一种耐高压、易拆装管网式反渗透膜组件

技术领域

本发明涉及污水处理领域，特别涉及一种耐高压、易拆装管网式反渗透膜组件。

背景技术

反渗透膜技术是目前国内广泛使用的工业废水处理技术，其中，管网式反渗透作为浓水反渗透技术（装置）应用普遍。其主要作用为废水浓缩液的浓缩减量，以降低终端蒸发的能耗，因此，其来水往往为高盐高COD废水，该类水的处理需要较高的操作压力，且压力越高，浓缩倍率越高，因此高操作压力是管网式膜产品的运行特征。相比其它浓缩减量的产品，管网式反渗透具有水质适应性强、处理量大、结构稳定、运维简便等优点。

管网式反渗透膜组件从结构上由膜芯、端板、中心杆、膜壳等主要部件组成，其中，膜芯主要由膜页、浓水流道、产水中心管等部分构成，而膜页由膜片和产水流道组成，常规产水流道一般采用平纹编织方式，在高压条件下易压密、压断从而使膜页产水通道堵塞影响产水量，持续高压下，膜页甚至会塌陷损坏，此外，高压操作条件下，卷膜过程中所用的胶水极易老化，造成膜元件泄露，过滤过程失效。常规管网式反渗透膜膜芯产水中心管为POM或ABS材质，而膜芯与承压/过水法兰之间采用径向密封的方式，在较高的操作压力下，膜芯产水中心管容易发生形变使得密封泄露导致浓水进入产水通道从而影响水处理性能。此外，现有STRO浓水流道一般采用平行（中间层型）网格，该形式网格在编织交叉处污染物容易聚集，导致流道堵塞、膜面浓差极化进而膜片污染严重、压降增大从而影响膜组件性能及寿命。

此外，为了防止运行过程中出现的膜壳上涌问题，管网式反渗透膜组件一般需有膜壳锁紧结构，现有STRO产品通常采用环状的膜壳压片配合数个径向分布的螺钉来紧固，不利于膜组件的维护。该膜壳锁紧结构复杂，极大的降低了膜组件的拆装效率，严重影响运维效率。

另外，现有的膜组件膜芯与过水法兰的密封方式为O型圈径向密封，在超高压条件下，径向密封一方面可靠性偏弱、存在泄漏风险，同时，O型圈变形后容易与密封法兰上的O型圈槽的边缘接触挤压导致O型圈划伤或划破，导致密封泄露。

综上，现有STRO产品存在耐压等级低、结构不稳定且不利运行维护、运行稳定性不高、抗污染性能不佳及寿命短等问题。

发明内容

本发明提供了一种耐高压、易拆装管网式反渗透膜组件，分别从膜芯结构和组件结构两方面进行设计，使得膜产品同时具备耐高压、抗污染、易拆装、运行稳定等性能。

一种耐高压、易拆装管网式反渗透膜组件，包括上法兰部件、下法兰部件、膜芯、中心杆、膜壳、下接头、上接头以及产水套部件，所述中心杆为整体强度结构件；上法兰部件、下法兰部件分别与上接头、下接头组合套在中心杆上，作为膜组件过流及承压部件；膜芯作为核心分离部件套在中心杆上，其一端与上法兰配合、一端与下法兰配合；膜壳作为压力容器与上法兰部件、下法兰部件、膜芯配合装配；，产水套部件同时与下法兰件及中心杆配合装配；膜组件两端的上法兰部件及产水套用螺母锁紧。

进一步的，所述膜芯由产水中心管、ATD端盖、膜页、浓水流道等卷制而成，膜页夹着浓水流道卷制在产水中心管上，ATD端盖安装在产水中心管两端，膜页数量18~22页。

进一步的，所述产水中心管材质可为PSU、PPO或高强度ABS，洛氏硬度≥80，长度1030mm，设产水孔，产水孔沿中心管径向45°分布4排，孔径3mm，孔当量面积≥400mm2，孔间距规律理想为离进水端越近分布越密。

进一步的，所述膜页由膜片及产水流道用胶水粘合而成，侧边及底边胶线宽度≥5cm，产水流道采用离散支撑方式，厚度10mil，双层编织，正面孔隙率12%~15%、背面孔隙率35%~45%，截面流道占比30%~35%，该技术参数产水流道厚度适中，在保证整体膜面积的同时2000psi压力下压缩比≤10%，最大限度防止膜页压密，保证膜组件产水量。

进一步的，所述浓水流道厚度32~34mil，采用无编织型双层流道，可有效避免浓差极化，降低水力损失；网孔角90°，保证最小压降、最大通量。

进一步的，所述上/下法兰部件为一体式上/下法兰部件或分体式上/下法兰部件，一体式上/下法兰部件材质为2205不锈钢；分体式上/下法兰部件由上/下承压法兰、上/下过水法兰组成，上/下承压法兰材质为431、上/下过水法兰材质为POM。

进一步的，所述一体式上/下法兰部件与膜壳密封处设O型圈、唇形圈双层密封；分体式上/下法兰部件中，上/下承压法兰与上/下过水法兰之间设O型圈密封，上/下过水法兰与膜壳密封处设唇形圈密封。

进一步地，所述一体式上/下法兰部件与膜芯密封处设O型圈槽；分体式上/下法兰部件其上/下过水法兰与膜芯密封处设O型圈槽，O型圈槽结构同时满足轴向密封与径向密封；O型圈槽密封结构同时满足轴向与径向密封要求，形成高精度轴径向密封，极大提高密封性能，有效防止原水、浓水渗漏进产水通道继而影响膜组件性能。

进一步的，所述一体式上/下法兰部件端面设膜壳压块，膜壳压块通过螺钉固定在一体式上/下法兰部件上；分体式上/下法兰部件，其上/下承压法兰部分端面位置设膜壳压块，膜壳压块通过螺钉固定在分体式上/下法兰部件上，膜壳压块可有效阻止膜壳窜动、防止膜组件发生泄露，保证膜系统稳定运行。

进一步的，所述中心杆为630不锈钢材质；所述产水套部件设两处O型圈密封，分别与中心杆、下法兰部件密封；所述产水套部件侧面连接有两个L型外牙弯接。

本发明的有益效果为：

（1）高强度耐压结构膜芯，离散支撑产水流道、宽胶线，承压可达2000psi，该条件下产水中心管不形变，膜页不压密，产水量稳定；同时，在膜芯密封方面，通过唇形密封圈轴向密封膜芯和膜芯端板，轴向唇形密封圈的开口面向膜芯，轴向唇形密封圈受压时开口张开，密封效果更好，修改后的密封方式更加耐压，不易泄露，同时，密封周边没有锐角，不易划破。

（2）高耐污染结构膜芯，无编织型浓水流道，形成纵向和横向的双流道，90°网孔角，90°的网孔角使得浓水流道不易堵塞，耐受COD可达30000ppm，正常运行膜组件压降＜0.5bar，运行过程浓差极化现象弱，膜组件清洗恢复性强。

（3）高密封可靠性及运行稳定性，法兰部件与膜壳双密封、端面压块膜壳锁紧结构，膜组件运行无外漏，系统运行稳定；法兰部件与膜芯中心管轴径向强密封，膜组件运行无内漏，产水效果好，脱盐率性能优，脱盐率≥99%。

（4）该膜组件的法兰结构，可以采用一体式或者分体式，将过水法兰与承压法兰做成一体或者分体，除密封方式不同外，结构变化不大，本发明的法兰结构，简化膜组件拆装，一体式法兰为不锈钢材质，优选2205不锈钢，另外，法兰的密封方式采用唇形圈和O型圈在径向和轴向方向上进行双密封，与整体上径向密封容易发生泄漏相比，保证了径向轴向双密封的可靠性。

（5）产水流道采用离散支撑方式，厚度10mil，双层编织，正面孔隙率12%~15%、背面孔隙率35%~45%，截面流道占比30%~35%，该技术参数产水流道厚度适中，在保证整体膜面积的同时2000psi压力下压缩比≤10%，最大限度防止因为高压的渗透条件带来的膜页压密，保证膜组件产水量及产水效果。

（6）膜组件寿命长，630材质中心杆、2205/431材质承压法兰、双镀层螺母，抗盐雾、抗点蚀，寿命＞3年，膜组件的膜壳锁紧，由于法兰采用的是2205/431材质承压法兰，自身强度高，不需要再额外增加挡片，因此采用对称设置的两个膜壳压块即可与膜壳锁紧，易拆装、便运维，膜组件结构简单合理，拆装比常规STRO膜组件快50%，使得膜组件的拆装时间可以节约50%，极大提升了现场拆装以及维护效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一体式法兰膜组件的整体组装结构示意图；

图2为本发明一体式的上法兰和下法兰正面结构示意图；

图3为本发明一体式的上法兰和下法兰背面结构示意图；

图4为本发明一体式的上法兰和下法兰剖面结构示意图；

图5为本发明分体式法兰膜组件的整体组装结构示意图；

图6为本发明分体式上法兰和下法兰的承压法兰的结构示意图；

图7为本发明分体式上法兰和下法兰的过水法兰的正面结构示意图；

图8为本发明分体式上法兰和下法兰的过水法兰的背面结构示意图；

图9为本发明膜组件的端面视图结构示意图；

图10为本发明实施例1浓水流道的结构示意图；

图11为本发明实施例2浓水流道的结构示意图；

图12为本发明实施例1产水流道100倍镜下的结构示意图；

图13为本发明实施例1产水流道100倍镜下的结构示意图；

图14为对比例管网式反渗透膜组件的整体组装结构图；

图15为对比例管网式反渗透膜组件产水流道结构图；

图16为对比例管网式反渗透膜组件端面视图结构示意图；

其中，1、上法兰部件；2、下法兰部件；3、膜芯；4、中心杆；5、膜壳；6、上接头；7、下接头；8、产水套部件；9、中心通孔；10、接头安装孔；11、产水套安装孔；12、支撑螺母；13、轴向O型密封圈安装槽；14、径向O型密封圈安装槽；15、轴向唇形密封圈安装槽；16、螺钉安装孔；17、膜壳压块；18、螺钉；19、膜芯端板；20、轴向唇形密封圈；21、L型外牙弯接；22、加强筋；23、倒角圈；24、过水上法兰；25、承压上法兰；26、承压法兰垫圈；27、膜壳压片；28、垫片；29、过水下法兰；30、承压下法兰，31、过水法兰部；32、承压法兰部；33、经线；34、纬线，35、浓水流道。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。

实施例1

如图1至图4所示，一种耐高压、易拆装管网式反渗透膜组件，包括上法兰部件1、下法兰部件2、膜芯3、中心杆4、膜壳5、上接头6、下接头7以及产水套部件8，膜芯3套在中心杆4上，安装在膜壳5内，上法兰部件1和下法兰部件2通过中心通孔9分别安装在中心杆4的两端，上接头6安装在上法兰部件1的接头安装孔10内，下接头7安装在下法兰部件2的接头安装孔10内，上法兰部件1上产水套部件安装孔11内安装有产水套部件8，产水套部件8用支撑螺母12固定在中心杆4上，中心杆4为630不锈钢材质；下法兰部件2的外侧用支撑螺母12固定在中心杆4上，上法兰部件1包括过水法兰部31和承压法兰部32，过水法兰部31和承压法兰部32一体成型为一体式上法兰部件，一体式上法兰部件的接头安装孔10内在承压法兰部32外侧设有轴向O型密封圈安装槽13，产水套部件安装孔11内设有径向O型密封圈安装槽14，一体式上法兰部件的外侧设有轴向唇形密封圈安装槽15以及径向O型密封圈安装槽14，上法兰部件的过水法兰部31中心通孔9内侧设有径向O型密封圈安装槽14；下法兰部件2包括过水法兰部31和承压法兰部32，过水法兰部31和承压法兰部32一体成型为一体式下法兰部件，一体式下法兰部件的接头安装孔10内在承压法兰部32外侧设有轴向O型密封圈安装槽13，一体式下法兰部件的外侧设有轴向唇形密封圈安装槽15以及径向O型密封圈安装槽14，下法兰部件的过水法兰部中心通孔内侧设有径向O型密封圈安装槽14，下法兰部件的承压法兰部32中心通孔9内侧设有径向O型密封圈安装槽14，O型密封圈安装槽密封结构同时满足轴向与径向密封要求，形成高精度轴径向密封，极大提高密封性能，有效防止原水、浓水渗漏进产水通道继而影响膜组件性能。

上法兰部件1和下法兰部件2的承压法兰部32外侧还对称地设置有螺钉安装孔16，上法兰部件1和下法兰部件2的承压法兰部32外侧采用膜壳压块17将法兰与膜壳5锁紧，膜壳压块17通过螺钉18固定在螺钉安装孔16内，膜壳压块可有效阻止膜壳窜动、防止膜组件发生泄露，保证膜系统稳定运行。

膜芯3与膜芯端板19之间设有轴向唇形密封圈20，轴向唇形密封圈20的开口面向膜芯3，唇形密封圈的开口朝向膜芯，在受压状态下，开口打开，实现密封。

膜芯由产水中心管、ATD端盖、膜页、浓水流道等卷制而成，膜页夹着浓水流道卷制在产水中心管上，ATD端盖安装在产水中心管两端，膜页数量18~22页。

如图9所示，产水套部件设两处O型圈密封，分别与中心杆、下法兰部件密封，产水套部件外面连接有两个L型外牙弯接21，上接头6和下接头7外面还设置有接头端盖。

如图10所示，膜芯的浓水流道采用经线33和纬线34分别同侧排列后粘接，制备成无编织型浓水流道网格，上下分别形成浓水流道35，可有效避免浓差极化，降低水力损失，浓水流道厚度32~34mil，网孔角90°，保证最小压降、最大通量。

如图12所示，膜页由膜片及产水流道用胶水粘合而成，侧边及底边胶线宽度≥5cm，如图12所示，产水流道采用离散支撑方式，厚度10mil，双层编织，正面孔隙率12%~15%、背面孔隙率35%~45%，截面流道占比30%~35%，该技术参数产水流道厚度适中，在保证整体膜面积的同时2000psi压力下压缩比≤10%，最大限度防止膜页压密，保证膜组件产水量。

产水中心管材质可为PSU、PPO或高强度ABS，洛氏硬度≥80，长度1030mm，设产水孔，产水孔沿中心管径向45°分布4排，孔径3mm，孔当量面积≥400mm2，孔间距规律理想为离进水端越近分布越密。

上法兰部件1和下法兰部件2为一体式法兰部件，材质为不锈钢材质，优选2205不锈钢，2205双相不锈钢由21%铬，2.5%钼及4.5%镍氮合金构成的复式不锈钢，它具有高强度、良好的冲击韧性以及良好的整体和局部的抗应力腐蚀能力；双相不锈钢的屈服强度是奥氏体不锈钢的两倍，设计产品时能有效减轻重量，比316，317L更具有价格优势，这种合金特别适用于-50°F/+ 600°F 温度范围内。

实施例1膜壳锁紧装配过程：膜壳压块---平垫圈螺钉---膜壳压块---平垫圈螺钉。

实施例2

如图5至图8所示，一种耐高压、易拆装管网式反渗透膜组件，包括上法兰部件1、下法兰部件2、膜芯3、中心杆4、膜壳5、上接头6、下接头7以及产水套部件8，膜芯3套在中心杆4上，安装在膜壳5内，上法兰部件1和下法兰部件2通过中心通孔9分别安装在中心杆4的两端，上接头6安装在上法兰部件1的接头安装孔10内，下接头7安装在下法兰部件2的接头安装孔10内，上法兰部件1上产水套部件安装孔11内安装有产水套部件8，产水套部件8用支撑螺母12固定在中心杆4上，下法兰部件2的外侧用支撑螺母12固定在中心杆4上，上法兰部件1和下法兰部件2分别包括分体设置的过水法兰部和承压法兰部，过水法兰部的中心通孔9两侧均设有径向O型密封圈安装槽14，过水法兰部的过水口设有若干加强筋22支撑，过水法兰部的外侧设有轴向唇形密封圈安装槽15，过水法兰部的接头安装孔10内设有径向O型密封圈安装槽14，承压法兰部上设有中心通孔9以及接头安装孔10，接头安装孔10通过斜流道与过水上法兰部的过水口连通，承压法兰部与过水法兰部接触端外圈有一倒角圈23，倒角圈23为O型密封圈安装槽14，O型密封圈安装槽14密封结构同时满足轴向与径向密封要求，形成高精度轴径向密封，极大提高密封性能，有效防止原水、浓水渗漏进产水通道继而影响膜组件性能。

上法兰部件1和下法兰部件2的承压法兰部32外侧还对称地设置有螺钉安装孔16，上法兰部件1和下法兰部件2的承压法兰部32外侧采用膜壳压块17将法兰与膜壳5锁紧，膜壳压块17通过螺钉18固定在螺钉安装孔16内，膜壳压块可有效阻止膜壳窜动、防止膜组件发生泄露，保证膜系统稳定运行。

膜芯3与膜芯端板19之间设有轴向唇形密封圈20，轴向唇形密封圈20的开口面向膜芯3，唇形密封圈的开口朝向膜芯，在受压状态下，开口打开，实现密封。

膜芯由产水中心管、ATD端盖、膜页、浓水流道等卷制而成，膜页夹着浓水流道卷制在产水中心管上，ATD端盖安装在产水中心管两端，膜页数量18~22页。

如图9所示，产水套部件设两处O型圈密封，分别与中心杆、下法兰部件密封，产水套部件外面连接有两个L型外牙弯接21，上接头6和下接头7外面还设置有接头端盖。

如图11所示，膜芯的浓水流道采用经线33和纬线34中间层型粘接，经线33和纬线34一细一粗，制备成无编织型浓水流道网格，上下分别形成浓水流道35，可有效避免浓差极化，降低水力损失，浓水流道厚度32~34mil，网孔角90°，保证最小压降、最大通量。

如图13所示，膜页由膜片及产水流道用胶水粘合而成，侧边及底边胶线宽度≥5cm，产水流道采用离散支撑方式，厚度10mil，双层编织，正面孔隙率12%~15%、背面孔隙率35%~45%，截面流道占比30%~35%，该技术参数产水流道厚度适中，在保证整体膜面积的同时2000psi压力下压缩比≤10%，最大限度防止膜页压密，保证膜组件产水量。传统产水布一般为经线纬线编织型，在高压时，经线纬线容易发生位移发生压密，影响产水效果。

产水中心管材质可为PSU、PPO或高强度ABS，洛氏硬度≥80，长度1030mm，设产水孔，产水孔沿中心管径向45°分布4排，孔径3mm，孔当量面积≥400mm2，孔间距规律理想为离进水端越近分布越密。

上法兰部件1和下法兰部件2为分体式法兰部件，分体式上/下法兰部件由上/下承压法兰、上/下过水法兰组成，上/下承压法兰材质为431不锈钢材料，上/下过水法兰材质为POM。

实施例1膜壳锁紧装配过程：膜壳压块---平垫圈螺钉---膜壳压块---平垫圈螺钉。

对比例

如图14-图16所示，一种管网式反渗透膜组件，膜芯3套在中心杆4上，安装在膜壳5内，中心杆4的上端安装过水上法兰24，承压上法兰25，过水上法兰24与膜芯3以及与膜壳5的接触角设置唇形密封圈，过水上法兰24的外侧与膜壳5之间由唇形密封圈密封，过水上法兰24与膜芯3之间在轴向上用径向O型密封圈密封，与中心杆4之间在轴向上用径向O型密封圈密封；过水上法兰24外部安装承压上法兰25，承压上法兰25与膜壳5之间安装有承压法兰垫圈26，过水上法兰24与承压法兰垫圈26及膜壳5之间采用径向O型密封圈密封，承压上法兰25外面安装膜壳压片27，膜壳压片27外面安装垫片28，垫片28外由螺钉18固定，膜壳压片27至少采用六个六角螺钉18固定，上接头6安装在过水上法兰24的接头安装孔10里。

中心杆4的下端安装过水下法兰29，承压下法兰30，过水下法兰29与膜芯3以及与膜壳5的接触角设置唇形密封圈，过水下法兰29的外侧与膜壳5之间由唇形密封圈密封，过水下法兰29与膜芯3之间用径向O型密封圈密封，与中心杆4之间用径向O型密封圈密封；过水下法兰29外部安装承压下法兰30，承压下法兰30与膜壳5之间安装有承压法兰垫圈26，过水下法兰29与承压法兰垫圈26及膜壳5之间采用径向O型密封圈密封，承压下法兰30与中心杆4之间安装有产水套9，产水套9与中心杆4之间有径向O型密封圈密封，产水套9外侧由支撑螺母12固定，承压下法兰30外面安装膜壳压片27，膜壳压片27至少采用六个六角螺钉18固定，下接头7安装在过水下法兰29的接头安装孔10里。

膜芯由产水中心管、ATD端盖、膜页、浓水流道等卷制而成，膜页由膜片及产水流道用胶水粘合而成，产水流道为经线纬线编织型，在高压时，经线纬线容易发生位移发生压密，影响产水效果。

该实施例的膜壳锁紧装配过程为：法兰垫圈---膜壳压片---平垫圈螺钉---平垫圈螺钉---平垫圈螺钉---平垫圈螺钉---平垫圈螺钉---平垫圈螺钉。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。