簾式中空纖維膜膜絲端部固定加強技術的製作方法

2023-06-19 05:15:06

專利名稱：簾式中空纖維膜膜絲端部固定加強技術的製作方法
技術領域：
本發明屬於膜分離應用技術領域，特別涉及一種針對簾式中空纖維膜絲端部固定加強技術。
背景技術：
膜生物反應器是將膜分離技術和生物汙水處理技術相結合的汙水處理技術，與傳統的生物汙水處理技術相比，它具有佔地面積小、設備集中、模塊化，並且具有升級改造的潛力等優勢，日益在世界範圍內受到重視[Tom Stephenson，SimonJudd，Bruce Jefferson，Keith Brindle，Membrane Bioreaators for wastewater Treatment[M]，p13]，被認為是最具有前景的汙水處理和回用技術之一。
中空纖維簾式膜是採用中空纖維膜製成的一種膜組件形式。中空纖維膜組件已經廣泛的應用到MF、UF、GP、RO等領域[許振良.膜法水處理技術.北京，化學工業出版社，2001.p22]。在汙水處理中，很多情況下中空纖維膜不裝入耐壓容器，組件直接放入反應器中構成內置式膜生物反應器，膜組件被外壓或抽吸出水。簾式中空纖維膜組件是水處理工程中經常使用的膜組件。中空纖維膜組件在長期運行中，膜材質的機械強度是決定膜生物反應器能否穩定良好運行的重要的決定因素。多數情況利用曝氣衝刷來提高膜面流速，利用混合液在膜面的錯流來控制和減緩膜濾餅層汙染和濃差極化。但在實踐應用中，長期大氣量的曝氣衝刷運行導致簾式中空纖維膜組件膜絲膠結根部超過疲勞強度而斷絲。另外，曝氣衝刷下，膜絲以膠結根部為支點不停抖動產生對膜絲的剪切導致斷絲。斷絲主要發生在組件膜絲的端部，嚴重影響了膜生物反應器的穩定運行和達標出水。

發明內容
根據簾式中空纖維膜在實際應用過程中膜材質機械強度較低，膠結部分尤其是膜絲端部膠結區斷絲嚴重的問題，本發明提供一種加強膜絲端部機械強度的技術方法，以有效提高原有膜組件膜絲局部的機械強度，有效避免膜組件斷絲問題的發生。本技術可以在膜組件生產過程中規模化應用。
本發明所提及的膜組件膜絲端部固定加強技術主要針對簾式中空纖維膜組件膜絲膠結端部機械強度的加強。目前工程上應用的簾式中空纖維膜組件，端部固定多是環氧樹脂膠，這種膠在固定後硬化程度高，而製造膜絲的材料一般強度較低，如PVDF膜材料。這種質機械強度較低的中空纖維膜固定在硬度較高的環氧樹脂膠中後，在膜組件工作時，在水流作用下，膜絲與固化的膠結根部形成的剪切力，形成強應力點導致斷絲。為克服這一問題，本發明的方法和步驟是1)在膜絲與集水管用環氧樹脂膠澆鑄粘結之前，將膜絲端部10-40cm長度範圍內塗敷或浸敷一層機械強度和柔性大的有機高分子材料；該有機高分子材料敷塗方式可以對單根膜絲不粘連敷塗或對成束膜絲敷塗；2)在端部塗敷或浸敷高機械強度和柔性的有機高分子材料固化後，在將膜絲與集水管用環氧樹脂膠澆鑄粘結；3)對與集水管粘結好的膜絲根部由環氧樹脂膠澆鑄粘結面起2-30cm範圍內塗敷或浸敷同一種有機高分子材料，使膜絲端部的2-30cm範圍內膜絲固為整體，使膜絲在與環氧樹脂膠澆鑄粘結面之間構建一個緩衝區，膜絲在這個緩衝區內與環氧樹脂膠澆鑄粘結面不產生相對運動，大大弱化環氧樹脂膠澆鑄粘結面對膜絲的剪切應力；4)在2-30cm緩衝區之外的膜絲留有3-20cm長度經局部敷塗後提高了強度的膜絲自由段，有效保護膜絲減緩來自氣水混合流衝擊剪切力。5)膜絲端部塗敷或浸敷的高機械強度和柔性的有機高分子材料可以是矽膠、不硬結特殊配方的環氧樹脂、氯丁橡膠、TTR膠(熱可塑性橡膠)等與硬結膠有良好粘連型的有機高分子材料。6)這些膠都具有較強的抗腐蝕性和疏水性，在水中不會溶解脫落，可有效的發揮其增加膜絲機械強度的效用。
經端部固定加強技術的簾式中空纖維膜組件，膜絲膠結區能有效的減少由於曝氣衝刷而剪切力導致的斷絲問題，在簾式中空纖維膜應用領域，使得國內外部分機械強度較低的高分子有機膜也能得到更加廣泛的應用。
具體實施例方式
含有COD為200～500mg/L，BOD5為100～300mg/L，氨氮為50～160mg/L，SS為20～50mg/L，水量為10-15m3/h的生活汙水進入膜生物反應器處理，該系統採用本發明的端部固定加強技術對國產的低機械強度的簾式中空纖維膜組件。在氣水比為10-30，在條件下鼓氣量為5m3/hr，溫度12～29℃，pH為6.5～8.0條件下，穩定運行6個月，此中空纖維膜組件的通量穩定在10-15L/m2·h.操作壓力為16～20kpa。與未經處理的組件相比，膜組件得斷絲問題得到了有效的控制。系統出水COD值在10～30mg/L之間變化，一般穩定在20mg/L之下，BOD5值在1～3mg/L之間波動，氨氮穩定在10mg/L以下，SS穩定在0.3mg/L以下，出水水質達到《城市汙水再生利用-城市雜用水水質》(GB/T18920-2002)標準。


圖1單根膜絲塗敷膠簡2簾式中空纖維膜膜絲端部固定加強技術的應用簡圖(正視圖)圖3簾式中空纖維膜膜絲端部固定加強技術的應用簡圖(側視圖)附圖標記1、膜絲，2、膜絲端部塗敷的有機高分子材料，3、集水管，4、環氧樹脂膠。
權利要求
1.簾式中空纖維膜膜絲端部固定加強技術是對膜組件的上下端部進行膜絲局部固定加強。其特徵在於其方法步驟是1)在膜絲與集水管用環氧樹脂膠澆鑄粘結之前，將膜絲端部塗敷或浸敷一層機械強度和柔性較高的有機高分子材料；2)在端部塗敷或浸敷高機械強度和柔性的有機高分子材料固化後，將膜絲與集水管用環氧樹脂膠澆鑄粘結；3)對與集水管粘結好的膜絲根部，由環氧樹脂膠澆鑄粘結面起2-30cm範圍內塗敷或浸敷上述同一種有機高分子材料，使膜絲端部的2-30cm範圍內膜絲固為整體，使膜絲在與環氧樹脂膠澆鑄粘結面之間構建一個緩衝區，膜絲在這個緩衝區內與環氧樹脂膠澆鑄粘結面不產生相對運動；4)在上述緩衝區之外的膜絲留有經局部敷塗後提高了強度的膜絲自由段。
2.如權利要求1所述的端部固定加強技術，其特徵在於所述的在膜絲端部塗敷或浸敷的較高機械強度和柔性的有機高分子材料，可以是矽膠、特殊配方不硬結的環氧樹脂、氯丁橡膠、TTR膠(熱可塑性橡膠)等與硬結膠有良好粘連型的有機高分子材料。
3.如權利要求1所述的端部固定加強技術，其特徵在於對膜絲的敷塗方式可以對單根膜絲不粘連敷塗或對成束膜絲敷塗、局部粘連敷塗和全粘連敷塗四種方式。
4.如權利要求1所述的端部固定加強技術，其特徵在於膜絲端部塗敷或浸敷較高機械強度和柔性有機高分子材料的範圍為10-40cm。
5.如權利要求1所述的端部固定加強技術，其特徵在於所述膜絲在與環氧樹脂膠澆鑄粘結面緩衝區外的，膜絲局部敷塗後提高了強度的膜絲自由段長度範圍為3-20cm。
全文摘要
本發明提供一種加強膜絲端部機械強度的技術方法，以有效提高原有膜組件膜絲局部的機械強度，有效避免膜組件斷絲問題的發生。利用抗腐蝕性能較強的高分子有機材料塗抹到中空纖維膜組件的頂部和底部的膜絲上來增加局部膜絲的機械強度。其特徵在於簾式中空纖維膜組件的端部固定加強技術是對簾式膜組件固定端處的膜絲的加強，高分子有機材料的塗抹位置距離膠結端為10－40cm範圍內的膜絲，可以是單絲塗抹、局部粘結塗抹，也可以是整體的塗抹。塗抹使用的高分子有機材料是與硬結膠有良好粘連性的矽膠、不硬結特殊配方的環氧樹脂、氯丁橡膠、TTR膠(熱可塑性橡膠)等。
文檔編號B01D69/00GK1962038SQ20051011772
公開日2007年5月16日 申請日期2005年11月7日 優先權日2005年11月7日
發明者樊耀波, 董春松, 李剛 申請人:中國科學院生態環境研究中心