CN115121121A - 一种膜组件及其曝气装置和清洗方法及污水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种膜组件及其曝气装置和清洗方法及污水处理系统，涉及污水处理技术领域，包括：储气盒、内盒、中空管和布气单元，其中，所述内盒和中空管均位于储气盒内，中空管位于内盒中，所述布气单元位于储气盒一端外侧，所述储气盒另一端设有进气口，所述储气盒和内盒一端连通，内盒另一端封闭；所述中空管一端与内盒另一端内部连通，中空管另一端和布气单元连通；所述布气单元上设有布气口，所述布气口开口方向与中空管轴线夹角为(0，90°]。针对中空膜丝清洗效果差的技术问题，它的清洗效果佳。

Description

一种膜组件及其曝气装置和清洗方法及污水处理系统

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种膜组件及其曝气装置和清洗方法及污水处 理系统。

背景技术

超滤膜因为具有节能、高效、清洁等优点，目前已在各个领域广泛应用，如水处理、食 品、能源、电子、医药、化工等领域。然而，膜的寿命及膜污染严重制约了其应用，尤其在水处理领域中。

目前柱式膜组件多为两端固定，组件内部中空纤维膜丝留有一定的冗余度，下端封胶层 留有气孔，作为气洗时气体进口。这种结构的柱式膜组件，气洗时膜丝抖动量有限，且当抖 动量过大时，两端封胶处的膜丝易发生断裂，进一步限制了气洗效果。同时，下端封胶层由 于需预留气孔，也影响了膜丝的填充密度。相应的，柱式膜组件一般都设有中心管，部分组 件出于支撑考虑，也有部分通过中心管来布气，起到加强清洗效果的作用，但是设置中心管 的同时也意味着相同面积膜填充量的减少。

发明内容

1、发明要解决的技术问题

针对膜组件清洗效果差的技术问题，本发明提供了一种膜组件及其曝气装置和清洗方法 及污水处理系统，它的清洗效果佳。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

一种膜组件的曝气装置，包括：储气盒、内盒、中空管和布气单元，其中，所述内盒和 中空管均位于储气盒内，中空管位于内盒中，所述布气单元位于储气盒一端外侧，所述储气 盒另一端设有进气口，所述储气盒和内盒一端连通，内盒另一端封闭；所述中空管一端与内 盒另一端内部连通，中空管另一端和布气单元连通；所述布气单元上设有布气口，所述布气 口开口方向与中空管轴线夹角为(0，90°]。该曝气装置的构造可产生大量气泡，布气口设 置的朝向，使得曝气装置产生的气泡不会直接冲击中空膜丝，不会破坏中空膜丝的秩序性， 清洗彻底，清洗效果佳。

进一步的，布气口开口方向与中空管一外接圆相切，布气口呈切向布置。作为优选的布 气口设置方案，气泡排放的方向完全避开了对中空膜丝的冲击，且多个布气口的设置方案， 增加了同一时间内，气泡的产生量，这样无疑使得清洗周期短，清洗干净，且方便快捷。

进一步的，布气单元包括主通道和布气通道，主通道与中空管连通，布气通道一端与主 通道连通，布气通道另一端设有布气口。布气通道上的布气口设置数量可以实现多个化，提 高气泡产生量，提高清洗效率。

进一步的，还包括布水通道，布水通道贴设于储气盒边缘处。便于原水通过，分布于壳 体中通过膜组件进行过滤，以及对壳体进行周期性清洗后的污水排放。

进一步的，布气通道呈曲线状。通过该曲线可有效抵消气泡自身携带的作用力，防止气 泡冲击力过大，对中空膜丝带来损伤。

进一步的，所述布气单元设有开口方向不同的N组布气口，储气盒的进气口、储气盒、 内盒和中空管均被分为N个独立部分，相应的，被分的储气盒的进气口、储气盒、内盒和中 空管的各独立部分依次连通，形成N个独立的气路，分别与布气单元上开口方向不同的N组 布气口连通，N≥2，N为整数。因多个独立的气路分别与开口方向不同的多组布气口连通， 从不同开口方向的布气口中排放的气泡出口方向不同，可对膜组件进行多个方向冲洗，单一 方向的冲洗可能导致部分污染物仍然吸附于中空膜丝表面，通过控制储气盒的进气口对应各 独立气路的各独立部分，进行依次交替，且间歇性的通气，实现两个以上方向的冲洗模式， 不断改变气泡产生方向，打破单一方向冲洗的局限性，可实现清洗干净彻底，清洗方便快捷， 清洗效果佳。

进一步的，储气盒的储气腔包括储气腔一和储气腔二；储气腔一另一端设有进气口一， 储气腔二另一端设有进气口二；内盒包括内盒腔一和内盒腔二，内盒腔一一端与储气腔一一 端连通；内盒腔二一端与储气腔二一端连通；内盒腔一另一端底部和内盒腔二另一端底部均 封闭，并均设于中空管外部；中空管包括中空管一和中空管二，中空管一一端和内盒腔一另 一端连通；中空管二一端和内盒腔二另一端连通；布气单元包括布气腔一和布气腔二；中空 管一另一端和布气腔一连通，布气腔一上设有布气口一；中空管二另一端和布气腔二连通， 布气腔二上设有布气口二；布气口一和布气口二的开口朝向不同。

进一步的，布气单元还包括布气通道一和布气通道二；布气通道一一端和布气腔一连通， 布气通道一另一端设有布气口一；布气通道二一端和布气腔二连通，布气通道二另一端设有 布气口二。

进一步的，布气口一的开口朝向和布气口二的开口朝向相反。

进一步的，布气口开口方向与中空管一外接圆相切，布气口一和布气口二均呈切向布置。

进一步的，布气通道一和布气通道二均呈曲线状。

进一步的，中空管二位于中空管一外部，中空管一一端的部分管壁与内盒腔二另一端固 定连接。

进一步的，布气腔一一端一部分封闭并与布气腔二一端相邻，布气腔一一端另一部分和 中空管一另一端连通，布气腔一另一端封闭，布气腔一侧面上设有布气口一；布气腔二另一 端和中空管二另一端连通；布气腔二侧面上设有布气口二。通过上述方案，实现两向清洗模 式，可彻底方便且快捷的对中空膜丝进行清洗。

一种膜组件，包括以上任一项所述的曝气装置，还包括：中空膜丝，壳体，端盖一和端 盖二，其中，若干所述中空膜丝位于壳体内，相邻中空膜丝之间存有间隙，所述中空膜丝一 端设于所述壳体一端内部，所述中空膜丝另一端自由且封堵；所述壳体一端设有浓水口和产 水口；所述壳体另一端设有曝气装置和进水通道。

进一步的，所述壳体一端内部设有封胶层，所述中空膜丝一端固定在封胶层中。

进一步的，所述浓水口设于中空膜丝的一端和另一端之间的壳体侧面，或壳体一端内部 设有浓水通道，浓水通道和壳体一端端部的浓水口连通。

一种水处理系统，包括以上任一项所述的一种膜组件，还包括污水管，产水管，浓水管 和进气管；污水管和进水通道连通，产水管和产水口连通，浓水管和浓水口连通，污水管上 设有污水泵，进气管和进气通道连通。

一种膜组件的清洗方法，包括：到达设定过滤时间T1时，进行反冲洗，时间为T2；关闭产水口，向进气口中通入气体，曝气装置产生气泡从布气口排出，对中空膜丝清洗T3时间后，关闭浓水口，打开进水通道排放污水。

进一步的，包括：向进气口一中通入气体，曝气装置产生气泡从布气口一排出，对中空 膜丝清洗T31时间，关闭进气口一；经T32时间后，向进气口二中通入气体，曝气装置产生 气泡从布气口二排出，对中空膜丝清洗T33时间，关闭进气口二；关闭浓水口，打开进水通 道排放污水；重复上述过程，直到清洗时间达到T3结束；其中，T3＝x*T31+2*y*T32+z*T33， x，y，z均为正整数。

进一步的，反冲洗方法包括：关闭进水通道，打开浓水口，向产水口中通入气体时间为 T2，气体进入中空膜丝21内孔中，压出中空膜丝内残留的水分；或者，关闭浓水口和进气通 道，打开产水口及进水通道，膜产水从产水口进入中空膜丝内孔，时间为T2，在压力作用下 穿过膜孔到达中空膜丝外侧，使中空膜丝上附着的污染物松动脱落，清洗后的污水由进水通 道处排放。

进一步的，S1、向第i个独立部分的进气口中通入气体，曝气装置产生气泡从第i个方向 的布气口排出，对中空膜丝清洗T4i时间；停止向第i个独立部分的进气口中通入气体，经 T42时间后，i＝i+1，重复步骤S1到j*N次，直到清洗时间达到T4结束，N≥2，i、j和N均为整数，i≤N；其中，

3、有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

曝气装置的构造可产生大量气泡，布气口设置的朝向，使得曝气装置产生的气泡不会直 接冲击中空膜丝，不会破坏中空膜丝的秩序性，清洗彻底，清洗效果佳。配合膜丝组件，以 及污水处理系统和清洗方法，不但过滤效果好，且清洗方便快捷，干净。

附图说明

图1为本发明实施例提出的一种膜组件的曝气装置实施方式一的立体结构示意图之一。

图2为本发明实施例提出的一种膜组件的曝气装置实施方式一的立体结构示意图之二。

图3为本发明实施例提出的一种膜组件的曝气装置实施方式一的剖面示意图。

图4为本发明实施例提出的一种膜组件的曝气装置实施方式一的布气单元结构示意图。

图5为本发明实施例提出的一种膜组件的曝气装置实施方式二的立体结构示意图之一。

图6为本发明实施例提出的一种膜组件的曝气装置实施方式二的立体结构示意图之二。

图7为本发明实施例提出的一种膜组件的曝气装置实施方式二的剖面示意图。

图8为本发明实施例提出的一种膜组件的曝气装置实施方式二的内盒及中空管部分结构 剖视图。

图9为本发明实施例提出的一种膜组件的曝气装置实施方式二的布气单元示意图之一。

图10为本发明实施例提出的一种膜组件的曝气装置实施方式二的布气单元示意图之二。

图11为图10的部分结构剖视图。

图12为本发明实施例提出的一种膜组件包含曝气装置实施方式一的剖面示意图。

图13为本发明实施例提出的一种膜组件的曝气装置中布气单元实施方式之一的外表面 示意图。

图14为本发明实施例提出的一种膜组件的曝气装置布气单元实施方式之一的内表面示 意图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。

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。本发明中所述的第一、第二等词语，是为了描述本 发明的技术方案方便而设置，并没有特定的限定作用，均为泛指，对本发明的技术方案不构 成限定作用。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。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖 直”、“水平”、“内”、“外”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”、“第 三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，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。同一实施例中的多个技术方案，以及不同实施例的多个 技术方案之间，可进行排列组合形成新的不存在矛盾或冲突的技术方案，均在本发明要求保 护的范围内。

实施例1

结合图1-14，本实施例提出了一种膜组件的曝气装置，包括：储气盒11、内盒12、中空 管13和布气单元14，其中，内盒12和中空管13均位于储气盒11内，中空管13位于内盒 12中，布气单元14位于储气盒11一端外侧，储气盒11另一端设有进气口15，储气盒11和 内盒12一端连通，内盒12另一端封闭，

中空管13一端与内盒12另一端内部连接，中空管13另一端和布气单元14连通；布气 单元14上设有布气口16，布气口16开口方向与中空管13轴线夹角为(0，90°]。如图1 和3。

其中，储气盒11和中空管13可以是一体成型，或者是固定连接，如图1中所示。内盒12可连接于中空管13上，也可连接于储气盒11上，根据实际应用，综合考虑生产制造加工成本及便捷性等因素进行选择。

储气盒11、内盒12和中空管13依次套设，优选的方式是，储气盒11、内盒12和中空管13的中心轴重合，使得内盒12与储气盒11之间的环形间隙均匀分布，内盒12和中空管 13之间的环形间隙均匀分布。通过三者依次套设的构造，气体从进气口15依次进入储气盒11、内盒12、中空管13和布气单元14中，从布气单元14上的布气口16中出来，形成气泡， 对膜组件进行曝气冲刷和清洗。具有一定压力的气体，经上述路径后，气体的冲击力受到缓冲，从布气口16排出的气泡冲击力下降，可对中空膜丝21组合成的模组件进行冲刷和清洗，不会因冲击力过大，而损坏中空膜丝21的构造。

因膜组件位于曝气装置上部，即位于布气单元14的顶部，自然状态下，中空膜丝一般是 垂直设置于膜组件中，和中空管13轴线保持平行。布气口16和中空管13轴线夹角限定为(0， 90°]，即，与自然状态下的中空膜丝端部朝向存在上述夹角限定，可避免布气口16直接冲 击中空膜丝端部，导致中空膜丝受到冲击后，上浮弯曲而互相交叉叠合，致使中空膜丝之间 排序混乱，待清洗完成后，无法恢复原有垂顺状态的情况发生；甚至冲击力过大时出现中空 膜丝弯曲而折断的情况发生。布气单元14上的布气口16是多个的，具体是，开口方向与中 空管13轴线夹角为90°、85°、80°等数值。如图1所示的一种实施方式，布气口16为4 个，且均与中空管13轴线夹角为90°，均匀分布在布气单元14上，产生的气泡冲击力不会直接冲击膜组件内的中空膜丝，在中空膜丝表面进行冲刷，清洗掉位于中空膜丝表面的灰尘 和杂质，实现彻底充分的清洗干净。

本实施例膜组件的曝气装置在具体设计时，可综合考虑膜组件内的中空膜丝数量，膜组 件的体积大小，膜组件的横截面大小，布气单元14和膜组件的位置距离，以及储气盒11的 进气口15通入的气体压力范围等因素，用以决定设计出的曝气装置的大小，曝气装置内储气 盒11、内盒12、中空管13和布气单元14的大小体积，及它们之间的空间大小设定，布气口 16的数量，布气口16的尺寸和布气口16方向，进行优化设计，以实现最佳的清洗效果。

布气口16开口方向与中空管13一外接圆相切，布气口16呈切向布置。布气口16开口 方向与中空管13轴线夹角为90°，布设于布气单元14上的所有布气口16开口方向所在平面与中空管13轴线垂直，且与中空管13一外接圆相切，采用这种设计方案的情况下，布气口16开口方向，与自然状态下的中空膜丝保持垂直，通过曝气装置对膜组件进行清洗时，布气口16出口处的气泡完全不会直接冲击到中空膜丝，防止中空膜丝上浮，带动中空膜丝旋转， 提升清洗效果。可起到充分保护中空膜丝的作用，切向布置的多个布气口16，使曝气装置排 出的气泡沿切向排放到膜组件中对中空膜丝进行冲刷，进一步降低气泡的冲击力，且气泡沿 着切向旋转，从中空膜丝底部上升至顶部，对中空膜丝表面的杂质起到更好的清洗与冲刷效 果。

布气单元14包括主通道17和布气通道18，主通道17与中空管13连通，布气通道18一端与主通道17连通，布气通道18另一端设有布气口16。从中空管13过来的气体经布气 单元14内的主通道17进入到布气单元14内，进而进入到布气通道18中，从布气通道18另 一端上的布气口16排出气泡，布气通道18起到在布气单元14上布设布气口16的作用，当 布气单元14需设置多个布气口16时，相应的布气通道18数量保持一致；此外，还起到将通 入主通道17的气体进行分流布气的作用，进一步削弱了气体自带的冲击力，为进一步优化该 效果，布气通道18的形态可以为直线型，也可以为不规则形状，如弯折状，或曲线型。

还包括布水通道19，布水通道19贴设于储气盒11边缘处。在膜组件对待处理水，或原 水进行过滤时，经布水通道19向膜组件中通待处理水，或原水。在膜组件周期性清洗完成后， 布水通道19用于排放清洗中空膜丝后膜组件内的污水。

内盒12另一端上设有检修孔121，检修孔121上设有可打开的检修盖122。若曝气装置 内出现堵塞，如布气通道18、布气口16和中空管13出现污堵情况，可以拆下检修盖122清理干净，从检修孔121中排出去，从而不影响曝气装置的正常使用。

布气通道18呈曲线状。用于进一步缓冲气体携带的压力，避免从布气口16处排出的气 泡冲击力过大。

中空管13一端上设有与内盒12另一端内部连通的气孔。气孔用于形成虹吸效应而设置， 不断通入到储气盒11中的气体进入内盒12中，集聚在内盒12另一端内部，中空管13另一 端上的气孔处，储存的气体瞬间通过气孔，从中空管13排出到布气单元14内，并通过布气 单元14的主通道17和布气通道18分流后，经布气口16排出气泡，对中空膜丝进行冲刷清 洗。

进一步的布气口16，或布气通道18上设置气孔，气孔的大小，气孔之间的间距，与气 体自身携带的压力，曝气装置的容积等因素共同决定了产生的气泡大小，及气泡的冲击力， 决定了冲刷的效果，可通过优化设计这些气孔，可以进一步提高清洗效果。

本实施例中还提出了一种布气单元14的实施方式，布气单元14设有开口方向不同的N 组布气口16，储气盒11的进气口15、储气盒11、内盒12和中空管13均被分为N个独立部分，相应的，被分的储气盒11的进气口15、储气盒11、内盒12和中空管13的各独立部分 依次连通，形成两个独立的气路，分别与布气单元14上开口方向不同的N组布气口16连通， N≥2，N为整数。如图5-11，可在布气单元14上布设N组不同开口方向的布气口16，即每 一组的开口方向均不同，每一组当中的布气口16的数量均为多个，当向不同的气路通气体时， 因布气口16的开口方向不同，导致气泡出来的方向不同，形成不同方向的气泡冲刷清洗效果。具体为：在膜组件过滤完原水后，在清洗周期开始时，两组独立气路，分别分时交替工作运转，对膜组件内的中空膜丝进行冲洗，因布气口16的开口方向不同，不同独立气路工作时，因受到布气口设置方向的限制，布气口排出的气泡对中空膜丝进行冲刷，中空膜丝的旋转方 向不同，防止受该剪切力影响，贴附在中空膜丝表面的杂质难以被冲刷掉；通过分时段的清 洗，经N个不同方向的冲刷作用，可将贴附在中空膜丝表面的杂质清理干净，可以预见的是， 理论上N的取值是多样的，但考虑到实际中设计成本，曝气装置的构造复杂度，曝气装置自 身的空间及其是否容易被堵塞等问题，N的取值会受到一定的限制，N优选取值2或3。

如图5所示，储气盒11的储气腔包括储气腔一111和储气腔二112，如图5所示，储气盒11内设有隔离件一113，将储气盒11的储气腔一分为二，储气腔一111和储气腔二112的一端均与内盒12连通；储气腔一111另一端设有进气口一151，储气腔二112另一端设有进气口二152。该设置方案，从进气口15处即被一分为二，形成两个独立的，互不干涉的气路；储气盒11内的储气腔也被分成两个独立的腔体：储气腔一111和储气腔二112；用以设计独立气路。图6中，布气单元14还包括底座141和顶盖142，底座141设于储气盒11顶部， 顶盖142用于封堵主通道17，或用于封堵布气腔二172，如图9、10和11所示。

如图7和8所示，隔离件二123将内盒12一分为二，包括内盒腔一121和内盒腔二122， 内盒腔一121一端与储气腔一111一端连通；内盒腔二122一端与储气腔二112一端连通； 内盒腔一121另一端底部和内盒腔二122另一端底部均封闭，并均设于中空管13外部。内盒 12被一分为二为：内盒腔一121和内盒腔二122，内盒腔一121和储气腔一111连通，内盒 腔二122与储气腔二112连通，用以设计成两路独立气路。隔离件二123设于端盖二134底部，端盖二134顶部与储气盒11一端内部连接，用以固定隔离件二123以使内盒腔一121和内盒腔二122形成独立的，互不相通的腔室。

如图7和8所示，中空管13包括中空管一131和中空管二132，中空管一131一端和内盒腔一121另一端连通；中空管二132一端和内盒腔二122另一端连通；中空管一131另一 端和中空管二132另一端均与布气单元14连通，用以设计成两路独立气路。中空管二132穿 过端盖二134的部分为中空管二延伸部，中空管二延伸部和布气腔二172连通，以形成完整 的气路，并与中空管一131形成互不相通的隔离效果。

如图7、9、10和11所示，布气单元14包括布气腔一171和布气腔二172，即由主通道17被一分为二形成；中空管一131另一端和布气腔一171连通，布气腔一171上设有布气口一161；中空管二132另一端和布气腔二172连通，布气腔二172上设有布气口二162；布气 口一161和布气口二162的开口朝向不同，这样就形成了气泡排出方向完全不同的两个气路，配合通气的控制，实现对中空膜丝朝着不同方向间歇性冲洗。

如图6、9、10和11所示，布气单元14还包括布气通道一181和布气通道二18，即由布气通道18被一分为二形成；布气通道一181一端和布气腔一171连通，布气通道一181另一端设有布气口一161；布气通道二182一端和布气腔二172连通，布气通道二182另一端 设有布气口二162。

布气口一161的开口朝向和布气口二162的开口朝向相反。在清洗周期内，不同的时间 段中，从布气口一161和布气口二162排出的气泡方向相反，中空膜丝受到气泡冲刷作用， 也会朝着互为相反的两个方向旋转，实现对中空膜丝21充分彻底的清洗作用。

如图1、4和9所示，布气口16开口方向与中空管一131外接圆相切，布气口一161和布气口二162均呈切向布置。布气通道一181和布气通道二182均呈曲线状。中空管二132 位于中空管一131外部，中空管一131一端的部分管壁与内盒腔二122另一端固定连接。

如图7、10和11所示，布气腔一171一端一部分封闭并与布气腔二172一端相邻，布气 腔一171一端另一部分和中空管一131另一端连通，布气腔一171另一端封闭，布气腔一171 侧面上设有布气口一161；布气腔二172另一端和中空管二132另一端连通；布气腔二172 侧面上设有布气口二162。

此外，如图10和11所示，布气腔一171侧面设有布气通道一181，布气通道一181一端和布气腔一171连通，布气通道一181另一端设有布气口一161；布气腔二172侧面上设 有布气通道二182，布气通道二182一端和布气腔二172连通，布气通道二182另一端设有 布气口二162。

如图13和14所示，主通道17通过隔板被均分为四部分，分别与四个布气通道18一端 连通，布气通道18另一端均设有布气口16，类似的，主通道17通过隔板还可以被均分为五、 六、七部分等情况，有利于各布气通道18中气体分布的均匀性，且布气通道18越多，布气 口16的数量则越多，冲洗时，气泡同时从多个布气口16排放出去，可快速布满壳体内，且分布均匀。

实施例2

本实施例提出了一种膜组件，包括实施例1中任一项技术方案所述的曝气装置，如图12 和13所示，还包括：中空膜丝21，壳体22，端盖一23和端盖二24，其中，若干所述中空膜丝21位于壳体22内，相邻中空膜丝21之间存有间隙，所述中空膜丝21一端设于所述壳 体22一端内部，所述中空膜丝21另一端自由且封堵；所述壳体22一端设有浓水口25和产 水口29；所述壳体22另一端设有曝气装置和进水通道26。产水口29排放过滤后的净水，浓 水口25排放过滤掉的含杂质等的废水，进水通道26用于通入待处理水，即原水；曝气装置 在周期性的清洗过程中，产生气泡用于清洗膜组件中的中空膜丝21表面附着的污染物等杂 质。单根中空膜丝21一端设于所述壳体22一端内部，单根中空膜丝21另一端自由且封堵， 即单根中空膜丝21一端固定，另一端不固定，为自由的，且端面封堵，多根中空膜丝21受 重力作用下垂，位于壳体22内部。

所述浓水口25设于中空膜丝21的一端和另一端之间的壳体22侧面，或壳体22一端内 部设有浓水通道，浓水通道和壳体22一端端部的浓水口25连通。浓水口25用于周期性排放 被中空膜丝21滤除掉的原水中的污染物，其设置位置灵活，但显然的，需与中空膜丝21自 由端所在壳体22内部连通。当浓水口25设于壳体22一端端部时，因需要和中空膜丝21自由端所在壳体22内部连通，所以需要额外设置浓水通道，以便浓水口25设于壳体22一端端部，这样以来浓水通道将会占用中空膜丝21在壳体22排布的面积。如壳体22一端内部设有封胶层221，所述中空膜丝21一端固定在封胶层221中，因浓水通道需要穿过封胶层221与壳体22一端端部的浓水口25连通，因此浓水通道所在的封胶层221处，将无法布设中空膜丝21，将会减少中空膜丝21在壳体22排布量，进而会影响膜组件的清洁能力。

壳体22一端设有端盖一23，壳体22另一端设有端盖二24；中空膜丝21位于壳体22内， 相邻中空膜丝21之间存有间隙，中空膜丝21一端设于壳体22一端内部，中空膜丝21另一 端封堵；壳体22一端的侧面设有浓水口25；浓水口25位于中空膜丝21一端和壳体22一端内部连接处一侧，产水口29位于中空膜丝21一端和壳体22一端内部连接处另一侧，产水口29设于端盖一23上；端盖二24上设有进水通道26和进气通道27，曝气装置位于端盖二24内，与进水通道26和进气通道27均连通；进气通道27与曝气装置的进气口15连通。

端盖一23、端盖二24和壳体22的设置关系，可以为可拆卸连接，固定连接，或者一体 成型，实际应用中，可根据加工制造工艺成本等综合考虑确定设置关系。

膜组件的工作流程为：在原水处理过程中，原水由进水通道26经曝气装置进入到模组件 中，此时浓水口25及产水口29打开，原水从封堵的中空膜丝另一端逐渐上升至膜组件内充 满原水后，关闭浓水口25，水在压力作用下穿过中空膜丝21的膜孔，污染物被截留在中空 膜丝21的外侧，净水由位于中空膜丝21一端的产水口29流出，完成对原水的过滤。

中空膜丝21一端固定，另一端封堵，采用自由离散型封装的方式，可以加宽膜组件内流 道，减少污堵死角，便于提高清洗效果。利用曝气装置的曝气清洗效果，不仅可以达到降低 能耗的作用，曝气装置产生的大气泡大流量可以极大提升清洗效果，且大气泡形成的往复冲 击效果，也可以消除膜组件上端的污堵问题。膜组件的壳体22中取消中心管，可以让更多中 空膜丝21填充在壳体22内，增加了膜组件的膜填充面积。

壳体22一端内部设有封胶层221，中空膜丝21一端设于封胶层221内，中空膜丝21另 一端封堵；壳体22一端的侧面设有浓水口25，浓水口25与封胶层221远离端盖一23的一端相邻。

曝气装置和端盖二24为可拆卸连接，一方面方便安装，另一方面在膜组件水处理和清洗 周期的间隙中，可直接将曝气装置拆卸下来，替换成新的曝气装置，直接安装上，不会耽误 膜组件的正常运行。被拆卸下来的曝气装置被维修好或清洗干净后，可供下次替换使用。

还包括封头盖242，进水通道26位于封头盖242上，封头盖242与端盖二24连接，进水通道26设于封头盖242上，进气通道27与曝气装置的进气口15连通。进水通道26用于 向膜组件中通入待处理的原水，进气通道27用于向曝气装置中通入清洗用的气体，关于清洗用的气体的选择，按照曝气装置的实施方案是不作特别要求和限制的，但若有额外的清洗要 求，可根据需求进行选择，这里可作进一步补充说明。封头盖242与端盖二24连接可为固定 连接，或可拆卸连接，可拆卸的安装方式，便于定期拆卸、维修保养。封头盖242的设置，无需在曝气装置上设置进气和进水用的通道，封头盖242通过进水通道26和进气通道27分别和待处理的原水，及清洗用的气体连通。

布气单元14顶部和中空膜丝21另一端距离为50-150mm；具体应用时，可采用50cm、60cm、130cm、140cm、150cm等数值。用于进一步限定布气单元14产出的气泡对中空膜丝 21封堵端的冲击，以免出现扰乱中空膜丝21的现象，影响清洗和过滤效果。

封头盖242包括封堵支撑件243，所述封堵支撑件243环设于封头盖242内部，总进气 通道244设于封堵支撑件243上，总进气通道244设有总进气口245，用于为进气口15供气。

若曝气装置包括进气口一151和进气口二152时，进气通道26包括与进气口一151连通 的进气通道一，和与进气口二152连通的进气通道二，封头盖242包括封堵支撑件243，进 气通道一和进气通道二均设于封堵支撑件243上，进气通道一上设有总进气口一，进气通道 二上设有总进气口二。以分别向两路气路进行通气，若仅有总进气口245时，进气口一151 和进气口二152均与总进气口245连通，因两个气路的通气时间不可重合，所以通过间歇的 控制进气口一151和进气口二152上的阀门的启闭，也可实现同样的清洗效果。

实施例3

一种水处理系统，包括实施例2中任一项技术方案所述的一种膜组件，还包括污水管， 产水管，浓水管和进气管；污水管和进水通道26连通，产水管和产水口29连通，浓水管和 浓水口25连通，污水管上设有污水泵，进气管和进气通道27连通。

打开浓水口25和产水口29，通过污水泵将待处理的原水经污水管泵入到进水通道26中， 进而输送至膜组件内，通入原水至充满膜组件后，关闭浓水口25，水在压力作用下穿过中空 膜丝21的膜孔，中空膜丝21一端排出到产水口29处，污染物被截留在膜外侧。

还包括三通接头，所述三通接头分别和产水口29、产水管和通气管连通。产水管，用于 在原水过滤期间，将膜组件过滤形成的净水输送出去；通气管，用于在膜组件清洗期间，通 过产水口29向中空膜丝21内通入气体，将位于中空膜丝21外部附着的污染物松动脱落，用 以对膜组件进行清洗使用，浓水管用于排放浓水口25通过的水，进气管用于向进气通道27 内输送。三通接头起到分开水路和气路的作用，方便膜组件在不同的工作模式下的控制运行， 满足过滤和清洗期间的控制需要，且可满足不同的反冲洗方法。

若曝气装置包括进气口一151和进气口二152时，所述进气管包括进气管一和进气管二， 所述进气管一与总进气口一、进气通道一和进气口一151均连通；所述进气管二与总进气口 二、进气通道二和进气口二152均连通。以便向曝气装置内不同的独立气路中输送气体，在 对膜组件清洗期间，方便分时段分别控制两个气路产生气泡，布气口一161和布气口162的 开口朝向相反时，可实现分时段，沿正反方向清洗膜组件的技术效果，使得膜组件的清洗效 果更佳。

还包括控制器，所述控制器和污水泵、产水管上的阀门、通气管上的阀门、浓水口25处 的阀门、进水通道26处的阀门及进气通道27处的阀门均连接；或与进气管一和进气管二上 的阀门连接。控制器控制污水泵，及各阀门的启闭，以实现原水的输送，各开口和通道的启 闭；膜组件相关设备或系统使用前或出厂前，将控制程序烧入控制器中，从而可实现膜组件 在过滤和清洗两种工作模式下的周期性切换，以及实现不同工作模式下的过滤效果，以及清 洗效果，实现自动化无人控制的运行状态。

实施例4

一种膜组件的清洗方法，包括：到达设定过滤时间T1时，进行反冲洗：关闭进水通道 26，打开浓水口25，向产水口29中通入气体时间为T2，气体进入中空膜丝21内孔中，压出中空膜丝21内残留的水分；

曝气清洗：关闭产水口29，打开进气通道27，向进气口15中通入气体，曝气装置产生 气泡从布气口15排出，对中空膜丝21清洗T3时间后，关闭浓水口25，打开进水通道26排放污水。

在膜组件的一个原水过滤周期完成后，即到达设定过滤时间T1时，反冲洗和底部曝气清 洗两者的先后顺序可进行调换，第一种方式是，先进行反冲洗，再进行底部曝气清洗。第二 种方式是，先进行底部曝气清洗，再进行反冲洗。此清洗周期完成后，重新进入下一原水处 理周期。

具体实施方案的清洗周期替换方案：达到设定的过滤时间T1后，开始进行清洗周期，第 一步为底部曝气清洗，关闭产水口29及进水通道26，打开进气通道27及浓水口25，气体从 底部进入大气泡曝气装置，在储气盒11中积累，当气体依次从储气盒11顶部、内盒12、到 达内盒11底部，积累到中空管13另一端上的气孔处，储存的气体瞬间从中空管13中排出， 并经由布气单元14的主通道17和布气通道18分流后，从布气口16排放出气泡，对中空膜 丝21进行冲刷清洗。接下来关闭浓水口25及进气通道27，打开产水口29及进水通道26，此时膜产水从产水口29进入中空膜丝21内孔，在压力作用下穿过膜孔到达中空膜丝21外侧， 使中空膜丝21上附着的污染物松动脱落，清洗后的污水由进水通道26处排放。此清洗周期 完成后，重新进入下一原水处理周期。

在反冲洗时，向产水口29中通入气体时间为T2，时间T2的设定值可为：直到浓水口25排放不出水为止，根据以往的工程经验，取一时间数值来设定反冲洗的时间T2。

或者反冲洗的时间T2不作具体限定，直接判断到浓水口25排放不出水时，即停止向产 水口29通入气体，对于浓水口25排放不出水为止的判断手段为：控制器和位于浓水管或浓 水口处的流量计连接，控制器接收流量计检测到的流量为0时，则判定为：浓水口25排放不 出水，停止向产水口29通入气体，反冲洗结束。

底部曝气清洗时，气体由进气通道27进入曝气装置的进气口15，依次经过储气盒11、 内盒12、中空管13和布气单元14，经历虹吸效应，从布气口16排放出去气泡，气泡对中空 膜丝21进行冲刷清洗。

对于曝气装置有多个独立气路的情况，利用曝气装置对膜组件进行清洗的方法为：S1、 向第i个独立部分的进气口中通入气体，曝气装置产生气泡从第i个方向的布气口排出，对中 空膜丝清洗T4i时间；停止向第i个独立部分的进气口中通入气体，经T42时间后，i＝i+1， 重复步骤S1到j*N次，直到清洗时间达到T4结束，N≥2，i、j和N均为整数，i≤N。

其中，

在一个清洗时间T4内，j为N个气路重复工作的次数；T42为不同组别的气路通气的间 隔时间，也就是相邻时间内，不同组别方向的布气口排放气泡时，两者之间停歇的时间。控 制器控制N组方向布气口16排放出的气泡经过间歇性交替式的持续性冲刷，可将中空膜丝 21彻底清洗干净，配合布气口16开口方向的设置不会扰乱中空膜丝21的秩序，不影响中空 膜丝21的过滤清洁能力。

选择具有两路气路的曝气装置冲洗时，底部曝气清洗的过程为：关闭产水口29，打开进 气通道一，向进气口一151中通入气体，曝气装置产生气泡从布气口一161排出，对中空膜 丝清洗T31时间，关闭进气通道一；经T32时间后，打开进气通道二，向进气口二152中通 入气体，曝气装置产生气泡从布气口二162排出，对中空膜丝21清洗T33时间，关闭进气通 道二；关闭浓水口25，打开进水通道26排放污水；重复上述过程，直到清洗时间达到T3结束；其中，T3＝x*T31+2*y*T32+z*T33，x，y，z均为正整数。

因布气口一161和布气口二162的开口朝向不同，所以，从两个口排放出来的气泡方向 不同，可对中空膜丝21沿不同方向进行冲刷清洗，进一步提升清洗效果，使得膜组件清洗的 更干净。不同方向冲刷清洗时间和次数，一般是保持一致的，即x，z，y分别代表正反清洗 次数及正反清洗间歇次数，三者取值相同。T31和T33的取值相同，T31、T33和T32分别代 表正反清洗时间及正反清洗间歇时间，它们的取值均可根据经验判断进行设定。通过控制器 的控制，可形成脉冲式冲洗，间歇性正反方向冲刷清洗，提高清洗效果。

结合图7，对于两路气路的曝气清洗方法，具体为：

控制器控制产水口29处的阀门关闭，用以以关闭产水口29，对于气路一的控制：进气 管一、总进气口一、进气通道一和进气口一151中至少一处上设有阀门，以便控制器控制该 阀门打开，使得气体依次经进气管一、总进气口一、进气通道一和进气口一151，依次进入 到储气腔一111、内盒腔一121、中空管一131、布气腔一171和布气通道一181，从布气口一161排出气泡，对膜组件内的中空膜丝21进行冲刷清洗，该过程进行时间为T31，控制器控制进气管一、总进气口一、进气通道一和进气口一151中至少一处上设有的阀门关闭。

间歇时间T32后，对于气路二的控制：进气管二、总进气口二、进气通道二和进气口二 152中至少一处上设有阀门，以便控制器控制该阀门打开，使得气体依次经进气管二、总进 气口二、进气通道二和进气口二152，依次进入到储气腔二112、内盒腔二122、中空管二132、 布气腔二172和布气通道二182，从布气口二162排出气泡，对膜组件内的中空膜丝21进行 冲刷清洗，该过程进行时间为T33，控制器控制进气管二、总进气口二、进气通道二和进气 口二152中至少一处上设有的阀门关闭；关闭浓水口25，打开进水通道26排放污水。

再次间歇时间T32后，重复对气路一的控制，间歇时间T32后，重复对气路二的控制， 依次循环、、、直到清洗时间达到T3结束；进入下一个原水处理周期，通过膜组件，对待处理 原水进行过滤。

T3＝x*T31+2*y*T32+z*T33，x，y，z均为正整数，分别代表气路一和二的清洗次数，间歇次数；T31代表气路一的控制时间；T32代表间歇时间；T33代表气路二的控制时间。当布气口一161和布气口二162的开口朝向相反时，即T31、T33分别代表正反方向清洗时间。

需要注意的是，气路一和气路二互不相通，两个进气口一151和进气口二152的进气量 应保持一致，储气腔一111和储气腔二112体积相同，顺时针冲洗(正向清洗)和逆时针清 洗(反向清洗)发生的频率一致，在进入到气体冲洗阶段时，气路一和气路二均通过阀门控 制，两个进气口开启应有时间差，即间歇时间，这时，顺时针冲洗及逆时针冲洗不会同时发 生，以便顺时针冲洗和逆时针冲洗可以周期性交替进行。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也 只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员 受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结 构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种膜组件的曝气装置，其特征在于，包括：储气盒、内盒、中空管和布气单元，其中，

所述内盒和中空管均位于储气盒内，中空管位于内盒中，所述布气单元位于储气盒一端外侧，所述储气盒另一端设有进气口，所述储气盒和内盒一端连通，内盒另一端封闭；

所述中空管一端与内盒另一端内部连通，中空管另一端和布气单元连通；

所述布气单元上设有布气口，所述布气口开口方向与中空管轴线夹角为(0，90°]。

2.根据权利要求1所述的一种膜组件的曝气装置，其特征在于，所述布气口开口方向与中空管一外接圆相切，布气口呈切向布置。

3.根据权利要求1所述的一种膜组件的曝气装置，其特征在于，所述布气单元包括主通道和布气通道，所述主通道与中空管连通，布气通道一端与主通道连通，布气通道另一端设有布气口。

4.根据权利要求1所述的一种膜组件的曝气装置，其特征在于，还包括布水通道，所述布水通道贴设于储气盒边缘处。

5.根据权利要求3所述的一种膜组件的曝气装置，其特征在于，所述布气通道呈曲线状。

6.根据权利要求1所述的一种膜组件的曝气装置，其特征在于，所述布气单元设有开口方向不同的N组布气口，储气盒的进气口、储气盒、内盒和中空管均被分为N个独立部分，相应的，被分的储气盒的进气口、储气盒、内盒和中空管的各独立部分依次连通，形成N个独立的气路，分别与布气单元上开口方向不同的N组布气口连通，N≥2，N为整数。

7.一种膜组件，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的曝气装置，还包括：中空膜丝，壳体，其中，

若干所述中空膜丝位于壳体内，相邻中空膜丝之间存有间隙，所述中空膜丝一端设于所述壳体一端内部，所述中空膜丝另一端自由且封堵；

所述壳体一端设有浓水口和产水口；

所述壳体另一端设有曝气装置和进水通道。

8.根据权利要求7所述的一种膜组件，其特征在于，所述壳体一端内部设有封胶层，所述中空膜丝一端固定在封胶层中。

9.根据权利要求7所述的一种膜组件，其特征在于，所述浓水口设于中空膜丝的一端和另一端之间的壳体侧面，或壳体一端内部设有浓水通道，浓水通道和壳体一端端部的浓水口连通。

10.一种水处理系统，其特征在于，包括权利要求7-9任一项所述的一种膜组件，还包括污水管，产水管，浓水管和进气管；所述污水管和进水通道连通，所述产水管和产水口连通，所述浓水管和浓水口连通，所述污水管上设有污水泵，所述进气管和进气通道连通。

11.一种膜组件的清洗方法，其特征在于，包括：

到达设定过滤时间T1时，进行反冲洗，时间为T2；

关闭产水口，向进气口中通入气体，曝气装置产生气泡从布气口排出，对中空膜丝清洗T3时间后，关闭浓水口，打开进水通道排放污水。

12.根据权利要求11所述的一种膜组件的清洗方法，其特征在于，包括：

向进气口一中通入气体，曝气装置产生气泡从布气口一排出，对中空膜丝清洗T31时间，关闭进气口一；

经T32时间后，

向进气口二中通入气体，曝气装置产生气泡从布气口二排出，对中空膜丝清洗T33时间，关闭进气口二；

关闭浓水口，打开进水通道排放污水；重复，直到清洗时间达到T3结束；

其中，T3＝x*T31+2*y*T32+z*T33，x，y，z均为正整数。

13.根据权利要求11所述的一种膜组件的清洗方法，其特征在于，所述反冲洗方法包括：

关闭进水通道，打开浓水口，向产水口中通入气体时间为T2，气体进入中空膜丝内孔中，压出中空膜丝内残留的水分；

或者，

关闭浓水口和进气通道，打开产水口及进水通道，膜产水从产水口进入中空膜丝内孔，时间为T2；

清洗后的污水由进水通道处排放。

14.根据权利要求11所述的一种膜组件的清洗方法，其特征在于，

S1、向第i个独立部分的进气口中通入气体，曝气装置产生气泡从第i个方向的布气口排出，对中空膜丝清洗T4i时间；停止向第i个独立部分的进气口中通入气体，经T42时间后，i＝i+1，重复步骤S1到j*N次，直到清洗时间达到T4结束，N≥2，i、j和N均为整数，i≤N；

其中，

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