專(zhuān)利名稱(chēng)：覆膜鑄砂板式膜組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于膜生物反應(yīng)器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種覆膜鑄砂板式膜組件。
背景技術(shù)：
膜生物反應(yīng)器由生物反應(yīng)池單元和膜分離單元組成，其特點(diǎn)是處理水質(zhì) 好、處理水適宜回用；占地面積小，環(huán)境適應(yīng)性高；自動(dòng)化程度高，容易運(yùn)行 管理。其應(yīng)用的規(guī)模不斷發(fā)展，萬(wàn)噸級(jí)和幾十萬(wàn)噸級(jí)的市政污水處理工程已經(jīng) 出現(xiàn)，其應(yīng)用數(shù)量也越來(lái)越大，數(shù)以千級(jí)的膜生物反應(yīng)器工程在世界許多國(guó)家 和地區(qū)得到應(yīng)用。
膜單元采用的膜材料分為有機(jī)膜和無(wú)機(jī)膜。公知的膜生物反應(yīng)器大多采用 的是有機(jī)膜。有機(jī)膜強(qiáng)度差，使用壽命短，是當(dāng)今阻礙膜生物反應(yīng)器大規(guī)模和 普及應(yīng)用的一個(gè)重要限制性因素和重大技術(shù)難題。有機(jī)膜大多為石油化工材料 或塑料制成的膜。有機(jī)膜存在膜強(qiáng)度不高，膜組件會(huì)發(fā)生破裂，特別是中空纖 維膜容易出現(xiàn)膜絲斷裂。目前市售有機(jī)膜的壽命據(jù)各生產(chǎn)廠(chǎng)商的技術(shù)參數(shù)，最 短為1-3年，最長(zhǎng)6-10年(高大林.頗爾各種膜技術(shù)的比較.清華大學(xué)膜法 水處理技術(shù)研討會(huì)，2005: 228; The purification company (Norit). X-low recycling of wastewater, Tsing Hua university, China: international symposium on membrane technologies for water and wastewater treatment, 2005:195;鄭祥等.膜生物反應(yīng)器的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析.給水排水，28(3)，2002: 105-108)。有的膜絲甚至在安裝使用后，幾個(gè)月內(nèi)就出現(xiàn)膜絲斷裂現(xiàn)象。 一旦 出現(xiàn)膜的斷裂，處理水質(zhì)將變差。因此，膜的強(qiáng)度差，成為影響膜生物反應(yīng)器 穩(wěn)定和可靠性的重大技術(shù)問(wèn)題。當(dāng)膜損壞的量和程度影響到系統(tǒng)的處理效果， 就需要更換膜組件，這不僅要使污水處理系統(tǒng)停止運(yùn)行，而且換膜的工程量和 一次性費(fèi)用都很大，特別是對(duì)于較大規(guī)模的膜生物反應(yīng)器工程，換膜產(chǎn)生的問(wèn) 題就更為復(fù)雜，產(chǎn)生的不利影響范圍更大。由于有機(jī)膜主要以石油化工產(chǎn)品為 原料，每次膜更換等于在消耗大量寶貴不可再生的石油資源，這在石油資源日 益短缺的條件下問(wèn)題將日顯嚴(yán)重。不僅如此，換掉的廢舊膜組件又成為難以處 理的有機(jī)工業(yè)廢棄物，給環(huán)境造成二次污染和新的負(fù)擔(dān)。即使有機(jī)膜材料不是 意外的損壞，這種有機(jī)膜生物反應(yīng)器正常的、周期的膜更換產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境 問(wèn)題也將是巨大的，隨著膜生物反應(yīng)器應(yīng)用的發(fā)展，特別是在大規(guī)模市政污水處理工程中應(yīng)用的發(fā)展，這一問(wèn)題將更顯突出和嚴(yán)重。因此，采用有機(jī)膜的膜 生物反應(yīng)器，膜的強(qiáng)度差嚴(yán)重限制著該技術(shù)的大規(guī)模和普及性應(yīng)用。
公知的無(wú)機(jī)膜主要有金屬膜、合金膜、陶瓷膜、玻璃膜、沸石膜、分子篩 膜等。無(wú)機(jī)膜具有有機(jī)聚合物分離膜無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)化學(xué)穩(wěn)定性好，耐酸堿、 耐有機(jī)溶劑；機(jī)械強(qiáng)度大，壽命長(zhǎng)；可以反沖洗；抗微生物的能力強(qiáng)，不與微 生物發(fā)生作用；耐高溫；孔徑分布窄、分離效率高。
但目前商品化的無(wú)機(jī)膜主要是陶瓷膜。陶瓷膜的研究始于20世紀(jì)40年代， 其發(fā)展可分為三個(gè)階段。即用于鈾的同位素分離的核工業(yè)時(shí)期，于20世紀(jì) 80年代建成了膜面積達(dá)400萬(wàn)平方米的陶瓷膜富集^UF6工廠(chǎng)；以無(wú)機(jī)微濾膜 和超濾膜為主的液體分離時(shí)期及以膜催化反應(yīng)為核心的全面發(fā)展時(shí)期。無(wú)機(jī)陶 瓷膜的主要制備技術(shù)包括采用固態(tài)粒子燒結(jié)法制備載體及微濾膜，采用溶膠 一凝膠法制備超濾膜；采用分相法制備玻璃膜；釆用專(zhuān)門(mén)技術(shù)(如化學(xué)氣相沉 積、無(wú)電鍍等)制備微孔膜或致密膜。目前已商品化的陶瓷膜的構(gòu)形主要有平 板、管式和多通道三種。平板膜主要用于小規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)室研究。規(guī) 模應(yīng)用的陶瓷膜，通常采用多通道構(gòu)形，即在一個(gè)圓截面上分布著多個(gè)通道， 一般通道數(shù)為7、 19和37。由于陶瓷膜的技工工藝復(fù)雜、加工難度大，價(jià)格昂 貴，每平米造價(jià)4000-10000元人民幣，因此，無(wú)機(jī)陶瓷膜分離技術(shù)主要在高 附加值的工業(yè)項(xiàng)目中應(yīng)用，如奶業(yè)和飲料(葡萄酒、啤酒、蘋(píng)果酒)業(yè)、食品 工業(yè)、生物工程、環(huán)境工程、化學(xué)工業(yè)、石油化工、冶金工業(yè)等領(lǐng)域，成為苛 刻條件下精密過(guò)濾分離的重要新技術(shù)。
在環(huán)境工程中的應(yīng)用，除了陶瓷膜的造價(jià)高，運(yùn)行費(fèi)用也較高，所以，其 見(jiàn)有報(bào)道的應(yīng)用主要是油水分離、對(duì)某些化工原料回收，如鈦白粉的回收、在 石化廢水處理中去除沉淀的重金屬、在乳膠廢水中去除回收乳膠等。陶瓷膜在 膜生物反應(yīng)器中的應(yīng)用仍局限在實(shí)驗(yàn)室研究階段，如邢傳宏進(jìn)行的管式陶瓷膜 生物反應(yīng)器研究；張永明進(jìn)行的雙功能陶瓷膜生物反應(yīng)器處理廢水的研究；膜 科學(xué)技術(shù)研究所的氣升式陶瓷膜生物反應(yīng)器研究等。陶瓷膜在環(huán)境工程中應(yīng)用 受到限制的主要原因是處理成本過(guò)高。無(wú)機(jī)膜的造價(jià)高，到2004年，世界分 離膜的市場(chǎng)銷(xiāo)售額超過(guò)100億美元，無(wú)機(jī)膜的巿場(chǎng)占有率僅占12%。(《中國(guó) 化工報(bào)》2002.9. 10文/刑衛(wèi)紅；時(shí)鈞，袁權(quán)，高從堦等.膜科學(xué)技術(shù)手冊(cè)[M].北京化學(xué) 工業(yè)出版社，2001:114-116;邢傳紅.超濾膜生物反應(yīng)器處理生活污水及其水力學(xué)研究.環(huán) 境科學(xué),1997, 18(5) :19 21;張永明等.雙功能陶瓷膜生物反應(yīng)器處理廢水的研究. http:〃麗.chinafa. net/web/class/46 4. html， 2006,2,15;膜科學(xué)技術(shù)研究所.氣升式 陶瓷膜生物反應(yīng)器的研究.http://mst. njut. edu. cn/chinese/mst/peiyang. html, 2006，
42， 15;鄭祥等.膜生物反應(yīng)器的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析.給水排水，28(3)，2002: 105-108 )。
陶瓷膜在環(huán)境工程中應(yīng)用處理成本過(guò)高除了造價(jià)高的原因外，其運(yùn)行能耗 及運(yùn)行費(fèi)用也較高。其運(yùn)行能耗高的原因是在陶瓷膜過(guò)濾時(shí)，在生物單元和膜 單元之間需要較大的循環(huán)流量，需要功率較高的循環(huán)水泵。

發(fā)明內(nèi)容
為解決有機(jī)膜強(qiáng)度差，使用壽命短和無(wú)機(jī)膜造價(jià)高、運(yùn)行能耗高的問(wèn)題， 本發(fā)明提出一種覆膜鑄砂板式膜組件，采用的膜是一種覆膜鑄砂板式膜，如圖 l所示，其特點(diǎn)在于-
(1) 覆膜鑄砂板式膜(1)是在鑄砂元件表面覆著一層有機(jī)膜材料，該有 機(jī)膜材料為聚偏氟乙烯(PVDF)、或聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)和聚醚砜(PES) 的混合膜溶液，其中聚偏氟乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮和聚醚砜的質(zhì)量濃度分別 為1% 10%，使用的有機(jī)溶劑為二甲基乙酰胺(DMAC)。鑄砂元件整體鑄造而成， 內(nèi)部具有空腔，空腔內(nèi)設(shè)有支撐點(diǎn)(2)以加強(qiáng)鑄砂元件的強(qiáng)度。出水經(jīng)有機(jī) 材料、砂板后進(jìn)入覆膜鑄砂板式膜(1)內(nèi)的空腔，經(jīng)出水口 (3)流出；
(2) 覆膜鑄砂板式膜(1)由過(guò)濾層和襯層組成，過(guò)濾層為有機(jī)材料，孔 徑小，孔徑范圍約為O. 1 30um，襯層為鑄砂元件，孔徑范圍約為50 200 tim，因而能夠有效地減輕不可逆的膜污染；
(3) 與目前應(yīng)用的4000-10000元/1112昂貴的傳統(tǒng)陶瓷膜相比，覆膜鑄砂 板式膜價(jià)格便宜，約為100 300元/m2，且不采用錯(cuò)流過(guò)濾方式，因而能耗低；
(4) 具有高透水率，高強(qiáng)度，長(zhǎng)壽命、耐酸堿等特點(diǎn)。
本發(fā)明的目的在于解決和克服公知膜生物反應(yīng)器采用有機(jī)膜壽命較短和采 用傳統(tǒng)無(wú)機(jī)陶瓷膜造價(jià)及運(yùn)行能耗和費(fèi)用高的問(wèn)題，使得膜生物反應(yīng)器的膜材 料充分利用天然廉價(jià)和環(huán)境友好的材料，大大延長(zhǎng)膜生物反應(yīng)器的壽命，突破 公知有機(jī)膜生物反應(yīng)器使用壽命最長(zhǎng)5-10年的限制，使膜生物反應(yīng)器成為一 種更加實(shí)用，宜于普及和大規(guī)模應(yīng)用的水處理、污水處理和污水再生回用技術(shù)。
如圖2所示的大型覆膜鑄砂板式膜組件其特征在于:每層安裝有10-40個(gè) 覆膜鑄砂板式膜(1)，以10-20個(gè)為一組，相對(duì)插入大型膜支架(2-8)的卡 槽(2-11)內(nèi)構(gòu)成，大型覆膜鑄砂板式膜組件可為2 8層，高度為1 4米。 出水口 (3)朝向大型膜支架(2-8)外側(cè)，通過(guò)連接軟管(2-4)連接于集水 支管(2-5)，各集水支管(2-5)連接于集水干管(2-6)，集水管由管架(2-12) 支撐。大型膜支架(2-8)主要由橫梁(2-9)、承重立管(2-10)、卡槽(2-11)、吊環(huán)(2-13)組成，下方安裝有膜鼓氣管(2-7)。
如圖2所示的大型覆膜鑄砂板式膜組件適用于規(guī)模較小的水處理工程，可 于工程現(xiàn)場(chǎng)組裝完成后，整體吊裝，模塊化程度高。
如圖3所示的小型覆膜鑄砂板式膜組件其特征在于:每層安裝有8個(gè)覆膜 鑄砂板式膜(1)，以4個(gè)為一組，相對(duì)插入小型膜支架(3-8)的卡槽(3-11) 內(nèi)構(gòu)成，小型覆膜鑄砂板式膜組件可為2 8層，高度為1 4米。出水口 (3) 朝向小型膜支架(3-8)外側(cè)，通過(guò)連接軟管(3-4)連接于集水支管(3-5)， 各集水支管(3-5)連接于集水干管(3-6)，集水管由管架(3-12)支撐。小 型膜支架(3-8)主要由橫梁(3-9)、承重立管(3-10)、卡槽(3-11)、吊環(huán) (3-13)組成，下方安裝有膜鼓氣管(3-7)。
如圖3所示的小型覆膜鑄砂板式膜組件適用于規(guī)模較大的水處理工程，可 于工程現(xiàn)場(chǎng)組裝完成后，分別將多組小型覆膜鑄砂板式膜組件吊裝，再將各小 型覆膜鑄砂板式膜組件并聯(lián)運(yùn)行，對(duì)安裝機(jī)械承載負(fù)荷要求低。若個(gè)別單元出 現(xiàn)問(wèn)題，可將單個(gè)小型覆膜鑄砂板式膜組件吊出，對(duì)其進(jìn)行維修或更換，不影 響系統(tǒng)運(yùn)行，利于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模膜生物反應(yīng)器水處理系統(tǒng)和成套設(shè)備的建設(shè)。
如圖4所示的覆膜鑄砂板式膜(1)，其出水口 (3)通過(guò)連接軟管(4-4) 連接于集水支管(4-5)的接口 (4-14)，連接處采用捆扎帶(4-15)捆緊。


圖l為本發(fā)明所述覆膜鑄砂板式膜示意圖。其中1-覆膜鑄砂板式膜、2-支撐點(diǎn)、3-出水口；
圖2為本發(fā)明所述大型覆膜鑄砂板式膜組件的示意圖。其中1-覆膜鑄砂
板式膜、3-出水口、 2-4-連接軟管、2-5-集水支管、2-6-集水干管、2-7-膜鼓 氣管、2-8-大型膜支架、2-9-橫梁、2-10-承重立管、2-11-卡槽、2-12-管架、
2- 13-吊環(huán)；
圖3為本發(fā)明所述小型覆膜鑄砂板式膜組件的示意圖。其中1-覆膜鑄砂
板式膜、3-出水口、 3-4-連接軟管、3-5-集水支管、3-6-集水干管、3-7-膜鼓 氣管、3-8-小型膜支架、3-9-橫梁、3-10-承重立管、3-11-卡槽、3-12-管架、
3- 13-吊環(huán)；
圖4為本發(fā)明所述覆膜鑄砂板式膜與集水支管連接的局部示意圖。其中 1-覆膜鑄砂板式膜、3-出水口 、 4-4-連接軟管、4-5-集水支管、4-14接口 、 4-15-捆扎帶。
權(quán)利要求
1、一種覆膜鑄砂板式膜(1)，其特征在于覆膜鑄砂板式膜是在鑄砂板式元件表面覆著一層有機(jī)膜材料，該有機(jī)材料為聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)或聚醚砜(PES)。涂覆時(shí)，將有機(jī)膜材料與有機(jī)溶劑二甲基乙酰胺(DMAC)配制成分別含有機(jī)膜材料聚偏氟乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮或聚醚砜質(zhì)量濃度為1％～10％的膜液后進(jìn)行涂覆；鑄砂元件整體鑄造而成，內(nèi)部具有空腔，空腔內(nèi)設(shè)有支撐點(diǎn)(2)以加強(qiáng)鑄砂元件的強(qiáng)度；出水經(jīng)有機(jī)材料、砂板后進(jìn)入覆膜鑄砂板式膜(1)內(nèi)的空腔，經(jīng)出水口(3)流出。
2、 以如權(quán)利要求1所述的覆膜鑄砂板式膜(1)組裝制成大 型覆膜鑄砂板式膜組件，其特征在于:每層安裝有10-40個(gè)覆膜鑄 砂板式膜(1)，以10-20個(gè)為一組，相對(duì)插入大型膜支架(2-8) 的卡槽(2-11)內(nèi)構(gòu)成，大型覆膜鑄砂板式膜組件可為2 8層， 高度為1 4米。出水口 (3)朝向大型膜支架(2-8)外側(cè)，通過(guò) 連接軟管(2-4)連接于集水支管(2-5)，各集水支管(2-5)連 接于集水干管(2-6)，集水管由管架(2-12)支撐。大型膜支架(2-8)主要由橫梁(2-9)、承重立管(2-10)、卡槽(2-11)、吊 環(huán)(2-13)組成，下方安裝有膜鼓氣管(2-7)。
3、 以如權(quán)利要求1所述的覆膜鑄砂板式膜(1)組裝制成的 小型覆膜鑄砂板式膜組件其特征在于:每層安裝有8個(gè)覆膜鑄砂板 式膜(1)，以4個(gè)為一組，相對(duì)插入小型膜支架(3-8)的卡槽(3-11) 內(nèi)構(gòu)成，小型覆膜鑄砂板式膜組件可為2 8層，高度為1 4米。 出水口 (3)朝向小型膜支架(3-8)外側(cè)，通過(guò)連接軟管(3-4) 連接于集水支管(3-5 )，各集水支管(3-5 )連接于集水干管(3-6 ), 集水管由管架(3-12)支撐。小型膜支架(3-8)主要由橫梁(3-9)、 承重立管(3-10)、卡槽(3-11)、吊環(huán)(3-13)組成，下方安裝 有膜鼓氣管(3-7)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種覆膜鑄砂板式膜組件，主要由覆膜鑄砂板式膜、膜支架、集水管、膜鼓氣管等組成；覆膜鑄砂板式膜主要特征在于其是在鑄砂元件表面覆著一層有機(jī)材料，該有機(jī)材料為聚偏氟乙烯(PVDF)溶液，或聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)和聚醚砜(PES)的混合溶液。覆膜鑄砂板式膜組件主要特征在于每層安裝有若干覆膜鑄砂板式膜，其分為兩組，相對(duì)插入膜支架的卡槽內(nèi)構(gòu)成，覆膜鑄砂板式膜組件可為2～8層，高度為1～4米。出水口朝向膜支架外側(cè)，通過(guò)連接軟管連接于集水管。該膜組件克服了公知的膜生物反應(yīng)器中采用的有機(jī)膜壽命較短，換膜帶來(lái)的費(fèi)用較大、運(yùn)行費(fèi)用較高等問(wèn)題，使膜生物反應(yīng)器水處理和廢水資源化技術(shù)更加高效、經(jīng)濟(jì)。
文檔編號(hào)C02F3/12GK101643270SQ20081011770
公開(kāi)日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2008年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月4日
發(fā)明者吳光夏, 云 徐, 徐國(guó)良, 楊文靜, 樊耀波, 秦升益, 袁棟棟 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心