一种抗高压耐污染过滤膜柱.pdf

本发明涉及一种抗高压耐污染过滤膜柱。现有碟管膜和网管膜的膜面积小，而且在实际高压操作时，易将膜壳两端的密封圈挤出，造成设备漏水，无法正常操作。本发明包括膜壳组件、卷膜组件和适配器。膜壳组件包括壳体、两端的加强圈、分别设置在壳体两端的产水端构件和原水端构。卷膜组件包括中心产水管、端盖、膜卷和外包层。中心产水管的管壁开有产水收集孔，膜卷设置在两个端盖之间，外包层包覆在膜卷上。膜卷为膜袋和导流网卷绕在中心产水管上而成。导流网由夹角为30～60度的纵向线和斜向线一体成型。产水端构件、卷膜组件和原水端构件通过两个适配器串联。本发明特别适合于高浓度含盐废水的浓缩分离和零排放应用。

权利要求书
1.   一种抗高压耐污染过滤膜柱，包括膜壳组件、卷膜组件、以及连接膜壳组件和卷膜组件的适配器，其特征在于：
所述的膜壳组件包括圆筒形的壳体、固定在壳体两端的加强圈、以及分别设置在壳体两端的产水端构件和原水端构；两个加强圈与壳体末端阶梯结构过度，且沿其内壁圆周开有固定槽；膜壳组件采用不锈钢材料；
所述的产水端构件包括依次同轴设置的产水端支撑板、产水端密封板、产水端止推环；产水端密封板紧贴产水端支撑板的一面设置，产水端产水口接管贯穿产水端密封板和产水端支撑板的中心设置，并通过螺栓紧固；产水端止推环通过连杆与产水端密封板固定连接，产水端止推环置于壳体内；圆形的产水端支撑板的侧壁沿轴向为阶梯状，产水端支撑板处于安装位置时，加强圈内的阶梯结构将其挡住；浓水出口接管贯穿产水端密封板和产水端支撑板固定设置；产水端定位环卡在一侧的固定槽内，并通过固定在产水端支撑板上的产水端保安环挡紧，产水端定位环将产水端构件与加强圈进行定位；
所述的原水端构件包括依次同轴设置的原水端支撑板、原水端密封板、原水端止推环；原水端密封板紧贴原水端支撑板的一面设置，原水端直管穿过原水端密封板的中心设置，并与原水端密封板固定连接；原水端止推环通过连杆与原水端密封板固定连接，原水端止推环置于壳体内；圆形的原水端支撑板的侧壁沿轴向为阶梯状，原水端支撑板处于安装位置时，加强圈内的阶梯结构将其挡住；原水进口接管贯穿原水端密封板和原水端支撑板固定设置；原水端定位环卡在另一侧的固定槽内，并通过固定在原水端支撑板上的原水端保安环挡紧，原水端定位环将原水端构件与加强圈进行定位；
所述的卷膜组件包括中心产水管、端盖、膜卷和外包层；中心产水管的管壁开有产水收集孔；两个端盖固定设置在中心产水管的两端，中心产水管贯穿两个端盖；膜卷设置在两个端盖之间，外包层包覆在膜卷上；所述的膜卷为膜袋和导流网卷绕在中心产水管上而成；
所述的膜袋包括矩形的膜片和产水布，产水布夹在两张错位对折后的膜片之间，相邻两张膜片除折边外的其他三边与产水布对齐密封后形成信封状的膜袋，产水布底边超出膜片的折边，膜片与膜片如此连接形成侧面成阶梯状的膜袋组；导流网设置在相邻两个膜袋之间，膜袋和导流网一起缠绕在中心产水管上； 
所述的导流网由纵向线和斜向线构成，纵向线和斜向线的截面都是圆形，所有的纵向线和斜向线位于同一平面，且一体成型；纵向线与斜向线的夹角为30～60度，纵向线与中心产水管的轴线平行；
所述的适配器为外壁成阶梯状的圆管，中部的外径大于两端的外径；适配器的一端插入中心产水管内，并通过密封圈密封；适配器的另一端插入产水端直管或原水端直管内，并通过密封圈密封；产水端构件、卷膜组件和原水端构件通过两个适配器串联。

2.  如权利要求1所述的一种抗高压耐污染过滤膜柱，其特征在于：所述的外包层采用外包网或玻璃钢。

3.  如权利要求1所述的一种抗高压耐污染过滤膜柱，其特征在于：所述的中心产水管和端盖的材料为聚砜、ABS树脂或不锈钢。

4.  如权利要求1所述的一种抗高压耐污染过滤膜柱，其特征在于：所述的导流网的材料为聚丙烯、聚乙烯、聚偏二氟乙烯、聚醚砜、尼龙、或聚酯。

5.  如权利要求1所述的一种抗高压耐污染过滤膜柱，其特征在于：所述的产水端定位环和原水端定位环采用三段式结构，三段首尾相接构成圆环。

6.  如权利要求1所述的一种抗高压耐污染过滤膜柱，其特征在于：所述的中心产水管的管壁一个圆周上均布4～8个产水收集孔。

7.  如权利要求1所述的一种抗高压耐污染过滤膜柱，其特征在于：所述的纵向线的直径大于斜向线的直径。

8.  如权利要求1所述的一种抗高压耐污染过滤膜柱，其特征在于：所述的纵向线的排列为4-8个/英寸，斜向线的排列为6-13个/英寸。

9.  如权利要求1所述的一种抗高压耐污染过滤膜柱，其特征在于：所述的膜片为反渗透膜片。

10.  如权利要求1所述的一种抗高压耐污染过滤膜柱，其特征在于：所述的密封采用粘结剂粘接、超声焊接、热粘合、红外粘结、射频粘接、或微波粘接。

说明书一种抗高压耐污染过滤膜柱
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，涉及一种工业高含盐量废水处理设备的部件，具体涉及一种无中心拉杆式抗高压耐污染型高含盐量过滤膜柱。
背景技术
随着我国工业化程度越来越高，含有大量有机物和无机盐的工业废水的排放量也越来越大，对生态环境造成了巨大的危害，更是加速了水资源的匮乏，成为对社会经济持续发展的严重制约因素。面对这样严峻的形式，我国对工业废水的排放标准越来越高，甚至要求工业废水“零排放”，要求企业尽量实现工业废水全部回用。
目前国内广泛使用的工业废水处理技术包主要包括纳滤（NF）、反渗透（RO）膜技术，一般最高承压在80公斤力左右，最高浓缩的废水为5～6万ppm含盐量，该浓度距离盐蒸发结晶的饱和浓度（23～30%）还有很大的距离。也就是说6万含盐量以上的废水浓缩主要靠耗能的蒸发，所以如何进一步减少浓缩液量和提高浓缩液的盐含量，减少蒸发结晶环节的耗能量，一直是工业废水处理的研究发展方向。工业废水“零排放”系统的技术难点就在于工业高含盐量废水的处理，包括煤化工废水、电厂脱硫废水、冶金工业废水等。德国ROCHEM公司研制的碟管膜(DT membrane, US5069789)以及其更新换代产品管网式膜（ST membrane,US2004/015971 A1）可以用于处理工业高含盐量废水。但无论是碟管膜还是管网式膜在处理高浓废水时都具有自己的缺陷。比如：碟管膜的有效膜面积只有8～9m2，一套系统的占地面积通常比较庞大。而管网式膜是碟管膜已经在德国市场上普遍应用的情况下研制的，它的主要优点是单根管网式膜的有效膜面积是单根碟管膜有效面积的3～4倍。但是为了能够直接替换原来的碟管膜，管网式膜保留了碟管膜的中心拉杆（如图1），中心拉杆的存在使得管网式膜不能应用市场上的标准膜壳，从而造价昂贵，而且减少了单根膜的有效膜面积。而在我国，碟管膜在市场上应用并不成熟，在处理工业废水时，可以直接应用管网式膜，因此也就没有必要保留其中心拉杆。而且市场上现有的碟管膜和网管式膜在实际应用时，当压力高于70公斤力时，极易将膜壳两端的密封圈挤出，造成设备漏水，无法正常操作。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种抗高压耐污染过滤膜柱。
本发明包括膜壳组件、卷膜组件、以及连接膜壳组件和卷膜组件的适配器。所述的膜壳组件采用不锈钢材料。
所述的膜壳组件包括圆筒形的壳体、固定在壳体两端的加强圈、以及分别设置在壳体两端的产水端构件和原水端构。两个加强圈与壳体末端阶梯结构过度，且沿其内壁圆周开有固定槽。
所述的产水端构件包括依次同轴设置的产水端支撑板、产水端密封板、产水端止推环；产水端密封板紧贴产水端支撑板的一面设置，产水端产水口接管贯穿产水端密封板和产水端支撑板的中心设置，并通过螺栓紧固；产水端止推环通过连杆与产水端密封板固定连接，产水端止推环置于壳体内；圆形的产水端支撑板的侧壁沿轴向为阶梯状，产水端支撑板处于安装位置时，加强圈内的阶梯结构将其挡住；浓水出口接管贯穿产水端密封板和产水端支撑板固定设置；产水端定位环卡在一侧的固定槽内，并通过固定在产水端支撑板上的产水端保安环挡紧，产水端定位环将产水端构件与加强圈进行定位。产水端定位环采用三段式结构，三段首尾相接构成圆环。
所述的原水端构件包括依次同轴设置的原水端支撑板、原水端密封板、原水端止推环；原水端密封板紧贴原水端支撑板的一面设置，原水端直管穿过原水端密封板的中心设置，并与原水端密封板固定连接；原水端止推环通过连杆与原水端密封板固定连接，原水端止推环置于壳体内；圆形的原水端支撑板的侧壁沿轴向为阶梯状，原水端支撑板处于安装位置时，加强圈内的阶梯结构将其挡住；原水进口接管贯穿原水端密封板和原水端支撑板固定设置；原水端定位环卡在另一侧的固定槽内，并通过固定在原水端支撑板上的原水端保安环挡紧，原水端定位环将原水端构件与加强圈进行定位。原水端定位环采用三段式结构，三段首尾相接构成圆环。
所述的卷膜组件包括中心产水管、端盖、膜卷和外包层。中心产水管的管壁开有产水收集孔，一个圆周上均布4～8个产水收集孔。两个端盖固定设置在中心产水管的两端，中心产水管贯穿两个端盖。膜卷设置在两个端盖之间，外包层包覆在膜卷上，外包层采用外包网或玻璃钢。所述的膜卷为膜袋和导流网卷绕在中心产水管上而成。中心产水管和端盖材料相同，为聚砜（PS）、ABS树脂或不锈钢。
所述的膜袋包括矩形的膜片和产水布，产水布夹在两张错位对折后的膜片之间，相邻两张膜片除折边外的其他三边与产水布对齐密封后形成信封状的膜袋，产水布底边超出膜片的折边，膜片与膜片如此连接形成侧面成阶梯状的膜袋组，所述的膜片为反渗透膜片。密封方式采用粘结剂粘接、超声焊接、热粘合、红外粘结、射频粘接、或微波粘接。导流网设置在相邻两个膜袋之间，即一张膜片对折后的夹心处。膜袋和导流网一起缠绕在中心产水管。
所述的导流网由纵向线和斜向线构成，纵向线和斜向线的截面都是圆形，纵向线的直径大于斜向线的直径，所有的纵向线平行，所有的斜向线平行，所有的纵向线和斜向线位于同一平面，且一体成型。纵向线与斜向线的夹角为30～60度，纵向线与中心产水管的轴线平行。所述纵向线的排列为4-8个/英寸，斜向线的排列为6-13个/英寸。导流网的材料为聚丙烯、聚乙烯、聚偏二氟乙烯、聚醚砜、尼龙、或聚酯。
所述的适配器为外壁成阶梯状的圆管，中部的外径大于两端的外径；适配器的一端插入中心产水管内，并通过密封圈密封；适配器的另一端插入产水端直管或原水端直管内，并通过密封圈密封；产水端构件、卷膜组件和原水端构件通过两个适配器串联。
本发明中支撑板与加强圈通过两阶梯结构的配合，防止支撑板由于内部卸荷造成的虹吸而使其向内部蹿动的倾向，减少了对设置在壳体中卷膜元件的冲击及破坏。本发明采用两个止推环设计，一方面把膜元件所受的载荷均布开来，另一方面从两端夹紧膜元件，防止其在高压液体的作用下窜动旋转而受到损坏，增强了支撑板、密封板、适配器和膜元件装配的紧密性和可靠性。本发明采用采用采用定位环和保安环的设计，安装更为简便。本发明的卷膜组件设计，在中心管处不产生背压，减少对膜卷的损害，延长其使用寿命。导流网的独特结构，彻底消除两向线连接处形成的死角，减少了结垢点，增加了膜元件的抗污染性能，并减少了流体流经导流网的阻力损失，并大大降低了流体杂质在导流网内堆积可能性，增加了膜元件的抗污染性能。导流网的特殊设计使整个过滤器真正实现抗高压耐污染，适用于处理各种难处理的高盐含量工业废水。本发明特别适合于高浓度含盐废水（电导率大于6万）的浓缩分离和零排放应用。
附图说明
图1为现有的管网式（ST）膜柱的结构示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明中膜壳组件的结构示意图；
图4为图3中产水端构件的结构示意图；
图5为图3中原水端构件的结构示意图；
图6为图3中卷膜组件的结构示意图；
图7为膜卷中膜袋、导流网的侧面结构示意图；
图8为图7中导流网的侧面示意图；
图9为图7中导流网的平面示意图。
具体实施方式  

如图2所示，一种无中心拉杆式抗高压耐污染过滤膜柱，包括膜壳组件1、卷膜组件2，以及连接膜壳组件1和卷膜组件2的适配器3。为适应高压要求，膜壳组件1采用不锈钢材料。
如图2和3所示，膜壳组件1包括圆筒形的壳体1-1、固定在壳体1-1两端的加强圈1-2、以及分别设置在壳体1-1两端的产水端构件1-3和原水端构件1-4。
如图4、5所示，两个加强圈1-2与壳体1-1末端阶梯结构过度，且沿其内壁圆周开有固定槽102。
如图4所示，产水端构件1-3包括依次同轴设置的产水端支撑板131、产水端密封板132、产水端止推环133；产水端密封板132紧贴产水端支撑板131的一面设置，产水端产水口接管134贯穿产水端密封板132和产水端支撑板131的中心设置，并通过螺栓紧固；产水端止推环133通过连杆与产水端密封板132固定连接，产水端止推环133置于壳体1-1内；圆形的产水端支撑板131的侧壁沿轴向为阶梯状；当支撑板处于膜壳组件1的安装位置时，加强圈内的阶阶梯结构正好将其挡接住，两阶梯结构的配合可以防止支撑板由于内部卸荷造成的虹吸而使其向内部蹿动的倾向，减少了对设置在壳体1-1中卷膜元件2的冲击及破坏。浓水出口接管135贯穿产水端密封板132和产水端支撑板131固定设置；产水端定位环136卡在一侧的固定槽102内，并通过固定在产水端支撑板131上的产水端保安环137挡紧，产水端定位环136将产水端构件1-3与加强圈1-2进行定位；产水端定位环136采用三段式结构，三段首尾相接构成圆环，三段式结构便于定位环136相嵌入固定槽1-2内。
如图5所示，原水端构件1-4包括依次同轴设置的原水端支撑板141、原水端密封板142、原水端止推环143；原水端密封板142紧贴原水端支撑板141的一面设置，原水端直管144穿过原水端密封板142的中心设置，并与原水端密封板142固定连接；原水端止推环143通过连杆与原水端密封板142固定连接，原水端止推环143置于壳体1-1内；圆形的原水端支撑板141的侧壁沿轴向为阶梯状；当支撑板处于膜壳组件1的安装位置时，加强圈内的阶梯结构正好将其挡接住，两阶梯结构的配合可以防止支撑板由于内部卸荷造成的虹吸而使其向内部蹿动的倾向，减少了对设置在壳体1-1中卷膜元件2的冲击及破坏。原水进口接管145贯穿原水端密封板142和原水端支撑板141固定设置；原水端定位环146卡在另一侧的固定槽内，并通过固定在原水端支撑板141上的原水端保安环147挡紧，原水端定位环146将原水端构件1-3与加强圈1-2进行定位；原水端定位环146采用三段式结构，三段首尾相接构成圆环，三段式结构便于定位环146相嵌入固定槽102内。
该过滤膜柱在卷膜组件2两端设置两个止推环，该止推环外径与卷膜组件2的外径相等。两个止推环一方面把卷膜组件2所受的载荷均布开来，另一方面从两端夹紧卷膜组件2，防止其在高压液体的作用下窜动旋转而受到损坏。将止推环焊接在密封板上的结构可以防止推环在设备高压操作下移动，增强了支撑板、密封板、适配器和卷膜组件装配的紧密性和可靠性。两端的密封板通过其周边内嵌的唇型密封圈与膜壳密封，防止壳内高压液体的泄漏。
如图6所示，卷膜组件2包括中心产水管2-1、端盖2-2、膜卷2-3和外包层2-4。中心产水管2-1的管壁开有产水收集孔211，一个圆周上均布8个产水收集孔211，以适应高压下湍急的流速，在中心产水管2-1处不产生背压，减少对膜卷的损害，延长其使用寿命。中心产水管2-1贯穿两个端盖2-2，两个端盖2-2固定设置在中心产水管2-1的两端，并与中心产水管2-1的轴向垂直。膜卷2-3设置在两个端盖2-2之间，外包层2-4包覆在膜卷2-3上，外包层2-4采用更耐腐蚀和机械性能优异的玻璃钢结构，适应整个膜柱的高盐含量及高压操作环境。膜卷2-3为膜袋和导流网卷绕在中心产水管2-1上而成。中心产水管2-1和端盖2-2材料采用机械性能优良且质轻的ABS树脂。
如图7所示：膜袋包括矩形的膜片231和产水布232，膜片231为反渗透膜片，产水布232夹在两张错位对折后的膜片231之间，相邻两张膜片除折边外的其他三边与产水布对齐密封后形成信封状的膜袋，产水布底边超出膜片的折边，为了避免在高压条下，粘结剂被氧化破坏造成渗漏，设备不能正常工作，密封方式采用超声焊接。膜片与膜片如此连接形成侧面成阶梯状的膜袋组。膜袋形成后，将导流网233设置在相邻两个膜袋之间，即一张膜片231对折后的夹心处。然后将膜袋和导流网一起紧紧地缠绕在中心产水管2-1上，形成卷膜元件2。
如图8和9所示，导流网233由纵向线2331和斜向线2332构成，纵向线2331和斜向线2332的截面都是圆形，纵向线2331的直径大于斜向线2332的直径，所有的纵向线2331平行，所有的斜向线2332平行，所有的纵向线2331和斜向线2332位于同一平面，且一体成型。纵向线2331和斜向线2332的夹角为45度。卷膜时，纵向线2331与中心产水管2-1的轴线平行。
导流网233与传统导流网的主要区别就在于其纵向线和斜向线一体成型的结构，彻底消除两向线连接处形成的死角，减少了结垢点，增加了膜元件的抗污染性能。纵向线的直径2331大于斜向线2332的直径，使导流网233只有纵向线与膜袋接触，减少了流体流经导流网的阻力损失，并大大降低了流体杂质在导流网内堆积可能性，减少了浓差极化，增加了膜元件的抗污染性能。斜度的存在同样减少流体的阻力损失和增加卷膜元件的抗污染性能。纵向线2331的排列为4-8个/英寸，斜向线2332的排列为6-13个/英寸。导流网的材料采用经济且机械性能，耐腐蚀性能优良的聚乙烯材料。导流网的特殊设计使整个膜柱真正实现抗高压耐污染，适用于处理各种难处理的高盐含量工业废水。
如图2和3所示，适配器3为外壁成阶梯状的圆管，中部的外径大于两端的外径；适配器3的一端插入中心产水管2-1内，并通过密封圈密封；适配器3的另一端插入产水端直管134或原水端直管144内，并通过密封圈密封；产水端构件、卷膜组件和原水端构件通过两个适配器3连接在一起。
如图2箭头所示，经过加压的高含盐废水从原水口接管145进入膜元件2与原水端密封板142所形成的空间内，流经膜元件内由导流网233支撑膜袋而形成的螺旋狭缝，原水中98%以上的盐被截留，随着浓水流到膜元件2与产水端密封板132形成的空间内，由浓水口接管134排出膜柱；透过膜片的产水（含盐量达到排放标准）通过产水收集孔211汇集在中心产水管内，由产水口接管134排出膜柱。排出的浓水可以多次循环至膜柱，进行多次浓缩，直到达到膜柱设定的最高压力或者达到设计的产水回收率。经过上述过程，达到废水零排放的要求。