一種柱式膜組件的制作方法

專利名稱：一種柱式膜組件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種膜分離水處理設備，尤其涉及一種應用于水處理的柱式膜組件、利用此柱式膜組件的膜生物反應器和水處理設備，屬于水處理技術領域。
背景技術：
膜生物反應器(Membrane Bioreactor, MBR)工藝是一種將膜分離技術與傳統生物處理技術有機結合的高效污水處理與回用技術，與其他污水處理工藝相比，具有出水水質優良穩定、占地面積小、抗沖擊負荷能力強、剩余污泥產量低等突出優點，是極具發展潛力的水處理工藝，尤其在污水再生利用方面，MBR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是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，噸水能耗高達2-10kWh/m3，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是把膜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，再在抽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，降至1-2.4kffh/m3 (千瓦時/立方米)。目前世界上已經投入使用的膜生物反應器實際工程當中，大多數都選用內置式膜生物反應器工藝。但內置式膜生物反應器存在兩個主要問題:一是膜組件的安裝、檢修、清洗很不方便，清洗勞動強度大；二是曝氣量偏高，氣水比為30-40:1，是目前較為成熟的其他污水生物處理工藝的3-4倍，這使得其噸水能耗仍然顯著高于其他工藝。中國專利03121949.7公開了一種可氣沖的外壓柱式中空纖維膜組件，該膜組件在倒U形中空纖維膜絲外設置殼體，殼體頂部有料液出口，底部有料液進口和透過水出口，在中空纖維膜束的底部設有氣沖部件。該膜組件可以與生物反應器組成外置式膜生物反應器，但與常規外置式膜生物反應器不同的是，系統處理出水不是由循環泵增壓獲得，而是由增設的抽吸泵提供的負壓獲得，這樣循環泵的流量和揚程大幅降低。同時膜組件內有氣沖部件進行曝氣，該殼體的設置大幅縮小了氣提斷面，使得曝氣時形成的氣水二相流被束縛在殼體內部沿著膜絲的軸線方向上升，避免了氣泡在上升過程中逐漸向外擴散，因此以較小的曝氣量就可以在中空纖維膜束中得到較高的曝氣強度，使氣水二相流對膜絲外表面具有更好的水力沖刷效果，可以較好地抑制膜污染的發展，在一定程度上節約了曝氣能耗，這使得系統總體能耗低于常規內置式膜生物反應器，但采用了常規外置式膜生物反應器的外部形式，方便了膜組件的安裝和檢修。因此該種型式的膜生物反應器很好地將外置式和內置式兩種型式的膜生物反應器有機地結合起來，取各自所長，補各自所短。但該專利的一個不足之處在于，殼體內部液流的流態不好，膜組件端部容易出現積泥現象。原因是膜絲固定端與殼體的下部完全粘接為一個整體，料液進口設于殼體的側面，待過濾的液體從側面進入殼體內部后陡然轉向，殼體底部側壁上未開孔位置容易出現死角，并發生積泥現象。對于由多個過濾單元組成的膜組件，則過濾單元端部同樣容易出現積泥現象。而此專利所述的外壓柱式中空纖維膜組件可以看作是一個過濾單元。中國專利申請200610129352.2公開了一種雙端出水的外壓柱式中空纖維膜組件，該膜組件在膜殼內兩樹脂固定層之間密封有多根中空纖維膜絲以及雙端產水連接管，膜殼的側壁上設有料液進口、料液出口，端部設有透過水出口，在靠近料液進口 一端的樹脂固定層內設置有多個曝氣孔，每個曝氣孔內設置有管狀插件，每個管狀插件依次與連接管、氣體分配器的出氣口密封連接，氣體分配器的進氣口與氣源連接。該專利的不足之處同樣在于，殼體內部液流的流態不好，膜組件端部容易出現積泥現象。

發明內容
本發明的一個目的是提供一種膜組件，其在水處理過程中內部液流順暢，可以有效的減少過濾單元端部的積泥。本發明的另一個目的是提供一種利用此發明的柱式膜組件的膜生物反應器。本發明還有一個目的是提供一種利用此發明的柱式膜組件或者利用本發明的膜生物反應器的水處理設備。為了實現上述發明目的，本發明采用以下的技術方案:一種柱式膜組件，包括殼體、殼體的端蓋、殼體內的過濾單元、料液進口和料液出口，所述料液進口的位置低于所述過濾單元的下端或者高于所述過濾單元的上端，當所述料液進口的位置低于所述過濾單元的下端時，所述的料液出口高于所述過濾單元的上端；當所述料液進口的位置高于所述過濾單元的上端時，所述的料液出口低于所述過濾單元的下端。優選地，所述料液進口和料液出口在所述端蓋上。優選地，所述料液進口和料液出口在所述殼體的端口附近。優選地，所述料液進口位于所述過濾單元的正下方。優選地，所述殼體為可容納豎直放置的過濾單元的殼體。優選地,所述殼體與所述過濾單元通過可拆卸的結構連接在一起。
優選地，所述殼體兩端的端口在橫斷面上的開孔面積占端口橫斷面面積的百分數大于10%，優選大于80%。優選地，所述過濾單元包括多根中空纖維膜絲或管式膜組成的膜束，所述膜束在殼體內部總體上處于直線狀態，而且其軸線與液流的流線大體相平行。優選地，所述殼體或所述殼體的端蓋設有集水室，所述集水室與殼體外面設置的產水出口相連通，所述膜束的產水管均與所述集水室相連通。優選地，所述殼體或所述殼體的端蓋設有空氣進口、供氣室和帶布氣孔的布氣裝置，所述布氣裝置與供氣室相連通，所述供氣室與空氣進口相連通，所述布氣裝置的布氣孔的孔口朝向所述膜束的根部。本發明還提供一種利用上述柱式膜組件的膜生物反應器。本發明還提供一種利用上述柱式膜組件或者膜生物反應器的水處理設備。本發明與現有技術相比，所述料液進口的位置低于所述過濾單元的下端或者高于所述過濾單元的上端，具體為當所述料液進口的位置低于所述過濾單元的下端時，所述的料液出口高于所述過濾單元的上端；當所述料液進口的位置高于所述過濾單元的上端時，所述的料液出口低于所述過濾單元的下端；這樣的設置方式使得待過濾的液體從所述過濾單元的下方或者上方進入殼體，改善了殼體內部液流的流態，避免了待過濾的液體進出殼體時液流在過濾單元所在的區域陡然轉向所帶來的過濾單元端部容易積泥的現象，這樣可以提高過濾單元端部的水流紊動性，進而提高了膜組件的抗污染性能，始終保持水處理過程中膜組件過濾的有效面積和過濾的均勻性，能夠有效防止因過濾單元端部污染的快速發展和蔓延而縮短整個膜組件的使用壽命。另外，過濾單元與過濾單元之間、過濾單元與殼體之間可以相互獨立更換，避免了一旦部分過濾單元喪失產水能力，連同殼體在內的整支膜組件都無法繼續使用的浪費現象，提高了膜組件的材料利用率。并且，提高了膜組件安裝、清洗和檢修的方便程度，節省了清洗藥劑的用量。本發明所述膜組件在水處理構筑物之外安裝，避免了浸沒于水處理構筑物液面以下安裝時不易清洗和檢修的問題，每支膜組件可以單獨進行安裝和拆卸，而且極大地方便了對膜組件進行在線化學藥劑浸泡清洗，而現有的浸沒于水處理構筑物液面以下安裝的膜組件，必須通過起吊設備從水處理構筑物吊出后放入外部的藥液池進行離線化學藥劑浸泡，相對于此，不但勞動強度大幅降低，而且也能夠將清洗藥劑的用量降到最低的程度，避免了化學藥劑的浪費和處置問題。


圖1為本發明的實施例1所述的中空纖維柱式膜組件的縱剖面圖；圖2為本發明的實施例2所述的中空纖維柱式膜組件的縱剖面圖；圖3為圖1和圖2中的A-A處的剖面圖；圖4為圖1中下端頭5的局部放大圖；圖5為圖2中下端頭5的局部放大圖；圖6為圖4中的B-B處的剖面圖；圖7為圖5中的B-B處的剖面圖；圖8為現有技術的膜組件與圖1和圖2相應的縱剖面圖9為圖8中的B-B處的剖面圖；圖10為實施例1中由若干個本發明的中空纖維柱式膜組件組成的膜組件單元的示意圖。附圖中各個標記的說明:I——殼體；2——中空纖維膜絲；3——中空纖維膜束；4——上端頭；5——下端頭；6——產水管；7——進氣管；8——連接管；9——帶布氣孔的布氣裝置；10——輻條；
11——布氣孔；12——產水收集室；13——軟索；14--決插接頭；15——嵌入件；16——
集水室；17——供氣室；18——料液進口 ；19——料液出口 ；20——端蓋；21——產水出口 ；22——空氣進口 ；23——套筒；24——卡箍；25——孔板；26——出水管；27——供氣管；28——料液供給管；29——料液回流管。
具體實施例方式下面對上述技術方案進行詳細的闡述和說明，并且對于其他涉及的技術細節進行詳細的闡述和說明:所述過濾單元是指具有過濾作用的組件，可以是中空纖維束式膜組件、中空纖維簾式膜組件、板框式平板膜組件、毛細管式膜組件、管式膜組件以及微孔過濾管等水處理領域可以用到的各類過濾單元，優選中空纖維束式膜組件、毛細管式膜組件、管式膜組件以及微孔過濾管，這些過濾單元的整體外形一般均為圓柱狀，便于在殼體內的對稱排布和安裝，更優選中空纖維束式膜組件，這樣可以獲得更高的裝填密度，并且使得整個膜組件的制造成本也更低。優選的過濾單元包括由多根中空纖維膜絲組成的中空纖維膜束、中空纖維膜束的端頭和產水管。為了敘述的方便，本發明以中空纖維柱式膜組件為例來敘述，對于其他類型的柱式膜組件，可以按照同樣的原理來進行推導，其中，中空纖維膜絲也稱為膜絲，中空纖維膜束也稱為膜束。低于過濾單元的下端或者高于過濾單元的上端，對應于中空纖維柱式膜組件時是指，料液進口的位置低于中空纖維膜束的下端或者高于中空纖維膜束的上端，此種結構設計起到的作用是，使得待過濾的液體不是從中空纖維膜束的側面進入殼體。以料液進口的位置低于中空纖維膜束的下端為例，料液進口的位置低于中空纖維膜束的下端，使得待過濾的液體從中空纖維膜束的下方進入殼體，待過濾的液體進入殼體內部之后，液流方向可能發生轉向，也可能不發生轉向，但即便發生轉向，轉向的位置也不位于中空纖維膜束所在的區域，這樣不會因為中空纖維膜束對液流的阻擋使得其中的固形物在膜束端部發生沉積，液流在流經中空纖維膜束所在的區域時其流向與膜絲伸展的方向大體相平行，由此在中空纖維膜束所在的區域將不易產生液流流動的死角，液流較為平穩和均勻，這樣可以提高中空纖維膜束端部的水流紊動性，進而提高了中空纖維柱式膜組件的抗污染性能，始終保持水處理過程中中空纖維膜絲過濾的有效面積和過濾的均勻性，延長膜組件的使用壽命O
料液進口的位置可以設置在膜組件的端蓋上，也可以設置在殼體上。優選地，料液進口可以設置在膜組件的端蓋上，此時，更優選的是設置在中空纖維柱式膜組件的正下方，設置在中空纖維柱式膜組件的正下方可以通過將料液進口設置在下端蓋的中心處的方式實現，此種設置方式更能夠提高中空纖維膜束區域的液流平穩性和均勻性。當料液進口設置在殼體上時，優選地，可以設置在殼體的端口附近。優選的料液進口的設置方式，有利于工程上的加工和安裝等前期和后續工作。
所述殼體優選使用可容納豎直放置的過濾單元的殼體，這樣的殼體不論采用剛性材料還是柔性材料都比較容易加工和實現，對于中空纖維柱式膜組件來說，更重要的是中空纖維膜絲沿殼體軸線方向自然地伸展，其軸線與液流的方向大體相平行。這樣可以確保當膜組件工作時，液流在流經中空纖維膜束時沒有發生方向的改變，尤其是避免了待過濾的液體從殼體的側壁上進出時因流向陡轉所容易造成的出現死角、固形物沉積的問題。同時中空纖維膜束在殼體內部總體上處于直線狀態，而且其軸線與液流的流線大體相平行，這樣相比于U形或倒U形的中空纖維膜束在膜絲中間部位沒有任何對折處，相比于螺旋形彎曲的中空纖維膜束在軸線上不承受扭矩，相比于與液流方向相垂直放置的中空纖維膜束在膜絲根部上不會因液流的流動而受到振蕩，膜絲根部與澆鑄端面之間的擺動角很小，這樣在很大程度上降低了膜絲中間部位和根部斷裂的機率，可以延長中空纖維膜絲的使用壽命O本發明的柱式膜組件，在水處理工作過程中所述的殼體只有內表面與待過濾的液體相接觸，并且所述的端蓋確保整個殼體的內部是封閉的。密封的要求可以通過各種密封措施來實現，例如使用橡膠彈性體等密封件，或者使用密封膠等。所述殼體與過濾單元通過可拆卸的結構連接在一起，一般是指殼體與過濾單元的端頭通過可拆卸的結構連接在一起，這樣的設計使得上端頭或(和)下端頭可以與殼體相互分離，這使得中空纖維膜束和殼體可以相互獨立更換，在一定程度上提高了材料的利用率。所述的可拆卸的結構為繩索連接結構、卡扣連接結構、螺栓連接結構、承插連接結構、螺紋連接結構等。其中，繩索連接結構的方式比較獨特，此種方式比較容易實現，簡單易行，例如在上端頭和殼體的上部分別設置一個孔，孔的設置不能影響其它組件的正常工作，用一根繩索穿過兩個孔并打上結，這樣就可以完成對上端頭和殼體的連接。繩索可以選用金屬繩索、化學纖維制備的軟索等，優選使用具有耐水性的金屬或者金屬合金，例如銅、鋁、不銹鋼等，并且需要滿足一定的強度要求。卡扣和螺栓的選擇可以根據國家或者行業已有的標準選取，或者自行設計，但是不論卡扣和螺栓使用哪種方式，設置的方式和連接的位置都需要滿足中空纖維膜組件工作條件的要求，并且易于拆卸，例如，卡扣和螺栓的連接處宜設計在靠近上端頭處，并且靠近殼體的上方。對于繩索連接結構、卡扣連接結構、螺栓連接結構以及已知的可拆卸的連接中，可以選用一種來完成連接，或者選用幾種來完成連接。另外，本文所述的殼體與端頭通過可拆卸的結構連接在一起，包括殼體與端頭通過可拆卸結構直接連接在一起，也包括這樣的連接方式:殼體和端頭分別與第三個零件、甚至第四零件、第五零件……連接在一起，所述第三個零件、甚至第四零件、第五零件……是相對于殼體和端頭來區分的，即認為殼體和端頭分別為第一零件、第二零件，或認為端頭和殼體分別為第一零件、第二零件。例如:如果產水管為產水軟管，則上端頭可以通過此產水軟管先通過繩索連接結構與一個第三零件連接，然后此第三零件再以卡扣連接結構或者螺栓連接結構與殼體連接。由此完成端頭和殼體的連接。認為此處產水軟管有繩索的性能，所以產水軟管和第三零件的連接為繩索連接結構。本文下面提及的嵌入件可以作為第三零件使用。所述殼體的橫斷面可以是圓形，也可以是矩形、方形或其他已知的任意形狀。作為優選，所述的殼體的橫斷面是圓形。圓柱形殼體易于加工和成型，并且容易密封，方便對殼體內部的中空纖維膜束進行在線化學藥劑浸泡。所述的殼體從上到下各橫斷面的面積可以相同，也可以不相同。作為優選，所述的殼體從上到下各橫斷面的面積是相同的。所述的殼體的長度范圍可以為0.2m (米)-4.0111，優選1.5111-3.0111。所述的殼體的直徑范圍為50mm(毫米)-1000mm,優選 100mm-400mm。所述殼體兩端的端口在橫斷面上的開孔面積占端口橫斷面面積的百分數大于10%，優選大于80%，這樣液流在通過殼體的端口時會較為順暢，降低液流的阻力損失。所述殼體兩端的端口在橫斷面上的開孔面積占端口橫斷面面積的百分數，指的是在殼體的任意一端的端口在此端橫斷面上的開孔面積與此端端口橫斷面面積比值，結果用百分數表示。例如:對于一個圓柱形殼體來說，在上端口處由于某些工程上或者其他原因，上端端口有一個帶孔的金屬片罩住，此時要求孔的面積占圓柱形殼體橫斷面面積的百分數要大于10%，優選大于80%。所述中空纖維膜絲可以有且僅有一端澆鑄封結于一個設有產水收集室的端頭之內，而另一端可以自由擺動，并且采用已知的任何方式做成閉孔狀態，例如通過使用樹脂膠液密封，樹脂可以選用熱塑性樹脂也可以選用熱固性樹脂，優選使用熱固性樹脂，熱固性樹脂可以選用環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、丙烯酸樹脂等樹脂類型，熱固性樹脂優選使用柔性的樹脂，例如柔性環氧樹脂，選用柔性的樹脂密封可以使得中空纖維膜絲在變形的過程中，有一個很好的緩沖，不致于脆性斷裂。也可以兩端分別澆鑄封結于兩個端頭之內，并且兩個端頭中至少有一個內部應設有產水收集室。設有產水收集室的端頭外部應設有產水管，產水收集室應與產水管相連通。當所述中空纖維膜絲有且僅有一端澆鑄封結于一個設有產水收集室的端頭之內時，其工作時，該端頭可以位于液流的上游，也可以位于液流的下游。優選使用工作時，端頭位于液流上游的膜組件，這樣可以避免膜絲自由擺動端位于液流上游時因液流的流動而容易出現的膜絲互相纏繞的問題。本發明中，上端蓋一般指的是膜組件在水處理工作過程中豎直放置時，遠離地面的端蓋，下端蓋指的是靠近地面的端蓋；上端頭一般指的是中空纖維膜束在殼體內部豎直安裝時靠近殼體上端蓋的端頭，下端頭指的是靠近下端蓋的端頭。此時，待過濾的液體可以從上端蓋上設置的料液進口進入殼體，然后從下端蓋上設置的料液出口流出殼體，也可以從下端蓋上設置的料液進口進入殼體，然后從上端蓋上設置的料液出口流出殼體，也就是說，殼體內部的液流方向可以是下向流的，也可以是上向流的。在工程實際中，膜組件也可以水平放置，此時上下端蓋和上下端頭則沒有上下之分，殼體內部的液流方向可以從一側到另一側，反之亦然。如果本領域技術人員根據實際情況需要，將上下端蓋和上下端頭進行顛倒設置，或者其它簡單的設置方式的修改，那么也應該理解為在利用本發明的技術方案。上端頭和下端頭可以同時存在，也可以有且僅有一個。所述的上端蓋和下端蓋與殼體之間應通過可拆卸的方式連接在一起，以便于中空纖維膜束及其產水管等在殼體內部的安裝和檢修，同時應確保膜組件在水處理工作過程中整個殼體及端蓋的內部是封閉的。所述的上端蓋和下端蓋的形狀可以是球冠、削掉頂部的圓錐、盆形或其他已知的任一形狀。作為優選，所述的上端蓋和下端蓋的形狀是球冠，這樣便于與圓柱形的殼體進行連接和密封，也容易加工成形。所述的料液進口或料液出口可以位于上端蓋或下端蓋上的任意部位，作為優選，所述的料液進口或料液出口位于上端蓋或下端蓋的球冠頂部，并且處于豎直狀態，這樣使得待過濾的液體進出殼體時液流方向沒有發生改變，可以降低阻力損失和污泥沉積的機率。所述殼體可以設有集水室，所述集水室與殼體外面設置的產水出口相連通，所述的中空纖維膜束的產水管均與所述集水室相連通。所述的產水出口和集水室可以設于殼體的任意部位，作為優選，所述產水出口和集水室設于殼體的上/下端口附近或者殼體的上/下端蓋上。所述產水管可以是剛性的，也可以是柔性的。如果是剛性的，則可以通過承插、螺紋、活接等可拆卸的硬連接的方式與所述集水室相連；如果是柔性的，則可以通過快插接頭等可拆卸的軟連接的方式與所述集水室相連。作為優選，所述的中空纖維膜束的產水管是柔性的，通過快插接頭等可拆卸的軟連接的方式與所述集水室相連。所述殼體可以設有空氣進口、供氣室和帶布氣孔的布氣裝置，該布氣裝置與供氣室相連通，供氣室與空氣進口相連通。所述的空氣進口和供氣室可以設于殼體的任意部位，作為優選，所述空氣進口和供氣室設于殼體的上/下端口附近或者殼體的上/下端蓋上。當所述產水出口和集水室設于殼體的一側的端口附近或者端蓋上時，所述空氣進口和供氣室設于殼體的另一側的端口附近或者端蓋上。所述的布氣裝置可以設置于殼體內部的任何位置。作為優選，所述的布氣裝置設置于中空纖維膜束的端頭上。所述的布氣裝置的布氣孔的孔口朝向可以有多種選擇，優選的布氣孔的孔口朝向中空纖維膜絲根部，這樣對于中空纖維膜絲根部的有一個較為徹底的沖刷作用，可以很好地避免使用過程中膜絲根部積泥的現象。當中空纖維膜束兩端均澆鑄封結于端頭之內時，可以在兩個端頭上均設置帶布氣孔的布氣裝置，并且這兩個布氣裝置通過一根中空軟管連通。中空軟管可以將上下兩個端頭連接起來，并且軟管的長度略小于中空纖維膜絲的長度，起到承擔下端頭的重力和擺動時的拉力，以避免中空纖維膜絲承力而被拉斷。另外，中空軟管還可以供給上下兩個布氣裝置以氣流，使中空纖維膜束上下兩端的根部都可以被曝氣氣流進行直接的吹掃和沖刷，以防止膜絲根部發生積泥。所述端頭中的一個或兩個可以設有進氣管，進氣管的一端與所述的帶布氣孔的布氣裝置相連通，另一端與所述的供氣室相連通。所述的進氣管可以是剛性的，也可以是柔性的，優選柔性的，其材質可以是硅橡膠、氟橡膠、軟質聚氯乙烯、聚氨酯等。所述的任一端頭中可以同時設有進氣管和產水管，或者僅設有進氣管或產水管。產水管或進氣管的數量可以根據工程實際情況進行選擇，既可以選擇一個進氣管或一個產水管，也可以選擇兩個或者兩個以上進氣管，或者選擇兩個或者兩個以上產水管，或者同時選擇兩個或者兩個以上的進氣管和產水管。所述的料液進口、料液出口、產水出口、空氣進口的數量可以根據工程實際情況進行選擇，對于其中任何一個，例如產水出口，既可以選擇一個產水出口，也可以選擇兩個或者兩個以上產水出口。所述端頭的澆鑄端面可以是平面，也可以是凸起或凹陷的端面。作為優選，所述端頭的澆鑄端面是凸起的端面。端面如果是平面或凹陷的端面，污泥會有較嚴重的淤積現象。凸起結構的特點是中間高四周低，這樣會形成一個由中間向四周的一個傾斜，此結構有利于氣流將污泥等污染物吹向四周，有利于減少污泥的淤積。作為更優選，所述凸起的端頭的端面為圓臺形。圓臺形的結構更加容易加工，也利于在中間設置連接管等其他部件。在中空纖維膜束外可以設置一個套筒。套筒的作用是對殼體內部的待過濾液體進行均勻分配，并且進一步縮小氣提斷面，因而可以進一步節約能耗。本發明中，套筒和殼體的作用相近，為了敘述方便，過濾單元外的殼體稱之為套筒。所述的套筒的數量與殼體內容納的中空纖維膜束的數量可以相等，也可以不相等，任一套筒內部可以放置中空纖維膜束，也可以不放置中空纖維膜束。作為優選，所述的套筒的數量與殼體內容納的中空纖維膜束的數量是相等的，即套筒與中空纖維膜束一一對應。這樣利于通過待過濾的液體在殼體內部各套筒之間的均勻分配來確保中空纖維膜過濾的均勻性，防止中空纖維膜束之間出現膜污染的不均衡發展。所述的套筒的側壁上可以沒有孔洞，也可以有一部分孔洞，但孔洞設置不宜太多，孔洞面積也不宜太大，尤其是在同一水平面上或者是在殼體側壁的同一軸線上。作為優選，所述的套筒的側壁上不設任何孔洞。所述的套筒的橫斷面可以是圓形，也可以是矩形、方形或其他已知的任意形狀，優選圓形。各個套筒的橫斷面的形狀可以相同，也可以不相同，優選形狀相同。這樣利于待過濾的液體在殼體內部各套筒之間的均勻分配。所述的各個套筒的橫斷面的面積可以相同，也可以不相同。優選，所述的各個套筒的橫斷面的面積是相同的，或者中間部分的橫斷面面積略小于兩端的橫斷面面積，例如可以設計成類似于文丘里管或文丘里噴嘴的形狀。所述的套筒的長度范圍為0.15m-4.0m，可以與殼體的長度相等或者略小于殼體的長度。作為優選，所述的套筒的長度范圍為1.5m-2.0m，直徑范圍為20mm-400mm，直徑范圍優選 30mm-200mm。所述的端頭可以在套筒的內部，也可以在套筒的外部。優選地，所述的端頭完全在套筒內部，端頭與鄰近的套筒的端口端面的距離為套筒長度的1/20-1/3。所述的套筒的端口可以完全敞開，也可以罩以帶有開孔的嵌入件。所述的帶有開孔的嵌入件沉入式地設置于套筒的至少一個端口上，用以固定中空纖維膜束的端頭，另外，由于嵌入件上有孔，待過濾的液體可以通過嵌入件上的孔自由進出套筒，為待過濾液體的流動帶來便利。作為優選，在套筒的兩個端口上均設置有嵌入件。所述的嵌入件可以通過卡扣、螺栓或其他已知的任一可拆卸的方式與套筒相連接。所述的嵌入件在橫斷面上的開孔面積占嵌入件橫斷面面積的百分數大于10%，優選大于80%。開孔率大于10%能夠避免堵塞液流，大于80%時，液體在通過嵌入件區域時會更加順暢，阻力更小。所述的嵌入件可以有一圓周，圓周的外徑略小于套筒的內徑，使得嵌入件剛好嵌在套筒的端口上。從所述圓周的圓心處向圓周方向可以延伸出至少三根成輻射狀的支撐條，支撐條之間均為孔隙。優選使用3-8根支撐條。相對于格柵或網狀的嵌入件來說，支撐條的制作和安裝更為簡單，開孔率更大，不易堵塞液流。當中空纖維膜束兩端均澆鑄封結于端頭之內時，在兩個端頭之間可以設置連接管，連接兩個端頭。所述的連接管將上端頭和下端頭連接成一個整體，其長度可以與中空纖維膜束相同，也可以略短于膜束。作為優選，所述的連接管的長度略小于中空纖維膜束的長度。這樣可以防止端頭擺動幅度過大而使膜絲長時間受力，對膜束起到保護作用。所述的進氣管、產水管和連接管的直徑范圍為lmm-50mm，優選5mm-20mm。本文所述的中空纖維或者中空纖維膜絲，包括微細的中空纖維和直徑較大的管式纖維等可以用于過濾水的纖維。用的最多的中空纖維膜絲是一種帶有微孔的中空纖維，制作中空纖維膜絲的材料可以選自聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚醚砜等材料。中空纖維膜絲首先通過使用環氧樹脂、聚氨酯等澆鑄樹脂進行封端澆鑄，再使用硅橡膠、聚氨酯等柔性樹脂對中空纖維膜絲根部進行二次澆鑄，以降低膜絲根部斷裂的機率。作為優選，所述的中空纖維膜絲的材料是聚偏氟乙烯。所述的中空纖維膜絲的平均膜孔徑為0.01 μ m (微米)-5 μ m0所述的中空纖維膜束是由10-1000根中空纖維膜絲組成的，長度范圍為
0.lm-3.0m。優選由50-500根中空纖維膜絲組成，長度范圍為1.0m-2.0m。當中空纖維膜束兩端均澆鑄封結于端頭之內時，所述的中空纖維膜束的長度可以和上下兩個端頭之間的距離相等，也可以略大于這個距離。作為優選，所述的中空纖維膜束的長度大于上下兩個端頭之間的距離，但小于套筒的長度。所述的上端頭或(和)下端頭可以與套筒的任一部位或者套筒的任一端口上的嵌入件采用已知的任一可拆卸的方式相連接。作為優選，所述的上端頭或(和)下端頭與位于鄰近的套筒端口上的嵌入件相連接。作為更優選，所述的上端頭或(和)下端頭通過軟索或柔性管等軟連接的方式與位于鄰近的套筒端口上的嵌入件相連接。軟索可以是耐腐蝕的繩索、鋼絲或彈簧等。軟索使中空纖維膜束在待過濾的液體中處于懸浮狀態，可以隨水流有擺動。當上端頭或(和)下端頭設有產水管或進氣管、并且產水管或進氣管為柔性管時，也可以通過產水管或進氣管使中空纖維膜束懸掛在套筒內部。當中空纖維膜束兩端均澆鑄封結于端頭之內時，所述的上端頭和下端頭的形狀可以相同，也可以不同。所述的上端頭或(和)下端頭整體外形可以是圓柱體、錐體、盆形、杯形等形狀。作為優選，所述的上端頭或(和)下端頭的整體外形是盆形或杯形。利用上述的柱式膜組件的膜生物反應器是通過現有技術的常規的方法連接組裝制造的。利用上述的柱式膜組件或者上述的膜生物反應器的水處理設備，是通過現有技術的常規方法連接組裝制造的。下面結合附圖和實施例，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。實施例1如圖1、圖3、圖4、圖6所示，一種中空纖維柱式膜組件，包括外徑為225mm、高度為
1.45m、材質為 UPVC (un-plasticized polyvinyl chloride)塑料的圓柱形殼體 I,扣在殼體I上下兩個端口上的端蓋20，設置在殼體I內的7個中空纖維膜束3，每個中空纖維膜束3由180根中空纖維膜絲2組成，中空纖維膜絲2的用于通過液體的微孔的平均孔徑為0.1 μ m，中空纖維膜絲的外徑為1.35mm，材質為聚偏氟乙烯，上端可以自由擺動，每根膜絲均呈閉孔狀態，利用柔性環氧樹脂封結，下端用環氧樹脂澆鑄匯集于下端頭5之中，并且用聚氨酯對其進行二次澆鑄，以對膜絲根部進行保護。下端頭5的整體外形為杯形，上口圓的直徑為45mm。中空纖維膜絲2在下端頭5內的產水收集室12中呈開孔狀態，下端頭5外部設有外徑為Φ8πιπι的產水管6，產水管6與下端頭5中的產水收集室12相連通。端蓋20的整體外形為球冠形，與殼體I的端口通過卡箍24相連接，端蓋20與殼體I端口相互嚙合的位置有“O”形橡膠圈作為止水措施，以確保膜組件工作時殼體I及端蓋20內部為密閉的。端蓋20的球冠頂部設有內徑為φ IOOmm的料液進口或料液出口，扣在殼體I下端口上的端蓋20上設有料液進口，扣在殼體I上端口上的端蓋20上設有料液出口，當端蓋20扣在殼體I端口上時，料液進口和料液出口的中心軸線均與殼體I的中心軸線相重合。在端蓋20內部靠近開口的地方設有集水室16或供氣室17，集水室16和供氣室17均為圓環狀空腔，扣在殼體I下端口上的端蓋20內部設有供氣室17，外部設有內徑為Φ 20mm的空氣進口 22，空氣進口 22與供氣室17相連通，扣在殼體I上端口上的端蓋20內部設有集水室16，外部設有內徑為Φ20_的產水出口 21，產水出口 21與集水室16相連通。在殼體I內部,在每一個中空纖維膜束外部均罩有一個內徑為56mm的套筒23,其中一個套筒23的中心軸線與殼體I相重合，另外六個套筒23的中心軸線在殼體I中心軸線周圍呈徑向均勻分布，每相鄰的兩個中心軸線所在平面之間的夾角均為60度。在每一個套筒23的上端口和下端口上均設置嵌入件15，下端頭5通過軟索13與位于套筒23下端口的嵌入件15相連接，嵌入件15通過卡扣與套筒23連接，嵌入件15在中心處有內徑為Φ IOmm的圓孔，外徑為Φ8πιπι的產水管6的一端從套筒23上端口伸進套筒23內部并從位于套筒23上端口的嵌入件15的圓孔中穿過，通過快插接頭14與下端頭5相連接，另一端通過快插接頭14與扣在殼體I上端口上的端蓋20內部的集水室16相連接。外徑為Φ 8mm的進氣管7的一端從套筒23下端口進入套筒23內部后通過快插接頭14與下端頭5的帶布氣孔的布氣裝置9相連接，另一端通過快插接頭14與扣在殼體I下端口上的端蓋20內部的供氣室17相連接。產水管6和進氣管7均為中空塑料軟管。套筒23及其套筒23內的各個部件，對待過濾的液體有過濾作用，可以看作是一個過濾單元，本實施例中有7個過濾單元。下端頭5的燒鑄端面為一個正圓臺狀的凸起，凸起的底圓直徑為C>35mm,頂圓直徑為Φ9πιπι，高度為8mm，中空纖維膜絲2的根部均澆鑄于圓臺側壁的斜面上，而且其根部在圓臺底面上的投影沿底圓圓心呈同心圓輻射狀分布。下端頭5在凸起和產水收集室12之外設有帶布氣孔的布氣裝置9，凸起和產水收集室12剛好嵌在布氣裝置9中間的凹槽之內，但產水收集室12和布氣裝置9的空腔之間彼此相互隔絕。帶布氣孔的布氣裝置9的杯形側壁高出凸起底圓所在平面3mm，在側壁頂部高出凸起底圓所在平面的部分的內側，在高度上居中的位置并以凸起中心軸線為圓心沿徑向均勻設有36個直徑為1.5mm的圓形布氣孔11，即每相鄰兩個布氣孔11的圓心與所在圓臺的橫斷面的圓心之間的角度均為10°，布氣孔11向布氣裝置9內部延伸并與其空腔相連通的部分為一個圓柱形的通道，該圓柱形通道的中心軸線平行于鄰近的圓臺側壁的斜面，并且布氣孔11的孔口朝向圓臺形凸起的頂部。所述的嵌入件15由圍繞圓心呈星形排布的六根支撐條和圓周組成，每相鄰兩根支撐條之間的夾角為60°，并且圓周外邊緣與殼體I接觸。圓周與殼體I連接為螺栓連接。嵌入件15在橫斷面上的開孔面積占嵌入件15橫斷面面積的百分數為93%。如圖10所示，料液進口 18通過塑料軟管與一位于膜組件下方的內徑為Φ250mm的料液供給管28相連接，料液出口 19通過塑料軟管與一位于膜組件上方的內徑為Φ 250mm的料液回流管29相連接，產水出口 21與一位于膜組件上方的內徑為Φ IOOmm的出水管26相連接，空氣進口 22與一位于膜組件下方的內徑為Φ100_的供氣管27相連接。料液供給管28和料液回流管29均與一生化反應池相連接，在料液供給管28與生化反應池相連接的管道上設有管道泵，用以使活性污泥混合液從生化反應池內進入料液供給管28內部，并且能夠以一定的流速從殼體I下端口進入殼體I內部,然后從殼體I上端口流出，最后通過料液回流管29流回生化反應池。出水管26與一能夠提供負壓的水泵的吸水管相連通，待凈化的水經過中空纖維膜絲2壁上的微孔進入膜絲內部，并分別匯流入下端頭5內的產水收集室12，產水收集室12內的水經產水管6流入集水室16，集水室16內的水經產水出口 21流入出水管26，最后通過水泵抽出形成膜組件的過濾出水。供氣管27與一氣源相連通，氣源提供的壓縮空氣從供氣管27經空氣進口 22進入供氣室17，供氣室17內的氣體經進氣管7進入下端頭5的帶布氣孔的布氣裝置9的空腔之內，最后經帶布氣孔的布氣裝置9上的布氣孔11擴散出來，直接吹掃膜絲根部。將若干個中空纖維柱式膜組件的料液進口 18、料液出口 19、產水出口 21、空氣進口 22分別并聯至料液供給管28、料液回流管29、出水管26、供氣管27，由此形成一個膜組件單元。料液供給管28、料液回流管29、出水管26、供氣管27的中心軸線均平行于地面，并且該中心軸線在地面上的投影均互相重合，膜組件殼體I在地面上的投影分兩排對稱地位于該中心軸線的兩側。實施例2如圖2、圖3、圖5、圖7所示，一種中空纖維柱式膜組件，包括外徑為225mm、高度為1.45m、材質為UPVC塑料的圓柱形殼體1，扣在殼體I上下兩個端口上的端蓋20，設置在殼體I內的7個中空纖維膜束3，每個中空纖維膜束3由240根中空纖維膜絲2組成，中空纖維膜絲2的用于通過液體的微孔的平均孔徑為0.4 μ m，中空纖維膜絲的外徑為1.2mm,材質為聚偏氟乙烯，兩端用環氧樹脂澆鑄匯集于上端頭4和下端頭5之中，并且用聚氨酯對其進行二次澆鑄，以對膜絲根部進行保護。上端頭4和下端頭5的整體外形均為杯形，此兩個端頭的上口圓直徑均為45mm。中空纖維膜絲2在上端頭4內的產水收集室12中呈開孔狀態，在下端頭5內呈閉孔狀態,上端頭4設有外徑為Φ8ι πι的產水管6,下端頭5設有外徑為0 8mm的進氣管7，兩個端頭由外徑為Φ6πιπι的中空軟管8連接成一個整體，中空纖維膜絲2圍繞著中空軟管8均勻分布。產水管6、進氣管7和中空軟管8均為中空塑料軟管。中空軟管8、帶布氣孔的布氣裝置9、產水管6、進氣管7之間相連接的部位均通過快插接頭14連接，連接方式如圖2所示。產水管6與上端頭4中的產水收集室12相連通。端蓋20的整體外形為球冠形，與殼體I的端口通過螺紋相連接，以確保膜組件工作時殼體I及端蓋20內部為密閉的。端蓋20的球冠頂部設有內徑為Φ60πιπι的料液進口或料液出口，扣在殼體I下端口上的端蓋20上設有料液進口，扣在殼體I上端口上的端蓋20上設有料液出口，當端蓋20扣在殼體I端口上時，料液進口和料液出口的中心軸線均與殼體I的中心軸線相重合。在殼體I的上下兩端口上分別設有集水室16和供氣室17，集水室16和供氣室17均為圓環狀空腔，殼體I上端口附近的側壁上設有一個內徑為O20mm的產水出口 21，產水出口 21與集水室16相連通，殼體I下端口附近的側壁上設有內徑為Φ20mm的空氣進口22，空氣進口 22與供氣室17相連通。殼體I內部設置的套筒23的結構和位置與實施例1相同，每一個套筒的上下兩個端口上均設有嵌入件15，嵌入件15的結構與實施例1相同。上端頭4和下端頭5均通過軟索13與相鄰的嵌入件15相連接，嵌入件12通過卡扣與套筒23連接，嵌入件15在中心處有內徑為φ IOmm的圓孔,產水管6和進氣管7從圓孔中穿過。如圖2所示，兩個端頭在澆鑄有中空纖維膜絲的端面上均設有帶布氣孔的布氣裝置9。如圖7所示，帶布氣孔的布氣裝置9具有沿徑向分布的六根輻條10，每根輻條寬5_，高4mm，相鄰兩根輻條之間的角度均為60°，輻條10從端頭端面的中心延伸到上端頭4或下端頭5的圓周上，內部具有空腔，輻條10的兩個側壁均垂直于澆鑄端面，在背向澆鑄端面的另一側則是倒圓的，兩個側壁上在居中的位置設有四個直徑為Φ2_的圓形布氣孔11，布氣孔11的中心軸線垂直于輻條10的側壁面，距澆鑄端面的高度均為2mm，各個布氣孔的中心軸線間距均為4mm，輻條10的空腔與中空軟管8相連通。輻條10將澆鑄端面分成六個面積相等的部分，相應的，中空纖維膜束3也均分成六個小束，每一小束由40根中空纖維膜絲2組成，均澆鑄在輻條10之間的間隙里。上端頭4和下端頭5的澆鑄端面均有一個形狀為平頂圓錐即圓臺狀的凸起，上下兩個端頭的澆鑄端面的凸起正好相對。凸起的底圓直徑為Φ32mm，頂圓直徑為Φ8mm，高度為8mm。帶布氣孔的布氣裝置9剛好扣在凸起上面，與凸起粘在一起，相接觸的部分完全密合。由上述中空纖維柱式膜組件組成的膜組件單元的結構與實施例1相類似，如圖10所示。以上對本發明所提供的中空纖維柱式膜組件進行了詳細介紹。本說明書中應用了具體實施例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想在具體實施方式
及應用范圍上可能在實施過程中會有改變之處。因此，本說明書記載的內容不應理解為對本發明的限制。
權利要求
1.一種柱式膜組件，為外壓式，包括殼體、殼體的端蓋、殼體內的過濾單元、料液進口和料液出口，其特征在于，所述料液進口的位置低于所述過濾單元的下端或者高于所述過濾單元的上端，當所述料液進口的位置低于所述過濾單元的下端時，所述的料液出口高于所述過濾單元的上端；當所述料液進口的位置高于所述過濾單元的上端時，所述的料液出口低于所述過濾單元的下端。
2.根據權利要求1所述的柱式膜組件，其特征在于，所述料液進口和料液出口在所述端蓋上。
3.根據權利要求1所述的柱式膜組件，其特征在于，所述料液進口和料液出口在所述殼體的端口附近。
4.根據權利要求1所述的柱式膜組件，其特征在于，所述料液進口位于所述過濾單元的正下方。
5.根據權利要求1所述的柱式膜組件，其特征在于，所述殼體為可容納豎直放置的過濾單元的殼體。
6.根據權利要求1所述的柱式膜組件，其特征在于，所述殼體與所述過濾單元通過可拆卸的結構連接在一起。
7.根據權利要求1所述的柱式膜組件，其特征在于，所述殼體兩端的端口在橫斷面上的過水面積占端口橫斷面面積的百分數大于10%，優選大于80%。
8.根據權利要求1所述的柱式膜組件，其特征在于，所述過濾單元包括多根中空纖維膜絲或管式膜組成的膜束，所述膜束在殼體內部總體上處于直線狀態，而且其軸線與液流的流線大體相平行。
9.根據權利要求8所述的柱式膜組件，其特征在于，所述殼體或所述殼體的端蓋設有集水室，所述集水室與殼體外面設置的產水出口相連通，所述膜束的產水管均與所述集水室相連通。
10.根據權利要求9所述的柱式膜組件，其特征在于，所述殼體或所述殼體的端蓋設有空氣進口、供氣室和帶布氣孔的布氣裝置，所述布氣裝置與供氣室相連通，所述供氣室與空氣進口相連通，所述布氣裝置的布氣孔的孔口朝向所述膜束的根部。
11.利用權利要求1-10任意一項所述的柱式膜組件的膜生物反應器。
12.利用權利要求1-10任意一項所述的柱式膜組件或者權利要求11所述的膜生物反應器的水處理設備。
全文摘要
本發明公開了一種柱式膜組件，包括殼體、殼體的端蓋、殼體內的過濾單元、料液進口和料液出口，所述料液進口的位置低于所述過濾單元的下端或者高于所述過濾單元的上端。本發明還公開了利用此柱式膜組件的膜生物反應器和水處理設備。本發明公開的柱式膜組件的結構特征，使得待過濾的液體從過濾單元的下方或者上方進入膜組件，改善了膜組件內部液流的流態，避免了待過濾液體進出殼體時液流在過濾單元所在的區域陡然轉向所帶來的過濾單元端部容易積泥的現象，提高了膜組件的抗污染性能，能夠有效防止因過濾單元端部污染的快速發展和蔓延而縮短整個膜組件的使用壽命。
文檔編號B01D63/06GK103157378SQ201310110268
公開日2013年6月19日 申請日期2008年4月18日 優先權日2008年4月18日
發明者孫友峰 申請人:北京漢青天朗水處理科技有限公司