膜芯可以作为微滤、超滤、纳滤、反渗透、气体分离膜、气化渗透膜和离子交换膜的支撑体或载体。

过滤通道2、产水通道3的垂直于主体纵向的截面呈圆形、椭圆形、正方形、长方形，正多边形或者其它多边形，本发明实施例以圆形或正方形为例进行说明。

截面为圆形的过滤通道2，产水通道3的直径为0.1~10mm，优选是1~5mm；所述截面为正方形的过滤通道2、产水通道3的边长为0.1~10mm，优选是1~5mm。

组装在过滤通道2内的过滤材料可以是与膜芯相同的材料，也可以是与膜芯不同的材料。过滤层材料包括氧化铝、氧化锆、氧化钛、碳化硅等无机材料；或者是不锈钢和钛合金等金属材料；或者是聚砜（PS）、聚丙烯腈（PAN）、聚醚砜（PES）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚氯乙烯（PVC）、醋酸纤维素（CA）、聚碳酸酯（PC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）等有机高分子材料；或者是离子交换树脂等功能材料。

产水通道3沿着主体的纵向延伸，相邻两排产水通道之间间隔1-10排过滤通道，优选间隔2-6排过滤通道，进一步优选间隔2-4排。

产水通道3位于主体1的两个端面16上的开口使用胶黏剂、密封塞或其它已知方式对产水通道进行密封处理，使得其位于主体1的两个端面上的开口封闭，由于过滤通道2位于主体1的两个端面上的开口开放，因此，待过滤的水流只能从过滤通道2进入膜芯的主体1内部。

本发明的产水通道3位于主体1两个端面的开口采用胶黏剂21封闭。

本发明的膜芯主体1和其上的过滤通道2、产水通道3一般是通过挤出成型方式成型，也可以通过注塑或铸造等其它已知方法成型。优选挤出成型方法制作蜂窝状载体式膜芯。本发明中过滤通道2、产水通道3的垂直于主体纵向的截面的形状、大小尺寸可以相同，也可以不同，但为了便于两种通道的分辨，通常过滤通道与产水通道的垂直于主体纵向的截面的形状不相同，并且产水通道3的开口尺寸大于过滤通道2的开口尺寸，有利于对两种通道的分辨，也增加了产水通道空间，降低了产水的流动阻力，提高了过滤效率。

如图1、2、4、5所示，在膜芯主体1的外侧，距离膜芯主体1的两个端面的长度为2-20cm，优选为5-10cm处，通过锯、钻、磨、刨或其它已知方式沿着平行于主体1的纵向方向，在对应的同一排产水通道3的位置上从主体1的外侧开设的通孔，形成导流槽4，导流槽4垂直于主体纵向的截面呈梯形或矩形，导流槽4从主体的外侧贯通主体，将同一排的相应位置上的产水通道部分连通，即在同一排的产水通道的相应位置通过锯、钻、磨、刨或其它已知方式从主体1的外侧将相应位置上的产水通道的一部分连通，贯通主体，形成通孔。导流槽4与膜芯主体1的端面相互垂直，产水通道中的产水通过导流槽流出膜芯。

导流槽4到膜芯主体1的两个端面的外侧沿着主体纵向方向的区域为膜芯的密封区6，密封区6的长度为2-20cm，即在膜芯主体1的两端的外侧沿主体纵向方向长度为2-20cm的范围内分别设置密封区，也就是说导流槽不是从主体的端面开始开槽，而是在分别距离膜芯主体1的两个端面2-20cm的距离处沿着主体的纵向开设导流槽6，导流槽到主体的端面16的距离为2-20cm，优选为5-10cm.

膜芯主体两端的外侧、沿主体纵向方向设有长度为2-20cm的密封区，即膜芯主体两个端面与距离各自最近的导流槽之间的区域为密封区，密封区沿着主体纵向的宽度优选为5-10cm，也就是说主体的两个端面到与其最接近的导流槽之间的长度为2-20cm，优选为5-15cm。

位于同一排的导流槽4和产水通道3间隔排列，导流槽沿着主体纵向方向的长度L为0.5-100cm，优选为1-20cm；导流槽的高度h与产水通道的高度之比为10-150:100，优选为50-100:100，即导流槽4垂直于主体纵向方向的高度h与产水通道沿着垂直于主体纵向方向的高度之比为10-150:100，优选为50-100:100，也就是说导流槽4沿着膜芯主体径向或高度方向的高度与产水通道直径或边长之比为10-150:100，优选为50-100:100；并且处于同一排位置上的所述导流槽的个数为1-10个，优选为2-4个。

如图6所示，本发明的膜组件由膜芯7、外壳8、上、下端盖9、10、进水管11、浓水出水管12、产水导出口13和密封圈14组成，中空的圆柱状或直棱柱状的外壳8套设在膜芯7的外围，上、下端盖9、10封闭在膜芯7和外壳8的两端；下端盖10与进水管11连接，将待过滤的水流引入膜芯进行膜分离，上端盖9与浓水出水管12连接，过滤后的浓水经过上端盖9，从浓水出水管12流出膜组件；开设在外壳8的外侧、靠近浓水出水管12的产水导出口13与水管连接，将经过过滤从产水通道3进入导流槽4后的产水导出膜组件。

外壳8与膜芯7通过密封圈14密封，并且密封圈安装在膜芯主体1两端外侧的密封区6内，密封区域的主体1的侧面表面光滑、无缺陷，通过密封圈等已知密封方式，可以保证密封效果。

密封圈14安装套设在膜芯主体的密封区6的外侧。外壳8的内侧、膜芯主体1的外侧和膜芯两端的密封圈14之间的空间形成产水区18。

下端盖10的一端与进水管11连接，另一端与膜芯7和外壳8通过法兰21固定连接并密封，下端盖10、膜芯主体1的端面16和密封圈14形成进水区19；上端盖9的一端与浓水出水管12连接，另一端与膜芯7和外壳8通过法兰21固定连接并密封，上端盖9、膜芯主体1的另一端面16和密封圈14形成浓水区20。

从进水管11流入的水流通过过滤通道2进入膜芯，进行过滤之后渗透至产水通道3，产水通道的水流汇流至与产水通道在同一排的相应位置的导流槽4内，导流槽内的水流流入产水区18后，再经过位于外壳8靠近浓水出水管12一端的外侧的产水导出口13流出膜组件。

为了方便膜组件的清洗，在外壳8的中部开设有反冲洗水进口15，用于向膜组件中输入清洗用水，对膜组件进行反冲洗，利于膜组件的反复使用，延长膜组件的使用寿命。

本发明膜组件的工作过程：待过滤水流从位于膜组件下端的进水管11经下端盖10后流入进水区19，由于产水通道3位于主体1的两个端面的开口封闭，水流从膜芯的过滤通道2进入膜芯，在压力作用下水流在膜芯中从下向上流动过程中透过过滤通道2内的过滤层5的过滤、渗透至产水通道3，并沿产水通道3流入导流槽4，导流槽4收集的水流进入产水区18，最后通过产水导出口13流出膜组件，未透过过滤膜层5的水流被浓缩后，流入浓水区20，经过浓水出水口12流出膜组件，达到净化水质的效果。

实施例1

1、制备膜芯

如图1-6所示，采用挤出成型方式制造本发明实施例的蜂窝状多通道管式膜芯7。本发明实施例的膜芯主体1为圆柱体，其直径14cm、长度90cm，主体1上成排分布有多个纵向贯通的通道，通道垂直于主体纵向的截面形状为圆形，通道的直径为3mm。

每隔3排通道选择将另一排通道位于膜芯主体1的两个端面16上的开口使用胶黏剂21、密封塞或其它已知方式对其进行密封，优选密封方式是使用与膜芯主体相同的材料封堵后高温处理达到密封效果。密封后的通道为产水通道3，即相邻两排产水通道3之间间隔3排过滤通道2，产水通道3位于膜芯主体1的两个端面16上的开口密封。位于膜芯7主体的两个端面16上的开口不密封的通道为过滤通道2，在过滤通道2的内壁涂覆过滤材料，形成过滤孔径为0.1μm的微滤膜，即微滤膜的过滤精度为0.1μm。

本发明中除了每隔3排通道选择将另一排通道在膜芯7主体的两个端面16上的开口密封之外，其他每隔1、2、4、5、6、7、8、9、10排选择将另一排通道在膜芯主体1的两个端面16上的开口密封后作为产水通道3均适用于本发明。

在圆柱状膜芯主体1的外侧对应于产水通道3的相应位置处，在离膜芯主体1的两个端面16的距离为15cm的范围外通过锯、钻、磨、刨或其它已知方式沿着主体1的纵向方向开设的2个导流槽4，将同一排产水通道3分割成3段，将同一排产水通道的一部分连通，位于同一排位置上的导流槽4与产水通道3间隔排列。

同一排位置上每个导流槽4的长度为20cm，导流槽之间的间距为20cm，导流槽的高度为3mm，即每个导流槽沿着圆柱体主体的纵向方向的长度为20cm；沿着主体纵向方向相邻两个导流槽之间的间距为20cm；沿着圆柱状主体1的径向方向的高度为3mm，导流槽的高度与产水通道的直径之比为100:100。

导流槽4沿着主体外侧壁至膜芯主体的端面16的区域为密封区，密封区沿主体1的纵向方向的长度为15cm。

导流槽4垂直于主体纵向的截面整体呈梯形，导流槽4沿着垂直于主体1的径向方向贯通主体，导流槽将对应的同一排产水通道列中的通道部分连通，即在同一排位置上产水通道3与导流槽4间隔排列，产水通道中的产水通过导流槽流出膜芯。

2、组装膜组件

将膜芯7装配在中空的圆柱体状的管式外壳8内，在膜芯7的两端的外侧即密封区6内分别安装密封装置密封圈，膜芯的外侧、外壳8的内壁和密封圈14之间的空间形成产水区17，经过膜芯过滤后的产水流入产水区17。

在管式外壳8的两个端面分别安装上端盖9和下端盖10，上、下端盖通过法兰21与外壳8和膜芯7固定连接并密封。下端盖10的一端与进水管11连接，另一端与外壳8和膜芯7通过法兰20固定连接并密封；下端盖10、膜芯的一个端面16和密封圈14形成进水区18；上端盖9的一端与浓水出水管12连接，另一端与膜芯7和外壳8通过法兰20固定连接并密封，上端盖9、膜芯的另一端面16和密封圈14形成浓水区19。

在管式外壳8的外侧开设产水导出口13，尤其是在靠近浓水出水管12一端的外侧开设产水导出口13，产水导出口13与水管连接，将经过过滤从产水通道3进入导流槽4后的产水导出膜组件。

为了方便膜组件的清洗，在外壳8的中部开设有反冲洗水进口15，用于向膜组件中输入清洗用水，对膜组件进行反冲洗，利于膜组件的反复使用。

从进水管11流入的待过滤水流通过过滤通道2进入膜芯，过滤后的水渗透至产水通道3，产水通道的水流汇流至与产水通道在同一排的相应位置的导流槽4内，导流槽内的水流流入产水区17后，再经过位于外壳8靠近浓水出水管12一端的外侧的产水导出口13流出膜组件。

3、过滤处理

将经过重力沉降除油、混凝沉降和核桃壳过滤处理后的油田采出水，输送至膜组件中进行错流过滤处理，进入膜组件的进水水质如下：

悬浮物含量：19mg/L

油含量：17.5mg/L

进行膜过滤的工艺控制参数如下：

进水流量：2m³/h产水流量：1.95m³/h

浓水：0.05m³/h水回收率：97.5%

测试油田采出水从进水管11流入进水区18的水流压力，即进水压力，记为P11；产水区17的产水导出口13的水流压力，即产水压力，记为P13；浓水区19的浓水出水管12的水流压力，即浓水压力，记为P12，测定结果如表1所示。并依据测定结果计算膜组件过滤过程中的跨膜压差，记为P，跨膜压差P的计算公式为：

跨膜压差（P）=(P11+P12)/2-P13，计算结果如表1所示。

经过本发明膜组件过滤后的产水水质如下：

悬浮物含量：0.92mg/L

油含量：0.48mg/L

实施例2

除了产水通道3选用截面为边长为3mm的正方形通道之外，其余与实施例1相同。

采用膜组件测试油田采出水进行膜分离过程中进水压力P11、产水压力P13、浓水压力P12测定结果和跨膜压差P的计算结果如表1所示。

实施例3

制备膜芯过程中除了主体1的直径为20cm，长度为120cm；过滤通道2和产水通道3的直径均为5mm；相邻两排产水通道3之间间隔5排过滤通道2；过滤通道2的内壁涂覆过滤材料，形成过滤孔径为0.05μm的超滤膜；膜芯两端的密封区沿主体1纵向方向的长度为15cm；沿主体1的纵向方向同一排的导流槽的个数为4个，每个导流槽的长度为15cm；高度为7.5mm，同一排位置上相邻两个导流槽之间的间距为10cm之外，其余与实施例1相同。

组装膜组件步骤与实施例1相同。

过滤处理过程中除了进入膜组件的待处理进水水质和膜过滤的工艺参数不同之外，其余与实施例1相同，其中进入膜组件的待处理进水水质如下：

悬浮物含量：31.5mg/L

油含量：29.8mg/L

悬浮固体粒径：4.5μm

进行膜过滤的工艺控制参数如下：

进水流量：2m³/h产水流量：1.95m³/h

浓水：0.05m³/h水回收率：97.5%

膜组件过滤油田采出水过程中进水压力P11、产水压力P13、浓水压力P12测定结果和跨膜压差P的计算结果如表1所示。

经过本发明膜组件过滤后的产水水质如下：

悬浮物含量：0.95mg/L

油含量：0.8mg/L

悬浮固体粒径：0.74μm

实施例4

制备膜芯过程中除了主体1的直径为5cm，长度为20cm；过滤通道2和产水通道3的直径均为2mm；相邻两排产水通道3之间间隔3排过滤通道2；过滤通道2的内壁涂覆过滤材料，形成孔径为0.1μm的微滤膜；膜芯两端的密封区沿主体1纵向方向的长度为5cm；沿主体1的纵向方向同一排的导流槽的个数为3个，每个导流槽的长度为2cm；高度为2mm，相邻两个导流槽之间的间距为2cm之外，其余与实施例1相同。

组装膜组件步骤与实施例1相同。

悬浮物含量：19.0mg/L

油含量：15.2mg/L

悬浮固体粒径：2.8μm

膜过滤的工艺控制参数如下：

进水流量：0.2m³/h产水流量：0.196m³/h

浓水：0.004m³/h水回收率：98%

经过本发明膜组件过滤后的产水水质如下：

悬浮物含量：0.80mg/L

油含量：0.68mg/L

悬浮固体粒径：0.854μm

对照例

如图9、10所示，除了在制备膜组件过程中不开设导流槽、通道两端均无密封，即在膜芯中没有产水通道，所有通道均为过滤通道，待过滤水流透过过滤通道内壁的微滤膜进入膜芯主体后，经过在主体内的渗透传递，流到膜芯的外侧之外，其余与实施例1相同。

表1蜂窝状多通道膜组件压力测试结果

	P11（MPa）	P13（MPa）	P12（MPa）	P（MPa）11 -->
					实施例1	0.20	0.1	0.190	0.095
实施例2	0.235	0.045	0.200	0.17
					实施例3	0.2	0.05	0.18	0.14
实施例4	0.19	0.085	0.19	0.11
					对照例	0.260	0.03	0.250	0.225

测试结果和计算结果表明：

本发明蜂窝状多通道膜芯及其膜组件进行过滤处理的过程中，过滤产水在载体中渗透距离短，传递阻力小，各个产水通道内产水的流动阻力基本相同，各个过滤通道的通量和过滤水量基本相同，延长膜组件的使用寿命，整体膜过滤效率高。

水流过滤时膜芯中的跨膜压差小，降低了水流膜过滤的传递阻力，各通道的流量分布平均，降低过滤过程的跨膜压差和能耗，降低膜的深度污堵，膜过滤效率高，而且膜组件反冲洗周期长，产水水质好，满足低渗和特低渗区块油藏回注水的要求，达到《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》（SY/T5329-94）的A级标准，降低了油田采出水的处理成本。

Claims

1.一种膜芯，其特征是包括：

主体(1)，膜过滤支撑体；

过滤通道(2)，所述过滤通道(2)成排分布于主体(1)上，并且沿着主体的纵向贯通所述主体，每排过滤通道相互平行；

产水通道(3)，成排分布于主体(1)上，沿着主体的纵向延伸，其中相邻两排产水通道(3)之间间隔3-6排所述过滤通道(2)，并且产水通道(3)位于主体的两个端面的开口封闭，产水通道与所述过滤通道相互平行；其中，所述产水通道(3)的尺寸大于所述过滤通道(2)的尺寸；

导流槽(4)，开设在主体(1)外侧壁上的贯通主体的通孔，在沿主体的纵向方向上与同一排产水通道(3)间隔排列，收集产水通道内的产水，其中，膜芯主体上所述过滤通道和产水通道数为6-10个/cm²；沿主体纵向方向处于同一排位置上的所述导流槽的个数为3-4个；导流槽沿主体纵向方向的长度为1-20cm，导流槽的高度与产水通道的高度之比为100-150:100。

2.如权利要求1所述的膜芯，其特征是所述主体(1)的垂直于主体纵向方向的截面呈圆形、椭圆形、长方形或正多边形。

3.如权利要求1所述的膜芯，其特征是还包括组装在所述过滤通道(2)内壁的过滤层(5)。

4.如权利要求1所述的膜芯，其特征是所述过滤通道(2)、产水通道(3)的垂直于主体(1)的纵向的截面呈圆形、椭圆形、长方形，正多边形或者其它多边形。

5.如权利要求1所述的膜芯，其特征是所述导流槽(4)距离所述主体(1)的两个端面的距离为2-20cm。

6.一种膜组件，其特征是，包括：

膜芯(7)，所述膜芯包括：

主体(1)，膜过滤支撑体；

导流槽(4)，开设在主体(1)外侧壁上的贯通主体的通孔，在沿主体的纵向方向上与同一排产水通道(3)间隔排列，收集产水通道内的产水；其中，膜芯主体上所述过滤通道和产水通道数为6-10个/cm²；沿主体纵向方向处于同一排位置上的所述导流槽的个数为3-4个；导流槽沿主体纵向方向的长度为1-20cm，导流槽的高度与产水通道的高度之比为100-150:100；外壳(8)，中空的圆柱体或直棱柱体，套设在膜芯(7)的外围；

上、下端盖(9、10)，分别设置在外壳(8)的上、下部；其中，下端盖(10)与进水管(11)连接，上端盖(9)与浓水出水管(12)连接；

产水导出口(13)，开设在外壳(8)外侧，将经过过滤的产水导出膜组件。

7.如权利要求6所述的膜组件，其特征是外壳(8)与膜芯(7)通过密封圈(14)密封，其中密封圈安装在膜芯主体(1)两端的外侧。

8.如权利要求6所述的膜组件，其特征是在外壳(8)的中部开设有反冲洗水的进口(15)，用于膜组件清洗时输入反冲洗水流。