一种外压式中空纤维膜组件及使用方法

摘要

本发明提供一种外压式中空纤维膜组件。所述膜组件的上端设有第一进出水口和第一环氧树脂体，所述膜组件的下端设有第二进出水口和第二环氧树脂体，所述膜组件中的中空纤维膜丝的上下两端分别被固定并分别与第一进出水口和第二进出水口接通，所述第二环氧树脂体中埋设有流体分配件，所述流体分配件设有暴露在第二环氧树脂体上表面的流体分配孔，流体分配件与外界流体源连通。本发明提供的膜组件可以实现外压式中空纤维膜组件两端出水，气液分布均匀，可以将污泥从膜组件中低位排出，并易于实现生产加工，满足大尺寸膜组件生产的需要。本发明还提供该中空纤维膜组件的使用方法，能够对膜组件进行更为彻底的清洗，延长膜组件的过滤-清洗周期。

权利要求

1.一种外压式中空纤维膜组件，其特征在于所述膜组件的上端设有第一进出水口和第一环氧树脂体，所述膜组件的下端设有第二进出水口和第二环氧树脂体，所述膜组件中的中空纤维膜丝的上下两端分别被固定并分别与第一进出水口和第二进出水口接通，所述第二环氧树脂体中埋设有流体分配件，所述流体分配件设有暴露在第二环氧树脂体上表面的流体分配孔，流体分配件与外界流体源连通；所述流体分配件由分布管和分布管接头粘接构成，所述分布管均匀分布在分布管接头周围，所述分布管接头与外界流体源相通。

2.如权利要求1所述的一钟外压式中空纤维膜组件，其特征在于分布管的流道截面积之和与膜组件的原液进口流道截面积相当。

3.如权利要求1所述的一种外压式中空纤维膜组件，其特征在于所述分布管横截面呈上壁和下壁为宽度、侧壁为长度、长度大于宽度的长方形，分布管上的流体分配孔处于分布管上壁的中间。

4.如权利要求3所述的一种外压式中空纤维膜组件，其特征在于所述分布管的长度和宽度之比为8∶1～3∶1；流体分配件的纵向投影面积不超过第二环氧树脂体浇铸横断面的25％。

5.如权利要求1所述的一钟外压式中空纤维膜组件，其特征在于所述流体分配孔与第二环氧树脂体上表面齐平。

6.如权利要求1所述的一钟外压式中空纤维膜组件，其特征在于所述第一环氧树脂体上还设置膜丝收纳保护套。

7.如权利要求1所述的一种外压式中空纤维膜组件，其特征在于它设有外壳，中空纤维膜丝处于外壳内，所述第一环氧树脂体和第二环氧树脂体封闭在外壳的上端和下端，外壳在第一环氧树脂体之上和第二环氧树脂体之下分别设有第一罩壳和第二罩壳，所述第一罩壳和第二罩壳分别设置所述第一进出水口和第二进出水口。

8.如权利要求1所述的一种外压式中空纤维膜组件，其特征在于所述膜组件无外壳。

9.权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的中空纤维膜组件的使用方法，其特征在于：它由过滤、气水双洗、下水进上排反洗，上水进下排反洗、下排污5个过程构成一个过滤-清洗周期。

说明书

一种外压式中空纤维膜组件及使用方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种中空纤维膜组件结构设计及其使用方法，尤其涉及较大尺寸外压式中空纤维膜组件制造及其使用方法。

背景技术

[0002] 膜技术是上世纪六十年代在国际上蓬勃开展起来的一项跨学科的新技术领域，由于其具有常温下操作，无相态变化，有明显节能效果，生产过程不产生污染，被净化的介质可回用等特点，因此在各个工业领域得到迅速的推广和应用。随着膜技术在化工、生化制药、食品饮料、环境保护等各个领域的应用日益广泛，市场对大尺寸中空纤维膜组件的需求也越来越多。但是，对于外压式中空纤维膜组件，随着膜组件直径和长度尺寸的增大，其流体分布均匀性难度也相应增大，尤其是，对于外压式中空纤维膜，有效的清洗流程中一般都包含有空气清洗过程，要求清洗空气在膜组件壳内尽可能均匀分布，使外压中空纤维膜丝均匀抖动，实现预期的清洗效果。如图1，目前工业应用的膜组件大多采用在膜组件下端设置气液进入口1，上侧口排出口2，上端口膜丝开孔，出滤过液3的方式。在膜组件的下浇铸端4上，如图2，膜丝流道封闭，在浇铸环氧树脂5上开有多个孔6，作为气液进入膜组件的流道。但这种膜丝单端出水的方式对膜组件的产水量影响很大，试验结果表明，当膜丝长度大于1.5米时，膜丝长度效应显著，如当膜丝内径为0.6mm、长度为1.8米时，两端出水的膜组件产水量约比单端出水膜组件的产水量高出50～100％，因此，有必要进一步开发两端出水的大型外压式中空纤维膜组件及其相应的使用工艺方法。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种产水量大，清洗效果好的外压式中空纤维膜组件。为此，本发明采用以下技术方案：所述膜组件的上端设有第一进出水口和第一环氧树脂体，所述膜组件的下端设有第二进出水口和第二环氧树脂体，所述膜组件中的中空纤维膜丝的上下两端分别被固定并分别与第一进出水口和第二进出水口接通，所述第二环氧树脂体中埋设有流体分配件，所述流体分配件设有暴露在第二环氧树脂体上表面的流体分配孔，流体分配件与外界流体源连通。由于采用本发明的技术方案：本发明提供的膜组件可以实现外压式中空纤维膜组件两端出水，气液分布均匀，可以将污泥从膜组件中低位排出，并易于实现生产加工，满足大尺寸膜组件生产的需要。

[0004] 本发明提供的膜组件可以实现外压式中空纤维膜组件两端出水，气液分布均匀，可以将污泥从膜组件中低位排出，并易于实现生产加工，满足大直径、长度的外压式中空纤维膜组件及其相应的使用工艺方法。

[0005] 根据上述本发明的结构、制造方法及使用工艺方法，可以取得如下效果：

[0006] 1、在膜组件下端的环氧树脂层中埋入流体分配件，使膜过滤时，原液分布均匀。

[0007] 2、在膜组件下端的环氧树脂层中埋入气液分配件，使膜组件的空气清洗时，清洗气流在膜组件外壳内均匀分布，提高清洗效率。

[0008] 3、在膜组件下端的环氧树脂层中埋入气液分配件，减少了环氧树脂的用量，从而减少了环氧树脂爆聚和在环氧树脂中形成气泡的可能性。通常在浇铸大型膜组件时，为防止环氧树脂爆聚或在环氧树脂中形成气泡，需要减少环氧树脂固化剂的配比，结果会导致固化后的环氧树脂较脆、强度下降、化学稳定性下降。

[0009] 4、由于设置了气液分配件，从而实现了膜组件在气液均匀分布的同时，实现膜组件两端出水，大大提高膜组件的过滤功效，并可以制作长度更大的外压式中空纤维膜组件。

[0010] 5、可以实现对膜组件更为彻底的清洗，延长膜组件的过滤-清洗周期，进一步提高效率。

[0011] 本发明另一个所要解决的技术问题是提供一种中空纤维膜组件的使用方法，能够对膜组件进行更为彻底的清洗，延长膜组件的过滤-清洗周期。为此，本发明采用以下技术方案：它由过滤、气水双洗、下水进上排反洗，上水进下排反洗、下排污5个过程构成一个过滤-清洗周期。由于采用上述技术方案，能够对中空纤维膜丝进行双向清洗，清洗彻底，延长膜组件的过滤-清洗周期，使得在水处理中能够应用长度更大的外压式中空纤维膜组件。

附图说明

[0012] 图1是现有的膜组件纵向剖面示意图。

[0013] 图2是现有的膜组件端面示意图。

[0014] 图3是本发明实施例中，膜组件结构示意图。

[0015] 图4是本发明实施例中，膜组件的下端结构俯视图。

[0016] 图5为膜组件使用工艺流程示意图。

[0017] 图6为有直筒外壳膜组件结构使用方法示意图。

[0018] 图7为无直筒外壳膜组件结构与使用方法示意图。

具体实施方式

[0019] 参照图1和2。现有的膜组件中，原液与清洗空气由膜组件下端口1a进入，在端面4a处，经过封端浇铸的环氧树脂5a上的流道6a进入膜组件，排出液和排出气体由膜组件上侧口2a排出，滤过液由膜组件上端口3a流出。

[0020] 参照附图3、4。它以有直筒外壳的膜组件为例。外壳16的上端浇铸有第一环氧树脂体9，外壳16的下端浇铸有第二环氧树脂体12，外壳中设有膜组件中的中空纤维膜丝8，所述膜组件中的中空纤维膜丝的上下两端分别被固定在第一环氧树脂体9和第二环氧树脂体12，外壳在第一环氧树脂体9之上和第二环氧树脂体16之下分别连接第一罩壳21和第二罩壳22。本发明为双端出水方式，第一罩壳21设有第一进出水口3，第二罩壳22设有第二进出水口7，所述中空纤维膜丝8的上端和下端分别与第一进出水口3和第二进出水口7接通，中空纤维膜丝8的上端和下端滤过液分别从第一进出水口3和第二进出水口7流出，同时，第一进出水口3和第二进出水口7也作为反洗时的进水口。

[0021] 壳体16在第一环氧树脂体9之下设有排出液和排出气体出口2，所述第一环氧树脂体上还设置膜丝收纳保护套10，所述中空纤维膜丝的上端与膜丝收纳保护套连接，膜丝接头套还设有分布孔11。

[0022] 本发明膜组件结构特征在于膜组件的下端结构。如图3所示，所述第二环氧树脂体中埋设有流体分配件，其上设有暴露在第二环氧树脂体上表面的气、液流出分配孔15，流体分配件与外界流体源连通。流体分配件使待滤的液体，或者在清洗时，使清洗液和气体在膜组件横截面上，均匀地被排出，从而提高过滤效率和清洗效果、使系统运转更为稳定。流体分配件可以是一个整体或者几个零件连接而成，本实施例中，流体分配件采用的是由分布管接头13和分布管14组成，分布管14呈放射状均匀分布在分布管接头13周围并与其插接粘结，所述分布管接头与外界流体源相通。第二罩壳22上设有进出口1，分布接头通过连接管17与进出口1连通，进出口1与外界流体源相通，清洗时，原液与清洗空气也由进出口1进入。

[0023] 由于流体分配件由分布管14与分布管接头13插接粘接，可以分别制作分布管14与分布管接头13的模具，大幅降低模具费用，且易于加工。

[0024] 为减少流体分配件在膜组件浇铸端的纵向投影面积，如图4，所述分布管14横截面呈上壁和下壁为宽度、侧壁为长度、长度大于宽度的长方形，长宽之比为8∶1～3∶1。这样，在保证分布管具有足够截面积的情况下，可以控制分布管纵向投影面积在第二环氧树脂体浇铸横断面上所占的比例。如图所示，气、液流出分配孔15位于分布管14上壁的中间，单排孔，朝上，有利于保护膜丝，防止膜丝被冲断。在分布接头上方同样设置有气、液流出分配孔15。气、液流出分配孔15直径为1～5mm。

[0025] 根据膜组件直径大小，分布管14数量相应不同，如对于3英寸的膜组件，分布管的数量可以为2-4个，对于6英寸膜组件，分布管数量可为3～6个，对于8英寸膜组件，分布管数量可为4～8个。分布管的流道截面积之和应与膜组件入口即进出口1的流道截面积相当，二者之比为1～1.5。分布管的流道截面积之和为分布管数量乘以分布管内管长度乘以分布管内管宽度。

[0026] 流体分配件在膜组件的纵向投影面积应不超过浇铸断面的25％，否则会导致膜丝可装填数量减少，使膜组件外壳内膜丝的装填数量不能达到最佳装填数量。

[0027] 所述气、液流出分配孔15与第二环氧树脂体上表面齐平。使得膜组件具有排污功能，在清洗时，可以将膜丝根部污泥杂物低位排出膜组件。

[0028] 制造时，首先将膜丝收纳保护套10固定在膜组件上端筒上、将流体分配件固定在膜组件下端筒上；然后将中空纤维膜丝8装入膜组件外壳，膜丝上端收容在膜组件上端的膜丝收纳保护套筒中，膜丝下端分束从流体分配件外穿过，最后灌入封端环氧树脂，浇铸成中空纤维膜组件。

[0029] 采用本发明的外压式中空纤维膜组件结构，可以制作两种形式的膜组件：一种是如以上所述的带有直筒外壳的膜组件，另一种是无直筒外壳的膜组件。有直筒外壳的膜组件用于一般的膜分离装置，有正压驱动；无直筒外壳的膜组件用于浸没式过滤，一般为负压抽吸，可用于膜生物反应器中。

[0030] 本发明提供一种有直筒外壳的中空纤维膜组件的使用工艺方法。由过滤、气水双洗、下水进上排反洗，下水进下排反洗、下排污5个过程构成一个过滤-清洗周期。工艺流程如图5，膜组件工艺结构示意如图6，阀门101所在的管路为原液进管，阀门103所在管路为下端产水出管，阀门105为清洗气体进管，阀门106所在的管路为污水排出管路，它们均连接至膜组件下口即进出口1。阀门102所在的管路为浓水和空气排出管，阀门104所在管路为上端产水出管。

[0031] 结合膜组件工艺结构示意图6，对工艺流程图5进行说明：

[0032] 状态1，过滤：打开阀门101、102、103、104，关闭阀门105、106。原水经由阀门101从膜组件下口即进出口1进入膜组件，产水经第一进出水口3和第二进出水口7从阀门103、104流出，浓水由排出液和排出气体出口2从阀门102排出。持续时间10～60分钟，依体系过滤难易程度而定。

[0033] 状态2，气水双洗：打开阀门102、103、105，关闭阀门101、104、106。压缩空气经由阀门105从膜组件下口即进出口1进入膜组件，对外压中空纤维膜丝进行清洗，气量依膜组3
件直径大小而定，对于8英寸膜组件，进气量可以为3～8Nm/h。与此同时，反洗水经由阀门103从第二进出水口7反洗进水，水量依膜组件直径大小而定，对于8英寸膜组件，反洗
3
水量可以为1～4m/h。洗出污水和空气由排出液和排出气体出口2排出。持续时间10～
60秒，依膜污染严重程度而定。

[0034] 状态3，下水进上排反洗：打开阀门102、103，关闭阀门101、104、105、106。关闭原液侧下端进气，仅由阀门103从第二进出水口7产水管反洗进水，水量依膜组件直径大小而3
定，对于8英寸膜组件，反洗水量可以为4～10m/h。洗出污水由排出液和排出气体出口2排出。持续时间10～60秒，依膜污染严重程度而定。

[0035] 状态4，上水进下排反洗：打开阀门102、104、106，关闭阀门101、103、105。由阀门3
104仅上产水管反洗进水，反洗水量可以为4～10m/h。洗出污水由膜组件下口即进出口1经阀门106和排出液和排出气体出口2排出。持续时间10～60秒，依排出水干净程度而定。

[0036] 状态5下排污：打开阀门102、106，关闭阀门101、103、104、105。由自然重力的作用，将膜组件中的污水排尽，持续时间0～60秒，依排出水流尽时间而定。

[0037] 然后，返回状态1继续过滤，由此循环进行。

[0038] 上述工艺流程可以通过编程，实现膜分离装置运行的自动控制。

[0039] 本发明提供一种无直筒外壳的中空纤维膜组件的使用工艺方法，主要用于浸没式膜过滤过程，其工艺过程包括过滤、清洗1、清洗2三个环节，循环进行。膜组件工艺结构示意如图7，附图标号9、8、12、17、1、7、3、103、104所指与前述实施例意义相同，阀门103、104所在管路的用途也与前述实施例相同。阀门105所在的管路用于进气。

[0040] 如图7，过滤状态时，将膜组件垂直浸没于欲分离液体中，通过阀门105控制曝气量，压缩空气由膜组件下口即进出口1进入流体分配件12，然后在膜丝之间实现鼓入压缩空气的均匀分布。过滤出的产水则由上下两端的第一进出水口3和第二进出水口7从阀门103、104抽出。持续时间10～60分钟，依体系过滤难易程度而定。

[0041] 清洗1状态时，压缩空气继续由膜组件下口即进出口1进入气体分配件12，同时，关闭阀门103，打开阀门104，反洗水由第一进出水口3进入膜丝，进行反洗，持续时间10～120秒，依膜污染严重程度而定。

[0042] 清洗2状态时，压缩空气继续由膜组件下口即进出口1进入气体分配件12，同时，关闭阀门104，打开阀门103，反洗水由第二进出水口7进入膜丝，进行反洗，持续时间10～120秒，依膜污染严重程度而定。

[0043] 然后，返回过滤状态继续过滤，由此循环进行。