專利名稱：淹沒式平板膜組件的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及膜生物反應器和流體過濾技術領域，特別涉及淹沒式平板膜組件
技術。
背景技術：
膜分離技術是用半透膜作為選擇障礙層、在膜的兩側存在一定量的能量差作為動 力，允許某些組分透過而保留混合物中其他組分，各組分透過膜的遷移率不同，從而達到分 離目的的技術。 膜分離技術在20世紀初出現，20世紀60年代后迅速崛起。膜分離技術由于兼有 分離、濃縮、純化和精制的功能，又有高效、節能、環保、分子級過濾及過濾過程簡單、易于控 制等特征，因此，目前已廣泛應用于食品、醫藥、生物、環保、化工、冶金、能源、石油、水處理、 電子、仿生等領域，產生了巨大的經濟效益和社會效益，已成為當今分離科學中最重要的手 段之一。 膜生物反應器(Membrane Bioreactor，簡稱"MBR")是一種結合了膜分離技術與 活性污泥法相結合的新型水處理技術。在MBR系統中，污水中的各類污染物主要通過微生 物的生物化學作用加以去除，但與傳統生物處理工藝不同的是，膜組件替代了二沉池以其 高效分離作用使泥水徹底分離，這使得污泥停留時間和水力停留時間可以相互獨立，生化 反應池中活性污泥濃度的增大和活性污泥中特效菌的積累，提高了生化反應速率。微生物 與水的分離不再通過重力沉淀，而是在壓力的驅動下，水分子和部分其他小分子物質能夠 透過膜，微生物和大分子物質則被膜截留在反應池內，從而使系統獲得了優良的出水水質。 MBR工藝基本解決了傳統污水處理工藝普遍存在的出水水質不穩定、占地面積大、工藝控制 復雜等突出問題，是極具發展潛力的水處理工藝，尤其在污水再生利用方面，M服工藝可以 將生活污水、城市污水或與之相近的工業廢水一步到位地處理成可以作為城市雜用水、工 業循環冷卻水等用途的優質再生水，目前在全世界范圍內正日益受到廣泛的學術關注，大 規模的工程應用也逐漸增多。 根據膜組件的設置位置，膜生物反應器可分為外置式(或稱分體式、分置式)膜生 物反應器和內置式(或稱淹沒式、浸入式、一體式、浸沒式)膜生物反應器兩大類。 外置式膜生物反應器一般多選用柱式中空纖維膜組件或管式膜組件，把膜組件和 生物反應器分開設置，生物反應器中的混合液經循環泵增壓后送至膜組件的過濾端，在壓 力作用下混合液中的液體透過膜，成為系統處理出水，固形物、大分子物質等則被膜截留， 隨濃縮液回流到生物反應器內。外置式膜生物反應器的特點是運行穩定可靠，易于膜的清 洗、更換及增設，而且膜通量普遍較大，但一般條件下，為減少污染物在膜表面的沉積，延長 膜的清洗周期，需要用循環泵提供較高的膜面錯流流速，致使循環泵的水流循環量和所需 揚程增大，動力費用增高，噸水能耗較高，并且泵的高速旋轉產生的剪切力會使某些微生物 菌體產生失活現象。 內置式膜生物反應器大多選用簾式或束式中空纖維膜組件或板框式膜組件，把膜
3組件浸沒于生物反應器的液位以下，原水進入膜生物反應器后，其中的大部分污染物被混 合液中的活性污泥分解或轉化，在吸泵提供的負壓作用下或者在水位差的作用下由膜過濾 出水，曝氣系統設置在膜組件下方， 一方面給微生物分解有機物提供了所必需的氧氣，另一 方面利用氣提原理，使氣水二相流對膜外表面進行水力沖刷，以此來抑制膜面污泥層的沉 積。內置式膜生物反應器較之外置式膜生物反應器省去了混合液循環系統，結構更為緊湊， 占地面積小，并且靠抽吸出水，噸水能耗相對較低，但膜組件的安裝、檢修、清洗很不方便， 清洗勞動強度大，成本較高，膜通量也相對較小。 所謂的膜組件是將一定面積的膜元件以某種形式組裝成的膜分離器件，是工程應 用當中安裝膜的基本單元。膜元件的基本形式有平板式、管式、毛細管式以及中空纖維式， 在膜生物反應器中適用的則主要有平板式、管式以及中空纖維式，相應的膜組件形式為板 框式、柱式、簾式或束式，板框式膜組件通常采用平板式元件，柱式膜組件通常采用管式或 中空纖維式元件，簾式或者束式膜組件通常采用中空纖維式元件。由于工程實際要應用較 大面積的膜，所需膜組件的數量很大，因此往往需要將一個或數個膜組件以某種形式組裝 成膜組件單元，其中包括膜組件、集水管、固定支架等，根據膜組件的型式，也有板框式、柱 式、簾式或束式等形式。 現有技術的問題在于，淹沒式膜生物反應器中，膜組件的清洗效果欠佳，特別是膜
組件的根部不易被清洗到，容易積泥，而膜組件根部污染的繼續發展和蔓延又會進一步加
劇過濾的不均勻性以及有效過濾面積的喪失，最終縮短了整個膜組件的使用壽命。 此外，傳統的膜組件尺寸小，無法單獨使用，需要有金屬框架固定后方能組成系統
使用，從而增加了系統的重量。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種淹沒式平板膜組件，提高了對平板膜片的清洗效
果，并且易于組成大型系統。 為解決上述技術問題，本實用新型的實施方式提供了一種淹沒式平板膜組件，包 括 多個平板膜片，這些平板膜片的兩端由頂端封頭和底端封頭密封起來，起到對流 體過濾分離提純的作用，平板膜片可以隨鼓泡而抖動，起到清潔平板膜片的作用； 頂端封頭，它具有一個空腔，把各平板膜片由黏合劑封裝在封頭內部，該封頭不僅 起到把膜密封起來的作用，還能夠把過濾后的液體導流出來； 底端封頭，它具有兩個空腔，各平板膜片被分為兩組，兩個空腔分別把兩組平板膜 片由黏合劑密封裝在封頭內部，在兩個空腔之間有一個狹縫，用來噴射氣體形成鼓泡，造成 流體在平板膜片周圍的循環流動，起到清潔平板膜片的作用； 兩個導流管，分別排布在兩個封頭之間，將過濾后的液體從頂端封頭和底端封頭 取出，送入主收集器； 頂端封頭和底端封頭四周配有用于與鄰近封頭耦合的卡扣。 本實用新型的實施方式還提供了一種淹沒式平板膜系統，包括N個如上文的淹沒 式平板膜組件，這N個平板膜組件的頂端封頭卡扣相互銜接組合，這N個平板膜組件的底端 封頭也以卡扣相互銜接組合；其中N為大于2的整數。[0019] 本實用新型實施方式與現有技術相比，主要區別及其效果在于 在底端封頭的兩個空腔之間有一道狹縫，可以傳送氣泡清洗膜片，兩組膜片之間
的根部最易累積污垢，通過從兩個空腔之間的狹縫傳送氣泡，對膜片間的根部有很好的清
洗效果。 因為底端封頭封裝了兩組膜片，狹縫中冒出的氣泡在上升過程中在兩組膜片間不 斷碰撞，而且使膜片抖動，碰撞和抖動都加強了清洗效果。 進一步地，底端封頭的下基座比上基座寬大，所以下基座的空腔容積也較大，可以 容納較多的過濾后的水。此外，在以卡扣連接多個膜組件封頭時，因為下基座較為寬大，所 以各個封頭的膜片不會靠得太近，易于保持膜片的清潔。 進一步地，平板膜片的長度大于頂端封頭和底端封頭之間的直線距離，可以使平 板膜片更容易隨氣泡而抖動，從而達到更好的清洗效果。 進一步地，頂端封頭和底端封頭在豎直方向錯開，使平板膜片傾斜地布置，即平板 膜片不是豎直地布置，而是與豎直方向有一定的夾角，促進氣泡在上升過程中與傾斜的平 板膜片發生多次碰撞，氣泡和尾流漩渦在膜面產生更大的瞬時剪切力，在提高曝氣沖刷效 率的同時能夠有效減緩膜污染速率，從而增強系統穩定性、延長膜的使用壽命、減少化學清 洗劑的使用量，大幅度降低膜生物反應器的運行成本，促進膜生物反應器的廣泛應用。
圖1是本實用新型第一實施方式中淹沒式平板膜組件的結構示意圖； 圖2是本實用新型第一實施方式中淹沒式平板膜組件的底端封頭結構示意圖； 圖3是圖2中膜組件封頭沿A-A方向剖面示意圖； 圖4是本實用新型第二實施方式中淹沒式平板膜組件的彎曲狀態示意圖； 圖5是本實用新型第三實施方式中淹沒式平板膜組件的傾斜狀態示意圖； 圖6是本實用新型第四實施方式中膜組件封頭以卡扣相互連接的一種連接樣式 示意圖； 圖7是本實用新型第四實施方式中膜組件封頭以卡扣相互連接的另一種連接樣 式示意圖。
具體實施方式在以下的敘述中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術細節。但是，本 領域的普通技術人員可以理解，即使沒有這些技術細節和基于以下各實施方式的種種變化 和修改，也可以實現本申請各權利要求所要求保護的技術方案。 為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新 型的實施方式作進一步地詳細描述。 本實用新型第一實施方式涉及一種淹沒式平板膜組件，應用于膜生物反應器和流 體過濾。該淹沒式平板膜組件的結構如圖1所示，包括 多個平板膜片(IO)，這些平板膜片的兩端由頂端封頭(12)和底端封頭(11)密封 起來，起到對流體過濾分離提純的作用，平板膜片可以隨鼓泡而抖動，起到清潔平板膜片的 作用。
5[0036] 頂端封頭(12)，它具有一個空腔，把各平板膜片由黏合劑封裝在封頭內部，該封頭 不僅起到把膜密封起來的作用，還能夠把經平板膜片過濾后的液體導流出來。導流的實現 方式有多種，常見的是在頂端封頭(12)上開一個或多個導流孔，導流管(13)與這些導流孔 連接，將過濾后的液體導流出來。 頂端封頭(12)四周配有卡扣，用于和其它膜組件的頂端封頭連接，以形成由多個 膜組件構成的大系統。頂端封頭(12)的卡扣與底端封頭(11)的卡扣類似，參見底端封頭 (11)的相關描述。 底端封頭(11)，該封頭的基本結構如圖2所示，圖2中A-A方向的剖面如圖3所 示。底端封頭(11)包括上基座(1)和下基座(2)，其中 上基座(1)有兩個空腔(3和4)，每個空腔用于通過黏合劑封裝一組膜片，空腔 (3)和空腔(4)中間有一道狹縫(5)，用于傳送氣泡清洗膜片。有一個導氣管連接到該封頭， 通過狹縫(5)向外鼓泡。 兩組膜片之間的根部最易累積污垢，通過從兩個空腔之間的狹縫(5)傳送氣泡， 對膜片間的根部有很好清洗效果。因為一個封頭封裝了兩組膜片，狹縫(5)中冒出的氣泡 在上升過程中在兩組膜片間不斷碰撞，而且使膜片抖動，碰撞和抖動加強了清洗效果。 下基座(2)有一個空腔(7)，用于存儲經膜片過濾后的液體，空腔(7)兩側有出水 口與導流管(13)相連，用于將空腔(7)內的液體收集到外部存儲裝置。 下基座(2)外側有多個卡扣(6)，用于與其它的膜組件封頭連接，以組成大的系 統。換句話說，多個由本實用新型所提出的膜組件封頭以卡扣相互連接，形成一個整體。連 接的方式有多種，圖3、圖4示出了其中的兩種互連方式。需要說明的是，卡扣的具體樣式可
以是多種多樣的，圖l只是示出了其中的一種，但本實用新型并不限于這一種樣式的卡扣。 上基座(1)比下基座(2)窄小，所以下基座(2)的空腔容積也較大，可以容納較多 的水。此外，在以卡扣連接多個膜組件封頭時，因為下基座(2)較為寬大，所以各個封頭的 膜片不會靠得太緊，易于保持膜片的清潔。 需要說明的是，頂端封頭(12)和底端封頭(11)的卡扣的具體樣式可以是多種多 樣的，圖2只是示出了其中的一種，但本實用新型并不限于這一種樣式的卡扣，只要能將封 頭有效地連接在一起就可以了 。 兩個導流管(13)，分別排布在頂端封頭(12)和底端封頭(11)之間，將過濾后的液 體從頂端封頭(12)和底端封頭(11)取出，送入主收集器。 優選地，用于將平板膜片(10)封裝到頂端封頭(12)和底端封頭(11)的黏合劑包
括硅橡膠、聚氨酯和環氧樹脂，當然也可以使用其它類型的黏合劑。 優選地，頂端封頭(12)和底端封頭(11)可以用不銹鋼或塑料制成。 本實施方式中，過濾后的液體為水，當然，本實用新型的技術方案并沒有利用到水
特有的性質，因此也可以應用于水之外的其它液體的過濾。 本實用新型第二實施方式涉及一種淹沒式平板膜組件。第二實施方式在第一實施 方式的基礎上進行了改進。 本實施方式中，各平板膜片的長度大于頂端封頭和底端封頭之間的直線距離。也 就是說各平板膜片在工作狀態下是松弛的，有一些自然的彎曲，如圖4所示。這樣可以使平 板膜片更容易隨氣泡而抖動，從而達到更好的清洗效果。圖4中，41為頂端封頭，42為氣泡，43為平板膜片，44為底端封頭。 優選地，平板膜片的長度可以是頂端封頭和底端封頭之間直線距離的1. 05至1. 2倍。 本實用新型第三實施方式涉及一種淹沒式平板膜組件。第三實施方式在第二實施 方式的基礎上進行了改進，主要改進之處在于 頂端封頭和底端封頭在豎直方向錯開，使平板膜片傾斜地布置。即平板膜片不是
豎直地布置，而是與豎直方向有一定的夾角，如圖5所示，這樣可以促進氣泡在上升過程中
與傾斜的平板膜片發生多次碰撞，氣泡和尾流漩渦在膜面產生更大的瞬時剪切力，在提高
曝氣沖刷效率的同時能夠有效減緩膜污染速率，從而增強系統穩定性、延長膜的使用壽命、
減少化學清洗劑的使用量，大幅度降低膜生物反應器工藝的運行成本，促進膜生物反應器
的廣泛應用。圖5中，41為頂端封頭，42為氣泡，43為平板膜片，44為底端封頭。 優選地，頂端封頭和底端封頭的連線與豎直方向的夾角在5度至30度之間為宜。 本實用新型各實施方式中所稱的"豎直方向"就是地心引力的方向。 本實用新型第四實施方式涉及一種淹沒式平板膜系統。該淹沒式平板膜系統包括
多個淹沒式平板膜組件，這些膜組件的頂端封頭卡扣相互銜接組合，這些膜組件的底端封
頭也以卡扣相互銜接組合。這些膜組件的描述參見本實用新型中涉及淹沒式平板膜組件的
各實施方式。 相互銜接的方式有多種，圖6和圖7示出了底端封頭相互銜接的兩個例子，頂端封 頭也采用與底端封頭相同的方式相互銜接。圖6中，61為卡扣。圖7中，71為卡扣。 雖然通過參照本實用新型的某些優選實施方式，已經對本實用新型進行了圖示和 描述，但本領域的普通技術人員應該明白，可以在形式上和細節上對其作各種改變，而不偏 離本實用新型的精神和范圍。
權利要求一種淹沒式平板膜組件，其特征在于，包括多個平板膜片，這些平板膜片的兩端由頂端封頭和底端封頭密封起來，起到對流體過濾分離提純的作用，平板膜片可以隨鼓泡而抖動，起到清潔平板膜片的作用；頂端封頭，它具有一個空腔，把各所述平板膜片由黏合劑封裝在該封頭內部，并能夠把經所述平板膜片過濾后的液體導流出來；底端封頭，它具有兩個空腔，各所述平板膜片被分為兩組，兩個空腔分別把兩組平板膜片由黏合劑密封裝在該封頭內部，在兩個空腔之間有一個狹縫，用來噴射氣體形成鼓泡，造成流體在平板膜片周圍循環流動，起到清潔平板膜片的作用；兩個導流管，分別排布在所述頂端封頭和底端封頭之間，將過濾后的液體從所述頂端封頭和底端封頭導出，送入主收集器；所述頂端封頭和底端封頭四周配有用于與鄰近封頭耦合的卡扣。
2. 根據權利要求1所述的淹沒式平板膜組件，其特征在于，所述底端封頭包括上下兩 個基座，其中上基座有兩個空腔，每個空腔用于通過黏合劑封裝一組膜片，兩個空腔中間有一道狹 縫，用于傳送氣泡清洗膜片；下基座有一個空腔，用于存儲經所述膜片過濾后的液體，該空腔兩側有出水口 ，用于將 該空腔內的液體收集到外部存儲裝置；所述下基座外側有多個卡扣，用于與其它的膜組件封頭連接，以組成大的系統；所述上基座比所述下基座窄小。
3. 根據權利要求2所述的淹沒式平板膜組件，其特征在于，所述黏合劑包括硅橡膠、聚 氨酯和環氧樹脂。
4. 根據權利要求3所述的淹沒式平板膜組件，其特征在于，所述頂端封頭和底端封頭 由不銹鋼或塑料制成。
5. 根據權利要求4所述的淹沒式平板膜組件，其特征在于，該平板膜組件用于膜生物 反應器和流體過濾；所述過濾后的液體為水。
6. 根據權利要求5所述的淹沒式平板膜組件，其特征在于，各所述平板膜片的長度大 于頂端封頭和底端封頭之間的直線距離。
7. 根據權利要求6所述的淹沒式平板膜組件，其特征在于，所述頂端封頭和底端封頭 在豎直方向錯開，使平板膜片傾斜地布置。
8. —種淹沒式平板膜系統，其特征在于，包括N個如權利要求1所述的淹沒式平板膜組 件，這N個平板膜組件的頂端封頭卡扣相互銜接組合，這N個平板膜組件的底端封頭也以卡 扣相互銜接組合；其中N為大于1的整數。
專利摘要本實用新型涉及膜生物反應器和流體過濾技術領域，公開了一種淹沒式平板膜組件，它包括多個平板膜片，這些平板膜片的兩端由頂端封頭和底端封頭密封起來，起到對流體過濾分離提純的作用；頂端封頭，它具有一個空腔，把各平板膜片由黏合劑封裝在封頭內部；底端封頭，它具有兩個空腔，各平板膜片被分為兩組，兩個空腔分別把兩組平板膜片由黏合劑密封裝在封頭內部，在兩個空腔之間有一個狹縫，用來噴射氣體形成鼓泡，造成流體在平板膜片周圍的循環流動，提高了對膜片的清洗效果；頂端封頭和底端封頭四周配有用于與鄰近封頭耦合的卡扣，易于組成大型系統。
文檔編號B01D63/08GK201529494SQ200920074328
公開日2010年7月21日 申請日期2009年7月27日 優先權日2009年7月27日
發明者欒森, 汲江 申請人:上海生物醫學工程研究中心