一种中空纤维帘式膜组件的制作方法

专利名称：一种中空纤维帘式膜组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种膜分离水处理设备，尤其是涉及一种应用于水处理 的中空纤维帘式膜组件和利用中空纤维帘式膜组件的膜生物反应器，属 于水处理技术领域。
背景技术：
膜生物反应器(Membrane Bioreactor， MBR)工艺是一种将膜分 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，^t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i^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、大分子物质等则被膜截留，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，为减少污 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。综上所述，膜生物反应器工艺良好的适应性与处理效果已为众多的 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。 上述的这些中空纤维帘式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清楚，这样降低了膜 组件过滤得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勻性和有效过滤面积的丧失，最终缩短整 个膜组件的使用寿命。中空纤维帘式膜组件与束式和柱式中空纤维膜组件相比，其组成的 膜组件单元的装填密度可以做得更大，而且其生产加工过程中的铸封工序的自动化程度可以更高。目前市场上的中空纤维帘式膜组件在抑制膜 污染方面采取的主要措施是在膜组件的正下方设置穿孔曝气管，如图11 所示，通过高强度曝气所形成的气水二相流对中空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束中部的污染，但中空纤维 膜束根部的水流紊动性依然很差，膜丝根部积泥现象较为严重，尤其是 当中空纤维膜束竖直放置时，由于气水二相流在上升过程中被中空纤维 膜束的下端头所阻挡，因此，下端头浇铸端面上积泥现象更为严重。增 大曝气量不但使得采用这种中空纤维帘式膜组件的膜生物反应器的运 行能耗进一步明显高出其他的污水生化处理工艺，而且膜丝根部积泥现 象仍然得不到有效解决。发明内容本发明的一个目的是"R供一种中空纤维帘式膜组件，在水处理过程 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帘式膜组 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帘式膜组 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 一种中空纤维帘式膜组件，包括由多^f艮中空纤维膜丝组成的中空纤 维膜束、中空纤维膜束一端或两端的端头、进气管和产水管，所述端头 为长条形，在至少一个端头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的根部；所述中空纤维 膜束一端或两端的端头指的是，中空纤维膜束的一端有端头或者两端均 有端头。优选地，所述布气孔的孔口可以朝向水平方向或者斜下方向。 优选地，所述端头的端面为凸起的端面，中空纤维膜组件竖直;^文置时所述布气孔的位置靠近所述凸起的端面的底部，所述布气孔的孔口朝向所述凸起的端面的顶部。梯形，更优选为等腰梯形。优选地，所述端头的长度和宽度的比为2-100,优选为10-50。 优选地，在中空纤维膜束外有一个壳体。 优选地，所述壳体与所述端头通过可拆卸的结构连接在一起。 本发明还提供一种利用上述中空纤维帘式膜组件的膜生物反应器。 本发明还提供一种利用上述中空纤维帘式膜组件或者膜生物反应 器的水处理设备。下面对上述技术方案进行详细的阐述和说明，并且对于其他涉及的 技术细节进行详细的阐述和i兌明为了叙述的方便，本发明中，中空纤维膜丝也称为膜丝，中空纤维 膜束也称为膜束。中空纤维帘式膜组件中，中空纤维膜丝可以 一接单层或多层以 一字形 排列，膜丝根部封结于端头之内。本发明中，端头的长度方向指的是膜 丝一字形排列的方向，端头的宽度方向指的是与长度方向垂直并与膜丝 方向垂直的方向。在至少一个端头上有带布气孔的布气装置，该布气装置与进气管连 通，所述布气孔可以沿所述端头的长度方向排列，孔口朝向中空纤维膜 丝的根部，这对于中空纤维膜丝根部的冲刷更为彻底。中空纤维膜丝在 膜组件中的装填密度^艮大，通常可高达300-1200mVm3(平方米/立方米)， 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中空纤维膜丝的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，而是首先冲刷中空纤维膜丝的 根部，大幅提高了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。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。所述端头的端面可以是平面、凹 陷的端面或凸起的端面，作为优选，所述端头的端面是平面或凸起的端面，作为更优选，所述端头的端面是凸起的端面。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。当端头的端面是平面时，优选的布气孔的孔口可以朝向水平方向或者斜下方向；当端头的端面是凸起的端面时，优选的布气孔的孔口朝向可以为斜向上朝向 凸起的顶部的方向。当端头的端面是平面时，对于膜束的根部来说，布 气孔的孔口的朝向若为竖直朝上或斜上方向，气流方向总体上平行于膜丝表面，对膜丝根部产生的冲刷力小；布气孔的孔口的朝向若为水平方 向，从其中出来的气流方向则垂直于膜丝表面，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 丝根部的沖刷；布气孔的孔口朝向若为斜下方向，出来的气流方向是斜 着朝向端头的端面，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，4艮明显，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。当端头的端面是凸起的端 面时，布气孔的孔口若斜向上朝向凸起的顶部的方向，从布气孔出来的 气流也不是直接上升，而是平行于凸起的侧壁斜向上扩散，沿程将直接 横扫中空纤维膜丝的根部，这样对于膜丝根部也具有很好的冲刷效果。 当布气装置的侧壁有一定的厚度时，加工的过程中可以利用布气装置的 厚度对布气孔的孔口进行设计，使得从布气孔出来的气流方向是水平方 向、斜着朝向下或者斜着朝向上的方向。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，沿着所述端头的长边呈线性均勻分布，当为条 形孔时，各孔的长边应大致平行于所述端头的长边。所述布气孔的孔口 高出邻近的浇铸端面的距离可以相等，也可以不相等，且该距离范围可 以为Omm (毫米)-10mm，优选距离相等，均为lmm-5mm。所述布气孔的 孔口与邻近的端面边^彖之间的垂直距离可以相等，也可以不相等，且该 距离范围可以为Omm-10mm，优选距离相等，均为lmm-5mm。所述布气孔 的直径或^豆边的长度可以为lmm-10mm, 4尤选lmm-5mm。所述的凸起的形状可以是削掉尖部的棱锥或其他已知的任一形状。 作为优选，所述的凸起是在端头长度方向上任一横断面均为梯形的棱台 形，更优选均为等腰梯形的棱台。lmm-200mm，优选10mm-100mm;所述棱台形凸起的底面的短边的长度比 所述端头的宽度小lmm-60mm，优选10mm-40mm。所述棱台形凸起的顶面 的长边的长度比底面的长边小0mm-40mm，优选0mm-20mm;所述棱台形 凸起的顶面的短边的长度比底面的短边小1mm-60mm,优选5mm-20mm。 所述棱台形凸起的底面和顶面之间的距离，即凸起的高度范围为 2mm-150mm，优选5mm-50mm;所述棱台形凸起的底面的短边与其高度的 比值范围为0.5-20,优选为1-10，更优选为2-5。所述棱台侧面与底面 之间的夹角可以为5°-85°,优选15°-75°。平面与平面的夹角大小通过 以下方式确定(1)如果两个平面没有交线，则两个平面的夹角为0。； (2)如果两个平面有交线，则沿着交线方向将两个平面投影到第三个 平面上，形成一个锐角，这个锐角的角度就是所述两个平面的夹角。所述端头可以为长条形，长度方向的尺寸范围为0.1m(米)-3m, 优选O. 2m-lm;宽度方向的尺寸范围为5mm-100mm，优选10mm-40mm;长 度与宽度比值的范围为2-100，优选10-50。这样中空纤维膜丝可以按 单层或者多层以一字形排列，其根部浇铸封结于长条形的端头之内后组 成中空纤维帘式膜组件。所述中空纤维膜丝可以有且仅有一端浇铸封结于一个设有产水收 集室的端头之内，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。也可以 两端分别浇铸封结于两个端头之内，并且两个端头中至少有一个内部应 设有产水收集室。设有产水收集室的端头外部应设有产水管，产水收集室应与产水管相连通。当所述中空纤维膜丝有且仅有一端浇铸封结于一 个设有产水收集室的端头之内时，其工作时，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。本发明中，上端头一般指的是膜组件在水处理工作过程中，靠近水面的端头，下端头指的是靠近水底的端头；在工程实际中，膜组件也可能是水平放置，此时上下端头则没有上下之分，如果本领域技术人员根 据实际情况需要，将上下端头进行颠倒设置，或者其它简单的设置方式 的修改，那么也应该理解为在利用本发明的技术方案。上端头和下端头 可以同时存在，也可以有且仅有一个。当中空纤维膜束两端均浇铸封结于端头之内时，所述的上端头和下 端头的形状可以相同，也可以不同。上述的任一中空纤维帘式膜组件，当中空纤维膜束两端均浇铸封结 于端头之内时，可以在两个端头的浇铸端面上均设置带布气孔的布气装 置，并且这两个布气装置通过一根中空软管连通。中空软管可以将上下 两个端头连接起来，并且软管的长度略小于中空纤维膜丝的长度，起到 承担下端头的重力和摆动时的拉力，以避免中空纤维膜丝承力而被拉 断。另外，中空软管还可以供给上下两个布气装置以气流， -使中空纤维 膜束上下两端的根部都可以被曝气气流进行直接的吹扫和冲刷，以防止 膜丝根部发生积泥。所述端头中的一个或两个可以设有进气管。所述的任一端头中可以 同时设有进气管和产水管，或者仅设有进气管或产水管。产水管或进气 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或一 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，或者同时选择两个或者两个以上的进气管和产水管。所 述的进气管和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。上述的任一 中空纤维帘式膜组件，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，但孔洞 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。所述的壳体的横断面可以是矩形、方形或其他已知的任意形状。作 为优选，所述的壳体的横断面是长条矩形。所述的壳体从上到下各横断 面的面积可以相同，也可以不相同。作为优选，所述的壳体从上到下各 横断面的面积是相同的，或者中间部分的横断面面积略小于上下两端的横断面面积。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。所述壳体的长边的长度比所述端头的长 度大10mm-200mm,优选20mm-100mm;所述壳体的短边的长度比所述端 头的宽度大5mm-60mm,优选10mm-40mm。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"l妄在一起，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^^皮罩在壳体内部，壳体能 够随着端头的晃动而晃动，始终不与之分离，同时又使得端头可以与壳 体拆卸开，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。上述的中空纤维帘式膜组件，可以通过端头、壳体的任一部位采用 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。上述的中空纤维帘式膜组件，所述的进气管和产水管可以在壳体的 内部，并且进气管的与气源连接的一端以及产水管的与集水管路连接的 一端从壳体的上方伸向壳体的外部。这样的设置可以使得中空纤维膜组 件仅通过其上端与固定装置相连接，这样可以方便中空纤维膜组件的安 装和拆卸。当膜组件工作时，仅其上端与固定装置相连接，而且进气管 的进气口和产水管的出水口位于壳体的上部，即便此时膜组件整支被待 过滤的液体包围，但由于膜组件与固定装置的连接点位于接近水面或者 水面以上的位置，这样膜组件需要4企修时不必降低水位或者不必将水位 降得4艮^f氐就可以将其拆卸下来。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 m m(微米)-5 n m。 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0.1m-3.0m。优选由50-500根中空纤维膜丝组成，长度范围为 1. 0m-2. 0m。当中空纤维膜束两端均浇铸封结于端头之内时，所述的中空纤维膜 束的长度可以和上下两个端头之间的距离相等，也可以略大于这个距 离。作为优选，所述的中空纤维膜束的长度大于上下两个端头之间的距离，但小于壳体的长度。利用上述的中空纤维帘式膜组件的膜生物反应器是通过现有技术 的常规的方法连接组装制造的。利用上述的中空纤维帘式膜组件或者上述的膜生物反应器的水处 理设备，是通过现有技术的常规方法连接组装制造的。本发明与现有技术相比，具有以下有益的效果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孔口朝向中空纤维膜丝根部，从布气孔出来的气 体等流体可以优先沖刷中空纤维膜丝的根部，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，即软质连接管、进气管、产水管等，使得膜束可以随着端 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幅减小，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。而且也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。当通过柔性的进气管或产水管 使膜组件悬挂在固定装置上，并且两个端头中间的连接管也为柔性管 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很好的适应性。


图1为本发明的实施例1所述的中空纤维帘式膜组件的纵剖面图。图2为本发明的实施例2所述的中空纤维帘式膜组件的纵剖面图。 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为图1中的B-B处的剖面图。 图6为图2中的B-B处的剖面图。图7为实施例1中由若干个本发明的中空纤维帘式膜组件组成的膜 组件单元的示意图。图8为实施例2中由若干个本发明的中空纤维帘式膜组件组成的膜 组件单元的示意图。图9为本发明的实施例1中，气流对中空纤维膜丝根部吹扫的示意 图，是图5中下端头的局部放大图，图中壳体未显示。图10为本发明的实施例2中，气流对中空纤维膜丝根部吹扫的示 意图，是图6中下端头的局部放大图，图中壳体未显示。图11为现有技术的一种中空纤维帘式膜组件中，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。图12为中空纤维帘式膜组件的端头的长度方向和宽度方向示意图。图13为另外一种中空纤维膜组件的端头的长度方向和宽度方向的 示意图。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；4一一上端头； 5 — 一下端头； 6 — 一产水管； 7—一进气管；8 ——产水连接管； 9一一进气连接管；10—一产水收集室；11一一带布气孔的布气装置；12——布气孔； 13——软索； 14---决插接头；15——产水通道；16——三通；17——曝气管。
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、图5所示， 一种中空纤维帘式膜组件，包括长600誦、 宽60mm、材质为UPVC ( un-plasticized polyvinyl chloride )塑料的 壳体l，设置在壳体l内并竖直放置的由498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 0.4jLim，中空纤维膜丝2的外径为2. 8mm,材质为聚偏氟乙烯，两端用 环氧树脂浇铸汇集于上端头4和下端头5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。上端头4和下端头5的整体外形均 为长条矩形，长度为585mm，宽度为30mm。上端头4和下端头5内部均 设有产水收集室10,中空纤维膜丝2的两端分别在上端头4和下端头5 内的产水收集室10中呈开孔状态，上端头4和下端头5内的产水收集室 10通过两根外径为①12腿的产水连接管8相连通，在上端头4外部设有 外径为012mm的产水管6 ，产水管6与上端头4通过快插接头14相连接， 其内腔通过产水通道15与上端头4内的产水收集室IO相连通。上端头 4和下端头5分别通过软索13与壳体1相连接。上端头4和下端头5均 设置有带布气孔的布气装置11，上端头4和下端头5的布气装置11通 过两根外径为①12mm的进气连接管9相连通，在上端头4外部设有外径 为①12mm的进气管7,进气管7与上端头4通过快插接头14相连接，其 内腔与上端头4的布气装置11的内腔相连通。产水管6、进气管7、产 水连接管8和进气连接管9均为中空塑料软管。上端头4和下端头5的浇铸端面均为平面，外形为长条矩形，长度 为500mm，宽度为20mm。上端头4和下端头5在产水收集室10之外均设 有带布气孔的布气装置11，产水收集室10刚好嵌在布气装置11中间的 凹槽之内，但产水收集室10和布气装置11的空腔之间彼此相互隔绝。带布气孔的布气装置11的侧壁高出浇铸端面4mm,在两侧侧壁顶部高出 浇铸端面的部分的内侧，在高度上居中的位置并沿浇铸端面的长度方向 均匀设置有99个直径为2隱的圆形布气孔11，同一排内每两个布气孔 11之间的中心距离均为5mm，布气孔11向布气装置10内部延伸并与其 空腔相连通的部分为 一个圆柱形的通道，该圓柱形通道的中心轴线平行 于淺铸端面。
壳体1的高度为1. 26m，中空纤维膜束3的平均长度为1. 15m,上 端头4和下端头5的总高度均为50隱，上端头4上缘距壳体1上端口以 及下端头5下缘距壳体1下端口的距离均为30mm，两根产水连接管8和 进气连接管9连同各自两端的快插接头14的总长度为1. lm。产水管6 和进气管7的长度均为300mm。
图7是由若干个中空纤维帘式膜组件组成的膜组件单元的示意图。 该膜组件单元工作时，每个中空纤维帘式膜组件的产水管6并联至一位 于膜组件上方的出水支管，进气管7并联至一位于膜组件上方的曝气支 管。出水支管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，并分别汇流入上端头4和 下端头5内的产水收集室10，其中下端头5内的产水收集室10中的水 经过产水连4妄管8汇流入上端头4内的产水收集室10中，汇流后的水 再经产水管6流入出水支管，最后通过水泵抽出形成膜组件的过滤出水。 曝气支管与一气源相连通，气源提供的压缩空气经曝气支管进入进气管 7，经过进气管7进入上端头4的带布气孔的布气装置11的空腔之内， 一部分空气直接从上端头4的布气装置11上的布气孔12扩散出来，直 接吹扫上端头4浇铸端面附近的膜丝根部，另一部分空气则通过进气连 接管9进入下端头5的带布气孔的布气装置11的空腔，最后从下端头5 的布气装置11上的布气孔12扩散出来，直接吹扫下端头5浇铸端面附 近的膜丝根部。
实施例1中的端头还可以采用弯曲形状的端头，对于长条矩形的端 头或者弯曲形状的端头，具体的长度方向和宽度方向见图12和图13。实施例2
如图2、图4、图6所示， 一种中空纤维帘式膜组件，包括长600mm、 宽60mm、材质为UPVC塑料的壳体1,设置在壳体1内并竖直放置的由 398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. 8隨，材 质为聚偏氟乙烯。中空纤维膜束3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下端头5 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。下端 头5的整体外形为长条矩形，长度为585mm,宽度为30mm。下端头5内 部设有产水收集室10，中空纤维膜丝2的下端在下端头5内的产水收集 室10中呈开孔状态。外径为①12隨的产水管6从壳体1上端口伸进壳 体l内部，通过一个T形三通分为两个外径均为①12mm的支管，两个支 管均通过快插接头14与下端头5相连接，并且其内腔与下端头5内的产 水收集室IO相连通。外径为①12mm的进气管7从壳体1上端口伸进壳 体l内部，通过一个T形三通分出两个外径均为①12mm的支管，两个支 管均通过快插接头14与下端头5相连接，并且其内腔与下端头5的带布 气孔的布气装置11的内腔相连通。产水管6及其支管、进气管7及其支 管均为中空塑料软管。
下端头5的浇铸端面为凸起的长条棱台形，沿垂直于端头长度方向 上任一横断面均为相同的等腰梯形，棱台底面长边的长度为500mm，底 面短边的长度为20隨，顶面长边的长度为500mm,顶面短边的长度为3mm， 顶面与底面之间的高度为15mm。下端头5在产水收集室10之外设有带 布气孔的布气装置11，产水收集室10刚好嵌在布气装置11中间的凹槽 之内，但产水收集室IO和布气装置11的空腔之间彼此相互隔绝。带布 气孔的布气装置11的侧壁高出浇铸端面4mm,在两侧侧壁顶部高出浇铸 端面的部分的内侧，在高度上居中的位置并沿棱台底面的长边均勻设有 99个直径为2. 88mm的圆形布气孔11，同一排内每两个布气孔11之间的 中心距离均为5mm,布气孔11向布气装置10内部延伸并与其空腔相连 通的部分为一个圆柱形的通道，该圆柱形通道的直径为lmm，其中心轴线平行于棱台形凸起的侧壁斜面。
壳体l的高度为1.6m,中空纤维膜束3的平均长度为1.45m，下端 头5的总高度为50,,下端头5下缘距壳体1下端口的距离为30mm， 产水管6及其支管、进气管7及其支管在壳体1内的部分的竖向高度均 为1. 52m，在壳体1外的部分的长度均为300mm。
图8是由若干个中空纤维帘式膜组件组成的膜组件单元的示意图， 与图7不同的是各个膜组件共用了一个大的壳体1,膜组件之间没有被 壳体完全分隔。该膜组件单元工作时，每个中空纤维帘式膜组件的产水 管6并联至一位于膜组件上方的出水支管，进气管7并联至一位于膜组 件上方的曝气支管。出水支管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，并分别 汇流入下端头5内的产水收集室10，再经过产水管6的两个支管汇流入 产水管6后流入出水支管，最后通过水泵抽出形成膜组件的过滤出水。 曝气支管与一气源相连通，气源提供的压缩空气经曝气支管进入进气管 7，经过进气管7的两个支管进入下端头5的带布气孔的布气装置11的 空腔之内，直接从下端头5的布气装置11上的布气孔12扩散出来，平 行于下端头5的棱台形凸起的两侧侧壁的斜面斜向上运动，沿程直接吹 扫膜丝根部。
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 中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，对于本领 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 能在实施过程中会有改变之处。因此，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. 一种中空纤维帘式膜组件，包括由多根中空纤维膜丝(2)组成的中空纤维膜束(3)、中空纤维膜束一端或两端的端头(4和/或5)、进气管(7)和产水管(6)，其特征在于，所述端头为长条形，在至少一个端头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的根部；所述中空纤维膜束一端或两端的端头指的是，中空纤维膜束的一端有端头或者两端均有端头。
2. 根据权利要求l所述的中空纤维帘式膜组件，其特征在于，所述 布气孔的孔口朝向水平方向或者斜下方向。
3. 根据权利要求l所述的中空纤维帘式膜组件，其特征在于，所述 端头的端面为凸起的端面，中空纤维膜组件竖直放置时所述布气孔的位 置靠近所述凸起的端面的底部，所述布气孔的孔口朝向所述凸起的端面 的顶部。
4. 根据权利要求3所述的中空纤维帘式膜组件，其特征在于，垂直
5. 根据权利要求4所述的中空纤维帘式膜组件，其特征在于，所述 梯形为等腰梯形。
6. 根据权利要求l所述的中空纤维帘式膜组件，其特征在于，所述 端头的长度和宽度的比为2-100,优选为10-50。
7. 根据权利要求l-6任意一项所述的中空纤维帘式膜组件，其特征 在于，在中空纤维膜束外有一个壳体(1)。
8. 根据权利要求7所述的中空纤维帘式膜组件，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。
9. 利用权利要求l-8任意一项所述的中空纤维帘式膜组件的膜生物 反应器。
10. 利用权利要求l-8任意一项所述的中空纤维帘式膜组件或者权 利要求9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帘式膜组件，包括由多根中空纤维膜丝组成的中空纤维膜束、中空纤维膜束一端或两端的端头、进气管和产水管，所述端头为长条形，在至少一个端头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的根部；所述中空纤维膜束一端或两端的端头指的是，中空纤维膜束的一端有端头或者两端均有端头。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，并且加工、组装、安装和检修都比较方便。
文档编号C02F3/12GK101254978SQ200810103730
公开日2008年9月3日 申请日期2008年4月10日 优先权日2008年4月10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