CN111013393A - 中空平板陶瓷膜的封装结构 - Google Patents

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肖峰
张瑞君
高珊珊
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    • B01D71/02—Inorganic material

Abstract

本发明涉及膜分离技术领域，提供了一种中空平板陶瓷膜的封装结构。该结构包括与中空平板陶瓷膜的端部的外周连接的弹性密封套，弹性密封套的外周连接有集水端头，集水端头开设有安装孔，所述弹性密封套与所述安装孔构成密封配合，所述中空平板陶瓷膜的端面与所述安装孔的底壁之间设置有间隙，所述安装孔的底壁上开设有与所述中空平板陶瓷膜的流道连通的集水孔；采用弹性密封件作为中空平板陶瓷膜与集水端头之间的过渡连接层，通过弹性密封件的挤压产生密封作用，可有效避免液体胶的使用，从而避免打胶引起的陶瓷膜接口不美观、打胶不均匀、粘结强度低、封装效率低、人工劳动强度高及环保性差等问题，有效提高中空平板陶瓷膜的封装效率。

Description

中空平板陶瓷膜的封装结构
技术领域
本发明属于膜分离技术领域，特别涉及一种中空平板陶瓷膜的封装结构。
背景技术
随着我国城镇化和工业化进程的加快，水环境污染和水资源短缺问题也日益严重。近年来低压膜分离技术已经发展成为一种高效的水处理技术，在受污染地表水处理、污水深度处理与回用、工业废水资源化等领域均已得到广泛应用。但是，目前常用的膜材料为采用有机高分子制备的中空纤维型或平板型低压膜，存在着使用寿命短、机械强度低、化学稳定性差等缺点，并且有机膜材料在使用中易于受到污染，不能耐受苛刻的化学清洗条件和使用环境，限制了其在水处理领域的有效应用。
作为一种无机膜，陶瓷膜是以氧化铝、刚玉、氧化锆、氧化钛、氧化硅等无机粉体材料经过成型、烧结等工序所制成，具有机械强度高、化学稳定性强、使用寿命长、运行稳定等优点。依据其断面形式，陶瓷膜可分为管式陶瓷膜和中空平板陶瓷膜，其中中空平板陶瓷膜制造成本低、过滤阻力小、运行能耗低，已成为有机高分子膜在水处理领域的重要替代产品，可用于悬浮物、颗粒物、微生物的高效快速过滤，钢铁、冶炼等行业废水的循环利用，含油废水高效处理，电厂冷凝水处理与回用，城镇污水的高效处理与资源化等。
但是，如同其他材料与形式的低压膜一样，中空平板陶瓷膜必须在封装之后才可以有效发挥其过滤作用。目前中空平板陶瓷膜的封装方法主要是利用刚性端头套装于陶瓷膜端部，然后在缝隙中挤入液体胶，待液体胶干燥固化后使用。该方法存在选胶困难(胶的种类与调配比例等均会对封装效果产生影响)、封装周期长、控制精度要求高、劳力消耗量大等问题，且胶装过程显著提高了中空平板陶瓷膜膜组件的制作成本，并易出现漏点，限制了中空平板陶瓷膜分离技术在水处理领域的有效推广应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中空平板陶瓷膜的封装结构，对陶瓷膜进行密封安装，且便于其进行拆卸更换。
为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种中空平板陶瓷膜的封装结构，包括与中空平板陶瓷膜的端部的外周连接的弹性密封套，所述弹性密封套的外周连接有集水端头，所述集水端头开设有安装孔，所述弹性密封套与所述安装孔构成密封配合，所述中空平板陶瓷膜的端面与所述安装孔的底壁之间设置有间隙，所述安装孔的底壁上开设有与所述中空平板陶瓷膜的流道连通的集水孔。
可选的，所述安装孔为阶梯盲孔，所述安装孔包括与所述弹性密封套构成密封配合的大径段和与所述中空平板陶瓷膜的流道连通的小径段，所述集水孔开设于所述小径段的底壁。
可选的，所述集水端头上设置有与所述集水孔连接的集水嘴。
可选的，所述弹性密封套向所述中空平板陶瓷膜的端面延伸包覆有翻边，所述翻边上对应所述中空平板陶瓷膜的流道开设有通孔。
可选的，还包括膜组件框架，所述中空平板陶瓷膜设置有多组，多组所述中空平板陶瓷膜布置于所述膜组件框架内。
可选的，所述膜组件框架包括相对设置的两个侧板，所述两个侧板的端部之间连接有紧固肋条，多组所述中空平板陶瓷膜平行间隔布置于所述两个侧板之间，所述中空平板陶瓷膜的端部的集水端头抵触至所述紧固肋条。
可选的，所述两个侧板的端部之间还连接有两个挡条，所述集水端头处于所述两个挡条之间。
可选的，所述两个挡条相对的侧边上设置有卡槽，所述集水端头与所述卡槽构成卡嵌配合。
可选的，所述弹性密封套的内部轮廓尺寸为所述中空平板陶瓷膜的外部轮廓尺寸的0.7～0.95倍。
可选的，所述弹性密封套的压缩率为30％～80％。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
(1)本发明利用弹性密封件作为中空平板陶瓷膜与刚性集水端头之间的过渡连接层，通过弹性密封件的挤压产生密封作用，可有效避免液体胶的使用，从而避免打胶引起的陶瓷膜接口不美观、打胶不均匀、粘结强度低、封装效率低、人工劳动强度高及环保性差等问题，有效提高中空平板陶瓷膜的封装效率，改善工人的工作环境，并能显著降低中空平板陶瓷膜的组装成本。
(2)本发明在将中空平板陶瓷膜安装于膜组件框架之后，进一步利用紧固肋条紧贴安装于中空平板陶瓷膜的刚性集水端头的集水嘴的两侧，并将两端固定于膜组件框架之上，进一步确保了弹性密封件和刚性集水端头在中空平板陶瓷膜反冲洗时不被内部较高的压力挤出。
(3)当膜组件中的一片或若干片中空平板陶瓷膜出现损坏时，可方便快捷地进行膜组件拆卸和零部件更换，就地实现快速维修和快速恢复通水，这是利用打胶封装的膜组件所无法实现的。
(4)传统打胶封装的中空平板陶瓷膜与集水端头之间由于液体胶的固化黏连而无法分开，一旦成本较低的集水端头破损，就不得不同时更换与之相连的中空平板陶瓷膜，而后者的成本高昂。本发明的使用则可有效避免这一状况的发生，弹性密封件和集水端头的快速拆卸与安装避免了中空平板陶瓷膜的更换，从而有效降低了膜组件维护成本，这是本发明的又一有益效果。
附图说明
图1为中空平板陶瓷膜的示意图；
图2为中空平板陶瓷膜、弹性密封件及集水端头配合立体示意图；
图3为中空平板陶瓷膜、弹性密封件及集水端头配合剖视图；
图4为中空平板陶瓷膜与膜组件框架配合俯视图；
图5为中空平板陶瓷膜与膜组件框架配合主视图。
附图标记：
1、中空平板陶瓷膜；2、弹性密封套；21、翻边；22、通孔；3、集水端头；31、安装孔；32、集水嘴；4、膜组件框架；41、侧板；42、紧固肋条；43、挡条；44、卡槽。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图3所示，本申请提供的一种中空平板陶瓷膜的封装结构，中空平板陶瓷膜1如图1所示，当然中空平板陶瓷膜1还可以整体呈圆形及其他形状，包括与中空平板陶瓷膜1的端部的外周连接的弹性密封套2，弹性密封套2的外周连接有集水端头3，集水端头3开设有安装孔31，弹性密封套2与安装孔31构成密封配合，中空平板陶瓷膜1的端面与安装孔31的底壁之间设置有间隙，使得两者之间形成一个与中空平板陶瓷膜1的流道连通的空腔，安装孔31的底壁上开设有与空腔连通的集水孔，集水孔与抽吸泵连接用于抽滤污水。
与现有技术相比，本申请采用弹性密封件2作为中空平板陶瓷膜1与集水端头3之间的过渡连接层，通过弹性密封件2的挤压产生密封作用，可有效避免液体胶的使用，从而避免打胶引起的陶瓷膜接口不美观、打胶不均匀、粘结强度低、封装效率低、人工劳动强度高及环保性差等问题，有效提高中空平板陶瓷膜1的封装效率，改善工人的工作环境，并能显著降低中空平板陶瓷膜1的组装成本，弹性密封件2和集水端头3的快速拆卸与安装避免了中空平板陶瓷膜1的更换，从而有效降低了膜组件维护成本。
在一些实施例中，如图2和图3所示，安装孔31为阶梯盲孔，安装孔31包括与弹性密封套2构成密封配合的大径段和与中空平板陶瓷膜1的流道连通的小径段，集水孔开设于小径段的底壁。中空平板陶瓷膜1的端面的外圈抵触至大径段与小径段之间的台阶，小径段形成与中空平板陶瓷膜1的流道连通的空腔，随后由集水孔进行抽滤污水。
在一些实施例中，如图2和图3所示，集水端头3上设置有与集水孔连接的集水嘴32，设置集水嘴32便于集水端头3与抽吸泵进行连接。
在一些实施例中，如图2和图3所示，弹性密封套2向中空平板陶瓷膜1的端面延伸包覆有翻边21，翻边21上对应中空平板陶瓷膜1的流道开设有通孔22，弹性密封套2与翻边21一体式成型，紧紧的包覆中空平板陶瓷膜1端部的外周及其端面，即使进行反冲洗时也不能将弹性密封套2由中空平板陶瓷膜1端部与集水端头3之间挤出。
在一些实施例中，如图4和图5所示，还包括膜组件框架4，中空平板陶瓷膜1设置有多组增加处理污水的能力，通过膜组件框架4快速拆卸安装中空平板陶瓷膜1。
在一些实施例中，如图4和图5所示，膜组件框架4包括相对设置的两个侧板41，两个侧板41的端部之间连接有紧固肋条42，多组中空平板陶瓷膜1平行间隔布置于两个侧板41之间，中空平板陶瓷膜1的端部的集水端头3抵触至紧固肋条42。首先将两个侧板41的一端连接两个紧固肋条42，使其构成一个主体框架，中空平板陶瓷膜1的两端安装弹性密封件2及集水端头3，一端的集水端头3的端面对应抵触至紧固肋条42，两个紧固肋条42分处于集水嘴32的两侧，随后再安装另一端的紧固肋条42，最终通过两端的紧固肋条42紧紧夹持住中空平板陶瓷膜1，进行反冲洗时，即使水压过大，通过紧固肋条42的约束也能限制弹性密封件2及集水端头3不会轻易脱离中空平板陶瓷膜1的端部。两端的集水端头3可同时与抽吸泵连接，也可以对其中一个集水端头3进行封堵。
在一些实施例中，如图4和图5所示，两个侧板41的两端之间各自连接有两个挡条43，集水端头3垂直于挡条43布置，集水端头3的两端被两个挡条43约束，随后再采用紧固肋条42进一步的固定。
在一些实施例中，如图4和图5所示，两个挡条43相对的侧边上设置有卡槽44，集水端头3与卡槽44构成卡嵌配合，挡条43的内侧边设置有若干个卡槽44，布置多组中空平板陶瓷膜1时，对准两个侧板41的两端的卡槽44使得两端的集水端头3与其进行配合，采用紧固肋条42进一步的固定，如此可以稳定的约束中空平板陶瓷膜1，同时又能便于中空平板陶瓷膜1与膜组件框架4进行快速拆卸安装。
弹性密封套2的内部轮廓尺寸为中空平板陶瓷膜1的外部轮廓尺寸的0.7～0.95倍，弹性密封套2的压缩率为30％～80％。
本发明的封装方法包括如下步骤：
(1)采用清水与乙醇对如图1所示的中空平板陶瓷膜1端部进行清洗，以去除可能存在的粉尘颗粒和油脂类物质，中空平板陶瓷膜1的壁厚为1.0mm，孔道宽度为2.0mm，整体厚度4.0mm；
(2)如图2和图3所示，弹性密封套2缠绕在清洗后的中空平板陶瓷膜1端部外侧，该硅胶弹性密封套2的壁厚为1.0mm，压缩率为40％，硅胶弹性密封套2设置有翻边21，翻边21对应中空平板陶瓷膜1的流道开设有通孔22，缠绕过程中需将中空平板陶瓷膜1端部完全伸入弹性密封套2的内部空间；
(3)如图2和图3所示，将缠绕有弹性密封套2的中空平板陶瓷膜1端部插入ABS塑料刚性集水端头3内的安装孔31的大径段，操作过程需保证弹性密封套2完全被均匀地挤压在中空平板陶瓷膜1和刚性集水端头3之间。ABS塑料刚性集水端头3壁厚为2.0mm，刚性集水端头3轮廓与中空平板陶瓷膜1端部轮廓相似，上层大径段深度10.0mm，下层小径段深度2.0mm，上层大径段宽度5.0mm，下层小径段宽度2.0mm，小径段作为汇水区与集水嘴32相通，集水嘴32可通过柔性管或汇水总管与抽吸泵连接；
(4)将采用硅胶弹性密封套2和ABS塑料刚性集水端头3封装的中空平板陶瓷膜1平行置于不锈钢膜组件框架4之内；
(5)采用不锈钢紧固肋条42紧贴于中空平板陶瓷膜1集水嘴32的上下两侧，并将紧固肋条42的两端通过螺栓固定于膜组件框架4之上；
(6)采用膜组件以浸没抽吸的方式处理某污水处理厂好氧活性污泥曝气池中的活性污泥悬浮溶液，运行以恒通量模式进行，保持抽吸通量为40L/m2·h·bar，运行中的抽吸压力为0～20kPa，当跨膜压差达到20kPa后进行压力为0.1～0.5MPa的清水反冲洗；
(7)通过监测整个运行过程中发现：采用本发明封装结构及封装方法构建中空平板陶瓷膜能够有效地实现活性污泥悬浮溶液处理，其抽吸出水水质远好于传统沉淀池泥水分离方法的出水水质，表明抽吸运行过程中密封条件良好，避免了污水的泄露。此外，在经过0.5MPa清水高压反冲洗30min后，分别测定0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa和0.5MPa下的纯水反洗通量，结果如表1所示，由表1可知不同反洗压力下的纯水通量基本呈线性变化，线性相关系数R2达到0.9925，压力与通量之间明显的线性相关关系表明本发明封装结构能够抵御高压反洗而不发生泄漏。反洗后的膜组件再次处理污水时的跨膜压差降低，出水水质良好、稳定，进一步从另一方面证实清水高压反冲洗过程并未破坏封装部位的密封性，表明本发明封装结构及封装方法切实、可行、有效。
表1：高压反洗压力与反洗通量的关系
Figure BDA0002274587700000081
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种中空平板陶瓷膜的封装结构，其特征在于：包括与中空平板陶瓷膜(1)的端部的外周连接的弹性密封套(2)，所述弹性密封套(2)的外周连接有集水端头(3)，所述集水端头(3)开设有安装孔(31)，所述弹性密封套(2)与所述安装孔(31)构成密封配合，所述中空平板陶瓷膜(1)的端面与所述安装孔(31)的底壁之间设置有间隙，所述安装孔(31)的底壁上开设有与所述中空平板陶瓷膜(1)的流道连通的集水孔。
2.根据权利要求1所述的中空平板陶瓷膜的封装结构，其特征在于：所述安装孔(31)为阶梯盲孔，所述安装孔(31)包括与所述弹性密封套(2)构成密封配合的大径段和与所述中空平板陶瓷膜(1)的流道连通的小径段，所述集水孔开设于所述小径段的底壁。
3.根据权利要求2所述的中空平板陶瓷膜的封装结构，其特征在于：所述集水端头(3)上设置有与所述集水孔连接的集水嘴(32)。
4.根据权利要求1所述的中空平板陶瓷膜的封装结构，其特征在于：所述弹性密封套(2)向所述中空平板陶瓷膜(1)的端面延伸包覆有翻边(21)，所述翻边(21)上对应所述中空平板陶瓷膜(1)的流道开设有通孔(22)。
5.根据权利要求1所述的中空平板陶瓷膜的封装结构，其特征在于：还包括膜组件框架(4)，所述中空平板陶瓷膜(1)设置有多组，多组所述中空平板陶瓷膜(1)布置于所述膜组件框架(4)内。
6.根据权利要求5所述的中空平板陶瓷膜的封装结构，其特征在于：所述膜组件框架(4)包括相对设置的两个侧板(41)，所述两个侧板(41)的端部之间连接有紧固肋条(42)，多组所述中空平板陶瓷膜(1)平行间隔布置于所述两个侧板(41)之间，所述中空平板陶瓷膜(1)的端部的集水端头(3)抵触至所述紧固肋条(42)。
7.根据权利要求6所述的中空平板陶瓷膜的封装结构，其特征在于：所述两个侧板(41)的端部之间还连接有两个挡条(43)，所述集水端头(3)处于所述两个挡条(43)之间。
8.根据权利要求7所述的中空平板陶瓷膜的封装结构，其特征在于：所述两个挡条(43)相对的侧边上设置有卡槽(44)，所述集水端头(3)与所述卡槽(44)构成卡嵌配合。
9.根据权利要求1所述的中空平板陶瓷膜的封装结构，其特征在于：所述弹性密封套(2)的内部轮廓尺寸为所述中空平板陶瓷膜(1)的外部轮廓尺寸的0.7～0.95倍。
10.根据权利要求9所述的中空平板陶瓷膜的封装结构，其特征在于：所述弹性密封套(2)的压缩率为30％～80％。
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