CN109092064B - 高效开放式网管流道反渗透膜元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高效开放式网管流道反渗透膜元件，包括中心导流管，和包覆在中心导流管外周的分离层，所述分离层是由若干膜袋和开放式隔网以同一方向卷制而成的膜袋层，所述开放式隔网设置在相邻膜袋层表面间的进水流道中，且开放式隔网与膜袋表面为凸点式的接触方式，连接凸点的为菱形细隔网，在与膜袋接触表面的两列凸点状隔网间沿进出水方向形成一条条菱形宽敞的开放式流道；所述膜袋和开放式隔网的内侧边与中心导流管相连接固定，呈中心向周围发射状排列，然后膜袋及开放式隔网一起朝同一方向旋紧以构成所述的膜袋层，在卷好的膜袋层外周用玻璃纤维及环氧树脂胶进行缠绕包裹密封，两端再安装抗应力盘。

Description

高效开放式网管流道反渗透膜元件

技术领域

本发明属于反渗透原理的污水浓缩、净化膜组件技术领域，具体涉及一开放式网管流道反渗透膜组件。

背景技术

近年来，膜技术发展迅速，在电力、冶金、石油石化、医药、食品、市政工程、污水回用及海水淡化等领域得到较为广泛的应用，各类工程对膜技术及其装备的需求量更是急速增加。

1、目前在反渗透膜应用领域，卷式膜及碟管式膜占有主导市场。普通网管式反渗透膜应用逐渐推广。其中公认的卷式反渗透膜原件为螺旋卷式结构，是将膜袋层、纯水导流网、进水导流网叠加，然后以产水管为中心进行螺旋状旋转而成。其中所述纯水导流网置于两片粘合膜片所形成的膜袋间，进水导流网置于两片反渗透膜袋表面之间的进水流道中，膜袋开口侧与中心出水管相连接，外周用玻璃钢树脂胶带缠绕包裹密封。工作时，原液从膜的一端进入膜袋层与膜袋层之间的进水通道中，由于通道中设置有菱形或矩形网状夹层，对水流有较大的阻力，通过膜元件后，压力损失较大，由于进水压力由高压泵提供，造成能源消耗极大。另外一方面由于网格的阻挡，反渗透膜所截留的有机物、固体悬浮物容易被截留在网格上，造成较大的污堵；被截留在并附着于膜片表面的无机盐类得不到及时冲刷而产生浓差极化，造成反渗透膜元件严重的通量下降，操作压力上升，最终导致膜的使用寿命减短。

2、碟管式反渗透膜组件组件主要由RO膜袋、导流盘、中心拉杆、外壳、两端法兰各种密封件及联接螺栓等部件组成。把过滤膜袋和导流盘一层一层叠放在一起，用中心拉杆和端盖法兰进行固定，然后置入耐压外壳中，所形成的一个碟管式膜组件。

原液通过膜堆与外壳之间的间隙后通过导流通道进入底部导流盘中，被处理的液体以最短的距离快速流经过膜面，然后经过180°逆转到另外一膜面，再流入到下一个膜片，从而在膜表面形成由导流盘圆周到圆中心，再到圆周，再到圆中心的切向流过滤，浓缩液最后从进料端法兰处流出。料液流经碟管式反渗透膜的同时，透过液通过中心收集管不断排出。浓缩液与透过液通过安装于导流盘上的O型密封圈隔离。

所述RO膜片由两片圆形膜片四周进行焊接而成膜袋，膜片与膜片间形成纯水流道，在纯水流道内设置纯水导流网，膜袋中心留拉杆孔与中心拉杆相连接，通过密封圈进行密封。膜袋上下表面均采用带凸点支撑的导流盘，料液在过滤过程中形成湍流状态，最大程度上减少了膜表面结垢、污染及浓差极化现象的产生。

但由于该膜组件由多个独立的可分离的导流盘及圆形膜袋层层叠加而成，导流盘与膜片通过O型密封圈隔离，密封圈数量较多，一旦发生某一个密封圈损坏，将影响整个膜组件的运行，且由于数量众多，拆卸更换密封圈极为繁琐。且因导流盘占据了较大的有效空间，膜片相对而言所占据的空间较小，膜的有效面积受到制约，因此碟管式膜组件产水量较小，相对而言膜组件使用数量较多，占地面积较大，投资成本较高。

3、不管是现有的螺旋卷式RO还是碟管式RO以及普通网管式RO，其膜元件与膜壳的进水端均为圆孔形直接进水，由于进水水流速度较快，进水无法均匀进入膜元件端面的每一个进水通道，致使进水不均,进而导致膜片的局部负荷增大，使整个膜组件不能正常运转。

4、现有所有膜元件抗应力盘中心环与外环间连接支撑片均采用直片式连接，支撑片与片之间形成扇形通道，进水时水流无法混合且不能随圆周膜面积的渐变而适量分配，故进水无法均匀分配至不同圆周向的进水通道内，导致越靠近中心导流管的膜的负荷越高，污堵越快。

5、碟管式RO以及普通网管式RO在膜元件与压力膜壳的固定中，均采用中心拉杆穿过中心产水管，再通过螺丝将两端盖与膜元件夹紧，由于受拉力较大，且与反渗透产水直接接触，中心拉杆材料一般采用不锈钢金属材质，造成了造价成本较高。且可能由于不锈钢材质质量问题，随着时间推移导致生锈而造成产水二次污染，检修无法打开等困扰。

6、碟管式RO以及普通网管式RO膜组件，均是以单个压力膜壳内填装一支反渗透膜元件，在组合应用中，网管式RO膜经常需要采用串联方式进行组合，单芯式组件不仅在投资成本上造成了极大的浪费，而且由于两压力膜壳连接弯管的存在，导致压力损失增大，从而致使提供压力的高压泵功率增大，造成了能耗的浪费。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术中螺旋式卷式反渗透膜元件的进水流道不畅、耐污堵能力差、易造成浓差极化，以及碟管式反渗透膜组件的膜面积小、检修繁琐、投资成本高，以及进水分布不均，需要设置中心拉杆累赘等缺点，发明一种高效开放式网管反渗透膜组件。

具体技术方案为：一种高效开放式网管流道反渗透膜组件，包括膜壳、设置在膜壳内的中心产水管，和围绕中心产水管布置的若干膜元件，所述膜壳进水的一端设置有原水接头，出水的一端设置有浓水接头，所述膜壳进水口一端设置有进水法兰端盖，进水法兰端盖内侧再设置有进水旋流式导流盘，所述进水法兰端盖和进水旋流式导流盘与膜壳之间设置密封圈，所述原水接头穿过所述进水法兰端盖与进水旋流式导流盘的输水孔对接，所述膜元件的中心导流管前端与进水旋流式导流盘对接，所述原水接头与进水旋流式导流盘之间设置有密封圈；所述膜壳出水口一端设置有出水法兰端盖，出水法兰端盖内侧再设置有出水旋流式导流盘，所述出水法兰端盖和出水旋流式导流盘与膜壳之间设置密封圈，所述浓水接头穿过所述出水法兰端盖与出水旋流式导流盘的输水孔对接，所述膜元件的中心导流管末端与出水旋流式导流盘对接，所述浓水接头与出水旋流式导流盘之间设置有密封圈；所述中心产水管的一端对应穿过进水旋流式导流盘和进水法兰端盖，另一端对应穿过出水旋流式导流盘和出水法兰端盖，中心产水管露于进、出水旋流式导流盘以外的端部分别设置产水接头，所述进、出水旋流式导流盘中心孔内周成型为突出的台阶，所述台阶的内侧设置中心产水管密封圈，台阶的外侧设置产水接头密封圈；所述膜壳两端的内周壁上开设有环向卡槽，所述卡槽内配合设置有护环片，所述进水法兰端盖和出水法兰端盖的外侧面分别与对应的护环片相抵紧，并通过螺栓紧固连接；沿进水方向至少包括前后串接的两组膜元件，轴向串接的前后两 膜元件之间通过导流管连接器连通。

优选地，所述中心产水管开设有数列小孔，经膜元件过滤后的渗透液从数列小孔汇入中心产水管。

进一步地，所述进水旋流式导流盘和出水旋流式导流盘的盘面上开设有输水孔，该输水孔靠近导流盘的盘边缘呈切向进水，并且所述输水孔为弧形孔，形成旋流式布水。

优选地，所述膜元件具有开放式网管流道。

本发明的另一目的是提供一种高效开放式网管流道反渗透膜元件，包括中心导流管，和包覆在中心导流管外周的分离层，所述分离层是由若干膜袋和开放式隔网以同一方向卷制而成的膜袋层，所述开放式隔网设置在相邻膜袋层表面间的进水流道中，且开放式隔网与膜袋表面为凸点式的接触方式，连接凸点的为菱形细隔网，在与膜袋接触表面的两列凸点状隔网间沿进出水方向形成一条条菱形宽敞的开放式流道；所述膜袋和开放式隔网的内侧边与中心导流管相连接固定，呈中心向周围发射状排列，然后膜袋及开放式隔网一起朝同一方向旋紧以构成所述的膜袋层，在卷好的膜袋层外周用玻璃纤维及环氧树脂胶进行缠绕包裹密封，两端再安装抗应力盘。

较合理的设置是，所述膜袋由两片膜片正面相背粘接而成，在两片膜片间的产水流道中设置有纯水导流网，过滤得到的渗透液经纯水导流网流出。

进一步地，抗应力盘采用水力学设计，中心与圆周连接的支撑片为弧形，呈辐射状支撑，此类设计可有效使进水均匀分布到盘面。盘面上采用从中心向四周环形开孔，孔径由内向外逐渐变大。因为膜元件呈卷式结构，中心向外每一周的膜面积在慢慢扩大(即中心圆周膜面积最小，最外圈圆周膜面积最大)，故此设计可使不同部位膜面上承受的进水量趋近一致，使膜元件处于最佳使用性能，并能将进水应力的传递与分散。)

本发明的所述抗应力盘与进、出水旋流式导流盘两种结构的配合形成均匀旋流式布水方式。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)在膜袋表面间的进水流道中设置开放式隔网，开放式隔网根据流体特性与膜片承压要求，与膜袋表面接触的仅为凸点隔网，在起支撑作用的同时减少了与膜表面的接触。连接凸点的为菱形隔网，在与膜袋接触表面的两列凸点隔网间沿进出水方向形成一条条菱形宽敞的开放式流道，水流在工作时与菱形隔网成45°角进入流道中。通道中形成极小阻力的水流，膜表面流速较快，从进水中带入的悬浮物杂质，及被截留下的无机盐、有机物不易被阻挡，而是随着浓水的水流排出膜元件，从而有效避免了被截留的污染物附着于进水通道和膜的表面，导致膜的污堵和浓差极化而结垢。

(2)将两支开放式网管流道反渗透膜元件置于一个压力膜壳中，串接的两膜元件的中心导流管通过导流管连接器进行连接。不仅可大大减少膜组件在组合应用中的投资成本，节省了约二分之一的占地面积，而且可以减少膜组件间的压力损失，节约了运行的能耗。

(3)在膜元件两端配置密封圈、进出水旋流式导流盘，水流在导流盘上通过带有弧度的输水孔进入，呈切向运动均匀进入到膜的一个端面，在膜表面形成错流过滤，且导流盘中心孔与中心产水管密封，通过缩小中心孔及设置台阶，直接将密封圈置于台阶上，将中心产水管端面直接与密封圈压紧密封。过滤后的浓水由另一个端面排出。此举可有效解决普通圆孔型直接进水布水不均的缺陷，以及以往抱箍式密封方式的密封不可靠的缺点。

(4)在膜壳两端通过膜壳内周的卡槽以及法兰端盖以及护环片将膜元件与膜壳进行固定，直接将端头法兰中心孔与中心产水管连接将纯水导出。此举可省去中心拉杆，减少膜组件的生产成本，也可避免因中心拉杆用材不当造成中心拉杆生锈而导致无法拆卸，更便于安装及检修。

本发明的原水由膜组件进水端的原水接头进，过滤后的浓水由另一个端面浓水接头排出，过滤后的净水流经中心管从膜端盖的产水接头导出。

本发明的高效开放式网管流道反渗透膜元组件可同时兼顾耐污耐堵，(SDI≦20)、压力损失小、水流分布均匀、膜的有效面积更大、结构简单，便于维护保养、使用寿命长等优点。

附图说明

图1为本发明实施例中开放式网管流道反渗透膜组件的剖视图；

图2为本发明实施例中旋流式导流盘的结构示意图；

图3为本发明实施例中旋流式导流盘的正面示意图；

图4为本发明实施例中抗应力盘的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1至4所示，本实施例中的反渗透膜组件包括压力膜壳2、设置在膜壳2内的中心产水17管，和围绕中心产水管17呈辐射状布置的若干开放式网管流道膜元件1，膜元件1与膜壳2之间设置膜元件密封圈14。所述膜壳2的一端设置有原水接头7，另一端设置有浓水接头8，所述膜壳进水口一端设置有进水法兰端盖3，进水法兰端盖3 内侧再设置有进水旋流式导流盘5，所述进水法兰端盖3和进水旋流式导流盘5与膜壳 2之间的接触面上设置密封圈12、13，所述原水接头7穿过所述进水法兰端盖3与进水旋流式导流盘5的输水孔对接，所述膜元件的中心导流管前端与进水旋流式导流盘5对接，所述原水接头7与进水旋流式导流盘5之间设置有密封圈。膜壳出水口一端设置有出水法兰端盖4，出水法兰端盖4内侧再设置有出水旋流式导流盘6，所述出水法兰端盖4和出水旋流式导流盘6与膜壳之间设置密封圈，所述浓水接头8穿过所述出水法兰端盖4与出水旋流式导流盘6的输水孔对接，所述膜元件1的中心导流管末端与出水旋流式导流盘6对接，所述浓水接头8与出水旋流式导流盘6之间设置有密封圈。所述中心产水管17的一端对应穿过进水旋流式导流盘5和进水法兰端盖3，另一端对应穿过出水旋流式导流盘6和出水法兰端盖4，中心产水管17露于进出水旋流式导流盘以外的端部设置产水接头9，所述进出水旋流式导流盘中心孔内周设置有突出的台阶，台阶的内侧设置中心产水管密封圈16，台阶的外侧设置产水接头密封圈15。

所述膜壳2两端的内周壁上开设有环向卡槽，所述卡槽内配合设置有护环片11，所述进水法兰端盖3和出水法兰端盖4的外侧面与对应的护环片11相抵紧，并通过螺栓 19紧固连接；沿进水方向至少包括前后串接的两组膜元件，轴向串接的前后两 膜元件之间通过导流管连接器18连通。

中心产水管17管身开设有数列小孔，经过过滤后的纯水通过膜元件的纯水导流网导入中心产水管17，而后从产水接头9外排。

如图2和图3所示，上述进水旋流式导流盘和出水旋流式导流盘的盘面上开设有输水孔，该输水孔靠近导流盘的盘边缘呈切向进水，并且所述输水孔为弧形孔，形成旋流式布水。

本实施例中，膜元件具有开放式网管流道。膜元件的具体结构为，包括中心导流管，和包覆在中心导流管外周的分离层，分离层是由若干膜袋和开放式隔网以同一方向卷制而成的膜袋层，开放式隔网设置在相邻膜袋层表面间的进水流道中，且开放式隔网与膜袋表面为凸点式的接触方式，连接凸点的为菱形细隔网，在与膜袋接触表面的两列凸点状隔网间沿进出水方向形成一条条菱形宽敞的开放式流道。膜袋和开放式隔网的内侧边与中心导流管相连接固定，呈中心向周围发射状排列，然后膜袋及开放式隔网一起朝同一方向旋紧以构成所述的膜袋层，在卷好的膜袋层外周用玻璃纤维及环氧树脂胶进行缠绕包裹密封，两端再安装抗应力盘。

膜袋由两片膜片正面相背粘接而成，在两片膜片间的产水流道中设置有纯水导流网，过滤得到的渗透液经纯水导流网流出。

如图4，抗应力盘的中心与圆周连接的支撑片为弧形，呈辐射状支撑，盘面上采用从中心向四周环形开孔，孔径由内向外逐渐变大。

上述高效开放式网管流道反渗透膜元组件可同时兼顾耐污耐堵，压力损失小、水流分布均匀、膜的有效面积更大、结构简单，便于维护保养、使用寿命长等优点。

除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种高效开放式网管流道反渗透膜元件，其特征在于：包括中心导流管，和包覆在中心导流管外周的分离层，所述分离层是由若干膜袋和开放式隔网以同一方向卷制而成的膜袋层，所述开放式隔网设置在相邻膜袋层表面间的进水流道中，且开放式隔网与膜袋表面为凸点式的接触方式，连接凸点的为菱形细隔网，在与膜袋接触表面的两列凸点状隔网间沿进出水方向形成一条条菱形宽敞的开放式流道；所述膜袋和开放式隔网的内侧边与中心导流管相连接固定，呈中心向周围发射状排列，然后膜袋及开放式隔网一起朝同一方向旋紧以构成所述的膜袋层，在卷好的膜袋层外周用玻璃纤维及环氧树脂胶进行缠绕包裹密封，两端再安装抗应力盘；

所述抗应力盘的中心与圆周连接的支撑片为弧形，呈辐射状支撑，盘面上采用从中心向四周环形开孔，孔径由内向外逐渐变大；所述抗应力盘与进、出水旋流式导流盘构成均匀旋流式布水方式，所述进水旋流式导流盘和出水旋流式导流盘的盘面上开设有输水孔，该输水孔靠近导流盘的盘边缘呈切向进水，并且所述输水孔为弧形孔，形成旋流式布水。

2.根据权利要求1所述的高效开放式网管流道反渗透膜元件，其特征在于：所述膜袋由两片膜片正面相背粘接而成，在两片膜片间的产水流道中设置有纯水导流网，过滤得到的渗透液经纯水导流网流出。

Images