[发明专利]一种浸入式中空纤维膜组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种置于水中或其他液体中的中空纤维膜组件，用于水处理、化工、制药等工艺过程中的固液分离操作，例如用于浓缩水中的细胞，或者用于过滤水使其不含悬浮固体。

背景技术

在水处理和化工技术领域，经常需要把分散在水中或其他液体中的固体颗粒(以下称悬浮固体)从水中或其他液体中分离出去。为了叙述方便，以下就以从含有固体杂质的水中分离悬浮固体为例来加以说明。当这一过程是通过让含有悬浮固体的水通过多孔介质的方式实现的时候，通常又称之为过滤。膜分离工艺是实现这种固液分离过程的有效方法。操作的过程是，在多孔膜(微滤膜或超滤膜)两侧形成压差，水就从压力高的一侧渗透到压力低的一侧，压力低的一侧就集中了不含或少含悬浮固体的水，而压力高的一侧则集中了浓缩的悬浮固体，这一过程被称为膜分离或膜过滤(采用微滤膜时称之为微滤，采用超滤膜时称之为超滤)。用中空纤维膜制成的浸入式膜组件是实现膜分离过程的一种设备形式，其特点是，用于膜分离的膜元件(若干中空纤维膜丝封装在一起而成的最小的滤膜单元)是没有外壳或容器的，若干个浸入式膜元件按照某种排列方式联接在一起而组成一个膜组件，若干个膜组件又按照一定的排列方式并联在一起，共同置于一个水槽之中且所有膜组件淹没在待过滤的水中，通过集中联通中纤维内腔的集水管用泵或依靠重力抽吸，经多孔膜过滤后的水就流出来，膜分离过程得以实现。

膜分离过程通常是间歇的，原因是随着过滤过程的进行多孔膜的浓水侧的表面会形成越来越致密的由被浓缩了的悬浮固体组成的沉积层(浓差极化层)，这一沉积层会阻止过滤过程的进行，使得水透过多孔膜的速率越来越慢，或者为了维持恒定的透过流量所需的压差越来越大。当这一过程达到一定程度，膜分离过程就会暂停，接下来是一个短暂的物理清洗操作，比如在浓水侧通入气泡(通常是指外压式滤膜，也就是中空纤维膜的外侧是浓水侧，内侧是滤过水)，使其在浓水侧形成剧烈的紊动两相流(通常这被称为空气擦洗)，从而在一定程度上解除上述沉积层对过滤过程的阻力。还有一种常用的物理清洗操作是用滤后水对多孔膜进行反向冲洗。空气擦洗和反冲洗可以单独使用，也可以一并使用。此后过滤继续进行，直到下一个物理清洗操作。以上过程循环往复，直到多孔膜上阻碍过滤过程的污染物累积到不能容忍的程度，则需要进行一次耗时较长的、清洗效果也更为彻底的化学清洗。化学清洗通常使用一种或几种化学药剂的水溶液(以下称为清洗药液)对膜进行浸泡、冲刷，清洗药液可以是经过加热的或不加热的。

综上所述，采用浸入式中空纤维膜组件的膜分离过程涉及多个水力学过程：压差推动下的过滤过程、空气擦洗和清水反冲洗过程、清洗药液的浸泡和冲洗过程，等等。浸入式中空纤维膜组件的结构形式和水力学特征对这些水力学过程和操作有着决定性的影响。另外，中空纤维膜组件的结构形式也决定了膜组件的造价、安装方式、膜组件拆装和维护的方便性等等。目前市场上中空纤维膜产品大多没有兼顾上述各功能要求，存在着这样或那样的缺点，要么是拆装不便，要么结构复杂，要么消耗大量的不锈钢作为支承结构，要么由于水力学条件不佳造成物理清洗过程效果不良。除此之外，这些已有产品都有一个共同的突出缺陷，就是一种膜元件只能组成一种形状的膜组件，不同的膜组件之间不能够实现膜元件的互换，或者即使勉强能够互换，更换的代价也很大，更换的过程也很麻烦。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以批量制造的结构简单、制作容易、拼装和联接简便、拆装便捷，且节省材料的中空纤维膜组件。该膜组件的集水管和膜组件的支承结构合二为一，无需另外的构件来专门固定膜元件并承担膜元件的重量，从而节省大量材料。