申请日2016.08.30
公开(公告)日2016.12.21
IPC分类号C02F3/00; C02F3/12
摘要
本发明公开了一种用于水处理的膜元件，以提高水处理膜过滤装置抵抗膜污染的能力。该膜元件包括周身封闭仅一端开口的中空膜元件本体，所述膜元件本体的外表面为膜过滤面，其中，所述膜元件本体为横截面扁平的长条状膜条，所述膜条具有一个连接端和一个自由端，所述连接端用于与集流部件连接而使膜条的开口连通所述集流部件中的集流腔，所述自由端则在该膜元件处于浸没于待处理水体中的使用状态时在所述的待处理水体的保持下呈浮动状态。上述膜元件采用了既不同于板式膜也不同于中空纤维膜的全新设计，提高了膜元件的抗污染能力。
摘要附图
权利要求书
1.用于水处理的膜元件，包括周身封闭仅一端开口的中空膜元件本体，所述膜元件本体的外表面为膜过滤面，其特征在于：所述膜元件本体为横截面扁平的长条状膜条(111)，所述膜条(111)具有一个连接端(111a)和一个自由端(111b)，所述连接端(111a)用于与集流部件(210)连接而使膜条(111)的开口连通所述集流部件(210)中的集流腔(211)，所述自由端(111b)则在该膜元件处于浸没于待处理水体中的使用状态时在所述的待处理水体的保持下呈浮动状态。
2.如权利要求1所述的用于水处理的膜元件，其特征在于：所述膜条(111)包括相对设置的第一条状过滤薄膜(111a)和第二条状过滤薄膜(111b)，所述第一条状过滤薄膜(111a)的边缘由第一左侧边、第一右侧边、第一自由端底边和第一连接端底边构成，所述第二条状过滤薄膜(111b)的边缘由第二左侧边、第二右侧边、第二自由端底边和第二连接端底边构成，所述第一左侧边与第二左侧边之间、第一右侧边与第二右侧边之间以及第一自由端底边与第二自由端底边之间分别连接为一体从而在第一条状过滤薄膜(111a)和第二条状过滤薄膜(111b)之间形成空腔(111c)，第一连接端底边与第二连接端底边彼此不连接形成与空腔(111c)相通的唇口(111f)。
3.如权利要求2所述的用于水处理的膜元件，其特征在于：所述膜条(111)包括设置于第一条状过滤薄膜(111a)与第二条状过滤薄膜(111b)之间的隔膜(111e),所述隔膜(111e)将空腔(111c)分隔为前后两个均与所述唇口导通的腔体。
4.如权利要求3所述的用于水处理的膜元件，其特征在于：所述隔膜(111e)的厚度在3毫米以下且边缘分别嵌入第一左侧边与第二左侧边之间、第一右侧边与第二右侧边之间以及第一自由端底边与第二自由端底边之间。
5.如权利要求2所述的用于水处理的膜元件，其特征在于：所述第一条状过滤薄膜(111a)和第二条状过滤薄膜(111b)均采用聚偏氟乙烯薄膜、聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚砜薄膜、聚醚砜薄膜、聚丙烯晴薄膜和聚氯乙烯薄膜中的任意一种。
6.如权利要求2所述的用于水处理的膜元件，其特征在于：所述第一左侧边与第二左侧边之间、第一右侧边与第二右侧边之间以及第一自由端底边与第二自由端底边之间均热熔接为一体。
7.如权利要求1至6中任意一项权利要求所述的用于水处理的膜元件，其特征在于：还包括设置在所述膜条(111)自由端(111b)上的位置控制部件(112);该位置控制部件(112)依靠自身在待处理水体中的受力来牵引自由端(111b)从而控制膜条(111)在待处理水体中姿态。
8.如权利要求7所述的用于水处理的膜元件，其特征在于：该膜元件处于所述使用状态时膜条(111)以连接端(111a)位于自由端(111b)下方的方式纵向设置，则所述位置控制部件(112)依靠自身浮力向上牵引自由端(111b)而使膜条(111)在待处理水体中呈纵向设置。
9.如权利要求7所述的用于水处理的膜元件，其特征在于：该膜元件处于所述使用状态时膜条(111)以连接端(111a)位于自由端(111b)上方的方式纵向设置，则所述位置控制部件(112)依靠自身重力向下牵引自由端(111b)而使膜条(111)在待处理水体中呈纵向设置。
10.如权利要求1至6中任意一项权利要求所述的用于水处理的膜元件，其特征在于：所述膜条(111)的宽厚比为5至30且长宽比大于10。
说明书
用于水处理的膜元件
技术领域
本发明涉及用于水处理的膜元件、膜组件以及膜过滤器，尤其涉及膜生物反应器的膜元件、膜组件及膜过滤器。“膜生物反应器”即Membrane Bio-Reactor，简称为MBR。
背景技术
现有的膜生物反应器中，根据膜组件与生物反应器的组合形式可分为分置式MBR和一体式MBR。分置式MBR的膜组件和生物反应器分开设置，工作时，生物反应器中的混合液经循环泵增压后打至膜组件的过滤端，在压力作用下混合液中的液体透过膜，成为系统处理水。而一体式MBR的膜组件则置于生物反应器内部，工作时，待处理水体进入膜生物反应器后其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，再在压力作用下由膜组件过滤出水。相比于分置式MBR，一体式MBR通常体积更小且运行费用较低。
目前，一体式MBR中的膜组件所采用的膜元件主要有板式膜和中空纤维膜两种。板式膜是一种中空板状或片状的膜元件。采用板式膜的膜组件外形类似于普通的板框式压滤机。中空纤维膜是一种外径一般为40-250微米、内径一般为25-42微米的中空纤维状膜元件。在采用中空纤维膜的一体式MBR中，其膜组件包括由大量中空纤维膜组成的纤维束，这些纤维束的两端用装置固定且中空纤维膜的开口与集流部件的集流腔连通;该膜组件直接安置在生物反应器内并浸没于待处理水体中形成浸没式膜生物反应器。
板式膜的机械强度高，使用寿命长，抗膜污染能力强，但生产和使用成本较高。采用板式膜的膜组件制造较为简单，运行操作方便，容易进行板式膜的清洗，但是，板式膜的装填密度比较小，要达到较大的膜面积往往需要设置体积庞大的膜组件。中空纤维膜的机械强度较低，使用过程中容易断丝，抗膜污染能力也较弱，但生产和使用成本较低。采用中空纤维膜的膜组件对膜污染较为敏感，膜孔堵塞和浓差极化对膜分离性能有很大影响，过滤时压力降较大，但是，中空纤维膜的装填密度很高，单位体积下膜面积一般可达16000-30000m2/m3。总体而言，相比于采用板式膜的膜组件，采用中空纤维膜的膜组件的膜元件装填密度更大但抗污染能力较弱。
中空纤维膜装填密度大得益于其长条状的外形。当大量的中空纤维膜组成纤维束时，总的膜面积自然较大。但是，由于中空纤维膜之间空隙十分紧凑，过滤时被中空纤维膜所拦截下来的污物易在纤维束中聚集，这也是导致中空纤维膜容易污染堵塞的原因之一。此外，上述的浸没式膜生物反应器具体采用的是将纤维束的上端连接在集流部件上从而使中空纤维膜的开口与集流部件的集流腔连通，将纤维束的下端与曝气装置相对固定的结构，工作时纤维束的两端不能运动，随着过滤形成的污物逐渐在纤维束中聚集，而曝气装置往往又不能有效作用于纤维束的上端，最终会导致在纤维束的上部区域形成污物沉积区。
发明内容
针对上述浸没式膜生物反应器存在的污物在纤维束中聚集不易排出的情况，本发明所要解决的技术问题是：提供全新设计的用于水处理的膜组件、膜过滤器以及用于该膜组件的膜元件，以提高水处理膜过滤装置抵抗膜污染的能力。
本发明的第一种用于水处理的膜组件，包括：过滤单元，所述过滤单元包括膜元件，所述膜元件包括周身封闭仅一端开口的中空膜元件本体，所述膜元件本体的外表面为膜过滤面;集流单元，所述集流单元包括集流部件，所述集流部件设有与膜元件的开口连通的集流腔和与集流腔连通的输出口;所述膜元件本体为横截面扁平的长条状膜条，所述膜条具有一个连接端和一个自由端，其中，所述连接端被置于集流部件上而使膜条的开口连通所述集流腔，所述自由端则在该膜组件处于浸没于待处理水体中的使用状态时在所述的待处理水体的保持下呈浮动状态。
上述第一种用于水处理的膜组件中，膜元件本体为横截面扁平的长条状膜条，由于膜条与中空纤维膜同为长条状，因此，膜条的装填密度较高。同时，膜条的横截面又呈扁平状，这与中空纤维膜的横截面呈圆形或类圆形有着明显区别，而从理论上讲，当膜条的横截面呈扁平状时，膜条可以在一定程度上获得类似于板式膜这种因膜面平整而形成的抗膜污染性能(流体在平整的膜面上运动形成一定的剪切力从而带动膜面上附着的污染物)。也就是说，上述膜条的特殊形状使得该膜条在装填密度方面可能优于平板膜，同时在形状本身所带来的抗膜污染性能方面又优于中空纤维膜。
另一方面，上述第一种用于水处理的膜组件中膜条除连接端外还具有一个自由端，这又与背景技术中所说的浸没式膜生物反应器的纤维束的两端均用装置固定的方式有着本质区别。显然，上述第一种用于水处理的膜组件属于浸没式膜组件，在该膜组件处于浸没于待处理水体中的使用状态时，所述自由端在待处理水体的保持下呈浮动状态，这样，就赋予了该自由端以及该自由端所在的膜条本身较大的自由度，从而使得过滤时被膜条所拦截下来的污物能够更为容易的从膜条之间排出。
本发明的第一种用于水处理的膜过滤器，包括膜组件和可作用于膜组件的曝气装置，其中，所述膜组件采用上述第一种用于水处理的膜组件;所述曝气装置的曝气口设置于膜条的周边并大致上沿膜条的长度方向向外曝气。
显然，本发明的第一种用于水处理的膜过滤器属于一体式MBR，具体而言属于浸没式膜生物反应器。由于膜条的自由端在待处理水体的保持下呈浮动状态从而赋予了该自由端以及该自由端所在的膜条本身较大的自由度，同时曝气装置的曝气口设置于膜条的周边并大致上沿膜条的长度方向向外曝气，因此，过滤时被膜条所拦截下来的污物将很容易的从膜条之间排出，有效避免在膜条上形成污物沉积区。
本发明的第二种用于水处理的膜组件，包括：过滤单元，所述过滤单元包括膜元件，所述膜元件包括周身封闭仅一端开口的中空膜元件本体，所述膜元件本体的外表面为膜过滤面;集流单元，所述集流单元包括集流部件，所述集流部件设有与膜元件的开口连通的集流腔和与集流腔连通的输出口;所述膜元件本体为横截面扁平的长条状膜条，所述膜条具有一个连接端和一个自由端，其中，所述连接端被置于集流部件上而使膜条的开口连通所述集流腔，所述自由端则在该膜组件处于浸没于待处理水体中的使用状态时在所述的待处理水体的保持下呈浮动状态;所述集流部件为管状且该集流部件上垂直安装有多根沿该集流部件的长度方向间隔排列的膜条。
上述第二种用于水处理的膜组件是在第一种用于水处理的膜组件的基础上，对集流部件的构造以及膜条在该集流部件上的安装方式进行了更为具体的设定。因此，第二种用于水处理的膜组件同样具有第一种用于水处理的膜组件的优点。
本发明的第二种用于水处理的膜过滤器，包括膜组件和可作用于膜组件的曝气装置，其中，所述膜组件采用本发明的第二种用于水处理的膜组件;所述曝气装置的曝气口设置于膜条的周边并大致上沿膜条的长度方向向外曝气。
本发明的第二种用于水处理的膜过滤器也属于一体式MBR，具体而言属于浸没式膜生物反应器。由于膜条的自由端在待处理水体的保持下呈浮动状态从而赋予了该自由端以及该自由端所在的膜条本身较大的自由度，同时曝气装置的曝气口设置于膜条的周边并大致上沿膜条的长度方向向外曝气，因此，过滤时被膜条所拦截下来的污物将很容易的从膜条之间排出，有效避免在膜条上形成污物沉积区。
无论是上述第一种用于水处理的膜组件还是第二种用于水处理的膜组件，一般而言，当该膜组件处于所述使用状态时，所述膜条是以连接端位于自由端下方的方式纵向设置的。另外，为了更好控制膜条的姿态，所述膜元件还包括设置在所述膜条自由端上的位置控制部件;该位置控制部件依靠自身在待处理水体中的受力来牵引自由端从而控制膜条在待处理水体中姿态。更具体的说，若膜组件处于所述使用状态时所述膜条以连接端位于自由端下方的方式纵向设置，则所述位置控制部件可依靠自身浮力向上牵引自由端而使膜条在待处理水体中呈纵向设置，从而防止膜条自由端下沉。
本发明的第三种用于水处理的膜组件，包括：过滤单元，所述过滤单元包括膜元件，所述膜元件包括周身封闭仅一端开口的中空膜元件本体，所述膜元件本体的外表面为膜过滤面;集流单元，所述集流单元包括集流部件，所述集流部件设有与膜元件的开口连通的集流腔和与集流腔连通的输出口;所述膜元件本体为长条状膜条，所述膜条具有一个连接端和一个自由端，其中，所述连接端被置于集流部件上而使膜条的开口连通所述集流腔，所述自由端则在该膜组件处于浸没于待处理水体中的使用状态时在所述的待处理水体的保持下呈浮动状态;并且当该膜组件处于所述使用状态时，膜条以连接端位于自由端上方的方式纵向设置。
不同于上述第一种用于水处理的膜组件和第二种用于水处理的膜组件，本发明的第三种用于水处理的膜组件具体限定了当该膜组件处于所述使用状态时所述膜条以连接端位于自由端上方的方式纵向设置。第三种用于水处理的膜组件也属于浸没式膜组件，同样的，在该膜组件处于浸没于待处理水体中的使用状态时，所述自由端在待处理水体的保持下呈浮动状态，这样，就赋予了该自由端以及该自由端所在的膜条本身较大的自由度，从而使得过滤时被膜条所拦截下来的污物能够更为容易的从膜条之间排出。并且，由于当该膜组件处于所述使用状态时所述膜条以连接端位于自由端上方的方式纵向设置，这样更有利于污物在重力作用下从膜条的下部排出。
上述第三种用于水处理的膜组件的膜条优选采用横截面扁平的长条状膜条。由于这种膜条与中空纤维膜同为长条状，因此，这种膜条的装填密度较高。同时，该膜条的横截面又呈扁平状，这与中空纤维膜的横截面呈圆形或类圆形有着明显区别，而从理论上讲，当膜条的横截面呈扁平状时，膜条可以在一定程度上获得类似于板式膜这种因膜面平整而形成的抗膜污染性能。即膜条的特殊形状使得该膜条在装填密度方面可能优于平板膜，同时在形状本身所带来的抗膜污染性能方面又优于中空纤维膜。
最为对上述第三种用于水处理的膜组件中的进一步改进，所述膜元件还包括设置在所述膜条自由端上的位置控制部件;该位置控制部件依靠自身在待处理水体中的受力来牵引自由端从而控制膜条在待处理水体中姿态。更具体的说，所述位置控制部件可依靠自身重力向下牵引自由端而使膜条在待处理水体中呈纵向设置，从而防止膜条自由端上浮。
本发明第三种用于水处理的膜过滤器，包括膜组件和可作用于膜组件的曝气装置，所述膜组件采用上述第三种用于水处理的膜组件;所述曝气装置的曝气口设置于膜条的下方并大致上沿膜条的长度方向向外曝气。
本发明的第三种用于水处理的膜过滤器也属于一体式MBR，具体而言属于浸没式膜生物反应器。由于膜条的自由端在待处理水体的保持下呈浮动状态从而赋予了该自由端以及该自由端所在的膜条本身较大的自由度，同时曝气装置的曝气口设置于膜条的下方并大致上沿膜条的长度方向向外曝气，因此，过滤时被膜条所拦截下来的污物将很容易的从膜条之间排出，尤其从膜条的下部排出，有效避免在膜条上形成污物沉积区。
可用于上述几种用于水处理的膜组件的膜元件，包括周身封闭仅一端开口的中空膜元件本体，所述膜元件本体的外表面为膜过滤面，其中，所述膜元件本体为横截面扁平的长条状膜条，所述膜条具有一个连接端和一个自由端，所述连接端用于与集流部件连接而使膜条的开口连通所述集流部件中的集流腔，所述自由端则在该膜元件处于浸没于待处理水体中的使用状态时在所述的待处理水体的保持下呈浮动状态。上述膜元件采用了既不同于板式膜也不同于中空纤维膜的全新设计，提高了膜元件的抗污染能力。
作为上述膜元件的一种具体结构，所述膜条包括相对设置的第一条状过滤薄膜和第二条状过滤薄膜，所述第一条状过滤薄膜的边缘由第一左侧边、第一右侧边、第一自由端底边和第一连接端底边构成，所述第二条状过滤薄膜的边缘由第二左侧边、第二右侧边、第二自由端底边和第二连接端底边构成，所述第一左侧边与第二左侧边之间、第一右侧边与第二右侧边之间以及第一自由端底边与第二自由端底边之间分别连接为一体从而在第一条状过滤薄膜和第二条状过滤薄膜之间形成空腔，第一连接端底边与第二连接端底边彼此不连接形成与空腔相通的唇口。采用上述结构的膜条容易制造，可以充分降低膜条的成本。
此外，所述膜条还包括设置于第一条状过滤薄膜与第二条状过滤薄膜之间的隔膜,所述隔膜将空腔分隔为前后两个均与所述唇口导通的腔体。通过在第一条状过滤薄膜与第二条状过滤薄膜之间增设隔膜，可以防止第一条状过滤薄膜与第二条状过滤薄膜在外部压力下彼此贴合，影响过滤效率。
所述第一条状过滤薄膜和第二条状过滤薄膜均优选采用聚偏氟乙烯薄膜、聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚砜薄膜、聚醚砜薄膜、聚丙烯晴薄膜和聚氯乙烯薄膜中的任意一种。此外，所述第一左侧边与第二左侧边之间、第一右侧边与第二右侧边之间以及第一自由端底边与第二自由端底边之间均优选通过热熔接为一体。
了更好控制膜条的姿态，本发明上述膜元件还包括设置在所述膜条自由端上的位置控制部件;该位置控制部件依靠自身在待处理水体中的受力来牵引自由端从而控制膜条在待处理水体中姿态。更具体的说，若该膜元件处于所述使用状态时膜条以连接端位于自由端下方的方式纵向设置，则所述位置控制部件依靠自身浮力向上牵引自由端而使膜条在待处理水体中呈纵向设置。若该膜元件处于所述使用状态时膜条以连接端位于自由端上方的方式纵向设置，则所述位置控制部件依靠自身重力向下牵引自由端而使膜条在待处理水体中呈纵向设置。
