一种浸没式渗透蒸发平板膜元件、组件及水处理系统的制作方法

本实用新型涉及净水制备和废水处理设备领域，具体涉及一种浸没式渗透蒸发平板膜元件、组件及水处理系统。

背景技术：

随着社会经济规模的持续和高速发展，对水、各种溶液的使用和产生的废水废液处理，已成至关重要的命题。纯水、超纯水在工业中的应用及其广泛；工艺流程中使用后的溶液回收、浓缩再利用，对企业与社会具有相当高的价值；在生活污水处理中，在除磷、除氨氮、降cod(化学需氧量，chemicaloxygendemand)方面，具有开发新工艺替代传统工艺的迫切需求；如钢铁行业、电镀厂、印染厂等产生大量的工业废水，成分相对复杂，不仅含有酸和水，还会存在大量的fe离子或al离子等金属离子，处理难度大，对工艺设备的要求极高；又如在化工行业和制药厂等产生大量的工业废水，含有高浓度的有机溶液，采用传统精馏工艺处理则建设成本和运行费用双高。相对而言，膜技术应用于处理高浓度工业废水受到限制。

目前膜技术各种新型的膜材料也不断问世，基本特点如下：

1、然而无论微滤或者超滤，均无法对高浓度工业废水进行无害化处理。虽然反渗透膜具有一定分离盐成分的能力，但无法适应极度苛刻的处理负荷，且工艺复杂、成本高，维护量大。

2、渗透蒸发作为一种无污染、高能效的膜分离技术已经引起广泛的关注，其突出的优点是能够以低的能耗实现蒸馏、萃取和吸收等传统方法难以完成的分离任务。

3、膜技术的模块化设计能够有效利用空间，容积负荷高，占地少，且操作维护简单方便快捷，同样也方便扩容。

4、除了以上用途外，渗透蒸发膜在其他领域的应用尚都处在实验室阶段。预计在工业废水处理中有较好应用前景，采用渗透蒸发膜去除少量有毒有机物(如苯、酚、含氯化合物等)。

5、渗透蒸发技术不仅本身具有少污染或零污染的优点，而且可以从体系中回收污染物，是一种符合可持续发展战略的“清洁工艺”。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种浸没式渗透蒸发平板膜元件、组件及水处理系统，主要目的是以浸没式平板膜工艺，将渗透蒸发技术应用在纯水制备和废水处理设备，其核心为采用纳米结构高分子复合材料的渗透蒸发膜，以平板膜形式封装成元件，具有较强的耐高温、抗腐蚀、抗菌、防污染性；并多块平板膜元件组合在专用支架形成组件，形成量产规模。

为达到上述目的，本实用新型主要提供了如下技术方案：

一种浸没式渗透蒸发平板膜元件，包括：

支撑板，所述的支撑板的两侧平面均间隔布设直线流道，所述的支撑板的两侧平面上均布圆形凸点，所述的支撑板的两侧平面的四周设有上胶槽，所述的直线流道连接有出水口，所述的出水口连接有出水嘴；

固定在所述支撑板的直线流道平面上的导流布；

盖在所述导流布上并封装在所述支撑板上的渗透蒸发膜。

本实用新型采用浸没式，将膜元件或组件浸没于水体中，利用跨膜压差产分离水分；渗透蒸发膜由一层极薄表皮层和较厚的起支撑层组成，可通过扩散和蒸发作用分离挥发性物质。

以下作为本实用新型的优选技术方案：

所述的支撑板顶部还设置有安装把手，所述的支撑板为abs，所述的支撑板均布宽度2～5mm的流道，以及外径8mm的抽吸产水出口。所述的直线流道的宽度为2～5mm。

所述的导流布为pet无纺布、pp无纺布中的一种，所述的导流布厚度为10～100g/m²，所述的导流布点焊于支撑板的有效通量面积内。

所述的渗透蒸发膜包括：支撑层和设置在所述支撑层上的表皮层，针对处理不同的液体，支撑层为有机硅树脂、聚偏二氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚乙烯、聚醚砜、聚氯乙烯等中的一种，表皮层为苯乙烯-丙烯酸共聚物、苯乙烯-丁二烯-马来酸酐共聚物、磺化苯乙烯-丁二烯共聚物中的一种；以及采用不同厚度基膜和涂覆膜，产生优化的水处理工艺。

所述的表皮层为苯乙烯-丙烯酸共聚物、苯乙烯-丁二烯-马来酸酐共聚物、磺化苯乙烯-丁二烯共聚物中的一种；所述的表皮层的厚度为1～5um。

所述的支撑层为有机硅树脂、聚偏二氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚乙烯、聚醚砜、聚氯乙烯等中的一种；所述的支撑层厚度为10～100um；所述的支撑层孔径为20～200nm；所述的支撑层孔隙率为40～90％。

所述的渗透蒸发膜采用密封胶和封装带的组合封装结构，所述的密封胶填充在所述上胶槽内，所述的封装带沿所述支撑板的四周包边。将渗透蒸发膜与支撑板的结合缝完全封闭，对处理强腐蚀性液体具有极好的防护作用。

所述的密封胶为耐酸碱、耐高温工业硅酮胶；

所述的封装带为耐酸碱、耐高温pet保护膜胶带。

所述的浸没式渗透蒸发平板膜组件，包括多个浸没式渗透蒸发平板膜元件，以平行排列的方式装配于支架上，并由集水管将所述浸没式渗透蒸发平板膜元件的出水嘴连接一体，形成所述浸没式渗透蒸发平板膜组件的顶部出口。

一种采用浸没式渗透蒸发平板膜组件的水处理系统，包括：与废水连接的废水泵、与废水泵出口连接的过滤单元、与过滤单元出口连接的高位集水箱、与高位集水箱出口连接的加热单元、通过循环驱动泵与加热单元出口连接的浸没式渗透蒸发平板膜组件、与浸没式渗透蒸发平板膜组件的顶部出口连接的冷凝器、与冷凝器的出口连接的液汽分离单元、与液汽分离单元连接的真空泵，浸没式渗透蒸发平板膜组件的底部出口与加热单元的进口连接，将浸没式渗透蒸发平板膜组件的液体回流。

本实用新型中，加热液体60至70℃，浸没式渗透蒸发平板膜元件内腔形成-0.085～-0.098mpa的压力，扩散至渗透蒸发膜负压侧的液体快速挥发，通过支撑件的流道由出水嘴集成到集水管，输出至冷凝器中冷凝转换成冷却液态，经过液汽分离单元排出处理后液体，气体由真空泵排出，保持抽吸管路的真空度。该水处理系统特别适合对生活污水除磷、除氨氮、降cod处理。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

一、渗透蒸发膜以平板形式的元件应用，并装配成膜组单元配置于系统，趋势于量产规模的实现，这是一项独创的、完全新型的技术。

二、因为基于耐高温、防腐蚀的设计，浸没式渗透蒸发平板膜元件和膜组件具有优异的耐酸碱等抗化学性，直接浸没在ph值在0～14的液体中，耐候性可达3年或以上，可以用于各类强酸强碱、有机等液体的处理。

三、本实用新型所采用的渗透蒸发膜技术，具有高效的分子分离作用，能够处理高浓度、难度的液体，且不易被杂质和细菌沾污，完全截流液体中的分子团颗粒。

四、本实用新型所采用的渗透蒸发膜元件为板式结构，并以简约的方式装配成膜组件，较之于现有的其它膜处理的运行维护简单，且维护周期长，极大提高了处理效能，降低了运营成本。

五、本实用新型提供的一种浸没式渗透蒸发平板膜处理系统，绝大多数的单元部件都是正常的工业产品，无需另行开发研制；系统可实现多点传感数据，plc集成处理和控制，并配置网络接口实现远程操控；与现有的膜处理工艺系统相比较，单元环节少，具有系统结构简单、易于操作与维护。本实用新型可广泛应用于科研、电子、食品、日化、医药、石化、冶金等领域，包括纯水、超纯水的制备，以及工业各类性质废水的处理。

六、本实用新型提供的渗透蒸发膜元件主要的支撑板为abs工程材料，其使用寿命10至15年。当膜元件经过长期运行的效能降低，正常维护无法恢复，则可以进行过滤膜的更新，支撑板重复利用，对企业提升经营效益、客户降低更新成本、节能减排的资源再利用都是极大的利好。

附图说明

图1为本实用新型浸没式渗透蒸发平板膜元件的结构示意图；

图2为本实用新型中支撑板的结构示意图；

图3为本实用新型采用浸没式渗透蒸发平板膜组件的水处理系统的结构示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，为本实用新型浸没式渗透蒸发平板膜元件，包括：支撑板1、出水嘴13、支撑板1两侧导流布5和过滤膜4、封装条3。支撑板1为平板状，并设直线流道12，平面上均布圆形凸点，四周设有闭合的上胶槽11；导流布5点焊于支撑板1的有效通量面积内，并与支撑板1间形成膜腔；上胶槽11喷有密封胶2(耐高温防腐密封胶)；过滤膜4采用渗透蒸发膜，由密封胶2与支撑板1粘合；封装条3沿上胶槽11走向将过滤膜4密闭于支撑板1上；支撑板1内腔设有与直线流道12贯通的出水口14(即与支撑板1外侧出水嘴13位置对应的内侧设有出水口14)，与支撑板1顶部一体成型的出水嘴13相通；支撑板1顶部还设置有安装把手。

支撑板1由采用abs；

导流布5点焊于支撑板1的有效通量面积内，导流布5与支撑板1间形成膜腔。导流布5采用聚酯pet(聚对苯二甲酸乙二酯)材质，密度80至90g/m²，厚度0.24至0.28mm，纵向拉伸强度216n/5mm，横向拉伸强度173n/5mm。

过滤膜4采用渗透蒸发膜，包括支撑层和设置在支撑层上的表皮层。表皮层为苯乙烯-丙烯酸共聚物、苯乙烯-丁二烯-马来酸酐共聚物、磺化苯乙烯-丁二烯共聚物中的一种；表皮层的厚度为1～5um。实验中，表皮层为苯乙烯-丙烯酸共聚物，表皮层的厚度为3um。

支撑层为有机硅树脂、聚偏二氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚乙烯、聚醚砜、聚氯乙烯等中的一种；所述的支撑层厚度为10～100um；所述的支撑层孔径为20～200nm；所述的支撑层孔隙率为40～90％。实验中，支撑层为聚偏二氟乙烯；支撑层厚度为50um；支撑层孔径为50～150nm；所述的支撑层孔隙率为50～70％。

密封胶2采用中性硅酮密封胶，应用于工业耐酸碱性的使用环境，在280℃高温条件下热老化性能保持良好；防水密封粘接，粘接强度抗拉和抗剪都大于1.5mpa；为无毒产品，符合食品机械和食品设备密封和粘接产品。

封装条3采用高温胶带，是以pet薄膜为基材，涂上有机硅酮亚敏胶，具有极佳的耐200℃高温性、抗化学性、电绝缘性；拉伸强度大于130mpa；厚度0.055至0.060mm；使用宽度规格20、25、50mm。

浸没式渗透蒸发平板膜元件的制程，包括：支撑板1、支撑板1两侧导流布5、两侧过滤膜4、封装条3。以大于上胶槽11外圈16mm裁剪过滤膜4；两侧导流布5使用超声波焊接机点焊于支撑板1的有效通量面积内，导流布5与支撑板1间形成膜腔；先单面将中性硅酮密封胶均匀布设于上胶槽11内；将过滤膜4居中覆设，由密封胶2与支撑板1粘合；封装条3沿上胶槽11走向将过滤膜4密闭于支撑板1上；然后在另一面重复操作；完成后搁置24小时，待中性硅酮密封胶固化使用。

浸没式渗透蒸发平板膜组件24，包括多个连接的浸没式渗透蒸发平板膜元件，以平行排列的方式装配于支架上，并由集水管将一组出水嘴13连接一体，形成浸没式渗透蒸发平板膜组件24的顶部出口。

如图3所示，一种采用浸没式渗透蒸发平板膜组件的水处理系统，包括：与废水连接的废水泵26、与废水泵26出口连接的过滤单元、与过滤单元28出口连接的高位集水箱27、与高位集水箱27出口连接的加热单元29、通过循环驱动泵25与加热单元29出口连接的浸没式渗透蒸发平板膜组件24、与浸没式渗透蒸发平板膜组件24的顶部出口连接的冷凝器23、与冷凝器23的出口连接的液汽分离单元21、与液汽分离单元21连接的真空泵22，浸没式渗透蒸发平板膜组件24的底部出口与加热单元29的进口连接，将浸没式渗透蒸发平板膜组件24的液体回流。

本实用新型中，加热液体60至70℃，浸没式渗透蒸发平板膜元件内腔形成-0.085～-0.098mpa的压力，扩散至渗透蒸发膜负压侧的液体快速挥发，通过支撑件1的直线流道12由出水嘴13集成到集水管，输出至冷凝器23中冷凝转换成冷却液态，经过液汽分离单元21排出处理后液体，气体由真空泵22排出，保持抽吸管路的真空度。

支撑板1结构尺寸定型，由于浸没式渗透蒸发平板膜元件长期运行于高负压真空和加热的环境，支撑板1需要对整体浸没式渗透蒸发平板膜元件有较强的支撑力；更由于浸没式渗透蒸发平板膜元件内腔为抽吸工作方式，势必需要考虑流道阻损的影响，有效发挥渗透蒸发平板膜的均衡过滤，经对实验数据综合分析，支撑板规格尺寸如下表1定型：

表1

浸没式渗透蒸发平板膜组在水处理系统多单元配置法：采用n+1的配置，按处理量分摊n个系统环节单元，另加相应1个单元作为备用，保障系统不间断的连续运行。

冷凝器23形式，在实验活动中，可选用风冷式闭式冷却器，而在实际项目中试和实施中则选用闭式冷却塔，以实现量产系统的真空循环。

真空泵22采用550w二级无油高真空泵，液汽分离单元21采用vfw-08真空泵汽水分离器，冷凝器23采用ah0608t风冷式散热器，加热单元29采用2kw铁佛龙电加热管，浸没式渗透蒸发平板膜组件26采用pp材质(机架)，另外具体采用chb温控仪、k型贴片式铁佛龙感温探头、dh48s循环控制时间继电器、yz-s80智能数显压力控制器等。

基于渗透蒸发膜工程项目前期处理实验需求开发的机型，可调整负压、温度、时间的综合工艺条件，同理也可应用于有负压、温度、时间工艺要求的其它实验；为适应不同性质液流，标准配置设备的框架采用聚丙烯(pp)材质，耐高温、防腐蚀；设备双槽设计，能够实现二级处理循环；采用时间循环、真空压力、pld温控的自动控制系统，操作便捷。

本实用新型实施例针对纯水制备和有机废水处理的实验结果如下表2所示：

表2

本实用新型实施例中未尽之处，本领域技术人员均可从现有技术中选用。

以上公开的仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以上述权利要求的保护范围为准。