一種內壓式玻璃纖維編織管覆膜膜組件的製作方法

2023-07-23 15:14:31 1

專利名稱：一種內壓式玻璃纖維編織管覆膜膜組件的製作方法
技術領域：
本發明屬於膜分離技術應用技術領域，特別涉及一種內壓式玻璃纖維編織管覆膜
膜組件。
背景技術：
膜生物反應器(Membrane Bioreactor，簡稱MBR)是將生物技術和膜分離技術相
結合的一種生物化學反應器，用膜過濾單元取代傳統活性汙泥法中用來泥水分離的二沉
池，能夠高效的截流汙染物，在汙水處理中得到了愈來愈廣泛的研究和應用。 按膜的材料不同，膜分為有機膜和無機膜兩種。目前工程上採用的主要為有機膜，
它存在強度低、壽命短、消耗石油資源等問題。無機膜能克服有機膜的一些缺點，它主要以
金屬及金屬氧化物、陶瓷等為材料，具有耐高溫、化學穩定性好、機械強度大、分離效率高等
特點。然而成本高、能耗高等問題在一定程度上制約了無機膜的發展。 目前應用於MBR技術的膜組件構型主要有中空纖維膜、板式膜和管式膜。管式膜
組件具有流體力學條件好、不易堵塞、容易清洗和對料液預處理要求低等特點，非常適合用
於汙水處理，目前應用較多的管式膜有PVDF、PES，以及無機的陶瓷管式膜等，都存在造價高
的缺點。關於將玻璃纖維編織管作為支撐材料製成管式膜的研究尚未見報導。 管式膜組件分為外壓式和內壓式兩種。對外壓式膜組件，料液流從管外流過，透過
液在管內被收集；對內壓式膜組件，加壓的料液流從管內流過，透過膜的滲透溶液在管外側
被收集。對外壓式膜組件，由於氣水混合液的擾動，膜絲多呈擺動狀態，流體不斷對膜絲形
成剪切力，造成膜絲在兩端粘結處十分易斷。而對內壓式膜組件，氣水混合均勻後進入膜
絲，膜組件中膜絲基本處於靜態，有效的避免了斷絲的現象。此外，從汙水流態控制的角度
上講，內壓式對流態控制好於外壓式，汙水側基本沒有死角。並且內壓式膜易於反衝洗清
洗，受力分布均勻，膜絲強度大，運行穩定。 傳統的中空纖維膜、PES等支撐材料由於直徑較小，採用內壓式操作時容易產生堵 塞問題，一定程度限制了內壓式管式膜的發展。只有當膜絲直徑達到一定範圍時，才能夠 避免堵塞的問題。例如X-Flow公司生產的錯流式MBR管式膜組件就採用了直徑較大的膜 絲而很好的避免了堵塞問題。此外支撐層較厚時也易造成堵塞，如傳統的陶瓷膜支撐層採 用陶瓷材料經高溫製成，由於其工藝是經燒結而成，所以必須保證足夠厚度，因此較容易堵 塞。本專利採用的玻璃纖維編織管直徑較大，管壁較薄，作為支撐材料可以有效避免以上堵 塞問題。

發明內容
針對傳統管式膜的缺陷，本專利提出了一種內壓式玻璃纖維編織管覆膜膜組件。 該膜組件採用玻璃纖維編織管作為支撐材料，克服了以往管式膜造價高的缺點，同時節省 有機材料，減少了對石油產品的消耗；採用內壓式操作，克服了外壓式膜絲易斷的缺點，同 時由於支撐材料直徑較大，管壁較薄，有效避免了以往內壓式操作易堵塞的缺點。該膜組件
3成本低，強度大，不易堵塞、運行穩定，通量高，壽命長，汙水流態好，能夠更好的應用於汙水 處理及其它相關領域。 本專利提出的一種內壓式玻璃纖維編織管覆膜膜組件主要包括玻璃纖維編織管 (1)、覆膜層(2)、環氧樹脂固定層(3)、端頭(4)、多孔集水中心管(5)、透水孔(6)、出水嘴 (7)、下汙水嘴(8-l)、上汙水嘴(8-2)和外殼(9)。工作時氣水混合液由下汙水嘴(8-1) 進入膜組件，經過端頭(4)從玻璃纖維編織管的內腔進入，透過覆膜層(2)以及玻璃纖維 編織管(1)的內表面孔隙，透過液均勻流出，從透水孔(6)進入多孔集水中心管，經出水 嘴(7)收集，實現了料液的過濾分離過程。活性汙泥、大分子物質則被膜截留，從上汙水 嘴(8-2)回流到生物反應器。內壓式玻璃纖維編織管膜組件特徵採用的玻璃纖維編織管 外徑4-20mm ;玻璃纖維編織管內外覆膜材料為矽膠及高分子分離膜材料如纖維素衍生物 類、聚碸類、聚醯胺類、聚醯亞胺類、聚酯類、聚烯烴類、乙烯類聚合物、含矽聚合物、含氟聚 合物、甲殼素類材料等；膜組件長度和膜組件內置玻璃纖維編織管的根數隨面積的需要而 定；玻璃纖維編織管緊密排列在多孔集水中心管周圍，形成緊湊結構，可以得到較高通量； 玻璃纖維編織管兩端用環氧樹脂固定；該膜組件可以在端頭處連接其他組件，多支串聯使 用。 針對有機膜強度低、壽命短、消耗石油資源等問題，本專利採用了玻璃纖維編織管 作為膜基材及基材上覆有機膜的方法。玻璃纖維編織管造價低，機械強度大，拉伸強度在 200MPa以上，膜基材上覆膜所用的材料少，節約了膜材料，也保證了膜的強度。玻璃纖維編 織管特徵作為支撐層，玻璃纖維編織管直徑較大，管壁較薄，可以緊密的排列在一起而不 易堵塞；且形成的緊湊結構能夠得到較高的通量，提高了單位體積的利用率；玻璃纖維編 織管外徑為3 10mm，內徑為2 9mm，長度為0. 5 4m。 本專利在玻璃纖維編織管內壁進行覆膜改性，能有效提高孔隙率，增加有效過水 面積，且有效防止膜孔堵塞。覆膜層材料為採用有機溶劑稀釋的膜液覆膜，膜液的固體含量 為1_20%;有機膜材料包括如聚偏氟乙烯(PVDF)、聚碸(PSF)、聚丙烯(PP)或聚四氟乙烯 (PTFE)等。 本專利採用的多孔集水中心管，透過液從集水管壁上的透水小孔進入中心管，兩 端均可以出水。在使用中也可以根據實際需要將一端出水嘴封死，採用一端出水。採用多 孔集水中心管使膜絲受力更均勻，出水更易收集。 本專利提出內壓式操作，膜組件內膜絲基本處於靜態，受水流剪切力影響小，有效 避免了外壓式操作方式膜絲易斷的缺點。優化了水力條件，更利於控制玻璃纖維編織管中 汙水流態，消除死角，易於反衝洗，受力分布均勻，膜絲強度大，運行穩定。內壓式玻璃纖維 編織管膜生物反應器能夠更好的應用於汙水處理及其它相關領域。


圖1為本發明所述的內壓式玻璃纖維編織管覆膜膜組件簡圖。圖中1、玻璃纖 維編織管，2、覆膜層，3、環氧樹脂固定層，4、端頭，5、多孔集水中心管，6、透水孔，7、出水嘴， 8_ 1 、下汙水嘴，8-2 、上汙水嘴，9 、外殼。 圖2為本發明所述的內壓式玻璃纖維編織管覆膜膜組件A-A膜組件俯視圖
具體實施例方式
將含有COD為200 500mg/L， BOD5為100 300mg/L，氨氮為50 160mg/L， SS 為20 50mg/L的生活汙水，進入本專利的一種內壓式玻璃纖維編織管覆膜膜組件處理，在 氣水比為20 : l(—般的設計值為15-30 : 1)的條件下鼓氣量為5mVhr，溫度12 29t:， pH為6. 5 8. 0條件下，操作壓力為2 20kPa，運行6個月，膜通量為10 30L/ (m2. h)， 系統運行穩定，膜汙染得到有效控制。系統出水COD值在5 50mg/L之間變化， 一般穩定 在25mg/L之下，B0Ds值在10mg/L之下，氨氮穩定在10mg/L以下，濁度穩定在5NUT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。
權利要求
一種內壓式玻璃纖維編織管覆膜膜組件，由玻璃纖維編織管(1)、覆膜層(2)、環氧樹脂固定層(3)、端頭(4)、多孔集水中心管(5)、透水孔(6)、出水嘴(7)、汙水嘴(8)和外殼(9)組成，其特徵在於工作時氣水混合液由下汙水嘴(8-1)進入膜組件，經過端頭(4)從玻璃纖維編織管的內腔進入，透過覆膜層(2)以及玻璃纖維編織管(1)的內表面孔隙，透過液均勻流出，從透水孔(6)進入多孔集水中心管，經出水嘴(7)收集，實現了料液的過濾分離過程；活性汙泥、大分子物質則被膜截留，從上汙水嘴(8-2)回流到生物反應器；所述的覆膜層(2)的覆膜材料為矽膠及高分子分離膜材料如纖維素衍生物類、聚碸類、聚醯胺類、聚醯亞胺類、聚酯類、聚烯烴類、乙烯類聚合物、含矽聚合物、含氟聚合物、甲殼素類材料；膜組件長度和膜組件內置玻璃纖維編織管的根數隨面積的需要而定；玻璃纖維編織管緊密排列在多孔集水中心管周圍，形成緊湊結構，可以得到較高通量；玻璃纖維編織管兩端用環氧樹脂固定；該膜組件可以在端頭處連接其他組件，多支串聯使用。
2. 如權利要求1所述的一種內壓式玻璃纖維編織管覆膜膜組件，其特徵在於對玻璃纖 維編織管(1)進行覆膜改性；覆膜層的有機膜材料為採用有機溶劑稀釋的膜液，膜液的固 體含量為1_20%;種類可選擇如，聚偏氟乙烯(PVDF)、聚碸(PSF)、聚丙烯(PP)或聚四氟乙 烯(PTFE)等材料。
3. 如權利要求1所述的一種內壓式玻璃纖維編織管覆膜膜組件，其特徵在於採用的 多孔集水中心管，透過液從集水管壁上的透水小孔進入中心管，兩端均可以出水，在使用中 也可以根據實際需要將一端出水嘴封死，採用一端出水。
全文摘要
本發明提供一種內壓式玻璃纖維編織管覆膜膜組件，由玻璃纖維編織管、覆膜層、多孔集水中心管、透水孔、出水嘴、上下汙水嘴和外殼組成；工作時氣水混合液由下汙水嘴進入膜組件，經過端頭從玻璃纖維編織管的內腔進入，透過玻璃纖維編織管透過液流出，從透水孔進入多孔集水中心管，經出水嘴收集，被膜截留的混合液從上汙水嘴回流到生物反應器；玻璃纖維編織管覆膜材料為矽膠及高分子分離膜材料如纖維素衍生物類、聚碸類、聚醯胺類、聚醯亞胺類、聚酯類、聚烯烴類、乙烯類聚合物、含矽聚合物、含氟聚合物、甲殼素類材料等；該種膜組件機械強度大，成本低廉；採用內壓式操作，膜絲更不易斷裂，運行穩定；能夠更廣泛地應用於汙水處理及相關領域。
文檔編號C02F1/44GK101766957SQ20091007641
公開日2010年7月7日 申請日期2009年1月7日 優先權日2009年1月7日
發明者於豔, 吳光夏, 徐國梁, 楊文靜, 樊耀波, 袁棟棟, 鍾慧 申請人:中國科學院生態環境研究中心