CN205886624U - 一种新型管式微滤膜及膜组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型管式微滤膜及膜组件，该新型管式微滤膜包括膜管，膜管的内壁上设置有螺旋形凸起条纹，膜管的管壁中填充有纳米材料；新型管式微滤膜组件包括卫生型快接卡箍、反洗进水口、压缩空气进口、膜壳、膜管、螺旋形凸起条纹、产水口、高硬度粘结剂及软性粘结剂，卫生型快接卡箍、反洗进水口、压缩空气进口、产水口与膜壳通过整体浇注成为一体，膜管装设于膜壳内，膜管的内壁上设置有螺旋形凸起条纹，膜管的管壁中填充有纳米材料，膜管通过高硬度粘结剂和软性粘结剂粘接成为一体；本实用新型同现有技术相比，结构新颖、简单，设计合理，显著提高了流体的湍流效果，增大了膜通量，减缓了膜污染，且可以在低流速下运行，能耗显著降低。

Description

一种新型管式微滤膜及膜组件

[技术领域]

本实用新型涉及膜分离技术领域，具体地说是一种新型管式微滤膜及膜组件。

[背景技术]

膜分离技术是近40年来发展最迅速、应用最广泛的分离技术。膜分离是一个物理过程，其基本原理是在浓度差、压力差、电位差等驱动力下，利用具有选择透过性功能的薄膜把料液中的溶质、杂质、溶剂等进行分离或浓缩的过程。从膜组件的结构角度分析，可将膜分为平板式、卷式、管式、中空纤维式等形式。近年来国内外科研人员对中空纤维及卷式膜进行了深入研究，所制备的膜为多孔结构、孔径分布均匀，但是在实际使用过程中，由于中空纤维式膜和卷式膜本身结构的限制，流道窄，机械强度差，在过滤前必须进行严格的预处理，不宜适用高悬浮物、高粘度料液的应用，且污染后膜清洗困难，通量恢复性较差。

而聚乙烯烧结管微孔过滤膜在上世纪六、七十年代就已有产品面世，微孔管的流道较宽，适于高悬浮物、高粘度的料液体系，但聚乙烯烧结管的过滤精度是靠深层过滤而实现的，分离孔径是对称的，因此污染物在微滤膜的管壁中容易积聚，造成膜污堵，且目前的微孔过滤器多为圆筒型结构，限制了大规模自动化运行。

申请日2010.11.30，申请公布号CN102008899A的专利，公开了一种固液分离管式微滤膜的制备方法，采用的是先高温烧结PE或PVDF管式膜骨架，再采用压力注浆工艺，在10-16MPa的高压下，将PVDF液注入骨架，进行二次烧结， 制备具有复合分离层的管式膜，制备工艺繁琐，且存在复合分离层脱皮的风险。

申请日2010.02.10，公布号为CN101785973A的专利公开了一种管式复合膜超、微滤膜组件，也是采用PE材料作为基材，又涂覆了一层PVDF、PAN、PVA等有机材料作为过滤层，在实际运行中会存在脱皮、穿孔等现象，且组件内部设置了一根中心管，不利于流体在膜壳内部的流动，不适于高悬浮物料液的分离，容易堵塞。

授权公告日为2009年8月5日，授权公告号为CN201283273Y的专利文件公开了一种管式死端微滤膜组件，该专利将管式微滤膜管装填在压力容器中，制备成一个微滤过滤器，但其采用的是螺栓进行膜管的固定，精度较差，压力容器设计有上下端盖、上下进出水口等部件，设备笨重，且每个压力容器中一般仅装填5支膜管，处理量偏小，设备占地较大，且反吹压力需要高达0.4-0.6MPa，不利于安全操作，同时能耗也较高。

授权公告日2012.04.18，授权公告号CN202191847U的专利，公开了一种长流程管式微滤膜组件，膜管呈S型设计，有效的增加了进水的流动时间及湍流系数，但是，同时也增加了污堵的风险，不利于高悬浮物流体的过滤，且也是采用PE骨架涂覆PVDF分离层的工艺，存有脱皮风险，不能进行反洗。

因此，随着近年来对高悬浮物、高粘度等工业废水处理以及物料分离领域净化提纯等要求的日趋严格，急需开发一款可连续自动化运行的高通量、低能耗、易清洗的新型管式微滤膜及膜组件。

[实用新型内容]

本实用新型的目的就是要解决上述的不足而提供一种新型管式微滤膜及膜组件，显著提高流体的湍流效果，增大膜通量，减缓膜污染，且可以在低流速 下运行，能耗显著降低。

为实现上述目的设计一种新型管式微滤膜，包括膜管5，所述膜管5的内壁上设置有螺旋形凸起条纹6，所述膜管5的管壁中填充有纳米材料。

作为优选，所述膜管5采用超高分子量聚乙烯制成，所述纳米材料为纳米量子点、活性炭粉末、磁性粉末、纳米催化剂中的任一种。

作为优选，所述膜管5为聚乙烯活性炭粉末复合膜管，所述膜管5的分离孔径为0.05-5μm。

进一步地，本实用新型提供了一种新型管式微滤膜组件，包括卫生型快接卡箍1、反洗进水口2、压缩空气进口3、膜壳4、膜管5、螺旋形凸起条纹6、产水口7、高硬度粘结剂9及软性粘结剂11，所述卫生型快接卡箍1、反洗进水口2、压缩空气进口3、产水口7与膜壳4通过整体浇注成为一体，所述膜管5装设于膜壳4内，所述膜管5的内壁上设置有螺旋形凸起条纹6，所述膜管5的管壁中填充有纳米材料，所述膜管5通过高硬度粘结剂9和软性粘结剂11粘接成为一体。

作为优选，所述膜壳4采用不锈钢、玻璃钢、UPVC、PP或PES材质制成，所述膜管5采用超高分子量聚乙烯制成，所述纳米材料为纳米量子点、活性炭粉末、磁性粉末、纳米催化剂中的任一种。

作为优选，所述膜管5为聚乙烯活性炭粉末复合膜管，所述膜管5的分离孔径为0.05-5μm。

作为优选，所述膜管5与高硬度粘结剂9的粘接处设计有锥形导流口8，所述锥形导流口8的角度为20-80°。

作为优选，所述软性粘结剂11的浇注水平面与反洗进水口2以及产水口7的内壁相切。

作为优选，所述膜壳4内壁上设有膜壳内壁凸槽10，所述膜壳内壁凸槽10与膜壳4通过整体浇注成为一体，所述膜管5通过高硬度粘结剂9、软性粘结剂11在膜壳内壁凸槽10处与膜壳4粘接成为一体。

作为优选，所述膜管5与膜壳4之间通过固定螺栓13及密封橡胶圈12密封连接。

本实用新型同现有技术相比，具有如下优点：

(1)复合型膜管分离孔径小，耐高温，同时又具有重金属吸附、色度去除等作用；

(2)螺旋形凸起条纹的创新设计，显著提高了流体的湍流效果，增大了膜通量，减缓了膜污染，且可以在低流速下运行，能耗显著降低；

(3)膜管采用两级粘结工艺，在保证封装强度的同时，又能具有一定的振动弹性，提高了耐污染性能，有效保护了膜管根部，显著延长了膜管使用寿命；

(4)膜管进口采用锥形导流口既能引导水流，能够有效避免水流对膜管端面的直接冲击；

(5)膜管既可以与膜壳浇注成一体式，又可以通过固定螺栓设计成分体式，安装拆卸极其简单，减少了后期更换膜管费用；

(6)该新型管式微滤膜及膜组件的技术改进，使管式膜过滤技术可以更加高效、经济、节能地应用于污水处理、垃圾渗滤液、食品、饮料、水处理等行业，在净化、分离、浓缩领域中有更大的应用前景。

[附图说明]

图1为本实用新型管式微滤膜的结构示意图；

图2为本实用新型管式微滤膜组件一体式的结构示意图；

图3为本实用新型管式微滤膜组件分体式的结构示意图；

图4为本实用新型管式微滤膜组件的运行示意图；

图中：1、卫生型快接卡箍 2、反洗进水口 3、压缩空气进口 4、膜壳 5、膜管 6、螺旋形凸起条纹 7、产水口 8、锥形导流口 9、高硬度粘结剂 10、膜壳内壁凸槽 11、软性粘结剂 12、密封橡胶圈 13、固定螺栓。

[具体实施方式]

如附图1所示，本实用新型提供了一种新型管式微滤膜，包括膜管5，膜管5的内壁上设置有螺旋形凸起条纹6，膜管5的管壁中填充有纳米材料；膜管5采用超高分子量聚乙烯制成，纳米材料为纳米量子点、活性炭粉末、磁性粉末、纳米催化剂中的任一种；膜管5为聚乙烯活性炭粉末复合膜管，膜管5的分离孔径为0.05-5μm。

本实用新型还提供了一种新型管式微滤膜组件，包括卫生型快接卡箍1、反洗进水口2、压缩空气进口3、膜壳4、膜管5、螺旋形凸起条纹6、产水口7、高硬度粘结剂9及软性粘结剂11，卫生型快接卡箍1、反洗进水口2、压缩空气进口3、产水口7与膜壳4通过整体浇注成为一体，膜管5装设于膜壳4内，膜管5的内壁上设置有螺旋形凸起条纹6，膜管5的管壁中填充有纳米材料，膜管5通过高硬度粘结剂9和软性粘结剂11粘接成为一体，膜管5与高硬度粘结剂9的粘接处设计有锥形导流口8，可以对进水起到引流作用，同时又避免水流直接冲击膜管5的端面，锥形导流口8的角度为20-80°，软性粘结剂11的浇注水平面与反洗进水口2以及产水口7的内壁相切，确保膜壳4内部没有死角。其中，膜壳4采用不锈钢、玻璃钢、UPVC、PP、PES等材质制成，膜管5采用超高分子量聚乙烯制成，纳米材料为纳米量子点、活性炭粉末、磁性粉末、纳米 催化剂中的任一种；膜管5为聚乙烯活性炭粉末复合膜管，膜管5的分离孔径为0.05-5μm。

为了克服现有管式微滤膜组件在高悬浮物等料液过滤领域的局限性，本实用新型提供了一种内壁具有特殊螺旋形凸起条纹结构、膜管壁内填充有特殊纳米材料的管式复合微滤膜管，同时，采用两级粘合工艺将上述膜管封装在特殊设计的膜壳中，膜管既可以与膜壳封装成一体，也可以采用固定螺栓将其与膜壳设计成分体式结构，拆卸安装方便，并可减少后期更换膜管费用。如附图2所示，为膜管与膜壳封装成一体，其膜壳4内壁上设有膜壳内壁凸槽10，膜壳内壁凸槽10与膜壳4通过整体浇注成为一体，膜管5通过高硬度粘结剂9、软性粘结剂11在膜壳内壁凸槽10处与膜壳4粘接成为一体；如附图3所示，为膜管与膜壳设计成分体式结构，其膜管5与膜壳4之间通过固定螺栓13及密封橡胶圈12密封连接。附图3分体式设计与附图2一体式设计的不同之处在于：膜壳内壁未设计膜壳内壁凸槽，膜管通过高硬度粘结剂和软性粘结剂粘接成为一体后，并未继续与膜壳粘结成一体，而是通过固定螺栓以及密封橡胶圈与膜壳密封连接。

本实用新型所要解决的主要技术问题在于，克服现有的管式膜组件在应用时，存在的高能耗、易污堵、通量小、不易反洗、过滤孔径偏大、出水水质较差等缺陷，而提供一种新的管式微滤膜组件，其可实现低循环流速运行、适于高悬浮物料液、通量提升20-60％、可以气水混合反冲洗、分离孔径小、出水水质好等优点，且组件流道设计合理，料液分布均匀，内部无死角，过滤性能稳定。其采用的技术方案为：

(1)本产品采用超高分子量聚乙烯作为管式微滤膜的制备基材，同时在原料中掺入一定比例的纳米粉体材料，如纳米量子点、活性炭粉末、磁性粉体、 纳米催化剂等，且并不限于此，利用高温高压一体成型技术，制备能够耐受120℃，且具有0.05-5μm分离孔径的膜管，同时，膜管内壁上设计有特殊螺旋形凸起条纹，可以增强进水的湍流，显著提高膜通量，并明显减缓污堵趋势。

(2)膜管在与膜壳封装浇注时采用两级粘合工艺，高强度粘合剂保证了封装的强度，同时软性粘结剂又能有效保护膜管根部，可以确保膜管在长期运行时不会在根部发生断裂等现象，同时又具有一定的振动缓冲作用，有利于膜管在低流速下也能良好运行。在封装时使用特殊设计的锥形导流口确保水流进入膜管时与粘结剂的封装端面形成一定的角度，以引导水流进入膜管，从而避免水流直接冲击膜管端面，同时软性粘结剂的内部浇注面与膜壳出口平齐以避免膜壳内部出现死角。

以上技术的应用，极大扩展了管式膜组件在高悬浮物、高粘度等污水、料液分离领域的应用。在保证过滤精度的同时，还可以极大提高过滤通量，减小错流流速，显著减小能耗，大大减小占地面积以及减少投资成本。另外组件流道通过优化设计，消除膜壳内部死角，有效避免膜的污染，大大延长膜的使用寿命，减少清洗时间，从而节省运行维护费用。

本实用新型的主要创新性在于：

(1)采用超高分子量聚乙烯与纳米材料高温高压一体成型工艺。将超高分子量聚乙烯粉体作为基材，掺入一定比例的纳米材料，制备成管式膜胚体后，经高温高压一体成型，制备成内壁有螺旋形突起条纹的膜管。超高分子量的聚乙烯可以确保制备的膜管分离孔径更加致密，掺入纳米材料后制备的复合膜可以显著提高膜管的通量、提升产水水质，该纳米材料可以是纳米量子点、纳米活性炭粉末、磁性粉体、催化剂等，且不仅局限于此范围。并且，膜分离孔径可以是超滤级别，也可以是微滤级别，典型孔径分布涵盖0.05-5μm，且不仅局 限于此范围。整个膜管的壁厚从内到外是一体结构，均形成微孔结构，因此不会发生磨损、脱皮和穿孔等现象。作为优选，此专利采用分离孔径为0.2μm的聚乙烯活性炭粉末复合膜管。

(2)膜管内壁创新设计螺旋形凸起条纹。特殊设计的螺旋凸起结构技术在膜管内部形成凸起，增强了进水的湍流效应，在低错流流速下可以更有效地去除滤饼层，显著增加20-60％的膜通量，同时增强了膜管的机械强度，可以进行气水混合反冲洗操作。螺旋形凸起条纹的横截面可以是矩形、菱形、圆形、椭圆形等，高度一般在0.2-3mm，且不仅局限于此范围。

(3)膜管采用两级粘结工艺。膜管先使用高强度粘合剂进行浇注，以确保封装强度，同时再次使用软性粘结剂在膜管根部进行二次浇注，能有效保护膜管根部，可以确保膜管在长期运行时不会在根部发生断裂等现象，同时又具有一定的振动缓冲作用，有利于膜管在低流速下也具有良好的抗污染性能。

(4)锥形导流口确保膜管不受水流冲击。膜管在封装时使用锥形导流口确保水流进入膜管时与粘结剂的封装端面形成一定的角度，以引导水流进入膜管，从而避免水流直接冲击膜管端面，同时软性粘结剂的内部浇注面与膜壳出口平齐，以避免膜壳内部出现死角。该锥形导流口的角度一般在20-80°，且不仅局限于此范围。

(5)膜组件外壳一体式及分体式创新设计。膜管既可以通过两级粘结工艺与膜壳浇注成为一体式结构，也可以通过固定螺栓以及密封橡胶圈与膜壳固定密封成为分体式结构。一体式结构可以耐受更高的操作压力，分体式结构可以方便后期更换膜管，具有拆卸方便、节约更换费用的优点。

下面结合实施例对本实用新型作以下进一步说明：

实施例1：

燃煤电厂湿法脱硫废水的净化处理，处理量为1t/h，温度为25摄氏度，原水中含有大量悬浮物。采用本实用新型的新型管式微滤膜组件，选用分离孔径为0.2μm的聚乙烯纳米量子点复合膜管，循环流速为2m/s，过滤通量大，循环泵能耗低，投资省，过滤后的产水澄清透亮，且对原水中的重金属也具有一定的吸附去除效果，该系统运行一个月，运行稳定。

实施例2：

沼液的澄清过滤，处理量为200L/h，原水悬浮物为1530mg/L，温度为55摄氏度，循环流量为5000L/h，选用分离孔径为0.1μm的聚乙烯活性炭复合膜管，无需降温，经本实用新型的新型管式微滤膜组件过滤后，产水的悬浮物仅为0.5mg/L，该系统运行两个月，运行稳定。

本实用新型并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型管式微滤膜，其特征在于：包括膜管(5)，所述膜管(5)的内壁上设置有螺旋形凸起条纹(6)，所述膜管(5)的管壁中填充有纳米材料。

2.如权利要求1所述的新型管式微滤膜，其特征在于：所述膜管(5)采用超高分子量聚乙烯制成，所述纳米材料为纳米量子点、活性炭粉末、磁性粉末、纳米催化剂中的任一种。

3.如权利要求1所述的新型管式微滤膜，其特征在于：所述膜管(5)为聚乙烯活性炭粉末复合膜管，所述膜管(5)的分离孔径为0.05-5μm。

4.一种新型管式微滤膜组件，包括卫生型快接卡箍(1)、反洗进水口(2)、压缩空气进口(3)、膜壳(4)、膜管(5)、螺旋形凸起条纹(6)、产水口(7)、高硬度粘结剂(9)及软性粘结剂(11)，其特征在于：所述卫生型快接卡箍(1)、反洗进水口(2)、压缩空气进口(3)、产水口(7)与膜壳(4)通过整体浇注成为一体，所述膜管(5)装设于膜壳(4)内，所述膜管(5)的内壁上设置有螺旋形凸起条纹(6)，所述膜管(5)的管壁中填充有纳米材料，所述膜管(5)通过高硬度粘结剂(9)和软性粘结剂(11)粘接成为一体。

5.如权利要求4所述的新型管式微滤膜组件，其特征在于：所述膜壳(4)采用不锈钢、玻璃钢、UPVC、PP或PES材质制成，所述膜管(5)采用超高分子量聚乙烯制成，所述纳米材料为纳米量子点、活性炭粉末、磁性粉末、纳米催化剂中的任一种。

6.如权利要求4所述的新型管式微滤膜组件，其特征在于：所述膜管(5)为聚乙烯活性炭粉末复合膜管，所述膜管(5)的分离孔径为0.05-5μm。

7.如权利要求4、5或6所述的新型管式微滤膜组件，其特征在于：所述膜管(5)与高硬度粘结剂(9)的粘接处设计有锥形导流口(8)，所述锥形导流口(8)的角度为20-80°。

8.如权利要求7所述的新型管式微滤膜组件，其特征在于：所述软性粘结剂(11)的浇注水平面与反洗进水口(2)以及产水口(7)的内壁相切。

9.如权利要求8所述的新型管式微滤膜组件，其特征在于：所述膜壳(4)内壁上设有膜壳内壁凸槽(10)，所述膜壳内壁凸槽(10)与膜壳(4)通过整体浇注成为一体，所述膜管(5)通过高硬度粘结剂(9)、软性粘结剂(11)在膜壳内壁凸槽(10)处与膜壳(4)粘接成为一体。

10.如权利要求8所述的新型管式微滤膜组件，其特征在于：所述膜管(5)与膜壳(4)之间通过固定螺栓(13)及密封橡胶圈(12)密封连接。