专利名称：一种中空纤维膜组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种膜分离水处理设备，尤其涉及一种应用于水处理的 中空纤维膜组件和利用中空纤维膜组件的膜生物反应器，属于水处理^支 术领域。
背景技术：
膜生物反应器(Membrane Bioreactor， MBR)工艺是一种^1夺膜分 离技术与传统生物处理技术有机结合的高效污水处理与回用技术。在 MBR系统中，污水中的各类污染物主要通过微生物的生物化学作用加以 去除，但与传统生物处理工艺不同的是，膜组件替代了二沉池以其高效 分离作用使泥水彻底分离，这使得污泥停留时间和水力停留时间可以相 互独立，生化反应池中活性污泥浓度的增大和活性污泥中特效菌的积 累，提高了生化反应速率。微生物与水的分离不再通过重力沉淀，而是 在压力的驱动下，水分子和部分其他小分子物质能够透过膜，微生物和 大分子物质则被膜截留在反应池内，从而使系统获得了优良的出水水 质。MBR工艺基本解决了传统污水处理工艺普遍存在的出水水质不稳定、 占地面积大、工艺控制复杂等突出问题，是极具发展潜力的水处理工艺， 尤其在污水再生利用方面，MBR工艺可以将生活污水、城市污水或与之 相近的工业废水一步到位地处理成可以作为城市杂用水、工业循环冷却 水等用途的优质再生水，目前在全世界范围内正日益受到广泛的学术关 注，大规模的工程应用也逐渐增多。根据膜组件的设置位置，膜生物反应器可分为外置式(或称分体式、 分置式)膜生物反应器和内置式(或称浸入式、 一体式、浸没式)膜生 物反应器两大类。外置式膜生物反应器一般多选用柱式中空纤维膜组件或管式膜组 件，是把膜组件和生物反应器分开设置，生物反应器中的混合液经循环 泵增压后送至膜组件的过滤端，在压力作用下混合液中的液体透过膜，成为系统处理出水，固形物、大分子物质等则^皮膜截留，随浓缩液回流 到生物反应器内。外置式膜生物反应器的特点是运行稳定可靠，.易于膜 的清洗、更换及增设，而且膜通量普遍较大，但一般条件下，为减少/亏 染物在膜表面的沉积，延长膜的清洗周期，需要用循环泵提供较高的膜 面错流流速，致使循环泵的水流循环量和所需扬程增大，动力费用增高，吨水能耗高达2~10kWh/m3,并且泵的高速旋转产生的剪切力会使某些 微生物菌体产生失活现象。内置式膜生物反应器大多选用帘式或束式中空纤维膜组件或板框 式膜组件，是把膜组件浸没于生物反应器的液位以下，原水进入膜生物 反应器后，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥分解或转化，再 在抽吸泵提供的负压作用下或者在水位差的作用下由膜过滤出水，曝气 系统设置在膜组件下方， 一方面给微生物分解有机物提供了所必需的氧 气，另一方面利用气提原理，使气水二相流对膜外表面进行水力沖刷， 以此来抑制膜面污泥层的沉积。内置式膜生物反应器较之外置式膜生物 反应器省去了混合液循环系统，结构更为紧凑，占地面积小，并且靠抽 吸出水，吨水能耗相对较低，降至1 ~ 2. 4kWh/m3,但膜组件的安装、检 修、清洗很不方便，清洗劳动强度大，成本较高，膜通量也相对较小。学术研究和工程实践所证实，但不论是外置式还是内置式膜生物反应 器，与目前较为成熟的其他污水处理工艺相比，由于膜组件造价高而引 起基建投资高；由于高扬程的循环泵或高强度的曝气而引起运行能耗 高；由于膜组件清洗操作复杂而引起维护管理复杂；此三大突出问题在 很大程度上限制了膜生物反应器真正实现产业化。如何在有效控制膜污 染的前提下， 一方面尽可能地提高膜通量借以降低膜组件的造价，另一 方面尽可能降低循环泵或曝气的能耗，同时开发出简便、易行、可靠的 膜清洗措施，是全面解决前述三大问题的关键所在，而大量的研究和实 践又证实，新型膜组件的开发又是关键之关键。所谓新型膜组件， 一方 面需要膜材料上的创新，另一方面则需要膜组件结构上的创新。所谓的膜组件是将一 定面积的膜元件以某种形式组装成的膜分离器件，是工程应用当中安装膜的最小单元。膜元件的基本形式有平板式、 管式、毛细管式以及中空纤维式，在膜生物反应器中适用的则主要有平 板式、管式以及中空纤维式，相应,的膜组件形式为板框式、柱式、帘式 或束式，板框式膜组件通常采用平板式元件，柱式膜组件通常采用管式 或中空纤维式元件，帘式或者束式膜组件通常采用中空纤维式元件。由于工程实际要应用较大面积的膜，所需膜组件的数量很大，因此往往需 要将一个或数个膜组件以某种形式组装成膜组件单元，其中包括膜组 件、集水管、固定支架等，根据膜组件的型式，也有板框式、柱式、帘 式或束式等形式。在平板膜、管式膜以及中空纤维膜等几种膜元件形式当中，中空纤 维膜因为装填密度大、成本低而得到了广泛的应用。以中空纤维膜元件 制成的中空纤维膜组件有帘式、束式和柱式三种基本的形式。有关中空纤维帘式膜组件可以参见中国专利及专利申请00102210. 5 、 01820629.8 、 03803307.0 、 200410098416.8 、 200420029295.7 、 200510013293.8、 200510015570.9、 200510116589.2、 200520123501.5、 200610104225. 7。有关中空纤维束式膜组件可以参见中国专利及专利申 请 02158708.6 、 02158711.6、 03822704.5 、 200420029337.7 、 200420109650.1、 200510049324.5、 200580025651.5、 200610065807.9，200620039621.1、 200710056641.9。有关中空纤维柱式膜组件可以参见 中国专利及专利申请99800749.8 、 01229169.2 、 01229790.9 、 03121949.7 、 200310100565.9 、 200420056864.7 、 200420056865.1 、200480028264.2、 200510015346.X及200520027729. 4、 200610129352. 2。 上述这些中空纤维膜组件均普遍存在一个问题中空纤维膜丝根部积泥 现象严重，而且一旦形成积泥又很不容易进行清除，这样降低了膜组件 过滤的有效面积和过滤的均匀性，膜丝根部膜污染的继续发展和蔓延又 会进一步加剧过滤的不均匀性以及有效过滤面积的丧失，最终缩短了整 个中空纤维膜组件的^f吏用寿命。中国专利申请200510049324.5 />开的 解决办法是将中空纤维膜分成若干束，均匀分布于中心曝气管的周围， 利用膜组件底部的曝气头提供的气流对纤维膜束进行水力冲刷，虽然可以在一定程度上降低中空纤维膜中部的污染，但是中空纤维膜束根部积 泥现象没有得到解决。目前在市场上有一种与前述专利申请类似的膜组 件产品，其在每个纤维膜束下端端头中预先埋入一段短管，气体通过短 管进行曝气，以加强对纤维膜束根部的冲刷效果，但是此短管管口朝上， 而且口的上缘高出中空纤维膜浇铸端面一定高度，这样产生的曝气气流 不能对膜丝根部进行较为彻底的吹扫和冲刷，而且未能防止中空纤维膜 束上端根部产生积泥，因此根部积泥的问题仍然没有得到很好的解决。发明内容本发明的一个目的是提供一种中空纤维膜组件，水处理过程中可以 有效避免中空纤维膜根部积泥。本发明的另 一个目的是提供一种利用此发明的中空纤维膜组件的 膜生物反应器。本发明还有 一个目的是提供一种利用此发明的中空纤维膜组件或 者利用本发明的膜生物反应器的水处理设备。为了实现上述发明目的，本发明采用以下的技术方案 本发明提供了 一种中空纤维膜组件，包括由多才艮中空纤维膜丝组成 的中空纤维膜束、中空纤维膜束一端的端头、进气管和产水管，其特征 在于在所述端头的端面上有带布气孔的布气装置，该布气装置与进气 管连通，所述布气孔的孔口朝向中空纤维膜丝根部。布气装置不仅使得曝气更加均匀，而且对于中空纤维膜丝根部的冲 刷也更为彻底。中空纤维膜丝在膜组件中的装填密度^f艮大，通常可高达 300 ~ 1200m7m3，在这样高的装填密度下，膜丝根部很容易产生积泥现 象，而且一旦形成积泥又很不容易进行清除。本发明提供的布气装置设 置于中空纤维膜丝的根部，并且布气孔的孔口朝向根部而不是直接朝 上，因此从布气孔出来的气流不是直接上升，而是首先沖刷膜丝根部， 大幅提高了中空纤维膜丝根部的水流紊动性，使得待过滤的液体中的固 形物不容易沉积和停留，从而避免污泥在中空纤维膜丝根部的淤积。本 文中空纤维膜丝也称为膜丝，中空纤维膜束也称为膜束。所述的布气装置的布气孔的孔口朝向可以有水平、竖直朝上、竖直 朝下、斜向上以及斜向下等多种选择，优选的布气孔的孔口朝向水平方 向或者斜下方向。对于膜束的根部来说，布气孔的孔口竖直朝上或斜向上时，气流方向总体上平行于膜丝表面，对膜丝根部产生的沖刷力小；布气孔的孔口的朝向为水平方向时，从其中出来的气流方向垂直于膜丝 表面，相对于孔口朝向上时产生的冲刷力大大增加，而且还有部分气流会朝向下方运动，有助于对膜丝根部的冲刷；布气孔的孔口朝向斜下方 向时，出来的气流方向是斜着朝向端头的浇铸端面，气流会优先向下运 动，也增加了对膜丝根部的沖刷，而且气流在完成对膜丝根部的冲刷以 后会继续上升，形成的气水二相流继续为中空纤维膜丝其他部位提供表 面错流，很明显的，这样的冲刷效果要优于孔口竖直朝上和斜向上时的 沖刷效果。对于上述的中空纤维膜组件，所述的布气装置可以有至少三根中空 的辐条，该辐条侧面开有所述的布气孔。多根辐条的布置使得曝气更加 均匀，因此对于膜束根部的沖刷也较为全面，另外上升的气水二相流也 更加均勻。所述的辐条可以以端头中心为圆心呈星形均匀分布。优选使 用3 8根径向的或者螺旋形弯曲的辐条，将端面平均分为3~ 8个面积 相等的部分，相应的，中空纤维膜束也被均匀的平均分为3 ~ 8个小束， 每一小束均浇铸在辐条之间的间隙里。布气孔的孔口开在辐条的侧壁上，从布气孔出来的气流方向一般是 朝向水平的。辐条的侧壁有一定的厚度时，加工的过程中可以利用辐条的厚度对布气孔的孔口进行设计，使得从布气孔出来的气流是斜着朝向 下的，或者斜着朝向上。当然，本发明优选斜着朝向下的方式。也可以 选择其它方式实现对气流方向的控制。所述的布气孔的形状、数量、大小和分布形式有多种形式。形状可 以采用圓形或者长条形，沿着辐条由端头端面中心向端头端面的边缘呈 线性分布，当为条形孔时，各孔的长边应大致平行于端面。布气孔的孔 口距中空纤维膜丝的端面的距离可以相等，也可以不相等，且该距离范 围为lmm 20mm，优选2mm 10mm。所述布气孔的直径或短边的长度为lmm ~ 1 Omm, 优选lmm ~ 5mm。所述中空纤维膜丝可以有且仅有一端浇铸封结于所述的端头之内，. 而另一端可以自由摆动，并且采用已知的任何方式做成闭孔状态，例如 通过使用树脂胶液密封，树脂可以选用热塑性树脂也可以选用热固性树 脂，优选使用热固性树脂，热固性树脂可以选用环氧树脂、不饱和聚酯 树脂、丙烯酸树脂等树脂类型，热固性树脂优选使用柔性的树脂，例如 柔性环氧树脂，选用柔性的树脂密封可以使得中空纤维膜丝在变形的过 程中，有一个很好的緩冲，不致于脆性断裂。所述的端头内部设有产水 收集室，外部设有产水管，产水收集室与产水管相连通。膜组件工作时， 该端头可以是在中空纤维膜束的上部，也可以是在中空纤维膜束的下 部。优选使用工作时，端头处于中空纤维膜束下部的中空纤维膜组件， 这样可以避免当膜丝下端自由摆动时因气水二相流的上升而容易出现 的膜丝互相缠绕的问题。上述的任一 中空纤维膜组件中，所述端头的浇铸端面可以是平面， 也可以是凸起或凹陷的端面。作为优选，所述端头的浇铸端面是凸起的 端面。端面如果是平面或凹陷的端面，污泥会有较严重的淤积现象。凸 起结构的特点是中间高四周低，这样会形成一个由中间向四周的一个倾 斜，此结构有利于气流将污泥等污染物吹向四周，有利于减少污泥的淤 积。作为优选，所述凸起的端头的端面为圆台形。圓台形的结构更加容 易加工，也利于在中间设置连接管等其他部件。上述的任一中空纤维膜组件，可以在中空纤维膜束外设置一个壳 体。壳体的作用是对曝气形成的气水二相流有一个束缚的作用，使其不 至于扩散至壳体外围，从而大幅缩小了气提断面，使得在较小的曝气量 的情况下就可以在中空纤维膜束中得到较高的曝气强度，使气水二相流 对膜丝外表面具有更好的水力沖刷效果，可以很好地抑制膜污染的发 展，并能够显著节约曝气能耗。所述的壳体的侧壁上可以没有孔洞，也可以有一部分孔洞，^旦孔洞 设置不宜太多，孔洞面积也不宜太大，尤其是在同一水平面上或者是在 壳体侧壁的同一轴线上。作为优选，所述的壳体的侧壁上不设任何孔洞。所述的壳体的横截面可以是圓形，也可以是矩形、方形或其他已知 的任意形状。作为优选，所述的壳体的横截面是圆形。所述的壳体从上 到下各4黄截面的面积可以相同，也可以千相同。作为优选，所述的壳体 从上到下各横截面的面积是相同的，或者中间部分的横截面面积略小于 上下两端的横截面面积，例如可以设计成类似于文丘里管或文丘里喷嘴的形状。所述的壳体的长度范围为0. lm~4. 0m。作为优选，所述的壳体 的长度范围为1.5m~2. Om。所述的壳体的直径范围为5隱 400mm,优 选30mm ~ 300mm。所述的端头可以在壳体的内部，也可以在壳体的外部。优选地，所 述的端头完全在壳体内部，端头与邻近的壳体端口的距离为壳体长度的 1/20 ~ 1/3。壳体端口在横断面上的开孔面积占端口横断面面积的百分 数应大于10°/。，优选大于80%;壳体内部任一横断面上的未被端头或中 空纤维膜丝填充的面积占横断面总面积的百分比应大于10%，优选大于 50%，这样可以确保当膜组件工作时，待过滤的液体能够从壳体的下端 口进入壳体内部，最后从壳体的上端口流出壳体，并且壳体内部液流的 流动较为畅通。所述壳体与所述端头通过可拆卸的结构连接在一起，这样既可以确 保中空纤维膜束在膜组件工作过程中始终完全被罩在壳体内部，壳体能 够随着端头的晃动而晃动，始终不与之相分离，同时又使得端头可以与 壳体相互分离，这使得中空纤维膜束和壳体可以相互独立更换，在一定 程度上提高了材料的利用率。上述的中空纤维膜组件，所述的壳体的上端口和下端口可以完全敞 开，也可以罩以带有开孔的嵌入件。所述的带有开孔的嵌入件沉入式地设置于壳体的至少一个端口上， 用以固定中空纤维膜束的端头，另外，由于嵌入件上有孔，在曝气过程 中，待过滤液体可以通过嵌入件上的孔自由进出壳体，为待过滤液体的 循环流动带来便利。气提作用的存在，待过滤液体自壳体的下部进入壳 体中，从壳体上部流出，形成气水循环流动。作为优选，在壳体的两个 端口上均设置有嵌入件。所述的嵌入件可以通过卡扣、螺栓或其他已知体相连接。. 上述的中空纤维膜组件，所述的嵌入件在横断面上的开孔面积占嵌入件夢断面面积的百分数大于io%,优选大于8oy。。开孔率大于io。/。能够避免堵塞液流，大于80%时，液体在通过嵌入件区域时会更加顺畅，阻力更小，利于形成更好的气水二相流，以确保对中空纤维膜束的冲刷效 果。上述的中空纤维膜组件，所述的嵌入件可以有一圓周，圆周的外径 略小于壳体的内径，使得嵌入件刚好嵌在壳体的端口上。从所述圆周的 圓心处向圓周方向可以延伸出至少三根成辐射状的支撑条，支撑条之间均为孔隙。优选使用3 8根支撑条。相对于格栅或网状的嵌入件来说， 支撑条的制作和安装更为简单，开孔率更大，不易堵塞液流。上述的中空纤维膜组件，可以在壳体内部其他位置以适当间距设置 若干个所述的嵌入件，用以对中空纤维膜丝的可以自由摆动的一端进行 适当的限位，以防止膜丝在水处理工作过程中因浸水而变得柔软，由此 容易相互缠绕，造成壳体内液体流动不畅。所述的端头可以同时设有产水管和进气管。进气管和产水管的数量 可以根据工程实际情况进行选择，既可以选择一个进气管和一个产水 管，也可以选择两个或者两个以上进气管，或者选择两个或者两个以上 产水管，或者同时选^l奪两个或者两个以上的进气管和产水管。所述的进 气管、产水管可以是刚性的，也可以是柔性的。优选柔性的，其材质可 以是硅橡胶、氟橡胶、软质聚氯乙烯、聚氨酯等。所述的进气管、产水 管的直径范围为lmm ~ 50mm。 优选5mm 20mm。上述的中空纤维膜组件，可以通过端头、壳体的任一部位或者壳体 的任一端口上的嵌入件采用已知的任一方式与固定装置相连。作为优 选，所述的壳体的上端口或者上端口上的嵌入件通过承插、螺紋、活接 等可拆卸的硬连接的方式与固定装置相连，或者通过软索或柔性管等软 连接的方式与固定装置相连。软索可以是耐腐蚀的绳索、钢丝或弹簧等。 软索使膜组件在待过滤的液体中处于悬垂状态，可以随水流有摆动。当 进气管或产水管为柔性管时，也可以通过进气管或产水管使膜组件悬挂在固定装置上。当所述的端头位于竖直放置的中空纤维膜束的下部时， 优选通过进气管使膜组件悬挂在固定装置上。当所述的端头位于竖直放 置的中空纤维膜束的上部时，优选通过产水管^f吏膜组件悬挂在固定装置 上。上述的中空纤维膜组件，所述的端头可以与壳体的任一部位或者壳 体的任一端口上的嵌入件釆用已知的任一可拆卸的方式相连接。作为优 选，所述的端头与位于邻近的壳体端口上的嵌入件相连接。作为更优选， 所述的端头通过软索或柔性管等软连接的方式与位于邻近的壳体端口 上的嵌入件相连接。所述的中空纤维膜丝是一种带有微孔的中空纤维，制作中空纤维膜 丝的材料可以选自聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚醚砜等材料。中空 纤维膜丝首先通过使用环氧树脂、聚氨酯等浇铸树脂进行封端浇铸，再 使用硅橡胶、聚氨酯等柔性树脂对中空纤维膜丝根部进行二次浇铸，以 降低膜丝根部断裂的机率。作为优选，所述的中空纤维膜丝的材料是聚偏氟乙烯。所述的中空纤维膜丝的平均膜孔径为0. 01|im~5jLim。所述的中空纤维膜束是由10~ 1000根中空纤维膜丝组成的，长度 范围为0. lm~3. 0m，略小于壳体的长度。优选由50 - 500根中空纤维膜 丝组成，长度范围为1. 0m~2. Om。所述端头的整体外形可以是圓柱体、锥体、盆形、杯形等已知的任 一形状。作为优选，所述端头的整体外形是盆形或杯形。 本发明与现有技术相比，具有以下有益的效果 (1 )提高了中空纤维膜组件的抗污染性能，尤其是中空纤维膜束 根部的抗污染性能，延长了中空纤维膜组件的使用寿命。中空纤维膜束 端部设置的布气装置的布气孔朝向中空纤维膜丝根部，因此很好的避免 了现有中空纤维膜组件因追求装填密度大而根部膜丝过于密集、容易积 泥的普遍现象，始终保持水处理过程中中空纤维膜丝过滤的有效面积和 过滤的均匀性，能够有效防止因膜丝根部膜污染的快速发展和蔓延而缩 短整束膜丝的使用寿命。另外，中空纤维膜束在待过滤的液体中处于悬 垂状态，各种软连接部件的设置，即软质进气管、产水管等，使得膜束ii可以随着端头在一定范围内 一起摆动，膜丝根部与浇铸端面的摆动角大 辐减小，膜丝根部与浇铸端面之间的拉力也大大减小，因此大大降低了 膜丝根部断裂的机率，提高了膜组件工作的稳定性，延长了其使用寿命。 (2)提高了中空纤维膜组件加工、组装、安装和检修的方便程度。 本发明所述膜组件浇铸中空纤维膜丝的端头内部结构简单，内无复杂的 结构件，降低了铸封工序的难度和废品率，膜组件整体可实现装配式结 构，产品容易实现快速组装。以柔性连接的方式固定于固定装置，每支 膜组件可以单独进行安装和拆卸，而且单人即可完成全部操作，不像现 有的中空纤维膜组件组成大型的膜组件单元后必须通过起吊设备进行 整体吊装，劳动强度大，单人无法操作。当通过进气管或产水管使膜组件悬挂在固定装置上，并且进气管或产水管为柔性管时，安装和拆卸膜 组件时对膜组件上部空间高度的要求也会大大降低，因此很大程度上方 便了中空纤维膜组件的安装和检修，使中空纤维膜组件对各类应用场合 都有了4艮好的适应性。
图1为本发明的实施例1所述的中空纤维膜组件的纵剖面图。图2为本发明的实施例2所述的中空纤维膜组件的纵剖面图。 图3为图1中的A-A处的剖面图。 图4为图2中的A-A处的剖面图。 图5为现有技术的膜组件与图3和图4相应的剖面图。 图6为实施例1中由若干个本发明的中空纤维膜组件组成的膜组件 单元的示意图。图7为实施例3中由若干个本发明的中空纤维膜组件组成的膜组件 单元的示意图。图8为本发明的中空纤维膜组件中，气流对中空纤维膜丝^f艮部吹扫 的示意图。是图3和图4中B-B处的剖面图。图中壳体未显示。图9为现有技术的一种中空纤维膜组件中，气流对中空纤维膜丝吹 扫的示意图，为通过下端端面中心垂线的剖面图。附图中各个标记的说明1一一壳体；2—一中空纤维膜丝；3—一中空纤维膜束；4一一端头； 5 — 一产水收集室；6 — —产水管；7 —— ,气管；8 — 一嵌入件； 9——带布气孔的布气装置；10——辐条；11——布气孔；12---决插接头；13——软索；14——带布气孔的嵌入件；15 — 一中空软管；16— —出水支管；17—一曝气支管；18 — 一集水端头; 19——中心管；20——出水口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。 实施例实施例1如图1、图3所示， 一种中空纤维膜组件，包括内径为90mm、材质 为UPVC (un-plasticized polyvinyl chloride)塑料的壳体l,设置 在壳体1内的由240根中空纤维膜丝2组成的中空纤维膜束3，中空纤 维膜丝2的用于通过液体的微孔的平均孔径为0. 4 jum,中空纤维膜丝的 外径为2. 8mm，材质为聚偏氟乙烯，上端可以自由摆动，每根膜丝均呈 闭孔状态，利用柔性环氧树脂封结，下端用环氧树脂浇铸汇集于端头4 之中，并且用聚氨酯对其进行二次浇铸，以对膜丝根部进行保护。端头 4的整体外形为杯形，上口圆的直径为60mm。中空纤维膜丝2在端头4 内的产水收集室5中呈开孔状态，端头4设有外径为①8醒的产水管6, 产水管6与端头4中的产水收集室5相连通。在壳体1的上端口和下端 口上均设置嵌入件8,端头4通过软索13与位于壳体1下端口的嵌入件 8相连接，嵌入件8通过螺钉与壳体1连接，嵌入件8在中心处有内径 为①10隱的圆孔，产水管6从壳体1上端口伸进壳体1内部并从位于壳 体1下端口的嵌入件8的圓孔中穿过,通过快插接头12与端头4相连接。 进气管7则从位于壳体1上端口的嵌入件8的圓孔中穿过进入壳体1内 部，通过快插接头12与端头4在浇铸有中空纤维膜丝的端面上设置的带布气孔的布气装置9相连接。产水管6和进气管7均为中空塑料软管。带布气孔的布气装置9具有沿径向分布的六根辐条10，每个辐条宽 5mm，高4隱；相邻两个辐条之间的角度均为60°,辐条10从端头浇铸端 面的中心延伸到端头4的圆周上，内部具有空腔，辐条10的两个侧壁均 垂直于浇铸端面，在背向浇铸端面的另一侧则是倒圓的，两个侧壁上在 居中的位置i殳有四个直径为①2mm的圆形布气孔ll，布气孔11的中心轴 线垂直于辐条IO的侧壁面，距浇铸端面的高度均为2ran,各个布气孔的 中心轴线间距均为4mm,辐条10的空腔与进气管7相连通。辐条10将端头4的浇铸端面分成六个面积相等的部分，相应的， 中空纤维膜束3也均分成六个小束，每一小束由40根中空纤维膜丝2 组成，均浇铸在辐条10之间的间隙里。端头4的浇铸有中空纤维膜丝 的端面有一个形状为平顶圓锥即圓台状的凸起，凸起的底圆直径为① 40mm，顶圓直径为①12mm，高度为10mm。带布气孔的布气装置9刚好扣 在凸起上面，与凸起粘在一起，相接触的部分完全密合。所述的嵌入件8由围绕圆心呈星形排布的六根支撑条和圓周组成， 每根支撑条之间的角度也为60°,并且圆周外边缘与壳体1接触。圓周 与壳体1连接为螺栓连接。嵌入件8在横断面上的开孔面积占嵌入件8 横断面面积的百分数为93%。壳体1的长度为1. 5m,中空纤维膜束3的平均长度为1. 3m,端头4 及其带布气孔的布气装置9的总高度为80mm，进气管7的长度为1. 5m， 其中位于壳体1内部的部分的长度为1. 3m，有200腿露在壳体1外面。 上部的嵌入件距壳体上端口的距离为10mm,下部的嵌入件距壳体下端口 的距离为10mm。产水管6的长度为1. 9m，其中位于壳体1内部的部分 的长度为1.7m，有200腿露在壳体1外面。端头4下缘距壳体1下端口 的3巨离为120mm。如图6所示，产水管6与一位于膜组件上方的出水支管16相连接， 进气管7与一位于膜组件上方的曝气支管17相连接。出水支管16与一能够提供负压的水泵的吸水管相连通，待净化的 水经过中空纤维膜丝2壁上的微孔进入膜丝内部，并汇流入产水收集室5,再经产水管6流入出水支管16,最后通过水泵抽出形成膜组件的过 滤出水。曝气支管17与一气源相连通，气源提供的压缩空气经曝气支 管17进入进气管7,再经端头4的带布气孔的布气装置9上的布气孔 ll扩散出来，直接吹扫膜丝根部。将若干个中空纤维膜组件的产水管6、进气管7分别并联至出水支 管16、曝气支管17,由此形成一个矩阵式的膜组件单元。实施例2如图2、图4所示， 一种中空纤维膜组件，包括内径为65mm、材质 为UPVC (un_plasticized polyvinyl chloride)塑津牛的壳体l， i殳置 在壳体l内的由300根中空纤维膜丝2组成的中空纤维膜束3，中空纤 维膜丝2的用于通过液体的微孔的平均孔径为0. 1 |um，中空纤维膜丝的 外径为1. 35mm，材质为聚偏氟乙烯，下端可以自由摆动，每根膜丝均呈 闭孔状态，利用柔性环氧树脂封结，上端用环氧树脂浇铸汇集于端头4 之中，并且用聚氨酯对其进行二次浇铸，以对膜丝根部进行保护。端头 4的整体外形为杯形，上口圆的直径为45隱。中空纤维膜丝2在端头4 内的产水收集室5中呈开孔状态，端头4设有外径为①8誦的产水管6, 产水管6与端头4中的产水收集室5相连通。在壳体1的上端口上设置 嵌入件8，下端口上设置带布气孔的嵌入件14,端头4通过软索13与位 于壳体1上端口的嵌入件8相连接，嵌入件8和带布气孔的嵌入件14 均通过螺钉与壳体1连接，嵌入件8在中心处有内径为①10腿的圆孑L, 产水管6从该圓孔中穿过进入壳体1内部，通过快插接头12与端头4 相连接，进气管7则从壳体1上端口伸进壳体1内部并通过快插接头12 与位于壳体1下端口的带布气孔的嵌入件14的下部相连接，中空软管 15通过快插接头12将带布气孔的嵌入件14的上部和端头4的浇铸端面 上设置的带布气孔的布气装置9连接在一起。产水管6和进气管7均为 中空塑料软管。带布气孔的布气装置9以及嵌入件8的结构与实施例1相同。带布 气孔的嵌入件14的结构与嵌入件8类似，所不同的是其支撑条内部为 空腔，每根支撑条的正下方居中以中心间距5mm设有四个直径为①2mm的圆形布气孔。从进气管7引入的压缩空气一部分进入中空软管15,再 由中空软管15进入带布气孔的布气装置9，最后通过布气装置9的布气 孔11扩散出来，另一部分则进入带布气孔的嵌入件14的支撑条内部的 空腔，最后通过嵌入件14正下方的布气孔扩散出来。壳体1的长度为1. 5m，中空纤维膜束3的平均长度为1. 3m,端头4 及其带布气孔的布气装置9的总高度为80mm，进气管7的长度为1. 7m, 其中位于壳体1内部的部分的长度为1. 5m,有200mm露在壳体1外面。 嵌入件8距壳体上端口的距离为10mm,带布气孔的嵌入件14距壳体下 端口的距离为80mm。产水管6的长度为260mm,其中位于壳体l内部的 部分的长度为60隨，有200腿露在壳体1外面。中空软管15的长度为 1.3m。端头4上缘距壳体1上端口的距离为60mm。其余部分与实施例l相同。 ，实施例3膜组件的结构与实施例1相同。如图7所示，将八个中空纤维膜组件和集水端头18、中心管19和 出水口 20组成一个辐射式的膜组件单元。产水管6与直径为150隱的 集水端头18下端面均布的八个快插接头12相连接，直径为O40mm、长 度为300mm的中心管19沿集水端头18的轴线穿过，八个膜组件围绕着 中心管19均匀地分布，中心管19的下方通过八个快插接头12与八个 中空纤维膜组件的进气管7连接。膜组件单元工作时中空纤维膜束3被 待过滤的液体所包围，气源提供的压缩空气从中心管19的上口进入， 并进入八个膜组件的进气管7，最后经端头4的带布气孔的布气装置9 上的布气孔ll扩散出来，直接吹扫膜丝根部，集水端头18的出水口 20 与一能够提供负压的水泵相连通，待净化的水经过中空纤维膜丝2壁上 的微孔进入膜丝内部，并汇流入产水收集室5,再经产水管6流入集水 端头18,最后通过水泵抽出形成膜组件的过滤出水。以上对本发明所提供的中空纤维膜组件进行了详细介绍。本说明书域的一般技术人员，依据本发明的思想在具体实施方式
及应用范围上可本说明书记载的内容不应理解为 对本发明的限制。
权利要求
1.一种中空纤维膜组件，包括由多根中空纤维膜丝(2)组成的中空纤维膜束(3)、中空纤维膜束一端的端头(4)、进气管(7)和产水管(6)，其特征在于在所述端头的端面上有带布气孔(11)的布气装置(9)，该布气装置与进气管连通，所述布气孔的孔口朝向中空纤维膜丝根部。
2. 根据权利要求l所述的中空纤维膜组件，其特征在于所述的中 空纤维膜束一端的端头(4)为中空纤维膜束的下端头。
3. 根据权利要求l所述的中空纤维膜组件，所述布气孔的孔口朝向 水平方向或者斜下方向。
4. 根据权利要求l所述的中空纤维膜组件，所述布气装置有至少三 根中空的辐条(10),该辐条侧面开有所述的布气孔。
5. 根据权利要求4所述的中空纤维膜组件，所述辐条以端头中心为 圆心呈星形均匀分布。
6. 根据权利要求l所述的中空纤维膜组件，所述端头的浇铸端面为 凸起的端面。
7. 根据权利要求6所述的中空纤维膜组件，所述凸起的端面为圆台形。
8. 根据权利要求1 7所述的中空纤维膜组件，其特征在于在中空 纤维膜束外有一个壳体(1 )。
9. 根据权利要求8所述的中空纤维膜组件，其特征在于所述壳体 与所述端头通过可拆卸的结构连接在一起。
10. 利用权利要求1 ~ 9所述的任一 中空纤维膜组件的膜生物反应器。
11. 利用权利要求l ~ 9所述的任一中空纤维膜组件或者权利要求10 所述的膜生物反应器的水处理设备。
全文摘要
本发明公开了一种中空纤维膜组件，包括由多根中空纤维膜丝组成的中空纤维膜束、中空纤维膜束一端的端头、进气管和产水管，其特征在于在所述端头的端面上有带布气孔的布气装置，该布气装置与进气管连通，所述布气孔的孔口朝向中空纤维膜丝根部。本发明还公开了利用此中空纤维膜组件的膜生物反应器和水处理设备。本发明公开的中空纤维膜组件的结构特征，提高了中空纤维膜组件的抗污染性能，尤其是中空纤维膜根部的抗污染性能，保证了中空纤维膜丝过滤的有效面积，延长了中空纤维膜组件的使用寿命，并且此中空纤维膜组件加工、组装、安装和检修都比较方便。
文档编号C02F3/12GK101250003SQ20081010286
公开日2008年8月27日 申请日期2008年3月27日 优先权日2008年3月27日
发明者孙友峰 申请人:北京汉青天朗水处理科技有限公司