外置式膜生物反應器的中空纖維外壓式超濾膜組件的製作方法

2023-06-15 03:15:31

專利名稱：外置式膜生物反應器的中空纖維外壓式超濾膜組件的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種膜生物反應器水處理設備，特別是一種用於外置式膜生物反應器的中空纖維外壓式超濾膜組件。
背景技術：
近年來，隨著國家環保政策的推行，與水處理相關的市場需求急速增長，膜技術的市場需求更是以每年近30%的速度遞增，由此基於膜技術的膜生物反應器(MBR)市場不斷擴大。然而，在大型膜生物反應器應用中，經常遇到膜汙染、通量小、效率低、佔地大、能耗高等難題，阻礙了膜技術在我國「十二五」期間的加快推廣及應用。膜生物反應器(MBR)是現代膜分離技術與生物技術有機結合的新型廢水處理技術。它主要由生物反應器和膜組件構成，利用膜分離設備將活性汙泥和大分子有機物質有效截留，替代二沉池，節約了工程佔地面積，具有處理效果好，運行成本低等優點。根據膜組件的設置位置，現有MBR分為內置式(也稱為一體式、浸沒式)和外置式兩種。一、內置式 MBR:內置式MBR是指將膜組件放置在生物反應器內部，通過負壓抽吸或虹吸得到過濾液，膜表面的汙染由曝氣產生的紊流來延緩。內置式MBR多採用外壓式中空纖維膜或平板膜，由於是負壓抽空操作模式，因此水透量很低；同時由於膜組件浸沒於生化池，膜絲始終受氣泡衝刷，因此斷絲率高繼而導致產水水質變差。同時，內置式中空纖維MBR系統存在氣液分布不均，中空纖維易被汙泥粘連，清洗操作繁瑣，難以就地清洗，中空纖維膜組件修補維護困難，中空纖維膜易被異物損壞等問題，從而造成膜的使用壽命降低。另外，為保持一定的溶解氧及防止膜絲汙堵，需不斷給生物池曝氣，因而能耗較高。目前應用的內置式膜生物反應器單位水量的處理能耗約1.0 2.4kwh/m3(顧平等，2000，中國給水排水 Vol. 16(3)，5-8 ;Tatsuki Ueda and Kenji Hata 1999, water research,33，2888-2892)。二、外置式 MBR :外置式MBR是指將膜組件與生物反應器分置，由泵壓將混合液送至膜組件，過濾液作為出水，濃縮液循環回生物反應器，膜表面的汙染由循環混合液在膜表面的剪切作用加以延緩。外置式MBR採用內壓式管式膜，採用正壓操作模式，因此水透量可以較高；但為緩解膜絲內壁的汙染，必須保持進水高流速和大回流比，因而能耗很高(一般是內置式MBR 的4 6倍)，同時由於管式膜組件的裝填密度較低，因此膜組件的有效分離面積不大。綜上所述，目前亟待設計出新型的膜組件，可以優化結合外置式膜生物反應器和內置式膜生物反應器的優點，使其具有通量大、能耗低、耐汙染、清洗方便的特點，維持膜系統的運行穩定。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題在於提供一種外置式膜生物反應器的中空纖維外壓式超濾膜組件，克服現有的技術存在的缺陷，使其可實現料液分布均勻，膜組件的就地清洗，無死角，系統易於管理和維修，過濾性能穩定。為了克服上述技術問題，本實用新型的技術方案如下一種外置式膜生物反應器的中空纖維外壓式超濾膜組件，包括殼體，該殼體一端設有進水口，相對另一端設有產水口和回流口 ；固定連接在所述殼體內靠近進水口處的進水分布板；固定連接在所述殼體內靠近產水口處的密封板；中空纖維超濾膜絲，所述中空纖維超濾膜絲的一端與所述進水分布板粘合，另一端與所述密封板粘結密封以形成一中空纖維超濾膜絲進水腔；所述中空纖維超濾膜絲的開口處貫通至所述產水口 ；所述密封板對應中空纖維超濾膜絲進水腔處設有開口，該開口貫通至所述回流口 ；在所述殼體進水口處設有氣提裝置；在所述殼體靠近進水口的內壁上設有螺旋導流槽。所述殼體包括圓筒形本體以及設置在所述圓筒形本體兩端的上端蓋和下端蓋。所述下端蓋通過外部不鏽鋼卡箍、0型橡膠圈與所述圓筒形本體對接密封。所述上端蓋通過外部不鏽鋼卡箍、0型橡膠圈與所述圓筒形本體對接密封。所述進水口與所述下端蓋為一體結構。所述產水口與上端蓋是一體結構。所述回流口插入所述上端蓋的中心，並通過0型橡膠圈與上端蓋密封連接。所述中空纖維外壓式超濾膜組件的裝填密度在300-600m2/m3。所述圓筒形本體的高徑比在7-15之間。採用上述結構的外置式MBR的中空纖維外壓式超濾膜組件，將有效避免傳統MBR 的弊端，有機整合多方優點，在通量大的同時，還可適於更高的汙泥濃度，另外採取氣擦洗和水力反衝洗結合的方式將有效延緩膜的汙染，大大延長膜的使用壽命，減少清洗時間，從而節省運行維護費用，提升MBR在城鎮汙水、工業汙水、中水領域的應用優勢。

圖1是本實用新型外置式膜生物反應器的中空纖維外壓式超濾膜組件的結構簡圖。
具體實施方式
以下結合附圖1與實施例詳細描述本實用新型。如圖1所示，一種外置式膜生物反應器的中空纖維外壓式超濾膜組件，它包括中空纖維超濾膜絲5、圓筒形本體6、上端蓋4、下端蓋8及氣提裝置10。中空纖維超濾膜絲5 放置在進水分布板7內，中空纖維超濾膜絲5 —端纖維與進水分布板7粘結並固定在圓筒形本體6內。進水口 1與下端蓋8是一體結構，下端蓋8內形成一個進水空間，料液經進水口 1 進入下端蓋8內的空間(圖1中以箭頭IN表示泥水料液混合進入)。中空纖維超濾膜絲 5的下端與進水分布板7通過環氧樹脂粘合，並與圓筒形本體6粘合為一體，下端蓋8通過外部不鏽鋼卡箍、0型橡膠圈與圓筒形本體6進行對接密封，中空纖維超濾膜絲5的頂部通過環氧樹脂與圓筒形本體6密封，中空纖維超濾膜絲5的內腔開口與上端蓋4貫通。產水口 2與上端蓋4是一體結構，回流口 3插入上端蓋4的中心，通過0型橡膠圈與上端蓋4密封。上端蓋4通過外部不鏽鋼卡箍、0型橡膠圈與圓筒形本體6對接密封。殼體內靠近產水口 2處設有密封板19。中空纖維超濾膜絲5—端與進水分布板7粘合，另一端與密封板 19粘結密封以形成一中空纖維超濾膜絲進水腔。料液經進水口 1進入本實用新型的外置式膜生物反應器的中空纖維外壓式超濾膜組件，經過下端蓋8內壁上的螺旋導流槽9後，泥水經進水分布板7上的進水孔進入組件內部，經中空纖維超濾膜絲5外壁上的膜孔泥水分離後，水進入中空纖維超濾膜絲5的內腔，並匯集於上端蓋4後，從產水口 2流出(圖1中以箭頭OUTl表示產水流出)，剩餘泥水混合液則從回流口 3回流至前端生化池(圖1中以箭頭0UT2表示剩餘泥水混合液回流)。採用上述結構的外置式膜生物反應器的中空纖維外壓式超濾膜組件形成外壓中空纖維外置式膜生物反應器，其製備方法包括以下工藝步驟(1)採用聚偏氟乙烯PVDF原料，配以溶劑、特殊添加劑、成孔劑、製備原液，在 40-90°C區間進行攪拌；(2)將原液真空脫氣，採用特殊擠出工藝；(3)特殊的紡絲工藝，確保紡制的膜絲孔徑均一、具有海綿狀微觀結構；(4)對膜絲進行後處理，可以採用水、甘油、加熱等方式；(5)將膜絲通過粘合劑封裝在膜組件外殼，製備成膜組件；(6)膜組件的裝填密度在300-600m2/m3 ；(7)膜組件殼體的高徑比在7-15之間；(8)膜組件適用汙泥濃度在5_30g/l之間。上述結構的外置式膜生物反應器的中空纖維外壓式超濾膜組件主要特點是將外壓型中空纖維膜應用於外置式膜生物反應器系統，並在膜組件底部設有專用的氣提裝置； 並通過設定膜組件殼體的高徑比、膜絲的長徑比、膜組件的裝填密度來合理優化氣、水、汙泥的運動軌跡和流態，同時採用正壓操作，使膜組件在高通量狀態下運行，結合定時氣水反衝洗的清洗方式，顯著提高膜汙染後的恢復性能。可在採用較低氣提量的情況下，維持較高的膜通量，同時有效延緩膜汙染，降低運行能耗，實現外置式膜生物反應器系統膜組件的長期穩定運行。綜上所述，本實用新型外置式膜生物反應器的中空纖維外壓式超濾膜組件的主要改進和技術效果在於改進膜絲質量，創新地開發適用於外置式MBR的PVDF外壓中空纖維膜。本項目採用徑向螺旋輸送工藝，能確保中空纖維膜絲性能更穩定，機械強度大；而創新性的單絲收絲工藝，可有效避免傳統收絲工藝中，膜絲由於大批量收集而導致的被壓扁、壓實等現象，因此單絲收集的膜絲通量更大，化學性能優異。膜組件結構創新。對外壓型膜組件的水力通道創新性地進行優化設計，確保汙水在進入膜組件時可以通過底部端蓋內壁上的螺旋導流槽進行初步固液分離，有效避免組件內部汙泥汙堵；同時通過優化組件的高徑比、膜絲的外徑等參數，研發裝填密度大的膜組件，提高單支膜組件的處理能力，可減小設備佔地，節省投資；反洗程序結合定期氣水反衝的清洗方式，大大提高了膜絲反洗效率，顯著延緩膜的汙染，且能耗低、使用壽命長、運行費用小。系統工藝創新。該裝置獨創性地將PVDF外壓中空纖維膜組件外置於生物反應器。 採用外壓式進水方式，膜絲汙堵風險小，可以適於高汙泥濃度的進水，因此，生物降解效率提高，整體MBR系統效率提高；同時採取正壓操作，膜絲的通量將極大增高，設備佔地小，投資減少；有效的氣水反洗確保膜絲恢復性能好，過濾阻力小，因而能耗低。本項目解決了現有MBR無法實現高性能、低能耗、低成本有機結合的難題。以上實施例的描述主要是為了說明本實用新型的基本原理和主要特徵。本實用新型不局限於上述實施例的描述範圍，在本實用新型所附權利要求書的範圍內，可以做出各種補充、變更和取代。
權利要求1.一種外置式膜生物反應器的中空纖維外壓式超濾膜組件，其特徵在於，包括殼體，該殼體一端設有進水口(1)，相對另一端設有產水口( 和回流口(3)；固定連接在殼體內靠近進水口(1)處的進水分布板(7)；固定連接在殼體內靠近產水口( 處的密封板(19)；中空纖維超濾膜絲(5)，所述中空纖維超濾膜絲(5)的一端與所述進水分布板(7)粘合，另一端與所述密封板(19)粘結密封以形成一中空纖維超濾膜絲進水腔；所述中空纖維超濾膜絲( 的開口處貫通至所述產水口( ；所述密封板(19)對應中空纖維超濾膜絲進水腔處設有開口，該開口貫通至所述回流口(3)；在所述殼體的進水口(1)處設有氣提裝置(10)；以及在所述殼體靠近進水口(1)的內壁上設有螺旋導流槽(9)。
2.如權利要求1所述的外置式膜生物反應器的中空纖維外壓式超濾膜組件，其特徵在於，所述殼體包括圓筒形本體(6)以及設置在該圓筒形本體(6)兩端的上端蓋(4)和下端蓋(S)0
3.如權利要求2所述的外置式膜生物反應器的中空纖維外壓式超濾膜組件，其特徵在於，所述下端蓋(8)通過外部不鏽鋼卡箍、0型橡膠圈與所述圓筒形本體(6)對接密封。
4.如權利要求2所述的外置式膜生物反應器的中空纖維外壓式超濾膜組件件，其特徵在於，所述上端蓋(4)通過外部不鏽鋼卡箍、0型橡膠圈與所述圓筒形本體(6)對接密封。
5.如權利要求2所述的外置式膜生物反應器的中空纖維外壓式超濾膜組件，其特徵在於，所述進水口(1)與所述下端蓋(8)為一體結構。
6.如權利要求2所述的外置式膜生物反應器的中空纖維外壓式超濾膜組件，其特徵在於，所述產水口(2)與上端蓋(4)是一體結構。
7.如權利要求2所述的外置式膜生物反應器的中空纖維外壓式超濾膜組件，其特徵在於，所述回流口 C3)插入所述上端蓋(4)的中心，並通過0型橡膠圈與上端蓋(4)密封連接。
8.如權利要求1至7中任一權利要求所述的外置式膜生物反應器的中空纖維外壓式超濾膜組件，其特徵在於，所述中空纖維超濾膜組件的裝填密度在300-600m2/m3。
9.如權利要求2至7中任一權利要求所述的外置式膜生物反應器的中空纖維外壓式超濾膜組件，其特徵在於，所述圓筒形本體(6)的高徑比在7-15之間。
專利摘要本實用新型涉及一種外置式膜生物反應器的中空纖維外壓式超濾膜組件，包括殼體，其一端設有進水口，另一端設有產水口和回流口；固接在殼體內靠近進水口處的進水分布板；固接在殼體內靠近產水口處的密封板；中空纖維超濾膜絲，其一端與所述進水分布板粘合，另一端與所述密封板粘結密封以形成一中空纖維超濾膜絲進水腔；膜絲的開口處貫通至所述產水口；所述密封板對應中空纖維超濾膜絲進水腔處設有開口，該開口貫通至所述回流口；設有進水口的殼體處設有的氣提裝置；以及設有進水口的殼體內壁處設有的螺旋導流槽。該組件在通量大的同時，還可適於更高的汙泥濃度，將有效延緩膜的汙染，大大延長膜的使用壽命，減少清洗時間，從而節省運行維護費用。
文檔編號C02F3/12GK202237811SQ20112035744
公開日2012年5月30日 申請日期2011年9月22日 優先權日2011年9月22日
發明者宋興濤, 曹春 申請人:上海膜源環保科技有限公司