CN108579430A - 多层进水流道布及其构成的新型反渗透膜元件的卷制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多层进水流道布及其构成的新型反渗透膜元件的卷制方法，进水流道布由数层单层进水流道布上下依次叠至而成，相邻叠至的单层进水流道布之间通过均布的点固定方式相互连接；利用卷膜机将准备好的膜片、进水流道布、产水流道布按照规定位置分别进行摆放，之后利用密封胶水将折叠后的膜片与集水管相连的另外三端密封，形成收集产水的膜袋，即卷制成膜元件。本发明的卷膜方法可有效提高膜元件脱盐率以及抑制膜元件通量衰减，提升了膜元件抗污堵性，同时保留了传统卷膜工艺流程，成品率高；相同条件下，采用本发明中的多层进水流道布卷制的膜元件性能上均优于传统单层进水流道布卷制的膜元件。

Description

多层进水流道布及其构成的新型反渗透膜元件的卷制方法

技术领域

技术领域

本发明属于反渗透膜元件卷制技术领域，具体涉及一种多层进水流道布及其构成的新型反渗透膜元件的卷制方法。

背景技术

作为水处理的核心元件，反渗透膜元件是实现水处理领域深度过滤的关键，其最重要的两个性能指标为脱盐率和水通量，反渗透膜由于其较高的科技含量，成熟的工艺系统、稳定的质量保障，得到了行业内外的一致肯定。

现阶段反渗透膜元件通常是由以下功能性材料组成：进水流道布、产水流道布、反渗透膜片、中心管以及密封胶，膜元件卷制过程一般是利用卷膜机对规定进行折叠尺寸的膜片（将单层进水流道布叠入膜片中），再将单层产水布按照规定位置分别进行摆放，之后利用密封胶水将折叠后的膜片与集水管相连的另外三端密封，从而形成收集产水的膜袋，此时一支膜元件卷制作业完成，采用上述方式卷制，其优点在于制作流程成熟稳定，不足点在于单支膜所使用进水流道布硬度大，聚酰胺膜片脱盐层又极为脆弱，进水流道布容易在卷制过程中铬伤脱盐层，造成膜元件脱盐率指标降低，其次所使用单层进水流道布卷制的膜元件，由于层数单一，在使用过程中进水湍流程度不够，水中的杂质易沉积在膜片上，抗结垢性能不足，长期运行后易造成膜元件通量指标衰减。

发明内容

为了改变传统单层进水流道布卷制的膜元件易造成的性能指标降低的缺点，提高膜元件抗污堵性，本发明提供了一种可用多层进水流道布卷制膜元件方法。

为便于理解，首先给出本发明技术方案的理论说明：将传统单层进水流道布厚度定为Q mm，其Q值通常在0.5mm-1.5mm之间，本发明技术方案将进水流道布层数定位N(1＜N＜4），所对应单层进水流道布厚度定位Vmm（V=Q/N）。当N=1时，就为传统的单层流道布卷制工艺，当1＜N＜4时，就为本发明提出的多层流道布卷制工艺技术方案（当N≥4时，由于层数过多，会导致卷制时进水流道布在膜片中滑动，点焊难度加大，卷制时容易跑偏，卷膜效率和成品率下降），为保证所卷制膜元件卷径的一致性，本发明技术方案确保N*V=Q；

在保证其他工艺参数均不变的前提下，只改变进水流道布厚度V及层数N，卷制相同型号膜元件型号，其创新主要在以下二点：

1、采用传统厚度为Qmm厚度的单层进水流道布卷制某型号膜元件和采用Vmm厚度的N层进水流道布卷制同样型号膜元件，首先V=Q/N，就意味着Vmm进水流道布厚度更薄，硬度更低，在卷制过程中厚度为Vmm的进水流道布与膜片接触时柔软程度高，对膜片表面脱盐层的损伤会降低到最小，使卷制完成后成品组件脱盐率损失也最小，即单支膜元件脱盐率会更高。

2、采用多层厚度更薄的进水流道布，使用点焊设备（根据膜元件尺寸，每组均布焊接多个点），使其在卷制过程中上下层紧密连接成一体，便于卷制，这样在保证卷制效率的同时，使进水流道布的支撑筋呈现交叉状，当进水流入时，可大幅度增加水流错流程度，极大提高了水流的流动性，降低了水质污染物沉积或者结垢在膜片上的可能性，从而抑制膜元件通量衰减。另外，在卷制成型的膜元件中，进水流道布各层之间存在一定的微小缝隙，在膜元件清洗的过程中，各进水流道布层之间的污染物随着摩擦及抖动更容易清洗，从而大幅度提高了膜元件的清洗恢复性能，延长膜元件使用寿命。

通过上述对多层流道布卷制膜元件进水流道布的结构说明和卷制后性能的优点进行分析，我们接下来给出本发明的具体技术方案，具体如下：

本发明之一是提供一种多层进水流道布，所述进水流道布由数层单层进水流道布上下依次叠至而成，相邻叠至的单层进水流道布之间通过均布的点固定方式相互连接。

进一步的，所述单层进水流道布叠至的层数小于四。

进一步的，所述各层进水流道布的支撑筋呈现交叉状。

进一步的，所述单层进水流道布的厚度在0.16mm-0.75mm之间。

进一步的，所述点固定的方式为点焊固定。

本发明之二是提供上述多层进水流道布的制造方法，包括如下步骤：

（1），首先，根据要卷制的膜元件型号以及参数，确定单层进水流动布厚度的取值范围以及进水流动布层数的取值范围，具体如下：

所述单层进水流动布厚度的取值范围在0.16mm-0.75mm之间；

所述单层进水流动布的层数范围通过如下公式计算得出：

当D＞0.6时，N=A*D/V

当D≤0.6时，N=4A*D/V

其中：

A为所述单层进水流道布长度，单位m；

D为所述单层进水流道布宽度，单位m；

V为所述单层进水流道布厚度，单位mm；

N为所述进水流道布层数，单位层，N根据计算结果取四舍五入整数值；

（2）然后，根据要卷制的膜元件型号以及参数，确定焊点点数，具体通过如下公式计算得出：

当D≤0.6m，C=A*N /D；

当D＞0.6m，C=N*D/A；

其中：

A为所述单层进水流道布长度，单位m；

D为所述单层进水流道布宽度，单位m；

V为所述单层进水流道布厚度，单位mm；

N为所述进水流道布层数，单位层；

C为所述焊点点数，单位个；C根据计算结果取四舍五入整数值；

（3）最后，根据焊点点数，以均匀分布的原则，通过点焊设备，将确定厚度和层数的单层进水流道布依次叠至并焊接为一体。

进一步的，所述步骤（1）中，若计算出进水流道布层数N的取值范围不再1＜N＜4范围内，应适当调整单层进水流道布厚度V的数值后再重新计算。

本发明之三是提供一种新型反渗透膜元件，所述反渗透膜元件中的进水流道布采用上述多层进水流道布或者上述制造方法得到的多层进水流道布。

本发明之四是提供一种新型反渗透膜元件的卷制方法，步骤如下：利用卷膜机将准备好的膜片、进水流道布、产水流道布按照规定位置分别进行摆放，之后利用密封胶水将折叠后的膜片与集水管相连的另外三端密封，形成收集产水的膜袋，即卷制成膜元件；所述进水流道布采用上述多层进水流道布或者上述制造方法得到的多层进水流道布。

本发明的卷膜方法可有效提高膜元件脱盐率以及抑制膜元件通量衰减，提升了膜元件抗污堵性，同时保留了传统卷膜工艺流程，成品率高；相同条件下，采用本发明中的多层进水流道布卷制的膜元件性能上均优于传统单层进水流道布卷制的膜元件，将有效提高膜元件性能指标和降低膜元件使用成本，延长膜元件的使用寿命。

附图说明

图1为本发明专利的膜元件结构示意图；

图2为膜元件卷制完成后效果图；

图3为膜元件端面示意图；

图4为进水流道布的示意图；

图5为实施例1中系统产水量趋势对比曲线图；

图6为实施例1系统脱盐率趋势对比曲线图；

图7为实施例2中系统产水量趋势对比曲线图；

图8为实施例2系统脱盐率趋势对比曲线图；

图中：1、集水管，2、多层进水流道布，3、膜片，4、产水流道布，5、进水流道布支撑筋呈交叉状，6、进水流道布支撑筋。

具体实施方式

以下结合具体的2个实施例对本发明做进一步的说明，但不作为对本发明的限定。

实施例1

以批量卷制8040膜元件为例，对上述发明做进一步阐述，批量用单层进水流道布（正常工艺）卷制一批8040膜元件，同时根据公式计算出N的数值，批量用N层进水流道布卷制一批8040膜元件，包括膜片在内的其他参数全部相同。结合上述分析，查看卷制工艺及卷制后在系统上性能测试情况。本次实施例包括膜元件卷制部分和性能测试部分，具体包括以下步骤：

实施步骤

（1）N（层数）的确定

首先，确认将要卷制的膜元件型号为8040，以及所对应物料参数的确认，包括：8040膜元件进水流道布正常工艺卷制时进水流道布下料尺寸、产水网下料尺寸及其他参数均同正常工艺参数，在此不作说明。

（2）其次，计算进水流道布层数N。根据8040膜元件工艺要求以及上述所确定的参数，当D＞0.6时，可通过计算得出：

N=A*D/V

N=0.8*1/0.43≈2层

其中：

V为本发明中所提及单层流道布厚度，单位 mm，

N为进水流道布层数，单位层（四舍五入取整）

（3）C（焊点数量）的计算。

根据已确定好的8040膜元件工艺参数，计算确定焊接点数C。而后通过设计的点焊设备平均分布焊接。

根据8040膜元件参数要求，D＞0.6m，则焊点C可通过以下计算得到：

C= N*D/A

C=2*1/0.8=2.5≈3个

（4）最后利用卷膜机将准备好的膜片3、多层进水流道布2（各层进水流道布的支撑筋呈现交叉状）、产水流道布4按照规定位置分别进行摆放，之后利用密封胶水将折叠后的膜片与集水管1相连的另外三端密封，形成收集产水的膜袋，卷制成8040型号膜元件。

测试步骤

针对上述卷制完成的8040膜元件，及普通方式卷制的8040膜元件，进行长期运行对比测试（整个对比测试使用6m³/h的纯水系统，双芯膜壳1:1:1排列，东营市政自来水为进水水源-进水电导率为1200μs/cm；为了对比新旧工艺的抗污染效果，不加阻垢剂、运行120天，回收率：70%）

双层流道布与单层流道布卷制的8寸膜系统120天脱盐率和产水量对比数据如图5、6所示。

双层流道布与单层流道布卷制的8040膜在6吨系统上的性能对比数据，如下表1：

通过上述120天系统运行对比，由图5、图6可以看出：批量采用双层流道布卷制的8040膜比批量采用单层流道布卷制的8040膜脱盐率提高了0.38%，通量提高了0.59m³/h，衰减率降低了6.9%，两者在压差指标上相同。

由于东营水质硬度较高，考虑到通量衰减主要是结垢及微生物、胶体污染引起，我们将上述两批次膜元件分别进行化学清洗，然后重新装入系统运行测试，来观察两种方式卷制的8040膜元件抗污染及耐清洗恢复能力。

化学清洗

先用0.1%NaOH、0.5%NA4EDTA、0.03%Na-SDS的混合溶液进行碱洗，清洗时间为8h，用于除去膜片表面的微生物、有机物、胶体等污染成分，之后再用0.2%的HCI进行清洗，清洗时间为4h，用于除去膜片表面的碳酸盐结垢。

双层流道布与单层流道布卷制的8寸膜清洗前后系统运行数据对比，如下表2：

由表2可以看出，经过清洗后，批量采用双层流道布卷制的8040膜脱盐率能够恢复到98.9%，常规单层网工艺可以恢复到98.2%，批量采用单层流道布卷制的8040膜通量，清洗后通量恢复初始通量的90%，批量采用双层进水流道布卷制的8040膜经过清洗后，通量全部恢复且有提高，恢复性比正常工艺卷制的8040高13%。

本发明采用双层进水流道布卷制的8040膜元件的产水量、脱盐率、衰减率、耐清洗恢复能力上均优于采用传统工艺单层进水流道布卷制的8040膜元件，大大提高了膜元件抗污堵效率。

实施例2

以批量卷制4021膜元件为例，对上述发明做进一步阐述，批量用单层进水流道布（正常工艺）卷制一批4021膜元件，同时根据公式计算出N的数值，批量用N层进水流道布卷制一批4021膜元件，包括膜片在内的其他参数全部相同。结合上述分析，查看卷制工艺及卷制后在系统上性能测试情况。本次实施例包括膜元件卷制部分和性能测试部分，具体包括以下步骤：

实施步骤

（1）N（层数）的确定

首先，确认将要卷制的膜元件型号为4021，以及所对应物料参数的确认，包括：4021膜元件进水流道布正常工艺卷制时进水流道布下料尺寸、产水网下料尺寸及其他参数均同正常工艺参数，在此不作说明。

（2）其次，计算进水流道布层数N。根据4021膜元件工艺要求以及上述所确定的参数，当D≤0.6时，可通过计算得出：

N=4A*D/V

N=4*0.43*0.5/0.254≈3层

其中：

V为本发明中所提及单层流道布厚度，单位 mm，

N为进水流道布层数，单位层（四舍五入取整）

（3）C（焊点数量）的计算。

根据已确定好的4021膜元件工艺参数，计算确定焊接点数C。而后通过设计的点焊设备平均分布焊接。

根据4021膜元件参数要求，D≤0.6m，则焊点C可通过以下计算得到：

C=A*N /D；

C=0.43*3/0.5=2.58≈3个

（4）最后利用卷膜机将准备好的膜片、进水流道布（各层进水流道布的支撑筋呈现交叉状）、产水流道布按照规定位置分别进行摆放，之后利用密封胶水将折叠后的膜片与集水管相连的另外三端密封，形成收集产水的膜袋，卷制成4021型号膜元件。

测试步骤

针对上述卷制完成的4021膜元件，及普通方式卷制的4021膜元件，进行长期运行对比测试（整个对比测试使用双壳单芯纯水系统，膜壳排列方式为1:1排列，东营市政自来水为进水水源，进水电导率为1200μs/cm；为了对比新旧工艺的抗污染效果，不加阻垢剂、运行120天，回收率：50%）

三层流道布与单层流道布卷制的4021膜系统120天脱盐率和产水量对比数据如图7、8所示。

三层流道布与单层流道布卷制的4021膜在系统上的性能对比数据，如下表3：

通过上述120天系统运行对比，由图7、图8可以看出：批量采用三层流道布卷制的4021膜比批量采用单层流道布卷制的4021膜脱盐率提高了0.45%，通量提高了0.44lpm，衰减率降低了4.9%，两者在压差指标上基本相同。

由于东营水质硬度较高，考虑到通量衰减主要是结垢及微生物、胶体污染引起，我们将上述两批次膜元件分别进行化学清洗，然后重新装入系统运行测试，来观察两种方式卷制的4021膜元件抗污染及耐清洗恢复能力。

化学清洗

先用0.1%NaOH、0.5%NA4EDTA、0.03%Na-SDS的混合溶液进行碱洗，清洗时间为8h，用于除去膜片表面的微生物、有机物、胶体等污染成分，之后再用0.2%的HCI进行清洗，清洗时间为4h，用于除去膜片表面的碳酸盐结垢。

三层流道布与单层流道布卷制的4021膜清洗前后系统运行数据对比，如下表4：

由表4可以看出，经过清洗后，批量采用三层流道布卷制的4021膜脱盐率能够恢复到99%，常规单层网工艺可以恢复到98.5%，批量采用单层流道布卷制的4021膜通量，清洗后通量恢复初始通量的90%，批量采用三层进水流道布卷制的4021膜经过清洗后，通量全部恢复。

本发明采用双层进水流道布卷制的4021膜元件的产水量、脱盐率、衰减率、耐清洗恢复能力上均优于采用传统工艺单层进水流道布卷制的4021膜元件，大大提高了膜元件抗污堵效率。

综上所述：通过本发明方法来卷制膜元件，可有效提高膜元件脱盐率和通量，并有效抑制膜元件通量衰减，同时保留了传统卷膜工艺流程，成品率高。

相同条件下，采用本发明专利中的多层进水流道布卷制的膜元件性能上均优于传统单层进水流道布卷制的膜元件，将有效提高膜元件性能指标和降低膜元件使用成本，延长膜元件的使用寿命。

本领域技术人员应当理解，以上举例仅仅是本发明的一个典型实施例，在不超出或不偏离本发明保护范围的情况下，本发明的技术方案及其实施方式有多种修饰、改进或等价变化，这些均应落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种多层进水流道布，其特征在于，所述进水流道布由数层单层进水流道布上下依次叠至而成，相邻叠至的单层进水流道布之间通过均布的点固定方式相互连接。

2.根据权利要求1所述的多层进水流道布，其特征在于，所述单层进水流道布叠至的层数小于四。

3.根据权利要求1所述的多层进水流道布，其特征在于，所述各层进水流道布的支撑筋呈现交叉状。

4.根据权利要求1所述的多层进水流道布，其特征在于，所述单层进水流道布的厚度在0.16mm-0.75mm之间。

5.根据权利要求1所述的多层进水流道布，其特征在于，所述点固定的方式为点焊固定。

6.权利要求1-5任一项多层进水流道布的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1），首先，根据要卷制的膜元件型号以及参数，确定单层进水流动布厚度的取值范围以及进水流动布层数的取值范围，具体如下：

所述单层进水流动布厚度的取值范围在0.16mm-0.75mm之间；

所述单层进水流动布的层数范围通过如下公式计算得出：

当D＞0.6时，N=A*D/V

当D≤0.6时，N=4A*D/V

其中：

A为所述单层进水流道布长度，单位m；

D为所述单层进水流道布宽度，单位m；

V为所述单层进水流道布厚度，单位mm；

N为所述进水流道布层数，单位层，N根据计算结果取四舍五入整数值；

（2）然后，根据要卷制的膜元件型号以及参数，确定焊点点数，具体通过如下公式计算得出：

当D≤0.6m，C=A*N /D；

当D＞0.6m，C=N*D/A；

其中：

A为所述单层进水流道布长度，单位m；

D为所述单层进水流道布宽度，单位m；

V为所述单层进水流道布厚度，单位mm；

N为所述进水流道布层数，单位层；

C为所述焊点点数，单位个；C根据计算结果取四舍五入整数值；

（3）最后，根据焊点点数，以均匀分布的原则，通过点焊设备，将确定厚度和层数的单层进水流道布依次叠至并焊接为一体。

7.根据权利要求6所述的多层进水流道布的制造方法，其特征在于，所述步骤（1）中，若计算出进水流道布层数N的取值范围不再1＜N＜4范围内，应适当调整单层进水流道布厚度V的数值后再重新计算。

8.一种新型反渗透膜元件，其特征在于：所述反渗透膜元件中的进水流道布采用权利要求1-5任一项所述的多层进水流道布或者权利要求6-7任一制造方法得到的多层进水流道布。

9.一种新型反渗透膜元件的卷制方法，其特征在于，步骤如下：

利用卷膜机将准备好的膜片、进水流道布、产水流道布按照规定位置分别进行摆放，之后利用密封胶水将折叠后的膜片与集水管相连的另外三端密封，形成收集产水的膜袋，即卷制成膜元件；

所述进水流道布采用权利要求1-5任一项所述的多层进水流道布或者权利要求6-7任一制造方法得到的多层进水流道布。