專利名稱：一種新型高效膜生物反應(yīng)器膜組件的制作方法
一種新型高效膜生物反應(yīng)器膜組件本發(fā)明涉及膜分離技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種新型高效膜生物反應(yīng)器膜組件。膜分離技術(shù)是在20世紀(jì)初出現(xiàn)，20世紀(jì)60年代后迅速崛起的一門分離新技術(shù)，在最近20年的時(shí)間里取得了工業(yè)領(lǐng)域的迅速發(fā)展。近年來，隨著國(guó)家環(huán)保政策的推行，與水處理相關(guān)的市場(chǎng)需求急速增長(zhǎng)，膜技術(shù)的市場(chǎng)需求更是以每年近30%的速度遞增，由此基于膜技術(shù)的膜生物反應(yīng)器(MBR)市場(chǎng)不斷擴(kuò)大。然而，在大型膜生物反應(yīng)器應(yīng)用中，經(jīng)常遇到膜污染、通量小、效率低、占地大、能耗高等難題，阻礙了膜技術(shù)在我國(guó)“十二五”期間的加快推廣及應(yīng)用。膜生物反應(yīng)器(MBR)是現(xiàn)代膜分離技術(shù)與生物技術(shù)有機(jī)結(jié)合的新型廢水處理技·術(shù)。它主要由生物反應(yīng)器和膜組件構(gòu)成，利用膜分離設(shè)備將活性污泥和大分子有機(jī)物質(zhì)有效截留，替代二沉池，節(jié)約了工程占地面積，具有處理效果好，運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)膜組件的設(shè)置位置，現(xiàn)有MBR分為內(nèi)置式(也稱為一體式、浸沒式)和外置式兩種。內(nèi)置式MBR是指將膜組件放置于生物反應(yīng)池中，通過負(fù)壓抽吸或虹吸得到過濾液，膜表面的污染由曝氣產(chǎn)生的紊流來延緩。內(nèi)置式MBR多采用外壓式中空纖維膜或平板膜，由于是負(fù)壓抽空操作模式，因此水透量很低；同時(shí)由于膜組件浸沒于生化池，膜絲始終受氣泡沖刷，因此斷絲率較高繼而導(dǎo)致產(chǎn)水水質(zhì)變差。同時(shí)，內(nèi)置式中空纖維MBR系統(tǒng)存在氣液分布不均，中空纖維易被污泥粘連，清洗操作繁瑣，難以就地清洗，中空纖維膜組件修補(bǔ)維護(hù)困難，中空纖維膜易被異物損壞等問題，從而造成膜的使用壽命降低。另外，為保持生物反應(yīng)池內(nèi)一定的溶解氧濃度及防止膜絲污堵，需不斷給生物反應(yīng)池曝氣，因而能耗較高。目前應(yīng)用的內(nèi)置式膜生物反應(yīng)器單位水量的處理能耗約I. (Γ2. 4kwh/m3(顧平等，2000，中國(guó)給水排水 Vol. 16 (3), 5-8 ;Tatsuki Ueda and Kenji Hatal999, water research, 33,2888-2892)。外置式MBR是指將膜組件與生物反應(yīng)池分置，由水泵將混合液送至膜組件，過濾液作為出水，濃縮液循環(huán)回生物反應(yīng)池，膜表面的污染由于循環(huán)混合液在膜表面的剪切作用而被大大延緩?，F(xiàn)有外置式MBR采用內(nèi)壓式管式膜，采用正壓操作模式，因此水透量可以較高；但為延緩膜絲內(nèi)壁的污染，必須保持進(jìn)水高流速和大回流比，因而能耗很高(一般是內(nèi)置式MBR的4飛倍)，同時(shí)由于管式膜組件的裝填密度較低，因此膜組件的有效分離面積不大。本發(fā)明的目的就是要解決上述的不足，設(shè)計(jì)一種懸垂式外壓中空纖維膜組件，從而提供一種高效新型的外置式膜生物反應(yīng)器，并通過設(shè)定膜組件殼體的高徑比、膜絲的長(zhǎng)徑比、膜組件的裝填密度、優(yōu)化膜絲的封裝工藝、創(chuàng)新性設(shè)計(jì)組件底部三相分布器來合理優(yōu)化氣、水、污泥的運(yùn)動(dòng)軌跡和流態(tài)，膜組件流道設(shè)計(jì)更合理，料液分布更均勻，內(nèi)部無死角，膜過濾性能更加穩(wěn)定，同時(shí)采用正壓操作，使膜組件在高通量狀態(tài)下運(yùn)行，結(jié)合定時(shí)氣水反沖洗的清洗方式，顯著提高膜組件在外置膜生物反應(yīng)器中的應(yīng)用能力，并提高污染后的恢復(fù)性能。本發(fā)明可在采用較低能耗的情況下，維持較高的膜通量，同時(shí)有效延緩膜污染，實(shí)現(xiàn)外置式膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)膜組件的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。為實(shí)現(xiàn)上述目的設(shè)計(jì)一種新型高效膜生物反應(yīng)器膜組件，包括上端蓋6、膜組件外殼5、下端蓋3、軟性澆注材料9及中空纖維膜絲10，所述上端蓋6上設(shè)有產(chǎn)水口 7、循環(huán)回流口 8，所述上端蓋6密封連接膜組件外殼5的上端，所述下端蓋3上設(shè)有進(jìn)水口 1，所述下端蓋3密封連接膜組件外殼5的下端，所述若干根中空纖維膜絲10的上端通過軟性澆注材料9密封粘合在膜組件外殼5內(nèi)部上端口，所述中空纖維膜絲10的下端自由垂落在膜組件外殼5的內(nèi)部，形成懸垂式結(jié)構(gòu)，所述中空纖維膜絲10的底端設(shè)有封堵頭11。所述中空纖維膜絲10的支撐層21為海綿狀結(jié)構(gòu)，所述中空纖維膜絲10的外表面上設(shè)有膜分離孔。所述下端蓋3上設(shè)有進(jìn)氣口 2，所述下端蓋3的內(nèi)部設(shè)有一使進(jìn)水口 I進(jìn)入的泥水 預(yù)分離以及進(jìn)氣口 2進(jìn)入的氣體均勻分布的三相分布器4。所述中空纖維膜絲10采用聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚醚砜、聚砜或聚丙烯材料制成。所述膜分離孔的內(nèi)徑為O. 001-2um。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)懸垂式膜絲設(shè)計(jì)，不易污堵，更易清洗，易維護(hù)；(2)正壓操作，膜通量大，處理水量大，占地??；(3)外壓式膜絲更耐污染；(4)適宜更高活性污泥濃度，處理效率更高；(5)運(yùn)行能耗低；(6)使用壽命長(zhǎng)；(7)價(jià)格低廉，投資省。圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的中空纖維膜絲的橫截面結(jié)構(gòu)放大圖。下面結(jié)合附圖
對(duì)本發(fā)明作以下進(jìn)一步說明如圖I所示，本發(fā)明包括進(jìn)水口 I、進(jìn)氣口 2、下端蓋3、三相分布器4、膜組件外殼
5、上端蓋6、產(chǎn)水口 7、循環(huán)回流口 8、軟性澆注材料9、中空纖維膜絲10、封堵頭11、抱箍12、121。所述進(jìn)水口 I與下端蓋3是一體結(jié)構(gòu)，三相分布器4與下端蓋3粘合為一體，污泥混合液經(jīng)進(jìn)水口 I進(jìn)入下端蓋3內(nèi)的空間，并經(jīng)三相分布器4可以對(duì)泥水預(yù)分離?？諝饨?jīng)進(jìn)氣口 2進(jìn)入膜組件，經(jīng)三相分布器4后，氣體在膜組件內(nèi)部分布將更加合理，提高空氣利用率。中空纖維膜絲10的底端采用封堵頭11進(jìn)行封堵，并通過軟性澆注材料9與膜組件外殼5進(jìn)行粘合，中空纖維膜絲10的內(nèi)腔與上端蓋6貫通形成產(chǎn)水收集腔。產(chǎn)水口 7與上端蓋6是一體結(jié)構(gòu)，循環(huán)回流口 8插入上端蓋6及軟性澆注材料9的中心并密封。所述上端蓋6通過抱箍12與膜組件外殼5對(duì)接密封，下端蓋3通過抱箍121與膜組件外殼5進(jìn)行對(duì)接密封。本發(fā)明的工作原理污泥混合液經(jīng)進(jìn)水口 I進(jìn)入膜組件，經(jīng)過下端蓋3內(nèi)的三相分布器4后，混合液進(jìn)入膜組件內(nèi)部，經(jīng)中空纖維膜絲10外壁上的膜孔過濾后，過濾后的產(chǎn)水進(jìn)入中空纖維膜絲10的內(nèi)腔，并匯集于上端蓋6后，從產(chǎn)水口 7流出，剩余泥水混合液則從循環(huán)回流口 8回流至前段污泥生化反應(yīng)池。本發(fā)明的創(chuàng)新在于I、膜絲特殊改性。采用創(chuàng)新改性技術(shù)對(duì)有機(jī)中空纖維膜絲進(jìn)行處理，將中空纖維 膜絲的支撐層21制成海綿狀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)其強(qiáng)度和韌性，使其可以適用于高活性污泥濃度流體環(huán)境下保持穩(wěn)定性能，膜材料可以是聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)、聚砜(PS)、聚丙烯(PP)等。并且，膜分離孔徑可以是納濾級(jí)別、超濾級(jí)別，也可以是微濾級(jí)別，典型孔徑分布涵蓋O. 001-2um。2、膜絲特殊封堵工藝。采用特殊工藝將單根膜絲或成束膜絲的一端進(jìn)行封堵，可以是采用粘性膠水粘合、熱擠壓，也可以是超聲波焊接工藝。3、懸垂式膜絲分布。膜絲下端不設(shè)任何膜絲固定元件，而使膜絲在膜組件內(nèi)部自由垂落，形成懸垂式結(jié)構(gòu)，可以保證被截留的污泥被排出膜組件內(nèi)部時(shí)流道更加通暢，不易污堵。4、創(chuàng)新性底部泥水預(yù)分離及氣體分布器設(shè)計(jì)。膜組件底部端蓋獨(dú)特設(shè)計(jì)一套三相分布器，可以使活性污泥混合液的泥水預(yù)分離，延緩膜組件污泥污堵，且更有利于空氣分布，提高空氣利用率，節(jié)約曝氣能耗。5、獨(dú)特的軟性澆注材料。選取特殊軟性且能與有機(jī)膜絲進(jìn)行有效粘結(jié)的澆注材料，有效加強(qiáng)膜絲根部的保護(hù)，可以確保膜組件在氣水混合沖擊的條件下運(yùn)行時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)膜絲根部斷裂等現(xiàn)象。6、革新的澆注工藝。利用革新性的封裝工藝將有機(jī)膜絲、軟性澆注材料、膜組件外殼有效的封裝成一體，成為膜組件，確保澆注部分既能滿足膜絲根部軟性的要求，又可以耐壓、不漏水。7、膜組件的裝填密度在100_1200m2/m3。8、膜組件殼體的高徑比在4-20之間。以下列舉幾個(gè)實(shí)例來說明本發(fā)明的效果實(shí)施例I :臺(tái)灣某綠藻水凈化處理，處理量為O. 5噸/時(shí)，原水含有大量綠藻，在未經(jīng)任何預(yù)過濾的條件下，直接經(jīng)本發(fā)明的膜組件過濾，過濾后的產(chǎn)水澄清透亮，且膜組件運(yùn)行壓力僅為O. OlMPa，采用過濾30分鐘，氣水反洗I分鐘的工藝可有效維持膜系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，該系統(tǒng)運(yùn)行三個(gè)月，運(yùn)行穩(wěn)定。實(shí)施例2 :上海某垃圾收集車站洗車水的處理，處理量為I噸/時(shí)，原水化學(xué)需氧量COD在680至1700波動(dòng)，經(jīng)過本發(fā)明的膜組件處理后，產(chǎn)水COD僅為30至55，采用過濾15分鐘，氣水反洗40秒，定期反洗投加次氯酸鈉殺菌的工藝，可有效控制膜系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)行壓力僅為O. 03MPa,該系統(tǒng)運(yùn)行一個(gè)月，運(yùn)行穩(wěn)定。本發(fā)明并不受上述實(shí)施方式的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化 ，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種新型高效膜生物反應(yīng)器膜組件，包括上端蓋(6)、膜組件外殼(5)、下端蓋(3)、軟性澆注材料(9)及中空纖維膜絲(10)，所述上端蓋(6)上設(shè)有產(chǎn)水口(7)、循環(huán)回流口(8)，所述上端蓋(6)密封連接膜組件外殼(5)的上端，所述下端蓋(3)上設(shè)有進(jìn)水口(1)，所述下端蓋(3)密封連接膜組件外殼(5)的下端，其特征在于所述若干根中空纖維膜絲(10 )的上端通過軟性澆注材料(9)密封粘合在膜組件外殼(5)內(nèi)部上端口，所述中空纖維膜絲(10)的下端自由垂落在膜組件外殼(5)的內(nèi)部，形成懸垂式結(jié)構(gòu)，所述中空纖維膜絲(10)的底端設(shè)有封堵頭(11)。
2.如權(quán)利要求I所述的新型高效膜生物反應(yīng)器膜組件，其特征在于所述中空纖維膜絲(10)的支撐層(21)為海綿狀結(jié)構(gòu)，所述中空纖維膜絲(10)的外表面上設(shè)有膜分離孔。
3.如權(quán)利要求I或2所述的新型高效膜生物反應(yīng)器膜組件，其特征在于所述下端蓋(3)上設(shè)有進(jìn)氣口(2)，所述下端蓋(3)的內(nèi)部設(shè)有一使進(jìn)水口(I)進(jìn)入的泥水預(yù)分離以及進(jìn)氣口(2)進(jìn)入的氣體均勻分布的三相分布器(4)。
4.如權(quán)利要求I所述的懸垂式外壓中空纖維膜組件，其特征在于所述中空纖維膜絲(10)采用聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚醚砜、聚砜或聚丙烯材料制成。
5.如權(quán)利要求2所述的新型高效膜生物反應(yīng)器膜組件，其特征在于所述膜分離孔的內(nèi)徑為 O. 001-2um。
全文摘要
本發(fā)明涉及膜分離技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種新型高效膜生物反應(yīng)器膜組件，包括上端蓋(6)、膜組件外殼(5)、下端蓋(3)、軟性澆注材料(9)及中空纖維膜絲(10)，所述若干根中空纖維膜絲(10)的上端通過軟性澆注材料(9)密封粘合在膜組件外殼(5)內(nèi)部上端口，所述中空纖維膜絲(10)的下端自由垂落在膜組件外殼(5)的內(nèi)部，形成懸垂式結(jié)構(gòu)，所述中空纖維膜絲(10)的底端設(shè)有封堵頭(11)；本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)懸垂式膜絲設(shè)計(jì)，不易污堵，更易清洗，易維護(hù)；正壓操作，膜通量大，處理水量大，占地??；外壓式膜絲更耐污染；適宜更高活性污泥濃度，處理效率更高；運(yùn)行能耗低；使用壽命長(zhǎng)；價(jià)格低廉，投資省。
文檔編號(hào)C02F3/10GK102942250SQ201210533048
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者曹春, 宋興濤 申請(qǐng)人:上海膜源環(huán)?？萍加邢薰?br>