专利名称：淹没式平板膜组件的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及膜生物反应器和流体过滤技术领域，特别涉及淹没式平板膜组件
技术。
背景技术：
膜分离技术是用半透膜作为选择障碍层、在膜的两侧存在一定量的能量差作为动 力，允许某些组分透过而保留混合物中其他组分，各组分透过膜的迁移率不同，从而达到分 离目的的技术。 膜分离技术在20世纪初出现，20世纪60年代后迅速崛起。膜分离技术由于兼有 分离、浓縮、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控 制等特征，因此，目前已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、 电子、仿生等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中最重要的手 段之一。 膜生物反应器(Membrane Bioreactor，简称"MBR")是一种结合了膜分离技术与 活性污泥法相结合的新型水处理技术。在MBR系统中，污水中的各类污染物主要通过微生 物的生物化学作用加以去除，但与传统生物处理工艺不同的是，膜组件替代了二沉池以其 高效分离作用使泥水彻底分离，这使得污泥停留时间和水力停留时间可以相互独立，生化 反应池中活性污泥浓度的增大和活性污泥中特效菌的积累，提高了生化反应速率。微生物 与水的分离不再通过重力沉淀，而是在压力的驱动下，水分子和部分其他小分子物质能够 透过膜，微生物和大分子物质则被膜截留在反应池内，从而使系统获得了优良的出水水质。 MBR工艺基本解决了传统污水处理工艺普遍存在的出水水质不稳定、占地面积大、工艺控制 复杂等突出问题，是极具发展潜力的水处理工艺，尤其在污水再生利用方面，M服工艺可以 将生活污水、城市污水或与之相近的工业废水一步到位地处理成可以作为城市杂用水、工 业循环冷却水等用途的优质再生水，目前在全世界范围内正日益受到广泛的学术关注，大 规模的工程应用也逐渐增多。 根据膜组件的设置位置，膜生物反应器可分为外置式(或称分体式、分置式)膜生 物反应器和内置式(或称淹没式、浸入式、一体式、浸没式)膜生物反应器两大类。 外置式膜生物反应器一般多选用柱式中空纤维膜组件或管式膜组件，把膜组件和 生物反应器分开设置，生物反应器中的混合液经循环泵增压后送至膜组件的过滤端，在压 力作用下混合液中的液体透过膜，成为系统处理出水，固形物、大分子物质等则被膜截留， 随浓縮液回流到生物反应器内。外置式膜生物反应器的特点是运行稳定可靠，易于膜的清 洗、更换及增设，而且膜通量普遍较大，但一般条件下，为减少污染物在膜表面的沉积，延长 膜的清洗周期，需要用循环泵提供较高的膜面错流流速，致使循环泵的水流循环量和所需 扬程增大，动力费用增高，吨水能耗较高，并且泵的高速旋转产生的剪切力会使某些微生物 菌体产生失活现象。 内置式膜生物反应器大多选用帘式或束式中空纤维膜组件或板框式膜组件，把膜
3组件浸没于生物反应器的液位以下，原水进入膜生物反应器后，其中的大部分污染物被混 合液中的活性污泥分解或转化，在吸泵提供的负压作用下或者在水位差的作用下由膜过滤 出水，曝气系统设置在膜组件下方， 一方面给微生物分解有机物提供了所必需的氧气，另一 方面利用气提原理，使气水二相流对膜外表面进行水力冲刷，以此来抑制膜面污泥层的沉 积。内置式膜生物反应器较之外置式膜生物反应器省去了混合液循环系统，结构更为紧凑， 占地面积小，并且靠抽吸出水，吨水能耗相对较低，但膜组件的安装、检修、清洗很不方便， 清洗劳动强度大，成本较高，膜通量也相对较小。 所谓的膜组件是将一定面积的膜元件以某种形式组装成的膜分离器件，是工程应 用当中安装膜的基本单元。膜元件的基本形式有平板式、管式、毛细管式以及中空纤维式， 在膜生物反应器中适用的则主要有平板式、管式以及中空纤维式，相应的膜组件形式为板 框式、柱式、帘式或束式，板框式膜组件通常采用平板式元件，柱式膜组件通常采用管式或 中空纤维式元件，帘式或者束式膜组件通常采用中空纤维式元件。由于工程实际要应用较 大面积的膜，所需膜组件的数量很大，因此往往需要将一个或数个膜组件以某种形式组装 成膜组件单元，其中包括膜组件、集水管、固定支架等，根据膜组件的型式，也有板框式、柱 式、帘式或束式等形式。 现有技术的问题在于，淹没式膜生物反应器中，膜组件的清洗效果欠佳，特别是膜
组件的根部不易被清洗到，容易积泥，而膜组件根部污染的继续发展和蔓延又会进一步加
剧过滤的不均匀性以及有效过滤面积的丧失，最终縮短了整个膜组件的使用寿命。 此外，传统的膜组件尺寸小，无法单独使用，需要有金属框架固定后方能组成系统
使用，从而增加了系统的重量。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种淹没式平板膜组件，提高了对平板膜片的清洗效
果，并且易于组成大型系统。 为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式提供了一种淹没式平板膜组件，包 括 多个平板膜片，这些平板膜片的两端由顶端封头和底端封头密封起来，起到对流 体过滤分离提纯的作用，平板膜片可以随鼓泡而抖动，起到清洁平板膜片的作用； 顶端封头，它具有一个空腔，把各平板膜片由黏合剂封装在封头内部，该封头不仅 起到把膜密封起来的作用，还能够把过滤后的液体导流出来； 底端封头，它具有两个空腔，各平板膜片被分为两组，两个空腔分别把两组平板膜 片由黏合剂密封装在封头内部，在两个空腔之间有一个狭缝，用来喷射气体形成鼓泡，造成 流体在平板膜片周围的循环流动，起到清洁平板膜片的作用； 两个导流管，分别排布在两个封头之间，将过滤后的液体从顶端封头和底端封头 取出，送入主收集器； 顶端封头和底端封头四周配有用于与邻近封头耦合的卡扣。 本实用新型的实施方式还提供了一种淹没式平板膜系统，包括N个如上文的淹没 式平板膜组件，这N个平板膜组件的顶端封头卡扣相互衔接组合，这N个平板膜组件的底端 封头也以卡扣相互衔接组合；其中N为大于2的整数。[0019] 本实用新型实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于 在底端封头的两个空腔之间有一道狭缝，可以传送气泡清洗膜片，两组膜片之间
的根部最易累积污垢，通过从两个空腔之间的狭缝传送气泡，对膜片间的根部有很好的清
洗效果。 因为底端封头封装了两组膜片，狭缝中冒出的气泡在上升过程中在两组膜片间不 断碰撞，而且使膜片抖动，碰撞和抖动都加强了清洗效果。 进一步地，底端封头的下基座比上基座宽大，所以下基座的空腔容积也较大，可以 容纳较多的过滤后的水。此外，在以卡扣连接多个膜组件封头时，因为下基座较为宽大，所 以各个封头的膜片不会靠得太近，易于保持膜片的清洁。 进一步地，平板膜片的长度大于顶端封头和底端封头之间的直线距离，可以使平 板膜片更容易随气泡而抖动，从而达到更好的清洗效果。 进一步地，顶端封头和底端封头在竖直方向错开，使平板膜片倾斜地布置，即平板 膜片不是竖直地布置，而是与竖直方向有一定的夹角，促进气泡在上升过程中与倾斜的平 板膜片发生多次碰撞，气泡和尾流漩涡在膜面产生更大的瞬时剪切力，在提高曝气冲刷效 率的同时能够有效减缓膜污染速率，从而增强系统稳定性、延长膜的使用寿命、减少化学清 洗剂的使用量，大幅度降低膜生物反应器的运行成本，促进膜生物反应器的广泛应用。
图1是本实用新型第一实施方式中淹没式平板膜组件的结构示意图； 图2是本实用新型第一实施方式中淹没式平板膜组件的底端封头结构示意图； 图3是图2中膜组件封头沿A-A方向剖面示意图； 图4是本实用新型第二实施方式中淹没式平板膜组件的弯曲状态示意图； 图5是本实用新型第三实施方式中淹没式平板膜组件的倾斜状态示意图； 图6是本实用新型第四实施方式中膜组件封头以卡扣相互连接的一种连接样式 示意图； 图7是本实用新型第四实施方式中膜组件封头以卡扣相互连接的另一种连接样 式示意图。
具体实施方式在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本 领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化 和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。 为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新 型的实施方式作进一步地详细描述。 本实用新型第一实施方式涉及一种淹没式平板膜组件，应用于膜生物反应器和流 体过滤。该淹没式平板膜组件的结构如图1所示，包括 多个平板膜片(IO)，这些平板膜片的两端由顶端封头(12)和底端封头(11)密封 起来，起到对流体过滤分离提纯的作用，平板膜片可以随鼓泡而抖动，起到清洁平板膜片的 作用。
5[0036] 顶端封头(12)，它具有一个空腔，把各平板膜片由黏合剂封装在封头内部，该封头 不仅起到把膜密封起来的作用，还能够把经平板膜片过滤后的液体导流出来。导流的实现 方式有多种，常见的是在顶端封头(12)上开一个或多个导流孔，导流管(13)与这些导流孔 连接，将过滤后的液体导流出来。 顶端封头(12)四周配有卡扣，用于和其它膜组件的顶端封头连接，以形成由多个 膜组件构成的大系统。顶端封头(12)的卡扣与底端封头(11)的卡扣类似，参见底端封头 (11)的相关描述。 底端封头(11)，该封头的基本结构如图2所示，图2中A-A方向的剖面如图3所 示。底端封头(11)包括上基座(1)和下基座(2)，其中 上基座(1)有两个空腔(3和4)，每个空腔用于通过黏合剂封装一组膜片，空腔 (3)和空腔(4)中间有一道狭缝(5)，用于传送气泡清洗膜片。有一个导气管连接到该封头， 通过狭缝(5)向外鼓泡。 两组膜片之间的根部最易累积污垢，通过从两个空腔之间的狭缝(5)传送气泡， 对膜片间的根部有很好清洗效果。因为一个封头封装了两组膜片，狭缝(5)中冒出的气泡 在上升过程中在两组膜片间不断碰撞，而且使膜片抖动，碰撞和抖动加强了清洗效果。 下基座(2)有一个空腔(7)，用于存储经膜片过滤后的液体，空腔(7)两侧有出水 口与导流管(13)相连，用于将空腔(7)内的液体收集到外部存储装置。 下基座(2)外侧有多个卡扣(6)，用于与其它的膜组件封头连接，以组成大的系 统。换句话说，多个由本实用新型所提出的膜组件封头以卡扣相互连接，形成一个整体。连 接的方式有多种，图3、图4示出了其中的两种互连方式。需要说明的是，卡扣的具体样式可
以是多种多样的，图l只是示出了其中的一种，但本实用新型并不限于这一种样式的卡扣。 上基座(1)比下基座(2)窄小，所以下基座(2)的空腔容积也较大，可以容纳较多 的水。此外，在以卡扣连接多个膜组件封头时，因为下基座(2)较为宽大，所以各个封头的 膜片不会靠得太紧，易于保持膜片的清洁。 需要说明的是，顶端封头(12)和底端封头(11)的卡扣的具体样式可以是多种多 样的，图2只是示出了其中的一种，但本实用新型并不限于这一种样式的卡扣，只要能将封 头有效地连接在一起就可以了 。 两个导流管(13)，分别排布在顶端封头(12)和底端封头(11)之间，将过滤后的液 体从顶端封头(12)和底端封头(11)取出，送入主收集器。 优选地，用于将平板膜片(10)封装到顶端封头(12)和底端封头(11)的黏合剂包
括硅橡胶、聚氨酯和环氧树脂，当然也可以使用其它类型的黏合剂。 优选地，顶端封头(12)和底端封头(11)可以用不锈钢或塑料制成。 本实施方式中，过滤后的液体为水，当然，本实用新型的技术方案并没有利用到水
特有的性质，因此也可以应用于水之外的其它液体的过滤。 本实用新型第二实施方式涉及一种淹没式平板膜组件。第二实施方式在第一实施 方式的基础上进行了改进。 本实施方式中，各平板膜片的长度大于顶端封头和底端封头之间的直线距离。也 就是说各平板膜片在工作状态下是松弛的，有一些自然的弯曲，如图4所示。这样可以使平 板膜片更容易随气泡而抖动，从而达到更好的清洗效果。图4中，41为顶端封头，42为气泡，43为平板膜片，44为底端封头。 优选地，平板膜片的长度可以是顶端封头和底端封头之间直线距离的1. 05至1. 2倍。 本实用新型第三实施方式涉及一种淹没式平板膜组件。第三实施方式在第二实施 方式的基础上进行了改进，主要改进之处在于 顶端封头和底端封头在竖直方向错开，使平板膜片倾斜地布置。即平板膜片不是
竖直地布置，而是与竖直方向有一定的夹角，如图5所示，这样可以促进气泡在上升过程中
与倾斜的平板膜片发生多次碰撞，气泡和尾流漩涡在膜面产生更大的瞬时剪切力，在提高
曝气冲刷效率的同时能够有效减缓膜污染速率，从而增强系统稳定性、延长膜的使用寿命、
减少化学清洗剂的使用量，大幅度降低膜生物反应器工艺的运行成本，促进膜生物反应器
的广泛应用。图5中，41为顶端封头，42为气泡，43为平板膜片，44为底端封头。 优选地，顶端封头和底端封头的连线与竖直方向的夹角在5度至30度之间为宜。 本实用新型各实施方式中所称的"竖直方向"就是地心引力的方向。 本实用新型第四实施方式涉及一种淹没式平板膜系统。该淹没式平板膜系统包括
多个淹没式平板膜组件，这些膜组件的顶端封头卡扣相互衔接组合，这些膜组件的底端封
头也以卡扣相互衔接组合。这些膜组件的描述参见本实用新型中涉及淹没式平板膜组件的
各实施方式。 相互衔接的方式有多种，图6和图7示出了底端封头相互衔接的两个例子，顶端封 头也采用与底端封头相同的方式相互衔接。图6中，61为卡扣。图7中，71为卡扣。 虽然通过参照本实用新型的某些优选实施方式，已经对本实用新型进行了图示和 描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏 离本实用新型的精神和范围。
权利要求一种淹没式平板膜组件，其特征在于，包括多个平板膜片，这些平板膜片的两端由顶端封头和底端封头密封起来，起到对流体过滤分离提纯的作用，平板膜片可以随鼓泡而抖动，起到清洁平板膜片的作用；顶端封头，它具有一个空腔，把各所述平板膜片由黏合剂封装在该封头内部，并能够把经所述平板膜片过滤后的液体导流出来；底端封头，它具有两个空腔，各所述平板膜片被分为两组，两个空腔分别把两组平板膜片由黏合剂密封装在该封头内部，在两个空腔之间有一个狭缝，用来喷射气体形成鼓泡，造成流体在平板膜片周围循环流动，起到清洁平板膜片的作用；两个导流管，分别排布在所述顶端封头和底端封头之间，将过滤后的液体从所述顶端封头和底端封头导出，送入主收集器；所述顶端封头和底端封头四周配有用于与邻近封头耦合的卡扣。
2. 根据权利要求1所述的淹没式平板膜组件，其特征在于，所述底端封头包括上下两 个基座，其中上基座有两个空腔，每个空腔用于通过黏合剂封装一组膜片，两个空腔中间有一道狭 缝，用于传送气泡清洗膜片；下基座有一个空腔，用于存储经所述膜片过滤后的液体，该空腔两侧有出水口 ，用于将 该空腔内的液体收集到外部存储装置；所述下基座外侧有多个卡扣，用于与其它的膜组件封头连接，以组成大的系统；所述上基座比所述下基座窄小。
3. 根据权利要求2所述的淹没式平板膜组件，其特征在于，所述黏合剂包括硅橡胶、聚 氨酯和环氧树脂。
4. 根据权利要求3所述的淹没式平板膜组件，其特征在于，所述顶端封头和底端封头 由不锈钢或塑料制成。
5. 根据权利要求4所述的淹没式平板膜组件，其特征在于，该平板膜组件用于膜生物 反应器和流体过滤；所述过滤后的液体为水。
6. 根据权利要求5所述的淹没式平板膜组件，其特征在于，各所述平板膜片的长度大 于顶端封头和底端封头之间的直线距离。
7. 根据权利要求6所述的淹没式平板膜组件，其特征在于，所述顶端封头和底端封头 在竖直方向错开，使平板膜片倾斜地布置。
8. —种淹没式平板膜系统，其特征在于，包括N个如权利要求1所述的淹没式平板膜组 件，这N个平板膜组件的顶端封头卡扣相互衔接组合，这N个平板膜组件的底端封头也以卡 扣相互衔接组合；其中N为大于1的整数。
专利摘要本实用新型涉及膜生物反应器和流体过滤技术领域，公开了一种淹没式平板膜组件，它包括多个平板膜片，这些平板膜片的两端由顶端封头和底端封头密封起来，起到对流体过滤分离提纯的作用；顶端封头，它具有一个空腔，把各平板膜片由黏合剂封装在封头内部；底端封头，它具有两个空腔，各平板膜片被分为两组，两个空腔分别把两组平板膜片由黏合剂密封装在封头内部，在两个空腔之间有一个狭缝，用来喷射气体形成鼓泡，造成流体在平板膜片周围的循环流动，提高了对膜片的清洗效果；顶端封头和底端封头四周配有用于与邻近封头耦合的卡扣，易于组成大型系统。
文档编号B01D63/08GK201529494SQ200920074328
公开日2010年7月21日 申请日期2009年7月27日 优先权日2009年7月27日
发明者栾森, 汲江 申请人:上海生物医学工程研究中心