专利名称：负压操作式反渗透滤膜系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种污水过滤系统，且尤其涉及一种低动力、薄膜清洗容易， 且可避免浓度极化现象的负压操作式反渗透滤膜系统。
背景技术：
目前采取薄膜分离技术的废水回收方式，己属业界普遍的作法之一，尤其 在饮用水高级化的三级处理上，已具有相当良好的固液分离成效，因此，近年 来以薄膜系统来进行分离及净化的技术已渐受重视。
现有技术的膜组外观类型主要分为两大类，其一为管状的薄膜，如螺旋包
迭式(spiral-wound)、中空纤维式(hollow-fiber)及中空管式(tubular)，另 一种则为平板式(flat-sheet)的薄膜，其中，螺旋式与中空纤维式膜组虽然采 用高装填密度(high packing density)，但由于须面对不同水体中的悬浮固体 及胶羽，使得膜组容易阻塞，而且，为了提高造水的流通量，只能通过膜管的 增设及增加操作压力来提高水的流通量，造成膜管设备体积庞大与成本的增 加，另外，这两种膜管也不能拆卸清洗或逆洗。
如图1所示，至于采用平板式的薄膜系统100，主要是在两片薄膜IIO(通 常采用R0膜或UF膜)之间夹设一膜支撑板120 (membrane su卯ort plate)， 以构成一内部可容纳水体的滤板单元130。该滤板单元130具有一位于盘体110 外缘且供一导水管140组接的导接口 131，以及一贯设在盘体110中央的穿孔 132。该穿孔132可供穿套于一轴柱150上，并且，在两两滤板单元130之间 夹设有一夹衬单元160(membrane spacer),而形成一层迭状的薄膜系统100， 并且使得该薄膜系统100内部形成一可逐层与滤板单元130通连的污水流道。 此外，在该轴柱150的两端分别锁接有一顶盖170及一底盖180，借以夹制前 述的滤板单元130及夹衬单元160，以防止漏水。该底盖180具有一供水口 181， 该顶盖170具有一排放口 171，该供水口 181与排放口 171是与污水流道连通。
如此，当污水自该供水口 181泵送入该污水流道时，借着水压的推挤下，可使水体透过滤膜110而进入该滤板单元130内，并由每一个滤板单元130
的导接口 131接引至外部汇集，而浓縮的废液则由该排放口 171排出。
但是，这种平板式的薄膜过滤系统在操作使用上，仍有以下的缺点
一、 为了提高造水量必须增加流体操作压力，但是滤膜系统ioo只靠顶、
底盖170、 180来锁结，水密的效果相当有限，很容易产生漏水，相对的，为 了维持一定的造水流通量，所以薄膜系统100的操作压力须控制在15 30 kgw/cm2，不能采用低压操作，动力损耗大。
二、 由于只能增加操作压力来提高流量，加上污水是以逐层流动供水，并 非以横向流动(cross flow)的扫流方式进行扩散渗透，不但滤速降低，且系 统内的水体容易造成浓度极化现象(concentration! polarization)，进而产生 污泥沉积的滤饼，所以系统需要有良好的预过滤程序，以保护薄膜避免污堵及 表面结垢。
三、 薄膜是迭接锁合在系统内部，无法自外部来进行冲洗，唯一方法只能 将系统整个拆卸后才能清洗，但也造成停机的损耗。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种负压操作式反渗透滤膜 系统，可直接置入污水池内进行薄膜过滤，不须要外部的壳管或现有技术的夹 衬单元，薄膜可在外部以水柱或转动进行冲洗，无须另行停机拆卸，使方便清 洁，用以解决现有技术平板式过滤单元必须整组拆卸作清洗的问题。
本发明所提供的提供一种负压操作式反渗透滤膜系统，滤膜采中央的迭锁 式扣合单元结构，不须轴柱即能结合，加上系统操作压力低，使用时无漏水或 污水渗入系统内之虞；用以解决已知平板式过滤单元的水密效果差且易产生漏 水的问题。
本发明所提供的一种负压操作式反渗透滤膜系统，以平行于滤膜表面的扫 流进行固液分离，借膜组旋转或液体的流动产生平行滤面的高剪应力减少粒子 附着，且污水在开放式的槽体内进行反渗透分离，避免产生浓度极化现象；用 以解决已知平板式过滤单元因产生浓度极化现象所造成严重的沉积滤饼的问 题。
为实现上述目的，根据本发明所提出的一种负压操作式反渗透滤膜系统，包含反渗透滤膜单元、扣合单元、水密单元、顶盖及一底盖。每一个反渗透滤 膜单元，分别具有呈三明治结构的一膜支撑板、 一第一薄膜及一第二薄膜，该 第一薄膜固设在该膜支撑板的一顶面，该第二薄膜固设于该膜支撑板的一底 面，前述三者可界定出一供水体透析的容室，并且，前述三者更具有一沿轴向 延伸且与该容室连通的产水孔。每一个扣合单元，是与该些反渗透滤膜单元交 错设置且呈相互嵌迭，并分别具有二贴设在该反渗透滤膜单元上的导接盘以及 二嵌置在该导接盘上的水密元件，各该导接盘具有一与该产水孔同轴的导水 孔、多个嵌接脚与多个嵌合部，各该嵌接脚穿置过该产水孔且与该第一薄膜相 对，各该嵌合部与该第二薄膜相对，且该些导接盘可由该嵌接脚趋近于相邻导 接盘嵌合部的夹制位置，操作成该嵌接脚远离于相邻导接盘嵌合部的松脱位 置，并且相邻的导接盘位于夹制位置时，可使该些反渗透滤膜单元保持水密状 态。每一个水密元件，分别夹置在该导接盘的一外缘及该膜支撑板上。该顶盖， 迭组于最上方的反渗透滤膜单元上，具有一与该产水孔连通的唧水口，供以一 负压将通过薄膜的水体唧引至系统外部。该底盖，迭组于最下方的反渗透滤膜 单元。
本发明的废水流向形成扫流，无浓度极化现象，不易产生污堵，所以可
降低滤饼的沉积量，且不需产水孔也不会产生漏水问题；此外可自外部直接冲 洗膜面的污泥，无需整组拆下，不但方便清洁，且薄膜表面光滑，以利于快速 清洗。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的 限定。
图1为已知的平板式过滤单元的组合剖视图2为本发明一实施例的负压操作式反渗透滤膜系统的一反渗透滤膜单 元与一扣合单元的分解立体图3为该膜支撑架的局部立体图； 图4为该实施例的组合剖视图； 图5为该导接盘的立体图6为该扣合单元的二导接盘锁固该反渗透滤膜单元的局部立体图；图7为该导接盘的嵌接脚与嵌合部相互嵌固的局部放大图; 图8为该实施例放置于该废水槽的局部剖视图； 图9为本发明的另一实施例的局部剖视图。 其中，附图标记
跳薄膜系统110:盘体
120:膜支撑板130:滤板单元
131:导接口132:穿孔
140:导水管150:轴柱
160:夹衬单元170:顶盖
171:排放口180:底盖
181:供水口200:反渗透滤膜单元
210:膜支架板211:内环圈
212:外环圈213:夹网
214:定位柱215:间隔块
216:槽缝220:第一薄膜
221:中心孔222:内缘
223:外缘230:第二薄膜
231:中心孔232:内缘
233:外缘240:空隙
300:扣合单元310:导接盘
311:导水孔312:嵌接脚
313:嵌合部3131凸点
314:定位孔315:环凹部
320:导接盘321:导水孔
322:嵌接脚3221凹穴
323:嵌合部324:定位孔
325:环凹部400:水密单元
500:顶盖510:立而盖
520:唧水口530:泵浦
540:锁盖600:底盖601:排气孔610:立而盖
611:排气孔700:谷室
710:产水孔800:插销
900:导管900，:导管
910:废水槽920:支撑架
930:马达940:产水管
具体实施例方式
参照图2与图8，本发明的负压操作式反渗透滤膜系统的一实施例，包 含多个反渗透滤膜单元200、多个扣合单元300、多个水密单元400、 一顶盖 500及一底盖600。
参照图2与图4，每一个多个反渗透滤膜单元200，分别具有呈三明治结 构的一膜支撑板210、 一第一薄膜220及一第二薄膜230。前述三者可界定出 一供水体透析的容室700，并且，前述三者还具有一沿轴向延伸且与该容室700 连通的产水孔710。
参照图2、图3与图4，该膜支撑板210具有一内环圈211、 一与该内环 圈211同轴的外环圈212、 一连结在该内、外环圈211、 212之间的夹网213、 多个自该内环圈211上朝上凸伸的定位柱214、多个位于该外环圈212且朝外 延伸的间隔块215，以及多个沿径向开设且垂直于该产水孔710的槽缝216。 且该些槽缝216两端是由该产水孔710贯通至该容室700。
参照图2与图4，该第一薄膜220与该第二薄膜230都为逆渗透薄膜，更 进一步地，于本实施例中是采用低操作压力的纳米过滤(nanofiltration)薄膜 (俗称NF膜)，且为了降低膜面吸附胶体及悬浮微粒的附着，因此可在薄膜的 表面添加一OH基或一S03H基…等亲水性基团的材料或天然素材，使膜面亲水 化，以降低膜面的吸附。并且，该第一、二薄膜220、 230分别具有一中心孔 221、 231、 一内缘222、 232与一外缘223、 233。该第一薄膜220通过该内缘 222与该外缘223固设在该膜支撑板210的内环圈211与外环圈212的一顶面。 该第二薄膜230通过该内缘232与该外缘233固设在该膜支撑板210的内环圈 211与外环圈212的一底面。且该第一薄膜220与第二薄膜230分别与该膜支 撑板210形成有一空隙240。此空隙240连通于该膜支架板210的容室700。参照图4与图5，每一个扣合单元300分别具有二夹设在该反渗透滤膜单
元200上下两侧的导接盘310、 320，并与该些反渗透滤膜单元200交错设置 且呈相互嵌迭。每一个导接盘310、 320具有一与该产水孔710相连通的导水 孔311、 321、多个嵌接脚312、 322、多个嵌合部313、 323与多个对应该些定 位柱214的定位孔314、 324，以及二个靠近外缘的环凹部315、 325。各该环 凹部315、 325分别形成于该些导接盘310、 320的顶、底面，并且环绕在该些 嵌接脚312、 322、该些嵌合部313、 323与该些定位孔314、 324的外侧。
参照图4与图6，在每一组扣合单元300中，位于底部的该导接盘320的 嵌接脚322是穿置入该产水孔710、导水孔311且与该第一薄膜220相对；位 于底部的该导接盘320的嵌合部323与该第二薄膜230相对。且该些导接盘 310、 320可由该嵌接脚312、 322趋近于相邻该些导接盘310、 320嵌合部313、 323的夹制位置，操作成该些嵌接脚312、 322远离于相邻该导接盘310、 320 嵌合部313、 323的松脱位置，并且相邻的该些导接盘310、 320位于夹制位置 时，可使该些反渗透滤膜单元200保持水密状态，此图6中处于夹制位置。
参照图6与图7，至于组装情形，将位于底部的该导接盘320邻靠于该第 二薄膜230，并使其嵌接脚322穿置于该反渗透滤膜单元200的产水孔710; 再使位于顶部的该导接盘310邻靠于该第一薄膜220，施以图6的箭头方向旋 转位移，使底部的该导接盘320的嵌接脚322嵌固于顶部导接盘310的嵌合部 313。此外，每一个嵌接脚322具有一凹穴3221，每一个嵌合部313具有一凸 点3131，当嵌接脚312嵌接于该嵌合部313时，该凸点3131与该凹穴3221 形成卡制状态，以获得稳固定位的作用。
参照图2与图4，每一个水密元件400，分别夹置在该些导接盘310、 320 之环凹部315、 325与该些反渗透滤膜单元200的膜支撑板210之间，并且紧 压在该第一薄膜220与该第二薄膜230的内缘223、 233上。此水密元件400 系为一环形垫圈。
参照图4与图8，通过多数个扣合单元300之导接盘310、 320将该些反 渗透滤膜单元200予以迭组成一组滤膜系统之后，另可通过一插销800贯穿每 一个导接盘310、 320的其中一个定位孔314(因图示角度关系，图4只见定位 孔314)，以确保每一个导接盘310、 320与每一个反渗透滤膜单元200迭组在 一起0参照图8，该底盖600，迭组于最下方的反渗透滤膜单元200上，并通过 一端盖610锁固。
该顶盖500，迭组于最上方的反渗透滤膜单元200上，并通过一端盖510 予以锁固。该顶盖500具有一与该产水孔710连通的唧水口 520，供以一负压 (泵浦530)经由一导管900将通过薄膜的水体唧引至系统外部。另一外接的导 管900，供排气之用。
参照图4与图8，将本发明的负压操作式反渗透滤膜系统是采用"浸入式" 置于一废水槽910内，并可以一支撑架920架立，该废水槽910还进一步地可 在槽底打入空气(图未揭示)，以增加水体扰动效果。此时，随着该导管900 施以负压唧引水液，此负压较佳地为0. 5kgw/cm2，使废水槽910的水液渗通过 该第一薄膜220与第二薄膜230而进入该反渗透滤膜单元200的容室700，并 依序朝向该产水孔710、导水孔311、 321集中汇流而出。此外，在本实施例 中，每一个反渗透滤膜单元200都以该些导接盘310、 320配合该些水密单元 400紧密连接，所以不需外加产水管，仍具有良好的水密效果，无漏水问题。 而浓縮的废液则可再经过一马达930的抽引，再回流至该废水槽910内，如此 的循环操作下，随着该废水槽910内污泥密度的提高，使用者可定期由槽底将 沉淀的污泥、固体悬浮物卸泄出槽外，或者将槽底的重金属回收再利用。
当薄膜表面材产生污泥沉积时，因本发明无外部的壳管，因此使用者可 利用水压或旋转膜组直接冲洗第一、二薄膜220、 230的膜面，无需整体拆卸， 使方便清洁。此外，由于该第一薄膜220与第二薄膜230为纳米过滤膜 (nanofiltration，俗称NF膜)，表面光滑不易积附微粒，有助于快速冲洗的 功用，有效地延长滤膜使用寿命。
经由上述说明，相较于已知的平板式薄膜过滤系统容易漏水、系统内的水 体容易造成浓度极化以产生沉积滤饼以及必须整个拆卸后才能清洗的问题；本 发明的负压操作式反渗透滤膜系统具有以下功效与优点
一、 整个过滤系统可直接置入污水池内进行薄膜过滤，不须要外部的壳管 或现有技术中的夹衬单元，因此，薄膜可在外部直接以水柱或旋转进行冲洗， 无须另行停机拆卸，以方便清洁。
二、 滤膜采中央的迭锁式扣合单元结构，单位体积内具有较高的截污表面 积， 一方面不须轴柱即能结合，加上系统操作压力低，使用时无漏水或污水渗入系统内之虞。
三、 以平行于滤膜表面的扫流进行固液分离，利用平行滤面的高剪应力减 少粒子附着，且污水在开放式的槽体内进行反渗透分离，抑制以往RO膜管在 密闭状态下的滤饼沉积量，以及避免浓度极化现象，有效地延长滤膜使用寿命。
四、 本发明采用NF的滤膜，在过滤分离过程中，采用负压操作，它能截 留小分子的有机物，并且，因操作压力低，无机盐能通过纳米滤膜而透析，使 得纳滤的渗透压力远比反渗透低。如此一来，在保证一定的膜通量的前提下纳 滤过程所需的外加压力就比反渗透低很多，具有节省动力的优点。
值得一提的是，虽然本发明的负压操作式反渗透滤膜系统无需使用产水管也 能正常使用，不会漏水，此适用于小型的滤水单元。运用于大型的过水系统时， 参照图9，可配合一产水管940贯穿该反渗透滤膜系统的产水孔710、导水孔 311、 321，并配合顶盖500、底盖600、端盖510、 610与该些锁盖540予以锁 结，并通过该些导管900接设在唧水口 520与一排气孔611，而该排气孔611 系连通于该底盖600的一排气孔601，此些排气孔601、 611又与该反渗透滤 膜单元200的产水孔710相连通；此唧水口 520供连接负压以唧引水液，而此 排气孔601、 611供导气作用，至于此实施例的使用情形与上述实施例相同， 不再赘述。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的 情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形， 但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1. 一种负压操作式反渗透滤膜系统，其特征在于，包含有多个反渗透滤膜单元，分别具有呈三明治结构的一膜支撑板、一第一薄膜、一第二薄膜，及一沿轴向贯通前述三者的产水孔，该第一薄膜是以内、外缘密贴在该膜支撑板的一顶面，该第二薄膜固是以内、外缘密贴于该膜支撑板的一底面，并且，前述三者可界定出一供水体透析且与该产水孔连通的容室；多个扣合单元，与该些反渗透滤膜单元交错且相互嵌迭，并分别具有一固设在该反渗透滤膜单元上的导接盘，该导接盘具有一与该产水孔同轴的导水孔、多个嵌接脚与多个嵌合部，各该嵌接脚可穿置过该产水孔且与该第一薄膜相对，而各个该嵌合部则与该第二薄膜相对，且该些导接盘可由该嵌接脚趋近于相邻导接盘嵌合部的夹制位置，操作成该嵌接脚远离于相邻导接盘嵌合部的松脱位置，并且相邻的导接盘位于夹制位置时，可使该些反渗透滤膜单元保持水密状态；多个水密元件，分别夹置在该导接盘的一外缘及该膜支撑板上；一顶盖，迭组于最上方的反渗透滤膜单元上，具有一与该产水孔连通的唧水口，供以一负压将通过薄膜的水体唧引至系统外部；以及一底盖，迭组于最下方的反渗透滤膜单元。
2. 根据权利要求1所述的负压操作式反渗透滤膜系统，其特征在于，该第 一、二薄膜是采用纳米过滤薄膜。
3. 根据权利要求1所述的负压操作式反渗透滤膜系统，其特征在于，该膜 支撑板还具有一内环圈、 一与该内环圈同轴的外环圈，以及一连结在该内、外 环圈之间的夹网。
4. 根据权利要求3所述的负压操作式反渗透滤膜系统，其特征在于，该膜 支撑板还具有多个自该内环圈上朝上凸伸的定位柱，而该导接盘还具有多个对 应该些定位柱的定位孔。
5. 根据权利要求3所述的负压操作式反渗透滤膜系统，其特征在于，该膜 支撑板还具有至少一位于该外环圈且朝外延伸的间隔块。
6. 根据权利要求3所述的负压操作式反渗透滤膜系统，其特征在于，该膜 支撑板还具有多个沿径向开设且垂直于该产水孔的槽缝，且该些槽缝两端是由该产水孔贯通至该容室。
7. 根据权利要求3所述的负压操作式反渗透滤膜系统，其特征在于，该第 一、二薄膜是以分别以一内缘及一外缘与该膜支撑板的内、外环圈相贴合。
8. 根据权利要求1所述的负压操作式反渗透滤膜系统，其特征在于，该负压是以0.5kgw/cn^对产水孔内的水体唧引。
9. 根据权利要求1所述的负压操作式反渗透滤膜系统，其特征在于，该底 盖具有一排气孔，此排气孔系连通于该反渗透滤膜单元的产水孔。
全文摘要
本发明公开了一种负压操作式反渗透滤膜系统，包含反渗透滤膜单元、扣合单元、水密元件、顶盖与底盖。反渗透滤膜单元具有呈三明治结构的膜支撑板、第一薄膜及第二薄膜、由三者界定出一供水体透析的容室，及一轴向贯穿且与容室连通的产水孔。扣合单元与反渗透滤膜单元是相互交错嵌迭，扣合单元具有一供夹固反渗透滤膜单元的导接盘，再借水密单元使扣合单元与反渗透滤膜单元保持水密状态。该顶盖具有一与该产水孔连通的唧水口，供以一负压将透析过薄膜的水体即引至系统外部。
文档编号B01D61/02GK101450281SQ20071019548
公开日2009年6月10日 申请日期2007年11月30日 优先权日2007年11月30日
发明者郭其昌 申请人:新世膜科技股份有限公司