[发明专利]一种高填充密度的耐污染中空纤维帘式膜元件

说明书

技术领域

本发明涉及用于水处理技术，具体涉及一种高填充密度的耐污染中空纤维帘式膜元件，以及包括该膜元件的浸没式中空纤维膜水处理系统。

背景技术

在膜生物反应器或浸没式超滤、微滤过程中，常见的有帘式膜、柱式膜等膜元件结构。

在帘式膜元件的使用过程中，虽然有膜元件下方的曝气冲刷，但在长期使用过程中，仍然容易发生污泥在帘式膜的中空纤维膜上下两端的沉积，从而导致膜有效面积减少，膜丝断丝或破损现象发生。另外，为了提高单个膜元件的有效面积，从而提高膜元件组成的过滤装置的装填密度（膜面积/膜装置占用空间），需要在膜元件中封装更多的膜丝，密集的膜丝排布更容易造成膜元件两端的污染加速。

美国专利US5248424报道了一种膜元件结构，中空纤维膜丝的两端对折形成U型，在膜元件下端通过胶粘剂固定在集水管中，而上端U型部分可以自由摆动，从而可以避免污泥在膜元件上端的沉积，但膜元件下端的污泥沉积仍然无法避免,而且膜元件的中空纤维膜装填量不大；中国专利CN201010601123报道了一种帘式膜元件结构，膜丝的上端封死，在水中自由漂浮，下端固定，解决了帘式膜元件上端膜丝吸附污泥造成污染的问题，但这种结构膜元件要求膜丝具有较好的刚性，能够保持直立状态，没有内支撑的中空纤维膜不易达到这一要求；美国专利US20040188339A1报道了一种过滤装置结构，在束状结构的膜丝中部设置曝气管，部分解决了膜束下端污泥沉积问题，但中空纤维膜装填量提高后，仍存在污染问题。因此，现有技术的中空纤维膜元件仍然存在中空纤维膜装填量较低，膜元件的上端或下端中空纤维膜易污染的问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种新型的帘式中空纤维膜元件，可以显著提高膜元件的膜丝装填量，同时减少膜元件在过滤运行中的污染。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种高填充密度的耐污染中空纤维帘式膜元件，包括中空纤维膜、曝气结构、封胶层和集水管。

本发明所述的中空纤维膜，包括聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚砜、聚醚砜等聚合物材料制造的中空纤维膜或以上述材料为涂层涂覆在支撑材料外表面形成的增强型中空纤维膜。

在本发明中，中空纤维膜的两端均有封胶层，封胶层由固化后的胶粘剂形成，封胶层将中空纤维膜与集水管连成一体。封胶层所采用的胶粘剂可以是环氧树脂、聚氨酯、硅橡胶、热熔胶或它们之间的组合。

在本发明中，中空纤维帘式膜元件的任意一端设有集水管,中空纤维膜的两端可以均开口并通过封胶层和膜元件两端的集水管相通，也可以只是中空纤维膜的一端开口并与相应的集水管相通，而中空纤维膜的另一端封闭。即膜元件可以采取一端产水或两端同时产水的方式运行。

在本发明中，膜元件中的中空纤维膜至少有两排，在相邻两排中空纤维膜之间的封胶层中设有曝气结构。曝气结构的存在，可以形成曝气气流和水流对膜丝表面的冲刷，避免或部分去除中空纤维膜表面吸附的污染物质，减少污染物对膜的污染，提高中空纤维膜的产水量，减少中空纤维膜的清洗维护时间，提高膜的清洗周期。同时，通过在相邻两排膜丝之间设置曝气结构，减轻了膜丝的污染，解决了通常情况下中空纤维膜膜元件中膜丝装填量加大，污染物在中空纤维膜之间容易沉积导致的膜污染问题。

在本发明中，在中空纤维膜元件的上、下两端封胶层均设有曝气结构。在中空纤维膜元件的两端设置曝气结构，可以避免膜元件运行过程中，发生污染物在中空纤维膜靠近上、下两端封胶层处的沉积，更好地减少膜元件在过滤运行中的污染，而曝气结构只设在膜元件下端，难以有效避免膜元件上端的中空纤维膜的污染。

在帘式膜元件运行过程中，外界供给的气体从曝气结构进入两排膜丝之间，形成气流对膜丝根部的冲刷，可以减缓膜丝根部污泥的沉积。中空纤维膜元件中两排中空纤维膜之间的曝气结构最好沿膜丝的宽度方向平行排列，以保证曝气造成的气流、水流扰动均匀地冲刷所有的中空纤维膜。 

在本发明中，曝气结构可以设置成曝气气流方向和中空纤维膜轴向平行，也可以和中空纤维膜轴向成一定角度曝气，以避免曝气孔在停止曝气间隙受到污染物堵塞，并加强对中空纤维膜的冲刷效果。

作为优选，本发明所述的曝气结构为曝气孔，所述曝气孔的形状可以是圆形或方形。