CN105080343A - 膜柱和耐高压膜柱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种膜柱和耐高压膜柱，膜柱包括内部具有容纳腔的壳体和设置在所述容纳腔的膜片，膜片将容纳腔分割为至少一个第一腔室和至少一个第二腔室，壳体上设置有进水口、产水口和浓缩液口，进水口和浓缩液口均与第一腔室连通，并且进水口和浓缩液口相远离地设置，产水口与第二腔室连通，产水口与进水口相靠近地设置；该耐高压膜柱在上述膜柱壳体的中心穿入第二腔室的中心拉杆，并且在中心拉杆的周侧设置两端分别与壳体的两个相对面固接的辅助拉压机构。本发明的有益效果为：水从底部进入会将密度低的空气向上部挤压，最终由浓缩液口排出，不会由于气泡形成气堵，减少了膜柱的阻力损失，增大了膜与水的接触面积，减少了启动设备的排气时间。

Description

膜柱和耐高压膜柱

技术领域

本发明涉及一种水处理膜柱，具体涉及一种膜柱和耐高压膜柱。

背景技术

高污染、高盐分污水包括化工、制药等领域产生的污水，也包括工业锅炉补给水等给水处理中产生反渗透浓液，还包括市政工程中的垃圾渗滤液，这些污水一旦排入自然水体将会严重污染地表水和地下水，同时造成土地的盐碱化。大部分污水中所含盐类为氯化钠，这种一价盐不同温度下在水中的溶解度高达35.8—39.8g/100g水，易溶于水，很难与其他离子形成难溶盐，通常的处理工艺是采用蒸发结晶或喷雾干燥工艺将盐分离出来，但能耗极高，大部分污水的含盐量在0.5—5g/100g水，直接蒸发的话将造成运行费用过高，浪费能源。同时大部分污水除了氯化钠外还含有大量有机物、结垢离子等污染物，如果采用传统的卷式膜进行浓缩，则会由于卷式膜流道过窄、膜表面湍流作用不足等因素造成膜污染，使得系统无法运行。目前常用的工艺通常是采用碟管式膜进行浓缩后再进入蒸发器蒸发处理，碟管式膜较之卷式膜具有开放式的宽通道、膜表面湍流作用强、耐压等级高等优势，可以适应绝大多数浓盐水的处理。它的缺点是1.由于进料在膜柱底部，先从底部升至顶部，进行180度转弯后再从顶部向下流动，期间仍会进行多次转弯，最后仍从底部流出，这使得膜柱的水力损失较大，能耗较高，同时进出水方式为下进下出，不利于排气；2.高压膜柱由于耐受压力极高，中心拉杆通常无法满足力学要求，须采用不锈钢膜壳，不锈钢膜壳的作用一方面是增大膜壳的耐压能力，另一方面是通过膜壳上的螺纹固定压板，给上下端盖提供压力，弥补中心拉杆抗拉能力的不足，但由于不锈钢膜壳加工难度大，材料昂贵，使得膜柱造价极高，经济性较差；3.由于系统为高压运行，一旦形成水锤、背压，导流盘上造湍流的凸起设计会刺破膜，造成膜片的损坏报废，实际运行中90％的膜损坏都是由于这种情况造成的。

如图1、图2所示，目前膜柱进水是由底部进水沿膜壳与导流盘的缝隙升至顶端，再由顶端布水向下流动，最后浓缩液和透过液也从底部排出，这种设计使得进水在膜柱内流道过长，并且做了180度的转向，增大了阻力损失，同时由于进水口、浓缩液出口、透过液出口都在膜柱下方，而气体较水密度低很多，在进水过程中是向上运动的，使得膜柱排气困难。

如图1所示目前所使用的常压膜柱为玻璃钢膜壳，膜柱内的压力产生了对上下端盖的推力，上下端盖将推力传导给中心拉杆，形成对中心拉杆的拉力。当压力等级升高后，玻璃钢膜壳可以通过加厚来满足抗压需求，但是中心拉杆抗拉能力无法满足膜柱需要。如图3、图4所示，目前所使用的高压膜柱采用加厚不锈钢膜壳，膜壳的上下两端均设内螺纹，内螺纹可以用来固定上下压板，上下压板的作用是将上下端盖的力传导给不锈钢膜壳，使其分担中心拉杆的拉力，从而达到耐高压的目的，由于碟管式膜柱处理的均为高盐度水，对不锈钢的材质要求较高，加之膜壳管径大、耐压高、螺纹连接，加工精度要求极高，膜壳造价极高，由于高压膜壳的造价占膜柱成本的70％以上，这使得高压膜柱的经济性很差。

如图5、图6和图7所示，目前所使用的导流盘上布满凸起，主要目的是形成湍流，但凸起过于尖锐，当膜柱受到背压或水锤时膜片会被紧紧压在导流盘上，膜片就会被凸起刺破，造成膜片报废。

发明内容

本发明的目的是提供一种膜柱和一种耐高压膜柱，以克服现有技术存在的上述不足。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

膜柱，包括内部具有容纳腔的壳体和设置在所述容纳腔的膜片，所述膜片将所述容纳腔分割为至少一个第一腔室和至少一个第二腔室，所述壳体上设置有进水口、产水口和浓缩液口，所述进水口和所述浓缩液口均与所述第一腔室连通，并且所述进水口和所述浓缩液口相远离地设置，所述产水口与所述第二腔室连通，所述产水口与所述进水口相靠近地设置。

进一步的，所述膜片多次弯曲，以增大表面积。

进一步的，上述膜柱还包括多个轴线重合、边缘的厚度大于中部厚度的导流盘，所述导流盘的外缘与形成所述容纳腔的内壁配合，所述膜片为多个上下平行布置、袋状的膜袋，任意相邻的两个所述导流盘的中部之间形成一容纳一个所述膜袋的第三腔室，所述膜袋的底部朝向所述导流盘的边缘；

所有所述导流盘上均设有上下对应的通过孔，所述膜袋在所述通过孔远离所述导流盘的边缘的两侧分别与其上部的导流盘之间和其下部的导流盘之间均密封连接。

进一步的，所述导流盘上设有光滑过渡的凸起。

进一步的，上述膜柱还包括中心拉杆、上法兰和下法兰，其中：

所述中心拉杆穿过所述第二腔室；

所述壳体包括具有上开口和下开口的膜壳及分别与所述上开口、所述下开口配合的上端盖和下端盖，所述进水口和所述产水口分别设置在所述下端盖上，所述浓缩液口设置在所述上端盖上；

所述中心拉杆依次穿过所述上端盖、所述上法兰、所述第二腔室、所述下法兰和所述下端盖，所述中心拉杆的两端分别固定在所述上端盖和所述下端盖上，所述上法兰上设有第一通孔，所述下法兰上分别设有第二通孔和第三通孔，所述第一通孔的位置与所述浓缩液口的位置对应，所述第二通孔的位置与所述进水口的位置对应，所述第三通孔的位置与所述产水口的位置对应；

所述上端盖、所述上法兰、所述下法兰和所述下端盖均与所述膜壳密封连接，所述上端盖、所述上法兰、所述下法兰和所述下端盖均与所述中心拉杆密封连接。

优选的，所述第一通孔的横截面的面积大于所述第二通孔的横截面的面积，所述第一通孔的横截面的面积大于所述第三通孔的横截面面积。

耐高压膜柱，除包括该中心拉杆外还包括若干均匀布置在所述中心拉杆的周侧的辅助拉压机构，所述辅助拉压机构的上端和下端分别通过锁紧件锁紧在所述上端盖和所述下端盖上。

优选的，所述辅助拉压机构的数量为四个。

进一步的，所述辅助拉压机构包括两个压盖和一个辅助拉杆，两个所述压盖分别与上端盖和所述下端盖固定连接，两个所述压盖上分别开设有上下对应的第四通孔，所述辅助拉杆的两端设有外螺纹，所述辅助拉杆分别穿过两个所述压盖上的第四通孔后通过锁紧螺母锁紧在两个所述压盖上。

优选的，所述压盖的形状为带有中心孔的凸台盘，所述压盖的中心孔的轴线与所述中心拉杆的轴线重合，所述膜壳的两端分别超出所述上端盖和所述下端盖，所述压盖上的凸台与所述膜壳的两端的内壁配合。

本发明的有益效果为：

本发明从膜柱下部的进水口进水，进水通过下法兰的配水孔进入膜柱，下法兰的作用是使水流均匀进入，水进入后沿导流盘和膜片形成的过水流道向上流动，在流动过程中水分子透过膜进入到膜片(袋)中，然后从膜片(袋)出口汇集到中心拉杆周围的空隙处，产水向下流动，从产水口流出。进水向上流动，经过多层膜片(袋)，由于水分子的不断透过膜片流出，进水浓度变得越来越高，最后形成浓缩液从膜柱顶端的浓缩液口流出，在开始运行时由于膜柱内充满空气，水从底部进入会将密度低的空气向上部挤压，最终由浓缩液口排出，气体的排出使得膜柱内部充满水，不会由于气泡形成气堵，减少了膜柱的阻力损失，增大了膜与水的接触面积，减少了启动设备的排气时间；

高压膜柱内的压力高达160bar以上，膜柱内的压力传导给膜壳和上下端盖，膜壳为加厚玻璃钢膜壳，膜壳可以耐受160bar以上的高压，上下端盖受到的压力传导给中心拉杆、压盖和辅助拉杆，形成对中心拉杆和辅助拉杆的拉力，中心拉杆、压盖和辅助拉杆均为不锈钢材质，四根辅助拉杆提供的拉力弥补了中心拉杆抗拉能力的不足，压盖为钢板切割后与厚壁管焊接而成，辅助拉杆为不锈钢棒材加工而成，两者加工精度要求低，加工难度小；

本发明用辅助拉杆承拉替代了膜壳承拉，从而大大降低了对膜壳的材质和加工精度的要求，从而可以使用价格便宜的玻璃钢膜壳，同时新增的压盖和辅助拉杆由于加工难度低，材料用量少，造价同样较低，膜壳和辅助拉杆的造价只有不锈钢膜壳的约20％，这使得高压膜柱总体价格大幅下降；

本发明的导流盘上的凸起为圆滑过渡的弧形设计，更符合水力学需求，消除了导流盘上的死角，增大膜表面的湍流作用，由于采用了弧形设计，即便遇到背压水锤等工况，膜紧贴导流盘，突起部分不至于刺伤膜片，本发明所使用的导流盘对于膜表面有更好的保护作用，不易造成膜穿孔。

附图说明

图1是现有常压碟管式膜柱的仰视图；

图2是图1中截面A-A的剖视图；

图3是现有高压碟管式膜柱的仰视图；

图4是图3中截面A-A的剖视图；

图5是现有碟管式膜柱的导流盘的俯视图；

图6是图5中截面A-A的剖视图；

图7是图6中区域Y的局部放大图；

图8是本发明的碟管式膜柱的仰视图；

图9是图8中截面A-A的剖视图；

图10是本发明的耐高压碟管式膜柱的仰视图；

图11是图10中截面A-A的剖视图；

图12本发明所述的碟管式膜柱和耐高压碟管式膜柱的导流盘的俯视图；

图13是图12中截面A-A的剖视图；

图14是图12中区域Z的局部放大图。

图中：1、中心拉杆；2、膜壳；3、下端盖；4、下法兰；5、上法兰；6、上端盖；7、导流盘；8、膜片；9、O型圈；10、进水口；11、产水口；12、浓缩液口；13、压板；14、压盖；15、辅助拉杆；16、凸起；17、第一通孔；18、第二通孔；19、第三通孔；20、第四通孔；21、通过孔。

具体实施方式

优选实施方式

如图8和图9所示，膜柱，包括内部具有容纳腔的壳体和设置在容纳腔的膜片8，膜片8将容纳腔分割为至少一个第一腔室和至少一个第二腔室，壳体上设置有进水口10、产水口11和浓缩液口12，进水口10和浓缩液口12均与第一腔室连通，并且进水口10和浓缩液口12相远离地设置，产水口11与第二腔室连通，产水口11与进水口10相靠近地设置。需要处理的水经进水口10进入第一腔室内后立即接触到将容纳腔分割成第一腔室和第二腔室的膜片8，然后经膜片8的作用将水得以净化，净化完的水经膜片8进入第二腔室后从产水口11流出，水的流动方向如图8中的箭头方向，在第一腔室内远离进水口10的位置，浓度高的水从浓缩液口12流出，从而将水净化。需处理的水在边流动边净化，避免了如图1-图7的碟管式膜柱的压力损失，提高了设备的处理效果。需要说明的是膜片8可根据实际需要处理的水中含有的溶质的不同而选用不同的型号。

膜片8多次弯曲，以增大表面积，以延长膜片8与水的接触时间，使得水经膜片8的充分渗透后得以回收。

上述膜柱还包括多个轴线重合、边缘的厚度大于中部厚度的导流盘7，如图12-图14所示导流盘7的外缘与形成容纳腔的内壁配合，膜片8为多个上下平行布置、袋状的膜袋，任意相邻的两个导流盘7的中部之间形成一容纳一个膜袋的第三腔室，膜袋的底部朝向导流盘7的边缘；所有导流盘7上均设有上下对应的通过孔21，膜袋在通过孔21远离导流盘7的边缘的两侧分别与其上部的导流盘7之间和其下部的导流盘7之间均密封连接。导流盘7上设有光滑过渡的凸起16，更符合水力学需求，消除了导流盘7上的死角，增大膜表面的湍流作用，由于采用了弧形设计，即便遇到背压水锤等工况，膜紧贴导流盘7，突起部分不至于刺伤膜片8，本发明所使用的导流盘7对于膜表面有更好的保护作用，不易造成膜穿孔。

上述膜柱还包括中心拉杆1、上法兰5和下法兰4，其中：中心拉杆1穿过第二腔室；壳体包括具有上开口和下开口的膜壳2及分别与上开口、下开口配合的上端盖6和下端盖3，进水口10和产水口11分别设置在下端盖3上，浓缩液口12设置在上端盖6上；中心拉杆1依次穿过上端盖6、上法兰5、第二腔室、下法兰4和下端盖3，中心拉杆1的两端分别固定在上端盖6和下端盖3上，上法兰5上设有第一通孔17，下法兰4上分别设有第二通孔18和第三通孔19，第一通孔17的位置与浓缩液口12的位置对应，第二通孔18的位置与进水口10的位置对应，第三通孔19的位置与产水口11的位置对应；上端盖6、上法兰5、下法兰4和下端盖3均与膜壳2密封连接，上端盖6、上法兰5、下法兰4和下端盖3均与中心拉杆1密封连接，该密封连接为O型圈9。

本发明从膜柱下部的进水口10进水，进水通过下法兰4的配水孔进入膜柱，下法兰4的作用是使水流均匀进入，水进入后沿导流盘7和膜片8形成的过水流道向上流动，在流动过程中水分子透过膜进入到膜片8或膜袋中，然后从膜片8或膜袋出口汇集到中心拉杆1周围的空隙处，产水向下流动，从产水口11流出。进水向上流动，经过多层膜片8或膜袋，由于水分子的不断透过膜片8流出，进水浓度变得越来越高，最后形成浓缩液从膜柱顶端的浓缩液口12流出，在开始运行时由于膜柱内充满空气，水从底部进入会将密度低的空气向上部挤压，最终由浓缩液口12排出，气体的排出使得膜柱内部充满水，不会由于气泡形成气堵，减少了膜柱的阻力损失，增大了膜与水的接触面积，减少了启动设备的排气时间。

第一通孔17的横截面的面积大于第二通孔18的横截面的面积，第一通孔17的横截面的面积大于第三通孔19的横截面面积。该设置是因为，进水从第一通孔17内进入第一腔室内，净化后的水从第三通孔19流出，浓缩液从第一通孔17流出，即进水分别分流至第二通孔18和第三通孔19，故该设置满足系统的稳定运行。

耐高压膜柱，如图10和图11所示，除包括该中心拉杆1外还包括若干均匀布置在中心拉杆1的周侧的辅助拉压机构，辅助拉压机构的上端和下端分别通过锁紧件锁紧在上端盖6和下端盖3上。辅助拉压机构的数量可以为四个。使用辅助拉压机构代替图4中的压板13，使该辅助拉压机构承受拉力。该耐高压膜柱对水的处理的工作原理与上述的膜柱对水的处理的工作原理相同，水的流动方向即图11的箭头方向。

作为该辅助拉压机构的一种形式，其结构如下：辅助拉压机构包括两个压盖14和一个辅助拉杆15，两个压盖14分别与上端盖6和下端盖3固定连接，两个压盖14上分别开设有上下对应的第四通孔20，辅助拉杆15的两端设有外螺纹，辅助拉杆15分别穿过两个压盖14上的第四通孔20后通过锁紧螺母锁紧在两个压盖14上。压盖14的形状为带有中心孔的凸台盘，压盖14的中心孔的轴线与中心拉杆1的轴线重合，膜壳2的两端分别超出上端盖6和下端盖3，压盖14上的凸台与膜壳2的两端的内壁配合。膜壳2内的压力有时高达160bar以上，膜柱内的压力传导给膜壳2和上端盖6和下端盖3，膜壳2为加厚玻璃钢膜壳2，膜壳2可以耐受160bar以上的高压，上下端盖3受到的压力传导给中心拉杆1、压盖14和辅助拉杆15，形成对中心拉杆1和辅助拉杆15的拉力，中心拉杆1、压盖14和辅助拉杆15均为不锈钢材质，四根辅助拉杆15提供的拉力弥补了中心拉杆1抗拉能力的不足，压盖14为钢板切割后与厚壁管焊接而成，辅助拉杆15为不锈钢棒材加工而成，两者加工精度要求低，加工难度小。辅助拉杆15承拉替代了膜壳2承拉，从而大大降低了对膜壳2的材质和加工精度的要求，从而可以使用价格便宜的玻璃钢膜壳2，同时新增的压盖14和辅助拉杆15由于加工难度低，材料用量少，造价同样较低，膜壳2和辅助拉杆15的造价只有不锈钢膜壳2的约20％，这使得高压膜柱总体价格大幅下降。

Claims (10)

1.膜柱，其特征在于，包括内部具有容纳腔的壳体和设置在所述容纳腔的膜片，所述膜片将所述容纳腔分割为至少一个第一腔室和至少一个第二腔室，所述壳体上设置有进水口、产水口和浓缩液口，所述进水口和所述浓缩液口均与所述第一腔室连通，并且所述进水口和所述浓缩液口相远离地设置，所述产水口与所述第二腔室连通，所述产水口与所述进水口相靠近地设置。

2.根据权利要求1所述的膜柱，其特征在于，所述膜片多次弯曲，以增大表面积。

3.根据权利要求1所述的膜柱，其特征在于，还包括多个轴线重合、边缘的厚度大于中部厚度的导流盘，所述导流盘的外缘与形成所述容纳腔的内壁配合，所述膜片为多个上下平行布置、袋状的膜袋，任意相邻的两个所述导流盘的中部之间形成一容纳一个所述膜袋的第三腔室，所述膜袋的底部朝向所述导流盘的边缘；

所有所述导流盘上均设有上下对应的通过孔，所述膜袋在所述通过孔远离所述导流盘的边缘的两侧分别与其上部的导流盘之间和其下部的导流盘之间均密封连接。

4.根据权利要求3所述的膜柱，其特征在于，所述导流盘上设有光滑过渡的凸起。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的膜柱，其特征在于，还包括中心拉杆、上法兰和下法兰，其中：

所述中心拉杆穿过所述第二腔室；

所述壳体包括具有上开口和下开口的膜壳及分别与所述上开口、所述下开口配合的上端盖和下端盖，所述进水口和所述产水口分别设置在所述下端盖上，所述浓缩液口设置在所述上端盖上；

所述中心拉杆依次穿过所述上端盖、所述上法兰、所述第二腔室、所述下法兰和所述下端盖，所述中心拉杆的两端分别固定在所述上端盖和所述下端盖上，所述上法兰上设有第一通孔，所述下法兰上分别设有第二通孔和第三通孔，所述第一通孔的位置与所述浓缩液口的位置对应，所述第二通孔的位置与所述进水口的位置对应，所述第三通孔的位置与所述产水口的位置对应；

所述上端盖、所述上法兰、所述下法兰和所述下端盖均与所述膜壳密封连接，所述上端盖、所述上法兰、所述下法兰和所述下端盖均与所述中心拉杆密封连接。

6.根据权利要求5所述的膜柱，其特征在于，所述第一通孔的横截面的面积大于所述第二通孔的横截面的面积，所述第一通孔的横截面的面积大于所述第三通孔的横截面面积。

7.包括权利要求5所述的设备的耐高压膜柱，其特征在于，还包括若干均匀布置在所述中心拉杆的周侧的辅助拉压机构，所述辅助拉压机构的上端和下端分别通过锁紧件锁紧在所述上端盖和所述下端盖上。

8.根据权利要求6所述的耐高压膜柱，其特征在于，所述辅助拉压机构的数量为四个。

9.根据权利要求7或8所述的耐高压膜柱，其特征在于，所述辅助拉压机构包括两个压盖和一个辅助拉杆，两个所述压盖分别与上端盖和所述下端盖固定连接，两个所述压盖上分别开设有上下对应的第四通孔，所述辅助拉杆的两端设有外螺纹，所述辅助拉杆分别穿过两个所述压盖上的第四通孔后通过锁紧螺母锁紧在两个所述压盖上。

10.根据权利要求9所述的耐高压膜柱，其特征在于，所述压盖的形状为带有中心孔的凸台盘，所述压盖的中心孔的轴线与所述中心拉杆的轴线重合，所述膜壳的两端分别超出所述上端盖和所述下端盖，所述压盖上的凸台与所述膜壳的两端的内壁配合。