双层中空黑晶纤维膜过滤组件以及过滤方法与流程

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1.本发明涉及中空纤维过滤膜技术领域，具体而言涉及双层中空黑晶纤维膜过滤组件以及过滤方法。

背景技术：

2.中空纤维膜由于其优越的分离性能目前已经在煤化工污水处理项目中广泛应用，普遍应用于反渗透膜(ro)的预处理，同时也在化工、电子、制药、生活饮用水、污水排放领域以及食品工业中大量使用。
3.中空纤维膜通过其微孔结构对溶质中的大分子过滤，随着过滤时间的增加，膜表面附着的污物形成一层膜层，随着溶质分子不断在膜表面吸附累积，滤过性能变差，导致压差上升，无法有效地对污水进行过滤，频繁的需要更换、清洗过滤膜组件。

技术实现要素：

4.根据本发明目的的第一方面，提出一种双层中空黑晶纤维膜过滤组件，包括：
5.过滤容器，设有排污管以及进水孔；
6.纤维膜组件，设置在所述过滤容器内，所述纤维膜组件包括多根双层中空纤维膜，多根所述双层中空纤维膜的第一端和第二端连接布水盘；
7.进水管道，第一端连接到水泵，第二端连接到切换阀的输入端，所述切换阀的第一输出端连接第一输水管道，所述切换阀的第二端连接第二输水管道；
8.排水管道；
9.其中，所述双层中空纤维膜包括中空内膜和中空外膜，所述中空外膜位于所述中空外膜的外侧，在所述中空内膜和中空外膜之间形成环形通道；
10.所述中空外膜外壁与所述过滤容器内壁构成第一腔体，所述中空内膜的内部形成第二腔体，所述环形通道和第一腔体通过中空外膜隔离，所述环形通道和第二腔体通过中空内膜隔离；
11.所述第一输水管道连接到进水孔，使所述第一腔体与所述第一输水管连通，所述第二输水管道连接到所述布水盘，使所述第二输水管道与所述第二腔体连通；
12.所述中空外膜被设置成空隙密度由所述第一腔体向环形通道方向逐渐减小；
13.所述中空内膜被设置成空隙密度由所述第二腔体向环形通道方向逐渐减小；
14.所述排水管道第一端连接到所述布水盘，使所述排水管道与所述环形通道连通。
15.优选的，还包括控制器，所述第一输水管道设有第一压力传感器，所述第二输水管道设有第二压力传感器，所述排污管上设有第一电磁阀，所述控制器被设置成当第一压力传感器或第二压力传感器检测的压力超出阈值时，控制所述切换阀切换输出端口，且在所述切换阀切换后的时间t内，所述第一电磁阀被控制按照预设状态打开。
16.优选的，所述第一电磁阀被控制以脉冲状态打开。
17.优选的，所述第一压力传感器和第二压力传感器的压力阈值是1.5-2.0mpa。
18.优选的，位于所述双层中空纤维膜上方的布水盘设有布水管，所述布水管第一端连接所述第二输水管道，所述布水管的第二端连接到所述第一腔体，位于所述双层中空纤维膜下方的布水盘设有汇流盒，所述汇流盒第一端与环形通道连通，所述汇流盒第二端连接排水管道，所述中空内膜贯穿所述汇流盒并延伸到所述第一腔体中。
19.优选的，所述中空内膜的下端设有第二电磁阀，使所述第二腔体与所述第一腔体通过第二电磁阀连接，所述第二电磁阀被设置成在所述切换阀切换至第二输出端时关闭，并在所述切换阀切换至第一输出端时，与所述第一电磁阀同时打开或关闭。
20.优选的，所述中空外膜和中空内膜的膜结构均包括三层，第一层膜结构孔径为150-250um，第二层膜结构的孔径为100-150um，第三层膜结构孔径为20-50um。
21.优选的，第一层膜结构的孔径密度包括密孔区和疏孔区，密孔区和疏孔区的长度比为1:4-5，且在纵向方向上密孔区和疏孔区交替分布。
22.根据本发明目的的第二方面，提出一种过滤方法，包括以下步骤：
23.步骤1、向进水管道输入稳定压力的原水，使原水由第一腔体或第二腔体通过双层中空纤维膜对原水过滤，过滤路径包括第一过滤路径和第二过滤路径；
24.步骤2、持续的监测第一压力传感器和第二压力传感器所检测的压力数据，当其中任意一个所检测的压力数据超出阈值时，切换原水原有的过滤路径，并同时打开排水管道，对膜结构进行反冲洗，原水经双层中空纤维膜过滤后由排水管道排出；
25.其中，所述第一过滤路径为第一腔体-中空外膜-环形通道，所述第二过滤路径为第二腔体-中空内膜-环形通道。
26.优选的，当原水由第一过滤路径过滤时，所述第二腔体与所述第一腔体在所述排污管排水时连通，当所述原水由第二过滤路径过滤时，所述第二腔体与所述第一腔体不连通。
27.与现有技术相比，本发明提出的中空黑晶纤维膜过滤结构，通过双层中空纤维膜的双层膜设计，使过滤路径形成两个，当其中一个过滤路径堵塞时，可切换另一条过滤路径，在过滤的同时，可对膜结构进行反冲洗，使膜结构附着的污物脱落，形成清理效果，并在该条过滤路径堵塞时，再次切换回之前的过滤路径，提高过滤使用的效率，减少对膜结构的反复频繁拆卸清洗。
附图说明
28.附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。
29.图1是本发明所示的双层中空黑晶纤维膜过滤组件的示意图，其中原水由第一过滤路径反冲洗的示意图。
30.图2是本发明所示的双层中空黑晶纤维膜过滤组件的示意图，其中原水由第一过滤路径过滤的示意图。
31.图3是本发明所示的双层中空黑晶纤维膜过滤组件的示意图，其中原水由第二过滤路径反冲洗的示意图。
32.图4是本发明所示的双层中空黑晶纤维膜过滤组件的示意图，原水由第二过滤路径过滤的示意图。
33.图5是本发明所示的纤维膜组件的示例性结构示意图。
34.图6是本发明所示的双层中空纤维膜的膜结构示意图。
具体实施方式
35.为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
36.目前的中空纤维膜通常是外支撑式或内支撑式，外支撑式原水由外部穿过中空纤维膜进入到膜内部，污物被过滤到膜的外部，随着膜结构外侧的污物逐渐附着堆积，形成胶体膜覆盖到纤维膜的表面，此时，过滤装置的过滤压力增大，过滤能力下降，需要对膜结构拆卸清洗。
37.本发明旨在通过设置新型的双层中空纤维膜结构，在过滤压力达到阈值时，切换过滤路径，并对原过滤路径实现反冲洗，减少对膜结构的反复频繁拆卸清洗。
38.【双层中空黑晶纤维膜过滤组件】
39.结合图1-4以及图5所示实施例的双层中空黑晶纤维膜过滤组件，包括过滤容器10、纤维膜组件20、进水管道和排水管道20。
40.如图所示，其中进水管道包括主管道和两个支管，主管道连接水泵，进行原水泵送。第一输水管道32和第二输水管道31分别连接两个过滤路径，主管道和第一输水管道32、第二输水管道31通过切换阀30连接。
41.结合图示，过滤容器10设有排污管11以及进水孔322，纤维膜组件20设置在过滤容器10内。其中的纤维膜组件20包括多根双层中空纤维膜，尤其是黑晶中空纤维膜，即掺入石墨烯的铸膜液制成的中空纤维膜，增强中空纤维膜的强度，并提高原水污水处理的n、p有机物的效果。
42.纤维膜组件20作为原水分离过滤元件，用于将进入到过滤容器10内的原水进行过滤，使污物截流在过滤容器10内。
43.作为可选的实施例，为了提高双层中空纤维膜的过滤效率，将多根双层中空纤维膜以图5所示的分布方式形成一组纤维膜组件20，并根据实际的原水过滤流量，在过滤容器10内设置一组以上的纤维膜组件20。
44.进一步的，结合图5所示，多根双层中空纤维膜的第一端和第二端连接布水盘23。
45.作为可选的示例，位于上端的布水盘23连接到过滤容器10的顶部，位于下端的布水盘23位于过滤容器10的下部。
46.结合图1-5所示，具体的，双层中空纤维膜包括中空内膜221和中空外膜222。
47.中空外膜222位于中空外膜222的外侧，在中空内膜221和中空外膜222之间形成环形通道223。
48.如此，原水可由中空外膜222的外壁穿过中空外膜222进入到环形通道223内，或原水由中空内膜221的内壁穿过中空内膜221进入到环形通道223内，可见，原水可由两个路径被双层中空纤维膜过滤。
49.作为可选的实施例中，中空外膜222外壁与过滤容器10内壁构成第一腔体101，中空内膜221的内部形成第二腔体201，环形通道223和第一腔体101通过中空外膜222隔离，环形通道223和第二腔体201通过中空内膜221隔离。
50.进一步的，第一输水管道32连接到进水孔322，使第一腔体101与第一输水管连通，
第二输水管道31连接到布水盘23，使第二输水管道31与第二腔体201连通。
51.如此，第一输水管32从进水孔322进入到第一腔体101，再经中空外膜222的过滤进入到环形通道223构成第一过滤路径，第二输水管32从布水管21进入到第二腔体201，再经中空内膜221的过滤进入到环形通道223构成第二过滤路径。
52.作为可选的示例，当原水从中空外膜222外通过中空外膜222时，对中空内膜221有冲刷作用，当原水从中空内膜221内通过中空内膜221时，对中空外膜222有冲刷作用，由此，可对膜结构附着的污物进行反冲洗，使污物被冲刷并排出。
53.结合图6所示的示例，为了在反冲洗时使膜结构附着的污物容易脱落，中空外膜222被设置成空隙密度由第一腔体101向环形通道223方向逐渐减小；中空内膜221被设置成空隙密度由第二腔体201向环形通道223方向逐渐减小。
54.由于膜结构外侧的空隙密度大，与附着物的结合能力较弱，因此容易在原水从膜结构内侧的冲刷作用下而脱落。
55.结合图1和图5所示，位于双层中空纤维膜上方的布水盘23设有布水管21，布水管21第一端连接第二输水管道31，布水管21的第二端连接到第一腔体101，其中，布水盘23堵塞环形通道223。
56.作为可选的示例，位于双层中空纤维膜下方的布水盘23设有汇流盒231。
57.结合附图，汇流盒231第一端与环形通道223连通，汇流盒231第二端连接排水管道12，中空内膜221贯穿汇流盒231并延伸到第一腔体101中。
58.如此，原水从进水孔322进入到第一腔体101内后，仅能穿过中空外膜222进入到环形通道内，再由环形通道223进入到汇流盒231中从排水管道12排出，所以，第一过滤路径和第二过滤路径相对独立，不会串流。
59.在进一步的方案中，第一输水管道32设有第一压力传感器321，第二输水管道31设有第二压力传感器311，排污管11上设有第一电磁阀111，可通过控制器根据检测的压力进行切换控制。例如，当第一压力传感器321或第二压力传感器311检测的压力超出阈值时，控制切换阀30切换输出端口。并且，在切换阀30切换后的预设的时间t范围内，第一电磁阀111被控制按照预设状态打开。
60.进一步的，中空内膜221的下端设有第二电磁阀233，使第二腔体201与第一腔体101通过第二电磁阀233连接，第二电磁阀233被设置成在切换阀30切换至第二输出端时关闭，并在切换阀30切换至第一输出端时，与第一电磁阀111同时打开或关闭。
61.应当理解，本发明的实施例中，压力传感器等检测器件以及水泵、电磁阀等执行器，均以有利的方式与控制器连接，实现数据和信号通信，完成传感数据收发以及控制指令的传输。作为可选的实施方式，控制器可采用工业级plc控制器，并配置控制箱或者控制柜，在控制箱或者控制柜上配置用于向操作者表征压力数值、原水流速等信息的显示器以及用于控制泵送、电磁阀等执行器的控制面板。
62.结合图1所示，假设原水之前由第二过滤路径流通，当第二压力传感器311检测到压力超出阈值时，此时表征中空内膜221的内表面附着的，切换阀30切换输出端口，使原水由第二输水管31切换到第一输水管32，即原水从第一过滤路径流通。此时，第二电磁阀233打开，第一电磁阀111打开，中空内膜221内部的压力小，通过中空外膜222的水流通过环形通道223后流向中空内膜221，并对中空内膜221的内表面形成冲刷，使附着物脱落，形成污
水，污水从排污管11排出。
63.结合图2所示，当污水排出一定时间后，关闭第一电磁阀111和第二电磁阀233，此时中空内膜221内的通道被堵塞，因此，原水经中空外膜222过滤后仅能沿环形通道223从排水管道12中排出。
64.结合图3所示，随着中空外膜222的过滤时间增加，其表面附着污物，过滤压力增加，当第一压力增加到预设值时，则切换阀30切换输出端口，使原水由第一输水管32切换到第二输水管31，即原水从第二过滤路径流通，原水从布水管21进入到每个中空内膜221内的第二腔体223内，同时，第一电磁阀111打开，通过中空内膜221的水流通过环形通道223后流向中空外膜222，并对中空外膜222的外表面形成冲刷，使附着物脱落，形成污水，污水从排污管11排出。
65.结合图4所示，当污水排出一定时间后，关闭第一电磁阀111，此时，第一腔体101被封闭，因此，原水经中空内膜221过滤后仅能沿环形通道223从排水管道12中排出。
66.在上述的实施例中，第一电磁阀111被控制以脉冲状态打开，如此，形成的脉冲水流可以更好的使膜结构表面的污物脱落。
67.在优选的实施例中，第一压力传感器321和第二压力传感器311的压力阈值可以被预先设定在1.5-2.0mpa。在另外的实施例中，可根据设计的原水过滤环境进行调节。
68.在具体的实施例中，中空外膜222和中空内膜221的膜结构均包括三层，第一层膜结构孔径为150-250um，第二层膜结构的孔径为100-150um，第三层膜结构孔径为20-50um。
69.优选的，第一层膜结构的孔径密度包括密孔区和疏孔区，密孔区和疏孔区的长度比为1:4-5，且在纵向方向上密孔区和疏孔区交替分布。
70.如此，通过密孔区和疏孔区的分割作用，使污物附着的厚度不均匀，容易在反冲洗时成块的脱落，提高反冲洗效果。
71.【过滤方法】
72.结合以上实施例的双层中空黑晶纤维膜过滤组件，利用其进行原水过滤的过程包括以下步骤：
73.步骤1、向进水管道输入稳定压力的原水，使原水由第一腔体101或第二腔体201通过双层中空纤维膜对原水过滤，过滤路径包括第一过滤路径和第二过滤路径；
74.步骤2、持续的监测第一压力传感器321和第二压力传感器311所检测的压力数据，当其中任意一个所检测的压力数据超出阈值时，切换原水原有的过滤路径，并同时打开排水管道12，对膜结构进行反冲洗，原水经双层中空纤维膜过滤后由排水管道12排出；
75.其中，第一过滤路径为第一腔体101-中空外膜222-环形通道223，第二过滤路径为第二腔体201-中空内膜221-环形通道223。
76.实施例1
77.结合图1所示，假设原水之前由第二过滤路径流通，当第二压力传感器311检测到压力超出阈值时，此时表征中空内膜221的内表面附着的，切换阀30切换输出端口，使原水由第二输水管31切换到第一输水管32，即原水从第一过滤路径流通，此时，第二电磁阀233打开，第一电磁阀111打开，中空内膜221内部的压力小，通过中空外膜222的水流通过环形通道223后流向中空内膜221，并对中空内膜221的内表面形成冲刷，使附着物脱落，形成污水，污水从排污管11排出。
78.结合图2所示，当污水排出一定时间后，关闭第一电磁阀111和第二电磁阀233，此时中空内膜221内的通道被堵塞，因此，原水经中空外膜222过滤后仅能沿环形通道223从排水管道12中排出。
79.结合图3所示，随着中空外膜222的过滤时间增加，其表面附着污物，过滤压力增加，当第一压力增加到预设值时，则切换阀30切换输出端口，使原水由第一输水管32切换到第二输水管31，即原水从第二过滤路径流通，原水从布水管21进入到每个中空内膜221内的第二腔体223内，同时，第一电磁阀111打开，通过中空内膜221的水流通过环形通道223后流向中空外膜222，并对中空外膜222的外表面形成冲刷，使附着物脱落，形成污水，污水从排污管11排出。
80.结合图4所示，当污水排出一定时间后，关闭第一电磁阀111，此时，第一腔体101被封闭，因此，原水经中空内膜221过滤后仅能沿环形通道223从排水管道12中排出。
81.优选的，当原水由第一过滤路径过滤时，第二腔体201与第一腔体101在排污管11排水时连通，当原水由第二过滤路径过滤时，第二腔体201与第一腔体101不连通。
82.具体的，中空内膜221的下端设有第二电磁阀233，使第二腔体201与第一腔体101通过第二电磁阀233连接，第二电磁阀233被设置成在切换阀30切换至第二输出端时关闭，并在切换阀30切换至第一输出端时，与第一电磁阀111同时打开或关闭。
83.当原水由第一过滤路径过滤时，第二电磁阀233和第一电磁阀111同时打开，使第二腔体201、第一腔体101和排污管11连通；当原水由第二过滤路径过滤时，第二电磁阀233关闭，第一电磁阀111打开，使第一腔体101和排污管11连通。
84.虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

技术特征：

1.一种双层中空黑晶纤维膜过滤组件，其特征在于，包括：过滤容器(10)，设有排污管(11)以及进水孔(322)；纤维膜组件(20)，设置在所述过滤容器(10)内，所述纤维膜组件(20)包括多根双层中空纤维膜，多根所述双层中空纤维膜的第一端和第二端连接布水盘(23)；进水管道，第一端连接到水泵，第二端连接到切换阀(30)的输入端，所述切换阀(30)的第一输出端连接第一输水管道(32)，所述切换阀(30)的第二端连接第二输水管道(31)；排水管道(12)；其中，所述双层中空纤维膜包括中空内膜(221)和中空外膜(222)，所述中空外膜(222)位于所述中空外膜(222)的外侧，在所述中空内膜(221)和中空外膜(222)之间形成环形通道(223)，所述中空外膜(222)外壁与所述过滤容器(10)内壁构成第一腔体(101)，所述中空内膜(221)的内部形成第二腔体(201)，所述环形通道(223)和第一腔体(101)通过中空外膜(222)隔离，所述环形通道(223)和第二腔体(201)通过中空内膜(221)隔离；所述第一输水管道(32)连接到进水孔(322)，使所述第一腔体(101)与所述第一输水管连通，所述第二输水管道(31)连接到所述布水盘(23)，使所述第二输水管道(31)与所述第二腔体(201)连通；所述中空外膜(222)被设置成空隙密度由所述第一腔体(101)向环形通道(223)方向逐渐减小；所述中空内膜(221)被设置成空隙密度由所述第二腔体(201)向环形通道(223)方向逐渐减小；所述排水管道(12)第一端连接到所述布水盘(23)，使所述排水管道(12)与所述环形通道(223)连通。2.根据权利要求1所述的双层中空黑晶纤维膜过滤组件，其特征在于，还包括控制器，所述第一输水管道(32)设有第一压力传感器(321)，所述第二输水管道(31)设有第二压力传感器(311)，所述排污管(11)上设有第一电磁阀(111)，所述控制器被设置成当第一压力传感器(321)或第二压力传感器(311)检测的压力超出阈值时，控制所述切换阀(30)切换输出端口，且在所述切换阀(30)切换后的时间t内，所述第一电磁阀(111)被控制按照预设状态打开。3.根据权利要求2所述的双层中空黑晶纤维膜过滤组件，其特征在于，所述第一电磁阀(111)被控制以脉冲状态打开。4.根据权利要求1所述的双层中空黑晶纤维膜过滤组件，其特征在于，所述第一压力传感器(321)和第二压力传感器(311)的压力阈值是1.5-2.0mpa。5.根据权利要求1所述的双层中空黑晶纤维膜过滤组件，其特征在于，位于所述双层中空纤维膜上方的布水盘(23)设有布水管(21)，所述布水管(21)第一端连接所述第二输水管道(31)，所述布水管(21)的第二端连接到所述第一腔体(101)，位于所述双层中空纤维膜下方的布水盘(23)设有汇流盒(231)，所述汇流盒(231)第一端与环形通道(223)连通，所述汇流盒(231)第二端连接排水管道(12)，所述中空内膜(221)贯穿所述汇流盒(231)并延伸到所述第一腔体(101)中。6.根据权利要求5所述的双层中空黑晶纤维膜过滤组件，其特征在于，所述中空内膜(221)的下端设有第二电磁阀(233)，使所述第二腔体(201)与所述第一腔体(101)通过第二
电磁阀(233)连接，所述第二电磁阀(233)被设置成在所述切换阀(30)切换至第二输出端时关闭，并在所述切换阀(30)切换至第一输出端时，与所述第一电磁阀(111)同时打开或关闭。7.根据权利要求1-6中任意一项所述的双层中空黑晶纤维膜过滤组件，其特征在于，所述中空外膜(222)和中空内膜(221)的膜结构均包括三层，第一层膜结构孔径为150-250um，第二层膜结构的孔径为100-150um，第三层膜结构孔径为20-50um。8.根据权利要求7所述的双层中空黑晶纤维膜过滤组件，其特征在于，第一层膜结构的孔径密度包括密孔区和疏孔区，密孔区和疏孔区的长度比为1:4-5，且在纵向方向上密孔区和疏孔区交替分布。9.一种基于权利要求1-8中的任意一项所述的双层中空黑晶纤维膜过滤组件的过滤方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、向进水管道输入稳定压力的原水，使原水由第一腔体(101)或第二腔体(201)通过双层中空纤维膜对原水过滤，过滤路径包括第一过滤路径和第二过滤路径；步骤2、持续的监测第一压力传感器(321)和第二压力传感器(311)所检测的压力数据，当其中任意一个所检测的压力数据超出阈值时，切换原水原有的过滤路径，并同时打开排水管道(12)，对膜结构进行反冲洗，原水经双层中空纤维膜过滤后由排水管道(12)排出；其中，所述第一过滤路径为第一腔体(101)-中空外膜(222)-环形通道(223)，所述第二过滤路径为第二腔体(201)-中空内膜(221)-环形通道(223)。10.根据权利要求9所述的过滤方法，其特征在于，当原水由第一过滤路径过滤时，所述第二腔体(201)与所述第一腔体(101)在所述排污管(11)排水时连通，当所述原水由第二过滤路径过滤时，所述第二腔体(201)与所述第一腔体(101)不连通。

技术总结

本发明涉及中空纤维膜技术领域，具体而言涉及双层中空黑晶纤维膜过滤结构以及过滤方法，包括：过滤容器，设有排污管以及进水孔；纤维膜组件，设置在所述过滤容器内，所述纤维膜组件包括多根双层中空纤维膜，多根所述双层中空纤维膜的第一端和第二端连接布水盘；进水管道，第一端连接到水泵，第二端连接到切换阀的输入端。本发明通过双层中空纤维膜的双层膜设计，使过滤路径形成两个，当其中一个过滤路径堵塞时，可切换另一条过滤路径，在过滤的同时，可对膜结构进行反冲洗，使膜结构附着的污物脱落，形成清理效果，并在该条过滤路径堵塞时，再次切换回之前的过滤路径，提高过滤使用的效率，减少对膜结构的反复频繁拆卸清洗。减少对膜结构的反复频繁拆卸清洗。减少对膜结构的反复频繁拆卸清洗。