用于膜生物反应器的模块化平板式滤膜元件的制作方法
【专利摘要】一种用于膜生物反应器的模块化平板式滤膜元件，属污水处理领域。所述的模块化平板式滤膜元件包括多个叠置的矩形内膜片，每个矩形内膜片由中间的导流薄板和两侧的直边框构成；在每个内膜片二侧的直边框上设置有凹凸插接结构；各个内膜片经凹凸插接结构组装为一体；在每个内膜片导流薄板的两侧面分别覆盖有滤膜；在每个矩形内膜片的一个直边框上，设置方形过滤液导流引出口；方形过滤液导流引出口与抽吸管路固接；抽吸管路与连接管件连接。其采用模块化元件来替换单片平板式滤膜元件，重量轻，运输、安装方便，并易于维修和更换；所装配成单个滤膜组件的整体总膜面积容量更大。可广泛用于污水处理工艺中膜生物反应器的设计、制造领域。
【专利说明】用于膜生物反应器的模块化平板式滤膜元件
【技术领域】
[0001]本发明属于污水处理领域，尤其涉及一种用于污水生物处理的膜生物反应器。
【背景技术】
[0002]膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor, MBR)是一种将高效膜分离技术与传统生物法相结合的新型高效的污水处理工艺，是一项环境工程污水治理、并实现污水资源化的最新技术，现已成为膜分离技术研究与开发最活跃的项目之一。
[0003]该技术将污水生物处理技术与膜分离技术相结合，首先利用生化技术降解水中的有机物，驯养优势菌类、阻隔细菌，然后利用膜分离技术过滤悬浮物和水溶性大分子物质，以膜组件取代传统生物处理技术末端二沉池，在生物反应器中保持高活性污泥浓度，提高生物处理有机负荷，从而减少污水处理设施占地面积，并通过保持低污泥负荷减少剩余污泥量。其主要利用沉浸于好氧生物池内的膜分离设备，截留槽内的活性污泥与大分子有机物。
[0004]MBR已在世界上许多国家的污水治理项目中代替传统的生物法(活性污泥法)投入使用，包括市政污水处理、工业有机废水处理、城市垃圾场渗滤液处理、家庭排出水处理回用等，目前世界各地已有几十万套MBR装置投入各种应用，其中90%用于市政污水处理，有些发达国家采用MBR工艺处理市政污水的规模已达到日处理市政污水十几万吨(单项工程)。
[0005]MBR工艺的关键部件是膜分离组件(元件)。
[0006]目前大型污水处理工程中采用的膜分离组件主要有二种结构形式:中空纤维式滤膜组件和平片式滤膜组件。
[0007]开发研究的早期，采用了分置式滤膜组件，由于其运行费用和能耗很高，大大限制了应用开发的进展。
[0008]此后研制、开发了高性能的浸没式滤膜组件，相比于分置式膜组件，浸没式滤膜组件的运行能耗减少了 10-20倍，从而使MBR的应用开发取得了较快进展。其次，初期的浸没式滤膜组件大都为中空纤维式组件，而中空纤维式组件在断丝和污泥清洗问题上存在较大的难度，促使平片式滤膜元件开始发展，它的机械强度好，滤膜表面的清洗十分方便，特别是近年来国内外厂商采用了先进的超声波封接工艺代替初期的粘结剂封接工艺后，膜片的封接性能得到提升。进一步发展的滤膜与内膜片直接热焊的新技术又使MBR平板式滤膜元件的质量与加工效率得到显著改进。
[0009]此外，在MBR平板式滤膜组件的结构方面，也在不断改进与提高。目前一般采用的结构是将平板式滤膜元件垂直插入组件机架的导轨板中，再装配、连接组件的抽吸管路与曝气管件，构成为一个较完整的独立产品单元，包装、发运至工程项目的现场，再吊装进入工位。
[0010]由于在较大的污水处理工程中，一个膜组件装载的膜片元件往往数量较多，重量较重，使得运输、吊装等环节有一定难度。其次在组件的维修与保养等方面也不尽方便。
【发明内容】
[0011]本发明所要解决的技术问题是提供一种用于膜生物反应器的模块化平板式滤膜元件，其采用小型、精密的模块化元件，来替换单片膜面积较大的平板式滤膜元件，从而达到重量轻，运输、安装方便，并易于维修和更换的目标；与此同时，在总体积(或总重量)相同时，采用其所装配成单个滤膜组件时，整体总膜面积容量更大，其结构形式不仅适合大型工程，对中、小型工程也非常适用。
[0012]本发明的技术方案是:提供一种用于膜生物反应器的模块化平板式滤膜元件，其特征是:所述的模块化平板式滤膜元件包括多个叠置的矩形内膜片；所述的每个矩形内膜片由中间的导流薄板和两侧的直边框构成；在每个内膜片的二侧直边框上，设置有凹凸插接结构；一组模块化平板式滤膜元件中的各个内膜片，经凹凸插接结构，组装为一体；在每个内膜片导流薄板的两侧表面上，设置有斜凹槽；在每个内膜片导流薄板的两侧面，分别覆盖有滤膜；在每个矩形内膜片的一个直边框上，设置至少一个方形过滤液导流引出口 ；所述的方形过滤液导流引出口，与抽吸管路固接；所述的抽吸管路与连接管件连接。
[0013]其所述的抽吸管路由塑料管件粘接构成。
[0014]其所述的连接管件为圆管。
[0015]进一步的，在所述每组模块化平板式滤膜元件的两端，设置有边面板；所述的边面板为一与内膜片具有相同外形轮廓的平板，所述的边面板与内膜片之间采用凹凸插接结构，组装为一体。
[0016]进一步的，所述每个内膜片导流薄板的厚度为3.5毫米；所述内膜片的直边框厚度为10毫米。
[0017]更进一步的，所述每个内膜片导流薄板的两侧覆盖有滤膜；所述的滤膜为具有不对称结构微孔的大孔径超滤膜；所述滤膜的材质为聚偏二氟乙烯。
[0018]更进一步的，所述滤膜的平均孔径为0.05微米；每组模块化平板式滤膜元件的总滤膜面积为10平方米。
[0019]更进一步的，多个所述的内膜片经插接组合，构成一组模块化平板式滤膜元件；多组所述的模块化平板式滤膜元件之间，经过连接管件进行管路连接。
[0020]与现有技术比较，本发明的优点是:
[0021]1.由于滤膜元件采用模块化结构，多片内膜片粘结、组装成一体，使得内膜片导流薄板的厚度能比现有的各类平板型膜片导流板的厚度都小，从而提高了等体积平板膜组件的滤膜面积比率；其次，由于集成化程度提高，设计、安装极其方便；
[0022]2.滤膜元件采用模块化平板式结构，重量轻，运输、安装方便，并易于维修和更换，且在总体积(或总重量)相同时，装配成单个滤膜组件时总膜面积容量更大；在相同的总体积条件下，本技术方案的滤膜总面积比目前通用的平板膜组件增加三分之一以上；或者说由于总体积量的减小，在相同滤膜面积的条件下，可降低曝气量三分之一以上，这将使MBR工艺的运行能耗显著降低；
[0023]3，每个内膜片导流薄板的两侧覆盖的滤膜是具有不对称结构微孔的大孔径超滤膜，滤膜材质为聚偏二氟乙烯，平均孔径为0.05微米；该滤膜过滤水通量大，抗污染性能好，运行稳定；[0024]4.过滤液导流引出口采用方形结构，有利于增强模块化元件抽吸管路系统的牢固性；
[0025]5.在导流薄板表面设置有左向斜凹槽和右向斜，交叉分布结构增强了导流板横向的抗弯曲力；
[0026]6.内膜片在长度方向的两个边直边框较厚，并设置有凹凸插接结构，增强了边框长边方向的抗弯曲力，同时能实现两块内膜片之间紧密的结合；
[0027]7.模块化元件之间抽吸管路系统的连接管件采用园管结构，使模块化元件之间的连接与拆装十分紧凑与方便，元件安装于滤膜组件系统的机架时的操作十分便捷。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是本发明的整体结构示意图；
[0029]图2是内膜片的结构示意图；
[0030]图3为内膜片的横截面结构示意图
[0031]图中I为内膜片,2为边面板,3为抽吸管路,4为连接管件,5为导流薄板,6为边框，7为方形过滤液导流引出口，8为斜凹槽,9为凹凸插接结构，10为滤膜。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0033]图1中，本模块化平板式滤膜元件包括多个叠置的矩形内膜片1，所述的矩形内膜片由一个导流薄板和两侧的直边框构成(参见图2所示)，在每个内膜片的至少一个直边框上，设置有凹凸插接结构(参见图3所示)。
[0034]一组模块化平板式滤膜元件中的各个内膜片，经凹凸插接结构，组装为一体。
[0035]在本技术方案中，多个内膜片经插接组合，构成一组模块化平板式滤膜元件。
[0036]每个内膜片上设置有至少一个方形过滤液导流引出口(参见图2所示)，该引出口的方形结构有利于增强模块化元件抽吸管路系统的牢固性。
[0037]其方形过滤液导流引出口，与抽吸管路3固接，所述的抽吸管路由塑料管件粘接构成。
[0038]抽吸管路与连接管件4连接。
[0039]本技术方案中设置的抽吸管路，改变了现有的平板膜组件通常采用软管过渡的连接方式，直接用塑料管件连接构成。确保抽吸管路系统的运行可靠性。
[0040]所述的连接管件为圆管。其使各个模块化元件之间的连接与拆装十分紧凑与方便，元件安装于滤膜组件系统的机架时的操作十分容易和便捷。
[0041]进一步的，在每组模块化平板式滤膜元件的两端，设置有边面板2。
[0042]所述的边面板为一与内膜片具有相同外形轮廓的平板，所述的边面板与内膜片之间采用凹凸插接结构，组装为一体。
[0043]所述每组模块化平板式滤膜元件的总滤膜面积为10平方米。
[0044]多组所述的模块化平板式滤膜元件之间，经过连接管件进行管路连接。
[0045]采用上述结构后，单个元件的滤膜面积为10平方米，总重量小于30公斤。
[0046]图2中，每个矩形内膜片由一个导流薄板5和两侧的直边框6构成。[0047]本技术方案中每个导流薄板的厚度为3.5毫米，比现有的各类平板型膜片导流板的厚度都小，从而提高了等体积平板膜组件的滤膜面积比率。
[0048]内膜片的直边框厚度为10毫米，内膜片两边直边框的厚度较厚，增强了长边方向的抗弯曲力，同时能实现两块内膜片之间的紧密结合。
[0049]在每个内膜片的一个直边框上，设置有至少一个方形过滤液导流引出口 7(图中为两个)，该引出口的方形结构有利于增强模块化元件抽吸管路系统的牢固性。
[0050]在内膜片导流薄板5的两侧表面上，设置有斜凹槽8。
[0051]所述的斜凹槽由左向斜凹槽和右向斜凹槽交叉设置构成，其所述的左向斜凹槽和右向斜凹槽交叉成40度夹角，交叉分布在内膜片的两侧表面上。
[0052]斜凹槽的设置，增强了导流板横向的抗弯曲力。
[0053]图3中，在每个内膜片导流薄板5的两侧面，分别设置有滤膜10。
[0054]滤膜可选用大孔径超滤膜作专用滤膜。
[0055]其所述的凹凸插接结构9，对应地设置在每个内膜片的两个直边框上。
[0056]一组模块化平板式滤膜元件中的各个内膜片，经凹凸插接结构，组装为一体。
[0057]本技术方案中的模块化平板式滤膜元件，采用ABS塑料作为内膜片的导流板、直边框和抽吸管路的原料，选用平均孔径为0.05微米的PVDF (Poiy Vinylidene Fluoride,聚偏氟乙烯或聚偏二氟乙烯)大孔径超滤膜作专用滤膜，制作成32块内膜片，每片内膜片的有效膜面积约0.32平方米，单个元件的滤膜总面积达10平方米。选用ABS塑料专用粘结剂和聚烯胺类粘结剂进行内膜片之间、导流板和抽吸管路之间的粘结与連通。
[0058]采用本技术方案的模块化元件组装成MBR工艺的滤膜过滤系统后，在相同的总体积条件下，滤膜总面积将比目前通用的平板膜组件增加三分之一以上。或者说由于总体积量的减小，在相同滤膜面积的条件下，可降低曝气量三分之一以上，这将使MBR工艺的运行能耗显著降低。
[0059]据报道，常用于MBR工艺的滤膜有微滤膜(MF)和超滤膜(UF)，目前大多数MBR工艺都采用0.0.4 μ m膜孔径的微滤膜，它对于截留微生物絮体为主的活性污泥来讲，完全可以达到目的。
[0060]微滤是一种精密过滤技术，微孔滤膜是具有比较整齐、均匀的多孔结构滤膜，它的孔径范围一般为0.f 10 μ m，使用压力低，产水量大。
[0061]超滤是一种分子级的过滤技术，超滤膜的微孔具有不对称结构，因此膜孔不易被堵塞，膜的切割分子量从1000到300000左右，膜孔径大约为f IOOnm ;超滤因具有过滤稳定性好，膜孔不易被堵塞，便于操作的特点而被广泛的应用于溶液的净化、分离和浓缩。
[0062]现有的MBR工艺用膜，大多数是孔径在0.θ.4μπι范围的微滤膜，也有的采用切割分子量50000-100000的超滤膜品种。前者因膜孔径较大，而使产水量较高；后者则因膜孔具有的不对称结构而使产水稳定性好。
[0063]采用超滤膜的制备方法，制备具有不对称结构的大孔径滤膜，使其孔径达到
0.f 0.4 μ m的范围，即一种超微滤膜的新产品，应用于MBR工艺，则由于该滤膜兼具有产水量大而过滤稳定性好的优点，将促进MBR工艺在环境工程中的开发应用。
[0064]授权公告日为2008年10月8日，专利号为ZL200510031066.8的中国发明专利“大孔径聚醚砜膜及其制备方法和用途”中，比较了微滤膜和大孔径超滤膜用于MBR工艺的不同特点，较详细说明了大孔径超微滤膜用于MBR工艺的优点，其内容可作为滤膜孔径参数对性能影响的参考，故在此对于滤膜孔径对其性能的影响不再详述。
[0065]采用本模块化平板式滤膜元件，能十分方便的组装构成MBR膜分离系统的单个滤膜组件，该滤膜组件的总膜面积可从几十平方米到一千平方米，既能用于家庭污水处理项目，更能用于大型市政污水处理工程项目。
[0066]本发明可广泛用于污水处理工艺中膜生物反应器的设计、制造领域。
【权利要求】
1.一种用于膜生物反应器的模块化平板式滤膜元件，其特征是: 所述的模块化平板式滤膜元件包括多个叠置的矩形内膜片； 所述的每个矩形内膜片由中间的导流薄板和两侧的直边框构成； 在每个内膜片的二侧直边框上，设置有凹凸插接结构； 一组模块化平板式滤膜元件中的各个内膜片，经凹凸插接结构，组装为一体； 在每个内膜片导流薄板的两侧表面上，设置有斜凹槽； 在每个内膜片导流薄板的两侧面，分别覆盖有滤膜； 在每个矩形内膜片的一个直边框上，设置至少一个方形过滤液导流弓I出口； 所述的方形过滤液导流引出口，与抽吸管路固接； 所述的抽吸管路与连接管件连接。
2.按照权利要求1所述的用于膜生物反应器的模块化平板式滤膜元件，其特征是所述的凹凸插接结构，对应地设置在每个内膜片的两个直边框上。
3.按照权利要求1所述的用于膜生物反应器的模块化平板式滤膜元件，其特征是所述的斜凹槽由左向斜凹槽和右向斜凹槽交叉设置构成，其所述的左向斜凹槽和右向斜凹槽交叉成40度夹角，交叉分布在内膜片导流薄板的两侧表面上。
4.按照权利要求1所述的用于膜生物反应器的模块化平板式滤膜元件，其特征是所述的抽吸管路由塑料管件粘接构成。
5.按照权利要求1所述的用于膜生物反应器的模块化平板式滤膜元件，其特征是所述的连接管件为圆管。
6.按照权利要求1所述的用于膜生物反应器的模块化平板式滤膜元件，其特征是在所述每组模块化平板式滤膜元件的两端，设置有边面板；所述的边面板为一与内膜片具有相同外形轮廓的平板，所述的边面板与内膜片之间采用凹凸插接结构，组装为一体。
7.按照权利要求1所述的用于膜生物反应器的模块化平板式滤膜元件，其特征是所述每个内膜片导流薄板的厚度为3.5毫米；所述内膜片的直边框厚度为10毫米。
8.按照权利要求1所述的用于膜生物反应器的模块化平板式滤膜元件，其特征是所述每个内膜片导流薄板的两侧覆盖有滤膜；所述的滤膜为具有不对称结构微孔的大孔径超滤膜；所述滤膜的材质为聚偏二氟乙烯。
9.按照权利要求1或8所述的用于膜生物反应器的模块化平板式滤膜元件，其特征是所述滤膜的平均孔径为0.05微米；所述每组模块化平板式滤膜元件的总滤膜面积为10平方米。
10.按照权利要求1所述的用于膜生物反应器的模块化平板式滤膜元件，其特征是多个所述的内膜片经插接组合，构成一组模块化平板式滤膜元件；多组所述的模块化平板式滤膜元件之间，经过连接管件进行管路连接。
【文档编号】C02F3/12GK103706255SQ201210378233
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年9月29日 优先权日:2012年9月29日
【发明者】梁国明, 徐伟杰, 楼福乐, 童国英 申请人:上海斯纳普膜分离科技有限公司