專利名稱：一種高效中空纖維膜組件裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水處理裝置，具體講涉及一種中空纖維膜水處理裝置。
背景技術(shù)：
在各種水處理相關(guān)的中空纖維膜組件的使用過程中，膜殼內(nèi)的中空纖 維都存在著不同程度的聚集現(xiàn)象。多方面的原因?qū)е铝诉@種聚集現(xiàn)象的發(fā)
生，比如膜的表面張力與被處理水溶液之間的差異、膜組件內(nèi)水溶液的 粘度和流動(dòng)時(shí)的沖力、纖維的排列和膜污染等。典型的例子比如膜接觸器 在水處理過程中出現(xiàn)的嚴(yán)重的中空纖維膜聚集現(xiàn)象，水處理膜接觸器所使 用的中空纖維膜大多為表面疏水性膜，當(dāng)4^處理水溶液在纖維的外側(cè)流動(dòng) 時(shí)，疏水性的中空纖維傾向于相互靠攏以減少其表面能，再加之水流的推 動(dòng)作用其結(jié)果形成了使用過程中的纖維聚集狀態(tài)。中空纖維膜聚集的直接 后果是顯著降低了膜的有效分離面積，從而降低了膜組件的透過分離效率。 本發(fā)明的目的是為克服上述中空纖維膜的聚集現(xiàn)象，設(shè)計(jì)一種新的中 空纖維膜組件的制備方法，有效提高中空纖維膜組件的透過分離效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是i供一種能夠有效防止使用過程中膜組件內(nèi)中空纖維 膜聚集的方法，并因此而提高中空纖維膜的透過分離效率。
本發(fā)明是通過對(duì)膜組件的結(jié)構(gòu)和制備工藝的設(shè)計(jì)來達(dá)到上述目的的， 在中空纖維膜組件的設(shè)計(jì)與制造方面著重考慮的幾個(gè)因素是(1)中空纖
維膜在膜組件內(nèi)的排列分布應(yīng)是均勻的；(2)中空纖維之間相對(duì)固定；(3) 增加膜組件內(nèi)液體相對(duì)于中空纖維膜的不規(guī)則流動(dòng)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，首先中空纖維被整齊均勻地編織成簾狀(如圖1所 示)，纖維之間的距離是由編織連線的粗細(xì)和編織的松緊程度所決定的，因 此在進(jìn)行組件的設(shè)計(jì)和制造過程中應(yīng)根據(jù)纖維之間的間距來確定編織線的 粗細(xì)和編織的松緊程產(chǎn)—(編織不宜太緊，否則會(huì)使中空纖維變形)。纖維簾 內(nèi)兩條編織線之間應(yīng)保持合適的距離，如果距離太短會(huì)增加編織成本和降 低膜的有效分離面積，如果太長又不能很好地起到阻隔纖維相互聚集的作
3用。編織纖維簾所用的編織線材料應(yīng)當(dāng)具有的良好的物理、化學(xué)性能，比 如較高的強(qiáng)度、良好的柔軟性和可編織性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、抗生物降 解性、耐溫性和抗老化性等。
為防止在使用過程中層與層之間中空纖維膜的相互聚攏，膜組件內(nèi)纖
維層之間襯以隔網(wǎng)(如圖2所示)。所述隔網(wǎng)的厚度決定了纖維層之間的距 離，如果隔網(wǎng)太厚雖然在阻隔纖維相互聚攏方面更加有效，但是顯著降低 了膜組件內(nèi)膜的裝填密度，降低了單位膜組件的功效。所述隔網(wǎng)應(yīng)具有盡 量高的孔隙率、合適的網(wǎng)眼尺寸和規(guī)則的網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)，低的隔網(wǎng)孔隙率會(huì)降 低被處理液體與中空纖維膜的有效接觸面積并增加被處理液體在膜組件內(nèi) 的流動(dòng)阻力，合適的網(wǎng)眼尺寸(網(wǎng)眼密度)和隔網(wǎng)厚度能夠使纖維層之間 保持恰當(dāng)?shù)木嚯x而不至于相互接觸，規(guī)則的網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)有助于膜組件內(nèi)流體 流速的均勻分布和產(chǎn)生一致的局部不MJ'j流動(dòng)。所述隔網(wǎng)的材料應(yīng)當(dāng)所具 有的良好的物理、化學(xué)性能，比如較高的強(qiáng)度、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、抗生 物降解性、耐溫性和抗老化性等。
在膜組件的制備過程中，隔網(wǎng)和中空纖維簾等長、等寬或稍窄，隔網(wǎng) 和中空纖維簾以其寬度的中心位置對(duì)齊疊放。如果制備的膜組件是常規(guī)的 管殼式圓柱形結(jié)構(gòu)，則將中空纖維簾和隔網(wǎng)按上述方法疊放一起，然后巻 成既定直徑大小、規(guī)則的中空纖維束，小心套入膜組件外殼內(nèi)，按常規(guī)方 法進(jìn)行兩端密封灌膠和切割整理；如果要制備的膜組件是規(guī)則的框式結(jié)構(gòu)， 則需要根據(jù)框式組件的內(nèi)部尺寸裁定中空纖維簾和隔網(wǎng)的長度和寬度，將 中空纖維和隔網(wǎng)交替、整齊地排放在組件框架之內(nèi)，然后進(jìn)行兩端密封灌 膠和切割整理工作。如此制得的膜組件內(nèi)隔網(wǎng)被密封膠固定在纖維層之間， 同一纖維層內(nèi)纖維之間的位置相互固定，且^:結(jié)成一體，增加了纖維的整
聚集，而且也一定程度上提高了纖維耐沖擊力，增加了水溶液通過膜層的 不-見則流動(dòng)。
所述的中空纖維膜包括各種有機(jī)材料中空纖維膜。 所述的纖維簾內(nèi)纖維之間的距離0.1-10毫米，編織線的粗細(xì)0.05-5 毫米，兩條編織線之門的距離3-1000毫米。所述的隔網(wǎng)的厚度0.05-10毫米，隔網(wǎng)的孔隙率40-99.99%,隔網(wǎng)單 個(gè)網(wǎng)眼的面積0. 25平方毫米-O. 5平方米。
所述的膜組件外殼上設(shè)有流體的進(jìn)口和出口 ，膜組件外殼的兩端各與 一個(gè)尾帽相連接，兩個(gè)尾帽各設(shè)流體的進(jìn)口或出口 。
通過本發(fā)明制造的中空纖維膜組件能夠有效避免使用過程中的纖維聚 積現(xiàn)象，能夠保持使，]過程中中空纖維膜在膜組件內(nèi)的均勻分布狀態(tài)，提 高了中空纖維膜的抗沖擊強(qiáng)度，有效減少膜組件內(nèi)中空纖維膜遭受到水沖 擊力的破壞作用，提高中空纖維膜表面的不規(guī)則水流動(dòng)，從而顯著提高中 空纖維膜組件的透過分離效率、提高膜的使用壽命和抗污染性能。
另外，本發(fā)明的方法同樣也適用于以中空纖維或細(xì)塑料管為主要換熱元 件的換熱器的制造，顯著提高單位換熱器的熱傳導(dǎo)效率等。


圖l是纖維編織簾示意圖1、中空纖維，2、編織線，3、編織線節(jié)點(diǎn)；
圖2是隔網(wǎng)示意F1:4、網(wǎng)眼，5、網(wǎng)架；
圖3是膜組件內(nèi)中空纖維排列的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
按照?qǐng)D1所示結(jié)構(gòu)，中空纖維膜(1 )被用編織線(2 )均勻地編織成 簾，中空纖維簾內(nèi)中空纖維之間的距離是由編織線(2)的粗細(xì)、編織線節(jié) 點(diǎn)(3)大小和編織的松緊程度所決定的。
將中空纖維簾(圖l所示)同選定的隔網(wǎng)(圖2所示)疊加在一起巻 成既定直徑大小、規(guī)則的中空纖維束，小心套入桶式的組件外殼內(nèi)，按常 規(guī)方法進(jìn)行兩端的密封灌膠和切割整理，即可制得管殼式圓柱形結(jié)構(gòu)的中 空纖維膜組件；如果-:.':制備的膜組件是規(guī)則的框式結(jié)構(gòu)，需要根據(jù)框式組 件的內(nèi)部尺寸裁定中空纖維簾和隔網(wǎng)的長度和寬度，將中空纖維簾和隔網(wǎng) 交替、整齊地排放在組件框架之內(nèi)，然后進(jìn)行兩端的密封灌膠和切割整理 工作，即可得到具有上述優(yōu)點(diǎn)的中空纖維膜組件。 '
實(shí)施例1
膜聚偏二氟乙烯多孔非極性中空纖維膜，孔隙率50%;編織線尼龍，0. 2毫米粗，纖維簾內(nèi)兩條編織線之間的距離3毫米；隔網(wǎng)尼龍，厚 度O. 5毫米，空隙率99%;膜組件形式管殼式圓柱形結(jié)構(gòu)；實(shí)驗(yàn)測試直 接接觸式膜蒸餾，65T鹽水流經(jīng)中空纖維的殼層，冷卻水流經(jīng)中空纖維的 內(nèi)側(cè)。
膜的產(chǎn)水通量15kg/m2-h。 對(duì)比例1
膜及膜組件的形式與實(shí)施例l相同，但在膜組件的制造過程中中空纖 維之間沒有進(jìn)行任何形式的編織，也沒有利用隔網(wǎng)進(jìn)行纖維之間的隔離； 實(shí)^^測試條件同實(shí)施^ 'j 1。
膜的產(chǎn)水通量llkg/m2-h。
實(shí)施例2
膜聚丙烯多孔非極性中空纖維膜，孔隙率68%;編織線聚丙烯； 0. 3毫米粗，纖維簾內(nèi)兩條編織線之間的距離40毫米；隔網(wǎng)聚丙烯，厚 度O. 5毫米，空隙率98%;膜組件形式板框錯(cuò)流式結(jié)構(gòu)；實(shí)驗(yàn)測試減壓 式膜蒸餾，85。C海水流經(jīng)中空纖維的殼層，真空施與中空纖維的內(nèi)側(cè)。
膜的產(chǎn)水通量38kg/m2-h。
對(duì)比例2
膜及膜組件的形式與實(shí)施例2相同，但在膜組件的制造過程中中空纖 維之間沒有進(jìn)行任何J式的編織，也沒有利用隔網(wǎng)進(jìn)行纖維之間的隔離； 實(shí)驗(yàn)測試條件同實(shí)施例2。
膜的產(chǎn)水通量29kg/m2-h。
實(shí)施例3
膜聚醚砜超濾中空纖維膜，孔隙率50%;編織線晴綸1毫米粗， 纖維簾內(nèi)兩條編織線之間的距離20毫米；隔網(wǎng)聚氯乙烯，厚度O. 6毫米， 空隙率96%;膜組件形式管殼式圓柱形結(jié)構(gòu)；實(shí)驗(yàn)測試發(fā)酵工業(yè)廢水超 濾處理，外壓式。
膜的產(chǎn)水通量95kg/m2-h。
對(duì)比例3
膜及膜組件的形式與實(shí)施例3相同，但在膜組件的制造過程中中空纖 維之間沒有進(jìn)行任何形式的編織，也沒有利用隔網(wǎng)進(jìn)行纖維之間的隔離； 實(shí)驗(yàn)測試條件同實(shí)施例3。膜通量76kg/m2-h。 實(shí)施例4
膜聚四氟乙烯(PTFE)多孔非極性中空纖維膜，孔隙率70%;編織 線聚四氟乙烯，0. 5毫米粗，纖維簾內(nèi)兩條編織線之間的距離100毫米； 隔網(wǎng)聚乙烯，厚度O. 4毫米，空隙率97%;膜組件形式管殼式圓柱形結(jié) 構(gòu)；實(shí)驗(yàn)測試化學(xué)合成工業(yè)過程中水溶液中氨的脫除，膜接觸器，吸收 液為3奉琉酸水〖容液。
膜的氨通量0. 22mol/m2-h。
對(duì)比例4
膜及膜組件的形式與實(shí)施例4相同，但在膜組件的制造過程中中空纖 維之間沒有進(jìn)行任何形式的編織，也沒有利用隔網(wǎng)進(jìn)行纖維之間的隔離； 實(shí)驗(yàn)測試條件同實(shí)施例4。
膜通量0. 14kg/m2-h。
權(quán)利要求
1、一種高效中空纖維膜組件裝置及方法，其特征為，包括膜組件外殼以及在膜組件外殼內(nèi)的簾式中空纖維膜和隔網(wǎng)，在膜組件外殼內(nèi)的中空纖維簾和隔網(wǎng)以中空纖維簾、隔網(wǎng)或隔網(wǎng)、中空纖維簾的順序重復(fù)疊加有規(guī)則地排放。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中空纖維膜組件裝置及方法，其特征在于所 述的膜組件外殼上設(shè)有流體的進(jìn)口和出口 。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中空纖維膜組件裝置及方法，其特征在于中 空纖維膜被用編織線規(guī)則地編織成中空纖維簾，中空纖維簾內(nèi)纖維之間的 距離為0. l-10毫米，編織線的直徑為0.05-5毫米，兩條編織線之間的距 離為3-1000毫米。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中空纖維膜組件裝置及方法，其特征在于中 空纖維簾與簾之間襯以隔網(wǎng)，隔網(wǎng)的厚度為0.05-10毫米，隔網(wǎng)的孔隙率 40-99. 99%,隔網(wǎng)單個(gè)網(wǎng)眼的面積0. 25平方毫米-0. 5平方米。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的中空纖維膜組件裝置及方法，其特征在于中 空纖維簾和隔網(wǎng)以中空纖維簾、隔網(wǎng)或隔網(wǎng)、中空纖維簾的順序重復(fù)疊加 有規(guī)則地排列排放在膜組件外殼內(nèi)，然后進(jìn)行膜組件兩端的密封灌膠和切 割整理。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中空纖維膜組件裝置及方法，其特征在于膜 組件外殼的兩端各與一個(gè)尾帽相連接，兩個(gè)尾帽各設(shè)流體的進(jìn)口或出口。
全文摘要
一種高效中空纖維膜組件裝置及方法，包括在膜組件外殼內(nèi)的簾式中空纖維膜和隔網(wǎng)，在膜組件外殼內(nèi)的中空纖維簾和隔網(wǎng)以中空纖維簾、隔網(wǎng)或隔網(wǎng)、中空纖維簾的順序重復(fù)疊加有規(guī)則地排放。本發(fā)明的中空纖維膜組件能夠有效避免使用過程中的纖維聚積現(xiàn)象，有效減少膜組件內(nèi)中空纖維膜遭受到水沖擊力的破壞作用，從而顯著提高中空纖維膜組件的透過分離效率、提高膜的使用壽命和抗污染性能。
文檔編號(hào)B01D63/02GK101450284SQ20071015058
公開日2009年6月10日 申請(qǐng)日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者侯愛平, 董為毅 申請(qǐng)人:天津海之凰科技有限公司