CN111408273A - 一种有机管式膜、管式膜组件以及管式膜机组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种有机管式膜、管式膜组件以及管式膜机组。所述有机管式膜包括基膜层和表膜层，所述基膜层的材质为UHMW‑PE，所述表膜层的材质为PVDF，所述有机管式膜的平均孔径为0.05μm～0.1μm。本发明提供的技术方案中，所述管式膜组件的性能与进口管式膜的性能大体相当，且所述管式膜组件的部分性能还有优于进口管式膜的性能，但所述管式膜组件的单价要远远低于进口管式膜的单价。

Description

一种有机管式膜、管式膜组件以及管式膜机组
技术领域
本发明涉及水处理设备技术领域，特别涉及一种有机管式膜、管式膜组件以及管式膜机组。
背景技术
分离膜的工业应用始于上世纪70年代，按照材质主要分为有机膜和无机膜。水处理工业中常用的多为有机膜，包括反渗透膜、纳滤膜、超滤膜和微滤膜等主要品种。随着膜分离技术研究的不断深入，应用市场的不断扩大，膜法水处理已经得到了人们的普遍接受，膜分离技术在水处理工业中的应用已经度过培育期，开始进入快速成长期，成为水处理领域的一支生力军。膜生物反应器(MBR)是公认的二十一世纪污废水处理领域的前沿新技术。在国务院公布的《节能环保新型产业》发展规划中，膜生物反应器技术，及膜材料技术均被列入我国污染治理技术与产品技术的第一位。
膜生物反应器技术自2006年在我国正式运行第一个万吨级以上大规模项目以来，该技术在我国市政与工业领域得到了广泛的应用，万吨级以上规模的数量已超过数十个，且覆盖江苏、北京、广东、内蒙等我国十多个省市，在我国水环境敏感地区的污水处理厂提标升级改造中承担着中坚角色，可见膜技术在我国的应用规模与应用范围越来越广，并呈快速发展趋势。综上所述，无论是从国家宏观政策，还是行业发展的趋势看，中国的水处理膜应用市场规模将越来越大，为膜制造产业提供了广阔的发展空间。
超滤和微滤膜都是多孔膜，又由于工作压力较低，所以也统称为低压膜，用于水体除菌除浊，或流体中的固/液分离，有用物质回收等。UF和MF膜是我国分离膜的第一大产业，制造厂商多达一百多家(反渗透仅5～6家)，是我国膜产业中企业数、产品种类、型号最多，产量最大，能与国外产品抗衡的领域。近年来，微孔滤膜大量用于反渗透的前处理和膜生物反应器，涉及海水淡化、高品质饮用水制备以及污水处理再生水回用等。UF/MF市场中的高端领域(电子工业用超纯水、电泳漆回收、制药、酶制剂等用途)目前基本由国外企业控制，进口管式膜虽然性能较好，但单价相对较高，故亟待设计一种性价比较高的管式膜。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种有机管式膜、管式膜组件以及管式膜机组，旨在设计一种性价比较高的管式膜。
为实现上述目的，本发明提供了一种有机管式膜，包括基膜层和表膜层，所述基膜层的材质为UHMW-PE，所述表膜层的材质为PVDF，所述有机管式膜的平均孔径为0.05μm～0.1μm。
可选地，所述有机管式膜的外径为10.5mm，内径为5mm。
可选地，所述表膜层位于所述基膜层的外侧。
本发明还提供了一种管式膜组件，包括膜外壳、及设置于所述膜外壳内的多个有机管式膜，且所述多个有机管式膜沿着所述膜外壳的长度方向呈并行设置，所述有机管式膜包括基膜层和表膜层，所述基膜层的材质为UHMW-PE，所述表膜层的材质为PVDF，所述有机管式膜的平均孔径为0.05μm～0.1μm。
可选地，所述膜外壳的材质为UPVC。
可选地，所述管式膜组件的有效膜面积为10.5mm2～14.6mm2。
可选地，所述管式膜组件的反洗方式为气冲、水反洗、混合反冲洗。
可选地，所述管式膜组件的最大进水压力为0.45MP。
可选地，所述膜外壳内设置有两个支撑板，所述两个支撑板在所述膜外壳的长度方向上相对，且均对应所述多个有机管式膜开设有多个安装孔，所述多个有机管式膜的两端分别插设于所述两个支撑板上对应的安装孔处；所述多个有机管式膜从内至外且沿着所述膜外壳的周向呈多圈布置，且任意相邻两圈的有机管式膜在所述膜外壳的周向上一一错开。
本发明还提供了一种管式膜机组，包括管式膜组件，所述管式膜组件包括膜外壳、及设置于所述膜外壳内的多个有机管式膜，且所述多个有机管式膜沿着所述膜外壳的长度方向呈并行设置，所述有机管式膜包括基膜层和表膜层，所述基膜层的材质为UHMW-PE，所述表膜层的材质为PVDF，所述有机管式膜的平均孔径为0.05μm～0.1μm。
本发明提供的技术方案中，所述管式膜组件的性能与进口管式膜的性能大体相当，且所述管式膜组件的部分性能还有优于进口管式膜的性能，但所述管式膜组件的单价要远远低于进口管式膜的单价。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明提供的管式膜机组的一实施例的结构示意图；
图2为图1中的管式膜组件的结构示意图；
图3为图2中部分结构的剖视图；
图4为图3中有机管式膜的截面示意图；
图5为图3中支撑板的结构示意图。
附图标号说明：管式膜机组200、管式膜组件100、有机管式膜1、基膜层11、表膜层12、膜外壳2、支撑板3、安装孔31。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
分离膜的工业应用始于上世纪70年代，按照材质主要分为有机膜和无机膜。水处理工业中常用的多为有机膜，包括反渗透膜、纳滤膜、超滤膜和微滤膜等主要品种。随着膜分离技术研究的不断深入，应用市场的不断扩大，膜法水处理已经得到了人们的普遍接受，膜分离技术在水处理工业中的应用已经度过培育期，开始进入快速成长期，成为水处理领域的一支生力军。膜生物反应器(MBR)是公认的二十一世纪污废水处理领域的前沿新技术。在国务院公布的《节能环保新型产业》发展规划中，膜生物反应器技术，及膜材料技术均被列入我国污染治理技术与产品技术的第一位。
膜生物反应器技术自2006年在我国正式运行第一个万吨级以上大规模项目以来，该技术在我国市政与工业领域得到了广泛的应用，万吨级以上规模的数量已超过数十个，且覆盖江苏、北京、广东、内蒙等我国十多个省市，在我国水环境敏感地区的污水处理厂提标升级改造中承担着中坚角色，可见膜技术在我国的应用规模与应用范围越来越广，并呈快速发展趋势。综上所述，无论是从国家宏观政策，还是行业发展的趋势看，中国的水处理膜应用市场规模将越来越大，为膜制造产业提供了广阔的发展空间。
超滤和微滤膜都是多孔膜，又由于工作压力较低，所以也统称为低压膜，用于水体除菌除浊，或流体中的固/液分离，有用物质回收等。UF和MF膜是我国分离膜的第一大产业，制造厂商多达一百多家(反渗透仅5～6家)，是我国膜产业中企业数、产品种类、型号最多，产量最大，能与国外产品抗衡的领域。近年来，微孔滤膜大量用于反渗透的前处理和膜生物反应器，涉及海水淡化、高品质饮用水制备以及污水处理再生水回用等。UF/MF市场中的高端领域(电子工业用超纯水、电泳漆回收、制药、酶制剂等用途)目前基本由国外企业控制，进口管式膜虽然性能较好，但单价相对较高，故亟待设计一种性价比较高的管式膜。
鉴于此，本发明提供一种管式膜组件，该管式膜组件能够运用于管式膜机组，图1至图5为运用了本发明所提供的管式膜组件的管式膜机组的一实施例。
请参阅图1至图3，所述管式膜组件100包括膜外壳2、及设置于所述膜外壳2内的多个有机管式膜1，且所述多个有机管式膜1沿着所述膜外壳2的长度方向呈并行设置。具体地，请参阅图4，在本实施例中，所述有机管式膜1包括基膜层11和表膜层12，所述基膜层11的材质为UHMW-PE(超高分子量聚乙烯)，所述表膜层12的材质为PVDF(聚偏氟乙烯)，所述有机管式膜1的平均孔径为0.05μm～0.1μm。
本发明提供的技术方案中，通过对所述有机管式膜1的材质和参数的优化设置，使得所述管式膜组件100的性能与进口管式膜的性能大体相当，且所述管式膜组件100的部分性能还有优于进口管式膜的性能，但所述管式膜组件的单价要远远低于进口管式膜的单价。
在本实施例中，所述有机管式膜1的外径为10.5mm，内径为5mm，进一步，当所述基膜层11的厚度与所述表膜层12的厚度之比为10:1～15:1时，所述有机管式膜1的性能较优。
所述有机管式膜1包括所述基膜层11和所述表膜层12，可以是在所述基膜层11的内侧和/或外侧设置所述表膜层12，具体地，请参阅图4，在本实施例中，所述表膜层12位于所述基膜层11的外侧，如此，便于设置所述表膜层12。进一步，在本实施例中，所述基膜层11和所述表膜层12之间设置有聚酯增强层(未在图中示出)，通过在所述基膜层11和所述表膜层12之间增设一聚酯层，能够提高所述有机管式膜1的抗压能力。
所述有机管式膜1设置于所述膜外壳2，在本实施例中，所述膜外壳2的材质为UPVC(硬聚氯乙烯)，这样所述膜外壳2能较好地保护所述管式膜组件100的内部结构。
在本实施例中，所述管式膜组件100的有效膜面积为10.5mm2～14.6mm2。
在本实施例中，所述管式膜组件100的反洗方式为气冲、水反洗、混合反冲洗。
在本实施例中，所述管式膜组件100的纯水初始通量(25℃，0.1MPa)为700L/m2h。并且，所述管式膜组件100的最大进水压力为0.45MP。
所述多个有机管式膜1设置于所述膜外壳2内，具体地，请参阅图2、图3和图5，在本实施例中，所述膜外壳2内设置有两个支撑板3，所述两个支撑板3在所述膜外壳2的长度方向上相对，且均对应所述多个有机管式膜1开设有多个安装孔31，所述多个有机管式膜1的两端分别插设于所述两个支撑板3上对应的安装孔31处；所述多个有机管式膜1从内至外且沿着所述膜外壳2的周向呈多圈布置，且任意相邻两圈的有机管式膜1在所述膜外壳2的周向上一一错开。这样通过错开布置所述多个有机管式膜1，有利于增加所述膜外壳2内液体与所述多个有机管式膜1之间的接触面积，从而提升过滤效果。
进一步，请参阅图5，在本实施例中，所述支撑板3包括靠近所述支撑板3的中心的中心区域、靠近所述支撑板3的外轮廓线的边缘区域、以及位于所述中心区域与所述边缘区域之间的环形区域，所述环形区域包括四个扇形区域，所述四个扇形区域在所述支撑板3的周向呈间隔设置，所述多个安装孔31分别设置于所述四个扇形区域。如此，通过优化所述多个安装孔31在所述支撑板3上的设置位置，使得所述支撑板3能保持较好的强度。
所述有机管式膜1通常为圆管状，所述有机管式膜1插设于所述安装孔31处，那么所述安装孔31可以为圆孔设置，所述安装孔31还可以为与所述有机管式膜1相适配的正六边形孔设置，这样将所述多个有机管式膜1插设于所述支撑板3上，使得所述多个有机管式膜1彼此之间构成固定间距，形成膜束，可保证所述多个有机管式膜1在所述管式膜组件100的轴向上的直线一致性，保证在运行中所述有机管式膜1不震颤或极小震颤，所述多个有机管式膜1之间不相互干涉、碰撞，极大地延长了所述管式膜组件100的使用寿命；同时，所述支撑板3上设置的正六边形安装孔31与所述有机管式膜1的外表面之间会形成间隙，利于产水通过。
以下表1为美国保利事(porex)膜组件参数，表2为德国BERGHOF膜组件参数，表3为两种型号的所述管式膜组件100的性能参数。
表1
Figure BDA0002454593920000071
表2
Figure BDA0002454593920000081
表3
Figure BDA0002454593920000082
Figure BDA0002454593920000091
对比可得到以下结论：
1、对比所述管式膜组件100、美国POREX膜组件、及德国BERGHOF膜组件三者的主要性能技术指标，所述管式膜组件100与美国POREX膜组件大体相当，均为微滤(MF)，而德国BERGHOF膜组件为超滤(UF)。
2、美国POREX的膜管外径为Φ25.4(1英寸)，所述管式膜组件100使用的有机管式膜1为Φ10.5mm，优于美国POREX。
3、所述管式膜组件100“组合式脉冲反冲洗技术”允许用＜0.45MPa的压缩空气反冲，美国POREX膜组件不允许直接用压缩空气，只能是气顶水，要求压力＜0.12MPa，德国BERGHOF膜组件只允许正洗，不允许反冲。证明所述有机管式膜1的结合强度高于美国POREX和德国BERGHOF。
4、电耗：美国、德国管式膜不允许高强度反冲洗，为避免膜堵塞而采用“大错流”过滤，即表面流速为8m/s，这就促成了高电耗，其吨水电耗达4-5度电/吨水；而天牧云管式膜易反冲、不怕堵，其表面流速为0.5m/s，故吨水电耗0.5度电/吨水，节电90％。
5、价格比：美国POREX管式膜单价约为10000元/m2，德国BERGHOF管式膜约为3500元/m2，所述管式膜组件100仅约为1200元/m2。
6、应用范围：所述有机管式膜1应用范围要比美国POREX和德国BERGHOF都要宽泛的多。
7、处理水最高允许含固量：美国POREX和德国BERGHOF均为5％(重量比)，所述有机管式膜1为15％，且对高含固液体可以一次性完成过滤与脱水，而美国POREX和德国BERGHOF膜管只能过滤，其浓缩要另外用压滤机脱水。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种有机管式膜，其特征在于，包括基膜层和表膜层，所述基膜层的材质为UHMW-PE，所述表膜层的材质为PVDF，所述有机管式膜的平均孔径为0.05μm～0.1μm。
2.如权利要求1所述的有机管式膜，其特征在于，所述有机管式膜的外径为10.5mm，内径为5mm。
3.如权利要求1所述的有机管式膜，其特征在于，所述表膜层位于所述基膜层的外侧。
4.一种管式膜组件，其特征在于，包括膜外壳、及设置于所述膜外壳内的多个如权利要求1-3任一项所述的有机管式膜，且所述多个有机管式膜沿着所述膜外壳的长度方向呈并行设置。
5.如权利要求4所述的管式膜组件，其特征在于，所述膜外壳的材质为UPVC。
6.如权利要求4所述的管式膜组件，其特征在于，所述管式膜组件的有效膜面积为10.5mm2～14.6mm2。
7.如权利要求4所述的管式膜组件，其特征在于，所述管式膜组件的反洗方式为气冲、水反洗、混合反冲洗。
8.如权利要求4所述的管式膜组件，其特征在于，所述管式膜组件的最大进水压力为0.45MP。
9.如权利要求4所述的管式膜组件，其特征在于，所述膜外壳内设置有两个支撑板，所述两个支撑板在所述膜外壳的长度方向上相对，且均对应所述多个有机管式膜开设有多个安装孔，所述多个有机管式膜的两端分别插设于所述两个支撑板上对应的安装孔处；所述多个有机管式膜从内至外且沿着所述膜外壳的周向呈多圈布置，且任意相邻两圈的有机管式膜在所述膜外壳的周向上一一错开。
10.一种管式膜机组，其特征在于，包括如权利要求4-9任一项所述的管式膜组件。
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