覆膜铸砂板式膜组件制造技术

本发明专利技术提供一种覆膜铸砂板式膜组件，主要由覆膜铸砂板式膜、膜支架、集水管、膜鼓气管等组成；覆膜铸砂板式膜主要特征在于：其是在铸砂元件表面覆着一层有机材料，该有机材料为聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ）溶液，或聚乙烯基吡咯烷酮（ＰＶＰ）和聚醚砜（ＰＥＳ）的混合溶液。覆膜铸砂板式膜组件主要特征在于：每层安装有若干覆膜铸砂板式膜，其分为两组，相对插入膜支架的卡槽内构成，覆膜铸砂板式膜组件可为２～８层，高度为１～４米。出水口朝向膜支架外侧，通过连接软管连接于集水管。该膜组件克服了公知的膜生物反应器中采用的有机膜寿命较短，换膜带来的费用较大、运行费用较高等问题，使膜生物反应器水处理和废水资源化技术更加高效、经济。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于膜生物反应器
，特别涉及一种覆膜铸砂板式膜组件。
技术介绍
膜生物反应器由生物反应池单元和膜分离单元组成，其特点是处理水质 好、处理水适宜回用；占地面积小，环境适应性高；自动化程度高，容易运行 管理。其应用的规模不断发展，万吨级和几十万吨级的市政污水处理工程已经 出现，其应用数量也越来越大，数以千级的膜生物反应器工程在世界许多国家 和地区得到应用。膜单元采用的膜材料分为有机膜和无机膜。公知的膜生物反应器大多采用 的是有机膜。有机膜强度差，使用寿命短，是当今阻碍膜生物反应器大规模和 普及应用的一个重要限制性因素和重大技术难题。有机膜大多为石油化工材料 或塑料制成的膜。有机膜存在膜强度不高，膜组件会发生破裂，特别是中空纤 维膜容易出现膜丝断裂。目前市售有机膜的寿命据各生产厂商的技术参数，最 短为1-3年，最长6-10年(高大林.颇尔各种膜技术的比较.清华大学膜法 水处理技术研讨会，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;郑祥等.膜生物反应器的技术经济分析.给水排水，28(3)，2002: 105-108)。有的膜丝甚至在安装使用后，几个月内就出现膜丝断裂现象。 一旦 出现膜的断裂，处理水质将变差。因此，膜的强度差，成为影响膜生物反应器 稳定和可靠性的重大技术问题。当膜损坏的量和程度影响到系统的处理效果， 就需要更换膜组件，这不仅要使污水处理系统停止运行，而且换膜的工程量和 一次性费用都很大，特别是对于较大规模的膜生物反应器工程，换膜产生的问 题就更为复杂，产生的不利影响范围更大。由于有机膜主要以石油化工产品为 原料，每次膜更换等于在消耗大量宝贵不可再生的石油资源，这在石油资源日 益短缺的条件下问题将日显严重。不仅如此，换掉的废旧膜组件又成为难以处 理的有机工业废弃物，给环境造成二次污染和新的负担。即使有机膜材料不是 意外的损坏，这种有机膜生物反应器正常的、周期的膜更换产生的经济和环境 问题也将是巨大的，随着膜生物反应器应用的发展，特别是在大规模市政污水处理工程中应用的发展，这一问题将更显突出和严重。因此，采用有机膜的膜 生物反应器，膜的强度差严重限制着该技术的大规模和普及性应用。公知的无机膜主要有金属膜、合金膜、陶瓷膜、玻璃膜、沸石膜、分子筛 膜等。无机膜具有有机聚合物分离膜无法比拟的优点化学稳定性好，耐酸碱、 耐有机溶剂；机械强度大，寿命长；可以反冲洗；抗微生物的能力强，不与微 生物发生作用；耐高温；孔径分布窄、分离效率高。但目前商品化的无机膜主要是陶瓷膜。陶瓷膜的研究始于20世纪40年代， 其发展可分为三个阶段。即用于铀的同位素分离的核工业时期，于20世纪 80年代建成了膜面积达400万平方米的陶瓷膜富集^UF6工厂；以无机微滤膜 和超滤膜为主的液体分离时期及以膜催化反应为核心的全面发展时期。无机陶 瓷膜的主要制备技术包括采用固态粒子烧结法制备载体及微滤膜，采用溶胶 一凝胶法制备超滤膜；采用分相法制备玻璃膜；釆用专门技术(如化学气相沉 积、无电镀等)制备微孔膜或致密膜。目前已商品化的陶瓷膜的构形主要有平 板、管式和多通道三种。平板膜主要用于小规模的工业生产和实验室研究。规 模应用的陶瓷膜，通常采用多通道构形，即在一个圆截面上分布着多个通道， 一般通道数为7、 19和37。由于陶瓷膜的技工工艺复杂、加工难度大，价格昂 贵，每平米造价4000-10000元人民币，因此，无机陶瓷膜分离技术主要在高 附加值的工业项目中应用，如奶业和饮料(葡萄酒、啤酒、苹果酒)业、食品 工业、生物工程、环境工程、化学工业、石油化工、冶金工业等领域，成为苛 刻条件下精密过滤分离的重要新技术。在环境工程中的应用，除了陶瓷膜的造价高，运行费用也较高，所以，其 见有报道的应用主要是油水分离、对某些化工原料回收，如钛白粉的回收、在 石化废水处理中去除沉淀的重金属、在乳胶废水中去除回收乳胶等。陶瓷膜在 膜生物反应器中的应用仍局限在实验室研究阶段，如邢传宏进行的管式陶瓷膜 生物反应器研究；张永明进行的双功能陶瓷膜生物反应器处理废水的研究；膜 科学技术研究所的气升式陶瓷膜生物反应器研究等。陶瓷膜在环境工程中应用 受到限制的主要原因是处理成本过高。无机膜的造价高，到2004年，世界分 离膜的市场销售额超过100亿美元，无机膜的巿场占有率仅占12%。(《中国 化工报》2002.9. 10文/刑卫红；时钧，袁权，高从堦等.膜科学技术手册.北京化学 工业出版社，2001:114-116;邢传红.超滤膜生物反应器处理生活污水及其水力学研究.环 境科学,1997, 18(5) :19 21;张永明等.双功能陶瓷膜生物反应器处理废水的研究. http:〃丽.chinafa. net/web/class/46 4. html， 2006,2,15;膜科学技术研究所.气升式 陶瓷膜生物反应器的研究.http://mst. njut. edu. cn/chinese/mst/peiyang. html, 2006，42， 15;郑祥等.膜生物反应器的技术经济分析.给水排水，28(3)，2002: 105-108 )。陶瓷膜在环境工程中应用处理成本过高除了造价高的原因外，其运行能耗 及运行费用也较高。其运行能耗高的原因是在陶瓷膜过滤时，在生物单元和膜 单元之间需要较大的循环流量，需要功率较高的循环水泵。
技术实现思路
为解决有机膜强度差，使用寿命短和无机膜造价高、运行能耗高的问题， 本专利技术提出一种覆膜铸砂板式膜组件，采用的膜是一种覆膜铸砂板式膜，如图 l所示，其特点在于-(1) 覆膜铸砂板式膜(1)是在铸砂元件表面覆着一层有机膜材料，该有 机膜材料为聚偏氟乙烯(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质量浓度分别 为1% 10%，使用的有机溶剂为二甲基乙酰胺(DMAC)。铸砂元件整体铸造而成， 内部具有空腔，空腔内设有支撑点(2)以加强铸砂元件的强度。出水经有机 材料、砂板后进入覆膜铸砂板式膜(1)内的空腔，经出水口 (3)流出；(2) 覆膜铸砂板式膜(1)由过滤层和衬层组成，过滤层为有机材料，孔 径小，孔径范围约为O. 1 30um，衬层为铸砂元件，孔径范围约为50 200 tim，因而能够有效地减轻不可逆的膜污染；(3) 与目前应用的4000-10000元/1112昂贵的传统陶瓷膜相比，覆膜铸砂 板式膜价格便宜，约为100 300元/m2，且不采用错流过滤方式，因而能耗低；(4) 具有高透水率，高强度，长寿命、耐酸碱等特点。本专利技术的目的在于解决和克服公知膜生物反应器采用有机膜寿命较短和采 用传统无机陶瓷膜造价及运行能耗和费用高的问题，使得膜生物反应器的膜材 料充分利用天然廉价和环境友好的材料，大大延长膜生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种覆膜铸砂板式膜（１），其特征在于：覆膜铸砂板式膜是在铸砂板式元件表面覆着一层有机膜材料，该有机材料为聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ）、聚乙烯基吡咯烷酮（ＰＶＰ）或聚醚砜（ＰＥＳ）。涂覆时，将有机膜材料与有机溶剂二甲基乙酰胺（ＤＭＡＣ）配制成分别含有机膜材料聚偏氟乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮或聚醚砜质量浓度为１％～１０％的膜液后进行涂覆；铸砂元件整体铸造而成，内部具有空腔，空腔内设有支撑点（２）以加强铸砂元件的强度；出水经有机材料、砂板后进入覆膜铸砂板式膜（１）内的空腔，经出水口（３）流出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：樊耀波，徐国良，徐云，秦升益，袁栋栋，杨文静，吴光夏，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：11[]