CN109364760A - 一种卷绕式超滤膜组件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种卷绕式超滤膜组件及其制备方法，其中卷绕式超滤膜组件，包括卷绕式滤芯；卷绕式滤芯由带状过滤单元卷绕而成，带状过滤单元由中空纤维膜丝排列固定成型。本申请采用成熟有效的卷绕技术，将少量的膜束卷绕成型，呈筒状或纺锤状；使中空纤维通过自身的膜壁支撑，成型的膜筒具有极高的强度和延展性，不受外界条件和内外压力的影响，且接触紧密，空间利用率极高。

Description

一种卷绕式超滤膜组件及其制备方法

技术领域

本申请属于超滤膜组件技术领域，具体涉及一种卷绕式超滤膜组件及其制备方法。

背景技术

在我国，由于水源污染以及二次污染相当严重，用普通的过滤介质难以实现生活饮用水深度净化效果。超滤膜净化技术采用高精度纯物理的过滤原理，过滤精度为0.1～0.001微米，不添加任何化学物质，依靠超滤膜表面密布的微孔进行筛分，从而截留有害物质，从而实现过滤净化、纯化的效果。截留水中的铁锈、微粒、细菌、胶体及部分有机物等，保持产水pH值不变，同时保留水中人体所需微量矿物质和微量溶解氧。

中空纤维超滤膜组件是超滤膜的一种。它是超滤技术中最为成熟与先进的一种技术。中空纤维外径:0.5-2.0nm，内径:0.3-1.4nm，中空纤维管壁上布满微孔，孔径以能截留物质的分子量表达，截留分子量可达几千至几十万。原水在中空纤维外侧或内腔加压流动，分别构成外压式与内压式。超滤是动态过滤过程，被截留物质可随浓缩水排除，不致堵塞膜表面，可长期连续运行。超滤膜是最早开发的高分子分离膜之一。

超滤膜过滤只需依靠自来水本身压力即可实现，不需要用电、加压，具有低压无相变，能耗低，废水排放少的特点，安全节能。另外，超滤膜过滤由于不需要用电加压，设备安装简单易行，产水通量大，无需储水桶等配套设备。超滤膜过滤具备冲洗排污的功能，通过正反冲洗超滤膜膜丝，可将截留的污染物冲洗排出，延长超滤膜丝的使用寿命。

目前市场上用于水处理的超滤膜基本上以中空纤维为主，中空纤维膜组件可以做到非常小型化，由于不用支撑体，在组件内能装数百到上万根中空纤维，装填密度大，产水量高，但缺点是为提高膜面除污，提高膜使用寿命，多采用汽水反洗，导致膜丝端头封闭处容易发生断丝现象，膜一旦断丝无法更新。通常用的中空纤维超滤膜组件，是在筒体内设置中心管，将超滤膜置于筒内壁与中心管之间，并在筒体两端用树脂对其进行固定。这种结构一般是等距并排设置的，布局不够合理，易产生清洁死角，且易使膜丝受损变形、分布不均。同时，随着膜组件使用时间的延长会在膜组件内产生杂质残留，需进行定期清理。可见，目前中空纤维超滤膜在应用中面临的主要难题是膜污染和断丝问题，这些问题不仅增加了投资和运行维护负担，也限制了超滤技术的应用领域。

针对已出现的问题，一些人提出了不同的解决办法，比如专利200820011362提供一种新型超滤膜组件，是将超滤膜丝组成芯件置于管状耐压外壳内，在反洗液进口管口内侧安装多孔挡板，用密封胶将各间隙密封将各组件粘结为一体，以此来降低断丝率、提高反洗过程的膜过滤能力、改善反洗恢复效果。专利201120552759提供一种具有抗污染结构的外压式中空纤维膜超滤组件，其是沿中空纤维超滤膜丝长度方向穿插设置有多个变截面式湍流促进器，使得膜污染和浓差极化现象得到有效控制，提高了过滤效率，延长了膜组件的使用寿命。专利201120517955提供是一种改进中心导管结构的中空纤维超滤膜组件，其是将出水孔在中心导管表面上交错布置，不易产生污垢死角，增强清洗效果。专利201110179385涉及一种带格栅的中空纤维超滤膜组件，其是在中心导管轴向上固定有格栅板，对固定在承压外壳内部的纤维超滤膜起到一定的固定和支撑补强作用，可减少反冲洗时膜的变形，延长膜的使用寿命。专利201110179369提供一种带补强板的中空纤维超滤膜组件，其特点在于将一中心挡板固定在膜组件内壁，膜壳内的中心挡板对膜丝有加强垂直度的作用，在膜组件正常运行表面不容易产生污垢残留和增强清洗效果。

现有的中空纤维膜组件普遍存在以下技术问题：

1)中空纤维外径:0.5-2.0nm，内径:0.3-1.4nm。单根中空纤维强度小，在反洗较为频繁的情况下，容易出现断丝情况。

2)偶尔的压力波动，对中空纤维的损伤加大，容易出现断丝现象。

3)每支中空纤维膜组件充填的膜丝数量大，发生少量断丝现象后，不能及时发现，直到大面积断丝发生，已对水体造成持续污染。

4)为解决断丝问题，带支持网的膜丝纯水通量相对较低，且容易发生涂敷层从支撑层脱落的现象。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种卷绕式超滤膜组件及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种卷绕式超滤膜组件，包括卷绕式滤芯；卷绕式滤芯由带状过滤单元卷绕而成；带状过滤单元由中空纤维膜丝排列固定成型。带状过滤单元宽度远小于中心筒长度，带状过滤单元沿长度方向以规则或不规则螺旋方式逐步缠绕在中心筒外。与采用同一种中空纤维膜丝的常规超滤膜组件相比，在达到相同过滤面积和效果的情况下，通过膜丝之间的卷绕支撑，极大地增强了整体过滤单元的强度。常规过滤操作中的气洗、气水反洗等操作，加压、压力不规律波动等常规过滤操作对成型的卷绕式过滤单元冲击不大，其中的膜丝只会产生极其微小的形变，减轻了清洗操作对膜丝形变、膜过滤面积和过滤孔径的影响，可有效的缓解甚至避免断丝情况的发生。由于操作压力提高，过滤单元中膜丝实际数量减少，偶尔发生膜丝断裂现象，会导致操作压力发生明显变化，进而及时关闭该膜组件，避免了整个水处理系统的污染。带状过滤单元经卷绕成型，充填密度大幅度提高，极大的压缩了膜组件空间。膜丝经卷绕后形成微小空隙，过滤后的水流可由这些空隙顺利通过，为帮助新结构克服过水助力，只需为膜组件提供0.005-0.02atm额外的压力。

作为优选方案，带状过滤单元的延伸方向与中空纤维膜丝的延伸方向一致。即将中空纤维膜丝按照与中心筒轴心正交或斜交的方向卷绕在中心筒外，而非像普通膜组件那样令中空纤维膜平行于中心筒轴心。如此设置降低了损耗，提高了利用率；普通超滤膜组件，采用1m多长的超滤膜丝6000多根，以获得50m²的过滤面积；相同过滤面积，本申请可采用64根190米长膜丝。减少了切割工序，降低膜丝消耗。

作为优选方案，组成带状过滤单元的各根中空纤维膜丝在长度方向每间隔一定距离设有一个固定节。首先，固定节的存在使得带状过滤单元可以在不同位置进行裁剪，滤芯过滤面积可通过调整过滤单元的圈绕长度来实现；其次，固定节还可以在一定程度上控制带状过滤单元卷绕的形状，减小膜丝形变量。

作为优选方案，带状过滤单元端头通过熔融快速接头密封。

作为优选方案，带状过滤单元由20-100根中空纤维膜丝排列成1-2层形成。

作为优选方案，卷绕式滤芯和卷绕式超滤膜组件的进出水口即快速接头连接处通过涂敷封装胶固定。

作为优选方案，卷绕式滤芯呈筒状或纺锤状。理论卷绕式滤芯可以由带状过滤单元卷绕成任意规则或不规则形状，但处于充填密度、结构稳定性等原因考虑，通常将卷绕式滤芯卷绕成筒状或纺锤状。

第二方面，本申请还提供一种包括上述卷绕式超滤膜组件的过滤器或净水器。

第三方面，本申请还提供一种卷绕式超滤膜组件的制备方法，包括以下步骤：

将20-100根中空纤维膜丝依序排列，形成带状过滤单元；

将所述带状过滤单元沿膜组件中心筒均匀卷绕成筒状或纺锤状，并保持稳定的松紧度和固定的卷绕速度，形成卷绕式滤芯；

通过热熔快速接头将所述带状过滤单元两端端头封闭和固定；

将所述卷绕式滤芯快速接头连接处通过涂敷固定胶密封，并配备连接件封装即为独立的卷绕式超滤膜组件。

作为优选方案，上述制备方法还包括通过调整过滤单元的卷绕长度来调整卷绕式滤芯过滤面积。

本申请具有的优点和积极效果是：本申请提出一种卷绕式超滤膜组件，采用成熟有效的卷绕技术，将少量的膜束卷绕成型，呈筒状或纺锤状；使中空纤维通过自身的膜壁支撑，成型的膜筒具有极高的强度和延展性，不受外界条件和内外压力的影响，且接触紧密，空间利用率极高。

除了上面所描述的本申请解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本申请所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征所带来的优点，将在下文中结合附图作进一步详细的说明。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本申请实施例提供的卷绕式超滤膜组件结构示意图；

图2为本申请实施例提供的带状过滤单元结构示意图。

图中：1、带状过滤单元；2、中心筒；3、中空纤维膜丝；4、固定节。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1

请参考图1和图2，本实施例提供一种卷绕式超滤膜组件，包括卷绕式滤芯；卷绕式滤芯呈筒状，由带状过滤单元1卷绕在中心筒2上而成。带状过滤单元1包括64根中空纤维膜丝3，整齐排列成2层；带状过滤单元1的延伸方向与中空纤维膜丝3的延伸方向一致，每间隔一定距离设有一个固定节4，将所有中空纤维膜丝3固定在一起，防止松散。带状过滤单元1端头通过熔融固定或密封。卷绕式滤芯和卷绕式超滤膜组件的进出水口通过涂敷封装胶固定。

本实施例还提供一种包括上述卷绕式超滤膜组件的净水器或过滤器。

本实施例还提供一种上述卷绕式超滤膜组件的制备方法：

本发明的超滤膜滤芯采用中空纤维超滤膜膜丝；将64根或更多膜丝依序排列，形成带状过滤单元；带状过滤单元两端根据需要，通过热熔将端头封闭和固定。将带状过滤单元沿膜组件中心筒均匀卷绕成筒状，并保持稳定的松紧度和固定的卷绕速度；圈绕成型后形成筒状滤芯，将膜芯封装即为独立的超滤膜组件；将带状过滤单元端头接入膜组件的进出水口，在连接处涂敷固定胶胶封。

滤芯过滤面积可通过调整过滤单元的圈绕长度来实现。

实施例2

在本实施例中，带状过滤单元采用24根中空纤维膜丝排列成1层，卷绕式滤芯呈纺锤状，即中间较粗、两端较细的旋转体形状。卷绕式超滤膜组件的其余部分与实施例1相同，制备方法参照实施例1。

在其他实施例中，带状过滤单元也可以采用其他数量的中空纤维膜丝，如20-100根均可，排列成其他层数，卷绕式滤芯也可以采用其他形状。

本申请提供的卷绕式超滤膜组件可由人工卷绕成型，过滤通量与常规膜组件无异。大型膜组件的卷绕需通过卷绕设备进行，张紧度和卷绕层数还需要通过实践确认。

与现有技术中的普通超滤膜组件相比，本申请提供的卷绕式超滤膜组件具有以下明显优势：

1)采用同一种中空纤维膜丝，在不影响过滤面积和效果的情况下，极大地增强了整体超滤膜的强度。加压、压力不规律波动、气洗、气水反洗等常规过滤操作对卷绕式超滤膜组件中的膜丝只会产生极其微小的形变，在实际操作中可避免断丝情况的发生。

2)降低了损耗，提高了利用率；普通超滤膜组件，采用1m多长的超滤膜丝6000多根；相同过滤面积，本申请仅需膜丝64根190米长。减少了切割工序，降低膜丝消耗。

3)滤芯经卷绕成型，极大的压缩了过滤膜空间；相同膜组件，充填密度大幅度提高。卷绕式的超滤膜膜组件是压力式膜组件，膜丝之间的微小空隙能够提供足够的水流通道，只需为膜组件提供额外的0.02atm(2kPa)的气压，即可帮助新结构克服过水助力。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种卷绕式超滤膜组件，其特征在于，包括卷绕式滤芯；所述卷绕式滤芯由带状过滤单元卷绕而成；所述带状过滤单元由中空纤维膜丝排列固定成型。

2.根据权利要求1所述的卷绕式超滤膜组件，其特征在于，所述带状过滤单元的延伸方向与所述中空纤维膜丝的延伸方向一致。

3.根据权利要求2所述的卷绕式超滤膜组件，其特征在于，组成所述带状过滤单元的各根中空纤维膜丝在长度方向每间隔一定距离设有一个固定节。

4.根据权利要求1所述的卷绕式超滤膜组件，其特征在于，所述带状过滤单元端头通过熔融快速接头密封。

5.根据权利要求1所述的卷绕式超滤膜组件，其特征在于，所述带状过滤单元由20-100根中空纤维膜丝排列成1-2层形成。

6.根据权利要求1所述的卷绕式超滤膜组件，其特征在于，所述卷绕式滤芯和卷绕式超滤膜组件的进出水口通过涂敷封装胶固定。

7.根据权利要求1所述的卷绕式超滤膜组件，其特征在于，所述卷绕式滤芯呈筒状或纺锤状。

8.一种包括权利要求1-7任一项所述的卷绕式超滤膜组件的过滤器或净水器。

9.一种卷绕式超滤膜组件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将20-100根中空纤维膜丝依序排列，形成带状过滤单元；

将所述带状过滤单元沿膜组件中心筒均匀卷绕成筒状或纺锤状，并保持稳定的松紧度和固定的卷绕速度，形成卷绕式滤芯；

通过热熔快速接头将所述带状过滤单元两端端头封闭和固定；

将所述卷绕式滤芯快速接头连接处通过涂敷固定胶密封，并配备连接件封装即为独立的卷绕式超滤膜组件。

10.根据权利要求9所述的卷绕式超滤膜组件的制备方法，其特征在于，还包括通过调整过滤单元的卷绕长度来调整所述卷绕式滤芯过滤面积。