一种无机炭平板膜组件制造技术

本发明专利技术涉及水处理领域，尤其涉及一种平板式无机炭膜组件。它包括并列排布的平板式无机炭膜和用于密封所述无机炭膜两端且用于收集产水的端头；所述平板式无机炭膜的膜板或膜片内设有多个贯穿膜片的中空流道；所述平板式无机炭膜为横截面呈矩形的板状或片状结构；所述平板式无机炭膜内设置的贯穿膜板或膜片的中空流道互相呈平行和均匀分布，中空流道横截面呈长方形、正方形、圆形或其它形状。采用本发明专利技术结构的平板式无机炭膜组件，能够有效降低膜污染，便于膜清洗，保障膜组件的运行时间，延长膜使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水处理领域，尤其涉及一种平板式无机炭膜组件。
技术介绍
在现有技术中，过滤膜组件污堵问题和清洗问题是影响其使用的主要问题。过滤膜一般分为中空纤维膜、管式膜和板式膜。中空纤维膜一般是内径0.8-1.2毫米的纤维状膜丝，由于其通道内径小，一般要求对原水进行严格的预处理，去除水中杂质和悬浮物，防止膜污堵。管式膜水流通道较大，一般在3-5毫米，由此可以接受较高的进水杂质和浊度，但是由于膜组件一般封装数十至数千根膜管，膜组件中对于膜管的密封要求高，容易发生泄漏。使用板式膜组装的膜组件，是由并列排布的平板膜和用于密封且用于收集产水的端头构成，平板间距可以根据进水水质情况调整，由于平板膜之间是开放式开口，所以能够接受进水中较高的杂质和浊度，同时膜清洗时污染物也比较容易被清除，最后对于并列排布的平板膜的密封也比管式膜的密封容易，且密封结构简单效果好。随着运行时间的延长，膜组件的过滤通量会随之下降，需要定时反洗来恢复过滤通量。当通过反洗无法完全恢复通量时，就需要对膜组件进行化学清洗，一般使用酸、碱或其它清洗药剂对膜进行化学清洗。对膜进行反洗和化学清洗时，就需要膜具有一定的机械强度和耐酸碱性。膜的材质一般包括有机高分子材料、无机材料和金属材料等。对于有机高分子材质的过滤膜，机械强度和耐酸碱性相对较差，难以胜任频繁反洗和化学清洗，结果是膜的使用寿命降低。金属膜的机械强度较高，化学稳定性良好，但是金属膜一般过滤精度不高，且膜孔分布较宽，同时金属膜的成本也较高，因此限制了金属膜的广泛应用，一般只应用于特殊分离过程。无机膜一般由氧化铝、氧化锆、碳化硅等制成，无机膜的机械强度较高，同时耐酸碱性良好，膜过滤精度高，过滤孔径分布窄，已经广泛应用于各种分离过程中。其中，碳化硅材质的无机膜由于材质的高亲水性，高孔隙率，好的耐酸耐碱性，使其具有高的过滤通量和化学清洗性能，在各种高含油、高悬浮物和高浊度的污水处理中，显示出更多优势。CN203663714U(2014-6-25)公开了一种碳化硅材质的无机炭膜组件，其中无机炭膜是一种蜂窝状结构，该膜组件结构简单，密封性好，装配方便。然而该组件结构仍然有待改进。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种通量高，抗污染能力强，对进水预处理要求低，容易清洗，膜使用寿命长的平板式无机炭膜及其膜组件，该膜组件可以作为普通过滤或膜生物反应器等。本专利技术的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种平板式无机炭膜组件，其包括并列排布的平板式无机炭膜和用于密封所述无机炭膜两端且用于收集产水的端头；所述平板式无机炭膜的膜板或膜片内设有多个贯穿膜片的中空流道；所述平板式无机炭膜为横截面呈矩形的板状或片状结构；所述平板式无机炭膜内设置的贯穿膜板或膜片的中空流道互相呈平行和均匀分布，中空流道横截面呈长方形、正方形、圆形或其它形状。采用本专利技术结构的平板式无机炭膜组件，具有通量高，抗污染能力强，对进水预处理要求低，容易清洗，膜使用寿命长等特点。可以作为普通过滤或膜生物反应器等。作为优选，所述平板式无机炭膜包括支撑体和分离层；所述无机炭膜的支撑体是由具有较大孔径的碳化硅材料构成；所述无机炭膜的分离层是在膜板或膜片的外侧，由碳化硅材料构成的过滤层。支撑体孔径一般大于50微米，优选支撑体部分的孔径大于100微米。分离层通过二次涂覆方法涂覆在支撑体上，根据过滤孔径需要，可以进行一次或多次涂覆。分离层厚度很小、具有较小过滤孔径和窄的孔径分布。更优选地，分离层厚度为0.05~1微米；分离层过滤精度包括超滤和微滤范围，孔径范围20nm~10μm；在过滤孔径大于1微米时，分离层是通过一次涂覆完成；在过滤孔径小于1微米时，分离层是通过两次或多次涂覆完成，先在支撑体上涂覆具有1微米孔径的过滤层，然后在此过滤层上再涂覆一层具有要求过滤孔径的过滤层。更优选地，分离层厚度为0.1~0.5微米。支撑体和分离层两部分采用同一种材料，经过高温处理后两部分成为同一相。由于分离层和支撑层是同一种材料，两者的热膨胀系数相同，这样就避免了分离层与支撑层间剥离破坏的问题。本专利技术的无机炭膜采用了复合无机炭材料，具有极低的水接触角（0.3°），是已知所有膜材料（包括有机膜材料，无机膜材料和金属膜材料）中最小值，即无机炭膜材料的亲水性最好，抗污染能力最高。同时，通过制造工艺控制，可以制备出孔隙率超过45%的膜片，使得无机炭膜的处理通量极高，可以达到陶瓷膜的5倍以上。这些独特性能，使其在油田采出水和其它含油污水处理应用中，显示出独一无二的优势，降低了膜的投资成本，解决了现有工艺中有机膜和金属膜在技术或技术经济方面存在的问题。膜孔径是由分离层决定的，无机炭膜通过独特的涂覆技术，尤其是不同的加料顺序和阶梯烘干，这就保证了对膜孔径的精准控制，使它具有精准的膜孔径和非常窄的孔径分布。这样，就从根本上保证了对悬浮物粒径大小的控制。同时，无机炭膜结构设计采用了集成化模块式设计，这种独特的结构设计具有高度集成性和优异的结构密封性，同时也极大地提高了膜的整体强度，这些特点为膜的长周期、稳定和达标运行提供了保证。作为优选，所述分离层厚度为0.05~1微米；所述分离层厚度与支撑层厚度比为1：50-100；分离层过滤精度包括超滤和微滤范围，孔径范围20nm~10μm；分离层通过多次涂覆而成，由此形成支撑层、分离层内层和分离层外层的孔径逐渐变小的孔径梯度。支撑层、分离层内层和分离层外层的总厚度即为过滤层厚度。所述并列排布的平板式无机炭膜中设有平行分布的产水通道，产水通道截面可以是正方形、长方形、圆形、椭圆形和其它多边形，在一个膜片上产水通道截面形状可以相同，也可以是不同形状。作为优选，所述膜片厚度与平板式无机炭膜产水通道高度比例为1： 1.5-20，优化地比例为1:2-10。分离层经过多次涂覆，由此可得到支撑层、分离层内层和分离层外层的孔径逐渐变小的孔径梯度；一方面保证了膜过滤效率与通量，以及膜反冲洗效果，即通量恢复率高，另一方面进一步提高过滤精度，使无机炭膜具有精准的膜孔径和非常窄的孔径分布。这样，进一步从根本上保证了对悬浮物粒径大小的控制。专利技术人发现，平板式无机炭膜膜片厚度与所述产水通道高度比例控制得当，会使膜片寿命和组件寿命都得到提高。平板式无机炭膜膜片厚度与所述产水通道高度比例若太大，则过滤膜厚度过大，产水阻力增加，通量降低；该比例若太小，则无机炭膜膜片机械强度降低，影响使用寿命。同时控制分离层厚度与支撑层厚度的比例以及产水通道高度与所述平板式无机炭膜厚度比例，能使膜片强度达到更好的需求，并同时使膜片与膜组件设计更有助于解决过滤膜组件污堵问题和清洗问题。无机炭膜采用了独特的膜材料和膜结构。膜材料是一种新型无机复合炭材料，该材料具有亲水性好，孔隙率高，化学稳定性和热稳定性高，强度和耐磨损性能高等特点。无机炭膜是一种非对称膜，膜本体包括膜表层（分离层）和大孔载体（支撑层）两部分，两部分采用了同一种材料，经过高温处理后成为无机炭膜。由于分离层和支撑层是同一种材料，高温处理使两者成为一体，两者的热膨胀系数相同，这样就避免了分离层与支撑层间剥离破坏的问题。由于膜材料的化学稳定性和耐腐蚀能力极高，这样就克服了由于腐蚀造成的膜完整性破坏和过滤性能下降的问题。本专利技术的无机炭膜采用了复合无机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平板式无机炭膜组件，其特征在于：它包括并列排布的平板式无机炭膜和用于密封所述无机炭膜两端且用于收集产水的端头；所述平板式无机炭膜的膜板或膜片内设有多个贯穿膜片的中空流道；所述平板式无机炭膜为横截面呈矩形的板状或片状结构；所述平板式无机炭膜内设置的贯穿膜板或膜片的中空流道互相呈平行和均匀分布，中空流道横截面呈长方形、正方形、圆形或其它形状。

【技术特征摘要】
1.一种平板式无机炭膜组件，其特征在于：它包括并列排布的平板式无机炭膜和用于密封所述无机炭膜两端且用于收集产水的端头；所述平板式无机炭膜的膜板或膜片内设有多个贯穿膜片的中空流道；所述平板式无机炭膜为横截面呈矩形的板状或片状结构；所述平板式无机炭膜内设置的贯穿膜板或膜片的中空流道互相呈平行和均匀分布，中空流道横截面呈长方形、正方形、圆形或其它形状。2.根据权利要求1所述的一种平板式无机炭膜组件，其特征在于：所述平板式无机炭膜包括支撑体和分离层；所述无机炭膜的支撑体是由具有较大孔径的碳化硅材料构成；所述无机炭膜的分离层是在膜板或膜片的外侧，由碳化硅材料构成的过滤层；所述分离层厚度为0.05~1微米；分离层过滤精度包括超滤和微滤范围，孔径范围20nm~10μm；在过滤孔径大于1微米时，分离层是通过一次涂覆完成；在过滤孔径小于1微米时，分离层是通过两次或多次涂覆完成，先在支撑体上涂覆具有1微米孔径的过滤层，然后在此过滤层上再涂覆一层具有要求过滤孔径的过滤层。3.根据权利要求1所述的一种平板式无机炭膜组件，其特征在于：所述分离层厚度为0.05~1微米；所述分离层厚度与支撑层厚度比为1：50-100；分离层过滤精度包括超滤和微滤范围，孔径范围20nm~10μm；分离层通过多次涂覆而成，由此得到支撑层、分离层内层和分离层外层的孔径逐渐变小的孔径梯度；所述并列排布的平板式无机炭膜与无机炭膜之间形成产水通道，所述平板式无机炭膜厚度与所述产水通道高度比例为1：1.5-20。4.根据权利要求3所述的一种平板式无机炭膜组件，其特征在于：支撑体孔径大于50微米。5.根据权利要求3所述的一种平板式无机炭膜组件，其特征在于：所述支撑层和/或分离层按重量份的组成为：骨料：煤粉40-50份，酚醛树脂10-15份，白炭黑20-30份，膨润土5-9份，烧高岭土4-8份；成孔剂：紫木节0.5-1份、蛇纹石粉0.3-0.8份；添加剂：硝酸铜1-2份，二甲基二样硅烷改性的二氧化硅或者脂肪酸改性的碳酸钙2-4份；分散剂：卵磷脂0.8-1.2份。6.根据权利要求4所述的一种平板式无机炭膜组件，其特征在于：所述支撑层和/或分离层的制备步骤为：（1）配料：按重量比配制白炭黑15-20份、煤粉25-3...

【专利技术属性】
技术研发人员：李光辉，
申请(专利权)人：浙江瑞普环境技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33