一種中空纖維膜組件的製作方法

2023-09-17 06:53:35

專利名稱：一種中空纖維膜組件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種膜分離水處理設備，尤其是涉及一種應用於水處理 的中空纖維膜組件和利用中空纖維膜組件的膜生物反應器，屬於水處理 技術領域。
背景技術：
膜生物反應器(Membrane Bioreactor， MBR)工藝是一種將膜分離 技術與傳統生物處理技術有機結合的高效汙水處理與回用技術，與其他 汙水處理工藝如傳統活性汙泥法、序批式活性汙泥法相比，具有出水水 質優良穩定、佔地面積小、抗衝擊負荷能力強、剩餘汙泥產量低等突出 優點，是極具發展潛力的水處理工藝。尤其在汙水再生利用方面，MBR 工藝可以將生活汙水、城市汙水或與之相近的工業廢水一步到位地處理 成可以作為城市雜用水、工業循環冷卻水等用途的優質再生水，目前在 全世界範圍內正日益受到廣泛的學術關注，大規模的工程應用也逐漸增 多。根據膜組件的設置位置，膜生物反應器可分為外置式(或稱分體式、 分置式)膜生物反應器和內置式(或稱浸入式、 一體式、浸沒式)膜生 物反應器兩大類。外置式膜生物反應器是把膜組件和生物反應器分開設置，生物反應 器中的混合液經循環泵增壓後送至膜組件的過濾端，在壓力作用下混合 液中的液體透過膜，成為系統處理出水，固形物、大分子物質等則被膜 截留，隨濃縮液回流到生物反應器內。外置式膜生物反應器的特點是運 行穩定可靠，易於膜的清洗、更換及增設，而且膜通量普遍較大，但一 般條件下，為減少汙染物在膜表面的沉積，延長膜的清洗周期，需要用 循環泵提供較高的膜面錯流流速，致使循環泵的水流循環量和所需揚程 增大，動力費用增高，噸水能耗高達2~10kWh/m3,並且泵的高速旋轉 產生的剪切力會使某些微生物菌體產生失活現象。內置式膜生物反應器是把膜組件浸沒於生物反應器的液位以下，原 水進入膜生物反應器後，其中的大部分汙染物被混合液中的活性汙泥分 解或轉化，再在抽吸泵提供的負壓作用下或者在水位差的作用下由膜過 濾出水，曝氣系統設置在膜組件下方， 一方面給微生物分解有機物提供 了所必需的氧氣，另一方面利用氣提原理，使氣水二相流對膜外表面進 行水力衝刷，以此來抑制膜面汙泥層的沉積。內置式膜生物反應器較之 外置式膜生物反應器省去了混合液循環系統，結構更為緊湊，佔地面積小，並且靠抽吸出水，噸水能耗相對較低，降至1 ~ 2. 4kWh/m3。目前世 界上已經投入使用的膜生物反應器實際工程當中，大多數都選用內置式 膜生物反應器工藝。但內置式膜生物反應器存在兩個主要問題， 一是膜 組件的安裝、檢修、清洗4艮不方便，清洗勞動強度大，二是曝氣量偏高， 氣水比為30~40: 1，是目前較為成熟的其他汙水生物處理工藝如傳統 活性汙泥法、序批式活性汙泥法等工藝的3~4倍，這使得其噸水能耗 仍然顯著高於其他工藝。中國專利03121949.7 ^Hf 了一種可氣衝的外壓柱式中空纖維膜組 件，該膜組件在倒U形中空纖維膜絲外設置殼柱體，殼柱體頂部有料液 出口，底部有料液進口和透過水出口，在中空纖維膜束的底部設有氣沖 部件。該膜組件可以與生物反應器組成外置式膜生物反應器，但與常規 外置式膜生物反應器不同的是，系統處理出水不是由循環泵增壓獲得， 而是由增設的抽吸泵提供的負壓獲得，這樣循環泵的流量和揚程大幅降 低。同時膜組件內有氣衝部件進行曝氣，該殼柱體的設置大幅縮小了氣 提斷面，使得曝氣時形成的氣水二相流被束縛在殼體內部沿著膜絲的軸 線方向上升，避免了氣泡在上升過程中逐漸向外擴散，因此以較小的曝 氣量就可以在中空纖維膜束中得到較高的曝氣強度，使氣水二相流對膜 絲外表面具有更好的水力沖刷效果，可以較好地抑制膜汙染的發展，在 一定程度上節約了曝氣能耗，這使得系統總體能耗低於常規內置式膜生 物反應器，但採用了常規外置式膜生物反應器的外部形式，方便了膜組 件的安裝和檢修。因此該種型式的膜生物反應器很好地將外置式和內置 式兩種型式的膜生物反應器有機地結合起來，取各自所長，補各自所短。但該專利存在以下不足之處(1)採用倒U形中空纖維膜絲，在工作過程中膜絲一端固定，另一端自由擺動，中間對摺處容易因曝氣產生的振蕩作用而出現斷裂現象。(2)殼柱體內部液流的流態不好，膜絲根部容 易出現積泥現象。由於膜絲固定端與殼柱體的下部完全粘接為一個整 體，料液進口只能設於殼柱體的側面，待過濾的液體從側面進入殼柱體 內部後陡然轉向，殼柱體底部側壁上未開孔位置容易出現死角，並發生 積泥現象。(3)膜絲固定端與殼柱體粘接為一個整體， 一旦部分膜絲斷 裂，連同殼柱體在內的整支膜組件即無法再用，造成不必要的浪費。中國專利200420109850.7公開了 一種氣升式中空纖維膜組件，如 圖6所示，該膜組件在中空纖維膜絲外設置一螺旋形的殼體，其進水口 和出水口處均設置有格柵，而且在進水口附近還設有曝氣口。該膜組件 在實現了殼體內可以小斷面曝氣的情況下，由於殼體採用螺旋形的設 計，適當延長了氣水二相流的流道，使得氣體在水中停留的時間更長， 增強了殼體內的擾動程度和對膜絲外表面的衝刷效果，對傳氧和傳質過 程也有一定改善，但該專利仍存在以下不足之處(1)中空纖維膜絲根 部斷裂機率很大。中空纖維膜絲被設置於螺旋形的殼體內，並且在工作 狀態下長時間受到曝氣所產生的振蕩作用，膜絲不但在軸線上承受了一 定的扭矩，而且在氣水二相流呈螺旋狀上升的過程中其根部又會受到較 大的拉力，尤其當膜絲較長時，膜絲根部很容易因所受扭矩或拉力過大 而斷裂。(2)螺旋形的殼體形狀不易加工或不易實現。當殼體為剛性時， 加工難度較大；當殼體採用塑料軟管時，螺旋形的形狀不容易保持。(3) 中空纖維膜絲與殼體仍然澆鑄在一起，膜絲或殼體不能實現單獨更換， 一旦部分膜絲斷裂或喪失過濾能力，殼體也無法繼續使用，只能整支更 換膜組件，造成一定程度的材料浪費。(4)整支膜組件不易安裝及拆卸。 該膜組件工作時被待過濾的液體包圍，殼體的進水口接近水底，出水口 接近水面，曝氣口設置在進水口附近，這樣膜組件肯定與設置於水底的 曝氣管道相連接，當膜組件需要檢修時必須將水位降低至接近池體底部 並露出曝氣管時才可以進行相應操作，這在實際工程當中不但操作復 雜，而且容易造成活性汙泥的流失。發明內容本發明的一個目的是提供一種中空纖維膜組件，其在水處理過程中 可以有效降低曝氣能耗和膜絲斷裂機率，內部液流順暢，並且膜絲可以 單獨更換，加工、安裝也很方便。本發明的另 一個目的是提供一種利用此發明的中空纖維膜組件的 膜生物反應器。本發明還有 一個目的是提供一種利用此發明的中空纖維膜組件或 者利用本發明的膜生物反應器的水處理設備。為了實現上述發明目的，本發明採用以下的技術方案 一種中空纖維膜組件，包括由多才艮中空纖維膜絲組成的中空纖維膜 束、中空纖維膜束一端或兩端的端頭、進氣管、產水管和殼體，其特徵 在於所述殼體在中空纖維膜束外部，所述殼體為可容納豎直^:置的中 空纖維膜束的殼體，所述殼體側壁為無孔洞的側壁，所述殼體兩端的端 口在橫斷面上的開孔面積佔埠橫斷面面積的百分數大於10%，所述殼 體與所述端頭通過可拆卸的結構連接在一起。所述殼體為可容納豎直放置的中空纖維膜束的殼體，這樣的殼體不 論採用剛性材料還是柔性材料都比較容易加工和實現，而且更重要的是 可以使設置於其內的中空纖維膜束處於直線狀態，中空纖維膜絲自然地 垂落，中間沒有任何對摺處，在軸線上也不再承受扭矩，這樣在很大程 度上降低了膜絲中間部位和根部斷裂的機率。中國專利20(M20109850. 7 公開的中空纖維膜組件的中空纖維膜絲被設置於螺旋形的殼體內，並且 在工作狀態下長時間受到曝氣所產生的振蕩作用，膜絲不但在軸線上承 受了 一定的扭矩，而且在氣水二相流呈螺旋狀上升的過程中其根部又會 受到較大的拉力，從材料力學角度來考慮，受到這樣的組合力，材料很 容易被破壞。並且在實際的使用過程中，膜絲斷裂的部位絕大多數發生 在根部。所述殼體兩端的埠在4黃斷面上的開孔面積佔埠衝黃斷面面積的 百分數大於10%,優選大於80%，這樣可以確保當膜組件工作時，4寺過濾的液體能夠從殼體的下埠而不是側壁進入殼體內部，曝氣產生的氣 提作用使氣水二相流逐漸沿著殼體的中心軸線上升，最後能夠從殼體的 上埠而不是側壁流出殼體，這樣液流在流經中空纖維膜束時沒有發生 方向的改變，尤其是避免了在殼體側壁上設置料液進口或出口使得液流 陡然轉向由此造成出現死角、汙泥沉積的問題，同時殼體的側壁上沒有任何孔洞，在此過程中殼體始終對氣水二相流有一個束綽的作用，使得 氣水二相流不至於擴散至殼體外圍，從而大幅縮小了氣提斷面，在較小 的曝氣量的情況下就可以在中空纖維膜束中得到較高的曝氣強度，使氣 水二相流對膜絲外表面具有更好的水力衝刷效果，可以很好地抑制膜汙染的發展，並能夠顯著節約曝氣能耗。所述殼體兩端的埠在橫截面上 的開孔面積佔埠橫斷面面積的百分數，指的是在殼體的任意一端的端 口在此端一黃斷面上的開孔面積與此端埠 斷面面積比值，結果用百分 數表示。例如對於一個圓柱形殼體來說，在上埠處由於某些工程上 或者其他原因，上端埠有一個帶孔的金屬片罩住，此時要求孔的面積佔圓柱形殼體橫斷面面積的百分數要大於10%,優選大於80%。這樣利於液流的流動，以更好的完成與外界待處理液體的交換。所述殼體的橫截面可以是圓形，也可以是矩形、方形或其他已知的 任意形狀。作為優選，所述的殼體的橫截面是圓形。圓柱形殼體易於加 工和成型，並且沒有稜角，在安裝和使用過程中不會對周圍的膜絲或安 裝人員造成傷害。所述的殼體從上到下各橫截面的面積可以相同，也可以不相同。作為優選，所述的殼體從上到下各橫截面的面積是相同的； 或者中間部分的橫截面面積略小於上下兩端的橫截面面積，如可以設計 成類似於文丘裡管或文丘裡噴嘴的形狀，這樣的i殳計可以加強氣水二相 流對中空纖維膜束上部的衝刷效果。所述的殼體的長度範圍為0. lm~ 4.0m,優選1. 5m~2. 0m。所述的殼體的直徑範圍為5mm 500mm，優選 30mm ~ 300mm。所述中空纖維膜絲可以有且僅有一端澆鑄封結於一個設有產水收 集室的端頭之內，而另一端可以自由擺動，並且採用已知的任何方式做 成閉孔狀態；也可以兩端分別澆鑄封結於兩個端頭之內，並且兩個端頭中至少有一個內部應設有產水收集室。設有產水收集室的端頭外部應設 有產水管，產水收集室應與產水管相連通。當所述中空纖維膜絲有且僅 有一端澆鑄封結於一個設有產水收集室的端頭之內時，該端頭可以位於 豎直放置的中空纖維膜束的上部，也可以位於下部。作為優選，當所述 中空纖維膜絲有且僅有一端澆鑄封結於一個設有產水收集室的端頭之 內時，該端頭位於豎直放置的中空纖維膜束的下部，這樣可以避免當膜 絲下端自由擺動時因氣水二相流的上升而容易出現的膜絲互相纏繞的 問題。所述殼體與所述端頭通過可拆卸的結構連接在一起，這樣的設計使 得上端頭或(和)下端頭可以與殼體相互分離，這使得中空纖維膜束和 殼體可以相互獨立更換，在一定程度上提高了材料的利用率。所述的可 拆卸的結構為繩索連接結構、卡扣連接結構、螺栓連接結構、承插連接 結構、螺紋連接結構等。其中，繩索連接結構的方式比較獨特，此種方 式比較容易實現，筒單易行，例如在上端頭和殼體的上部分別設置一個 孔，孔的設置不能影響其它中空纖維膜組件的正常工作，用一根繩索穿 過兩個孔並打上結，這樣就可以完成對上端頭和殼體的連接。繩索可以 選用金屬繩索、化學纖維製備的軟索等，優選使用具有耐水性的金屬或 者金屬合金，例如銅、鋁、不鏽鋼等，並且需要滿足一定的強度要求。 卡扣和螺栓的選擇可以根據國家或者行業已有的標準選取，或者自行設 計，但是不論卡扣和螺栓使用哪種方式，設置的方式和連接的位置都需 要滿足中空纖維膜組件工作條件的要求，並且易於拆卸，例如，卡扣的連接處宜設計在靠近上端頭處，並且靠近殼體的上方；螺栓的連接處宜 設計在殼體的側面。對於繩索連接結構、卡扣連接結構、螺栓連接結構 以及已知的可拆卸的連接中，可以選用一種來完成連接，或者選用幾種 來完成連接。另外，本文所述的殼體與端頭通過可拆卸的結構連接在一 起，包括殼體與端頭通過可拆卸結構直接連接在一起，也包括這樣的連 接方式殼體和端頭分別與第三個零件、甚至第四零件、第五零件......連接在一起，所述第三個零件、甚至第四零件、第五零件......是相對於殼體和端頭來區分的，即認為殼體和端頭分別為第一零件、第二零件，或認為端頭和殼體分別為第一零件、第二零件。例如如果產水管為產水軟管，則上端頭可以通過此產水軟管先通過繩索連接結構與一個第三 零件連接，然後此第三零件再以卡扣連接結構或者螺栓連接結構與殼體 連接。由此完成端頭和殼體的連接。認為此處產水軟管有繩索的性能， 所以產水軟管和第三零件的連接為繩索連接結構。本文下面提及的嵌入件可以作為第三零件使用。本發明中，上端頭指的是膜組件在水處理工作過程中，靠近水面的 端頭，下端頭指的是靠近水底的端頭。上端頭和下端頭可以同時存在， 也可以有且僅有一個。上端頭和下端頭分別對應著殼體的上埠和下埠 。所述的端頭可以在殼體的內部，也可以在殼體的外部。優選地，所 述的端頭完全在殼體內部，與鄰近的殼體埠端面的距離為殼體長度的1/20~ 1/3。上述的中空纖維膜組件，所述的殼體的上埠和下埠可以完全敞 開，也可以罩以帶有開孔的嵌入件。所述的帶有開孔的嵌入件沉入式地-沒置於殼體的至少一個埠上， 用以固定中空纖維膜束的端頭，另外，由於嵌入件上有孔，在曝氣過程 中，待過濾液體可以通過嵌入件上的孔自由進出殼體，為待過濾液體的 循環流動帶來便利。氣提作用的存在，待過濾液體自殼體的下埠進入 殼體中，從殼體上埠流出，形成氣水循環流動。作為優選，在殼體的 兩個埠上均設置有嵌入件。所述的嵌入件可以通過卡扣、螺栓或其他 已知的任一可拆卸的方式與殼體相連接。上述的中空纖維膜組件，所述的嵌入件在橫斷面上的開孔面積佔嵌 入件;鏡斷面面積的百分數大於10%,優選大於80%。開孔率大於10%能夠 避免堵塞液流，大於80%時，液體在通過嵌入件區域時會更加順暢，阻 力更小，利於形成更好的氣水二相流，以確保對中空纖維膜束的衝刷效 果。上述的中空纖維膜組件，所述的嵌入件可以有一圓周，圓周的外徑 略小於殼體的內徑，使得嵌入件剛好嵌在殼體的埠上。從所述圓周的圓心處向圓周方向可以延伸出至少三根成輻射狀的支撐條，支撐條之間 均為孔隙。優選使用3 8根支撐條。相對于格柵或網狀的、嵌入件來說， 支撐條的製作和安裝更為簡單，開孔率更大，不易堵塞液流。當所述中空纖維膜絲有且僅有 一端澆鑄封結於 一個設有產水收集 室的端頭之內時，也可以在殼體內部其他位置以適當間距設置若干個所 述的嵌入件，用以對中空纖維膜絲的可以自由擺動的一端進行適當的限 位，以防止膜絲在水處理工作過程中因浸水而變得柔軟，由此容易相互 纏繞，造成殼體內液體流動不暢。所述的殼體內部可以設有帶布氣孔的布氣裝置。所述的布氣裝置可 以設置於殼體內部的任何位置。作為優選，所述的布氣裝置靠近或者緊 貼於中空纖維膜束上端頭或(和)下端頭澆鑄端面設置，作為更優選， 所述的布氣裝置緊貼於中空纖維膜束上端頭或(和)下端頭澆鑄端面設 置，當中空纖維膜束兩端均澆鑄封結於端頭之內時，在中空纖維膜束的 上端頭和下端頭的澆鑄端面上同時設置所述的布氣裝置。所述的布氣裝置的布氣孔的孔口朝向可以有水平、豎直朝上、豎直 朝下、斜向上以及斜向下等多種選擇，優選的布氣孔的孔口朝向水平方 向或者斜向下朝向澆鑄端面方向，這樣對於中空纖維膜絲根部的沖刷更 為徹底，可以很好地避免使用過程中膜絲根部積泥的現象。上述的中空纖維膜組件，所述布氣裝置可以有至少三根中空的輻 條，該輻條側面開有所述的布氣孔。多根幅條的布置使得曝氣更加均勻，因此對於中空纖維膜絲根部的 衝刷也較為全面，另外上升的氣水二相流也更加均勻。所述的輻條可以以端頭中心為圓心呈星形均勻分布。優選使用3 8根徑向的或者螺旋 形彎曲的幅條，將澆鑄端面平均分為3~ 8個面積相等的部分，相應的， 中空纖維膜束也被均勻的平均分為3 ~ 8個小束，每一小束均澆鑄在幅 條之間的間隙裡。布氣孔的孔口開在輻條的側壁上，從布氣孔出來的氣流方向一般是 朝向水平的。輻條的側壁有一定的厚度時，加工的過程中可以利用輻條 的厚度對布氣孔的孔口進行設計，使得從布氣孔出來的氣流是斜著朝向下的，或者斜著朝向上。優選斜著朝向下的方式。所述的布氣孔的形〗夫、數量、大小和分布形式有多種形式。形狀可 以採用圓形或者長條形，沿著輻條由端頭端面中心向端頭端面的邊緣呈 線性分布，當為條形孔時，各孔的長邊應大致平行於端面。布氣孔的孔 口距中空纖維膜絲的端面的距離可以相等，也可以不相等，且該距離範圍為lmm 20mm,優選2mm 10mm。所述布氣孔的直徑或短邊的長度為 lmm ~ 10mm, 優選lmm ~ 5mm。上述的任一中空纖維膜組件，當中空纖維膜束兩端均澆鑄封結於端 頭之內時，可以在兩個端頭的澆鑄端面上均設置帶布氣孔的布氣裝置， 並且這兩個布氣裝置通過一根中空軟管連通。中空軟管的作用包括第 一，供給上下兩個布氣裝置以氣流，使中空纖維膜束上下兩端的根部都 可以被曝氣氣流進行直接的吹掃和衝刷，以防止膜絲根部發生積泥；第 二，將上下兩個端頭連接起來，並且軟管的長度略小於中空纖維膜絲的 長度，起到承擔下端頭的重力和擺動時的拉力，以避免中空纖維膜絲承 力而祐j立斷。所述端頭中的一個或兩個可以設有進氣管。所述的任一端頭中可以 同時設有進氣管和產水管，或者僅設有進氣管或產水管。產水管或進氣 管的數量可以根據工程實際情況進行選擇，既可以選擇一個進氣管或一 個產水管，也可以選擇兩個或者兩個以上進氣管，或者選擇兩個或者兩 個以上產水管，或者同時選擇兩個或者兩個以上的進氣管和產水管。所 述的進氣管和產水管可以是剛性的，也可以是柔性的，優選柔性的，其 材質可以是矽橡膠、氟橡膠、軟質聚氯乙烯、聚氨酯等。上述的中空纖維膜組件，所述的進氣管和產水管可以在殼體的內 部，並且進氣管的與氣源連接的一端以及產水管的與集水管路連接的一 端從殼體的上方伸向殼體的外部。這樣的設置，可以使得中空纖維膜組件僅通過其上端與固定裝置相 連接，這樣可以方便中空纖維膜組件的安裝和拆卸。當膜組件工作時， 僅其上端與固定裝置相連接，而且進氣管的進氣口和產水管的出水口位 於殼體的上部，即便此時膜組件整支被待過濾的液體包圍，但由於膜組件與固定裝置的連接點位於接近水面或者水面以上的位置，這樣膜組件 需要檢修時不必降低水位或者不必將水位降得很低就可以將其拆卸下 來。當中空纖維膜束兩端均澆鑄封結於端頭之內時，在兩個端頭之間可 以設置連接管，連接兩個端頭。所述的連接管將上端頭和下端頭連接成一個整體，其長度可以與中 空纖維膜束相同，也可以略短於膜束。作為優選，所述的連接管的長度 略小於中空纖維膜束的長度。這樣可以防止端頭擺動幅度過大而使膜絲 長時間受力，對膜束起到保護作用。所述的進氣管、產水管和連接管的直徑範圍為lmm 50mm,優選 5mm ~ 20mm。所述的中空纖維膜絲是一種帶有微孔的中空纖維，製作中空纖維膜 絲的材料可以選自聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚醚碸等材料。中空 纖維膜絲首先通過使用環氧樹脂、聚氨酯等澆鑄樹脂進行封端澆鑄，再 使用矽橡膠、聚氨酯等柔性樹脂對中空纖維膜絲根部進行二次澆鑄，以 降低膜絲根部斷裂的機率。作為優選，所述的中空纖維膜絲的材料是聚 偏氟乙烯。所述的中空纖維膜絲的平均膜孔徑為0. 01jLim~5|am。所述的中空纖維膜束是由10 - 1000根中空纖維膜絲組成的，長度 範圍為0. lm~ 3. 0m。優選由50 ~ 500根中空纖維膜絲組成，長度範圍為 1. 0m~ 2, 0m。當中空纖維膜束兩端均澆鑄封結於端頭之內時，所述的中空纖維膜 束的長度可以和上下兩個端頭之間的距離相等，也可以略大於這個距 離。作為優選，所述的中空纖維膜束的長度大於上下兩個端頭之間的距 離，但小於殼體的長度。上述的中空纖維膜組件，可以通過任一端頭、殼體的任一部位或者 殼體的任一埠上的嵌入件採用已知的任一方式與固定裝置相連。作為 優選，所述的殼體的上埠或者上埠上的嵌入件通過承插、螺紋、活 接等可拆卸的硬連接的方式與固定裝置相連，或者通過軟索或柔性管等 軟連接的方式與固定裝置相連。軟索可以是耐腐蝕的繩索、鋼絲或彈簧等。軟索使膜組件在待過濾的液體中處於懸垂狀態，可以隨水流有擺動。 當上端頭設有進氣管或產水管、並且進氣管或產水管為柔性管時，也可 以通過進氣管或產水管使膜組件懸掛在固定裝置上。上述的中空纖維膜組件，所述的上端頭或(和)下端頭可以與殼體 的任一部位或者殼體的任一埠上的嵌入件採用已知的任一可拆卸的 方式相連接。作為優選，所述的上端頭或(和)下端頭與位於鄰近的殼 體埠上的嵌入件相連接。作為更優選，所述的上端頭或(和)下端頭 通過軟索或柔性管等軟連接的方式與位於鄰近的殼體埠上的嵌入件 相連接。上述的任一 中空纖維膜組件中，所述端頭的澆鑄端面可以是平面， 也可以是凸起或凹陷的端面。作為優選，所述端頭的澆鑄斷面是凸起的 端面。端面如果是平面或凹陷的端面，汙泥會有較嚴重的淤積現象。凸 起結構的特點是中間高四周低，這樣會形成一個由中間向四周的一個傾 斜，此結構有利於氣流將汙泥等汙染物吹向四周，有利於減少汙泥的淤 積。作為更優選，所述凸起的端頭的端面為圓臺形。圓臺形的結構更加 容易加工，也利於在中間設置連接管等其他部件。當中空纖維膜束兩端均澆鑄封結於端頭之內時，所述的上端頭和下 端頭的形狀可以相同，也可以不同。作為優選，所述的上端頭略大於下 端頭，這樣可以使整個中空纖維膜束下端能夠在殼體內有一定的擺動幅 度。所述的上端頭或(和)下端頭整體外形可以是圓柱體、錐體、盆形、 杯形等形狀。作為優選，所述的上端頭或(和)下端頭的整體外形是盆 形或杯形。本發明與現有技術相比，具有以下有益的效果 (1)降低了中空纖維膜絲斷裂的機率，延長了中空纖維膜組件的 使用壽命。中空纖維膜束在待過濾的液體中處於懸垂狀態，中空纖維膜 絲自然地垂落，中間沒有任何對摺處，在軸線上也不再承受扭矩，各種 軟連接部件的設置，即軟質連接管、進氣管、產水管等，使得膜束可以 隨著端頭在一定範圍內 一起擺動，膜絲根部與澆鑄端面的擺動角也大幅減小，膜絲根部與澆鑄端面之間的拉力隨之大大減小，因此大大降低了 膜絲根部斷裂的機率，提高了膜組件工作的穩定性，延長了其使用.壽命。(2) 改善了膜組件內部液流的流態，避免了現有技術中因端頭完 全堵住殼體的一端或兩端而促使液流陡然轉向所帶來的膜絲根部容易積泥的現象，提高了中空纖維膜組件的抗汙染性能。(3) 中空纖維膜束與殼體之間可以相互獨立更換，避免了現有技 術中經常容易出現的 一旦部分膜絲斷裂，連同殼體在內的整支膜組件就 無法繼續使用的浪費現象，提高了中空纖維膜組件的材料利用率。(4) 提高了中空纖維膜組件加工、組裝、安裝和檢修的方便程度。 本發明所述膜組件澆鑄中空纖維膜絲的端頭內部結構簡單，內無複雜的 結構件，降低了鑄封工序的難度和廢品率，膜組件整體可實現裝配式結 構，產品容易實現快速組裝。以柔性連接的方式固定於固定裝置，每支 膜組件可以單獨進行安裝和拆卸，而且單人即可完成全部操作，不像現 有的中空纖維膜組件組成大型的膜組件單元後必須通過起吊設備進行 整體吊裝，勞動強度大，單人無法操作。


圖1為本發明的實施例1所述的中空纖維膜組件的縱剖面圖。圖2為本發明的實施例2所述的中空纖維膜組件的縱剖面圖。圖3為圖1和圖2中的A-A處的剖面圖。圖4為現有技術的膜組件的一個端頭的縱剖面圖。圖5為圖4中的B-B處的剖面圖。圖6為中國專利200420109850. 7中所述的膜組件的示意圖。 圖7為實施例1中由若干個本發明的中空纖維膜組件組成的膜組件 單元的示意圖。圖8為實施例3中由若干個本發明的中空纖維膜組件組成的膜組件 單元的示意圖。附圖中各個標記的說明 1一一殼體；2 — 一中空纖維膜絲；3—一中空纖維膜束；4一一上端頭；5 — 一下端頭；6 — 一產水管；7 — 一進氣管；8 — 一中空軟管； 9——帶布氣孔的布氣裝置；.10——布氣孔；11——產水收集室；12 — 一嵌入件；13---決插接頭；14一一軟索；15 — 一支撐條；16 — 一集水支管；17 — 一曝氣支管；18 — 一集水端頭；19一一中心管； 20——出水口； 21——泮牛液進口。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。 實施例1如圖l所示， 一種中空纖維膜組件，包括內徑為85mm的圓柱形殼體 1,該殼體的中心軸線是直線，殼體側壁為無孔洞的側壁。設置在殼體l 內的由240根中空纖維膜絲2組成的中空纖維膜束3，中空纖維膜絲2 的用於通過液體的微孔的平均孔徑為0.01 jam，中空纖維膜絲的外徑為 1. 2mm,材質為聚偏氟乙烯，兩端用環氧樹脂澆鑄匯集於上端頭4和下端 頭5之中，並且用聚氨酯對其進行二次澆鑄，以對膜絲根部進行保護。 上端頭4和下端頭5的整體外形均為杯形，此兩個端頭的上口圓直徑均 為45mm。中空纖維膜絲2在上端頭4內的產水收集室11中呈開孔狀態， 在下端頭5內呈閉孔狀態，上端頭4設有外徑為①8mm的產水管6,下端 頭5設有外徑為①8腿的進氣管7，兩個端頭由外徑為①6mm的中空軟管 8連接成一個整體，中空纖維膜絲2圍繞著中空軟管8均勻分布。產水 管6、進氣管7和中空軟管8均為中空塑料軟管。中空軟管8、帶布氣孔 的布氣裝置9、產水管6、進氣管7之間相連接的部位均通過快插接頭 13連接，連接方式如圖1所示。產水管6與上端頭4中的產水收集室11 相連通。在上端頭4的上方和下端頭5的下方分別設置嵌入件12，上端 頭4和下端頭5均通過軟索14與相鄰的嵌入件12相連接，嵌入件12 通過螺釘與殼體1連接，嵌入件12在中心處有內徑為①10mm的圓孔， 產水管6和進氣管7從圓孔中穿過。殼體1的材質為UPVC (un-plasticized polyvinyl chloride)塑料。如圖l所示，兩個端頭在澆鑄有中空纖維膜絲的端面上均設有帶布氣孔的布氣裝置9。如圖3所示，帶布氣孔的布氣裝置9具有沿徑向分 布的六根輻條15,每根輻條寬5mm，高4mm,相鄰兩根輻條之間的角度 均為60°，輻條15從端頭端面的中心延伸到上端頭4或下端頭5的圓周 上，內部具有空腔，輻條15的兩個側壁均垂直於澆鑄端面，在背向澆鑄 端面的另一側則是倒圓的，兩個側壁上在居中的位置設有四個直徑為① 2醒的圓形布氣孔10,布氣孔10的中心軸線垂直於輻條15的側壁面， 距澆鑄端面的高度均為2mm，各個布氣孔的中心軸線間距均為4mm，輻條 15的空腔與中空軟管8相連通。輻條15將澆鑄端面分成六個面積相等的部分，相應的，中空纖維 膜束3也均分成六個小束，每一小束由40根中空纖維膜絲2組成，均 澆鑄在輻條15之間的間隙裡。上端頭4和下端頭5的澆鑄有中空纖維 膜絲的端面均有一個形狀為平頂圓錐即圓臺狀的凸起，上下兩個端頭的 澆鑄端面的凸起正好相對。凸起的底圓直徑為①40mm,頂圓直徑為① 12mm,高度為10mm。帶布氣孔的布氣裝置9剛好扣在凸起上面，與凸起 粘在一起，相接觸的部分完全密合。所述的嵌入件12由圍繞圓心呈星形排布的六根支撐條和圓周組成， 每根支撐條之間的角度也為60°，並且圓周外邊緣與殼體1接觸。圓周 與殼體連接為螺栓連接。嵌入件12在橫斷面上的開孔面積佔嵌入件橫 斷面面積的百分數為93%。殼體1的長度為1. 4m,中空纖維膜束3的平均長度為1. 2m，上端 頭4及其帶布氣孔的布氣裝置9的總高度為70mm，下端頭5及其帶布氣 孔的布氣裝置9的總高度為50mm,中空軟管8的長度為1. Om。上部的 嵌入件距殼體上埠的距離為10mm，下部的嵌入件距殼體下埠的距離 為10mm。產水管6與一位於膜組件上方的集水支管16相連接，進氣管7與 一位於膜組件上方的曝氣支管17相連接。集水支管16與一能夠提供負壓的水泵的吸水管相連通，待淨化的 水經過中空纖維膜絲2壁上的^t孔進入膜絲內部，並匯流入產水收集室11,再經產水管6流入集水支管16,最後通過水泵抽出。曝氣支管17與一氣源相連通，氣源提供的壓縮空氣經曝氣支管17進入進氣管7,再 經上下端頭的帶布氣孔的布氣裝置9上的布氣孔10擴散出來，直接吹 掃膜絲根部。將若干個中空纖維膜組件的產水管6、進氣管7分別並聯至集水支 管16、曝氣支管17,由此形成一個矩陣式的膜組件單元(如圖7所示)。實施例2如圖2所示， 一種中空纖維膜組件，包括內徑為60腿的圓柱形殼體 1，該殼體的中心軸線是直線，殼體側壁為無孔洞的側壁。設置在殼體l 內的由240根中空纖維膜絲2組成的中空纖維膜束3,中空纖維膜絲2 的用於通過液體的微孔的平均孔徑為0. 08 jam,中空纖維膜絲2的外徑 為l. 35醒，材質為聚偏氟乙烯。中空纖維膜束3上端可以自由擺動，每 根膜絲均呈閉孔狀態，下端用環氧樹脂澆鑄匯集於下端頭5之中，並且 用聚氨酯對其進行二次澆鑄，以對膜絲根部進行保護。下端頭5的整體 外形為杯形，上口圓直徑為45mm。中空纖維膜絲2在下端頭5內呈開孔 狀態，下端頭5設有外徑為①8mm的產水管6，產水管6與下端頭5中的 產水收集室11相連通。外徑為08mm的進氣管7通過快插接頭13與帶 布氣孔的布氣裝置9相連接，中空纖維膜絲2圍繞著進氣管7均勻分布。 在殼體1上下兩個埠處均設置嵌入件12，下端頭5通過軟索14與位 於殼體1下埠的嵌入件12相連接,嵌入件12通過螺釘與殼體1連接， 嵌入件12在中心處有內徑為①10隱的圓孔，產水管6和進氣管7從圓 孑L中穿過。殼體1的才才質為UPVC (im_plasticized polyvinyl chloride ) 塑料。帶布氣孔的布氣裝置9和嵌入件12的結構與實施例1相同。殼體1的長度為1. 4m,中空纖維膜束3的平均長度為1. 2m,下端 頭5及其帶布氣孔的布氣裝置9的總高度為50mm,上部的嵌入件距殼體 上埠的距離為10mm，下部的嵌入件距殼體下埠的距離為10誦。其餘部分與實施例1相同。在圖3中的標記7在此實施例中表示產 水管和進氣管。實施例3膜組件的結構與實施例1相同。如圖8所示，將八個中空纖維膜組件和集水端頭18、中心管19和 出水口 20組成一個輻射式的膜組件單元。產水管6與直徑為150mm的 集水端頭18下端面均布的八個快插接頭相連接，直徑為①40腿、長度 為30mm的中心管19沿集水端頭18的軸線穿過，八個膜組件圍繞著中 心管19均勻地分布，中心管19的下方通過八個快插接頭13與八個中 空纖維膜組件的進氣管7連接。膜組件單元工作時中空纖維膜束3被待 過濾的液體所包圍，氣源提供的壓縮空氣從中心管19的上口進入，並 進入八個膜組件的進氣管7,最後經上下端頭的帶布氣孔的布氣裝置9 上的布氣孔10擴散出來，直接吹掃膜絲根部，出水口20與一能夠提供 負壓的水泵相連通，待淨化的水經過中空纖維膜絲2壁上的微孔進入膜 絲內部，並匯流入產水收集室11，再經產水管6流入集水端頭18,最 後通過水泵抽出。以上對本發明所提供的中空纖維膜組件進行了詳細介紹。本說明書域的一般技術人員，依據本發明的思想在具體實施方式
及應用範圍上可 能在實施過程中會有改變之處。因此，本說明書記載的內容不應理解為 對本發明的限制。
權利要求
1.一種中空纖維膜組件，包括由多根中空纖維膜絲組成的中空纖維膜束、中空纖維膜束一端或兩端的端頭、進氣管、產水管和殼體，其特徵在於所述殼體在中空纖維膜束外部，所述殼體為可容納豎直放置的中空纖維膜束的殼體，所述殼體側壁為無孔洞的側壁，所述殼體兩端的埠在橫斷面上的開孔面積佔埠橫斷面面積的百分數大於10％，所述殼體與所述端頭通過可拆卸的結構連接在一起。
2. 根據權利要求l所述的中空纖維膜組件，其特徵在於所述殼體 為剛性殼體。
3. 根據權利要求l所述的中空纖維膜組件，其特徵在於所述殼體 為圓柱形殼體。
4. 根據權利要求l所述的中空纖維膜組件，其特徵在於所述殼體 兩端的埠在橫斷面上的開孔面積佔埠橫斷面面積的百分數大於80%。
5. 根據權利要求l所述的中空纖維膜組件，其特徵在於在至少一 個端頭的澆鑄端面上設有帶布氣孔的布氣裝置。
6. 根據權利要求5所述的中空纖維膜組件，其特徵在於所述布氣 孔的孔口朝向中空纖維膜絲根部。
7. 根據權利要求5所述的中空纖維膜組件，其特徵在於所述布氣 裝置有至少三根中空的輻條，該輻條側面開有所述的布氣孔。
8. 根據權利要求7所述的中空纖維膜組件，其特徵在於所述輻條 以端頭中心為圓心呈星形均勻分布。
9. 根據權利要求l所述的中空纖維膜組件，其特徵在於進氣管和 產水管在殼體的內部，進氣管的與氣源連接的一端以及產水管的與集水 管路連接的一端從殼體的上方伸向殼體的外部。
10. 根據權利要求l所述的中空纖維膜組件，其特徵在於在殼體的 上埠或者下埠有開孔的嵌入件。
11. 根據權利要求10所述的中空纖維膜組件，其特徵在於所述的嵌入件在^f黃斷面上的開孔面積佔嵌入件橫斷面面積的百分it大於ioy。。
12. 根據權利要求11所述的中空纖維膜組件，其特徵在於所述的嵌入件在橫斷面上的開孔面積佔嵌入件橫斷面面積的百分數大於8 0% 。
13. 根據權利要求12所述的中空纖維膜組件，其特徵在於所述的嵌 入件有至少三根支撐條，支撐條之間均為孔隙。
14. 根據權利要求13所述的中空纖維膜組件，其特徵在於所述的嵌 入件有3 8根支撐條。
15. 根據權利要求1所述的中空纖維膜組件，其特徵在於所述的可 拆卸的結構為繩索連接結構、卡扣結構或螺栓結構。
16. 利用權利要求l ~ 15所述的任一中空纖維膜組件的膜生物反應器。
17. 利用權利要求l ~ 15所述的任一中空纖維膜組件或者權利要求 16所述的膜生物反應器的水處理設備。
全文摘要
本發明公開了一種中空纖維膜組件，其包括由多根中空纖維膜絲組成的中空纖維膜束、中空纖維膜束一端或兩端的端頭、進氣管、產水管和殼體，該殼體在中空纖維膜束外部，該殼體可容納豎直放置的中空纖維膜束，殼體側壁為無孔洞的側壁，該殼體兩端的埠在橫斷面上的開孔面積佔埠橫斷面面積的百分數大於10％，並且殼體與端頭通過可拆卸的結構連接在一起。本發明還公開了利用此中空纖維膜組件的膜生物反應器和水處理設備。本發明公開的中空纖維膜組件的特徵，降低了中空纖維膜絲斷裂的機率，改善了膜組件內部液流的流態，提高了中空纖維膜組件的抗汙染性能和材料利用率，延長了中空纖維膜組件的使用壽命。
文檔編號C02F3/12GK101234819SQ20081010153
公開日2008年8月6日 申請日期2008年3月7日 優先權日2008年3月7日
發明者孫友峰 申請人:北京漢青天朗水處理科技有限公司