CN104028106B - 一种柱状外压式超滤膜组件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种新型柱状外压式膜组件，包括外部粗滤单元、上封头单元、下封头单元以及设于外部粗滤单元内的超滤膜簇组合过滤单元、曝气孔；所述外部粗滤单元两端分别与上封头单元、下封头单元连接；所述上封头单元上设有上出水管、排气管和超声装置接口，所述下封头单元上设有下出水管、进气管；超滤膜簇组合过滤单元两端的出水口分别与上出水管、下出水管连接；气孔分别设置于上封头单元的排气管底部和下封头单元的进气管顶部。该超滤膜组件结构紧凑、占地面积小、使用方便、运行灵活、适用范围广，具有较好的推广应用前景。
Description
技术领域
本发明属于水处理领域，特别涉及一种柱状外压式超滤膜组件。
背景技术
超滤膜工艺近期在水处理领域的应用逐步受到人们关注，而外压式超滤膜作为一种工艺形式已经被广泛使用，其中包括柱状超滤膜组件，例如无锡中桥水厂的15万m3/d超滤膜后处理工程。为避免超滤膜组件的污染，常需在超滤膜组件前设置保安过滤器之类的预处理措施来确保膜组件的正常过滤。虽然此种方式可以保证超滤膜系统的长期运行，但也在一定程度上限制了超滤膜与其它工艺组合的可能性，使超滤工艺的应用效能及处理领域受到一定的影响。
在实际应用中，超滤工艺常需与混凝、预氧化、粉末活性炭吸附等工艺结合形成组合工艺。为充分利用膜池的水力停留时间，常需在膜池内投加一定的水处理药剂、材料(例如混凝剂、氧化剂以及粉末活性炭)来改善超滤出水的基本水质，取得了较好的处理效果，但是由此也带来了超滤膜过滤负荷的显著增加；常需通过剧烈的曝气搅动来确保超滤的过水水量，但应用结果仍然不太理想，容易造成膜的损伤和膜污染问题。因此，迫切需要研发一种新的浸没式超滤膜过滤的装置或方法，以便能够有效适应这一新的应用环境，从而进一步拓展超滤膜工艺的应用范围。
发明内容
发明目的：为了克服目前外压式超滤膜组件存在的不足，本发明的目的在于提供一种可用于高悬浮物条件下的新型外压式柱状超滤膜组件。
技术方案：本发明提供的一种新型柱状外压式超滤膜组件，包括外部粗滤单元、上封头单元、下封头单元以及设于外部粗滤单元内的超滤膜簇组合过滤单元、曝气孔；所述外部粗滤单元两端分别与上封头单元、下封头单元连接；所述上封头单元上设有上出水管、排气管和超声装置接口，所述下封头单元上设有下出水管、进气管；超滤膜簇组合过滤单元两端的出水口分别与上出水管、下出水管连接；气孔分别设置于上封头单元的排气管底部和下封头单元的进气管顶部。
作为改进，所述外部粗滤单元为孔径为2-10微米的316L不锈钢滤布。
作为另一种改进，所述超滤膜簇组合过滤单元由5-100组相互独立的超滤膜簇组成。
作为另一种改进，所述超滤膜簇由100-500根膜丝密封在直径为20-40mm的UPVC或PPR管内制成，膜丝长度在2000mm以内。
作为另一种改进，所述外部粗滤单元过滤面积与过滤单元膜丝总面积比值为1∶50～1∶1000。
作为另一种改进，气孔直径介于1-5mm，进气管上设置脉冲进气装置。
作为另一种改进，超声辅助冲洗系统采用振幅杆式，通过超声装置接口与膜组件连接；超声频率控制在20-160KHz，振幅杆长度与膜组件等长，可采用两端相对布置的方式，且振幅杆采用周边辐射的形式。
有益效果：本发明提供的新型柱状外压式超滤膜组件结构紧凑、占地面积小、使用方便、运行灵活、适用范围广，具有较好的推广应用前景。
具体而言，本发明通过在超滤膜组件的外侧设置一层不锈钢滤布，从而可以实现膜组件进水的初步过滤，将水中的大部分较大的颗粒物进行初步截留，从而降低了进入后续超滤膜的过滤负荷；根据目前超滤膜前处理的基本形式及作用，本发明选用了质量较好的316L不锈钢滤布，并且优选了其孔径范围，从而可以较好的满足超滤膜对进水水质的要求，延长超滤膜的反洗周期。
本发明将不锈钢滤布与封头单元采用密闭连接，形成一完整整体，从而可以利用超滤膜的抽吸泵实现滤布、超滤膜的双重过滤，降低了能耗。
本发明的超滤膜部分采用各自独立的膜簇形式以及单簇膜的膜丝数量，从而极大可能地避免了少量进入穿透外侧粗滤单元的颗粒物在膜丝中间粘结、进而导致膜污染；此外单簇设置并且设置有活动接口的超滤膜有利于后续针对特定条件下的断裂膜丝的更换或修补。
本发明利用超滤膜簇中间的空隙来进行空气气洗即充分利用了空间，又更能充分发挥空气反洗的作用，有效减轻超滤膜的污染。
本发明结合超滤过滤的基本特性，在超滤膜正常过滤过程中采用了脉冲式的空气冲洗方式，从而在确保冲洗效果的同时有效降低了空气清洗的能耗；此外，可根据膜污染的变化情况及时调整脉冲频率，进一步满足超滤膜过滤要求。
本发明在反洗和过滤过程中，还额外设置了超声辅助清洗装置，且根据膜组件形式设置成了可拆卸式，从而可以多组膜组件共用一个超声清洗装置，显著降低费用。
本发明针对膜过滤系统及反洗系统的改进，可以通过增加组合膜簇的数量来显著增加单个膜组件的总膜丝数量(理论上膜簇数量可以超过100个)，从而显著增加单个膜组件的处理能力。
附图说明
图1为本发明新型一种新型柱状外压式膜组件的结构示意图。
图2为本发明新型一种新型柱状外压式膜组件的内部结构示意图。
图3为本发明新型一种新型柱状外压式膜组件的纵截面图。
图4为本发明新型一种新型柱状外压式膜组件的横截面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明新型一种新型柱状外压式膜组件做出进一步说明。
新型柱状外压式超滤膜组件，见图1至图4，包括外部粗滤单元1、上封头单元2、下封头单元3以及设于外部粗滤单元1内的超滤膜簇组合过滤单元4、曝气孔5；所述外部粗滤单元1两端分别与上封头单元2、下封头单元3连接；所述上封头单元2上设有上出水管21、排气管22和超声装置接口23，所述下封头单元3上设有下出水管31、进气管32；超滤膜簇组合过滤单元4两端的出水口分别与上出水管21、下出水管31连接；曝气孔5分别与排气管22、进气管32连接。
所述外部粗滤单元1为孔径为2-10微米的316L不锈钢滤布；所述超滤膜簇组合过滤单元4由5-100组相互独立的超滤膜簇组成，所述超滤膜簇由100-500根膜丝密封在直径为20-40mm的UPVC或PPR管内制成，膜丝长度在2000mm以内；所述外部粗滤单元1过滤面积与过滤单元4膜丝总面积比值为1∶50～1∶1000；所述曝气孔5直径介于1-5mm，与之相连的空气管路设置脉冲控制器；所述超声辅助冲洗系统采用振幅杆式，通过超声装置接口23与膜组件连接；超声频率控制在20-160KHz，振幅杆长度与膜组件等长，可采用两端相对布置的方式，且振幅杆采用周边辐射的形式。
该装置在使用时，包括以下步骤：
(1)过滤：将超滤膜组件置于待处理水中，待处理水经外部粗滤单元1粗滤后进入组件内部，并经超滤膜簇组合过滤单元4过滤后，由上出水管21、下出水管31流出；
(2)反冲洗：利用气洗、水洗、超声辅助清洗三部分协同反冲洗；其中，水冲洗利用水泵将水泵入超滤膜组件内，气冲利用脉冲控制器控制空气通入进气管32中脉冲冲洗，超声辅助冲洗是将振幅杆式超声装置插入超声装置接口23内，振幅杆长度与膜组件等长，超声频率控制在20-160KHz。
为验证本发明超滤膜组件的效能，在南京某水厂进行了相关的效能验证，实验分别取用原水、沉后水进行实验。为了验证其效能，分别在水中额外添加典型微量物质(阿特拉津)使其含量为50μg/L左右，并在膜池内投加浓度为200mg/L的粉末活性炭，实验期间进出水水质情况(试验期间原水的水质情况如表1所示)。
通过采用不同的参数设置，验证水处理效果，该装置运行参数见表2。
表1新型柱状外压式超滤膜组件运行参数
表2采用原水进行实验时的进出水水质情况
表3采用沉后水进行实验时的进出水水质情况
且每个工况条件经过1月左右的连续运行，并未发现明显的膜污染现象，超滤膜运行跨膜压差一直稳定4-6kPa，反冲洗效果良好。
Claims (4)
1.一种柱状外压式超滤膜组件，其特征在于：包括外部粗滤单元（1）、上封头单元（2）、下封头单元（3）以及设于外部粗滤单元（1）内的超滤膜簇组合过滤单元（4）、气孔（5）；所述外部粗滤单元（1）两端分别与上封头单元（2）、下封头单元（3）连接；所述上封头单元（2）上设有上出水管（21）、排气管（22）和超声装置接口（23），所述下封头单元（3）上设有下出水管（31）、进气管（32）；超滤膜簇组合过滤单元（4）两端的出水口分别与上出水管（21）、下出水管（31）连接；气孔（5）分别设置于上封头单元（2）的排气管（22）底部和下封头单元（3）的进气管（32）顶部；所述外部粗滤单元（1）为孔径为2-10μm的316L不锈钢滤布；所述超滤膜簇组合过滤单元（4）由5-100组相互独立的超滤膜簇组成；所述超滤膜簇由100-500根膜丝密封在直径为20-40mm的UPVC或PPR管内制成，膜丝长度在2000mm以内。
2.根据权利要求1所述的一种柱状外压式超滤膜组件，其特征在于：所述外部粗滤单元（1）过滤面积与过滤单元（4）膜丝总面积比值为1：50~1：1000。
3.根据权利要求1所述的一种柱状外压式超滤膜组件，其特征在于：气孔（5）直径介于1-5mm，进气管路设置脉冲进气装置。
4.根据权利要求1所述的一种柱状外压式超滤膜组件，其特征在于：超声装置接口（23）中接入振幅杆式超声装置，超声频率为20-160KHz，振幅杆长度与膜组件等长，可采用两端相对布置的方式，且振幅杆采用周边辐射的形式。
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