专利名称：一种中空纤维膜生物反应元件、其组件及组件系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种膜生物反应元件、其组件及组件系统，更具体而言，涉及一种中空纤维膜生物反应元件、包括该元件的反应组件及组件系统。
背景技术：
随着污水处理技术的不断发展，膜生物反应处理技术逐渐成为主流。膜生物反应处理技术也称作膜分离活性污泥法，是把膜技术与污水处理中的生化反应相结合的技术。 其中采用的膜生物反应器用膜对生化反应池内的含泥污水进行过滤，实现泥水分离。一方面，膜截留了反应池中的微生物，使池中的活性污泥浓度大大增加，使降解污水的生化反应进行得更迅速彻底；另一方面，由于膜的高过滤精度，得到高质量的产水。然而，在运行过程中，膜生物反应装置所用的膜存在污堵问题。为了解决膜的污堵问题，一般将中空纤维膜呈帘式布置(如图1所示)，其装填密度不高，且膜丝两端固定容易断裂，影响了膜生物反应技术的应用和发展。中国专利申请ZL 200720007470.6公开了一种海藻式中空纤维膜生物反应组件 (如图加和图2b所示)，其包括中空纤维膜丝束、固定体和曝气盘。其中，中空纤维膜丝束由多根中空纤维膜丝组成，各中空纤维膜丝的下端固定在固定体上，内腔保持畅通，上端呈游离状，分别封口。固定体位于曝气盘上方，并与曝气盘之间形成腔室，腔室侧壁上开有侧向口。固定体的上端盖上设有一系列互相交错的粘接环和曝气环，其中粘接环用于固定所述中空纤维膜丝。在使用中，将多个所述组件大体等距排列地浸没于膜生物反应池中，将所述侧向口通过产水管连接至输出泵，将所述曝气盘通过气管连接至气泵。通过输出泵向组件施加负压，使得反应池内的液体经过中空纤维膜丝过滤之后，经产水管流出输出泵。同时，通过曝气环不断向反应池内曝气。该膜生物反应组件中，可以通过曝气直接冲刷中空纤维膜丝表面的污堵物，使得膜表面的固体杂质自由下落离开膜丝。但由于膜丝束为圆柱状，膜丝的上端摆动空间有限， 致使污堵物不易清理完全，影响膜组件的使用寿命和分离效能，进而增大能耗。该膜组件结构复杂，局部损坏时不易替换，投入成本高。
实用新型内容因此，本实用新型的目的在于提供一种新型中空纤维膜生物反应元件、其组件及其组件系统，以解决现有技术所存在的中空纤维膜丝抗污堵能力差，使用寿命短，系统能耗较高；以及膜生物反应组件过于复杂，投入成本较高，不易替换等技术问题。本实用新型的中空纤维膜生物反应元件包括中空纤维膜丝束和端盖，其中中空纤维膜丝束包括多根中空纤维膜丝，各中空纤维膜丝的下端固定成一体布置在端盖中，内腔保持畅通，上端呈游离状、分别封口，其特征在于，中空纤维膜丝束被围绕在上大下小的截头锥形网筐中。优选地，所述网筐呈上大下小的截头圆锥形，其大端直径与小端直径之比为5 1-1.2 1，其大端直径与高度之比为3 1-1 3。优选地，所述中空纤维膜丝束为圆柱状，其直径为15mm至100mm，并更优选为15mm 至 60mm。优选地，中空纤维膜丝的外径为0. 5mm至3. 0mm。优选地，所述中空纤维膜丝的两端分别固定在所述端盖之上，形成上端封闭的结构。本实用新型还提供一种中空纤维膜生物反应组件，包括如上所述的中空纤维膜生物反应元件、管件和组件管体，其中多个所述中空纤维膜生物反应元件分别通过管件联接在组件管体上。本实用新型还提供了一种中空纤维膜生物反应组件系统，包括如上所述的中空纤维膜生物反应组件、集水管和输出泵，其中多个所述中空纤维膜生物反应组件通过所述组件管体联接至集水管，该集水管联接至输出泵。优选地，所述组件管体的两端分别联接在集水管上并等距或非等距排列。优选地，所述中空纤维膜生物反应组件系统中，在所述中空纤维膜生物反应元件的附近布置有联接至气泵的曝气管，该曝气管上带有曝气孔。优选地，所述中空纤维膜生物反应组件系统中，所述曝气管布置在组件管体的一侧或两侧。本实用新型提高了中空纤维膜丝的抗污堵能力，降低了系统的能量损耗，同时，由于组件的模块化设计，简化了系统结构，易于进行元件替换，降低了投入成本。
为了更好地理解本实用新型，
以下结合附图通过举例的方式对本实用新型作进一步说明，相同的附图标记表示相同的部件，其中图1示出了现有技术中的膜生物反应组件的正视图；图加和2b分别示出了中国专利ZL 200720007470. 6中膜生物反应组件的正视图和俯视图；图3a和北分别示出了根据本实用新型的一个实施方案的中空纤维膜生物反应元件的正视图和俯视图；图如和4b分别示出了根据本实用新型的一个实施方案的中空纤维膜生物反应组件的正视图和俯视图；图5示出了根据本实用新型的一个实施方案的中空纤维膜生物反应组件系统的俯视图；图6示出了图5所示的实施方案的曝气管的俯视图。
具体实施方式
在本实用新型中，“多个”表示两个以上，其上限无限制。在本实用新型中，“中空纤维膜丝”指由具有选择性分离功能的膜围成的中空筒状纤维形的丝状物，其两端可以开放，也可以封闭。在本实用新型中，“中空纤维膜丝束”指由多个具有选择性分离功能的膜围成的中空筒状纤维形的丝状物构成的一束中空纤维膜丝，各中空纤维膜丝两端可以开放，也可以封闭。[0031]在下文中，将结合某些技术具体细节对本实用新型作详细描述，以便更彻底地理解本实用新型。然而，对于本领域的技术人员来说，显而易见的是，下列描述不以任何方式限制发明；在不背离本实用新型思想的前提下，本实用新型可采用其他等效的或替代的方式进行实施。图3a和北分别示出了根据本实用新型的一个具体实施方案的中空纤维膜生物反应元件10的正视图和俯视图。如图3a和北所示，根据本实施方案的中空纤维膜生物反应元件10包括中空纤维膜丝束11、端盖12和网筐13。中空纤维膜丝束11由多根周围布满过滤微孔的中空纤维膜丝15组成，各中空纤维膜丝15的下端由树脂胶14固定成一体布置在环形端盖12中，并使各中空纤维膜丝15的内腔保持畅通，各中空纤维膜丝15的上端呈游离状、分别封口。网筐13围绕在中空纤维膜丝束11的外侧，其基部固定在端盖12上，并呈现为基部小、上部开放端大的截头圆锥形状。本实施例中，中空纤维膜丝的外径为0. 5mm 至3. 0mm;中空纤维膜丝束11为圆柱状，其直径为15mm至100mm，并优选为15mm至60mm ； 网筐13上部的较大端直径为45mm至200mm，下部的较小端直径为15mm至100mm，较大端直径与较小端直径之比为5 1-1.2 1，较大端直径与高度之比为3 1-1 3。本实施例中，例如，网筐13不限于截头圆锥形状，在保持上大下小的情况下，其水平截面可以为任意几何形状；将中空纤维膜丝15下端固定在端盖12上的树脂胶14也可以更换为聚氨酯胶、 硅胶、橡胶等常用的密封胶；每根中空纤维膜丝15的上端可以用胶粘合、热压合或其他本领域普通技术人员熟知的方式封口，也可以将单根中空纤维膜丝15对折，将其两端分别固定在树脂胶14内。图如和4b分别示出了根据本实用新型的一个实施方案的中空纤维膜生物反应组件20的正视图和俯视图。如图如和4b所示，根据本实施方案的中空纤维膜生物反应组件 20包括如图3a和北所示的中空纤维膜生物反应元件10、变径接头21以及组件管体22。 多个中空纤维膜生物反应元件10通过变径接头21联接在组件管体22之上，从而构成一个中空纤维膜生物反应组件20。本实施例中，例如，变径接头21也可以是直通管或其他本领域普通技术人员所熟知的管件；联接在组件管体22上的中空纤维膜生物反应元件10并不限于图中示出的数量，而可以为任意数量。在本实施方案中，端盖12 (未示出)、组件管体22 和变径接头(或其他管件)21的材料可以为PVC(聚氯乙烯)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)或不锈钢等常用材料，该各部件之间可以采用PVC胶粘接、ABS胶粘接、焊接、 锁母或螺栓等常见联接方式进行联接。图5示出了根据本实用新型的一个实施方案的中空纤维膜生物反应组件系统30 的俯视图。如图5所示，根据本实施方案的中空纤维膜生物反应组件系统30包括如图如和4b所示的中空纤维膜生物反应组件20、集水管31以及输出泵(未示出)。多个中空纤维膜生物反应组件20大体等距排列，其两端联接至U形集水管31的两条直臂，集水管31 的两端联接至输出泵。在本实施方案中，还可以包括曝气系统40 (见图6)。该曝气系统40包括多条曝气管41，其上开有多个曝气孔42，该曝气管41被联接至气泵(未示出)。如图5及图6所示，多条曝气管41沿组件管体22的两侧布置在各中空纤维膜生物反应元件10附近，并通过沿集水管31布置的另一条曝气管41联接至气泵。本实施例中，例如，曝气管41可以布置在组件管体(即，各中空纤维膜生物反应元件)一侧或两侧，或整个曝气系统40可以以其他本领域普通技术人员所熟知的方式布置在各中空纤维膜生物反应元件的附近；曝气管 41上的曝气孔42可以均勻分布，也可以随机分布，其曝气孔形状可以为圆形、方形或三角形等任意几何形状；以及组件系统30中的中空纤维膜生物反应组件20并不限于图中示出的数量，而可以为任意数量。使用时，将如图3a至6所示的中空纤维膜生物反应组件系统30浸没在膜生物反应池内，使中空纤维膜丝束的顶端位于生物反应池内液面之下20mm至400mm。常温常压下， 输出泵在组件管体22内产生负压，从而使得膜生物反应池内的原水经中空纤维膜丝束11 过滤而汇集至组件管体22内，并通过集水管31由输出泵持续输出。输出泵间隔一定时间抽取一次产水。气泵经由曝气管41上的曝气孔42不断曝入空气，给附着在中空纤维膜丝束11上的微生物提供含氧较高的水体，以加快其分解原水中的有机物等杂质。同时，在曝气孔42引入的气水混合体的扰动下，因中空纤维膜丝15上端在水中呈游离态，并且外围网筐13呈上宽下窄的喇叭状，中空纤维膜丝15可以在充足的空间内大幅度地随气水流产生抖动并且不容易折断膜丝，可以很好的将附着在中空纤维膜丝15表面的的污染物抖落掉， 提高了中空纤维膜丝15的抗污堵能力进而延长整个组件的使用寿命。由于根据本实用新型的中空纤维膜生物反应组件系统30是由多个中空纤维膜生物反应元件10联接而成，因此当局部出现损坏时可以很容易找出损坏的元件，并很容易地进行拆卸替换。尽管本实用新型已结合具体实施方案进行了描述，但并不意指本实用新型的范围被前文中特定的实施方案所限制。在此所描述的本实用新型可以有许多种变化，在不偏离本实用新型的精神和范围的前提下，所有对本领域技术人员来说显而易见的改变，都包括在权利要求书的涵盖范围之内。
权利要求1.一种中空纤维膜生物反应元件，包括中空纤维膜丝束和端盖，其中中空纤维膜丝束包括多根中空纤维膜丝，各中空纤维膜丝的下端固定成一体布置在端盖中，内腔保持畅通， 上端呈游离状、分别封口，其特征在于，中空纤维膜丝束被围绕在上大下小的截头锥形网筐中。
2.根据权利要求1所述的中空纤维膜生物反应元件，其特征在于所述网筐呈上大下小的截头圆锥形。
3.根据权利要求2所述的中空纤维膜生物反应元件，其特征在于所述截头圆锥大端直径与小端直径之比为5 1-1.2 1，大端直径与高度之比为3 1-1 3。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的中空纤维膜生物反应元件，其特征在于所述中空纤维膜丝束为圆柱状，其直径为15mm至100mm。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的中空纤维膜生物反应元件，其特征在于所述中空纤维膜丝的两端分别固定在所述端盖之上，形成上端封闭的结构。
6.一种中空纤维膜生物反应组件，包括权利要求1所述的中空纤维膜生物反应元件、 管件和组件管体，其中多个所述中空纤维膜生物反应元件分别通过管件联接在组件管体上。
7.一种中空纤维膜生物反应组件系统，包括权利要求6所述的中空纤维膜生物反应组件、集水管和输出泵，其中多个所述中空纤维膜生物反应组件通过所述组件管体联接至集水管，该集水管联接至输出泵。
8.根据权利要求7所述的中空纤维膜生物反应组件系统，其特征在于所述组件管体的两端分别联接在集水管上并等距或非等距排列。
9.根据权利要求7或8所述的中空纤维膜生物反应组件系统，其特征在于，在所述中空纤维膜生物反应元件的附近布置有联接至气泵的曝气管，该曝气管上带有曝气孔。
10.根据权利要求9所述的中空纤维膜生物反应组件系统，其特征在于所述曝气管布置在组件管体的一侧或两侧。
专利摘要一种中空纤维膜生物反应元件，包括中空纤维膜丝束和端盖，其中中空纤维膜丝束包括多根中空纤维膜丝，各中空纤维膜丝的下端固定成一体布置在端盖中，内腔保持畅通，上端呈游离状、分别封口，其特征在于，中空纤维膜丝束被围绕在上大下小的截头锥形网筐中。
文档编号C02F3/12GK202116368SQ20112012705
公开日2012年1月18日 申请日期2011年4月25日 优先权日2011年4月25日
发明者徐大明, 林亚凯, 王大新, 王晓琳, 韩杰 申请人:北京赛诺膜技术有限公司