CN105771667A - 一种流态改善性正渗透膜组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种改善正渗透膜内部流态,从而减轻正渗透膜内部浓差极化的改进型正渗透膜组件及其应用,属于水和废水处理技术领域。该正渗透膜组件包括进水口、出水口、正渗透膜、模块化膜组件框架、流态改善折板等结构;驱动液从进水口进入膜组件内,流经三块上下交错且等距间隔的异波折板后,从出水口流出。通过增加内部导流折板,改善了正渗透膜内部流态,从而达到减缓内部浓差极化及膜污染的目的;通过改变外边框设计,使其能同时满足流态改善和多个膜组件的模块化拼接的需求。

Description

一种流态改善性正渗透膜组件
技术领域
本发明涉及膜分离领域,具体为一种改善正渗透膜内部流态的结构设计。通过增加内部导流折板,达到改善正渗透膜内部流态,增加流体扰动,减缓内部浓差极化以及膜污染的目的。通过改变外边框设计,使其能同时满足流态改善和多个膜组件的模块化拼接。属于水和废水处理技术领域。
背景技术
近30年来,将膜分离与生物处理法相结合的膜-生物反应器(Membranebioreactor,MBR)工艺作为一种新型高效的污水处理技术受到了国内外研究机构的广泛关注。目前传统MBR主要采用外压驱动膜分离过程,如反渗透、纳滤、超滤和微滤。这种外加压力驱动膜分离过程,虽然有其自身优点,但是需要外加压力,即增加了能耗,同时运行过程中常常伴随着严重的膜污染,降低运行效率,而这两点也是制约MBR在污水处理领域中大规模应用的主要原因。
为解决这一问题,Cornelissen首次提出一种由渗透压作为驱动力的渗透膜-生物反应器(Osmosismembranebioreactor,OMBR)工艺。这一工艺采用正渗透膜作为分离介质,其分离过程不需要外加压力,即降低了能耗,同时由于较低的运行压力,其膜污染程度相对外加压力膜过程大大减轻。该OMBR系统对COD以及NH4 +-H的去除率都达到95%以上,出水效果好。此外,正渗透膜较高的水力清洗恢复率以及截留效率也是其他膜分离过程无法比拟的优势。因此,对正渗透膜-生物反应器系统理论及应用技术的研究有望打破传统MBR能耗高、污染重的瓶颈,使其成为解决我国水环境现状的新型高效技术之一。
在OMBR中,水分子由渗透压较低的污泥混合液一侧通过正渗透膜进入到高渗透压的驱动液中,被稀释的驱动液再通过反渗透或其他物理化学方法分离回收。近些年一些研究结论不仅证明了正渗透膜技术的高效、可行性,并且为正渗透膜技术的应用提供了重要的理论基础。
但是在实际运行中,大量的研究和实践表明,采用渗透压差为驱动力的正渗透的实际水通量要小于理论水通量,这是由浓差极化现象造成的,特别是内浓差极化对正渗透的实际水通量有主导作用。因此,优化膜组件设计,减轻内浓差极化对提高膜通量和推广正渗透膜的应用有非常积极的作用。
发明内容
本发明的目的在于提出一种流态改善性正渗透膜组件,通过对传统的平板正渗透膜组件进行改造,在内部增加导流折板,增加内部流体的扰动,减轻内浓差极化;同时改变外边框形态,保证内外达到提高产水量的目的。
本发明提出的一种流态改善性正渗透膜组件,包括进水口、出水口、正渗透膜、模块化膜组件框架、流态改善折板、透气孔和联通孔,模块化膜组件框架的顶部两侧设置有进水口和出水口,流态改善折板有3块,垂直布置于模块化膜组件框架内,将模块化膜组件框架内分为四个部分,位于左右两侧的流态改善折板的上部与模块化膜组件框架内顶部相连,且与模块化膜组件框架连接处设置有透气孔,位于中间的流态改善折板的下部与模块化膜组件框架内底部相连,且与模块化膜组件框架连接处设置有联通孔;正渗透膜粘贴于模块化膜组件框架的前后两面;驱动液从进水口依次进入模块化膜组件框架一侧与左侧的流态改善折板组成的空间,左侧的流态改善折板与中间的流态改善折板组成的空间、中间的流态改善折板与右侧的流态改善折板组成的空间、右侧的流态改善折板与模块化膜组件框架另一侧组成的空间,最后从出水口流出。
本发明中,流态改善折板所采用异波折板设计,每块流态改善折板由若干段薄板以60o~120°相交连成。
本发明中,模块化膜组件框架一侧与左侧的流态改善折板组成的空间,或左侧的流态改善折板与中间的流态改善折板组成的空间、或中间的流态改善折板与右侧的流态改善折板组成的空间中,相邻的薄板连接处向内凹陷处构成波峰,相邻的薄板连接处向外凸出处构成波谷;控制驱动液在波峰处流速为20cm-1,波谷出流速为5cm-1,使驱动液在相邻的流态改善折板之间产生涡旋,促进流体内部的混合。
本发明中,模块化膜组件框架的两侧面采用折板设计,改善进水流道和出水流道的流态;模块化膜组件框架的两侧面采用A面和B面设计,A面能够同B面契合,保障不同组件之间能够通过框架紧密相连。
本发明中,模块化膜组件框架一侧与左侧的流态改善折板为对称布置,左侧的流态改善折板与中间的流态改善折板为对称布置,中间的流态改善折板与右侧的流态改善折板为对称布置,右侧的流态改善折板与模块化膜组件框架另一侧为对称布置。
本发明的有益效果在于:通过增加内部导流折板,改善了正渗透膜内部流态,从而达到减缓内部浓差极化及膜污染的目的;通过改变外边框设计,使其能同时满足流态改善和多个膜组件的模块化拼接的需求。
附图说明
图1是本发明设计正渗透膜组件整体示意图;
图2是本发明设计正渗透膜组件折板示意图;
图3是本发明设计正渗透膜膜组件折板内水流形态示意图;
图4是本发明设计正渗透膜组件外框设计与组合示意图;(a)为设计图,(b)为组合示意图;
图中标号,1为进水口,2为出水口,3为正渗透膜,4为模块化膜组件框架A面,5为模块化膜组件框架B面,6为流态改善折板,7为透气孔,8为联通孔。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
为更好地说明本发明,便于理解本发明的技术方案,本发明的典型但非限制性的实施例如下:
实施例1:一种流态改善性正渗透膜组件,包括:进水口1、出水口2、正渗透膜3、模块化膜组件框架A面4、模块化膜组件框架B面5、流态改善折板6、透气孔7以及联通孔8。所述进水口1及出水口2分别位于模块化膜组件框架上侧的左右两端,正渗透膜3紧贴于模块化膜组件框架前后两面,三块流态改善折板6采用异波折板设计,上下交错,且等距排列在模块化膜组件框架内部。
所述三块流态改善折板6,左右两块为上部与模块化膜组件框架相连的折板,与模块化膜组件框架结合的部分设置透气孔7,便于模块化膜组件中的气体排出,以免产生集气,造成短流;中间一块为下部与模块化膜组件框架相连的折板,与模块化膜组件框架结合的部分设置联通孔8,减少水流对折板的冲击,并且能改善最底部的流态,以免形成死角。流态改善折板6由若干段薄板以一定角度相交连成,形成60o~120o异波折板,相邻的薄板波峰处流速约为20cm·s-1,波谷出流速约为5cm·s-1,采用ABS塑料/有机玻璃材料。
所述模块化膜组件框架,两侧采用折板式设计,如图4所示,能够保障进水流道和出水流道的流动也能呈较好的流动状态。采用AB面设计,4模块化膜组件框架A面能够同5模块化膜组件框架B面契合,保障不同组件之间能够通过框架紧密相连。
如图1所示,驱动液从上述进水口进入膜组件内,流经左中右三块上下交错且等距间隔的异波折板,最后从出水口流出。两个折板之间波峰与波峰相对,波谷与波谷相对,形成一缩一放的流态,驱动液在折板单元内的流态得到改善,产生涡流作用,促进液体内部的混合,减轻内部膜表面的浓差极化现象。
实施例2
采用实施例1所述装置,将某水质净化厂采集的活性污泥放入采用本发明组件的正渗透膜生物反应器中驯化,汲取液通过蠕动泵由进水口进入膜腔内,在膜腔内正渗透膜的包围下,依次通过由模块化膜组件框架A面和流态改善折板,流态改善折板间,流态改善折板和模块化膜组件框架B面组成的三条流道,最后通过出水口出水。其中进水污水水质条件如下:COD=522±21mg·L-1,TN=41±5mg·L-1,NH4 +-N=37±4mg·L-1,NO3-N=4±1mg·L-1,TP=4±1mg·L-1
组件参数如下:折板夹角60o,波峰流速20.2cm·s-1,波谷流速4.6cm·s-1
运行条件如下:水温16.2oC,pH=6.5,汲取液1MNaCl,稳定运行通量7.4LMH。
出水水质如下:COD未检出,TN未检出,NH4 +-N未检出,NO3-N未检出,TP未检出。
实施例3
将某水质净化厂采集的活性污泥放入采用本发明组件的正渗透膜生物反应器中驯化,汲取液通过蠕动泵由进水口进入膜腔内,在膜腔内3正渗透膜的包围下,依次通过由模块化膜组件框架A面和流态改善折板,流态改善折板间,流态改善折板和模块化膜组件框架B面组成的三条流道,最后通过出水口出水。其中进水污水水质条件如下:COD=522±21mg·L-1,TN=41±5mg·L-1,NH4 +-N=37±4mg·L-1,NO3-N=4±1mg·L-1,TP=4±1mg·L-1
组件参数如下:折板夹角90o,波峰流速20.2cm·s-1,波谷流速5.4cm·s-1
运行条件如下:水温16.4oC,pH=6.4,汲取液1MNaCl,稳定运行通量8LMH。
出水水质如下:COD未检出,TN未检出,NH4 +-N未检出,NO3-N未检出,TP未检出。
实施例4
将某水质净化厂采集的活性污泥放入采用本发明组件的正渗透膜生物反应器中驯化,汲取液通过蠕动泵由进水口进入膜腔内,在膜腔内正渗透膜的包围下,依次通过由4模块化膜组件框架A面和6流态改善折板,流态改善折板间,流态改善折板和5模块化膜组件框架B面组成的三条流道,最后通过出水口出水。进水污水水质条件如下:COD=522±21mg·L-1,TN=41±5mg·L-1,NH4 +-N=37±4mg·L-1,NO3-N=4±1mg·L-1,TP=4±1mg·L-1
组件参数如下:折板夹角120o,波峰流速20.2cm·s-1,波谷流速6.7cm·s-1
运行条件如下:水温16.7oC,pH=6.4,汲取液1MNaCl,稳定运行通量7.6LMH。
出水水质如下:COD未检出,TN未检出,NH4 +-N未检出,NO3-N未检出,TP未检出。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征以及方法,但本发明并不局限于上述详细结构特征以及方法,即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征以及方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (5)

1.一种流态改善性正渗透膜组件,其特征在于,包括进水口、出水口、正渗透膜、模块化膜组件框架、流态改善折板、透气孔和联通孔,模块化膜组件框架的顶部两侧设置有进水口和出水口,流态改善折板有3块,垂直布置于模块化膜组件框架内,将模块化膜组件框架内分为四个部分,位于左右两侧的流态改善折板的上部与模块化膜组件框架内顶部相连,且与模块化膜组件框架连接处设置有透气孔,位于中间的流态改善折板的下部与模块化膜组件框架内底部相连,且与模块化膜组件框架连接处设置有联通孔;正渗透膜粘贴于模块化膜组件框架的前后两面;驱动液从进水口依次进入模块化膜组件框架一侧与左侧的流态改善折板组成的空间,左侧的流态改善折板与中间的流态改善折板组成的空间、中间的流态改善折板与右侧的流态改善折板组成的空间、右侧的流态改善折板与模块化膜组件框架另一侧组成的空间,最后从出水口流出。
2.根据权利要求1所述的流态改善性正渗透膜组件,其特征在于,流态改善折板所采用异波折板设计,每块流态改善折板由若干段薄板以60o~120°相交连成。
3.根据权利要求1所述的流态改善性正渗透膜组件,其特征在于,模块化膜组件框架一侧与左侧的流态改善折板组成的空间,或左侧的流态改善折板与中间的流态改善折板组成的空间、或中间的流态改善折板与右侧的流态改善折板组成的空间中,相邻的薄板连接处向内凹陷处构成波峰,相邻的薄板连接处向外凸出处构成波谷;控制驱动液在波峰处流速为20cm-1,波谷出流速为5cm-1,使驱动液在相邻的流态改善折板之间产生涡旋,促进流体内部的混合。
4.根据权利要求1所述的流态改善性正渗透膜组件,其特征在于,模块化膜组件框架的两侧面采用折板设计,改善进水流道和出水流道的流态;模块化膜组件框架的两侧面采用A面和B面设计,A面能够同B面契合,保障不同组件之间能够通过框架紧密相连。
5.根据权利要求1所述的流态改善性正渗透膜组件,其特征在于,模块化膜组件框架一侧与左侧的流态改善折板为对称布置,左侧的流态改善折板与中间的流态改善折板为对称布置,中间的流态改善折板与右侧的流态改善折板为对称布置,右侧的流态改善折板与模块化膜组件框架另一侧为对称布置。
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