CN105413472A - 一种新型水处理膜组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型水处理膜组件，包括相互连通构成输水管路并呈框架结构的多根输水管，与输水管路连通并安装在该框架结构上的数个水处理膜堆，以及对应每个水处理膜堆设置的相应数量条曝气管；所述水处理膜堆包括膜片、密封圈、固定圈和集水管，其中，膜片中部具有大小与集水管外径匹配的安装通孔，密封圈与该安装通孔匹配，集水管两端分别与对应位置的输水管连通，其上具有多个出水小孔。本发明采用碟片式膜片，并采用串接方式将所有膜片设置呈筒柱状，构成周围进液处理、中心出水的结构，在保证充足的膜接触面积的基础上，极大地减小了膜堆占用体积，从而使同样体积的膜组件内具有更大膜面积，提高了水处理性能。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体地讲，涉及的是一种新型水处理膜组件。
背景技术
膜技术被誉为21世纪的水处理技术，在近40年来发展日益迅速。与传统水处理技术相比，膜技术具有节能、投资少、操作简便、处理效率高等优点，其应用给人类带来了巨大的环境和经济效益。膜技术在水处理中的应用范围很广泛，既可用于饮用水处理也可用于废水处理，在某些特殊行业的水处理方面也有涉足。
在膜技术应用过程中，膜污染是最大的问题。随着使用时间的延长，污染物吸附在膜表面，经过长期堆积，会造成膜孔堵塞，降低膜处理性能。而这种情况已经成为膜法水处理工艺中的瓶颈之一。
因此，如何提高膜组件的抗污染性能成为本领域技术人员重点研究的课题。
发明内容
为克服现有技术存在的问题，本发明提供一种处理效果好、节能高效的新型水处理膜组件。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种新型水处理膜组件，包括相互连通构成输水管路并呈框架结构的多根输水管，与输水管路连通并安装在该框架结构上的数个水处理膜堆，以及对应每个水处理膜堆设置的相应数量条曝气管，所述曝气管相互连通构成气路用于连接外部曝气机；所述水处理膜堆包括膜片、密封圈、固定圈和集水管，其中，膜片中部具有大小与集水管外径匹配的安装通孔，密封圈与该安装通孔匹配，集水管两端分别与对应位置的输水管连通，其上具有多个出水小孔；N个所述膜片与N+1个所述密封圈依次间隔堆列，使每2个密封圈夹持1个膜片，且密封圈与安装通孔位置对应，所述集水管穿过安装通孔和密封圈内圈将所有膜片和密封圈串接，并在两端部的密封圈位置各采用一固定圈将所有膜片和密封圈固定在集水管上，所述出水小孔位于集水管上设有膜片的位置。
为了增加相关体积内的有效膜面积，相邻的所述膜片间的间距为2~5mm。为了提高出水效率，所述出水小孔的孔径不超过膜片的厚度。
进一步地，所述膜片包括上下依次层叠并压制呈碟片状的改性PVDF膜、支撑导流网和改性PVDF膜，以及在该碟片状中心处贯穿所有改性PVDF膜和支撑导流网的安装通孔，所述上下两层改性PVDF膜的外围边缘压制为封闭的一体；所述出水小孔与支撑导流网连通。
更进一步地，所述改性PVDF膜由PVDF基膜和在所述PVDF基膜表面涂覆的复合改性涂层构成。
具体来说，所述PVDF基膜由如下质量百分比的组分构成的铸膜液经如下过程制成：
铸膜液组分：PVDF16~30%，乙二醇单甲醚15~20%，聚乙烯吡咯烷酮20~25%，二甲基甲酰氨2~5%，二甲基吡咯烷酮10~15%，二甲基亚砜7~12%；
所述PVDF基膜成型过程：将上述各组分材料按量混合后，在65~100℃的温度条件下搅拌24~36h至溶解均匀，形成铸膜液；然后将制成的铸膜液倒在玻璃板上，刮制成初膜，并在15~25℃的条件下凝固成形；初膜成形后自动脱离玻璃板，然后将初膜置于超纯水中浸泡12~24h，并每隔3h换一次水，最后洗净获得PVDF基膜。
并且，所述复合改性涂层由在洗净后的PVDF基膜表面涂覆的复合改性试剂晾干后形成；所述复合改性试剂由7~20%质量百分比的聚乙烯醇、2~15%质量百分比的马来酸酐、0.1~1%质量百分比的过氧化异丙苯和0~3.8%质量百分比的聚乙烯吡咯烷酮构成的溶质均匀溶解于超纯水溶剂中制得。
为了提高对于每个膜堆的曝气强度，所述曝气管设置于对应水处理膜堆的下方。
为了更好地分配曝气强度，以及使气泡更有效地对膜表面进行冲刷，所述曝气管上开设有数个微孔和数个粗孔，该粗孔面积不小于该微孔面积的2倍；所述微孔位置与膜片位置对应，所述粗孔位置与两相邻膜片的间距位置对应。
为了避免曝气气泡从侧面散出，同时防止膜片周围液体浓度过高产生浓差极化现象，所述输水管构成的框架结构的至少一侧设有百叶窗式隔板；所述百叶窗式隔板包括与所述输水管构成的框架结构连接的基框，以及设置于基框上的数个呈斜向间隔安装的百叶片。优选地，在所述框架结构的相对两侧或四周均设置百叶窗式隔板。
更进一步地，至少一根所述输水管为透明管体，以便于观察管道内水质颜色，从而判断是否有膜片损坏。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明采用碟片式膜片，并采用串接方式将所有膜片设置呈筒柱状，构成周围进液处理、中心出水的结构，在保证充足的膜接触面积的基础上，极大地减小了膜堆占用体积，从而使同样体积的膜组件内具有更大膜面积，提高了水处理性能，并且特殊处理过的膜片还大大增强了膜表面的抗污染性能和透水性，提高了水处理性能，并且本发明构思新颖，结构简单，成本低廉，方便实用，具有广泛的应用前景，适合推广应用。
（2）本发明还采用特殊材料制成的膜片，提高了膜片的柔韧度，其弯曲不易变形，表面光滑，能够提高膜表面的水流紊流效果减小浓差极化，同时膜上形成的孔洞呈多孔海绵网状结构，大大提高了抗污堵性，还通过改性试剂对膜表面进行电位处理，使其更具亲水性，且膜层附着力强，不易分离剥落。
（3）本发明采用三层结构的膜片结构，通过外部两层的PVDF膜过滤后的净水由中间夹层的支撑导流网处流入中心部位，双向密封圈的设计使过滤后的水只能从集水管上的出水小孔进入集水管中汇集，改变了以往过滤出水方式，独具特色。
（4）本发明利用输水管构成框架结构，在兼顾产水收集的情况下还起到了支架作用，减少了额外材料制作，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中膜堆的结构示意图。
图3为本发明中膜片的剖视图。
图4为本发明中改性PVDF膜的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
如图1至图4所示，该新型水处理膜组件，包括相互连通构成输水管路并呈框架结构的多根输水管1，与输水管路连通并安装在该框架结构上的数个水处理膜堆10，以及对应每个水处理膜堆设置的相应数量条曝气管2，所述曝气管相互连通构成气路用于连接外部曝气机；所述水处理膜堆包括膜片11、密封圈12、固定圈13和集水管14，其中，膜片中部具有大小与集水管外径匹配的安装通孔15，密封圈与该安装通孔匹配，集水管两端分别与对应位置的输水管连通，其上具有多个出水小孔；N个所述膜片与N+1个所述密封圈依次间隔堆列，使每2个密封圈夹持1个膜片，且密封圈与安装通孔位置对应，所述集水管穿过安装通孔和密封圈内圈将所有膜片和密封圈串接，并在两端部的密封圈位置各采用一固定圈将所有膜片和密封圈固定在集水管上，所述出水小孔位于集水管上设有膜片的位置。
为了增加相关体积内的有效膜面积，相邻的所述膜片间的间距为2~5mm。为了提高出水效率，所述出水小孔的孔径不超过膜片的厚度。
进一步地，所述膜片包括上下依次层叠并压制呈碟片状的改性PVDF膜16、支撑导流网17和改性PVDF膜，以及在该碟片状中心处贯穿所有改性PVDF膜和支撑导流网的安装通孔15，所述上下两层改性PVDF膜的外围边缘压制为封闭的一体；所述出水小孔与支撑导流网连通。所述改性PVDF膜由PVDF基膜18和在所述PVDF基膜表面涂覆的复合改性涂层19构成。
为了提高对于每个膜堆的曝气强度，所述曝气管设置于对应水处理膜堆的下方。
为了更好地分配曝气强度，以及使气泡更有效地对膜表面进行冲刷，所述曝气管上开设有数个微孔3和数个粗孔4，该粗孔面积不小于该微孔面积的2倍；所述微孔位置与膜片位置对应，所述粗孔位置与两相邻膜片的间距位置对应。
为了避免曝气气泡从侧面散出，同时防止膜片周围液体浓度过高产生浓差极化现象，所述输水管构成的框架结构的至少一侧设有百叶窗式隔板5；所述百叶窗式隔板包括与所述输水管构成的框架结构连接的基框6，以及设置于基框上的数个呈斜向间隔安装的百叶片7。优选地，在所述框架结构的相对两侧或四周均设置百叶窗式隔板。
更进一步地，至少一根所述输水管为透明管体，以便于观察管道内水质颜色，从而判断是否有膜片损坏。
具体来说，所述PVDF基膜由如下质量百分比的组分构成的铸膜液经如下过程制成：
铸膜液组分：PVDF16~30%，乙二醇单甲醚15~20%，聚乙烯吡咯烷酮20~25%，二甲基甲酰氨2~5%，二甲基吡咯烷酮10~15%，二甲基亚砜7~12%；
所述PVDF基膜成型过程：将上述各组分材料按量混合后，在65~100℃的温度条件下搅拌24~36h至溶解均匀，形成铸膜液；然后将制成的铸膜液倒在玻璃板上，刮制成初膜，并在15~25℃的条件下凝固成形；初膜成形后自动脱离玻璃板，然后将初膜置于超纯水中浸泡12~24h，并每隔3h换一次水，最后洗净获得PVDF基膜。
并且，所述复合改性涂层由在洗净后的PVDF基膜表面涂覆的复合改性试剂晾干后形成；所述复合改性试剂由7~20%质量百分比的聚乙烯醇、2~15%质量百分比的马来酸酐、0.1~1%质量百分比的过氧化异丙苯和0~3.8%质量百分比的聚乙烯吡咯烷酮构成的溶质均匀溶解于超纯水溶剂中制得。制备复合改性试剂时，将上述溶质溶解于80±3℃的超纯水溶剂中，使用匀速搅拌器按75~150rad/min的速度对上述混合溶液搅拌15~25min，使各组分充分混合，形成胶黏状态。
将PVDF基膜用蒸馏水洗涤干净，然后在无菌环境中静置2h；将胶黏状态的复合改性试剂均匀涂覆于PVDF基膜表面，在25±3℃的温度下自然晾干。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种新型水处理膜组件，其特征在于，包括相互连通构成输水管路并呈框架结构的多根输水管，与输水管路连通并安装在该框架结构上的数个水处理膜堆，以及对应每个水处理膜堆设置的相应数量条曝气管，所述曝气管相互连通构成气路用于连接外部曝气机；所述水处理膜堆包括膜片、密封圈、固定圈和集水管，其中，膜片中部具有大小与集水管外径匹配的安装通孔，密封圈与该安装通孔匹配，集水管两端分别与对应位置的输水管连通，其上具有多个出水小孔；N个所述膜片与N+1个所述密封圈依次间隔堆列，使每2个密封圈夹持1个膜片，且密封圈与安装通孔位置对应，所述集水管穿过安装通孔和密封圈内圈将所有膜片和密封圈串接，并在两端部的密封圈位置各采用一固定圈将所有膜片和密封圈固定在集水管上，所述出水小孔位于集水管上设有膜片的位置。
2.根据权利要求1所述的新型水处理膜组件，其特征在于，相邻的所述膜片间的间距为2~5mm。
3.根据权利要求1所述的新型水处理膜组件，其特征在于，所述膜片包括上下依次层叠并压制呈碟片状的改性PVDF膜、支撑导流网和改性PVDF膜，以及在该碟片状中心处贯穿所有改性PVDF膜和支撑导流网的安装通孔，所述上下两层改性PVDF膜的外围边缘压制为封闭的一体；所述出水小孔与支撑导流网连通。
4.根据权利要求3所述的新型水处理膜组件，其特征在于，所述改性PVDF膜由PVDF基膜和在所述PVDF基膜表面涂覆的复合改性涂层构成。
5.根据权利要求4所述的新型水处理膜组件，其特征在于，所述PVDF基膜由如下质量百分比的组分构成的铸膜液经如下过程制成：
铸膜液组分：PVDF16~30%，乙二醇单甲醚15~20%，聚乙烯吡咯烷酮20~25%，二甲基甲酰氨2~5%，二甲基吡咯烷酮10~15%，二甲基亚砜7~12%；
所述PVDF基膜成型过程：将上述各组分材料按量混合后，在65~100℃的温度条件下搅拌24~36h至溶解均匀，形成铸膜液；然后将制成的铸膜液倒在玻璃板上，刮制成初膜，并在15~25℃的条件下凝固成形；初膜成形后自动脱离玻璃板，然后将初膜置于超纯水中浸泡12~24h，并每隔3h换一次水，最后洗净获得PVDF基膜。
6.根据权利要求5所述的新型水处理膜组件，其特征在于，所述复合改性涂层由在洗净后的PVDF基膜表面涂覆的复合改性试剂晾干后形成；所述复合改性试剂由7~20%质量百分比的聚乙烯醇、2~15%质量百分比的马来酸酐、0.1~1%质量百分比的过氧化异丙苯和0~3.8%质量百分比的聚乙烯吡咯烷酮构成的溶质均匀溶解于超纯水溶剂中制得。
7.根据权利要求1~6任一项所述的新型水处理膜组件，其特征在于，所述曝气管设置于对应水处理膜堆的下方。
8.根据权利要求7所述的新型水处理膜组件，其特征在于，所述曝气管上开设有数个微孔和数个粗孔，该粗孔面积不小于该微孔面积的2倍；所述微孔位置与膜片位置对应，所述粗孔位置与两相邻膜片的间距位置对应。
9.根据权利要求1~6任一项所述的新型水处理膜组件，其特征在于，所述输水管构成的框架结构的至少一侧设有百叶窗式隔板；所述百叶窗式隔板包括与所述输水管构成的框架结构连接的基框，以及设置于基框上的数个呈斜向间隔安装的百叶片。
10.根据权利要求1~6任一项所述的新型水处理膜组件，其特征在于，至少一根所述输水管为透明管体。
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