专利名称：帘式中空纤维膜膜丝端部固定加强技术的制作方法
技术领域：
本发明属于膜分离应用技术领域，特别涉及一种针对帘式中空纤维膜丝端部固定加强技术。
背景技术：
膜生物反应器是将膜分离技术和生物污水处理技术相结合的污水处理技术，与传统的生物污水处理技术相比，它具有占地面积小、设备集中、模块化，并且具有升级改造的潜力等优势，日益在世界范围内受到重视[Tom Stephenson，SimonJudd，Bruce Jefferson，Keith Brindle，Membrane Bioreaators for wastewater Treatment[M]，p13]，被认为是最具有前景的污水处理和回用技术之一。
中空纤维帘式膜是采用中空纤维膜制成的一种膜组件形式。中空纤维膜组件已经广泛的应用到MF、UF、GP、RO等领域[许振良.膜法水处理技术.北京，化学工业出版社，2001.p22]。在污水处理中，很多情况下中空纤维膜不装入耐压容器，组件直接放入反应器中构成内置式膜生物反应器，膜组件被外压或抽吸出水。帘式中空纤维膜组件是水处理工程中经常使用的膜组件。中空纤维膜组件在长期运行中，膜材质的机械强度是决定膜生物反应器能否稳定良好运行的重要的决定因素。多数情况利用曝气冲刷来提高膜面流速，利用混合液在膜面的错流来控制和减缓膜滤饼层污染和浓差极化。但在实践应用中，长期大气量的曝气冲刷运行导致帘式中空纤维膜组件膜丝胶结根部超过疲劳强度而断丝。另外，曝气冲刷下，膜丝以胶结根部为支点不停抖动产生对膜丝的剪切导致断丝。断丝主要发生在组件膜丝的端部，严重影响了膜生物反应器的稳定运行和达标出水。
发明内容
根据帘式中空纤维膜在实际应用过程中膜材质机械强度较低，胶结部分尤其是膜丝端部胶结区断丝严重的问题，本发明提供一种加强膜丝端部机械强度的技术方法，以有效提高原有膜组件膜丝局部的机械强度，有效避免膜组件断丝问题的发生。本技术可以在膜组件生产过程中规模化应用。
本发明所提及的膜组件膜丝端部固定加强技术主要针对帘式中空纤维膜组件膜丝胶结端部机械强度的加强。目前工程上应用的帘式中空纤维膜组件，端部固定多是环氧树脂胶，这种胶在固定后硬化程度高，而制造膜丝的材料一般强度较低，如PVDF膜材料。这种质机械强度较低的中空纤维膜固定在硬度较高的环氧树脂胶中后，在膜组件工作时，在水流作用下，膜丝与固化的胶结根部形成的剪切力，形成强应力点导致断丝。为克服这一问题，本发明的方法和步骤是1)在膜丝与集水管用环氧树脂胶浇铸粘结之前，将膜丝端部10-40cm长度范围内涂敷或浸敷一层机械强度和柔性大的有机高分子材料；该有机高分子材料敷涂方式可以对单根膜丝不粘连敷涂或对成束膜丝敷涂；2)在端部涂敷或浸敷高机械强度和柔性的有机高分子材料固化后，在将膜丝与集水管用环氧树脂胶浇铸粘结；3)对与集水管粘结好的膜丝根部由环氧树脂胶浇铸粘结面起2-30cm范围内涂敷或浸敷同一种有机高分子材料，使膜丝端部的2-30cm范围内膜丝固为整体，使膜丝在与环氧树脂胶浇铸粘结面之间构建一个缓冲区，膜丝在这个缓冲区内与环氧树脂胶浇铸粘结面不产生相对运动，大大弱化环氧树脂胶浇铸粘结面对膜丝的剪切应力；4)在2-30cm缓冲区之外的膜丝留有3-20cm长度经局部敷涂后提高了强度的膜丝自由段，有效保护膜丝减缓来自气水混合流冲击剪切力。5)膜丝端部涂敷或浸敷的高机械强度和柔性的有机高分子材料可以是硅胶、不硬结特殊配方的环氧树脂、氯丁橡胶、TTR胶(热可塑性橡胶)等与硬结胶有良好粘连型的有机高分子材料。6)这些胶都具有较强的抗腐蚀性和疏水性，在水中不会溶解脱落，可有效的发挥其增加膜丝机械强度的效用。
经端部固定加强技术的帘式中空纤维膜组件，膜丝胶结区能有效的减少由于曝气冲刷而剪切力导致的断丝问题，在帘式中空纤维膜应用领域，使得国内外部分机械强度较低的高分子有机膜也能得到更加广泛的应用。
具体实施例方式
含有COD为200～500mg/L，BOD5为100～300mg/L，氨氮为50～160mg/L，SS为20～50mg/L，水量为10-15m3/h的生活污水进入膜生物反应器处理，该系统采用本发明的端部固定加强技术对国产的低机械强度的帘式中空纤维膜组件。在气水比为10-30，在条件下鼓气量为5m3/hr，温度12～29℃，pH为6.5～8.0条件下，稳定运行6个月，此中空纤维膜组件的通量稳定在10-15L/m2·h.操作压力为16～20kpa。与未经处理的组件相比，膜组件得断丝问题得到了有效的控制。系统出水COD值在10～30mg/L之间变化，一般稳定在20mg/L之下，BOD5值在1～3mg/L之间波动，氨氮稳定在10mg/L以下，SS稳定在0.3mg/L以下，出水水质达到《城市污水再生利用-城市杂用水水质》(GB/T18920-2002)标准。
图1单根膜丝涂敷胶简2帘式中空纤维膜膜丝端部固定加强技术的应用简图(正视图)图3帘式中空纤维膜膜丝端部固定加强技术的应用简图(侧视图)附图标记1、膜丝，2、膜丝端部涂敷的有机高分子材料，3、集水管，4、环氧树脂胶。
权利要求
1.帘式中空纤维膜膜丝端部固定加强技术是对膜组件的上下端部进行膜丝局部固定加强。其特征在于其方法步骤是1)在膜丝与集水管用环氧树脂胶浇铸粘结之前，将膜丝端部涂敷或浸敷一层机械强度和柔性较高的有机高分子材料；2)在端部涂敷或浸敷高机械强度和柔性的有机高分子材料固化后，将膜丝与集水管用环氧树脂胶浇铸粘结；3)对与集水管粘结好的膜丝根部，由环氧树脂胶浇铸粘结面起2-30cm范围内涂敷或浸敷上述同一种有机高分子材料，使膜丝端部的2-30cm范围内膜丝固为整体，使膜丝在与环氧树脂胶浇铸粘结面之间构建一个缓冲区，膜丝在这个缓冲区内与环氧树脂胶浇铸粘结面不产生相对运动；4)在上述缓冲区之外的膜丝留有经局部敷涂后提高了强度的膜丝自由段。
2.如权利要求1所述的端部固定加强技术，其特征在于所述的在膜丝端部涂敷或浸敷的较高机械强度和柔性的有机高分子材料，可以是硅胶、特殊配方不硬结的环氧树脂、氯丁橡胶、TTR胶(热可塑性橡胶)等与硬结胶有良好粘连型的有机高分子材料。
3.如权利要求1所述的端部固定加强技术，其特征在于对膜丝的敷涂方式可以对单根膜丝不粘连敷涂或对成束膜丝敷涂、局部粘连敷涂和全粘连敷涂四种方式。
4.如权利要求1所述的端部固定加强技术，其特征在于膜丝端部涂敷或浸敷较高机械强度和柔性有机高分子材料的范围为10-40cm。
5.如权利要求1所述的端部固定加强技术，其特征在于所述膜丝在与环氧树脂胶浇铸粘结面缓冲区外的，膜丝局部敷涂后提高了强度的膜丝自由段长度范围为3-20cm。
全文摘要
本发明提供一种加强膜丝端部机械强度的技术方法，以有效提高原有膜组件膜丝局部的机械强度，有效避免膜组件断丝问题的发生。利用抗腐蚀性能较强的高分子有机材料涂抹到中空纤维膜组件的顶部和底部的膜丝上来增加局部膜丝的机械强度。其特征在于帘式中空纤维膜组件的端部固定加强技术是对帘式膜组件固定端处的膜丝的加强，高分子有机材料的涂抹位置距离胶结端为10－40cm范围内的膜丝，可以是单丝涂抹、局部粘结涂抹，也可以是整体的涂抹。涂抹使用的高分子有机材料是与硬结胶有良好粘连性的硅胶、不硬结特殊配方的环氧树脂、氯丁橡胶、TTR胶(热可塑性橡胶)等。
文档编号B01D69/00GK1962038SQ20051011772
公开日2007年5月16日 申请日期2005年11月7日 优先权日2005年11月7日
发明者樊耀波, 董春松, 李刚 申请人:中国科学院生态环境研究中心