一种中空纤维膜组件、膜生物反应器及水处理设备制造技术

本发明专利技术公开了一种中空纤维膜组件，其包括由多根中空纤维膜丝组成的中空纤维膜束、中空纤维膜束一端或两端的端头、进气管、产水管和壳体，该壳体在中空纤维膜束外部，该壳体可容纳竖直放置的中空纤维膜束，壳体侧壁为无孔洞的侧壁，该壳体两端的端口在横断面上的开孔面积占端口横断面面积的百分数大于１０％，并且壳体与端头通过可拆卸的结构连接在一起。本发明专利技术还公开了利用此中空纤维膜组件的膜生物反应器和水处理设备。本发明专利技术公开的中空纤维膜组件的特征，降低了中空纤维膜丝断裂的机率，改善了膜组件内部液流的流态，提高了中空纤维膜组件的抗污染性能和材料利用率，延长了中空纤维膜组件的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种膜分离水处理设备，尤其是涉及一种应用于水处理 的中空纤维膜组件和利用中空纤维膜组件的膜生物反应器，属于水处理

技术介绍
膜生物反应器(Membrane Bioreactor， MBR)工艺是一种将膜分离 技术与传统生物处理技术有机结合的高效污水处理与回用技术，与其他 污水处理工艺如传统活性污泥法、序批式活性污泥法相比，具有出水水 质优良稳定、占地面积小、抗冲击负荷能力强、剩余污泥产量低等突出 优点，是极具发展潜力的水处理工艺。尤其在污水再生利用方面，MBR 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是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，随浓缩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，吨水能耗高达2~10kWh/m3,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是把膜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，再在抽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，降至1 ~ 2. 4kWh/m3。目前世 界上已经投入使用的膜生物反应器实际工程当中，大多数都选用内置式 膜生物反应器工艺。但内置式膜生物反应器存在两个主要问题， 一是膜 组件的安装、检修、清洗4艮不方便，清洗劳动强度大，二是曝气量偏高， 气水比为30~40: 1，是目前较为成熟的其他污水生物处理工艺如传统 活性污泥法、序批式活性污泥法等工艺的3~4倍，这使得其吨水能耗 仍然显著高于其他工艺。中国专利03121949.7 ^Hf 了一种可气冲的外压柱式中空纤维膜组 件，该膜组件在倒U形中空纤维膜丝外设置壳柱体，壳柱体顶部有料液 出口，底部有料液进口和透过水出口，在中空纤维膜束的底部设有气沖 部件。该膜组件可以与生物反应器组成外置式膜生物反应器，但与常规 外置式膜生物反应器不同的是，系统处理出水不是由循环泵增压获得， 而是由增设的抽吸泵提供的负压获得，这样循环泵的流量和扬程大幅降 低。同时膜组件内有气冲部件进行曝气，该壳柱体的设置大幅缩小了气 提断面，使得曝气时形成的气水二相流被束缚在壳体内部沿着膜丝的轴 线方向上升，避免了气泡在上升过程中逐渐向外扩散，因此以较小的曝 气量就可以在中空纤维膜束中得到较高的曝气强度，使气水二相流对膜 丝外表面具有更好的水力沖刷效果，可以较好地抑制膜污染的发展，在 一定程度上节约了曝气能耗，这使得系统总体能耗低于常规内置式膜生 物反应器，但采用了常规外置式膜生物反应器的外部形式，方便了膜组 件的安装和检修。因此该种型式的膜生物反应器很好地将外置式和内置 式两种型式的膜生物反应器有机地结合起来，取各自所长，补各自所短。但该专利存在以下不足之处(1)采用倒U形中空纤维膜丝，在工作过程中膜丝一端固定，另一端自由摆动，中间对折处容易因曝气产生的振荡作用而出现断裂现象。(2)壳柱体内部液流的流态不好，膜丝根部容 易出现积泥现象。由于膜丝固定端与壳柱体的下部完全粘接为一个整 体，料液进口只能设于壳柱体的侧面，待过滤的液体从侧面进入壳柱体 内部后陡然转向，壳柱体底部侧壁上未开孔位置容易出现死角，并发生 积泥现象。(3)膜丝固定端与壳柱体粘接为一个整体， 一旦部分膜丝断 裂，连同壳柱体在内的整支膜组件即无法再用，造成不必要的浪费。中国专利200420109850.7公开了 一种气升式中空纤维膜组件，如 图6所示，该膜组件在中空纤维膜丝外设置一螺旋形的壳体，其进水口 和出水口处均设置有格栅，而且在进水口附近还设有曝气口。该膜组件 在实现了壳体内可以小断面曝气的情况下，由于壳体采用螺旋形的设 计，适当延长了气水二相流的流道，使得气体在水中停留的时间更长， 增强了壳体内的扰动程度和对膜丝外表面的冲刷效果，对传氧和传质过 程也有一定改善，但该专利仍存在以下不足之处(1)中空纤维膜丝根 部断裂机率很大。中空纤维膜丝被设置于螺旋形的壳体内，并且在工作 状态下长时间受到曝气所产生的振荡作用，膜丝不但在轴线上承受了一 定的扭矩，而且在气水二相流呈螺旋状上升的过程中其根部又会受到较 大的拉力，尤其当膜丝较长时，膜丝根部很容易因所受扭矩或拉力过大 而断裂。(2)螺旋形的壳体形状不易加工或不易实现。当壳体为刚性时， 加工难度较大；当壳体采用塑料软管时，螺旋形的形状不容易保持。(3) 中空纤维膜丝与壳体仍然浇铸在一起，膜丝或壳体不能实现单独更换， 一旦部分膜丝断裂或丧失过滤能力，壳体也无法继续使用，只能整支更 换膜组件，造成一定程度的材料浪费。(4)整支膜组件不易安装及拆卸。 该膜组件工作时被待过滤的液体包围，壳体的进水口接近水底，出水口 接近水面，曝气口设置在进水口附近，这样膜组件肯定与设置于水底的 曝气管道相连接，当膜组件需要检修时必须将水位降低至接近池体底部 并露出曝气管时才可以进行相应操作，这在实际工程当中不但操作复 杂，而且容易造成活性污泥的流失。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种中空纤维膜组件，其在水处理过程中 可以有效降低曝气能耗和膜丝断裂机率，内部液流顺畅，并且膜丝可以 单独更换，加工、安装也很方便。本专利技术的另 一个目的是提供一种利用此专利技术的中空纤维膜组件的 膜生物反应器。本专利技术还有 一个目的是提供一种利用此专利技术的中空纤维膜组件或 者利用本专利技术的膜生物反应器的水处理设备。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下的技术方案 一种中空纤维膜组件，包括由多才艮中空纤维膜丝组成的中空纤维膜 束、中空纤维膜束一端或两端的端头、进气管、产水管和壳体，其特征 在于所述壳体在中空纤维膜束外部，所述壳体为可容纳竖直^:置的中 空纤维膜束的壳体，所述壳体侧壁为无孔洞的侧壁，所述壳体两端的端 口在横断面上的开孔面积占端口横断面面积的百分数大于10%，所述壳 体与所述端头通过可拆卸的结构连接在一起。所述壳体为可容纳竖直放置的中空纤维膜束的壳体，这样的壳体不 论采用刚性材料还是柔性材料都比较容易加工和实现，而且更重要的是 可以使设置于其内的中空纤维膜束处于直线状态，中空纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中空纤维膜组件，包括由多根中空纤维膜丝组成的中空纤维膜束、中空纤维膜束一端或两端的端头、进气管、产水管和壳体，其特征在于：所述壳体在中空纤维膜束外部，所述壳体为可容纳竖直放置的中空纤维膜束的壳体，所述壳体侧壁为无孔洞的侧壁，所述壳体两端的端口在横断面上的开孔面积占端口横断面面积的百分数大于１０％，所述壳体与所述端头通过可拆卸的结构连接在一起。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙友峰，
申请(专利权)人：北京汉青天朗水处理科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]