CN104474912B - 一种中空纤维管及其构成的曝气充氧装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种中空纤维管，其由细度0.001－0.01D的超细纤维丝和/或其构成的纤维束编织而成；编织所得的中空纤维管管壁上具有若干柔性孔，柔性孔是在编织过程中由纤维丝与纤维束、纤维丝之间及纤维束之间平行排列和/或交叉重叠而形成，柔性孔的孔径随风压的不同可在1－30μm间变化。本发明还公开了由上述中空纤维管构成的曝气充氧装置，该装置具有氧利用率高（可达25－40%）、不易堵塞、机械强度高、使用寿命长、制作方便，成本低等显著优点，可广泛用于化工、环保、渔业养殖等领域涉及充氧曝气的场合。
Description
技术领域
本发明属于曝气设备技术领域，具体涉及一种中空纤维管及其构成的曝气充氧装置。
背景技术
曝气充氧是指将空气中的氧强制向液体中转移的过程，其目的是获得足够的溶解氧。通过提高水体中的溶氧量，为水生生物提供赖以生存的氧气，主要涉及水产养殖、污水处理等领域。常用的曝气方式有机械曝气、鼓风曝气、气泡曝气、表面曝气等。
曝气是污水好氧生物处理系统中的一个重要工艺过程，目前广泛使用的是鼓风曝气系统：其由鼓风机提供净化过的空气，通过管道系统送入生物池底部的曝气装置。曝气装置的作用是将空气分散成气泡，扩散到混合液中，使气泡中的氧溶解到混合液中提供微生物生化反应所需要的溶解氧，同时保证污水的充分混合，使活性污泥处于悬浮状态，通过泥、水、气三相的充分接触，保证活性污泥充分利用水中的溶解氧来分解有机污染物和含N、P的营养物。因此，曝气效果的好坏极大地影响了生物处理系统的效率。同时，曝气又是一个非常耗能的过程，一般情况下曝气的能耗要占整个处理系统能耗的60－80%。因此，研究开发并推广使用高效节能的曝气装置是污水生物处理领域的重要课题。
目前常用的曝气充氧装置存在以下不足：（1）表面容易滋生微生物，容易被空气与污水中杂质颗粒所堵塞；（2）布气层较厚，空气通道较长，压力损失大，加大了能源消耗；（3）机械强度差，运行时间的增加会造成装置老化，缩短了曝气充氧装置的使用寿命。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供了一种中空纤维管及其构成的曝气充氧装置，该装置性能稳定，曝气效果好。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种中空纤维管，其由细度0.001－0.01D的超细纤维丝和/或其构成的纤维束编织而成；编织所得的中空纤维管管壁上具有若干柔性孔，柔性孔是在编织过程中由纤维丝与纤维束、纤维丝之间及纤维束之间平行排列和/或交叉重叠而形成，柔性孔的孔径随风压的不同可在1－30μm间变化。中空纤维管可采用编织行业的常规技术进行编织，如：可参照文献（王瑞，肖长发等，同质编织管增强型聚丙烯腈中空纤维膜研究，高分子学报，2013年第2期224-231）进行编织。
具体的，所述中空纤维管的外径为1.0－2.0mm（优选1.0－1.5mm）、内径为0.8－1.6mm（优选0.6－1.1mm）、壁厚为0.2－1.2mm（优选0.4－0.8mm）。
所述超细纤维丝由弹性模量小于1000MPa的聚乙烯、聚丙烯、醋酸纤维素、聚氯乙烯和聚偏氟乙烯中等有机高分子材料及其衍生物的一种或两种以上制成。所述的超细纤维丝可通过静电纺丝、直接纺丝法、复合纺丝—机械(或化学)剥离法、复合纺丝—溶解(或水解)剥离法及共混纺丝—溶解(或水解)剥离法等常规纺丝方法制得。
所述纤维束由总根数在10－500根的超细纤维丝单纤维合并而得，且纤维束经过表面疏水或亲水处理。纤维束可采用改性剂浸渍、负载添加剂等常规方法进行表面疏水或亲水处理，使其具有疏水性或亲水性，以满足不同的水质环境。
一种由上述中空纤维管构成的曝气充氧装置，其包括两个进气管和至少一个中空纤维管，中空纤维管位于两个进气管之间，进气管管壁开设有孔，且中空纤维管的两端分别通过孔与两个进气管连通，连通处用粘结剂密封或焊接密封。中空纤维管可以为多层，每层为一个或多个平行排列的中空纤维管。
所述中空纤维管通过粘结剂与进气管固定连接；所述粘结剂为环氧树脂、酚醛树脂、醋酸乙烯树脂、间苯二甲酸聚酯或环氧丙烯酸树脂等。此外，还可以在粘接剂中加入适量乙二胺、乙烯基三胺、间苯二胺、间苯二甲胺、双氰胺等固化剂以提高密封处的耐磨损、耐腐蚀等性能；也可以在粘接剂中加入适量滑石粉、石棉粉、碳纤维、粉末状软木、无规聚丙烯等填充剂，以减少粘结剂的用量降低成本，同时减小粘结剂线膨胀系数和收缩率。
一种由上述中空纤维管构成的曝气充氧装置，其包括一个进气管和一个中空纤维管，进气管一端管壁上开设有孔，中空纤维管一端从进气管内部由内向外穿过该孔螺旋缠绕在进气管的外壁上，中空纤维管的另一端直接附着在进气管的外壁上或穿过进气管的管壁位于进气管内部。
进气管及其管壁开设的孔的截面形状没有特殊要求，矩形、圆形、椭圆形等均可。进气管材质也没有特殊要求，可以是聚氯乙烯类（PVC）、聚丙烯类（PP）、通用聚苯乙烯（GPPS）、耐冲击性聚苯乙烯（HIPS）、聚碳酸树酯（PC）、聚缩醛树酯（POM）、ABS硬质塑料、金属或其它。
本发明曝气充氧装置中的中空纤维管作为基本充氧部件，使用时将曝气充氧装置放入水中，与中空纤维管相连的进气管连接鼓风机，开启鼓风机，空气通过进气管的管道进入中空纤维管，然后经中空纤维管管壁上的柔性孔进入水中，达到曝气充氧效果。
和现有技术相比，本发明曝气充氧装置具有以下优点：
1）制作方便，成本低，制作价格远低于刚玉盘式曝气器等；
2）机械强度高，使用寿命长；
3）作为曝气充氧装置主体的中空纤维管管壁上布满柔性孔，柔性孔的孔径大小可变，密度大，使氧的利用率可达到25－40%；
4）作为曝气充氧装置主体的中空纤维管管壁上布满柔性孔，柔性孔在没有风压的情况下基本呈闭合状态，能有效防止曝气充氧装置堵塞；在风压存在情况下，柔性孔随着风压的不同，孔的张开度也随之变化，能有效降低空气阻力损失，降低风机能耗；
5）作为曝气充氧装置主体的中空纤维管能成疏水性或亲水性，以适应不同的水质环境。
6）作为曝气充氧装置主体的中空纤维管直径小，气道短而直，气压损失小，布气均匀，服务面积广，曝气强度大，可广泛用于化工、环保、渔业养殖等领域涉及充氧曝气的场合，极具推广应用价值。
附图说明
图1为实施例1所述曝气充氧装置的结构示意图；
图2为实施例2所述曝气充氧装置的结构示意图。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围不限于此。
实施例
1
一种中空纤维管，其由细度0.008D的超细纤维丝编织而成；编织所得的中空纤维管管壁上具有若干柔性孔，柔性孔是在编织过程中由纤维丝之间平行排列和/或交叉重叠而形成，柔性孔的孔径随风压的不同可在1－10μm间变化。所述中空纤维管的外径为1.2mm、内径为0.6mm、壁厚为0.3mm。所述超细纤维丝由弹性模量小于1000MPa的聚乙烯和聚丙烯制成。
如图1所示，一种由上述中空纤维管构成的曝气充氧装置，其包括两个进气管1和位于两个进气管1之间且平行排列的四个中空纤维管2，两个进气管1的管壁开设有孔，且中空纤维管2的两端分别通过孔与两个进气管1连通，连通处用环氧树脂密封。
中空纤维管2作为基本充氧部件，使用时将曝气充氧装置放入水中，与中空纤维管2相连的进气管1连接鼓风机，开启鼓风机，空气通过进气管1的管道进入中空纤维管2，然后经中空纤维管2管壁上的柔性孔进入水中，从而达到曝气充氧效果。参照行业标准HJ/T 252-2006《环境保护产品技术要求 中、微孔曝气器》进行测试，氧气利用率达35%。
实施例
2
一种中空纤维管，其由总根数在280根、细度0.002D的超细纤维丝单纤维构成的纤维束编织而成；编织所得的中空纤维管管壁上具有若干柔性孔，柔性孔是在编织过程中由纤维束之间平行排列和/或交叉重叠而形成，柔性孔的孔径随风压的不同可在15－25μm间变化。所述中空纤维管的外径为1.6mm、内径为1.0mm、壁厚为0.3mm。所述超细纤维丝由弹性模量小于1000MPa的醋酸纤维素和聚氯乙烯制成。
如图2所示，一种由上述中空纤维管构成的曝气充氧装置，其包括一个进气管1和一个中空纤维管2，进气管1一端管壁上开设有孔，中空纤维管2一端从进气管1内部由内向外穿过该孔并螺旋缠绕在进气管1的外壁上，中空纤维管2的另一端穿过进气管1的管壁位于进气管1内部。
本发明曝气充氧装置使用时放入污水中，使中空纤维管2完全浸没于水中，与中空纤维管2相连的进气管1的端部连接鼓风机，开启鼓风机，空气通过进气管1的内腔进入中空纤维管2，然后经中空纤维管2管壁上的柔性孔进入水中，从而达到曝气充氧效果。参照行业标准HJ/T 252-2006《环境保护产品技术要求 中、微孔曝气器》进行测试，氧气利用率达37%。
以上仅为本发明的具体实施例，并不以此限定本发明的保护范围;在不违反本发明构思的基础上所作的任何替换与改进,均属本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种中空纤维管，其特征在于，所述中空纤维管由细度0.001－0.01D的超细纤维丝和/或其构成的纤维束编织而成；编织所得的中空纤维管管壁上具有若干柔性孔，柔性孔是在编织过程中由纤维丝与纤维束、纤维丝之间及纤维束之间平行排列和/或交叉重叠而形成，柔性孔的孔径随风压的不同在1－30μm间变化；
所述中空纤维管的外径为1.0－2.0mm、内径为0.8－1.6mm、壁厚为0.2－1.2mm。
2.如权利要求1所述的中空纤维管，其特征在于，所述超细纤维丝由弹性模量小于1000MPa的聚乙烯、聚丙烯、醋酸纤维素、聚氯乙烯和聚偏氟乙烯中的一种或两种以上制成。
3.如权利要求1所述的中空纤维管，其特征在于，所述纤维束由总根数在10－500根的超细纤维丝单纤维合并而得，且纤维束经过表面疏水或亲水处理。
4.一种由如权利要求1至3任一所述中空纤维管构成的曝气充氧装置，其特征在于，包括两个进气管和至少一个中空纤维管，中空纤维管位于两个进气管之间，进气管管壁开设有孔，且中空纤维管的两端分别通过孔与两个进气管连通，连通处用粘结剂密封或焊接密封。
5.如权利要求4所述由中空纤维管构成的曝气充氧装置，其特征在于，所述粘结剂为环氧树脂、酚醛树脂、醋酸乙烯树脂、间苯二甲酸聚酯或环氧丙烯酸树脂。
6.一种由如权利要求1至3任一所述中空纤维管构成的曝气充氧装置，其特征在于，包括一个进气管和一个中空纤维管，进气管一端管壁上开设有孔，中空纤维管一端从进气管内部由内向外穿过该孔螺旋缠绕在进气管的外壁上，中空纤维管的另一端直接附着在进气管的外壁上或穿过进气管的管壁位于进气管内部。
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