CN201189449Y - 浸入式膜过滤装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种浸入式膜过滤装置，包括膜池内浸入设置多个膜组，每个膜组包括集水支管、空气支管及数个膜元件；每个膜元件一端连接在集水支管上，另端连接在空气支管上；数个集水支管分别与抽水母管连接，抽水母管通过阀门分别与一台抽吸水泵和一台反洗水泵连接；数个空气支管分别与空气母管连接，空气母管与一台风机连接；其中多个集水支管和空气支管分别固定安装在膜池内；每个膜元件一端活动式连接在集水支管上，另端活动式连接在空气支管上；集水支管上铺设操作平台；提高系统运行的可靠性，膜元件可单独拆装，降低运行成本，借助操作平台的设置，可观察膜池内膜系统工作状况，也可检测膜完整性，还可方便膜元件的拆装更换操作。

Description

浸入式膜过滤装置

技术领域

本实用新型涉及水处理设备，尤其涉及一种利用开放式外压中空膜元件直接浸没在膜池中，通过负压使水透过膜而实施过滤的浸入式膜过滤装置。

背景技术

当前，地球上的天然水源均受到不同程度的污染，优质水源日益减少，节约用水和开辟新水源是人类面临和亟待解决的重要任务。将微污染水和污水处理厂出水作为水源，经处理使之成为工业和生活用水已经成为一种必然的发展趋势。

目前，在水处理技术领域中，其处理工艺根据水质情况可分为常规预处理和深度预处理。常规预处理包括砂滤、多介质过滤、或絮凝+多介质过滤等方式，现有深度预处理通常采用絮凝+膜过滤，或者砂滤+膜过滤等方式。常规预处理中的过滤方式受原水水质影响较大，现有深度预处理采用的膜过滤方式出水的可靠性要大大高于传统深度预处理方式，随着膜技术的发展和开发新水源需求的不断增大，在水的深度预处理工艺中，将会被越来越多的采用膜法(超滤或微滤)进行处理。

膜过滤主要可分为正压膜过滤和负压膜过滤两种方式。正压膜过滤是用泵在膜的一侧加压，使水透过膜进行过滤操作，正压膜过滤是较为成熟的传统膜过滤技术，已经在许多领域中得到广泛应用。负压膜过滤是将膜浸在水中，在膜的一侧抽真空，利用大气压力使水透过膜而进行过滤。负压膜过滤技术最初用于膜生物反应器(MBR)中，是将膜浸没在活性污泥池中使用，可有效截留细菌，活性污泥浓度高，可使出水的COD值及浊度低，出水水质好，污水得以回用。

现有的正压膜过滤技术(CMF)中，使用的膜元件为封闭式，设有进水口、产水口和浓水口等，一般是通过并列的数十个膜元件，组成产水量为每小时数十吨或上百吨的膜过滤装置，这类膜过滤装置不易实现大型化。原因是，在日产数万吨以上的大型水处理工程中，需要组合数十台以至更多台这样的膜过滤装置，每台膜过滤装置在运行中均设有过滤、产水、排水、反洗和增强反洗、化学清洗等多种操作程序，配制的管路系统和控制系统相当复杂，而且操作繁琐。另外，正压的加压过滤方式对泵的扬程要求较高，一方面导致耗电量相对较大，另一方面较高的操作压力容易使膜受到损伤以及膜表面沉积的污物污堵牢固，不易洗脱，影响膜过滤装置运行的稳定性，再一方面是操作安全性差。再者，膜元件之间需要留出操作空间，导致占地面积较多。

为此，近年来美国GE公司以及德国西门子公司开发出用于微污染水和污水深度处理的浸没式中空纤维膜过滤技术的产品，是根据负压膜过滤技术设计而成。但是，这类产品是将每个膜组做成一个整体单元，然后将整体模组固定在膜池内。这种结构设计的缺陷，首先是膜组的集水管和空气管与膜池内的出水母管和空气母管的定位连接难度较大且可靠性较差。其次，由于在运行使用中，膜元件的损坏是必然的，而且是分别出现且无规律的，当需要更换某个损坏的膜元件时，都需要将膜组整体与母管脱离，将整个膜组吊出膜池，然后将膜组拆卸开，更换膜元件，再重新组装后吊回原位而与母管进行连接，更换工作的整个过程极为繁杂，费时费力。再者，由于母管、膜组等都时根据膜池设计的固定尺寸，只能安装在本台装置的系统中，无法适应老厂改造旧滤池等需求。还有，需要在膜池上方，设有专用吊车和活动式操作平台，供安装膜组和维修更换膜元件时使用，导致投资成本增加。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种浸入式膜过滤装置，包括膜池内浸入设置多个膜组，每个膜组包括集水支管、空气支管以及数个膜元件；多个集水支管和空气支管分别固定安装在膜池内，运行后无需拆卸，避免密封件的损坏，提高系统运行的可靠性；每个膜元件一端活动式连接在集水支管上，另一端活动式连接在空气支管上，使膜元件可以单独拆装，降低运行成本；在多个集水支管上铺设操作平台，借助操作平台的设置，可以观察膜池内膜系统的工作状况，也可以检测膜的完整性，还可以方便膜元件的拆装更换操作。

本实用新型的目的是由以下技术方案实现的。

本实用新型浸入式膜过滤装置，包括膜池内浸入设置多个膜组，每个膜组包括集水支管、空气支管以及数个膜元件；每个膜元件一端连接在集水支管上，另一端连接在空气支管上；数个集水支管分别与抽水母管连接，该抽水母管通过阀门分别与一台抽吸水泵和一台反洗水泵连接；数个空气支管分别与空气母管连接，该空气母管与一台风机连接；其改进之处在于，所述多个集水支管和空气支管分别固定安装在膜池内；所述每个膜元件一端活动式连接在集水支管上，另一端活动式连接在空气支管上；所述集水支管上铺设操作平台。

前述的浸入式膜过滤装置，其中述膜元件采用开放式中空纤维的外压式膜，中空纤维膜材质为聚偏氟乙烯(PVDF)，其两端为工程塑料封端，一端为出水口，另一端为进气口，该出水口端设有弯头，进气口端设置成向内渐缩的漏斗形体，漏斗小口端为进气口，且小口端嵌设密封胶圈。

前述的浸入式膜过滤装置，其中工程塑料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)。

前述的浸入式膜过滤装置，其中集水支管上设有多个复合式活动式接头，该复合式活接头包括金属材质的阳螺纹部与塑料材质的阴螺纹部，阳螺纹部与阴螺纹部之间设置密封胶圈而螺纹连接一体；复合式活接头金属阳螺纹部固定在集水支管上，塑料阴螺纹部经弯头与膜元件出水口端活动连接。

前述的浸入式膜过滤装置，其中空气支管上设有的活动式插头为一中空管体，一端固定在空气支管上，另一端为插口，该插口供膜元件进气口端漏斗形体嵌设密封胶圈的小口端活动式插接固定。

前述的浸入式膜过滤装置，其中膜元件出水口端粘接塑料弯头。

前述的浸入式膜过滤装置，其中集水支管上铺设的操作平台为多个矩形板体铺设在集水支管上构成，该矩形板体由耐腐蚀且无毒的材料制成。

前述的浸入式膜过滤装置，其中集水支管上铺设操作平台为多个矩形板体的长边与集水支管轴向垂直或者斜交铺设而构成，且矩形板体上设有开孔，多个矩形板体之间留有缝隙。

本实用新型浸入式膜过滤装置的有益效果，其在膜池内浸入设置多个膜组，每个膜组包括集水支管、空气支管以及数个膜元件；每个膜元件一端活动式连接在集水支管上，另一端活动式连接在空气支管上；多个集水支管和空气支管分别固定安装在膜池内，且多个集水支管分别与抽水母管连接，该抽水母管通过阀门分别与一台抽吸水泵和一台反洗水泵连接，多个空气支管分别与空气母管连接，该空气母管与一台风机连接；多个集水支管上铺设操作平台；多个集水支管和空气支管分别固定安装在膜池内，运行后无需拆卸，避免密封件的损坏，提高系统运行的可靠性；每个膜池的多个膜组可以通过一台抽吸水泵即作为一个单元机台控制，多个膜池共用反洗泵和风机进行操作控制，从而简化控制系统，减少管路设置，便于实现膜过滤系统的大型化；该装置可以利用原有滤池的供水渠道、排水管道以及水头，适合应用于现有水处理工程的技术改造，扩大实施范围；采用负压实施过滤，压力低，即可使操作更加安全可靠，又可使用扬程较低的抽吸水泵，从而可以降低能耗，另外由于低压过滤，还可以降低膜元件的污染程度，延长膜元件的使用寿命，再有膜元件可以单独拆卸安装，因此可以有效降低运行成本；多个集水支管上铺设操作平台，该操作平台是由多个矩形板体铺设在集水支管上构成，矩形板体由耐腐蚀且无毒的材料制成，多个矩形板体的长边与集水支管轴向垂直或者斜交铺设，且矩形板体上设有开孔，多个矩形板体之间留有缝隙，借助操作平台的开孔和缝隙，可以观察膜池内膜系统的工作状况，也可以检测膜的完整性，移动矩形板体，还可以方便膜元件的拆装更换操作。

附图说明：

图1为本实用新型浸入式膜过滤装置结构示意图。

图中主要标号说明：1进水渠、2膜池、3抽水母管、4空气母管、5集水支管、6空气支管、7膜元件、8抽吸水泵、9反洗水泵、10风机、11产水池、12操作平台。

具体实施方式

参阅图1所示，本实用新型浸入式膜过滤装置，包括膜池2内浸入设置多个膜组，每个膜组包括集水支管5、空气支管6以及数个膜元件7；每个膜元件7一端连接在集水支管5上，另一端连接在空气支管6上；数个集水支管5分别与抽水母管3连接，该抽水母管3通过阀门分别与一台抽吸水泵8和一台反洗水泵9连接；数个空气支管6分别与空气母管4连接，该空气母管4与一台风机10连接；其改进之处是，多个集水支管5和空气支管6分别固定安装在膜池2内；每个膜元件7一端活动式连接在集水支管5上，另一端活动式连接在空气支管6上；该集水支管5上铺设操作平台12。

参阅图1所示，本实用新型浸入式膜过滤装置，其中，膜元件7采用开放式中空纤维的外压式膜，中空纤维膜材质为聚偏氟乙烯(PVDF)，其两端为工程塑料封端，一端为出水口，另一端为进气口，该出水口端设有弯头，进气口端设置成向内渐缩的漏斗形体，漏斗小口端为进气口，且小口端嵌设密封胶圈；该工程塑料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)；该集水支管5上设有多个复合式活动式接头，该复合式活接头包括金属材质的阳螺纹部与塑料材质的阴螺纹部，阳螺纹部与阴螺纹部之间设置密封胶圈而螺纹连接一体；复合式活接头金属阳螺纹部固定在集水支管5上，塑料阴螺纹部经弯头与膜元件7出水口端活动连接；该空气支管6上设有的活动式插头为一中空管体，一端固定在空气支管6上，另一端为插口，该插口供膜元件7进气口端漏斗形体嵌设密封胶圈的小口端活动式插接固定；膜元件7出水口端粘接塑料弯头；集水支管5上铺设的操作平台为多个矩形板体铺设在集水支管5上构成，该矩形板体由耐腐蚀且无毒的材料制成；集水支管5上铺设操作平台为多个矩形板体的长边与集水支管5轴向垂直或者斜交铺设而构成，且矩形板体上设有开孔，多个矩形板体之间留有缝隙。

参阅图1所示，本实用新型浸入式膜过滤装置的制备，在池内侧规模为5000×3000×3000(长×宽×深)的膜池内设置10个膜组。先将抽水母管3和空气母管4固定在池壁上，抽水母管3穿出池壁连接抽吸水泵8和反洗泵9，空气母管4穿出池壁连接风机10。每膜组的集水支管5一端通过法兰与抽水母管3连接，另一端安放在抽水母管3对侧池壁的支架上。空气支管6直接固定在池底，并从集水支管5的侧方穿过，利用法兰和空气母管4连接。抽水母管3采用φ325不锈钢管，集水支管5采用φ133不锈钢管，空气母管4采用φ223不锈钢管，空气支管6采用φ76不锈钢管。

每个膜组安装24个膜元件7，外形尺寸为φ190×1750mm；膜元件7采用开放式中空纤维的外压式膜，膜材料为聚偏氟乙烯(PVDF)，其两端外壳ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)工程塑料，一端为出水口，另一端为进气口；该出水口端粘接有聚氯乙烯(UPVC)塑料材质的弯头，进气口端设置成向内渐缩的漏斗形体，漏斗小口端为进气口，且小口端嵌设密封胶圈。

集水支管5上连有24个复合式活接头，该复合式活接头包括不锈钢材质的阳螺纹部与聚氯乙烯(UPVC)塑料材质的阴螺纹部，阳螺纹部与阴螺纹部之间设置密封胶圈而螺纹连接一体；复合式活接头不锈钢阳螺纹部焊接固定在集水支管5上，塑料阴螺纹部经塑料弯头与膜元件1出水口端活动连接。

空气支管6上设有24个不锈钢材质制成的中空管体作为活动式插头，该不锈钢中空管体一端焊接固定在空气支管6上，另一端为插口，该插口供膜元件7进气口端漏斗形体嵌设密封胶圈的小口端活动式插接固定。

操作平台采用玻璃钢栅格板，共设置12块，每块尺寸为2450×400×40mm，分2排平铺在集水支管5上，玻璃钢栅格板与集水支管5呈垂直状。

抽水母管3穿过池壁后，经管路与抽吸水泵8的进口接通，抽吸水泵8将滤过产水送往产水池。反洗水泵9从产水池取水，出口与抽水母管3相连，可以对膜进行反洗。抽吸水泵8进口和反洗水泵9出口都和抽水母管3连接，通过自动阀门进行切换。

空气母管4穿过池壁后，和风机10连接，反洗时通入空气增强反洗。

上述实施例中，也可采用由金属阴螺纹部和塑料阳螺纹部螺合一体的复合式活接头，复合式活接头塑料阳螺纹部与金属阴螺纹部之间设置密封胶圈；集水支管5上焊设有24个复合式活接头的金属阴螺纹部，24只膜元件7出水口端粘接有塑料弯头，该塑料弯头与复合式活接头的塑料阳螺纹部粘接。

参阅图1所示，本实用新型浸入式膜过滤装置的使用，上述装有10个膜组，共计240只膜元件7的膜池2，由供水渠1供水，当来水浸没集水支管5后，抽吸水泵8开启，这时在膜元件7的膜丝内侧产生负压，水通过膜面过滤，经集水支管5进入抽水母管3，再通过抽吸水泵8的作用而送往产品水池11。运行30分钟，停止供水，当池内液面下降至膜元件7上端时，抽吸水泵8停止，反洗水泵9启动，同时风机10启动，反洗水泵9将反洗水从产品水池11抽出，打入膜内侧，通过压力透过膜面，将膜外表面沉积的污物松动吹脱，反洗同时，风机10经空气母管4和空气支管6从膜元件7底部吹出，汽泡上升摩擦抖动膜丝，对反洗起增强作用。膜面抖动吹脱的污物从膜元件7开放孔中分散出来，膜池排水，将反洗下来的污水全部经排水渠排放。排放结束后，重新进水，进行下一次的循环操作。

以上过滤操作，往复循环进行。经过数十个循环以后，可以进行一次化学加强反洗，即在反洗时加入一定量的酸、碱、氧化剂等化学药品以加强反洗作用。长期运行膜的通量下降到一定程度时，用化学药品进行化学清洗，以使膜的过滤性能完全恢复。

上述本实施例的膜池，可以以每小时480吨的流速过滤产水。原水是经絮凝沉淀的污水处理厂二沉池达标排放水，排放标准如表1所示。

表1：原水和产水水质的标准

	原水	滤过产水
			浊度(NTU)	＜5	＜0.1
SS(mg/l)	＜50	＜0.5
			细菌(个/100ml)	＜5×105	＜2
SDI	--	＜3

采用本实用新型浸入式膜过滤装置的水处理工艺流程是：

原水→絮凝沉降→供水渠道→浸没式膜过滤池→产水池。

采用本实用新型浸入式膜过滤装置的膜池可以由钢筋混凝土或者耐腐蚀金属材料制成，膜池可以设置一个或多个，为达到产水平衡，一般不少于4个。膜池通过供水渠供水，排水渠排水，液面可控。每个膜池内安装膜元件数百只以致更多。使用的膜元件为用圆柱形开放式中空纤维膜外压式膜，膜元件中膜纤维两端用环氧树脂封端，上端为出水口与水集支管连接，下端为进气口与空气支管连接，可通入清洗用空气。使用时，膜元件浸没在膜池之中，膜丝暴露于水中。数十个膜元件分成两排与集水支管和空气支管连接成为一个膜组。数个膜组在膜池中紧密排列，集水支管和清洗空气支管分别集合于抽水母管和空气母管而通往膜池外的抽吸水泵和风机。每个膜池外配有自己的产水抽吸泵，抽吸水泵安装在膜池外，高度低于膜池工作液面数米，以充分利用原水水头。多个膜池可以共用一台风机和反洗泵。膜池内的膜组在抽吸水泵作用下，该抽吸水泵为通用离心泵，在纤维内部产生负压，水分子和无机小分子透过膜丝上微孔进入中空纤维内部，汇集于水集合管管中，被抽吸水泵抽吸送往产水池。过滤操作运行一段时间后，进行反洗以去除膜表面的沉积污物。反洗使用系统产水，以气水双洗方式进行。具体做法是，用反洗泵将反洗水打入膜丝内部，从过滤反向加压，使反洗水反向透过膜，冲刷膜面沉积，同时，在膜元件底部，鼓入清洗空气，空气扰动上升，对膜丝进行振荡摩擦，增强反洗作用。反洗水排放。膜池重新进水进入下一轮过滤操作。在运行较长时间膜污染较重时，可以进行化学清洗。化学清洗在膜池内进行。在膜池内注入适当浓度的化学药剂入次氯酸钠、盐酸等，浸泡循环。清洗后残液排放，系统投入使用。在产水管路中装有在线浊度仪，可检测产水浊度，当产水浊度高于正常值时说明有膜丝破损，可进行膜完整性检验。找出问题膜元件，进行更换修补，确保产水水质符合反渗透进水要求。

自动控制程序是：整套系统采用PLC控制，可对进水、过滤、反洗(加气)、排放等进行自动控制。多膜池并行，分别进行过滤、反洗和化学清洗等操作，该控制程序为现有技术，故不再进行赘述。

本实用新型浸入式膜过滤装置的优点：1、使用开放式外压中空膜元件，将膜元件直接浸没在膜池中，通过泵产生负压，利用大气压力使水透过膜元件而实施过滤。由于使用负压过滤，膜面上的过滤压力更加平稳、温和，完全可以避免过压操作问题。2、由于膜元件直接浸泡在膜池之中，工作时自然空间更大，反洗和空气振荡擦洗时，膜元件膜面上的污染物更容易从膜面脱落，能够很好地适应较差的工作条件。3、由于采用负压过滤，抽吸水泵的扬程主要用于将滤过水送往产品水池，因此可以采用低扬程泵，达到节电节能的目的。3、由于将膜浸没在膜池中，一个膜池中可以安装数百个甚至更多的膜元件，其排列密度可以远高于正压过滤膜装置，占地面积减少，每个膜池可以达到日产万吨级水平。4、每个膜池的多个模组可以通过一台抽吸水泵即作为一个单元机台控制，多个膜池共用反洗泵和风机进行操作控制，从而简化控制系统。5、膜组的规模可以变化，能适应不同要求，可以用在不同规模的新建工程中；也可以用在不同规模不同结构的原有滤池的改造工程中，从而能够较好地利用现有滤池和原有管渠，实施范围广泛。6、在膜池内设置操作平台，不需要专用吊车和活动操作平台，所需厂房高度可大大减低，从而降低投资成本。7、在运行中需要对有问题的膜元件进行更换时，只需要直接将问题膜元件抽出更换，避免了膜组的拆卸吊装，大大简化操作，缩短停机时间，降低运行成本。8、多个集水支管和空气支管分别固定安装在膜池内，运行后无需拆卸，避免密封件的损坏，提高系统运行的可靠性。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (8)

1、一种浸入式膜过滤装置，包括膜池内浸入设置多个膜组，每个膜组包括集水支管、空气支管以及数个膜元件；每个膜元件一端连接在集水支管上，另一端连接在空气支管上；数个集水支管分别与抽水母管连接，该抽水母管通过阀门分别与一台抽吸水泵和一台反洗水泵连接；数个空气支管分别与空气母管连接，该空气母管与一台风机连接；其特征在于，所述多个集水支管和空气支管分别固定安装在膜池内；所述每个膜元件一端活动式连接在集水支管上，另一端活动式连接在空气支管上；所述集水支管上铺设操作平台。

2、根据权利要求1所述的浸入式膜过滤装置，其特征在于，所述膜元件采用开放式中空纤维的外压式膜，中空纤维膜材质为聚偏氟乙烯，其两端为工程塑料封端，一端为出水口，另一端为进气口，该出水口端设有弯头，进气口端设置成向内渐缩的漏斗形体，漏斗小口端为进气口，且小口端嵌设密封胶圈。

3、根据权利要求2所述的浸入式膜过滤装置，其特征在于，所述工程塑料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。

4、根据权利要求1或2所述的浸入式膜过滤装置，其特征在于，所述集水支管上设有多个复合式活动式接头，该复合式活接头包括金属材质的阳螺纹部与塑料材质的阴螺纹部，阳螺纹部与阴螺纹部之间设置密封胶圈而螺纹连接一体；复合式活接头金属阳螺纹部固定在集水支管上，塑料阴螺纹部经弯头与膜元件出水口端活动连接。

5、根据权利要求1或2所述的浸入式膜过滤装置，其特征在于，所述空气支管上设有的活动式插头为一中空管体，一端固定在空气支管上，另一端为插口，该插口供膜元件进气口端漏斗形体嵌设密封胶圈的小口端活动式插接固定。

6、根据权利要求2所述的浸入式膜过滤装置，其特征在于，所述膜元件出水口端粘接塑料弯头。

7、根据权利要求1所述的浸入式膜过滤装置，其特征在于，所述集水支管上铺设的操作平台为多个矩形板体铺设在集水支管上构成，该矩形板体由耐腐蚀且无毒的材料制成。

8、根据权利要求7所述的浸入式膜过滤装置，其特征在于，所述集水支管上铺设操作平台为多个矩形板体的长边与集水支管轴向垂直或者斜交铺设而构成，且矩形板体上设有开孔，多个矩形板体之间留有缝隙。