一种产水通量均布的平板式膜元件的制作方法
【专利摘要】一种产水通量均布的平板式膜元件，由基板和设置于该基板前后两端面的两片膜片构成，两片膜片的周缘与基板连接，两片膜片与基板之间形成封闭的容腔，所述基板的左右两侧设置有两根产水总管，所述基板设置有一列横向的中空的产水支管，每根产水支管的左右两个端部均分别延伸至两根产水总管处，并且每根产水支管的左右两个端部分别与相应的产水总管连通，产水支管正对于前后两个膜片在该产水支管的长度方向上均匀设置有多个限流集水孔，限流集水孔的进水端与相应的膜片触接。它可以实现膜面各单元区域膜产水通量的相对均衡，制约超临界通量现象的出现，不但有助于提高膜产品临界通量的整体水平，降低投资成本，也有助于降低能耗，节约运行费用。
【专利说明】一种产水通量均布的平板式膜元件
【技术领域】
[0001]本实用新型属于水处理微滤和超滤【技术领域】，具体涉及一种浸没式膜生物反应器(MBR)的平板式膜元件。
【背景技术】
[0002]根据研究结论，MBR膜装置的污堵大部分是由其膜面污泥沉积造成的。临界通量的概念就是膜装置运行时污堵和冲刷剥离两个趋势相互矛盾、相互平衡的产物，而亚临界通量(低于临界通量)运行方式是目前MBR膜装置运行制约、延缓膜污染的主要方法。但是由于现有技术的膜元件的结构设计不够合理，膜产水通量分布不均匀，在实际运行过程中，总体处于亚临界通量运行的膜元件的出水处局部区域仍然处于超临界通量(高于临界通量)状态，而其它区域的膜却很少产水，有些地方甚至没有参与工作。
[0003]目前，浸没式膜生物反应器(MBR)的膜元件主要有中空纤维和平板式两种。其中，中空纤维膜的膜丝(产水支管)汇流断面面积较小，单元膜面积过滤通量没有特意受到限制，若想在膜丝长度方向达到单元膜面积出水均衡，膜丝长度必须限定在一定范围内，根据计算和实践总结，这个要求无法实现。而现有技术的平板膜通常都只具有一至二个总出水嘴，总出水嘴的直径亦受到基板厚度的制约，如果单元膜面积过滤通量不受限制，总出水嘴不但限制了出水，而且使得总出水嘴的临近区域的产水通量过高(超临界通量)，而远处区域的产水通量会逐渐递减，离出水嘴最远的角落甚至可能没有产水。
[0004]所以，以往膜元件的结构设计造成MBR装置的膜污堵呈现以下特点:⑴由于膜通量分布不均，离出水口最近处的膜处于超临界膜通量运行，使得平板膜最先污堵处为总出水嘴附近区域，而中空纤维膜最先污堵处位于膜丝连接汇水管的根部；(2)恒量出水的运行方式驱使膜元件的污堵迅速扩散和蔓延。在局部污堵后，有效过滤面积减少，为了保证其通量恒定，只有增加其它区域的膜通量才能进行补偿，区域超临界通量运行和通量分布不均衡的现象更加严重，因此造成更为迅速的膜污堵，最后形成灾难性膜污堵事故。
[0005]为了改善和消除这种现象，要么整体降低临界通量的水平，使所有区域严格处于亚临界通量运行，这会造成较为严重的成本浪费(目前很多工程应用上采取的通量保守取值的办法，也就意味着实际膜通量无法达到标称要求)；要么大幅提高曝气冲刷强度和清洗频度，这会形成较高的能耗和运行费用。
[0006]因此，现有技术中亟需一种产水通量均布的平板式膜元件。
【发明内容】
[0007]本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的不足，提供一种产水通量均布的平板式膜元件。
[0008]本实用新型是通过以下技术方案实现的:一种产水通量均布的平板式膜元件，由基板和设置于该基板前后两端面的2片膜片构成，2片膜片的周缘与基板连接，2片膜片与基板之间形成封闭的容腔，所述基板的左右两侧设置有两根产水总管，所述基板均匀设置有多根中空的产水支管，每根产水支管的左右两个端部均分别延伸至两根产水总管处，并且每根产水支管的左右两个端部分别与相应的产水总管连通，产水支管正对于前后两个膜片在该产水支管的长度方向上均匀设置有多个限流集水孔，限流集水孔的进水端与相应的膜片触接。
[0009]一种情况，每根所述产水支管均横向设置，这些产水支管排成一列。
[0010]另一种情况，每根所述产水支管均倾斜设置，这些产水支管相互交叉、相互连通呈网状。作为优选，每根所述产水支管与水平面之间的锐角夹角均为45度。
[0011]工作时，污水在膜片外，产水渗透进膜，通过限流集水孔进入产水支管，并沿着产水支管汇集至两边的产水总管。为了达到产水通量更加均衡分布的目的，该膜元件结构还必须满足下述要求:
[0012]第一，需要选择合适通量的膜材质，尽量采用孔径小、孔隙率大的膜，因为孔径太大的膜的单元膜面积通量过大，无法得到有效限制，容易产生不均衡问题，而孔隙率小的膜很容易被污堵。膜片的孔径的最佳范围为0.1?0.4 μ m，孔隙率要求大于80%。
[0013]第二，由于膜单位面积产水量远大于膜元件所需临界通量，为了限制局部产水量过多，在膜渗透产水进入产水支管前，必须经过限流集水孔，限流集水孔的孔径、数量以及其与膜面积的比值等参数与膜单位面积实际产水量相关。实际产水量越高，选取限流集水孔的孔径越小，数量密度可以适当放松，膜面积就可以更大。针对0.1?0.4μπι的微滤膜，最佳限流集水孔孔径范围0.5?1mm，孔间距3?10mm。为了达到产水均衡的要求，一根产水支管上限流集水孔的数量是有限的，最佳数量应该在150个以下。
[0014]第三，具有双面多个限流集水孔的产水支管截面直径也有一定的要求，其截面面积要求远大于限流集水孔的过流面积，比较合适的比值要求大于20:1，以保证每一个限流集水孔的产水通量基本保持均衡。
[0015]第四、限流集水孔的过流面积与单元膜过滤面积之比为1/36?1/400，并受到膜通量的制约，膜通量越高，意味着限流集水孔应该越细小，服务的膜面积应该越大；
[0016]第五，产水支管的不同位置距离出水端也是有远近的，若要保持出水平衡，出水可以设计为两个方向。由于产水支管的任意一点距离两个方向出水端的距离之和是相同的，我们可以认为其任意位置产水的“距离阻力”总体是相同的，因此就能够保证其产水均衡。
[0017]第六、为了保证均衡出水，多排产水支管和产水总管的关系也和上述关系相同，排数以及产水支管和产水总管截面积比值都需要得到控制。产水支管不要超过200排，而产水支管和产水总管截面积比值应当小于1:10，以保证上下多排产水支管的产水通量之间达到均衡(最大差值〈5% )。
[0018]第七、多个膜元件排列组合成膜组件，膜组件结构以及后续工艺的产水通道也应该逐步“扩大”，擗免不均衡现象产生。
[0019]本实用新型的有益效果是:本实用新型是一种产水通量均布的平板式膜元件，该平板式膜元件可以实现膜面各单元区域膜产水通量的相对均衡，制约超临界通量现象的出现，不但有助于提高膜产品临界通量的整体水平，降低投资成本，也有助于降低能耗，节约运行费用。
【专利附图】
【附图说明】[0020]图1是本实用新型的实施例1的正面结构示意图；
[0021]图2是图1的B— B向的剖面结构示意图；
[0022]图3是本实用新型的实施例2的正面结构示意图；
[0023]图4是图3的D— D向的剖面结构示意图。
[0024]在图中:1_基板；2-膜片；3_产水总管；4_产水支管；5_限流集水孔。
【具体实施方式】
[0025]以下结合附图对本实用新型作详细描述。
[0026]实例一
[0027]参见图1、图2，限流集水孔5的孔径为1mm，每根产水支管4的截面积为4mm X 4mm,单根产水支管4的单面的限流集水孔5的数量为100个，孔间距为4mm，200根产水支管4均为水平设置，相互平行、相互隔绝，并汇流进入两边纵向的总产水管，产水总管3的截面积为40mm X 5m。
[0028]在具体实施时，采用通用产品，如通过中空板、万通板与注塑件组装成基板1，两片膜片2的周缘采用超声波、热熔或胶粘的方式与基板I形成封闭的平板式膜元件。
[0029]实例二
[0030]参见图3、图4，限流集水孔5的孔径为1mm，每根产水支管4的截面积为4mm X 4mm,单根产水支管4的单面的限流集水孔5的数量100个，孔间距为4mm，产水支管4倾斜设置，100排产水支管相互交叉、相互连通呈“X”网状，产水支管4沿45度方向连接纵向的产水总管3,产水总管3的截面积为40 mm X 5mm。
[0031]在具体实施时，采用现有产品，如热缩冷固加工成型的塑料过滤网与注塑件组装成基板1，两片膜片2的周缘采用超声波、热熔或胶粘的方式与基板I形成封闭的平板式膜元件。
[0032]最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本实用新型的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。
【权利要求】
1.一种产水通量均布的平板式膜元件，由基板和设置于该基板前后两端面的2片膜片构成，2片膜片的周缘与基板连接，2片膜片与基板之间形成封闭的容腔，其特征在于:所述基板的左右两侧设置有两根产水总管，所述基板均匀设置有多根中空的产水支管，每根产水支管的左右两个端部均分别延伸至两根产水总管处，并且每根产水支管的左右两个端部分别与相应的产水总管连通，产水支管正对于前后两个膜片在该产水支管的长度方向上均匀设置有多个限流集水孔，限流集水孔的进水端与相应的膜片触接。
2.根据权利要求1所述的产水通量均布的平板式膜元件，其特征在于:每根所述产水支管均横向设置，这些产水支管排成一列。
3.根据权利要求1所述的产水通量均布的平板式膜元件，其特征在于:每根所述产水支管均倾斜设置，这些产水支管相互交叉、相互连通呈网状。
4.根据权利要求3所述的产水通量均布的平板式膜元件，其特征在于:每根所述产水支管与水平面之间的锐角夹角均为45度。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的产水通量均布的平板式膜元件，其特征在于:所述膜片的孔径范围为0.1?0.4 μ m，孔隙率大于80%。
6.根据权利要求5所述的产水通量均布的平板式膜元件，其特征在于:所述限流集水孔的孔径范围为0.5?1mm，孔间距为3?10mm，一根产水支管上的限流集水孔的数量在150个以下。
7.根据权利要求6所述的产水通量均布的平板式膜元件，其特征在于:产水支管的截面面积与限流集水孔的过流面积的比值大于20:1。
8.根据权利要求7所述的产水通量均布的平板式膜元件，其特征在于:产水支管的数量小于200根，产水支管的截面积与产水总管的截面积的比值小于1:10。
【文档编号】C02F3/00GK203389539SQ201320330696
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年6月8日 优先权日:2013年6月8日
【发明者】吴华, 朱祝培 申请人:上海希沃环境科技有限公司