專利名稱：一種中空纖維膜組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種膜分離水處理設(shè)備，尤其是涉及一種應(yīng)用于水處理 的中空纖維膜組件和利用中空纖維膜組件的膜生物反應(yīng)器，屬于水處理 技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
膜生物反應(yīng)器(Membrane Bioreactor， MBR)工藝是一種將膜分 離技術(shù)與傳統(tǒng)生物處理技術(shù)有機結(jié)合的高效污水處理與回用技術(shù)。在MBR系統(tǒng)中，污水中的各類污染物主要通過微生物的生物化學(xué)作用加以 去除，但與傳統(tǒng)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(yīng)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(yīng)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(qū)動下，水分子和部分其他小分子物質(zhì)能夠透過膜，微生物和 大分子物質(zhì)則被膜截留在反應(yīng)池內(nèi)，從而使系統(tǒng)獲得了優(yōu)良的出水水 質(zhì)。MBR工藝基本解決了傳統(tǒng)污水處理工藝普遍存在的出水水質(zhì)不穩(wěn)定、 占地面積大、工藝控制復(fù)雜等突出問題，是極具發(fā)展?jié)摿Φ乃幚砉に嚕?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(yè)廢水一步到位地處理成可以作為城市雜用水、工業(yè)循環(huán)冷卻 水等用途的優(yōu)質(zhì)再生水，目前在全世界范圍內(nèi)正日益受到廣泛的學(xué)術(shù)關(guān) 注，大規(guī)模的工程應(yīng)用也逐漸增多。根據(jù)膜組件的設(shè)置位置，膜生物反應(yīng)器可分為外置式(或稱分體式、 分置式)膜生物反應(yīng)器和內(nèi)置式(或稱浸入式、 一體式、浸沒式)膜生 物反應(yīng)器兩大類。外置式膜生物反應(yīng)器一般多選用柱式中空纖維膜組件或管式膜組 件，是把膜組件和生物反應(yīng)器分開設(shè)置，生物反應(yīng)器中的混合液經(jīng)循環(huán) 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(tǒng)處理出水，固形物、大分子物質(zhì)等則一皮膜截留，隨濃縮液回流 到生物反應(yīng)器內(nèi)。外置式膜生物反應(yīng)器的特點是運行穩(wěn)定可靠，易于膜 的清洗、更換及增設(shè)，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(huán)泵提供較高的膜 面錯流流速，致使循環(huán)泵的水流循環(huán)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(zhuǎn)產(chǎn)生的剪切力會使某些 微生物菌體產(chǎn)生失活現(xiàn)象。內(nèi)置式膜生物反應(yīng)器大多選用簾式或束式中空纖維膜組件或板框 式膜組件，是把膜組件浸沒于生物反應(yīng)器的液位以下，原水進入膜生物 反應(yīng)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(zhuǎn)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(tǒng)設(shè)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(nèi)置式膜生物反應(yīng)器較之外置式膜生物 反應(yīng)器省去了混合液循環(huán)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)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. 4kWh/m3,但膜組件的安裝、檢 修、清洗4艮不方便，清洗勞動強度大，成本較高，膜通量也相對較小。綜上所述，膜生物反應(yīng)器工藝良好的適應(yīng)性與處理效果已為眾多的 學(xué)術(shù)研究和工程實踐所證實，但不論是外置式還是內(nèi)置式膜生物反應(yīng) 器，與目前較為成熟的其他污水處理工藝相比，由于膜組件造價高而引 起基建投資高；由于高揚程的循環(huán)泵或高強度的曝氣而引起運行能耗 高；由于膜組件清洗操作復(fù)雜而引起維護管理復(fù)雜；此三大突出問題在 很大程度上限制了膜生物反應(yīng)器真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。如何在有效控制膜污 染的前提下， 一方面盡可能地提高膜通量借以降低膜組件的造價，另一 方面盡可能降低循環(huán)泵或曝氣的能耗，同時開發(fā)出簡便、易行、可靠的 膜清洗措施，是全面解決前述三大問題的關(guān)鍵所在，而大量的研究和實 踐又證實，新型膜組件的開發(fā)又是關(guān)鍵之關(guān)鍵。所謂新型膜組件， 一方 面需要膜材料上的創(chuàng)新，另一方面則需要膜組件結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新。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(yīng)用當中安裝膜的最小單元。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(yīng)器中適用的則主要有平 板式、管式以及中空纖維式，相應(yīng)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釆用中空纖維式元件。由 于工程實際要應(yīng)用較大面積的膜，所需膜組件的數(shù)量很大，因此往往需 要將一個或數(shù)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(jù)膜組件的型式，也有板框式、柱式、簾 式或束式等形式。在平板膜、管式膜以及中空纖維膜等幾種膜元件形式當中，中空纖 維膜因為裝填密度大、成本低而得到了廣泛的應(yīng)用。以中空纖維膜元件 制成的中空纖維膜組件有簾式、束式和柱式三種基本的形式。有關(guān)中空纖維簾式膜組件可以參見中國專利及專利申請00102210.5 、 01820629.8 、 03803307.0 、 200410098416.8 、 200420029295.7 、 200510013293.8、 200510015570.9、 200510116589.2、 200520123501.5、 200610104225. 7。有關(guān)中空纖維束式膜組件可以參見中國專利及專利申 if 02158708.6 、 02158711.6 、 03822704.5 、 200420029337.7 、 200420109650.1、 200510049324.5、 200580025651.5、 200610065807.9,200620039621.1、 200710056641.9。有關(guān)中空纖維柱式膜組件可以參見 中國專利及專利申請99800749.8 、 01229169.2 、 01229790.9 、 03121949.7 、 200310100565.9 、 200420056864.7 、 200420056865.1 、200480028264.2、 200510015346.X及200520027729. 4、 200610129352. 2。 上述這些中空纖維膜組件均普遍存在一個問題中空纖維膜絲根部積泥現(xiàn)象嚴重，而且一旦形成積泥又很不容易進行清除，這樣降低了膜組件 過濾的有效面積和過濾的均勻性，膜絲根部膜污染的繼續(xù)發(fā)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 個中空纖維膜組件的使用壽命。中國專利申請200510049324.5公開的 解決辦法是將中空纖維膜分成若干束，均勻分布于中心曝氣管的周圍， 利用膜組件底部的曝氣頭提供的氣流對纖維膜束進行水力沖刷，雖然可以在一定程度上降低中空纖維膜中部的污染，但是中空纖維膜束根部積 泥現(xiàn)象沒有得到解決。目前在市場上有一種與前述專利申請類似的膜組 件產(chǎn)品，其在每個纖維膜束下端端頭中預(yù)先埋入一段短管，氣體通過短 管進行曝氣，以加強對纖維膜束根部的沖刷效果，但是此短管管口朝上， 口的上緣高出中空纖維膜澆鑄端面一定高度，而且澆鑄端面為平面，這 樣的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致產(chǎn)生的曝氣氣流不能對膜絲#>部進行較為徹底的吹掃和 沖刷，中空纖維膜絲根部仍然容易出現(xiàn)嚴重的積泥現(xiàn)象。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個目的是提供一種中空纖維膜組件，水處理過程中可以 有效避免中空纖維膜根部積泥。本發(fā)明的另 一個目的是提供一種利用此發(fā)明的中空纖維膜組件的 膜生物反應(yīng)器。本發(fā)明還有一個目的是提供一種利用此發(fā)明的中空纖維膜組件或 者利用本發(fā)明的膜生物反應(yīng)器的水處理設(shè)備。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案 本發(fā)明提供了 一種中空纖維膜組件，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、進氣管和產(chǎn)水管，還包括帶布 氣孔的布氣裝置，所述端頭的端面為凸起的端面，所述布氣裝置與進氣 管連通，中空纖維膜組件豎直^:置時所述布氣孔的位置靠近所述凸起的端面的底部，所述布氣孔的孔口朝向所述凸起的端面的頂部。中空纖維膜絲通常通過樹脂澆鑄在所述的端頭內(nèi)，也可以采用其他 的方式將其做成一體的，本發(fā)明以澆鑄端頭的形式作為代表來闡述，端 頭和中空纖維膜絲的連接或者結(jié)合方式不限于此。所述端頭的澆鑄有中 空纖維膜絲的端面如果是平面或凹陷的端面，澆鑄端面上會有較嚴重的 積泥現(xiàn)象。所述端頭的澆鑄端面為凸起的端面，凸起的朝向定義為向中 空纖維膜絲的中間方向遠離澆鑄端面。這樣的凸起結(jié)構(gòu)會形成一個由中 間向四周的一個傾斜，此結(jié)構(gòu)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。所述的凸起的形狀可以是削掉尖部的圓錐、棱錐、球冠或其他已知 的任意形狀。作為優(yōu)選，所述的凸起是削掉尖部的圓錐或棟錐，也就是 圓臺形或棱臺形。圓臺形或棱臺形的結(jié)構(gòu)容易加工，也利于在中間設(shè)置 連接管等其他部件。當所述的凸起是圓臺形時，作為更優(yōu)選，其平行于圓臺底部橫截面的任一橫截面的圓心在圓臺底部橫截面上的投影點均 與圓臺底部橫截面的圓心相重合。本文將這樣的圓臺形稱為正圓臺形。 當所述的凸起是棱臺形時，更優(yōu)選的是，其平行于棱臺底部橫截面的任 一橫截面均為邊數(shù)相等的正多邊形，而且棱臺所有側(cè)面均為完全相同的 等腰梯形。本文將這樣的棱臺形稱為正棱臺形，并且優(yōu)選橫截面為正方 形或正六邊形的正棱臺形。當所述的凸起是正圓臺形或正棱臺形時，所述的凸起的底圓或底面外接圓的直徑范圍為20mm(毫米)~ 300mm，優(yōu)選40mm~ 150mm;所述 的凸起的頂圓或頂面外接圓的直徑范圍為5腿 150mm，優(yōu)選10mm~ 50mm;所述的凸起的底面和頂面之間的距離，即凸起的高度范圍為5mm~ 200mm，優(yōu)選10mm ~ 100mm;當所述的凸起是正圓臺形時，沿圓臺中心軸 線的縱剖面為等腰梯形，該等腰梯形的斜邊與底邊之間的夾角可以為 5。(度)~80°，優(yōu)選15°~75°,更優(yōu)選為30°~60°;當所述的凸起是 正棱臺形時，棱臺側(cè)面與底面之間的夾角可以為5°~80°,優(yōu)選15°~ 75°,更優(yōu)選為30°~60°。平面與平面的夾角大小通過以下方式確定 (1)如果兩個平面沒有交線，則兩個平面的夾角為0°; (2)如果兩個 平面有交線，則沿著交線方向?qū)蓚€平面投影到第三個平面上，形成一 個銳角，這個銳角的角度就是所述兩個平面的夾角。在所述端頭的澆鑄端面的凸起的底部設(shè)置有帶布氣孔的布氣裝置， 這對于中空纖維膜絲根部的沖刷更為徹底。中空纖維膜絲在膜組件中的 裝填密度很大，通?？筛哌_300 ~ 1200m2/m3,在這樣高的裝填密度下， 膜絲根部很容易產(chǎn)生積泥現(xiàn)象，而且一旦形成積泥又很不容易進行清 除。本發(fā)明提供的布氣裝置設(shè)置于中空纖維膜絲的根部，并且布氣孔的 孔口朝向澆鑄端面的凸起的頂部，因此從布氣孔出來的氣流不是直接上 升，而是沿著凸起的側(cè)壁斜向上擴散，沿程將直接橫掃中空纖維膜絲的根部，大幅提高了膜絲根部的水流紊動性，使得待過濾的液體中的固形 物不容易沉積和停留，并且凸起的結(jié)構(gòu)形成了一個坡度，為可能滯留在 凸起上的積泥或者污染物提供了一個重力勢能高度，使其不易停留在凸 起的結(jié)構(gòu)的側(cè)面，從而避免污泥在中空纖維膜絲根部的淤積。氣流在完 成對膜絲根部的沖刷以后會繼續(xù)上升，形成的氣水二相流將繼續(xù)為中空 纖維膜絲其他部位提供表面錯流。本文中空纖維膜絲也稱為膜絲，中空 纖維膜束也稱為膜束。當所述的凸起是正圓臺形時，所述的布氣孔沿著圓臺底圓的圓周呈 線性均勻分布是一種較佳的選擇，所述的中空纖維膜絲的根部均澆鑄于 圓臺側(cè)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，這使得曝氣更加均勻，而且沖刷的效果也更好。當所述的凸起是橫截面為正方形或正六邊形的正棱臺形時，所述的 布氣孔沿著棱臺底部的正方形或正六邊形的四個邊或六個邊呈線性均勻分布，所述的中空纖維膜絲被均勻的平均分為4或6個小束，每一小束膜絲的根部均澆鑄于棱臺側(cè)壁的斜面上，所有膜絲#^部在棱臺底面上 的投影沿底面外接圓的圓心呈同心正多邊形輻射狀分布，這樣可以實現(xiàn) 更好的曝氣均勻性和沖刷效果。所述的布氣孔的孔口朝向澆鑄端面的凸起的頂部，這樣從布氣孔出 來的氣流可以平行于凸起的側(cè)壁運動，橫掃膜絲根部。當所述的凸起是 圓臺形或棱臺形時，凸起的側(cè)壁為傾斜的斜面，所述的布氣裝置的側(cè)壁 有一定的厚度時，加工的過程中可以利用布氣裝置的厚度對布氣孔的孔 口進行設(shè)計，使得從布氣孔出來的氣流方向平行于凸起側(cè)壁的斜面。所述的布氣孔的形狀、數(shù)量、大小和分布形式有多種形式。形狀可 以采用圓形或者長條形，沿著所述凸起的底部的四周呈線性均勻分布， 當為條形孔時，各孔的長邊應(yīng)大致平行于臨近的凸起側(cè)壁的斜面。所述 布氣孔的孔口高出所述凸起底面的距離可以相等，也可以不相等，且該距離范圍為0咖~ 10mm，優(yōu)選距離相等，均為lmm 5mm。所述布氣孔的 孔口與臨近的凸起側(cè)壁的斜面之間的垂直距離可以相等，也可以不相 等，且該距離范圍為Omm~ IO隱，優(yōu)選距離相等，均為lmm 5mm。所述布氣孔的直徑或短邊的長度為lmm 10mm,優(yōu)選lmm 5mm。所述的布氣 孔也可以在沿著所述凸起的底部的四周方向上是貫通的，即可以認為布 氣裝置上只有 一個大布氣孔。所述中空纖維膜絲可以有且僅有 一端澆鑄封結(jié)于一個設(shè)有產(chǎn)水收 集室的端頭之內(nèi)，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(tài)；也可以兩端分別澆鑄封結(jié)于兩個端頭之內(nèi)，并且兩個端頭 中至少有一個內(nèi)部應(yīng)設(shè)有產(chǎn)水收集室。設(shè)有產(chǎn)水收集室的端頭外部應(yīng)設(shè) 有產(chǎn)水管，產(chǎn)水收集室應(yīng)與產(chǎn)水管相連通。當所述中空纖維膜絲有且僅 有一端澆鑄封結(jié)于一個設(shè)有產(chǎn)水收集室的端頭之內(nèi)時，該端頭可以位于 豎直放置的中空纖維膜束的上部，也可以位于下部。作為優(yōu)選，當所述 中空纖維膜絲有且僅有一端澆鑄封結(jié)于一個設(shè)有產(chǎn)水收集室的端頭之 內(nèi)時，該端頭位于豎直放置的中空纖維膜束的下部，這樣可以避免當膜 絲下端自由擺動時因氣水二相流的上升而容易出現(xiàn)的膜絲互相纏繞的 問題。本發(fā)明中，上端頭一般指的是膜組件在水處理工作過程中，靠近水 面的端頭，下端頭指的是靠近水底的端頭；在工程實際中，膜組件也可 能是水平放置，此時上下端頭則沒有上下之分，如果本領(lǐng)域技術(shù)人員根 據(jù)實際情況需要，將上下端頭進行顛倒設(shè)置，或者其它簡單的設(shè)置方式 的修改，那么也應(yīng)該理解為在利用本發(fā)明的技術(shù)方案。上端頭和下端頭 可以同時存在，也可以有且4義有一個。上述的任一中空纖維膜組件，當中空纖維膜束兩端均澆鑄封結(jié)于端 頭之內(nèi)時，可以在兩個端頭的澆鑄端面上均設(shè)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。中空軟管的作用包括第 一，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(fā)生積泥；第 二，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 力而祐j立斷。所述端頭中的 一個或兩個可以設(shè)有進氣管。所述的任一端頭中可以同時設(shè)有進氣管和產(chǎn)水管，或者僅設(shè)有進氣管或產(chǎn)水管。產(chǎn)水管或進氣 管的數(shù)量可以根據(jù)工程實際情況進行選擇，既可以選擇一個進氣管或一 個產(chǎn)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(chǎn)水管，或者同時選擇兩個或者兩個以上的進氣管和產(chǎn)水管。所 述的進氣管和產(chǎn)水管可以是剛性的，也可以是柔性的，優(yōu)選柔性的，其 材質(zhì)可以是硅橡膠、氟橡膠、軟質(zhì)聚氯乙烯、聚氨酯等。所述的進氣管、產(chǎn)水管的直徑范圍為lmm 50mm。優(yōu)選5mm 20mm。上述的任一中空纖維膜組件，可以在中空纖維膜束外設(shè)置一個殼 體。殼體的作用是對曝氣形成的氣水二相流有一個束縛的作用，使其不 至于擴散至殼體外圍，從而大幅縮小了氣提斷面，使得在較小的曝氣量 的情況下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，可以很好地抑制膜污染的發(fā) 展，并能夠顯著節(jié)約曝氣能耗。所述的殼體的側(cè)壁上可以沒有孔洞，也可以有一部分孔洞，^旦孔洞 設(shè)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(cè)壁的同一軸線上。作為優(yōu)選，所述的殼體的側(cè)壁上不設(shè)任何孔洞。所述的殼體的橫截面可以是圓形，也可以是矩形、方形或其他已知 的任意形狀。作為優(yōu)選，所述的殼體的橫截面是圓形。所述的殼體從上 到下各橫截面的面積可以相同，也可以不相同。作為優(yōu)選，所述的殼體 從上到下各^f黃截面的面積是相同的，或者中間部分的橫截面面積略小于 上下兩端的橫截面面積，例如可以設(shè)計成類似于文丘里管或文丘里噴嘴 的形狀。所述的殼體的長度范圍為0. lm (米)~4. Om。作為優(yōu)選，所述 的殼體的長度范圍為1. 5m~2. Om。所述的殼體的直徑范圍為5mm ~ 400mm， ^f尤選30mm ~ 300mm。所述的端頭可以在殼體的內(nèi)部，也可以在殼體的外部。優(yōu)選地，所 述的端頭完全在殼體內(nèi)部，端頭與鄰近的殼體端口的距離為殼體長度的 1/20~ 1/3。殼體端口在橫斷面上的開孔面積占端口橫斷面面積的百分 數(shù)應(yīng)大于10%,優(yōu)選大于80%;殼體內(nèi)部任一橫斷面上的未^皮端頭或中 空纖維膜絲填充的面積占橫斷面總面積的百分比應(yīng)大于10%,優(yōu)選大于50%,這樣可以確保當膜組件工作時，待過濾的液體能夠從殼體的下端 口進入殼體內(nèi)部，最后從殼體的上端口流出殼體，并且殼體內(nèi)部緣流的 流動較為暢通。所述殼體與所述端頭通過可拆卸的結(jié)構(gòu)連接在一起，這樣既可以確 保中空纖維膜束在膜組件工作過程中始終完全被罩在殼體內(nèi)部，殼體能 夠隨著端頭的晃動而晃動，始終不與之相分離，同時又使得端頭可以與 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。上述的中空纖維膜組件，可以通過端頭、殼體的任一部位采用已知 的任一方式與固定裝置相連。作為優(yōu)選，所述的殼體的上端口通過承插、 螺紋、活接等可拆卸的硬連接的方式與固定裝置相連，或者通過軟索或 柔性管等軟連接的方式與固定裝置相連。軟索可以是耐腐蝕的繩索、鋼 絲或彈簧等。軟索使膜組件在待過濾的液體中處于懸垂狀態(tài)，可以隨水流有擺動。當進氣管或產(chǎn)水管為柔性管時，也可以通過進氣管或產(chǎn)水管 使膜組件懸掛在固定裝置上。上述的中空纖維膜組件，所述的進氣管和產(chǎn)水管可以在殼體的內(nèi) 部，并且進氣管的與氣源連接的 一端以及產(chǎn)水管的與集水管路連接的一 端從殼體的上方伸向殼體的外部。這樣的設(shè)置可以4吏得中空纖維膜組件 僅通過其上端與固定裝置相連接，這樣可以方便中空纖維膜組件的安裝 和拆卸。當膜組件工作時，僅其上端與固定裝置相連接，而且進氣管的 進氣口和產(chǎn)水管的出水口位于殼體的上部，即便此時膜組件整支被待過 濾的液體包圍，但由于膜組件與固定裝置的連接點位于接近水面或者水 面以上的位置，這樣膜組件需要檢修時不必降低水位或者不必將水位降 得很低就可以將其拆卸下來。所述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(huán)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(yōu)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. Olnm(微米)~5 ju m。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0.1m 3.0m。優(yōu)選由50 ~ 500根中空纖維膜絲組成，長度范圍為 1. Om 2. Om。當中空纖維膜束兩端均澆鑄封結(jié)于端頭之內(nèi)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(yōu)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，但小于殼體的長度。當中空纖維膜束兩端均澆鑄封結(jié)于端頭之內(nèi)時，所述的上端頭和下端頭的形狀可以相同，也可以不同。作為優(yōu)選，所述的上端頭略大于下 端頭，這樣可以使整個中空纖維膜束下端能夠在殼體內(nèi)有一定的擺動幅 度。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(yōu)選，所述的上端頭或(和)下端頭的整體外形是盆 形或杯形。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益的效果 (1)提高了中空纖維膜組件的抗污染性能，尤其是中空纖維膜束 根部的抗污染性能，延長了中空纖維膜組件的使用壽命。本發(fā)明提供的 布氣裝置設(shè)置于中空纖維膜絲的根部，并且布氣孔的孔口朝向澆鑄端面 的凸起的頂部，因此從布氣孔出來的氣流不是直接上升，而是沿著凸起 的側(cè)壁斜向上擴散，沿程將直接橫掃中空纖維膜絲的根部，大幅提高了 膜絲根部的水流紊動性，使得待過濾的液體中的固形物不容易沉積和停 留，并且凸起的結(jié)構(gòu)形成了一個坡度，為可能滯留在凸起上的積泥或者 污染物提供了一個重力勢能高度，使其不易停留在凸起的結(jié)構(gòu)的側(cè)面。 氣流在完成對膜絲#^部的沖刷以后會繼續(xù)上升，形成的氣水二相流將繼 續(xù)為中空纖維膜絲其他部位提供表面錯流。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)置避免了現(xiàn)有 中空纖維膜組件因追求裝填密度大而根部膜絲過于密集、容易積泥的普 遍現(xiàn)象，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，能夠有效防止因膜絲根部膜污染的快速發(fā)展和蔓延而縮短整束 膜絲的使用壽命。另外，中空纖維膜束在待過濾的液體中處于懸垂狀態(tài)， 各種軟連接部件的設(shè)置，即軟質(zhì)連接管、進氣管、產(chǎn)水管等，使得膜束 可以隨著端頭在一定范圍內(nèi) 一起擺動，膜絲根部與澆鑄端面的擺動角大 輻減小，膜絲根部與澆鑄端面之間的拉力也大大減小，因此大大降低了 膜絲根部斷裂的機率，提高了膜組件工作的穩(wěn)定性，延長了其使用壽命。 (2 )提高了中空纖維膜組件加工、組裝、安裝和檢修的方便程度。 本發(fā)明所述膜組件澆鑄中空纖維膜絲的端頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，內(nèi)無復(fù)雜的 結(jié)構(gòu)件，降低了鑄封工序的難度和廢品率，膜組件整體可實現(xiàn)裝配式結(jié) 構(gòu)，產(chǎn)品容易實現(xiàn)快速組裝。以柔性連接的方式固定于固定裝置，每支 膜組件可以單獨進行安裝和拆卸，而且單人即可完成全部操作，不像現(xiàn) 有的中空纖維膜組件組成大型的膜組件單元后必須通過起吊設(shè)備進行 整體吊裝，勞動強度大，單人無法才喿作。當通過柔性的進氣管或產(chǎn)水管 使膜組件懸掛在固定裝置上，并且兩個端頭中間的連接管也為柔性管 時，安裝和拆卸膜組件時對膜組件上部空間高度的要求也會大大降低， 因此很大程度上方便了中空纖維膜組件的安裝和檢修，使中空纖維膜組 件對各類應(yīng)用場合都有了 ^艮好的適應(yīng)性。


圖1為本發(fā)明的實施例1所述的中空纖維膜組件的縱剖面圖。圖2為本發(fā)明的實施例2所述的中空纖維膜組件的縱剖面圖。 圖3為圖1中的A-A處的剖面圖。 圖4為圖2中的A-A處的剖面圖。 圖5為現(xiàn)有技術(shù)的膜組件與圖3和圖4相應(yīng)的剖面圖。 圖6為實施例1中由若干個本發(fā)明的中空纖維膜組件組成的膜組件 單元的示意圖。圖7為實施例2中由若干個本發(fā)明的中空纖維膜組件組成的膜組件 單元的示意圖。圖8為本發(fā)明的中空纖維膜組件中，氣流對中空纖維膜絲根部吹掃的示意圖。是圖3和圖4中B-B處的剖面圖。圖中殼體未顯示。圖9為現(xiàn)有4支術(shù)的一種中空纖維膜組件中，氣流對中空纖維膜絲吹 掃的示意圖，為通過下端端面中心垂線的剖面圖。附圖中各個標記的說明 1 ——殼體；2—一中空纖維膜絲；3—一中空纖維膜束；4一一上端頭； 5 — 一下端頭；6 — 一產(chǎn)水管；7 ——進氣管； 8 — 一連接管； 9——產(chǎn)水收集室； 10——帶布氣孔的布氣裝置； 11——布氣孔；12 ——嵌入件；13—一軟索；14---決插接頭；15 — 一曝氣支管；16 — 一出水支管；17 — 一中心管；18—一集水端頭；19一一出水口。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明。 實施例實施例1如圖1、圖3所示， 一種中空纖維膜組件，包括內(nèi)徑為90mm、材質(zhì) 為UPVC (un-plasticized polyvinyl chloride)塑料的殼體l,設(shè)置 在殼體l內(nèi)的由300根中空纖維膜絲2組成的中空纖維膜束3，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 ium,中空纖維膜絲的 外徑為1.35mm,材質(zhì)為聚偏氟乙烯，兩端用環(huán)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，上口圓的直徑為 60mm。上端頭4和下端頭5內(nèi)部均設(shè)有產(chǎn)水收集室9,中空纖維膜絲2 的兩端分別在上端頭4和下端頭5內(nèi)的產(chǎn)水收集室9中呈開孔狀態(tài)，上 端頭4和下端頭5內(nèi)的產(chǎn)水收集室9通過外徑為08mm的連^妄管8相連 通，在上端頭4外部設(shè)有外徑為①8mm的產(chǎn)水管6，產(chǎn)水管6與上端頭4 內(nèi)的產(chǎn)水收集室5相連通。在殼體l的上端口和下端口上均設(shè)置嵌入件 12,上端頭4和下端頭5分別通過軟索13與位于殼體1上端口和下端口 的嵌入件12相連接，嵌入件12通過螺釘與殼體1連接，嵌入件12在中心處有內(nèi)徑為①10mm的圓孔，產(chǎn)水管6從殼體1上端口伸進殼體1內(nèi)部 并從位于殼體1上端口的嵌入件12的圓孔中穿過，通過快插接頭14與 上端頭4相連接。外徑為①8mm的進氣管7由一個Y型三通分為兩個支 管， 一個支管從殼體1上端口進入殼體1內(nèi)部后直接通過快插接頭14 與上端頭4的帶布氣孔的布氣裝置IO相連接，另一個支管從殼體1上端 口進入殼體1內(nèi)部后從位于殼體1下端口的嵌入件12的圓孔中穿過，再 通過快插接頭14與下端頭5的帶布氣孔的布氣裝置IO相連接，兩個支 管分別與上端頭4和下端頭5的帶布氣孔的布氣裝置1Q內(nèi)的空腔相連 通。產(chǎn)水管6、進氣管7和連接管8均為中空塑料軟管。上端頭4和下端頭5的澆鑄端面均為一個正圓臺狀的凸起，凸起的 底圓直徑為046mm,頂圓直徑為①12mm，高度為IO隱，上端頭4和下端 頭5的凸起正好相對，連接管8通過快插接頭14與上下兩個凸起的頂圓 相連接。中空纖維膜絲2的根部均澆鑄于圓臺側(cè)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。上端頭4和下 端頭5在凸起和產(chǎn)水收集室9之外均設(shè)有帶布氣孔的布氣裝置10,凸起 和產(chǎn)水收集室9剛好嵌在布氣裝置10中間的凹槽之內(nèi)，但產(chǎn)水收集室9 和布氣裝置10的空腔之間彼此相互隔絕。帶布氣孔的布氣裝置10的杯 形側(cè)壁高出凸起底圓所在平面3mm,在側(cè)壁頂部高出凸起底圓所在平面 的部分的內(nèi)側(cè)，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(shè)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截面的圓心之間的角度均為10°，布氣孔ll向布氣 裝置10內(nèi)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(cè)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12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1接觸。 圓周與殼體1連接為螺栓連接。嵌入件12在橫斷面上的開孔面積占嵌 入件12橫斷面面積的百分數(shù)為93%。殼體1的長度為1. 8m,中空纖維膜束3的平均長度為1. 6m，上端頭4和下端頭5的總高度均為50mm,上端頭4上緣距殼體1上端口以及 下端頭5下緣距殼體1下端口的距離均為60mm,連接管8連同其兩端的 快插接頭14的總長度為1. 58m。進氣管7的與上端頭4相連接的支管長 度為60mm,與下端頭5相連接的支管長度為1.9m。上部的嵌入件12距 殼體1上端口的距離為20mm,下部的嵌入件12距殼體1下端口的距離 為30mm。如圖6所示，產(chǎn)水管6與一位于膜組件上方的出水支管16相連接， 進氣管7與一位于膜組件上方的曝氣支管15相連接。出水支管16與一能夠提供負壓的水泵的吸水管相連通，待凈化的 水經(jīng)過中空纖維膜絲2壁上的微孔進入膜絲內(nèi)部，并分別匯流入上端頭 4和下端頭5內(nèi)的產(chǎn)水收集室9，其中下端頭5內(nèi)的產(chǎn)水收集室9中的 水經(jīng)過連接管8匯流入上端頭4內(nèi)的產(chǎn)水收集室9中，匯流后的水再經(jīng) 產(chǎn)水管6流入出水支管16，最后通過水泵抽出形成膜組件的過濾出水。 曝氣支管17與一氣源相連通，氣源提供的壓縮空氣經(jīng)曝氣支管17進入 進氣管7，經(jīng)過進氣管7的兩個支管分別進入上端頭4和下端頭5的帶 布氣孔的布氣裝置10的空腔之內(nèi)，再經(jīng)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。將若干個中空纖維膜組件的產(chǎn)水管6、進氣管7分別并聯(lián)至出水支 管16、曝氣支管15，由此形成一個矩陣式的膜組件單元。實施例2如圖2、圖4所示， 一種中空纖維膜組件，包括內(nèi)徑為90mm、材質(zhì) 為UPVC塑料的殼體l，設(shè)置在殼體l內(nèi)的由180根中空纖維膜絲2組成 的中空纖維膜束3，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 |am，中空纖維膜絲的外徑為1. 35隨，材質(zhì)為聚偏氟乙烯，上端可 以自由擺動，每根膜絲均呈閉孔狀態(tài)，利用柔性環(huán)氧樹脂封結(jié)，下端用 環(huán)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，上部橫截面為邊 長為50畫的正方形。中空纖維膜絲2在下端頭5內(nèi)的產(chǎn)水收集室9中呈 開孔狀態(tài)，下端頭5外部i殳有外徑為08mm的產(chǎn)水管6,產(chǎn)水管6與下端頭5中的產(chǎn)水收集室9相連通。在殼體1的上端口和下端口上均設(shè)置嵌入件12，下端頭5通過軟索13與位于殼體1下端口的嵌入件12相連接。 嵌入件12的結(jié)構(gòu)、安裝位置及其和殼體1的連接方式與實施例1相同。 產(chǎn)水管6從殼體1上端口伸進殼體1內(nèi)部并從位于殼體l上端口的嵌入 件12的圓孔中穿過，通過快插接頭14與下端頭5相連接。進氣管7從 殼體1上端口進入殼體1內(nèi)部后/人位于殼體1下端口的嵌入件12的 圓孔中穿過，再通過快插接頭14與帶布氣孔的布氣裝置IO相連接，進 氣管7與帶布氣孔的布氣裝置10內(nèi)的空腔相連通。產(chǎn)水管6和進氣管7 均為中空塑料軟管。下端頭5的澆鑄端面為一個橫截面是正方形的正四棱臺狀的凸起， 凸起的底面邊長為36mm，頂面邊長為12mm,高度為10mm，下端頭5的 凸起豎直朝上，產(chǎn)水管6通過快插接頭14與凸起的頂面相連接。中空 纖維膜絲2的根部均澆鑄于棱臺側(cè)壁的斜面上，而且其根部在棱臺底面 上的投影沿底面外接圓的圓心呈同心正方形輻射狀分布。下端頭5在凸 起和產(chǎn)水收集室9之外設(shè)有帶布氣孔的布氣裝置10，凸起和產(chǎn)水收集室 9剛好嵌在布氣裝置10中間的凹槽之內(nèi)，但產(chǎn)水收集室9和布氣裝置 10的空腔之間彼此相互隔絕。帶布氣孔的布氣裝置10的杯形側(cè)壁高出 凸起底面3mm,在側(cè)壁頂部高出凸起底面的部分的內(nèi)側(cè)，在高度上居中 的位置并沿底面四邊均勻設(shè)有28個直徑為1.5mm的圓形布氣孔11，每 一邊上有7個布氣孔11,每兩個布氣孔11的圓心之間的距離均為5mm, 布氣孔11向布氣裝置10內(nèi)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棱臺側(cè)壁的斜面，并 且布氣孔ll的孔口均朝向棱臺形凸起的頂部。殼體1的長度為1. 8m,中空纖維膜束3的平均長度為1. 6m,下端 頭5的總高度為50mm，下端頭5下緣距殼體1下端口的距離為60mm, 產(chǎn)水管6連同其下端的快插接頭14的總長度為1. 8m,進氣管7連同其 下端的快插接頭14的總長度為2. lm。如圖7所示，將八個中空纖維膜組件和中心管17、集水端頭18和 出水口 19組成一個輻射式的膜組件單元。產(chǎn)水管6與直徑為150mm的集水端頭18下端面均布的八個快插接頭14相連接，直徑為①40mm、長 度為300mm的中心管17沿集水端頭18的軸線穿過，八個膜組件圍繞著 中心管17均勻地分布，中心管17的下方通過八個快插接頭14與八個 中空纖維膜組件的進氣管7連接。膜組件單元工作時中空纖維膜束3被 待過濾的液體所包圍，氣源提供的壓縮空氣從中心管17的上口進入， 并進入八個膜組件的進氣管7，最后經(jīng)下端頭5的帶布氣孔的布氣裝置 10上的布氣孔11擴散出來，直接吹掃膜絲根部，集水端頭18的出水口 19與一能夠提供負壓的水泵相連通，待凈化的水經(jīng)過中空纖維膜絲2壁 上的微孔進入膜絲內(nèi)部，并匯流入產(chǎn)水收集室9，再經(jīng)產(chǎn)水管6流入集 水端頭18,最后經(jīng)過出水口 19被水泵抽出。以上對本發(fā)明所提供的中空纖維膜組件進行了詳細介紹。本說明書域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想在具體實施方式
及應(yīng)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(nèi)容不應(yīng)理解為 對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1. 一種中空纖維膜組件，包括由多根中空纖維膜絲(2)組成的中空纖維膜束(3)、中空纖維膜束的端頭(4和/或5)、進氣管(7)和產(chǎn)水管(6)，其特征在于，還包括帶布氣孔(11)的布氣裝置(10)，所述端頭的端面為凸起的端面，所述布氣裝置與進氣管連通，中空纖維膜組件豎直放置時所述布氣孔的位置靠近所述凸起的端面的底部，所述布氣孔的孔口朝向所述凸起的端面的頂部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的中空纖維膜組件，其特征在于，所述凸起 的端面為圓臺形或棱臺形。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的中空纖維膜組件，其特征在于，所述圓臺 形或棱臺形為正圓臺形或正棱臺形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的中空纖維膜組件，其特征在于，所述正棱 臺形的橫截面為正方形或者正六邊形。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的中空纖維膜組件，其特征在于，所述正圓 臺形的沿中心軸線的縱剖面所形成的等腰梯形的斜邊和底邊之間的夾角 為5°~80°,優(yōu)選為15°~75°,更優(yōu)選為30。~60°。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的中空纖維膜組件，其特征在于，所述正棱 臺形的側(cè)面與底面之間的夾角為5° ~80°,優(yōu)選為15°~75°， 更優(yōu)選為 30。 ~ 60。。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的中空纖維膜組件，其特征在于，所述布氣 孔的孔口中心軸線平行于圓臺或棱臺側(cè)壁的斜面。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的中空纖維膜組件，其特征在于，所述布氣 孔沿著所述端頭的四周均勻分布。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1 8所述的中空纖維膜組件，其特征在于，在中空 纖維膜束外有一個殼體(1 )。
10. 利用權(quán)利要求l ~ 9所述的任一中空纖維膜組件的膜生物反應(yīng)器。
11. 利用權(quán)利要求l ~ 9所述的任一中空纖維膜組件或者權(quán)利要求10 所述的膜生物反應(yīng)器的水處理設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種中空纖維膜組件，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、進氣管和產(chǎn)水管，還包括帶布氣孔的布氣裝置，所述端頭的端面為凸起的端面，所述布氣裝置與進氣管連通，中空纖維膜組件豎直放置時所述布氣孔的位置靠近所述凸起的端面的底部，所述布氣孔的孔口朝向所述凸起的端面的頂部。本發(fā)明還公開了利用此中空纖維膜組件的膜生物反應(yīng)器和水處理設(shè)備。本發(fā)明公開的中空纖維膜組件的結(jié)構(gòu)特征，提高了中空纖維膜組件的抗污染性能，尤其是中空纖維膜根部的抗污染性能，保證了中空纖維膜絲過濾的有效面積，延長了中空纖維膜組件的使用壽命，并且此中空纖維膜組件加工、組裝、安裝和檢修都比較方便。
文檔編號C02F3/10GK101254977SQ20081010331
公開日2008年9月3日 申請日期2008年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月2日
發(fā)明者孫友峰 申請人:北京漢青天朗水處理科技有限公司