CN110652879A - 外压式中空纤维膜组件及过滤装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种外压式中空纤维膜组件及过滤装置。一种外压式中空纤维膜组件，包括：壳体，具有内腔；以及两个端头部件，分别设于所述壳体内腔的两端；所述端头部件上设有若干个沿所述壳体的轴向贯穿所述端头部件的空隙通道以及若干个相互连通的集水通道；所述空隙通道与所述集水通道交替间隔设置。上述外压式中空纤维膜组件，两个端头部件上均设置有空隙通道，从而使得原水或曝气能够顺利的从壳体内腔排出。从而使得中空纤维膜丝外部的污染物可方便的从空隙通道流出，避免污染物在中空纤维膜丝根部过多堆积。从而在能够保证外压式中空纤维膜组件过滤效率的情况下，减少外压式中空纤维膜组件的过滤耗能。

Description

外压式中空纤维膜组件及过滤装置

技术领域

本发明涉及膜过滤分离领域，特别是涉及一种外压式中空纤维膜组件及过滤装置。

背景技术

膜分离技术已广泛应用于水的净化处理或液体的过滤分离等领域。一般地，按过滤方向不同将中空纤维膜组件分为内压式和外压式两种。其中，外压式中空纤维膜组件在工作时，将原水进入压力壳体内中空纤维膜外侧后，透过中空纤维膜至中空纤维膜的内腔以形成过滤液，污染物被截留在中空纤维膜外侧，故外压式中空纤维膜组件可用于含有更高浓度污染物的原水。

然而，当外压式中空纤维膜组件在用于过滤高浓度污染物的原水时，被截留在中空纤维膜外侧的污染物容易堆积在中空纤维膜根部。故需增加外压式中空纤维膜组件的过滤耗能，以保持影响外压式中空纤维膜组件的产水。严重的，甚至减少外压式中空纤维膜组件的过滤效率。

发明内容

基于此，有必要提供一种可以有效改善中空纤维膜丝根部污染物堆积现象的外压式中空纤维膜组件

一种外压式中空纤维膜组件，包括：

壳体，具有内腔；以及

两个端头部件，分别设于所述壳体内腔的两端；所述端头部件上设有若干个沿所述壳体的轴向贯穿所述端头部件的空隙通道以及若干个相互连通的集水通道；所述空隙通道与所述集水通道交替间隔设置。

上述外压式中空纤维膜组件，两个端头部件上均设置有空隙通道，从而使得原水或曝气能够顺利的从壳体内腔排出。从而使得中空纤维膜丝外部的污染物可方便的从空隙通道流出，避免污染物在中空纤维膜丝根部过多堆积。从而在能够保证外压式中空纤维膜组件过滤效率的情况下，减少外压式中空纤维膜组件的过滤耗能。

在其中一个实施例中，在垂直于所述壳体轴向方向，所述空隙通道的延伸方向为直线，且若干个所述空隙通道相互平行。

在其中一个实施例中，还包括若干个设于所述壳体内腔的中空纤维膜束；所述中空纤维膜束的宽度小于等于60mm。

在其中一个实施例中，所述集水通道的宽度与所述空隙通道的宽度的比值小于6。

在其中一个实施例中，还包括若干个设于所述壳体内腔的中空纤维膜束；在垂直于所述壳体的轴向方向，所述中空纤维膜束的横截面呈圆形且外径小于60mm。

在其中一个实施例中，在垂直于所述壳体轴向方向，所述空隙通道的截面呈扇形或扇环形。

在其中一个实施例中，沿所述壳体轴向方向，所述空隙通道垂直于所述壳体轴向的横截面积由外向内逐渐减小。

在其中一个实施例中，还包括与所述壳体的一端密封连接的第一端盖，所述第一端盖的靠近所述壳体内腔的一侧设有脉冲式曝气器。

在其中一个实施例中，所述脉冲式曝气器具有靠近所述端头部件的气流释放孔，且所述气流释放孔与所述脉冲式曝气器共轴线。

本发明还提供一种过滤装置，其包括本发明提供的外压式中空纤维膜组件。

上述过滤装置，两个端头部件上均设置有空隙通道，从而使得原水或曝气能够顺利的从壳体内腔排出。从而使得中空纤维膜丝外部的污染物可方便的从空隙通道流出，避免污染物在中空纤维膜丝根部过多堆积。从而在能够保证外压式中空纤维膜组件过滤效率的情况下，减少外压式中空纤维膜组件的过滤耗能。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的外压式中空纤维膜组件的结构示意图。

图2为图1中外压式中空纤维膜组件的部分结构示意图。

图3为图1中的端头部件的剖视图。

图4为图1中的脉冲式曝气器的结构示意图。

图5为本发明另一实施例提供的外压式中空纤维膜组件的端头部件的剖视图。

图6为本发明另一实施例提供的外压式中空纤维膜组件的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图4所示，本发明一实施例提供的外压式中空纤维膜组件100，其包括具有内腔111的壳体110、以及端头部件130。

具体地，端头部件130设于壳体110内腔111的一端。端头部件130上设有若干个沿壳体110的轴向贯穿端头部件130道的空隙通道131以及若干个相互连通的集水通道133。空隙通道131与集水通道133交替间隔设置。其中，壳体110的轴向参图1中虚线所示。

可以理解的是，空隙通道131用于排出中空纤维膜丝外部的污染物，故空隙通道131的宽度，需能排出中空纤维膜丝外部的污染物。

需要说明的是，空隙通道131的个数为若干个，指空隙通道131的个数为至少两个。集水通道133的个数为若干个，指集水通道133的个数也为至少两个。

外压式中空纤维膜组件100中，两个端头部件130上均设置有空隙通道131，从而原水或曝气从进入壳体110内腔至从壳体110的内腔111排出的过程，均从内腔111的两端输入或排出。从而在原水或曝气在该进入壳体110的内腔111过程中或从壳体110内腔111排出过程中，避免原水或曝气被强行改变流动方向的现象，从而使得原水或曝气能够顺利的从壳体内腔排出。空隙通道131可方便中空纤维膜丝外部的污染物流出，避免污染物在中空纤维膜丝根部过多堆积，从而在能够保证外压式中空纤维膜组件100过滤效率的情况下，减少外压式中空纤维膜组件100的过滤耗能。

本实施例中，两个端头部件130的空隙通道131相对设置。换言之，在垂直于壳体110轴向的平面，两个端头部件130的空隙通道131的投影重合。从而使得原水和曝气的输入输出更加顺畅。当然，在另外可行的实施例中，两个端头部件130的空隙通道131也可以不完全对应设置。

可以理解的是，中空纤维膜丝的内腔与集水通道133连通。空隙通道131与集水通道133交替间隔设置，即若干个集水通道133两两间隔设置。另，每个集水通道133对应不同的中空纤维膜束。故与每个集水通道133对应的中空纤维膜束独立设置。

本实施例中，端头部件130上设有至少两个空隙通道131，且空隙通道131与集水通道133间隔设置，从而增大了中空纤维膜束的裸露面积，从而在原水进入壳体110的内腔111中时，或曝气气体进入壳体110的内腔111中时，能够与中空纤维膜丝以较大的面积接触，从而更多的将中空纤维膜丝上的污染物冲输掉。

另外，本实施例中，中空纤维膜束的裸露面积增大，减小污染物附着在中空纤维膜束的外表面的厚度，从而使得污染物附着对中空纤维膜束的过滤效率的影响较低，也进而使得中空纤维膜束表面的污染物容易清理，节省外压式中空纤维膜组件100的清理时间，进而提高外压式中空纤维膜组件100的过滤效率。

可选地，端头部件130的材质为材料为塑胶、橡胶、不锈钢或树脂。当端头部件采用树脂材料形成时，端头部件130浇注成型，且同时与壳体110内壁和中空纤维膜丝浇注在一起，并保持中空纤维膜丝端面开口畅通。

本实施例中，外压式中空纤维膜组件100还包括与集水通道133连通的集水管150。中空纤维膜内腔的过滤液至少部分流至集水通道133内，然后排至与集水通道133连通的集水中心管150内，进而将过滤液排出。

可以理解的是，端头部件130上需设有与集水管150连接的结构，以使得集水管150与集水通道133连通。具体到本实施例中，端头部件130上设有与集水通道133连通，且与集水管150匹配的集水管接口135。沿壳体110的轴向，集水管接口135的轴线与端头部件130的轴线共线。当然，在另外可行的实施例中，沿壳体的轴向，集水管接口的轴线还可以偏离端头部件的轴线。

本实施例中，端头部件130与壳体110通过卡箍120可拆卸装配。当然，在另外可行的实施例总，端头部件130与壳体110还可以通过粘接等方式装配连接。

本实施例中，两个端头部件130上均设有集水通道133，从而使得中空纤维膜丝内腔的过滤液能够顺利的流动至集水通道133内，便于过滤液的排出。具体地，在使用过程中，一般两个端头部件130在垂直于水平面的方向上具有高度差，从而在重力的作用下，中空纤维膜内腔的过滤液能够顺利的流动至下侧的端头部件130的集水通道133内。当然，当原水的水压高度高于上侧的端头部件130的集水通道133的净水的水压高度时，也方便中空纤维膜内腔的过滤液能够顺利的排出至上侧的端头部件130的集水通道133内。即中空纤维膜内腔的过滤液可以从两端同时排出，从而提高中空纤维膜内腔的过滤液的排出速度，进而提高外压式中空纤维膜组件100的过滤效率。

本实施例中，在垂直于壳体110轴向方向，空隙通道131的延伸方向为直线，且若干个空隙通道131相互平行。本实施例中，空隙通道131的延伸方向，即空隙通道131与集水通道133衔接的表面的方向，详参图2中的方向m-m。

相应的，集水通道133的延伸方向与空隙通道的延伸方向相同。而中空纤维膜束的结构也与集水通道133的结构相应设置，即中空纤维膜束的结构也沿直线延伸。

集水通道133两侧均设有空隙通道131，从而能够避免中空纤维膜束局部具有污染物堆积现象，也能对中空纤维膜束进行均匀的清洗，避免局部附着在中空纤维膜上的污染物无法被清理的现象。

本实施例中，外压式中空纤维膜组件100还包括若干个设于壳体110内腔111的中空纤维膜束170，中空纤维膜束170的宽度d小于等于60mm。从而避免因中空纤维膜束170的宽度较大而导致污染物较多的附着在中空纤维膜束170表面。

可选地，集水通道133的宽度D1与空隙通道131的宽度D2的比值小于6。集水通道133的宽度D1大于等于中空纤维膜束170的宽度d。故中空纤维膜束170的宽度d与空隙通道131的宽度D2的比值小于6。从而使得体积较大的污染物能够顺利的从空隙通道131中通过而被排出，避免体积较大的污染物无法排出而造成空隙通道131被堵，导致外压式中空纤维膜组件100不能正常工作。另外，在对外压式中空纤维膜组件进行曝气清洗的过程中，更大的气泡也能够顺利的从空隙通道131中通过，从而更好地对中空纤维膜束170表面的脏污进行清洗。

具体地，本实施例中，集水通道133的宽度与空隙通道131的宽度的比值可以为6、5.5、5、4.5、4、3、2、1或0.5等。

以下以表1中集水通道133的宽度D1与空隙通道131的宽度D2的比值不同的外压式中空纤维膜组件100运行过程中的跨膜压差进行详细说明。

表1.集水通道133的宽度D1与空隙通道131的宽度D2比值不同的外压式中空纤维膜组件在运行过程中的跨膜压差

其中，D1为集水通道的宽度，D2为空隙通道的宽度，详参图3。表1中的数据是在原水污泥浓度为14000mg/L、产水通量为30L/㎡.h、水温25℃的，且端头部件130的大小不变、集水通道133的个数和空隙通道131的个数不变的前提下测得的。

另外，若保持保持产水通量不变，当中空纤维膜束170表面污染物堆积的越来越多时，跨膜压差会变大。相应的，需要运行设备提供提更大的能耗。

根据表1中的数据可知，外压式中空纤维膜组件100运行时间相同的情况下，集水通道133的宽度D1与空隙通道131的宽度D2的比值越小，跨膜压差越小。即集水通道133的宽度D1与空隙通道131的宽度D2的比值越小，即中空纤维膜束170的外表面附着的污染物越少。进一步地，集水通道133的宽度D1与空隙通道131的宽度D2的比值越小，集水通道133的宽度越小，空隙通道131的宽度越大。故中空纤维膜束170的宽度越小，空隙通道133的宽度越大，跨膜压差越小，中空纤维膜束170表面附着的污染物越少。

本实施例中，端头部件130上的空隙通道131的结构和宽度均相同。可以理解的是，在另外可行的实施例中，空隙通道的宽度也可以不同。同样的，空隙通道的结构可以不同，例如同一个端头部件上可以同时存在矩形和扇形的空隙通道。

本实施例中，外压式中空纤维膜组件100还包括与壳体110的一端密封连接的第一端盖190，第一端盖190的靠近壳体110内腔111的一侧设有脉冲式曝气器180。相较于传统的通过输气管直接将气流输送至壳体内腔的连续式曝气的方式，脉冲式曝气器180释放的气泡可直接通过空隙通道131进入壳体110的内腔111，从而能够更好的对中空纤维膜束170表面的污染物进行清洗。

另外，脉冲式曝气器180的气流排出呈脉冲式。具体地，脉冲式曝气器180在运行时连续输入气流。脉冲式曝气器180可将一定时间的连续气流蓄能后瞬间曝气，形成较大的气泡，从而使得排出的气流的冲击力更大，从而能够进一步更好的对中空纤维膜束170的表面的污染物进行清洗。

本实施例中，脉冲式曝气器180具有靠近端头部件130道的气流释放孔181，且气流释放孔181与脉冲式曝气器180共轴线。从而，脉冲式曝气器180仅具有一个气流释放孔181，从气流释放孔181排出的冲击气泡更大，进而给中空纤维膜束170的表面一个更大的冲击力，以更好的对中空纤维膜束170表面的污染物进行清洗。

本实施例中，第一端盖190上设有用以使得脉冲式曝气器180输气口183与外界连通的开口191。当然，在另外可行的实施例中，若脉冲式曝气器的结构发生变化，开口还可以作为输气通道，与脉冲式曝气器的输气口连通。

可以理解的是，本实施例中，第一端盖190上设有用于用以向壳体110内腔111输送原水或排出浓水的水流通道193。脉冲式曝气器180的设置不能阻挡水流通道193与壳体110的内腔111的连通，且能使使得原水顺利输送至壳体110的内腔，或使得浓水顺利从水流通道193排出。

可以理解的是，在另外可行的实施例中，空隙通道和集水通道的结构不限于此。相应的，中空纤维膜束的结构也不限于此。例如，在一个可行的实施例中，在垂直于壳体的轴向，中空纤维膜束的横截面呈圆形，且外径小于60mm，以防止较多的污染物附着在中空纤维膜束的表面。可选地，在垂直于壳体轴向方向，集水通道呈圆形，中空纤维膜束与集水通道呈相同的结构。当然，可以理解的是，在另外可行的实施例中，中空纤维膜束的结构也不限于与集水通道的结构相似。

以下依据表2中外压式中空纤维膜组件运行过程中的跨膜压差进行详细说明。

表2.随着运行时间的增加，不同结构的外压式中空纤维膜组件的跨膜压差

需要说明的是，传统的外压式中空纤维膜组件，仅一个端头部件上设有空隙通道，且采用连续式曝气的方式。外压式中空纤维膜组件100中的脉冲式曝气改为连续式曝气，即去掉外压式中空纤维膜组件100中的脉冲式曝气器去掉，采用输气管的方式为壳体的内腔输入冲击气流，以实现中空纤维膜束170的冲洗。

表2中的数据是在原水污泥浓度为14000mg/L、产水通量为30L/㎡.h、持续输入空气流2m³/h、水温25℃，且外压式中空纤维膜组件的尺寸相同的前提下测得的。

根据表2的数据：单独对比每一组数据，如第一组数据C1，可知：随着外压式中空纤维膜组件运行时间越来越久，跨膜压差相应越来越大，即中空纤维膜束表面堆积的污染物也越来越多。

对比第一组数据C1和第二组数据C2，外压式中空纤维膜组件运行时间相同的情况下，C2的跨膜压差较小。故运行相同的时间后，C2中的中空纤维膜束表面堆积的污染物较少。由此可知，通过在两个端头部件130上均设置空隙通道131的方式，可以在排出原水的过程中，将部分污染物顺利排出，以减小污染物在中空纤维膜束表面的堆积。

对比第二组数据C2和第三组数据C3，外压式中空纤维膜组件运行时间相同的情况下，C3的跨膜压差较小。故运行相同的时间后，C3中的中空纤维膜束表面堆积的污染物较少。由此可知，在对外压式中空纤维膜组件进行清洗的过程中，利用脉冲式曝气器，可以对中空纤维膜束表面形成更大的冲击，从而对中空纤维膜束表面脏污的清洗更加干净。

可选地，在另外可行的实施例中，在垂直于壳体轴向的方向，空隙通道的截面还可呈扇形或扇环形等规则或不规则的形状，能满足污染物可从空隙通道穿过即可。

进一步地，可选地，端头部件上设有至少四个呈环形阵列分布的空隙通道。避免位于两个空隙通道之间的集水通道的宽度或对应的圆心角较大，即避免与集水通道对应的中空纤维膜束的宽度或对应的圆心角较大，从而避免中空纤维膜束的外表面沉积较多的污染物。

具体地，如图5所示，本发明另一实施例提供的外压式中空纤维膜组件中，在垂直于壳体轴向方向，空隙通道231的截面呈扇形。端头部件230道上设有六个呈环形阵列分布的空隙通道231，集水通道233的宽度D1小于60mm。

具体地，本实施例中，壳体的外径为9寸，空隙通道的圆心角a为60°。在垂直于壳体轴向方向，集水通道233呈矩形。

表3.随着运行时间的增加，不同宽度D1的集水通道233对应的外压式中空纤维膜组件的跨膜压差

根据表3中的数据可知，外压式中空纤维膜组件运行时间相同的情况下，集水通道233的宽度D1越小，跨膜压差越小。换言之，集水通道的宽度D1越小，空隙通道的截面积越大，从而能更好的减小中空纤维膜束的表面附着的污染物，即能够更好的排出壳体内腔中的污染物。

当然，在另外可行的实施例中，空隙通道的结构不限于此，还可以呈其它任何规则或不规则的形状。

同样的，空隙通道的分布也不限于此，还可以呈矩形阵列式分布等规则或不规则的分布方式。

如图6所示，本发明另一实施例提供的外压式中空纤维膜组件300，与外压式中空纤维膜组件100不同的是，沿壳体110轴向方向，空隙通道331垂直于壳体110轴向的横截面积由外向内逐渐减小。原水或曝气流经间隙通道331至壳体110内腔111。原水或曝气流经间隙通道331的过程中，由于空隙通道331垂直于壳体110轴向的横截面积由外向内逐渐减小，从而使得原水或曝气的流速增加，即增加了原水或曝气在流出间隙通道时的速度，从而增加原水或曝气对中空纤维膜束根部的冲击力。

一般的，中空纤维膜束由根部向中间，逐渐附着污染物。且中空纤维膜束的根部附着的污染物也较多。增加原水对中空纤维膜束根部的冲击力，可以有效减少附着在中空纤维膜根部的污染物。增加曝气对中空纤维膜束根部的冲击力，可以更快速的清除中空纤维膜束根部的脏污。

本发明一实施例还提供过一种过滤装置，包括本发明提供的外压式中空纤维膜组件。

上述过滤装置，两个端头部件上均设置有空隙通道，从而使得原水或曝气能够顺利的从壳体内腔排出。从而使得中空纤维膜丝外部的污染物可方便的从空隙通道流出，避免污染物在中空纤维膜丝根部过多堆积。从而在能够保证外压式中空纤维膜组件过滤效率的情况下，减少外压式中空纤维膜组件的过滤耗能。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种外压式中空纤维膜组件，其特征在于，包括：

壳体，具有内腔；以及

两个端头部件，分别设于所述壳体内腔的两端；所述端头部件上设有若干个沿所述壳体的轴向贯穿所述端头部件的空隙通道以及若干个相互连通的集水通道；所述空隙通道与所述集水通道交替间隔设置。

2.根据权利要求1所述的外压式中空纤维膜组件，其特征在于，在垂直于所述壳体轴向方向，所述空隙通道的延伸方向为直线，且若干个所述空隙通道相互平行。

3.根据权利要求2所述的外压式中空纤维膜组件，其特征在于，还包括若干个设于所述壳体内腔的中空纤维膜束；所述中空纤维膜束的宽度小于等于60mm。

4.根据权利要求2所述的外压式中空纤维膜组件，其特征在于，所述集水通道的宽度与所述空隙通道的宽度的比值小于6。

5.根据权利要求1所述的外压式中空纤维膜组件，其特征在于，还包括若干个设于所述壳体内腔的中空纤维膜束；在垂直于所述壳体的轴向方向，所述中空纤维膜束的横截面呈圆形且外径小于60mm。

6.根据权利要求1所述的外压式中空纤维膜组件，其特征在于，在垂直于所述壳体轴向方向，所述空隙通道的截面呈扇形或扇环形。

7.根据权利要求1所述的外压式中空纤维膜组件，其特征在于，沿所述壳体轴向方向，所述空隙通道垂直于所述壳体轴向的横截面积由外向内逐渐减小。

8.根据权利要求1所述的外压式中空纤维膜组件，其特征在于，还包括与所述壳体的一端密封连接的第一端盖，所述第一端盖的靠近所述壳体内腔的一侧设有脉冲式曝气器。

9.根据权利要求1所述的外压式中空纤维膜组件，其特征在于，所述脉冲式曝气器具有靠近所述端头部件的气流释放孔，且所述气流释放孔与所述脉冲式曝气器共轴线。

10.一种过滤装置，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的外压式中空纤维膜组件。

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