加压式中空纤维膜组件以及包括该组件的过滤系统

摘要

公开了耐压力高于3kgf/cm2的加压式中空纤维膜组件以及包括该组件的过滤系统。加压式中空纤维膜组件包括：壳体，壳体包括开放端；固定构件，固定构件设置于壳体中并处于开放端；中空纤维膜，中空纤维膜插设于固定构件中；以及盖，盖处于壳体的开放端，盖和固定构件形成滤液收集空间，其中，中空纤维膜的内腔与滤液收集空间流体连通，固定构件具有台阶，从而固定构件的上部侧面不与壳体的内表面接触，并且盖的部分插入沟槽中，该沟槽由固定构件的台阶和壳体的内表面限定。

权利要求

1.加压式中空纤维膜组件，其包括：

壳体，所述壳体包括开放端；

固定构件，所述固定构件设置于所述壳体中并处于所述开放端，从而所述开放端由所述固定构件封闭；

中空纤维膜，所述中空纤维膜插设于所述固定构件中；以及盖，所述盖处于所述壳体的开放端，所述盖和所述固定构件形成滤液收集空间，其中，所述中空纤维膜的内腔与所述滤液收集空间流体连通，所述固定构件具有台阶，从而所述固定构件的上部侧面不与所述壳体的内表面接触，并且所述盖的部分插入沟槽中，所述沟槽由所述固定构件的台阶和所述壳体的内表面限定。

2.如权利要求1所述的加压式中空纤维膜组件，还包括密封构件，所述密封构件设于所述壳体的开放端与所述盖之间。

3.如权利要求2所述的加压式中空纤维膜组件，其中，在所述盖的底面形成有沟槽，所述底面与所述壳体的开放端接触，所述壳体在所述开放端包括凸起，所述凸起插入所述盖的沟槽中，以及所述密封构件处于所述盖的沟槽内并处于所述盖与所述凸起之间。

4.如权利要求1所述的加压式中空纤维膜组件，还包括：支撑构件，所述支撑构件处于所述壳体的开放端的外表面，并且所述支撑构件与所述壳体相结合；以及紧固件，所述紧固件穿过所述支撑构件和所述盖以使所述盖与所述壳体保持相互紧靠的关系。

5.如权利要求4所述的加压式中空纤维膜组件，其中，所述紧固件包括螺栓和螺母。

6.如权利要求1所述的加压式中空纤维膜组件，还包括第一密封构件和第二密封构件，所述第一密封构件和所述第二密封构件设于所述壳体的开放端与所述盖之间，其中，在所述盖的底面形成有沟槽，所述底面与所述壳体的开放端接触，所述壳体在所述开放端包括凸起，所述凸起插入所述盖的沟槽中，所述第一密封构件处于所述盖的沟槽内并处于所述盖与所述凸起之间，所述第一密封构件呈环状曲线形，以及所述第二密封构件设置于所述第一密封构件的径向外侧。

7.如权利要求1所述的加压式中空纤维膜组件，还包括紧固环以将所述壳体和所述盖紧密地连接在一起，所述紧固环当通过螺纹式联接方式联接至所述壳体时将所述盖推向所述壳体。

8.过滤系统，其包括：

如权利要求1所述的加压式中空纤维膜组件，所述加压式中空纤维膜组件用于产生和排出滤液，并且所述加压式中空纤维膜组件具有高于3kgf/cm2的耐压力；

反渗透膜组件；以及

泵，所述泵用于直接从所述加压式中空纤维膜组件接收所述滤液、以高到足以使所述反渗透膜组件工作的压力对所述滤液进行加压、并向所述反渗透膜组件提供被加压的滤液。

9.如权利要求8所述的过滤系统，其中，透过所述中空纤维膜的滤液经由所述滤液收集空间从所述盖的出口排出。

10.如权利要求8所述的过滤系统，其中，所述加压式中空纤维膜组件还包括密封构件，所述密封构件设于所述壳体的开放端与所述盖之间。

11.如权利要求10所述的过滤系统，其中，在所述盖的底面形成有沟槽，所述底面与所述壳体的开放端接触，所述壳体在所述开放端包括凸起，所述凸起插入所述盖的沟槽中，以及所述密封构件处于所述盖的沟槽内并处于所述盖与所述凸起之间。

12.如权利要求8所述的过滤系统，其中，所述加压式中空纤维膜组件还包括：支撑构件，所述支撑构件处于所述壳体的开放端的外表面，并且所述支撑构件与所述壳体相结合；以及紧固件，所述紧固件穿过所述支撑构件和所述盖以使所述盖与所述壳体保持相互紧靠的关系。

13.如权利要求12所述的过滤系统，所述紧固件包括螺栓和螺母。

14.如权利要求8所述的过滤系统，其中，所述加压式中空纤维膜组件还包括第一密封构件和第二密封构件，所述第一密封构件和所述第二密封构件设于所述壳体的开放端与所述盖之间，在所述盖的底面形成有沟槽，所述底面与所述壳体的开放端接触，所述壳体在所述开放端包括凸起，所述凸起插入所述盖的沟槽中，所述第一密封构件处于所述盖的沟槽内并处于所述盖与所述凸起之间，所述第一密封构件呈环状曲线形，以及所述第二密封构件设置于所述第一密封构件的径向外侧。

15.如权利要求8所述的过滤系统，其中，所述加压式中空纤维膜组件还包括紧固环以将所述壳体和所述盖紧密地连接在一起，所述紧固环当通过螺纹式联接方式联接至所述壳体时将所述盖推向所述壳体。

说明书

加压式中空纤维膜组件以及包括该组件的过滤系统

技术领域

[0001] 本发明涉及加压式中空纤维膜组件以及包括该组件的过滤系统，更具体地涉及耐压力高于3kgf/cm2的加压式中空纤维膜组件以及包括该组件的过滤系统。

背景技术

[0002] 用于水处理的分离方法包括采用滤膜的方法、采用热或相变的方法等等。相比采用热或相变的方法，采用滤膜的分离方法具有众多优点。优点之一便是高的水处理可靠性，因为通过对滤膜微孔的尺寸进行调节，可以容易且稳定地获得具有所需纯度的水。此外，由于采用滤膜的方法无需加热过程，因此可借以微生物来使用滤膜，而微生物有益于分离过程但却可能受到热的负面影响。

[0003] 采用滤膜的分离方法之一采用包括成束中空纤维膜的中空纤维膜组件。通常，中空纤维膜组件广泛应用于微滤和/或超滤领域以获得无菌水、饮用水、超纯水等等。近来，中空纤维膜组件的应用延伸至废水处理、化粪池中的固液分离、工业废水的固体悬浮物(SS)去除、河水过滤、工业水过滤、游泳池水过滤等等。

[0004] 中空纤维膜组件根据其工作方式可分为浸没式组件和加压式组件。

[0005] 浸没式组件当浸入待净化水中时进行过滤过程。具体地，由于在中空纤维膜内施加有负压，因而仅允许纯净流体透过膜并进入膜内腔，而诸如杂质或沉淀物的污物则保留在膜外侧。浸没式组件的优点在于其可降低设施的设立及运行成本，因为其无需流体循环。而浸没式组件的缺点在于其单位时间可获得渗透通量相对较低。

[0006] 另一方面，在通过加压式组件进行的过滤过程之中，在中空纤维膜外的流体上施加正压，从而仅允许纯净流体透过膜并进入膜内腔。尽管加压式组件需要附加设备以进行流体循环，但是相比浸没式组件，加压式组件便于获得较高的单位时间渗透通量。

[0007] 由于加压流体被引入到加压式组件的壳体中，因此要求加压式组件具有一定的耐压力。然而，通常的加压式组件具有最大为3kgf/cm2的耐压力。

[0008] 因而，如图1所示，如果将通常的加压式组件用于通过加压式中空纤维膜组件10执行第一过滤过程以及通过反渗透膜组件30执行第二过滤过程的过滤系统中，那么需要先将通过加压式中空纤维膜组件10产生的第一滤液存储在滤液池20中，原因是加压式中空纤维膜组件10具有相对较低的耐压力从而导致该第一滤液无法成为被充分加压的滤液。此外，还需要设置进料泵P1，以将存储于滤液池20中的第一滤液向反渗透膜组件30供应。通过进料泵P1向反渗透膜组件30供应的第一滤液通过高压泵P2被加压，该高压泵P2所具有的压力高到足以使反渗透膜组件30工作。

[0009] 以下，参照图2和图3，对导致通常的加压式中空纤维膜组件10无法具有高于3kgf/cm2的耐压力的结构性原因进行详细描述。图2是通常的加压式中空纤维膜组件的立体图，而图3是图2的加压式中空纤维膜组件的沿线I-I'的剖视图。

[0010] 如图2和图3所示，通常的加压式中空纤维膜组件10包括：壳体11，壳体11具有开放端；固定构件12，固定构件12设置于壳体11中并固定至壳体11，由此封闭开放端；中空纤维膜13，中空纤维膜13的一端插设于固定构件12中；盖14，盖14处于壳体11的开放端，且盖14和固定构件12形成滤液收集空间S；以及紧固环15，紧固环15当通过螺纹式联接方式联接至壳体11时将盖14推向壳体11，由此将壳体11与盖14紧密地连接在一起。

[0011] 中空纤维膜13的内腔与滤液收集空间S流体连通。在通过壳体11的入口IH引入组件10的给水中，只有纯净水透过中空纤维膜13。滤液沿中空纤维膜13的内腔流动，并在滤液收集空间S中汇集，然后通过盖14的出口OH离开组件10。同时，随着过滤进行，给水的杂质在壳体11中不断聚集。如此产生的浓缩水通过壳体11的出口OH从组件10排出。

[0012] 如图3所示，固定构件12的整个侧面与壳体11的内表面接触，并且壳体11与盖14之间的间隙G向滤液收集空间S敞开。为了防止滤液收集空间S中的滤液通过间隙G泄露，在壳体11的顶面与盖14的底面之间设有密封构件16。

[0013] 然而，只要壳体11与盖14之间的间隙G向滤液收集空间S敞开，那么通过密封构件16来防止滤液泄露就无可避免地存在局限性。具体地，当通常的加压式中空纤维膜组件10在高于3kgf/cm2的压力下进行工作时，滤液收集空间S中的滤液的压力也升高，因而必然引起滤液通过壳体11与盖14之间的间隙G泄露。

发明内容

[0014] 技术问题

[0015] 因此本发明涉及能够避免现有技术的这些局限和缺陷的加压式中空纤维膜组件以及包括该组件的过滤系统。

[0016] 本发明的一方面在于提供耐压力高于3kgf/cm2的加压式中空纤维膜组件。

[0017] 本发明的另一方面在于提供一种过滤系统，该过滤系统能够通过加压式中空纤维膜组件进行第一过滤以及通过反渗透膜组件进行第二过滤，且在第一过滤与第二过滤之间不存在任何中间过程，用以将通过加压式中空纤维膜组件产生的第一滤液存储在一定的存储装置中，然后将其给送入反渗透膜组件。

[0018] 本发明的其他方面和特点部分地记载在下面的说明书内容中，且部分地对于研究过下面的说明书内容的本领域普通技术人员而言可能变得清晰，或者可能通过本发明的实施得以了解。通过在书面记载的说明书和权利要求书中具体指出的结构，可以认识并得到本发明的目的和其他优点。

[0019] 解决方案

[0020] 根据本发明的一方面，提供了一种加压式中空纤维膜组件，其包括：壳体，壳体包括开放端；固定构件，固定构件设置于壳体中并处于开放端，从而开放端由固定构件封闭；中空纤维膜，中空纤维膜插设于固定构件中；以及盖，盖处于壳体的开放端，盖和固定构件形成滤液收集空间，其中，中空纤维膜的内腔与滤液收集空间流体连通，固定构件具有台阶，从而固定构件的上部侧面不与壳体的内表面接触，并且盖的部分插入沟槽中，该沟槽由固定构件的台阶和壳体的内表面限定。

[0021] 根据本发明的另一方面，提供了一种过滤系统，其包括：加压式中空纤维膜组件，加压式中空纤维膜组件用于产生和排出滤液，并且加压式中空纤维膜组件具有高于3kgf/cm2的耐压力；反渗透膜组件；以及泵，泵用于直接从加压式中空纤维膜组件接收滤液、以高到足以使反渗透膜组件工作的压力对滤液进行加压、并向反渗透膜组件提供被加压的滤液。

[0022] 可以理解，对本发明的以上概略描述以及以下详细描述是示例性和解释性的，并且旨在对所要求保护的发明进一步提供解释。

[0023] 本发明的有益技术效果

[0024] 根据本发明，可以提供这样的加压式中空纤维膜组件，其具有改善的高于3kgf/cm2的耐压力，因而具有高耐久性。

[0025] 此外，通过将具有高耐压力的加压式中空纤维膜组件应用于过滤系统，可以通过加压式中空纤维膜组件进行第一过滤以及通过反渗透膜组件进行第二过滤，且在第一过滤与第二过滤之间不存在任何中间过程，用以将通过加压式中空纤维膜组件产生的第一滤液存储在一定的存储装置中，然后将其给送入反渗透膜组件。因而，可以提供具有相对较简单结构的过滤系统，且该过滤系统可以以较低成本工作。

[0026] 本发明的其他优点以及相关技术特征将在下面进行详细描述。

附图说明

[0027] 所包括的附图旨在提供对本发明的进一步理解，且包含在本申请中并构成本申请的一部分，并且附图示出了本发明的实施方式，且与说明书相结合用于对本发明的原理进行解释。在附图中：

[0028] 图1是示出通常的过滤系统的方框图；

[0029] 图2是通常的加压式中空纤维膜组件的立体图；

[0030] 图3是图2的加压式中空纤维膜组件的沿线I-I'的剖视图；

[0031] 图4是示出根据本发明的一个实施方式的过滤系统的方框图；

[0032] 图5示出根据本发明第一实施方式的加压式中空纤维膜组件的上部剖视图；

[0033] 图6示出根据本发明第二实施方式的加压式中空纤维膜组件的上部剖视图；以及[0034] 图7示出根据本发明第三实施方式的加压式中空纤维膜组件的上部剖视图。

具体实施方式

[0035] 以下，参照图4详细描述本发明的过滤系统。

[0036] 如图4所示，根据本发明的一个实施方式的过滤系统包括：加压式中空纤维膜组件100，该加压式中空纤维膜组件100用于产生并排出滤液，并且该加压式中空纤维膜组件100具有高于3kgf/cm2的耐压力；反渗透膜组件30；以及泵P2，该泵P2用于直接从加压式中空纤维膜组件100接收滤液、以高到足以使反渗透膜组件30工作的压力对滤液进行加压、并向反渗透膜组件30提供被加压的滤液。

[0037] 由于本发明的加压式中空纤维膜组件100具有高于3kgf/cm2的耐压力，因此即便在高于3kgf/cm2的工作压力下，该组件100也可稳定地工作，且不被损坏以及完全不引起滤液泄露。

[0038] 此外，由于通过以高于3kgf/cm2的耐压力进行工作的加压式中空纤维膜组件100产生并从该加压式中空纤维膜组件100排出的滤液是被充分加压的滤液，因此该滤液可直接供应至泵P2，而无需如通常的过滤系统所要求的那样，暂时存储在滤液池中然后通过附加的泵被进一步加压。

[0039] 泵P2直接从加压式中空纤维膜组件100接收滤液，并以高到足以使反渗透膜组件30工作的压力对该滤液进一步进行加压。

[0040] 因而，根据本发明，可以通过加压式中空纤维膜组件100进行第一过滤以及通过反渗透膜组件30进行第二过滤，且在第一过滤与第二过滤之间不存在任何中间过程，用以将通过加压式中空纤维膜组件100产生的第一滤液存储在一定的存储装置中，然后将其给送入反渗透膜组件30，因而可以提供具有相对较简单结构的过滤系统，且该过滤系统可以以较低成本工作。

[0041] 以下，参照图5至图7详细描述本发明的具有高于3kgf/cm2的耐压力的加压式中空纤维膜组件100的实施方式。

[0042] 图5示出根据本发明第一实施方式的加压式中空纤维膜组件的上部剖视图。

[0043] 如图5所示，根据本发明第一实施方式的加压式中空纤维膜组件100包括：壳体110，壳体110具有开放端；固定构件120，固定构件120设置在壳体110中并处于所述开放端，从而所述开放端由固定构件120封闭；中空纤维膜130，中空纤维膜130插设于固定构件120中；盖140，盖140处于壳体110的开放端，且盖140和固定构件120形成滤液收集空间S。

[0044] 中空纤维膜130插设于固定构件120中的一端是开放的，从而中空纤维膜130的内腔与滤液收集空间S流体连通。

[0045] 尽管未示出，但是加压式中空纤维膜组件100下部的结构与上述的上部的结构相同，除了在下部固定构件中形成有多个孔用于待处理流体流过，以及中空纤维膜130插设于下部固定构件中的另一端是封闭的。

[0046] 在通过处于壳体110下部的入口引入加压式中空纤维膜组件100的给水中，只有纯净水透过中空纤维膜130。滤液沿中空纤维膜130的内腔流动，并在滤液收集空间S中汇集，然后通过盖140的出口OH离开加压式中空纤维膜组件100。

[0047] 同时，随着过滤进行，给水的杂质在壳体110中不断聚集。如此产生的浓缩水通过壳体110的出口OH从加压式中空纤维膜组件100排出。

[0048] 一旦过滤完成，壳体110中的给水穿过下部固定构件的孔，然后通过与壳体110的另一开放端联接的下盖(未示出)的出口离开加压式中空纤维膜组件100。

[0049] 如图5所示，尽管本发明的固定构件120设置在壳体110中并处于开放端且固定至壳体110，但是并非固定构件120的整个侧面都与壳体110的内表面接触。详细而言，本发明的固定构件120具有台阶，从而仅仅固定构件120的除其上部侧面以外的侧面与壳体110的内表面接触，也就是说，固定构件120的上部侧面并不与壳体的内表面110接触。因而，当本发明的固定构件120在开放端形成于壳体110中并固定至该壳体110时，形成了由固定构件的台阶和壳体的内表面所限定的沟槽。

[0050] 当盖140联接至壳体110的开放端并由此形成由盖140和固定构件120围绕的滤液收集空间S时，盖140的一部分141插入由固定构件120的台阶和壳体110的内表面限定的沟槽中。固定构件可由诸如聚氨酯的弹性材料形成，并且考虑到防止泄露，理想的是使沟槽略小于盖140的所述部分141，从而盖140的所述部分141可紧密地插入沟槽中。

[0051] 根据上述的本发明，仅仅彼此紧密接触的盖140的所述部分141和固定构件120之间的间隙向滤液收集空间S敞开，而壳体110与盖140之间的间隙并未直接向滤液收集空间S敞开。因此，即使当加压式中空纤维膜组件100以高于3kgf/cm2的压力进行工作且因此滤液收集空间S中的滤液的压力升高时，加压式中空纤维膜组件100也可以以高的渗透通量进行过滤过程，且不被损坏以及完全不引起滤液泄露。

[0052] 可选地，加压式中空纤维膜组件100还可包括例如为O形圈的密封构件160，该密封构件160设于壳体110的开放端与盖140之间，从而可以完全防止通过彼此紧密接触的盖140的所述部分141与固定构件120之间的间隙以及通过壳体110与盖140之间的间隙发生的滤液泄露(如果有的话)。

[0053] 可在盖140的与壳体110开放端接触的底面上形成沟槽，并且壳体110可在开放端包括凸起111。当壳体110与盖140彼此相联时，壳体110的凸起111插入盖140的沟槽中。密封构件160处于盖140的沟槽内并处于盖140与凸起111之间。

[0054] 为了使壳体110与盖140紧密地联接在一起，本发明的加压式中空纤维膜组件100还可包括：支撑构件150，支撑构件150处于壳体110的开放端的外表面，并且该支撑构件150与壳体110相结合；以及紧固件170，紧固件170穿过支撑构件150和盖140的部分142以使盖140与壳体110保持互相紧靠的关系。

[0055] 紧固件170可包括螺栓171和螺母172。

[0056] 以下，参照图6详细描述根据本发明第二实施方式的加压式中空纤维膜组件。图6示出根据本发明第二实施方式的加压式中空纤维膜组件的上部剖视图。

[0057] 由于根据本发明第二实施方式的加压式中空纤维膜组件与上述根据第一实施方式的加压式中空纤维膜组件几乎相同，因此主要描述第二实施方式与第一实施方式不同的特征。

[0058] 如图6所示，根据本发明第二实施方式的加压式中空纤维膜组件100包括第一密封构件160和第二密封构件180，第一密封构件160和第二密封构件180设于壳体110的开放端与盖140之间，从而可以完全防止通过彼此紧密接触的盖140的部分141与固定构件120之间的间隙以及通过壳体110与盖140之间的间隙发生的滤液泄露(如果有的话)。

[0059] 在盖140的与壳体110开放端接触的底面上形成有沟槽，并且壳体110在开放端包括凸起111。当壳体110与盖140彼此相联时，壳体110的凸起111插入盖140的沟槽中。第一密封构件160设置于盖140的沟槽内并处于盖140与凸起111之间。第一密封构件160可呈环状曲线形。

[0060] 第二密封构件180设置于第一密封构件160的径向外侧并处于壳体110的开放端与盖140之间。第二密封构件180可更加确保滤液的防泄漏。

[0061] 以下，参照图7详细描述根据本发明第三实施方式的加压式中空纤维膜组件。图7示出根据本发明第三实施方式的加压式中空纤维膜组件的上部剖视图。

[0062] 由于根据本发明第三实施方式的加压式中空纤维膜组件与上述根据第一实施方式的加压式中空纤维膜组件几乎相同，因此主要描述第三实施方式与第一实施方式不同的特征。

[0063] 如图7所示，根据本发明第三实施方式的加压式中空纤维膜组件100包括用作将壳体110与盖140紧密连接在一起的部件的紧固环190，而不是包括第一实施方式的支撑构件150。当紧固环190通过螺纹式联接方式联接至壳体110时，紧固环190将盖140推向壳体110，由此将壳体110与盖140紧密地连接在一起。

[0064] 本领域技术人员可以理解，在不背离本发明的范围和精神的情况下，可以存在各种变型、添加和替换。因此，本发明包括落入权利要求中描述的本发明范围内的所有改变和变型及其等同。