CN111514761A - 一种膜组件及使用其的烟气水分回收和污水处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种膜组件及使用其的烟气水分回收和污水处理装置，膜组件包括平板膜片、集配水室、外壳、连接法兰及进出水管，集配水室包括两组，平板膜片两端分别通过集配水室侧面开槽开槽置于其内部；外壳位于集配水室的远离平板膜片一侧，将集配水室围于其内侧；集配水室的两端设有连接法兰，进出水管一端穿过外壳与集配水室连通；烟气水分回收装置包括串联的多级膜组件，最上端膜组件的一进出水管与一进水泵相接；污水处理装置包括串联的多级膜组件污水处理池，底部设有沉泥区，其内设有进水管。本发明膜组件集水和配水更加均匀，解决了层流问题，降低了膜污染不均匀的程度，可用于烟气水分回收和污水处理，效率高。

Description

一种膜组件及使用其的烟气水分回收和污水处理装置

技术领域

本发明涉及节水、环保技术领域，尤其是涉及一种膜组件及使用其的烟气水分回收和污水处理装置。

背景技术

膜组件是包含膜片及其支撑结构的最小单元的装置。膜组件是膜系统运行的基础，单个组件或多个组件都可以组装成膜分离装置系统，用于气体净化、环保水处理等领域。根据膜的形式或排列方式，膜组件可分为五种形式，即管式膜组件、板框式膜组件、卷式膜组件以及用于反渗透的中空纤维膜组件和用于超滤与透析的毛细管式膜组件。

对平板膜的应用而言多选用板框式膜组件。一个平板式板框膜组件包括支撑支架、内部装载的一定数量中空平板膜片，各个膜面相互平行并且面间距相等放置，由于膜元件两端用封盖密封，外接集配水管，容易导致膜内通道水流流速不均，膜片污染不均，导致膜组件寿命降低，清洗成本增加，同时管路连接繁多，操作不便。

单个膜组件成品尺寸受制造工艺限制，在实际工程应用中，需要将多个膜组件进行串联和并联来提高处理规模和效率。需根据工程处理量确定最终的并联膜组件数目，根据处理的效率确定串联的级数。目前的平板膜多级串联工艺，处理水流或气流在膜片间流动的过程中，会逐渐接近层流状态，流体中物质浓度不均匀，膜片层间中部位置物质浓度高，接近膜两侧物质浓度低，降低了处理介质与平板膜片的碰撞几率，会导致膜组件在运行过程中处理效率降低，同时也会导致严重的膜片污染现象，对于处理效率要求高的工程来说，需要增加串联级数，增加维护运行成本。

目前，多采用设置不同型号的膜组件相互配合或增加扰流板以解决上述膜片间的层流问题，一方面增加了加工安装制造成本和运行成本，另一方面会导致各级之间的连接件和管件增多，使得管路连接复杂，不安全因素增加。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种膜组件，该膜组件采用单一型号的特殊布置膜元件构建而成，可以解决上述背景技术中提出的膜间流体层流、膜内通道内水流配水不均、膜片污染程度不同、膜组件寿命短等问题。

本发明的第二目的在于提供一种使用上述膜组件的烟气水分回收装置，该烟气水分回收装置可利用上述膜组件实现高湿度烟气中水分的高效回收，节省水资源。

本发明的第三目的在于提供一种使用上述膜组件的污水处理装置，该污水处理装置可利用上述膜组件实现污水的高效过滤、沉淀。

本发明提供一种膜组件，包括平板膜片、集配水室、外壳及进出水管，所述集配水室包括两组，分别设于所述平板膜片两侧，所述集配水室的靠近所述平板膜片一侧设有开槽，所述开槽与所述平板膜片的端部相适配；所述平板膜片的两端分别穿过所述开槽，并置于所述集配水室内，所述开槽与所述平板膜片相接处密封；所述外壳位于所述集配水室的远离所述平板膜片一侧，且两端边沿向所述集配水室一侧伸出，将所述集配水室围于其内侧；所述进出水管一端位于所述外壳外部，另一端穿过所述外壳与所述集配水室连通，水通过所述进出水管进入或流出所述集配水室。

优选地，所述集配水室的上下两端分别设有连接法兰，通过所述连接法兰的配合。

优选地，所述开槽与所述平板膜片相接处通过溶胶密封。

优选地，所述平板膜片包括多组，平行等高且等间距布置于两集配水室之间；其中，最近端的平板膜片到所述外壳的距离大于最远端的平板膜片到所述外壳的距离。

优选地，所述最近端的平板膜片到所述外壳的距离与所述最远端的平板膜片到所述外壳的距离差等于平板膜片间距的一半。

优选地，所述膜组件在相串联使用时，一膜组件在水平面内做180°旋转，使两膜组件的相反端之间上下配合连接。

本发明同时提供了一种使用上述膜组件的烟气水分回收装置，包括多组上下串联相接的多级膜组件及循环水泵，相邻膜组件的相反端配合连接，所述循环水泵与最上端膜组件的进出水口相接通，每个膜组件与位于其上方的膜组件的同一端的进出水口依次连通。

本发明还提供了一种使用上述膜组件的污水处理装置，包括多组上下串联相接的多级膜组件及位于所述膜组件下方的污水处理池，相邻的膜组件的相反端配合连接，所述污水处理池与所述膜组件底部密封相接；所述污水处理池内设有进水管，所述进水管的一端通到污水处理池外部，并与一进水泵相接；所述污水处理池底部设有锥形的沉泥区。

优选地，所述进水管的位于所述污水处理池内部一端设有喇叭状出水口，所述喇叭状出水口位于所述多级膜组件下方。

优选地，所述沉泥区底部设有一通到所述污水处理池外部的排泥管，所述排泥管的位于所述污水处理池外部一端设有一排泥阀。

本发明具有的有益效果：采用集配水室和进出水管代替传统的封盖密封膜片的方法，使膜组件的集水和配水更加均匀，降低了膜组件系统工作压力，降低了膜污染不均匀的程度，提高膜组件寿命。膜组件集配水室和进出水管结构完全相同，两个膜组件可沿纵轴旋转安装，使膜组件之间的平板膜片错列分布，可用于高湿度烟气和污水等流体的干燥或过滤沉淀处理，同时在处理过程中，可有效解决平板膜片间易出现层流的问题，使流体产生紊流状态，强化处理效果，同时制造及维护成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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获得其他的附图。

图1为本发明实施例一单个膜组件的正面剖视图；

图2为本发明实施例一膜组件的平板膜片布置左剖视图；

图3为本发明实施例一两级膜组件串联的左剖视图；

图4为本发明实施例一两级膜组件串联时平板膜片布置轴测图；

图5为本发明实施例二使用三级膜组件串联对高湿度烟气处理示意图；

图6为本发明实施例三使用三级膜组件的废水处理装置的示意图。

附图标记说明：

1：平板膜片；2：集配水室；3：外壳；4：连接法兰；5：进出水管；6：循环水泵；7：进水管；8：喇叭状出水口；9：沉泥区；10：排泥管；11：排泥阀；12：进水泵。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1所示，一种膜组件，包括平板膜片1、集配水室2、外壳3、连接法兰4及进出水管5，集配水室2包括左右两组，分别对称布置在平板膜片1的左右两侧，两组集配水室2的靠近所述平板膜片一侧分别设有相互对称的开槽，所述开槽的纵切面的形状、大小与所述平板膜片1的两端面的形状、大小完全相同，平板膜片1的两端分别穿过所述开槽，并置于集配水室2内部，开槽与平板膜片1相接处采用溶胶进行密封；连接法兰4包括多组，分别设于集配水室2的上下两端，各连接法兰4相对集配水室2的位置相同，通过所述连接法兰4之间配合，可使两个膜组件上下串联相接。外壳3位于所述集配水室2的远离所述平板膜片1的一侧，外壳3的前后两端边沿向所述集配水室2一侧延伸，将集配水室2围于其内侧；进出水管5一端位于外壳3的外部。另一端穿过外壳3与集配水室2相连通，循环水可通过所述进出水管5进入或流出所述集配水室2。

如图2所示，平板膜片1包括多片，其规格尺寸相同，均竖直等高且等间距布置于在两集配水室2之间，平板膜片1的两端均通过均匀布置在集配水室2侧面上的开槽伸入到集配水室2内部，其中离后侧的外壳A端最近一片平板膜片1到A端的距离比离前侧的外壳B端最近一片平板膜片1到B端的距离小1/2的平板膜片1间距。

如图3、4所示，两个膜组件配合串联安装时，将其中一个膜组件绕竖直方向旋转180°，使一膜组件的外壳3的A端与另一膜组件外壳3的B端对齐，其B端对应地与另一膜组件外壳3的A端对齐，然后利用膜组件上下两端的连接法兰4，使两膜组件按上述方式进行上下串联相接，由于距离B端最近的一片平板膜片1到B端的距离比离A端最近的一片平板膜片1到A端的距离大1/2的平板膜片1间距，因此当两膜组件按上述方式进行上下串联时，分别位于两膜组件的上下对应的平板膜片1如图3和图4所示，会在竖直方向错开1/2的平板膜片1间距，使位于上方的平板膜片1与位于下方的平板膜片1在水平方向投影均匀分布，从而使上下膜组件的膜片间通道错开。

采用上述方式错列布置，能够有效避免在使用多个膜组件连接时，相邻的平板膜片1间因为串接，形成较长的水流通道，出现通道中间位置流速高，靠近通道壁处流速小的层流现象。

层流现象会造成流体中的物质浓度不均匀，膜片层间中部位置物质浓度高，接近膜片层两侧处物质浓度低，降低了处理介质与平板膜片的碰撞几率，会导致由陶瓷等材料的平板膜片1组成的膜组件在运行过程中处理效率降低，同时也会导致严重的膜片污染现象，对于处理效率要求高的工程来说，需要增加串联级数，同时会增加运行维护成本。而采用上述结构的膜组件以及布置方式，能够实现膜组件之间的膜片的错列分布，使流体产生紊流状态，强化水处理效果。

实施例2

下面以三个膜组件上下串联处理高湿度烟气为例对其实施方式进行具体说明。

如图5所示，一种使用上述膜组件的烟气水分回收装置，采用实施例一中所述方式，将平板膜片1的膜平均有效孔径为50nm的膜组件进行三级串联拼装，其中中间的膜组件为绕竖直方向旋转180°布置，上下两膜组件正常布置，将各膜组件的进出水管5按照图5中细箭头所示方向进行顺次连接，高湿度烟气流如图5中粗箭头方向竖直向上，平板膜片呈错列分布布置，位于顶部膜组件左侧的进出水管5与一循环水泵6相接通。膜组件之间外壳3连接处严密不漏气，外壳3结构坚固并设计有保温层，可在寒冷环境下对集配水箱2进行保温。

工作过程中，开启循环水泵6，使其吸入口真空度为5m，孔道内形成负压，作为循环水入口的最底部膜组件右侧的进出水管5处温度为25℃。使用上述集配水室2进行配水和集水，可使单个平板膜片1的膜内压力和冷却水温度分布更为均匀。

从三级膜组件的下方通过引风机引入合理流量的温度为50℃，湿度为100％的高湿度烟气，高湿度烟气穿过错列分布的平板膜片1的过程中，产生紊流运动状态，烟气中的饱和水分被冷却凝结成水滴，水滴碰撞平板膜片1后，可透过膜孔径进入循环水一侧，汇入循环水中。由于毛细冷凝现象的存在，膜表面微孔被水充满，不凝性气体被阻挡在外，不能进入膜通道内部，在处理过程中，高湿度烟气与平板膜片1间在碰撞、扩散、毛细冷凝等综合作用下，可使三级膜组件上方出口处的烟气相对湿度降低至50％以下。

实施例三

如图6所示，一种基于实施例二中三级膜组件的污水处理装置，包括平板膜片1的膜片平均有效孔径为200nm的三级膜组件及位于其下方的污水处理池，污水处理池内设有进水管7，通过进水管7将待处理污水通入污水内，所述进水管7的位于污水处理池内一端设有喇叭状出水口8，污水处理池底部设有锥形的沉泥区9，沉泥区9底部设有排泥管10，所述排泥管10上设有控制其开闭的排泥阀11，进水管7另一端连接有一进水泵12，进水泵12为高压水泵，可以抽取待处理污水通过进水管7通入污水处理池内。污水处理池采用耐高压材料制成，整体密封。

在处理废水的过程中，关闭排泥阀11，启动进水泵12，将悬浮物浓度为200ml/L的泥水混合液通入污水处理池中，通过喇叭状出水口8的均匀配水作用，装置内部混合液压力高，膜组件的平板膜片1孔道内水流压力相对较低，而混合液中污泥颗粒直径大于膜孔径，平板膜片1起到机械筛滤作用，污泥颗粒被挡在平板膜片1的外部，而水顺利进入平板膜片1的内部通道，洁净水再通过两端的集配水室2收集，并由两端的进出水管5流出，泥水混合液在平板膜片1表面实现泥水分离，可将出水悬浮物浓度能够降低至10mg/L。

随着处理过程进行，污泥颗粒在平板膜片1表面逐渐聚集成大的颗粒，在重力的作用下，向位于污水处理池底部的沉泥区9进行沉淀。当沉泥区9内积泥达到一定程度，则打开排泥阀11，从排泥管10排出堆积的污泥。当进水泵12超出允许的压力时，则反向开启进水泵12，抽吸装置内的混合液，膜片间通道内洁净水水流反向流动，冲洗平板膜片1孔径，使平板膜片1的过滤能力得到恢复。

本发明采用膜片错列布置，起到了扰动水流的作用，增加了混合液中污泥颗粒的碰撞几率，增强了絮凝效果。采用集配水室2降低了系统的工作阻力，减少了水的压力损失，降低了工作能耗。另外，采用本发明膜组件的污水处理装置可通过调整膜组件不同的安装数量和角度，控制膜组件出水口的数量和位置，在不改变污水处理装置的前提下，可快速实现改变装置中混合液的分离速度、停留时间等参数。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (10)

1.一种膜组件，其特征在于，包括平板膜片、集配水室、外壳及进出水管，所述集配水室包括两组，分别设于所述平板膜片两侧，所述集配水室的靠近所述平板膜片一侧设有开槽，所述开槽与所述平板膜片的端部相适配；所述平板膜片的两端分别穿过所述开槽，并置于所述集配水室内，所述开槽与所述平板膜片相接处密封；所述外壳位于所述集配水室的远离所述平板膜片一侧，且两端边沿向所述集配水室一侧伸出，将所述集配水室围于其内侧；所述进出水管一端位于所述外壳外部，另一端穿过所述外壳与所述集配水室连通，水通过所述进出水管进入或流出所述集配水室。

2.根据权利要求1所述的一种膜组件，其特征在于，所述集配水室的上下两端分别设有连接法兰，通过所述连接法兰的配合。

3.根据权利要求1所述的一种膜组件，其特征在于，所述开槽与所述平板膜片相接处通过溶胶密封。

4.根据权利要求1所述的一种膜组件，其特征在于，所述平板膜片包括多组，平行等高且等间距布置于两集配水室之间；其中，最近端的平板膜片到所述外壳的距离大于最远端的平板膜片到所述外壳的距离。

5.根据权利要求4所述的一种膜组件，其特征在于，所述最近端的平板膜片到所述外壳的距离与所述最远端的平板膜片到所述外壳的距离差等于平板膜片间距的一半。

6.根据权利要求5所述的一种膜组件，其特征在于，所述膜组件在相串联使用时，一膜组件在水平面内做180°旋转，使两膜组件的相反端之间上下配合连接。

7.基于权利要求1～6中任一项所述膜组件的一种烟气水分回收装置，其特征在于，包括多组上下串联相接的多级膜组件及循环水泵，相邻膜组件的相反端配合连接，所述循环水泵与最上端膜组件的进出水口相接通，每个膜组件与位于其上方的膜组件的同一端的进出水口依次连通。

8.基于权利要求1～6中任一项所述膜组件的一种污水处理装置，其特征在于，包括多组上下串联相接的多级膜组件及位于所述膜组件下方的污水处理池，相邻的膜组件的相反端配合连接，所述污水处理池与所述膜组件底部密封相接；所述污水处理池内设有进水管，所述进水管的一端通到污水处理池外部，并与一进水泵相接；所述污水处理池底部设有锥形的沉泥区。

9.根据权利要求8所述的一种污水处理装置，其特征在于，所述进水管的位于所述污水处理池内部一端设有喇叭状出水口，所述喇叭状出水口位于所述多级膜组件下方。

10.根据权利要求8所述的一种污水处理装置，其特征在于，所述沉泥区底部设有一通到所述污水处理池外部的排泥管，所述排泥管的位于所述污水处理池外部一端设有一排泥阀。

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