專利名稱：浸入式中空纖維膜組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種外壓浸入式中空纖維膜組件，尤其涉及一種可用于膜生物反應(yīng)器的浸入式中空纖維膜組件及單元膜組件，特別涉及簾式膜組件膜絲排布結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
淡水資源危機(jī)是一個(gè)世界性的難題，我國(guó)的水資源總量雖然居世界第六位，但水資源短缺的狀況更令人堪憂。專家預(yù)測(cè)，2010年后我國(guó)將開(kāi)始進(jìn)入嚴(yán)重的缺水期。專家還指出，2030年我國(guó)總需水量預(yù)計(jì)為7800億至8200億立方米，供水總量為7400億至7700億立方米，缺水400億至500億立方米。缺水高峰將在這一時(shí)期出現(xiàn)，水已經(jīng)成為制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平提高的嚴(yán)重障礙。此時(shí)，膜-生物反應(yīng)器的興起，在一定程度上緩解了水資源緊張問(wèn)題。
膜-生物反應(yīng)器(MBR，Membrane bioreactor)，主要應(yīng)用于污水處理，MBR法實(shí)質(zhì)上是傳統(tǒng)活性污泥法的改良，即污水在充分的生化反應(yīng)后，運(yùn)用膜分離技術(shù)將泥水分離，從而達(dá)到凈化污水的目的。到80年代后期，各種形式的膜-生物反應(yīng)器的出現(xiàn)，使得系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性得到提高，運(yùn)行能耗降低，膜-生物反應(yīng)器工藝在廢水處理中的應(yīng)用受到越來(lái)越廣泛的重視。目前，膜-生物反應(yīng)器已經(jīng)成功地應(yīng)用于中水回用、糞便污水處理、垃圾滲濾液廢水處理、高濃度有機(jī)廢水處理、含油廢水處理等。其中，以浸沒(méi)式膜生物反應(yīng)器的應(yīng)用較為廣泛。
膜生物反應(yīng)器(Membrane Bioreactor，MBR)是傳統(tǒng)活性污泥法與新興的膜分離技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它利用膜分離組件代替了傳統(tǒng)工藝中的二沉池，不僅可以大大減小占地面積，還顯著提高了固液分離的效率，使出水水質(zhì)得到明顯改善。
將浸沒(méi)式膜生物反應(yīng)器簾式膜組件置于生化池內(nèi)，通過(guò)負(fù)壓抽吸作用得到膜過(guò)濾出水。和傳統(tǒng)污水處理方法相比較，此法具有一下優(yōu)勢(shì)(1)由于將膜組件代替了二沉池，大大節(jié)省了設(shè)備的占地面積；(2)設(shè)備自動(dòng)化水平高，便于操作，易于管理；(3)在MBR池中可以維持較高的生物量，裝置處理容積負(fù)荷大，污染物去除率高。出水水質(zhì)良好，出水中不含懸浮物固體而且可以去除細(xì)菌、病毒等，出水可以直接回用。
(4)膜分離可以使微生物完全截留在生物反應(yīng)器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器水力停留時(shí)間和污泥齡的完全分離，使運(yùn)行控制更加靈活、穩(wěn)定；(5)有利于增殖緩慢的微生物(如硝化細(xì)菌)的截留和生長(zhǎng)，系統(tǒng)硝化率提高，同時(shí)可提高難降解有機(jī)物的降解效率；(6)污泥產(chǎn)量低，可以實(shí)現(xiàn)零排泥。
但是，在實(shí)際工程中還存在以下問(wèn)題(1)由于膜絲根部被固定，所以此部分?jǐn)[動(dòng)很小，并且由于下集水管處于MBR池底，氣泡的體積和刮刷速度相對(duì)較小，污染物不能有效的從膜表面脫附，因此，此處污泥濃度相對(duì)較高；而根據(jù)膜污染機(jī)理，膜絲根部是最易被污染的部分。因此極易產(chǎn)生膜束內(nèi)部污泥脫水(干化)現(xiàn)象。
(2)由于膜絲根部膜絲較密，導(dǎo)致在混合液中膜絲產(chǎn)生抱束現(xiàn)象，這不僅和水力作用有關(guān)，還與膜絲的排列順序有關(guān)。現(xiàn)有的膜組件膜絲排列是隨機(jī)排列，雖然在沿集水管的方向上總趨勢(shì)是相對(duì)有序的，但是在上下集水管之間卻極易產(chǎn)生膜絲的交叉，引起幾支膜絲甚至是幾十支相互交叉在一起，導(dǎo)致“抱束”現(xiàn)象，而此現(xiàn)象的產(chǎn)生將最終導(dǎo)致膜束內(nèi)部污泥脫水(干化)。
(3)為了提高膜絲裝填密度，增加膜面積，舊式的浸沒(méi)式膜生物反應(yīng)器簾式膜組件采用雙弧形設(shè)計(jì)，即沿集水管兩長(zhǎng)邊內(nèi)分別種植膜絲，使兩片膜絲相分離，這樣對(duì)膜絲根部的污染有一定的抑制作用，但是在兩片膜絲的內(nèi)側(cè)，由于無(wú)法得到氣水的充分抖動(dòng)，導(dǎo)致膜污染加劇。
以往的中空纖維簾式膜結(jié)構(gòu)如圖1，為兩片式結(jié)構(gòu)，兩片膜縱向并排設(shè)置，在使用中容易在兩片膜之間堆積污泥，導(dǎo)致中空纖維膜束粘連在一起，無(wú)法與液體接觸，從而失去過(guò)濾功效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型結(jié)構(gòu)的浸入式中空纖維膜組件，尤其是可用于膜生物反應(yīng)器的浸入式中空纖維膜組件及單元膜組件。
本發(fā)明提供的浸入式中空纖維膜組件，包括框架和多支單個(gè)膜組件，其特征在于單片膜組件包括上、下端部以及填充在其間的外壓中空纖維膜，中空纖維膜排列呈簾式片狀，無(wú)外殼，構(gòu)成單元式膜組件。
另外，將多片簾式膜組件上、下端口通過(guò)集水管進(jìn)行并聯(lián)；在每片簾式膜下集水管側(cè)面排放多孔曝氣管，相臨集水管與曝氣管的管中心距的水平間距為0-5cm，相臨集水管與曝氣管的管中心距的水平方向高度差為上下不超過(guò)10cm；并將每支曝氣管互連成一排；2-100片膜組件與曝氣管一起容納在框架內(nèi)，從而構(gòu)成單元膜組件。曝氣管直徑DN5-32mm，在曝氣管下方，打直徑1-5mm的曝氣孔，曝氣孔之間的孔中心距為20-50mm。
本發(fā)明提供的簾式膜組件為將原先的縱向兩排結(jié)構(gòu)改進(jìn)為橫向多排結(jié)構(gòu)，以往縱向兩排結(jié)構(gòu)，氣無(wú)法進(jìn)入兩片膜之間，在使用中容易在兩片膜之間堆積污泥，導(dǎo)致中空纖維膜束粘連在一起，無(wú)法與液體接觸，從而失去過(guò)濾功效。本發(fā)明改進(jìn)為橫向多排結(jié)構(gòu)，曝氣容易穿透并進(jìn)入膜絲之間，可以有效防止污泥在中空纖維膜絲間的堆積。
另外，本發(fā)明浸沒(méi)式膜生物反應(yīng)器簾式膜組件的膜絲的膜片之間相對(duì)分離解決了膜束內(nèi)部污泥脫水(干化)問(wèn)題；由于膜片之間有一定間距，氣泡可以較容易地從兩片之間穿過(guò)，解決了舊式組件膜片內(nèi)側(cè)氣水無(wú)法達(dá)到的問(wèn)題，從而解決了膜絲根部污染嚴(yán)重的問(wèn)題；由于新式組件的膜片相對(duì)分離，且每一片所包含的膜絲數(shù)約為20至500根，膜片之間不會(huì)產(chǎn)生膜絲交叉現(xiàn)象，從而進(jìn)一步解決了膜束內(nèi)部污泥脫水。該單元膜組件既具有高產(chǎn)水量、高強(qiáng)度和耐污染性能，又可有效降低能耗，并易于運(yùn)輸與施工安裝，滿足膜-生物反應(yīng)器產(chǎn)業(yè)化的需要。


圖1顯示現(xiàn)有技術(shù)一片簾式膜組件的兩排結(jié)構(gòu)示意圖；圖2顯示本發(fā)明一片簾式膜組件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3顯示本發(fā)明一片簾式膜組件的澆鑄端的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4顯示本發(fā)明的單元膜組件膜區(qū)結(jié)構(gòu)示意圖；圖5顯示本發(fā)明的單元膜組件曝氣區(qū)管路結(jié)構(gòu)示意圖；圖6顯示本發(fā)明的單元膜組件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖2所示，本發(fā)明的單片膜組件為沒(méi)有外殼的簾式膜結(jié)構(gòu)，其包括上端部2、下端部3，外壓中空纖維膜1，每個(gè)膜組件的上、下端都連接集水管4、5。這樣的膜組件適于浸在水中使用。其上、下澆鑄端處的中空纖維膜開(kāi)孔，可以出濾過(guò)液，特別涉及簾式膜組件膜絲排布結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。本發(fā)明每一片簾式膜組件所包含的膜絲數(shù)約為20至500根，每片厚度為1-5層中空纖維膜，每個(gè)膜片間隔距離為2-20mm。
中空纖維膜材料可以為聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚醚砜等已知中空纖維膜。圖1顯示現(xiàn)有技術(shù)一片簾式膜組件的兩排結(jié)構(gòu)示意圖，中空纖維上、下澆鑄端呈開(kāi)孔。澆鑄樹(shù)脂采用已知的環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯等樹(shù)脂進(jìn)行封端澆鑄，再使用硅橡膠、聚氨酯等柔性樹(shù)脂對(duì)中空纖維膜根部進(jìn)行二次澆鑄，可有效解決膜纖維根部斷裂的問(wèn)題，滿足使用要求。
圖3是膜組件的澆鑄端的端面圖。從圖3中可以看出，中空纖維膜絲的排布形式為多片狀結(jié)構(gòu)，橫向排列。
圖4顯示出多片簾式膜組件構(gòu)成一組的示意圖。單片膜組件的上、下端口分別通過(guò)集水管7、8并聯(lián)。
圖4中，上下集水管間的膜絲有一定的松弛度，膜絲兩端的垂直距離(即上下樹(shù)脂澆鑄端面距離)比自然拉直狀態(tài)下的膜絲長(zhǎng)度小0.5％-5％。保持膜絲有一定的自然彎曲，有利于膜絲在使用時(shí)隨氣、液流動(dòng)，容易自然有適當(dāng)幅度的擺動(dòng)，防止污泥在膜絲表面的沉積。
圖5顯示出曝氣管的排布形式。穿孔曝氣管9設(shè)置在圖4中簾式膜下端集水管的側(cè)面，曝氣管與集水管中心水平高度差不超過(guò)5cm。氣體通過(guò)單元總進(jìn)氣管11進(jìn)入到氣管10，再進(jìn)入到穿孔曝氣管9，使膜絲隨氣流動(dòng)。
圖6為由多片膜組件構(gòu)成的單元膜組件的示意圖。單元膜組件包括最外面的框架，多片膜組件。集水管分別設(shè)置在膜組件上、下端，曝氣管設(shè)置在膜組件的下端的側(cè)面，集水管和曝氣管均固定在框架上，從而組成單元膜組件。
實(shí)施例1其中每一小片中空纖維膜的膜絲數(shù)為90根，分三層中空纖維緊密排布，每層約30根，共有45小片，片之間的間距為6mm；實(shí)施例2每片膜絲數(shù)為60根，分二層緊密排布，每層約30根，共有70片，片之間的間距為4mm；實(shí)施例3每片膜絲數(shù)為120根，分四層緊密排布，每層約30根，共有35片，片之間的間距為8mm。
權(quán)利要求
1.一種浸入式中空纖維膜組件，包括框架和多片簾式膜膜組件，其特征在于單片膜組件包括上、下端部以及填充在其間的外壓中空纖維膜，單片纖維膜排列呈簾式片狀，組件無(wú)外殼；多片膜組件上、下端口通過(guò)集水管連接，曝氣管由連接管連接，容納在框架內(nèi)，構(gòu)成單元式浸入式膜組件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浸入式中空纖維膜組件，其特征在于單片膜組件內(nèi)部結(jié)構(gòu)為橫向多片式結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浸入式中空纖維膜組件，其特征在于單片膜組件膜絲兩端開(kāi)口，并與集水管相連通，安裝時(shí)，上下集水管間的膜絲有一定的松弛度，膜絲兩端的垂直距離比張緊狀態(tài)下膜絲長(zhǎng)度小0.5％-5％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的浸入式中空纖維膜組件，其特征在于膜片每片厚度為1-5層中空纖維膜，相鄰膜片間隔距離為2-20mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浸入式中空纖維膜組件，其特征在于曝氣管設(shè)置在簾式膜下端集水管的側(cè)面，曝氣管與集水管中心水平高度差不超過(guò)5cm。
全文摘要
一種浸入式中空纖維膜組件，包括單元框架、多片簾式膜組件和一體式曝氣管，其特征在于單片膜組件包括上、下端部以及填充在其間的外壓中空纖維膜，單片纖維膜組件無(wú)外殼；多片膜組件上、下端口通過(guò)集水管并聯(lián)構(gòu)成一排，各曝氣管并聯(lián)構(gòu)成一排，容納在框架內(nèi)。單片簾式膜組件內(nèi)部為橫向多片式結(jié)構(gòu)，曝氣管安放在每片簾式膜的下集水管側(cè)面。上述單元式中空纖維膜組件專用于膜生物反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)膜組件的模塊化，使其具有集水、布?xì)獾墓δ?，并具有高填充密度。該單元膜組件既具有高產(chǎn)水量、高強(qiáng)度和耐污染性能，又可有效降低能耗，并易于運(yùn)輸與施工安裝，滿足膜－生物反應(yīng)器產(chǎn)業(yè)化的需要。
文檔編號(hào)B01D63/02GK1951546SQ200510015570
公開(kāi)日2007年4月25日 申請(qǐng)日期2005年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月21日
發(fā)明者呂曉龍, 董彬 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)