本發(fā)明屬于膜水處理技術(shù)，特別為家用凈水器領(lǐng)域，本發(fā)明涉及一種凈水器用膜器件及其封裝方法。

背景技術(shù)：

所謂家用凈水器就是對自來水進(jìn)行深度處理的飲水裝置。家用凈水器開始于20世紀(jì)50年代，到20世紀(jì)70年代開始流行，一致持續(xù)至今。在當(dāng)下的日常生活中，家庭用水污染的問題困擾著很多人，給家庭用水造成很多麻煩。隨著生活水平提高，家用凈水器需求在不斷增加，而膜器件作為家用凈水器的核心過濾部件受到膜水處理技術(shù)人員的不斷技術(shù)改進(jìn)優(yōu)化，還存在下述問題。

目前，膜器件封裝采用大束膜絲U型折疊插入到膜殼中，該折疊存在缺點(diǎn)：大膜束U型折疊外部與內(nèi)部膜絲長度相差很大，折疊處膜絲容易折斷，膜束聚拼嚴(yán)重使膜絲外表面之間相互疊加減少實(shí)際膜過濾面積。

第二，封裝成器件后因?yàn)榫燮船F(xiàn)象，器件的單位時(shí)間單位面積初始純水通量只有單根膜絲單位時(shí)間單位面積純水通量的25-40％，即器件實(shí)際過濾的有效面積只占25-40％。

第三，追求膜器件的流量，在膜絲通量和器件膜殼尺寸一定的基礎(chǔ)上，為了得到大流量的膜器件，目前采取的方法一般為：1.增加膜殼填充膜絲數(shù)量，2.減小膜絲外徑增加膜絲填充密度。上述兩種方法都存在相似缺點(diǎn)：膜絲聚拼現(xiàn)象，實(shí)際有效膜面積沒有相應(yīng)比例增加，反而增加了器件的膜絲成本。

第四，凈水器用膜器件采用死端過濾方式，第一次使用時(shí)膜殼內(nèi)的氣體較難完全排除干凈，在膜器件內(nèi)形成氣阻，使部分的膜絲難以完全被水浸沒，影響膜絲過濾面積的利用率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種凈水器用膜器件及其封裝方法。

為解決技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是：

提供一種凈水器用膜器件，包括膜殼，以及用封裝膠澆注于膜殼中的總膜束；所述總膜束由4～16個(gè)并列設(shè)置的中膜束組成；中膜束具有如下結(jié)構(gòu)：由20～200根并列的過濾中空纖維膜絲與若干根活性炭纖維混合成為小束，每2～20個(gè)小束的中間放置1～5 根等長的排氣中空纖維膜絲；將小束和排氣中空纖維膜絲經(jīng)U型折疊后，以分隔網(wǎng)包裹形成中膜束；

本發(fā)明中，所述活性炭纖維與過濾中空纖維膜絲混合的方式是：活性炭纖維均勻地并列混于過濾中空纖維膜絲中；或者，以活性炭纖維螺旋方式纏繞于過濾中空纖維膜絲外側(cè)。

本發(fā)明中，所述活性炭纖維的根數(shù)是過濾中空纖維膜絲根數(shù)的1/20～1/5。

本發(fā)明中，所述過濾中空纖維膜絲的外徑為0.2～1.0mm，內(nèi)徑為0.1～0.8mm。

本發(fā)明中，所述排氣中空纖維膜絲為疏水膜絲，其外徑為0.2～1.0mm。

本發(fā)明中，所述過濾中空纖維膜絲為親水膜絲，是聚砜膜絲、聚醚砜膜絲、聚乙烯膜絲、聚丙烯膜絲或聚偏氟乙烯膜絲中的任意一種。

本發(fā)明中，所述分隔網(wǎng)是活性炭纖維分隔網(wǎng)、聚丙烯分隔網(wǎng)或聚酯分隔網(wǎng)中的任意一種。

本發(fā)明中，所述活性炭纖維為長絲纖維，是聚丙烯腈基活性炭纖維或?yàn)r青基活性炭纖維中的任意一種。

本發(fā)明中，所述封裝膠是聚氨酯或環(huán)氧樹脂膠的一種。

本發(fā)明進(jìn)一步提供了前述凈水器用膜器件的封裝方法，具體步驟為：將20～200根并列的過濾中空纖維膜絲與活性炭纖維混合成為小束，混合的方式是：活性炭纖維均勻地并列混于等長的過濾中空纖維膜絲中，或者活性炭纖維以螺旋方式纏繞于過濾中空纖維膜絲外側(cè)；然后在每2～20個(gè)小束的中間放置1～5根等長的排氣中空纖維膜絲，將小束和排氣中空纖維膜絲經(jīng)U型折疊后，以分隔網(wǎng)包裹形成中膜束；再將4～16個(gè)并列設(shè)置的中膜束作為總膜束，用封裝膠澆注于膜殼中，制得凈水器用膜器件；

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

1、過濾中空纖維膜絲被分扎成多個(gè)小束后進(jìn)行U型封裝，使得更多膜絲得到暴露，最大程度上減少了膜絲與膜絲之間聚拼的幾率，增加了實(shí)際有效的膜過濾面積(膜絲與膜絲的聚拼會(huì)讓膜與水接觸表面減少，使實(shí)際有效過濾面積減少)。

2、每個(gè)中膜束之間以分隔網(wǎng)隔開，能讓更多膜絲暴露。

3、活性炭纖維和過濾中空纖維膜絲混合封裝成為每個(gè)小束，使膜絲之間很好隔開?；钚蕴坷w維具有超強(qiáng)吸附能力，能吸附過濾中空纖維膜絲截留產(chǎn)生的微生物等蛋白類二次污染物，延長過濾中空纖維膜絲使用壽命。

4、在小束的膜絲中間封裝疏水的排氣中空纖維膜絲，很好地起到排氣作用。

附圖說明

圖1是傳統(tǒng)技術(shù)中大膜束經(jīng)U型折疊后的示意圖；

圖2是本發(fā)明中小束(膜絲)經(jīng)U型折疊后的示意圖；

圖3是膜束在膜殼內(nèi)分布截面示意圖；其中圖3a、圖3b是本發(fā)明中多個(gè)中膜束在膜殼中的分布示意圖，圖3c是傳統(tǒng)技術(shù)中大膜束在膜殼中的分布示意圖。

圖4是活性炭纖維并列混入膜絲的示意圖；

圖5是活性炭纖維螺旋纏繞在膜絲外側(cè)的示意圖；

圖6是分隔網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中附圖標(biāo)記：1膜絲，2膜束，3膜殼，4分隔網(wǎng)，5活性炭纖維。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

每50根聚砜材質(zhì)的過濾中空纖維膜絲分成小束，聚丙烯腈基活性炭纖維如圖4所示均勻混入過濾中空纖維膜絲中，并切割成150mm長；4個(gè)小束中間加入1根等長的排氣中空纖維膜絲，經(jīng)U型折疊后用分隔網(wǎng)包裹成中膜束。如圖3a所示，4個(gè)中膜束用封裝膠澆注在膜殼中制成凈水器用膜器件，膜殼尺寸為直徑36mm，長度70mm，器件膜面積為0.15m²。所用活性炭纖維的根數(shù)是過濾中空纖維膜絲根數(shù)的3/50，過濾中空纖維膜絲的外徑為0.5mm，內(nèi)徑為0.35mm，排氣中空纖維膜絲為疏水膜絲，其外徑為0.4mm。

實(shí)施例2：

每50根聚砜材質(zhì)的過濾中空纖維膜絲分成小束，聚丙烯腈基活性炭纖維如圖5所示螺旋纏繞在過濾中空纖維膜絲外側(cè)，并切割成150mm長；4小束中間加入等長的1根排氣中空纖維膜絲并U型折疊后用分隔網(wǎng)包裹成中膜束，如圖3a所示4個(gè)中膜束用封裝膠澆注在膜殼中制成凈水器用膜器件，膜殼尺寸為直徑36mm，長度70mm，器件膜面積為0.15m²。所用活性炭纖維的根數(shù)是過濾中空纖維膜絲根數(shù)的3/50，過濾中空纖維膜絲的外徑為0.5mm，內(nèi)徑為0.35mm，排氣中空纖維膜絲為疏水膜絲，其外徑為0.4mm。

對比實(shí)施例1：

800根聚砜材質(zhì)的過濾中空纖維膜絲如圖1所示U型折疊后用分隔網(wǎng)包裹成膜束，如圖3c所示1個(gè)膜束用封裝膠澆注在膜殼中制成凈水器用膜器件，膜殼尺寸為直徑36mm，長度70mm，器件膜面積為0.14m²。所用過濾中空纖維膜絲的外徑為0.5mm，內(nèi)徑為0.35mm。

對比實(shí)施例2：

1000根聚砜材質(zhì)的過濾中空纖維膜絲如圖1所示U型折疊后用分隔網(wǎng)包裹成膜束，如圖3c所示1個(gè)膜束用封裝膠澆注在膜殼中制成凈水器用膜器件，膜殼尺寸為直徑36mm，長度70mm，器件膜面積為0.18m²。所用過濾中空纖維膜絲的外徑為0.5mm，內(nèi)徑為0.35mm。

表1

注：單根膜絲純水通量為4000L/h_*m²(壓力0.1MPa)

將實(shí)施例1、2和對比實(shí)施例1、2對比實(shí)驗(yàn)，從表1結(jié)果顯示：實(shí)施例1和2初始通量比相同數(shù)量的膜絲制成器件對比實(shí)施例1增加20％多，與增加200根膜絲的對比實(shí)施例2的初始通量相當(dāng)，采用本發(fā)明方法可以有效增加實(shí)際的過濾面積。實(shí)施例1和2制成器件的單位時(shí)間單位面積初始通量為單根膜絲單位時(shí)間單位面積通量的35％和34％，大于對比實(shí)施例1和對比實(shí)施例2的30％和30％。器件過濾800L自來水后終通量顯示實(shí)施例1和2制成器件要遠(yuǎn)高于對比實(shí)施例1和對比實(shí)施例2，膜器件的壽命明顯優(yōu)于對比實(shí)施例。

實(shí)施例3：

每25根聚醚砜材質(zhì)的過濾中空纖維膜絲分成小束，聚丙烯腈基活性炭纖維如圖4所示均勻混入并切割成250mm長，8小束中間加入1根等長的排氣中空纖維膜絲并U型折疊后用分隔網(wǎng)包裹成中膜束。如圖3b所示，6個(gè)中膜束用封裝膠澆注在膜殼中制成凈水器用膜器件，膜殼尺寸為內(nèi)徑41mm，長度100mm，器件膜面積為0.43m²。所用活性炭纖維的根數(shù)是過濾中空纖維膜絲根數(shù)的2/25，過濾中空纖維膜絲的外徑為0.6mm，內(nèi)徑為0.4mm，排氣中空纖維膜絲為疏水膜絲，其外徑為0.6mm。

實(shí)施例4：

每25根聚醚砜材質(zhì)的過濾中空纖維膜絲分成小束，聚丙烯腈基活性炭纖維如圖5所示螺旋纏繞并切割成250mm長，8小束中間加入1根等長的排氣中空纖維膜絲并U型折疊后用分隔網(wǎng)包裹成中膜束。如圖3b所示，6個(gè)中膜束用封裝膠澆注在膜殼中制成 凈水器用膜器件，膜殼尺寸為內(nèi)徑41mm，長度100mm，器件膜面積為0.43m²。所用活性炭纖維的根數(shù)是過濾中空纖維膜絲根數(shù)的2/25，過濾中空纖維膜絲的外徑為0.6mm，內(nèi)徑為0.4mm，排氣中空纖維膜絲為疏水膜絲，其外徑為0.6mm。

對比實(shí)施例3：

1200根聚醚砜材質(zhì)的過濾中空纖維膜絲如圖1所示U型折疊后用分隔網(wǎng)包裹成膜束，如圖3c所示1個(gè)膜束用封裝膠澆注在膜殼中制成凈水器用膜器件，膜殼尺寸為內(nèi)徑41mm，長度100mm，器件膜面積為0.41m²。所用過濾中空纖維膜絲的外徑為0.6mm，內(nèi)徑為0.4mm。

表2

注：單根膜絲純水通量為3000L/h_*m²(壓力0.1MPa)

將實(shí)施例3、4和對比實(shí)施例3對比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示：實(shí)施例3和4初始通量比相同數(shù)量的膜絲制成器件對比實(shí)施例3增加10％多，采用本發(fā)明方法可以有效增加實(shí)際的過濾面積。實(shí)施例3和4制成器件的單位時(shí)間單位面積初始通量為單根膜絲單位時(shí)間單位面積通量的30.7％和31.6％，大于對比實(shí)施例1的27.9％。器件過濾1200L自來水后終通量顯示實(shí)施例3和4制成器件要遠(yuǎn)高于對比實(shí)施例3，膜器件的壽命明顯優(yōu)于對比實(shí)施例。

實(shí)施例5：

每20根聚醚砜材質(zhì)的過濾中空纖維膜絲分成小束，瀝青基活性炭纖維如圖4所示均勻混入并切割成280mm長，12小束中間加入1根等長的排氣中空纖維膜絲并U型折疊后用分隔網(wǎng)包裹成中膜束。如圖3b所示，6個(gè)中膜束用封裝膠澆注在膜殼中制成凈水器用膜器件，膜殼尺寸為直徑52mm，長度120mm，器件膜面積為0.65m²。所用活性炭纖維的根數(shù)是過濾中空纖維膜絲根數(shù)的1/10，過濾中空纖維膜絲的外徑為0.6mm，內(nèi)徑為0.4mm，排氣中空纖維膜絲為疏水膜絲，其外徑為0.6mm。

對比實(shí)施例5：

1440根聚醚砜材質(zhì)的過濾中空纖維膜絲如圖1所示U型折疊后用分隔網(wǎng)包裹成膜束，如圖3c所示1個(gè)膜束用封裝膠澆注在膜殼中制成凈水器用膜器件，膜殼尺寸為內(nèi)徑41mm，長度100mm，器件膜面積為0.62m²。所用過濾中空纖維膜絲的外徑為0.6mm，內(nèi)徑為0.4mm。

表3

注：單根膜絲純水通量為3000L/h_*m²(壓力0.1MPa)

將實(shí)施例5和對比實(shí)施例5對比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示：實(shí)施例5初始通量比相同數(shù)量的膜絲制成器件對比實(shí)施例5增加10％多，采用本發(fā)明方法可以有效增加實(shí)際的過濾面積。實(shí)施例5制成器件的單位時(shí)間單位面積初始通量為單根膜絲單位時(shí)間單位面積通量的28％，大于對比實(shí)施例5的25.8％。器件過濾3000L自來水后終通量顯示實(shí)施例5制成器件要遠(yuǎn)高于對比實(shí)施例5，膜器件的壽命明顯優(yōu)于對比實(shí)施例。

實(shí)施例6：

每25根聚砜材質(zhì)的過濾中空纖維膜絲分成小束，聚丙烯腈基活性炭纖維如圖4所示均勻混入并切割成200mm長，6小束中間加入1根等長的排氣中空纖維膜絲并U型折疊后用分隔網(wǎng)包裹成中膜束。如圖3a所示，4個(gè)中膜束用封裝膠澆注在膜殼中制成凈水器用膜器件，膜殼尺寸為直徑20mm，長度90mm，器件膜面積為0.13m²。所用活性炭纖維的根數(shù)是過濾中空纖維膜絲根數(shù)的2/25，過濾中空纖維膜絲的外徑為0.4mm，內(nèi)徑為0.3mm，排氣中空纖維膜絲為疏水膜絲，其外徑為0.4mm。

對比實(shí)施例6：

600根聚砜材質(zhì)的過濾中空纖維膜絲如圖1所示U型折疊后用分隔網(wǎng)包裹成膜束，如圖3c所示1個(gè)膜束用封裝膠澆注在膜殼中制成凈水器用膜器件，膜殼尺寸為直徑20mm，長度90mm，器件膜面積為0.12m²。所用過濾中空纖維膜絲的外徑為0.4mm，內(nèi)徑為0.3mm。

表4

注：單根膜絲純水通量為4500L/h_*m²(壓力0.1MPa)

將實(shí)施例6和對比實(shí)施例6對比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示：實(shí)施例6初始通量比相同數(shù)量的膜絲制成器件對比實(shí)施例6增加20％多，采用本發(fā)明方法可以有效增加實(shí)際的過濾面積。實(shí)施例6制成器件的單位時(shí)間單位面積初始通量為單根膜絲單位時(shí)間單位面積通量的31.8％，大于對比實(shí)施例6的27.8％。器件過濾800L自來水后終通量顯示實(shí)施例6制成器件要遠(yuǎn)高于對比實(shí)施例6，膜器件的壽命明顯優(yōu)于對比實(shí)施例。

實(shí)施例7：

每100根聚丙烯材質(zhì)的過濾中空纖維膜絲分成小束，聚丙烯腈基活性炭纖維如圖4所示均勻混入并切割成360mm長，8小束中間加入1根等長的排氣中空纖維膜絲并U型折疊后用分隔網(wǎng)包裹成中膜束。如圖3a所示，4個(gè)中膜束用封裝膠澆注在膜殼中制成凈水器用膜器件，膜殼尺寸為直徑52mm，長度170mm，器件膜面積為1.53m²。所用活性炭纖維的根數(shù)是過濾中空纖維膜絲根數(shù)的1/10，過濾中空纖維膜絲的外徑為0.4mm，內(nèi)徑為0.3mm，排氣中空纖維膜絲為疏水膜絲，其外徑為0.4mm。

對比實(shí)施例7：

3200根聚丙烯材質(zhì)的過濾中空纖維膜絲如圖1所示U型折疊后用分隔網(wǎng)包裹成膜束，如圖3c所示1個(gè)膜束用封裝膠澆注在膜殼中制成凈水器用膜器件，膜殼尺寸為直徑52mm，長度170mm，器件膜面積為1.50m²。所用過濾中空纖維膜絲的外徑為0.4mm，內(nèi)徑為0.3mm。

表5

注：單根膜絲純水通量為200L/h_*m²(壓力0.1MPa)

將實(shí)施例7和對比實(shí)施例7對比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示：實(shí)施例6初始通量比相同數(shù)量的膜絲制成器件對比實(shí)施例6增加20％多，采用本發(fā)明方法可以有效增加實(shí)際的過濾面積。實(shí)施例7制成器件的單位時(shí)間單位面積初始通量為單根膜絲單位時(shí)間單位面積通量的39.2％，大于對比實(shí)施例7的32.0％。器件過濾800L自來水后終通量顯示實(shí)施例7制成器件要高于對比實(shí)施例7，膜器件的壽命明顯優(yōu)于對比實(shí)施例。

實(shí)施例8：

每200根聚醚砜材質(zhì)的過濾中空纖維膜絲分成小束，聚丙烯腈基活性炭纖維如圖4所示均勻混入并切割成300mm長，2小束中間加入5根等長的排氣中空纖維膜絲并U型折疊后用分隔網(wǎng)包裹成中膜束。如圖3a所示，4個(gè)中膜束用封裝膠澆注在膜殼中制成凈水器用膜器件，膜殼尺寸為直徑52mm，長度140mm，器件膜面積為0.69m²。所用活性炭纖維的根數(shù)是過濾中空纖維膜絲根數(shù)的1/20，過濾中空纖維膜絲的外徑為0.5mm，內(nèi)徑為0.35mm，排氣中空纖維膜絲為疏水膜絲，其外徑為0.4mm。

實(shí)施例9：

每25根聚醚砜材質(zhì)的過濾中空纖維膜絲分成小束，聚丙烯腈基活性炭纖維如圖4所示均勻混入并切割成300mm長，4小束中間加入1根等長的排氣中空纖維膜絲并U 型折疊后用分隔網(wǎng)包裹成中膜束。16個(gè)中膜束用封裝膠澆注在膜殼中制成凈水器用膜器件，膜殼尺寸為直徑52mm，長度140mm，器件膜面積為0.70m²。所用活性炭纖維的根數(shù)是過濾中空纖維膜絲根數(shù)的2/25，過濾中空纖維膜絲的外徑為0.5mm，內(nèi)徑為0.35mm，排氣中空纖維膜絲為疏水膜絲，其外徑為0.4mm。

表6

注：單根膜絲純水通量為4000L/h_*m²(壓力0.1MPa)。