CN106925126A - 一种新型mbr软式平板膜元件及其膜组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型MBR软式平板膜元件及其膜组件，解决了目前平板膜组件装填密度小、生产成本高的问题。新型MBR平板膜元件包括两侧膜片和中间的衬布及导流网。膜片之间通过热熔胶焊接，于平板膜的顶部位置设置两个与膜腔相通的出水嘴，对于膜高度较大的膜元件，可在顶部出水嘴固定保留的前提下于侧面增设出水嘴。出水嘴粘接在两张平板膜之间。若干个平板膜元件通过支撑孔维持一定有效间距形成膜组件，相邻膜元件之间安装有一定厚度的隔垫以保证相同的膜间距。本发明的新型MBR软式平板膜元件取消了传统平板膜元件需要的塑料或其它耐腐蚀材料的支撑板，减轻了膜元件的重量，减小了膜元件的厚度，极大的降低了平板膜组件的制造成本，同时提高了单位体积的平板膜装填密度，降低了单位膜面积的曝气量，较柔软，可整体抖动，自清洁能力强，抗污染能力好。

Description

一种新型MBR软式平板膜元件及其膜组件

技术领域

本发明涉及一种污水处理装备及工艺设备技术领域，具体涉及一种新型MBR软式平板膜元件及其膜组件。

背景技术

膜生物反应器(Membrane bio-reactor，MBR)是将膜分离技术和传统活性污泥法生物处理技术集于一体的生化/固液分离系统，主要用于污水处理中，以超滤或微滤膜组件替代传统活性污泥法中的二次沉淀池实现高效的固液分离。目前，随着“水十条”的颁布以及海绵城市的建设，MBR工艺在生活污水处理以及工业废水治理中扮演着越来越重要的作用，应用也更为广泛。目前商品化的MBR分离膜组件结构形式多样，按照膜元件的形式分类主要有平板膜、中空纤维膜、管式膜等几大类。

与其他型式的膜相比，合理设计的平板膜具有清洗方法简单、机械稳定性好、抗污染性能强、寿命长、膜面冲刷条件好、能耗相对较低、运维费用更省的优势。

目前国内外投入生产的平板膜元件中，国内里仁环保公司开发生产的平板膜堆是由矩形膜片，使用流道格网取代平板膜ABS板，密封环，间隔条，中心集水管，两边档板组成的，其膜片，密封环等依次穿在中心集水管上，再由两边档板压紧密封，自身有固定条，固定板。膜片切割、焊接、密封后进行膜堆组装、接管而形成平板膜组件，可用于地表水，地下水，微污染水，工业及生活污水中的超滤与膜生物反应器中。国外以德国迈纳德公司开发的基于平板技术的BIO-CEL^®为例，采用连续的错流过程，自支撑结构的膜组件来实现无框架式安装，该膜是通过在一种特殊的间隔材料的两侧进行层压而成的，边框上进行热密封，滤液的抽吸也是通过这个层压片中心的透过液流道完成的。这类中心收集管膜元件及形成的膜组件，把集水和支撑放在一起，降低了投资成本，但存在气体可能在膜元件内顶部积存，难以排出的缺点，一旦出现该现象，顶部积气部位的原位清洗效果将很差，需要异位清洗，同时，中心集水模式使得集水管宽度的整个膜面高度内的有效面积减少，其它区域的膜面内产水量需求增大，容易超过临界通量值，产生膜面污染，形成恶性循环。

此外，韩建中等人在专利“一种MBR软式平板膜元件组合成的膜堆”（2016年，公开号105457496 A）中，设计膜元件出水孔与膜垫片及出水装置形成一个出水流道，膜元件四周密封，中间开孔同拉杆和膜保护套组成拉伸结构，这样的结构同样会造成气体逸出困难等问题。梁孝斌等人也在专利“新型袋式平板膜”（2015年，公开号204182295 U）中设计使用导流网代替膜组件的塑料支撑的设计结构，在平板膜元件的边缘位置设置有一至两个出水嘴，侧面出水的方式同样难以解决出水管在中心的积气问题，并且在膜清洗过程中，如果设置的出水嘴只有一个，还会存在积气排出不畅导致的药剂投加不均的问题。

2012-2015年期间，同济大学与上海子征环保科技有限公司在国家科技支撑计划项目《长三角城乡一体化村镇高效节地环境治理技术集成与示范》（2012BAJ21B05）中，逐步解决了软式平板膜元件边条断裂带来的漏水问题、支架加工繁琐费时的问题以及膜内部的气体积累的问题，研发了多种新型软膜模具产品，包括带不同导流网、不同衬布、不同焊接密封模式的软膜，以及外带的各种V型刮刀、错流刮刀等膜污染控制方式，进行了各种不同实用膜元件的长期试验，进而开发了一种没有昂贵的支撑板，超薄、填充密度大、曝气能耗低、投资成本低、弹性高，自清洁能力强的新型MBR软式平板膜元件，可以实现快速的标准化，规模化生产。不仅可以应用于传统的膜支架结构，还可以根据实际工程需要塑造成为任意尺寸大小的膜元件，应用更为灵活多变。

目前，国内传统的平板膜主要是以日本久保田公司开发的平板膜为模板进行研发，一个出水嘴的设置容易导致出水不均匀，并且在膜内腔原位加药清洗时会使得内部气压不稳定。而目前市场上的软式平板膜也主要是以德国迈纳德公司开发的软式平板膜为代表，大多采用中心集水的方式，极易导致平板膜内部气体积累。另外，大多数软式平板膜采用密封胶对平板膜进行粘接，难以保证平板膜元件长期在污水中的使用寿命。相比于市场上现有的软式平板膜，本发明通过长期的试验逐步解决了这些问题。本发明的新型MBR软式平板膜元件通过设置两个以上的出水嘴保证了膜元件的出水均匀性和内部气压稳定，在原位内腔注药清洗时利于清洗药剂的流入，顶部集水的方式能够避免膜内部积累气体。另外，本发明的膜元件采用热熔胶条进行粘接，其具有表面平整、质软、耐酸碱腐蚀、抗氧化等优点，能够有效保证膜元件在恶劣工作环境下的使用寿命。

发明内容

本发明提供了一种新型MBR软式平板膜，解决了现有平板膜装填密度小、投资成本高、不利于推广的问题。

同时，本发明还提供了一种基于所述软式平板膜的膜组件。

本发明提出的一种新型MBR软式平板膜元件，包括：平板膜片、衬布和导流网，其中：两张平板膜片的四周采用一定宽度的热熔胶条加热密封粘接为一体，两张平板膜片之间设有两张衬布和一张导流网，导流网的两侧对称布置有衬布，所述平板膜片的顶部位置至少设置有两个出水嘴，所述出水嘴的一端粘接于两张平板膜片之间，所述平板膜片的顶部、两侧及底部设置有支撑孔。

本发明中，热熔胶具有表面平整、质软、耐酸碱腐蚀、抗氧化等优点，避免了使用常规粘结剂—环氧树脂时，平板膜材料容易发脆裂开的问题，也避免了另一常用粘结剂——聚氨酯粘接时，受温度等环境影响大，粘结强度不足的问题。更加重要的是避免了粘结剂粘接不均匀的问题，可以确保产品的质量均一。

本发明中，所述衬布采用疏水材料，导流网采用高分子材料，能够有效避免内部滋生微生物。衬布与导流网之间采用几个固定点的点焊焊接固定，避免衬布、导流网间整体滑动。两者材料均采用具有简单结构的疏水材料制成，能够有效避免内部滋生微生物。衬布和导流网的数量可以依据实际需求适当增加，一般为两层衬布、一层导流网。

本发明中，所述出水嘴膜内部分呈扁平柱状，两侧延长，便于与平板膜片粘接紧密，膜外部分与出水管连接端呈圆柱状结构。出水嘴设于平板膜元件顶部，便于膜元件内部可能产生的气体逸出，数量至少为两个，便于出水均匀，同时两个出水嘴有利于维持膜元件内部气压稳定，在原位内腔注药清洗时利于清洗药剂的流入。当平板膜元件尺寸较大时，可在侧面增设出水嘴数量，以保证出水均匀。

本发明中，所述出水嘴数量至少为两个，设于平板膜元件顶部，当平板膜元件尺寸较大时，可在侧面增设出水嘴数量，以保证出水均匀，也避免原位内腔注药清洗时药剂投加均匀性受气体阻塞影响。

本发明中，所述支撑孔的数量视平板膜元件尺寸而定，位于同一侧的相邻的两支撑孔之间的间距为0.4-0.6m；所有设置支撑孔的部位应加设热熔条密封以保证平板膜元件的密封性和强度，同时，支撑孔和支撑杆之间通过带孔圆环接触，确保支撑孔不会因为结构强度不足而被撕裂引起膜的渗漏。

本发明中，所述膜组件由若干个软式平板膜元件依次叠加形成，每一个平板膜元件的顶部、两侧和底部均设置有支撑孔；所述膜组件的布置方式是传统平板膜组件的膜箱，或直接通过支撑杆串接放置于生化池内部。

本发明中，所述述支撑孔通过串入支撑杆以连接、定位各平板膜元件，所用支撑杆为直径略小于支撑孔圆环的、且满足平板膜组件结构强度的圆柱状或厚壁管杆；同时，支撑孔和支撑杆之间通过带孔圆环接触，确保支撑孔不会因为结构强度不足而被撕裂引起膜的渗漏。

本发明中，当两个相邻的平板膜元件间距过小时，为了避免相邻平板膜元件因柔软变形而发生粘附，适当减小支撑孔间距，通过垫片，控制平板膜变形，垫片的厚度可依据实际所需膜间距确定。

本发明中，当膜组件需要大规模使用时，将膜组件分隔成若干个模块，每个模块由10—100个左右平板膜元件串接而成，以方便后续的安装、清洗、更换。

本发明中，在保证升降流区的前提下所述新型MBR软式平板膜元件的高度和宽度可根据实际工程需要设计，当平板膜元件的高度大于1.5m时，应在侧面增设出水嘴以保证出水、原位内腔清洗时药剂投加的均匀，膜元件、组件宽不能超过1.0m。增设出水嘴的数量依据实际膜元件的尺寸而定。各膜元件的出水嘴位置应相同，以便于规模化安装以及后期维护。

本发明中，若干个平板膜模块之间的连接是固定连接或通过安装弹簧等进行弹性连接。当进水水质较低时，可选择固定连接；当进水水质较高时，可选择弹性连接，增强膜元件之间的振动，减轻膜污染。

本发明中，所述膜组件的布置方式是经典的平板膜组件的膜箱，即若干数量的平板膜元件通过支撑孔依次叠加形成一个膜组件，相邻膜元件之间安装一定厚度的隔垫，放置于膜箱之中，以膜箱为单位进行污泥混合液的固液分离。放置层数可根据实际需要采取单层或者多层布置；

所述膜组件的布置方式是直接布置在膜池中，即在两侧池壁活接支撑杆，方便今后异位离线清洗，利用支撑杆依次布置所述膜元件，相邻膜元件之间安装一定厚度的隔垫，底部布置曝气系统，膜元件周边加设围挡，保证曝气区的升流和非曝气区的降流特性。以保证混合液能够在曝气的作用下在生化池内形成循环流。该种布置方式省去了膜组件外部的膜框，降低了膜组件的生产成本，布置简单灵活，适用于大规模的布置膜组件。实际的平板膜组件的布置方式不仅限于上述两种，还可依据实际工程需求布置。

本发明的污水自膜片外进入膜内滤腔，通过衬布、导流网，净水自出水嘴排出，污染物被隔离在膜片外侧。

本发明与现有技术相比具有以下优点及突出性效果：

1、软式平板膜元件只由两层平板膜和内部的衬网、导流网构成，没有支撑板，超薄，提高了单位体积的装填密度，单位处理水量所需的曝气量降低；

2、传统平板膜元件中的支撑板价格较高，省却支撑板后，平板膜元件的制造成本降低，同时，重量下降也使得膜组件结构的投资成本降低；

3、本发明相比于传统的平板膜元件，弹性高，较柔软，在曝气时可轻微振动，自清洁能力强，可以降低膜污染；

4、相比于市场上现有的软式平板膜产品，本发明选用的粘接方式能够有效保证平板膜的气密性和使用寿命；其出水嘴的数量和位置的设计能够保证出水均匀，并有效避免膜内腔积聚气体，同时也利于膜内腔注药清洗；经典的膜箱布置方式以及直接布置于膜池的布置方式使得本发明能够更好的适用于不同的实际工程中；

5、模块化的设计使得有利于后续膜清洗的进行以及膜元件的检测维护，同时模块之间的弹性连接方式能够增强膜元件在曝气作用下的振动，降低膜污染。

附图说明

为使更进一步了解本发明的特征和技术内容，详见本发明实施方式及附图，然而所附附图和实施例仅供参考与说明用，并非是对本发明加以限制。

图1为本发明平板膜元件示意图；

图2为本发明平板膜元件侧面示意图；

图3为本发明平板膜元件结构图；

图4为本发明出水嘴三视图；其中：(ａ)为出水嘴正视图，(ｂ)为出水嘴侧视图，(ｃ)为出水嘴俯视图；

图5为本发明出水嘴与膜的粘接示意图；

图6为本发明平板膜组件结构图；

图7为本发明平板膜膜箱示意图；

图8为本发明平板膜膜箱布置立体示意图；

图9为本发明平板膜膜箱平面布置示意图；

图10为本发明平板膜直接布置示意图；

图中标号，1为平板膜片，2为衬布，3为导流网，4为新型MBR软式平板膜元件，5为支撑孔，6为出水嘴，7为新型MBR软式平板膜组件，8为支撑杆，9为隔垫，10为曝气管，11为产水软管，12为产水管，13为热熔胶，14为挡板，15为挂钩。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

实施例1：

参阅图1~图3，一种新型MBR软式平板膜，包括位于两侧的平板膜片1及中间的导流件，所述导流件由两层衬布2和一层导流网3构成。两侧的平板膜片1和中间的衬布2、导流网3构成五层结构的新型MBR软式平板膜元件4，两侧平板膜片1四周用热熔胶条粘接。该新型MBR软式平板膜元件4的顶部、两侧和底部设置有支撑孔5，该支撑孔５用于穿入支撑杆8，固定膜元件，支撑孔5的数量与平板膜片的尺寸以及平板膜片１间距有关，一般来说，支撑孔5之间的间距为0.5m左右，当相邻的膜元件间距过小时，可适当增加支撑孔5的数量。该新型MBR软式平板膜元件4的顶部设有两个与滤腔相通的出水嘴6。如图4和图５所示，出水嘴6的膜内部分为扁平状，两侧延长，便于与两侧的平板膜粘接紧密，出水嘴6的膜外部分为一定直径的圆柱状细管，便于与出水管相连。

参阅图６，一种新型MBR软式平板膜组件7，是由若干个新型软式平板膜元件依次叠加而成，每一个平板膜片1的顶部、两侧和底部均设置有支撑孔5，该支撑孔用于串入支撑杆8以连接各平板膜元件1，支撑杆8与各支撑孔5之间的结合处安装有与之相配合的隔垫9，隔垫9的实际厚度可以依据实际工程实际中所需要的膜间距确定。各平板膜元件1的顶部均设有两个出水嘴6，且不同膜元件的出水嘴位置相同。若实际膜元件的尺寸过大，可考虑在两侧增设出水嘴6以保证出水均匀。

实施例2：

参阅图７~图９，该新型MBR软式平板膜组件7在生化池中以膜箱的型式布置。支撑杆8为不锈钢管，串接有若干数量的平板膜元件4，相邻平板膜元件之间安装有一定厚度的隔垫9，使得相邻平板膜元件4之间的膜间距为5mm左右。由于膜间距较小，为了减轻膜污染，进水选择分离精度为0.2mm左右的精细杂质分离设备进行预处理。膜箱底部设有曝气管10，为平板膜组件提供生化反应所需要的氧气以及控制膜污染。膜池中的膜箱在安装时控制其升、降流区的面积之比为1：3左右，以保证混合液能够在曝气的作用下在生化池内形成循环流。各膜元件的出水嘴连接有配套的产水软管11，产水软管11连接着膜箱的产水管12，经由自吸泵抽吸将处理后的水抽至清水池。

实施例3：

参阅图10，该新型MBR软式平板膜组件7在生化池中可以分散悬挂布置。支撑杆8为不锈钢管，串接有若干数量的平板膜元件4，相邻平板膜元件之间安装有一定厚度的隔垫9，使得相邻平板膜元件4之间的膜间距为7mm左右。为了减轻膜污染，进水选择分离精度为0.2—1.0mm左右的精细杂质分离设备进行预处理。支撑杆8与生化池壁活接，便于后续的维修和拆装。生化池底部设置有曝气管10，为平板膜组件提供生化反应所需要的氧气以及控制膜污染。膜池中的膜箱在安装时控制其升、降流区的面积之比为1：3左右，以保证混合液能够在曝气的作用下在生化池内形成循环流。各膜元件的出水嘴连接有配套的软管11，软管11连接着膜箱的产水管12，经由自吸泵抽吸将处理后的水抽至清水池。

实施例4：

利用本发明对农村生活污水进行处理，进水COD浓度为180mg/L左右，氨氮浓度为32mg/L左右。仅设置好氧段，共放置10片软式平板膜元件，膜间距为7mm，单片软式平板膜元件面积为1.000 m²，尺寸为100cm×50cm，膜元件的出水头数量为两个，设置在顶部，膜组件升降流区比为1：1.8，运行通量为18 L·m^-2 ·h^-1，曝气强度为1.0 m³·m^-2·min^-1，污泥泥龄为30天。出水COD、氨氮、SS浓度均达到一级A排放标准，膜清洗周期维持在30d左右。

实施例5：

利用本发明对城市生活污水进行处理，进水COD浓度为300mg/L左右，氨氮浓度为38mg/L左右。仅设置好氧段，共放置10片软式平板膜元件，膜间距为8mm，单片软式平板膜元件面积为0.864 m²，尺寸为90cm×48cm，膜元件的出水头数量为两个，设置在顶部，膜组件升降流区比为1：1.6，运行通量为15 L·m^-2 ·h^-1，曝气强度为1.0 m³·m^-2·min^-1，污泥泥龄为30天。COD平均去除率为90%左右，氨氮平均去除率为93%左右，出水浊度小于1NTU，膜清洗周期维持在30d左右。

从以上的描述中，可以看出，本发明的实施例实现了如下的技术效果：

新型MBR软式平板膜元件取消了传统平板膜组件的塑料支撑板，极大的降低了平板膜的制造成本，便于平板膜的推广应用。软式平板膜元件的装填密度也得到了很大的提升。由于软式平板膜在曝气的作用下可轻微摆动，有利于减少平板膜表面的污染。模块化的设计有利于膜清洗以及检修维护。在直接布置方式下，可以极大的简化膜组件的样式，利于在工程中根据实际需求选用。

然而上述仅本发明较佳可行的实施例而已，非因此局限本发明保护范围，依照上述实施例及附图所作各种变形或套用均在此技术方案保护范围之内。

Claims (13)

1.一种新型MBR软式平板膜元件，其特征在于，包括平板膜片、衬布和导流网，其中：两张平板膜片的四周采用一定宽度的热熔胶条加热密封粘接为一体，两张平板膜片之间设有两张衬布和一张导流网，导流网的两侧对称布置有衬布，所述平板膜片的顶部位置至少设置有两个出水嘴，所述出水嘴的一端粘接于两张平板膜片之间，所述平板膜片的顶部、两侧及底部设置有支撑孔。

2.根据权利要求1所述的新型MBR软式平板膜元件，其特征在于：所述衬布采用疏水材料，导流网采用高分子材料，衬布与导流网之间采用几个固定点的点焊焊接固定，以避免衬布和导流网间整体滑动。

3.根据权利要求1所述的新型MBR软式平板膜元件，其特征在于：所述出水嘴的膜内部分呈扁平柱状，两侧延长，便于与平板膜片粘接紧密，膜外部分与出水管连接端呈圆柱状结构。

4.根据权利要求1所述的新型MBR软式平板膜元件，其特征在于：所述出水嘴数量至少为两个，设于平板膜元件顶部，当平板膜元件尺寸较大时，可在侧面增设出水嘴数量，以保证出水均匀，也避免原位内腔注药清洗时药剂投加均匀性受气体阻塞影响。

5.根据权利要求1所述的新型MBR软式平板膜元件，其特征在于：所述支撑孔的数量视平板膜元件尺寸而定，位于同一侧的相邻的两支撑孔之间的间距为0.4-0.6m；所有设置支撑孔的部位应加设热熔条密封以保证平板膜元件的密封性。

6.一种如权利要求１所述的新型MBR软式平板膜元件制成的膜组件，其特征在于，所述膜组件由若干个软式平板膜元件依次叠加形成，每一个平板膜元件的顶部、两侧和底部均设置有支撑孔；所述膜组件的布置方式是传统平板膜组件的膜箱，或直接通过支撑杆串接放置于生化池内部。

7.根据权利要求６所述的膜组件，其特征在于：所述支撑孔通过串入支撑杆以连接、定位各平板膜元件，所用支撑杆为直径略小于支撑孔圆环的、且满足平板膜组件结构强度的圆柱状或厚壁管杆；同时，支撑孔和支撑杆之间通过带孔圆环接触，确保支撑孔不会因为结构强度不足而被撕裂引起膜的渗漏。

8.根据权利要求６所述的膜组件，其特征在于：当两个相邻的平板膜元件间距过小时，为了避免相邻平板膜元件因柔软变形而发生粘附，适当减小支撑孔间距，通过垫片，控制平板膜变形，垫片的厚度可依据实际所需膜间距确定。

9.根据权利要求６所述的膜组件，其特征在于：当膜组件需要大规模使用时，将膜组件分隔成若干个模块，每个模块由10—100个左右平板膜元件串接而成，以方便后续的安装、清洗、更换。

10.根据权利要求６所述的膜组件，其特征在于：在保证升降流区的前提下所述新型MBR软式平板膜元件的高度和宽度可根据实际工程需要设计，当平板膜元件的高度大于1.5m时，应在侧面增设出水嘴以保证出水、原位内腔清洗时药剂投加的均匀，膜元件、组件宽不能超过1.0m。

11.根据权利要求６所述的膜组件，其特征在于：若干个平板膜模块之间的连接是固定连接或通过安装弹簧等进行弹性连接。

12.根据权利要求６所述的膜组件，其特征在于：所述膜组件的布置方式是经典的平板膜组件的膜箱，即若干数量的平板膜元件通过支撑孔依次叠加形成一个膜组件，相邻膜元件之间安装一定厚度的隔垫，放置于膜箱之中，以膜箱为单位进行污泥混合液的固液分离，放置层数可根据实际需要采取单层或者多层布置。

13.根据权利要求６所述的膜组件，其特征在于：所述膜组件的布置方式是直接布置在膜池中，即在两侧池壁活接支撑杆，方便今后异位离线清洗，利用支撑杆依次布置所述膜元件，相邻膜元件之间安装一定厚度的隔垫，底部布置曝气系统，膜元件周边加设围挡，保证曝气区的升流和非曝气区的降流特性。