CN107715697A - 一种用于膜化学反应器中的中空纤维膜组件 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种用于膜化学反应器中的中空纤维膜组件，该组件包括膜壳、膜丝分布板、填充物和多根中空纤维膜丝；膜丝分布板设置于所述膜壳内部，膜丝分布板的板侧壁与所述膜壳的侧壁的内表面贴合固接，且膜丝分布板的板面与相对的膜壳的底端面之间预留有空间，多根所述中空纤维膜丝分别一一对应置于所述膜丝分布板的贯穿孔内，且每个中空纤维膜丝一端的端口与第一板面平齐，另一端的端口封闭；膜丝分布板的贯穿孔与穿过该孔的所述中空纤维膜丝之间的间隙设有所述填充物，所述填充物用于防止预留有空间内集结的水渗出，第一板面为膜丝分布板与所述膜壳的底端面的内表面相对的板面。该组件解决了污染物堆积的问题。

Description

一种用于膜化学反应器中的中空纤维膜组件

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，特别是涉及一种用于膜化学反应器中的中空纤维膜组件。

背景技术

微滤是在静压差的推动力作用下进行的液相分离过程，是所有膜过程中应用最普遍、最广泛，总销售额最大的一项技术。目前微滤膜在食品工业领域许多应用已实现工业化，饮用水和城市污水处理也被广泛应用并工业化，用于工业废水处理方面的研究正在大量开展。随着工业发展，工业废水来源复杂，污染物种类繁多，有很多废水很难处理，因此部分工业部门将大量的高浓度废水被排入河流、湖泊等水体中，造成不少重金属进入大气、水、土壤中，引起严重的环境污染。目前传统的混凝、沉淀工艺方法的出水水质已经难以达到排放标准，采用膜分离技术可有望解决这些问题。其中膜化学反应器(MCR，MembraneCoagulation-reactor)可有效去除硬度、溶硅、硫酸根、重金属、细小难沉淀悬浮物等物质。目前市场上用于MCR中的膜多以浸没式帘式膜为主，运行过程中会在膜丝表面上形成一层滤饼，该滤饼的形成减少了MCR的使用效率。

目前，提出了一种中空纤维帘式膜结构，如图1所示，该结构包括多个膜组件和一个曝气装置，其中，膜组件包括中空纤维膜丝13和两个膜壳33，中空纤维膜丝13的两端分别均匀的置于上壳膜331、下壳膜332之间，且中空纤维膜丝13之间的空隙，和中空纤维膜丝13与两个膜壳33之间的空隙被由环氧树脂作为填充物填满，曝气装置置于多个膜组件的下膜壳332的下方。由于位于中空纤维膜丝13中间悬浮物颗粒14较易形成滤饼，且形成的滤饼很难被下膜壳332底部的曝气装置产生的曝气冲刷干净，进而导致在该膜组件的下膜壳332处颗粒物容易沉积，随着运行时间的增加，底部的污染物越积越多，容易造成膜组件的有效过滤面积减少，进而影响处理效果。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种中空纤维微滤膜组件，以解决污染物堆积的问题。具体技术方案如下：

一种用于膜化学反应器中的中空纤维膜组件，所述组件包括：膜壳、膜丝分布板、填充物和多根中空纤维膜丝；

其中，所述膜丝分布板呈具有穿透板体板面的贯穿孔的板状结构，所述板体包括板面和板侧壁；

所述膜壳呈壳体结构，该壳体结构包括底端面以及沿着底端面的边缘向第一方向延伸的侧壁，所述第一方向为底端面的轴线方向；

所述壳体结构的底端面设有通孔，沿着底端面的外表面，从所述通孔的边缘向所述通孔径向外延伸出环形凸沿，形成集水口，所述通孔的边缘为通孔与底端面的外表面相贯后形成的边缘；

膜丝分布板设置于所述膜壳内部，所述膜丝分布板的板侧壁与所述膜壳的侧壁的内表面贴合固接，且所述膜丝分布板的板面与该板面相对的所述膜壳的底端面之间预留有空间，多根所述中空纤维膜丝分别一一对应置于所述膜丝分布板的贯穿孔内，且每个所述中空纤维膜丝一端的端口与第一板面平齐，另一端的端口封闭；所述膜丝分布板的贯穿孔与穿过该孔的所述中空纤维膜丝之间的间隙设有所述填充物，所述填充物用于防止所述预留有空间内汇集的水渗出，所述第一板面为膜丝分布板与所述膜壳的底端面的内表面相对的板面。

进一步地，所述中空纤维膜丝为中空纤维超滤膜丝或中空纤维微滤膜丝。

进一步地，所述贯穿孔直径为1毫米～10毫米。

进一步地，所述贯穿孔的直径为3毫米～6毫米。

进一步地，所述贯穿孔的间距为1毫米～8毫米。

进一步地，所述贯穿孔的间距为2毫米～5毫米。

进一步地，所述集水口的数量为一个或二个。

进一步地，所述中空纤维膜丝的材料为含氟材料。

进一步地，所述另一端的端口通过熔合粘接达到封闭状态。

进一步地，所述填充物的材料为环氧树脂。

本发明实施例提供的一种用于膜化学反应器中的中空纤维膜组件，该组件包括膜壳、膜丝分布板、填充物和多根中空纤维膜丝；其中，膜丝分布板设置于所述膜壳内部，所述膜丝分布板的板侧壁与所述膜壳的侧壁的内表面贴合固接，且所述膜丝分布板的板面与该板面相对的所述膜壳的底端面之间预留有空间，多根所述中空纤维膜丝分别一一对应置于所述膜丝分布板的贯穿孔内，且每个所述中空纤维膜丝一端的端口与第一板面平齐，另一端的端口封闭；所述膜丝分布板的贯穿孔与穿过该孔的所述中空纤维膜丝之间的间隙设有所述填充物，所述填充物用于防止所述预留有空间内汇集的水渗出，所述第一板面为膜丝分布板与所述膜壳的底端面的内表面相对的板面。该组件污水中悬浮物颗粒形成的滤饼截留在中空纤维膜丝的外表面，将截留后的滤饼进行反冲，顺着中空纤维膜丝在其封底端滑落，解决了污染物堆积的问题，进而提高了膜组件的有效过滤面积，延长了使用寿命。当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

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。

图1为现有技术的一种中空纤维帘式膜结构的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种用于膜化学反应器中的中空纤维膜组件的示意图；

图3为本发明实施例提供的膜丝分布板的示意图；

图4为本发明实施例提供的膜壳的剖面图。

其中，图1至图4中各组件名称与附图之间的对应关系为：

33-膜壳；331-上膜壳；332-下膜壳；13-中空纤维膜丝；14-悬浮物颗粒；

1-膜壳；2-膜丝分布板；3-中空纤维膜丝；4-集水口；5-悬浮物颗粒；11-底端面的内表面；12-底端面的外表面；21-贯穿孔。

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，所描述的实施例仅仅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。

为了对本发明实施例理解的更加清楚，现对本发明实施例提供的名词进行详细说明，具体如下：

MCR是在膜生物反应器(MBR，Membrane Bio-Reactor)基础上发展起来的一种新型水处理装置。它是将化学反应技术与膜分离工艺加以结合，以膜组件取代沉淀池和滤池，通过膜分离技术进一步加强化学反应强度，使化学反应更彻底，同时产水水质极大优于传统沉淀过滤工艺。

根据微孔孔径的大小分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜四种形式，上述膜分离技术采用的微滤膜。

其中，微滤膜一般指过滤孔径在0.1-1微米之间的过滤膜，其具有如下特点：

1)分离效率是微孔膜最重要的性能特性，该特性受控于膜的孔径和孔径分布；由于微孔滤膜可以做到孔径较为均一，所以微滤膜的过滤精度较高，可靠性较高。

2)表面孔隙率高，一般可以达到70％，比同等截留能力的滤纸至少快40倍。

3)微滤膜的厚度小，液体被过滤介质吸附造成的损失非常少。

4)高分子类微滤膜为一均匀的连续体，过滤时没有介质脱落，不会造成二次污染，从而得到高纯度的滤液。

超滤膜，是一种孔径规格一致，额定孔径范围为0.01微米以下的微孔过滤膜，其具有如下特点：

1)良好的亲水性；滤膜经特殊的亲水化处理，膜丝具有长期的亲水性能，水解触角由改性前的79～90度降为30～35度；可以在较低的跨膜压力下，得到高的通水量，同时提高膜丝的耐污染性能。

2)过滤精度高，具有均匀的小于0.1微米的微孔，可以去除微生物，胶体，硅藻以及其他引起浑浊的物质。

3)良好的机械强度；滤膜的机械强度大小反映了膜丝抵抗断丝的能力，断丝使超滤膜失去分离性能，是评测超滤膜性能的一个重要指标。

4)寿命长，抗污能力强；有良好的耐化学腐蚀、耐氧化以及耐光老化等性能。因此可以使用各种方法反复清洗，以除去污染物和恢复通量。

5)稳定的产品性能；从原材料的供应，制备工艺和产品检测入手。保证原料质量稳定，制备过程中前后一致的精确控制以及产品的百分百的检测，确保产品的稳定性能。

纳滤膜，孔径在1nm以上，一般1-2nm，它是允许溶剂分子或某些低分子量溶质或低价离子透过的一种功能性的半透膜，其具有如下特点：

1)浓缩纯化过程在常温下进行，无相变，无化学反应，不带入其他杂质及造成产品的分解变性，特别适合于热敏性物质。

2)可脱除产品的盐分，减少产品灰分，提高产品纯度，相对于溶剂脱盐，不仅产品品质更好，且收率还能有所提高。

3)工艺过程收率高，损失少。

4)可回收溶液中的酸，碱，醇等有效物质，实现资源的循环利用。

5)设备结构简介紧凑，占地面积小，能耗低。

6)操作简便，可实现自动化作业，稳定性好，维护方便。

反渗透膜，是在高于溶液渗透压的作用下，依据其他物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来。反渗透膜的膜孔径非常小，因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等。系统具有水质好、耗能低、无污染、工艺简单、操作简便等优点。

本发明实施例提供的一种用于膜化学反应器中的中空纤维膜组件，多个中空纤维膜组件拼接内置于壳体内形成过滤装置，如图2所示，所述组件包括：膜壳1、膜丝分布板2、填充物和多根中空纤维膜丝3；

其中，如图3所示，所述膜丝分布板2呈具有穿设透板体板面的贯穿孔21的板状结构，所述板体包括板面与板侧壁；

如图4所示，所述膜壳1呈壳体结构，该壳体结构包括底端面以及沿着底端面的边缘向第一方向延伸的侧壁，所述第一方向为底端面的轴线方向；

所述壳体结构的底端面设有通孔，沿着底端面的外表面，从所述通孔的边缘向所述通孔径向外延伸出环形凸沿，形成集水口4，所述通孔的边缘为通孔与底端面的外表面相贯后形成的边缘；

膜丝分布板2设置于所述膜壳1内部，所述膜丝分布板2的板侧壁与所述膜壳1的侧壁的内表面贴合固接，且所述膜丝分布板2的板面与该板面相对的所述膜壳1的底端面之间预留有空间，多根所述中空纤维膜丝3分别一一对应置于所述膜丝分布板2的贯穿孔21内，且每个所述中空纤维膜丝3一端的端口与第一板面平齐，另一端的端口封闭；所述膜丝分布板2的贯穿孔与穿过该孔的所述中空纤维膜丝3之间的间隙设有所述填充物，所述填充物用于防止所述预留有空间内汇集的水渗出，所述第一板面为膜丝分布板2与所述膜壳1的底端面的内表面相对的板面。

其中，所述中空纤维膜丝3为外形像纤维状，且呈中空结构，具有自支撑作用的膜。

多根所述中空纤维膜丝3与所述环形凸沿是相背对的。

需要说明的是环形凸沿中的环形可以理解为构成封闭的环，该环可以是多边形、圆形或椭圆形，即环形凸沿可以理解为横截面由长方形构成的闭环形成的凸沿。

由上对膜壳1的描述可知，膜壳1可以理解为一个环形槽，则针对环形槽而言，膜壳1的底端面分着内表面和外表面，如图4所示。所述环形槽的外形可以为长方形槽、正方体槽或圆形槽等，本发明实施例对环形槽外形并不限制。

由于纳滤膜的技术不够成熟，因此基于上述对微滤膜的描述，所述中空纤维膜丝3可以为中空纤维超滤膜丝或中空纤维微滤膜丝，但由于微滤膜对于污染物的耐受度远超过超滤膜，不需要有介质过滤等预处理工艺。因此，可极大缩短处理流程。同时，MCR系统与装备可以实现更高的集成度和更好的可操作性，中空纤维膜丝3选择中空纤维微滤膜丝最佳。

由于固化后的环氧树脂具有良好的物理、化学性能，它对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度，介电性能良好，变形收缩率小，制品尺寸稳定性好，硬度高，柔韧性较好，对碱及大部分溶剂稳定，因而广泛应用于粘接剂，因此上述填充物的材料可以选取环氧树脂。

膜组件进水分布示意图如图2箭头所示，含有高硬度、高碱度、高溶硅、高有机物、高悬浮物等污染物的复杂原水通过预处理后，从中空纤维微滤膜丝外表面进入，然后通过中空纤维微滤膜丝外表面上的孔径过滤流到中空纤维微滤膜内孔中，原水中的污染物被截留在中空纤维微滤膜外表面中，中空纤维微滤膜丝过滤后的水即内孔中水汇集在上述预留的空间内，然后用抽水装置从集水口4中按照图2中的箭头方向抽出。

中空纤维膜组件在运行一定时间后，被截留的颗粒或悬浮物在中空纤维微滤膜丝外表面上形成一层滤饼，需要通过反洗将中空纤维微滤膜丝外表面上的滤饼冲洗掉。

中空纤维膜丝3的材料可以采用含氟的材料制备，该材料制备的中空纤维膜丝3表面具有极佳的不粘性和非常小的摩擦系数，又因中空纤维膜丝3的一端口已完全封闭，该端口可以通过熔合粘接达到封闭状态，且中空纤维膜丝3下端为松散状态。因此在反洗时，中空纤维膜丝3外表面上由悬浮物颗粒5形成的滤饼很容易被冲洗下来，中空纤维膜丝3不会产生堵塞及底部堆积的现象，极易清理。

如图3所示，膜丝分布板2上设有间隔中空纤维膜丝3的贯穿孔21，中空纤维膜丝3一一对应置于膜丝分布板2上的贯穿孔内，且每个所述中空纤维膜丝3一端的端口与第一板面平齐，另一端的端口封闭；贯穿孔21均匀地分布在膜丝分布板2上，可以有效控制中空纤维膜丝3之间的间隙，中空纤维膜丝3之间的间隙可以根据原液待处理的水质、中空纤维膜丝3直径、装填密度和膜组件使用压力进行调整和优化，从而达到控制中空纤维膜丝3表面水流速度的目的，进而有效地控制中空纤维膜丝3表面滤饼的形成。

如图4所示，膜壳1与膜丝分布板2的一种固接方式为：膜壳1的侧壁可以为截面为凸字型的空心结构，其中，所述膜丝分布板2的端面与所述膜壳1的侧壁的内表面中的水平表面贴合固接，所述膜丝分布板2的板侧壁与所述膜壳1的侧壁的内表面中的垂直表面贴合固接，且该垂直表面为在膜壳1侧壁的内表面中与环形凸沿距离最远的垂直表面，该连接方式由于膜壳1与膜丝分布板2贴合的面较多，因此该连接方式使二者固接的更加牢固。

其中，所述膜丝分布板2的贯穿孔的直径为1毫米～10毫米，所述贯穿孔的直径较佳选取3毫米～6毫米。

所述膜丝分布板2的贯穿孔的间距为1毫米～8毫米，所述贯穿孔的间距较佳选取2毫米～5毫米。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于膜化学反应器中的中空纤维膜组件，其特征在于，所述组件包括：膜壳(1)、膜丝分布板(2)、填充物和多根中空纤维膜丝(3)；

其中，所述膜丝分布板(2)呈具有穿透板体板面的贯穿孔(21)的板状结构，所述板体包括板面和板侧壁；

所述膜壳(1)呈壳体结构，该壳体结构包括底端面以及沿着底端面的边缘向第一方向延伸的侧壁，所述第一方向为底端面的轴线方向；

所述壳体结构的底端面设有通孔，沿着底端面的外表面(12)，从所述通孔的边缘向所述通孔径向外延伸出环形凸沿，形成集水口(4)，所述通孔的边缘为通孔与底端面的外表面(12)相贯后形成的边缘；

膜丝分布板(2)设置于所述膜壳(1)内部，所述膜丝分布板(2)的板侧壁与所述膜壳(1)的侧壁的内表面贴合固接，且所述膜丝分布板(2)的板面与该板面相对的所述膜壳(1)的底端面之间预留有空间，多根所述中空纤维膜丝(3)分别一一对应置于所述膜丝分布板(2)的贯穿孔(21)内，且每个所述中空纤维膜丝(3)一端的端口与第一板面平齐，另一端的端口封闭；所述膜丝分布板(2)的贯穿孔与穿过该孔的所述中空纤维膜丝(3)之间的间隙设有所述填充物，所述填充物用于防止所述预留有空间内集结的水渗出，所述第一板面为膜丝分布板(2)与所述膜壳(1)的底端面的内表面相对的板面。

2.如权利要求1所述的组件，其特征在于，所述中空纤维膜丝(3)为中空纤维超滤膜丝或中空纤维微滤膜丝。

3.如权利要求1所述的组件，其特征在于，所述贯穿孔(21)的直径为1毫米～10毫米。

4.如权利要求3所述的组件，其特征在于，所述贯穿孔(21)的直径为3毫米～6毫米。

5.如权利要求1所述的组件，其特征在于，所述贯穿孔(21)的间距为1毫米～8毫米。

6.如权利要求5所述的组件，其特征在于，所述贯穿孔(21)的间距为2毫米～5毫米。

7.如权利要求1所述的组件，其特征在于，所述集水口(4)的数量为一个或二个。

8.如权利要求1所述的组件，其特征在于，所述中空纤维膜丝(3)的材料为含氟材料。

9.如权利要求1所述的组件，其特征在于，所述另一端的端口通过熔合粘接达到封闭状态。

10.如权利要求1所述的组件，其特征在于，所述填充物的材料为环氧树脂。