膜过滤设备

技术领域

本发明涉及水处理设备技术领域，特别是涉及一种膜过滤设备。

背景技术

膜分离技术已广泛应用于水的净化处理或液体的过滤分离等领域，此类膜过滤设备或装置根据处理水量需求不同，设计所包含的过滤膜元件数量不同，并且为实现长期稳定运行，还需要集成泵阀仪表及电气控制等功能部件。这些设备因为结构复杂、专业技术性强，因此必需要在工厂内完成生产、或是在项目地点由大量专业人员驻场施工。在农村生活饮用水的集中净化处理中，受村落规模大小不同、人员居住分散等因素影响，需求的水处理设备规格种类繁多、安装地点偏僻道路条件差、专业技术人员缺乏，而目前行业常见的膜过滤设备结构复杂、体积和重量大、设计与生产周期长，不能适应偏远山区及农村项目的需求，严重影响膜过滤水处理设备的应用，无法及时高效的为农村居民提供安全卫生的优质生活饮用水。

发明内容

基于此，有必要针对现有的膜过滤设备结构复杂、体积和重量大、设计与生产周期长，影响了膜过滤水处理设备的应用的问题，提供一种膜过滤设备。

一种膜过滤设备，包括集成机柜；过滤膜模块，包括多支可拼装的过滤膜组件，多支所述过滤膜组件形成多个膜组件列，且每个所述膜组件列之间互不连通；其中，每个所述膜组件列的首支过滤膜组件上预留有多个功能接口；多个功能模块，设置于所述集成机柜内，分别与所述过滤膜模块的多个所述功能接口对应连接。

上述膜过滤设备，对膜过滤设备中的各功能部件在结构上采用轻量化、模块化的处理方式，把大型的过滤膜池做成小的可拼装的过滤膜组件结构，解决了膜过滤设备的运输和搬运问题，在应用时可以根据处理水量的不同合理设置过滤膜组件的数量，满足农村各地用水量不同而设备种类繁多的需求。

在其中一个实施例中，所述功能接口包括进水接口、产水接口、排污接口和气洗接口，多个所述功能模块包括进水功能模块，与所述进水接口机械连接；产水功能模块，与所述产水接口机械连接；气洗功能模块，与所述气洗接口机械连接；排污功能模块，与所述排污接口机械连接。

在其中一个实施例中，所述过滤膜模块还包括多个支撑底座，所述支撑底座的数量与所述膜组件列中所述过滤膜组件的数量相对应，所述支撑底座沿所述膜组件列的长度方向阵列设置于每个所述膜组件列的底部；多个连接板，横向相邻的两个所述膜组件列之间上下通过所述连接板机械连接。

在其中一个实施例中，相邻的两个所述支撑底座之间通过固定结构机械连接，所述支撑底座的顶面设有与所述过滤膜组件底部相互配合的限位结构，每支过滤膜组件底部至少设有一个支撑底座。

在其中一个实施例中，所述进水功能模块包括进水管路，所述进水管路的一端包括进水管路接口，与所述过滤膜模块的进水接口机械连接，所述进水管路的另一端通入原水池；加药系统，包括加药箱、计量泵、加药管路和阀门，所述加药箱、所述计量泵和所述阀门通过所述加药管路串联，所述加药系统还通过所述加药管路机械接所述进水管路。

在其中一个实施例中，所述进水功能模块还包括进水泵，设置于所述进水管路上，原水在所述进水泵作用下经过所述进水管路进入所述过滤膜组件。

在其中一个实施例中，所述产水功能模块包括产水管路，所述产水管路的一端包括产水管路接口，与所述过滤膜模块的产水接口机械连接；产水汇集主管，与各所述产水管路相连接，所述产水汇集主管的另一端通入清水池；产水流量计，设置于所述产水管路上。

在其中一个实施例中，所述产水功能模块还包括产水泵，设置于所述产水管路上，产水在所述产水泵作用下经过所述产水管路进入清水池；反冲洗系统，与所述产水管路机械连接。

在其中一个实施例中，所述气洗功能模块包括气源装置；进气管路，一端与所述气源装置机械连接，另一端与所述过滤膜模块的气洗接口机械连接；流体单向控制部件，设置于所述进气管路上。

在其中一个实施例中，所述排污功能模块包括排污管路，一端与所述过滤膜模块的排污接口机械连接；排污汇集主管，与各所述排污管路相连接，所述排污汇集主管的另一端通入原水池或与大气压连通；所述排污汇集主管与所述产水汇集主管间存在高度差；排气装置，与所述排污管路机械连接。

在其中一个实施例中，所述膜过滤设备还包括自控系统，用于控制所述膜过滤设备运行操作、设置参数；通信模块，与所述自控系统电连接，用于实现远程数据传输。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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说明书中记载的一些实施方式，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为本发明其中一实施例的膜过滤设备的结构示意图；

图2为本发明其中一实施例的膜过滤设备局部放大后的过滤膜模块的连接方式示意图；

图3为本发明其中一实施例的膜组件列的结构示意图；

图4为本发明其中一实施例的膜组件列局部放大后的过滤膜组件的限位方式示意图；

图5为本发明其中一实施例的过滤膜组件的排列方式示意图；

图6为本发明其中一实施例的支撑底座的结构示意图；

图7为本发明其中一实施例的集成机柜的内部结构示意图；

图8为本发明其中一实施例的集成机柜的外部拆解示意图；

图9为本发明其中一实施例的膜过滤设备的使用方法工艺图；

图10为本发明另一实施例的膜过滤设备的使用方法工艺图。

附图标记说明：

10、原水池；20、清水池；100、过滤膜模块；101、进水接口；102、产水接口；103、排污接口；104、气洗接口；200、支撑底座；201、限位结构；202、固定结构；300、连接板；400、卡箍；500、集成机柜；501、上部功能管路；502、上柜组合；503、下柜组合；504、进水总管接口；505、产水总管接口；506、排污总管接口；507、第一竖管；508、第二竖管；511、进水管路接口；512、产水管路接口；513、排污管路接口；514、气洗管路接口；515、加药系统；601、排污汇集主管；602、产水汇集主管；603、产水泵；604、进水泵。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的优选实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反的，提供这些实施方式的目的是为了对本发明的公开内容理解得更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”、“周向”以及类似的表述是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

膜分离技术已广泛应用于水的净化处理或液体的过滤分离等领域，此类膜过滤设备或装置根据处理水量需求不同，设计所包含的过滤膜元件数量不同，并且为实现长期稳定运行，还需要集成泵阀仪表及电气控制等功能部件，这些设备因为结构复杂、专业技术性强，必需要在工厂内完成生产、或是在项目地点由大量专业人员驻场施工。在农村生活饮用水的集中净化处理中，受村落规模大小不同、人员居住分散等因素影响，导致所需的水处理设备规格种类繁多，且农村水处理存在安装地点偏僻、道路条件差、专业技术人员缺乏等问题。目前行业常见的膜过滤设备结构复杂、体积和重量大、设计与生产周期长，不能适应偏远山区及农村项目的需求，严重影响了膜过滤水处理设备的应用场景，无法及时高效的为农村居民提供安全卫生的优质生活饮用水。

为解决以上问题，本发明提供了一种膜过滤设备。图1为本发明其中一实施例的膜过滤设备的结构示意图，在其中一个实施例中，膜过滤设备包括集成机柜500、过滤膜模块100和多个功能模块。过滤膜模块100，包括多支可拼装的过滤膜组件。多支过滤膜组件形成了多个膜组件列，且每个膜组件列之间互不连通。其中，每个膜组件列的首支过滤膜组件上预留有多个功能接口。多个功能模块，设置于集成机柜500内，分别与过滤膜模块100的多个所述功能接口对应连接。

过滤膜模块100由多支过滤膜组件组成，多支过滤膜组件经过简单组合装配后，即可形成不同规模大小的过滤膜模块100。集成机柜500内部还有多个功能模块。各功能模块由各类工艺模块与管路构成，过滤膜模块100中每个膜组件列预留的功能接口与集成机柜500中各功能模块彼此对应连接后形成并联式组合，即可组成完整的膜过滤设备。

本发明提供的膜过滤设备中的由全模块化的结构设计组成的膜过滤设备，可实现针对在不同使用场景下不同处理水量设备的快速生产与安装，有效地缩短了工厂生产周期、降低了生产制造成本。膜过滤设备中轻量化的模块设计，也可适应山区及偏远农村项目受道路条件影响的人工转运需求，并且设备安装操作简单、使用操作便捷。

图2为本发明其中一实施例的过滤膜组件的排列方式示意图。在其中一个实施例中，多支过滤膜组件以矩形阵列式布置于集成机柜500的一侧。图3为本发明其中一实施例的膜组件列的结构示意图，过滤膜模块100中纵向排列的过滤膜组件之间相互连接后限位固定，形成了并联式连通的膜组件列，各膜组件列之间两两横向间隔排列且互不连通。每个膜组件列的首支过滤膜组件的上部预留有产水接口102和排污接口103、下部预留有进水接口101和气洗接口104。4组接口通过卡箍400将过滤膜组件纵向串联一起组成过滤膜模块100。组成的过滤膜模块100两端会分别形成4组接口，4组接口可根据需要将其中一端密封，另一端与集成机柜500内的各功能模块对应连接。

图4为本发明其中一实施例的集成机柜的内部结构示意图，在其中一个实施例中，集成机柜500内的多个功能模块包括进水功能模块、产水功能模块、气洗功能模块和排污功能模块。在本实施例中，集成机柜500的整体大小和重量与过滤膜模块100中所含过滤膜组件的规模大小相关联。当过滤膜模块100的结构较大时，集成机柜500的整体机柜可拆分为两个或两个以上数量的快速装配组合式结构。

图5为本发明其中一实施例的集成机柜的外部拆解示意图，如图5所示，为方便搬运集成机柜500可以拆分成三个部分，分别是上部功能管路501、上柜组合502和下柜组合503。上柜组合502内含有气洗功能模块中的气源装置，下柜组合503内含有进水功能模块、产水功能模块、气洗功能模块和排污功能模块。上部功能管路501与下柜组合503中的各功能管路通过卡箍400连接，上柜组合502与下柜组合503通过螺栓连接。

需要进行水处理的原水通过进水功能模块进入过滤膜模块100中的过滤膜组件。过滤膜组件对原水进行过滤处理，处理获得的清水经产水功能模块流出。排污功能模块用于与产水功能模块形成液位差，从而在液位差作用下产水功能模块形成产水输出。本发明提供的膜过滤设备能适应多种运行方式，可利用山区原水地势高差条件实现低能耗的虹吸式过滤产水，无需配置水泵，从而降低设备的运行能耗，对于应用环境的适应性强。设备还可以通过利用进水压力，形成高于排污功能模块中的压力水头，让过滤膜组件内外形成压差，然后大部分原水回流到原水池10，小部分通过过滤膜组件形成产水输出。

在其中一个实施例中，如图1所示，过滤膜模块100还包括多个支撑底座200。支撑底座200的数量与膜组件列中过滤膜组件的数量相对应，支撑底座200沿膜组件列的长度方向阵列设置于每个所述膜组件列的底部。每支过滤膜组件底部都至少设有一个支撑底座200，支撑底座200对过滤膜组件起到支撑及横向限位等作用。图6为本发明其中一实施例的膜过滤设备局部放大后的过滤膜模块的连接方式示意图，过滤膜模块100还包括多个连接板300。如图6所示，连接板300设置于相邻两过滤膜组件列之间，横向相邻的两过滤膜组件之间上下通过连接板300相连。

图7为本发明其中一实施例的支撑底座的结构示意图，在其中一个实施例中，支撑底座200的顶面设有与过滤膜组件底部相配合的限位结构201，且相邻的两个支撑底座200之间通过固定结构202机械连接。在本实施例中，固定结构202为螺柱和螺母。通过螺柱、螺母相互配合将各支撑底座200固定连接，根据过滤膜组件的数量灵活选择固定结构202的数量，使膜过滤设备的生产、运输及搬运等各环节都更加方便快捷。图8为本发明其中一实施例的膜组件列局部放大后的过滤膜组件的限位方式示意图，可见，利用支撑底座200顶面上设置的限位结构201可以在膜组件列的长度方向，对膜组件列的位置横向限制固定。

在其中一个实施例中，如图4所示，进水功能模块包括进水管路，设置于集成机柜500的下柜组合503中。进水管路包括进水管路接口511，集成机柜500内部包括多个进水管路接口511，分别与过滤膜模块100中各膜组件列上的多个进水接口101对应连接。集成机柜500内部的进水管路接口511与过滤膜模块100的进水接口101通过卡箍400机械连接，进水管路的另一端通入原水池10。多个进水接口101并联后与阀门和泵组串联，组成了进水功能模块。请参见图1，集成机柜500的一侧边上还设有进水总管接口504。进水管路通过进水总管接口504穿出集成机柜500外并通入原水池10内，将原水池10内的原水通入过滤膜组件进行过滤处理。

进水功能模块还包括加药系统515，加药系统515包括加药箱、计量泵和阀门。加药箱、计量泵和阀门通过管路串联在一起组成了加药系统515。加药系统515中的加药管路与进水管路并联后，用于对膜过滤设备进行加药消毒。需要利用加药系统515对膜过滤设备进行加药消毒时，打开阀门，在计量泵的作用下令加药箱内的消毒液体流入膜过滤设备内，以对膜过滤设备进行加药消毒。

在其中一个实施例中，进水功能模块还包括进水泵604。进水泵604设置于进水管路上，原水在进水泵604作用下经过进水管路进入过滤膜组件。在进水功能模块中是否需要配置进水泵604可根据安装现场的实际情况决定。当进水管路末端的进水压力低于设备的排污汇集主管601内的压力时，即设备无法利用液位差或利用虹吸效应令进水流入过滤膜组件时，就需要选配进水泵604；反之则可不配。

在其中一个实施例中，如图4所示，产水功能模块包括产水管路。产水管路包括多个产水管路接口512，位于集成机柜500的上部功能管路501部分，分别与过滤膜模块100中各膜组件列上的多个产水接口102通过卡箍400对应连接。多个产水管路接口512与多个产水接口102并联后，通过第二竖管508与下柜组合503中的产水管路连接，再与阀门和泵组串联组成产水功能模块。产水汇集主管602与各路产水管路相连接，产水汇集主管602的另一端通入清水池20。请参见图1，集成机柜500的一侧边上还设有产水总管接口505。产水管路通过产水总管接口505穿出集成机柜500外并通入清水池20，将经过滤膜组件过滤处理后获得的清水通入清水池20内。

产水功能模块还包括产水流量计，产水流量计设置于产水管路上，用于对产水管路中经过流经的液体的流量进行测量监控，操作人员可以借助产水流量计获知膜过滤设备的工作状态。

在其中一个实施例中，产水功能模块还包括产水泵603。产水泵603设置于产水管路上，膜过滤设备在产水泵603的抽吸作用下形成产水输出。同样地，在产水功能模块中是否需要配置产水泵603可根据安装现场的实际情况决定。当设备中产水管路末端的压力低于产水池的压力时，即设备无法利用液位差或利用虹吸效应令形成产水输出时，就需要选配产水泵603；反之可不配。

产水功能模块还包括反冲洗系统。反冲洗系统与产水管路机械连接，用于对膜过滤设备进行清洗。利用反冲洗系统清除残留在膜过滤设备中的杂质，使其在短时间内恢复水处理过滤能力。反冲洗系统对剥离过滤膜组件表面上所沉积的悬浮固体的能力有限，因此需要与气洗系统相结合，来提高对膜过滤设备的冲洗效率。

在其中一个实施例中，如图4所示，气洗功能模块包括气源装置、进气管路和流体单向控制部件，气源装置设置于集成机柜500的上柜组合502中，进气管路设置于集成机柜500的下柜组合503中，流体单向控制部件设置于进气管路上。进气管路的一端包括气洗管路接口514，集成管路模块的气洗管路接口514与过滤膜模块100中各膜组件列上的多个气洗接口104通过卡箍400对应连接，多个气洗接口104并联在一起与气源装置对接，在并联后的管路上装置流体单向控制部件，即可组成气洗功能模块。气洗功能模块与反冲洗系统配合完成清除残留在膜过滤设备中的杂质，提高对膜过滤设备的冲洗效率，使其在短时间内恢复水处理过滤能力。

在本实施例中，气源装置可以是鼓风机类设备，也可以是空气压缩机类设备。流体单向控制部件可以是单向阀、止回阀，也可以是将最高点设置为超出设备通水管路的倒U形管结构。

在其中一个实施例中，如图4所示，排污功能模块包括排污管路。排污管路包括多个排污管路接口513，位于集成机柜500的上部功能管路501部分，分别与过滤膜模块100中各膜组件列上的多个排污接口103通过卡箍400对应连接。多个排污接口103并联后，通过第一竖管507与下柜组合503的排污管路连接组成排污功能管路。排污汇集主管601，与各路排污管路相连接，排污汇集主管601的另一端通入原水池10或与大气压连通。排污汇集主管601与产水汇集主管602间存在高度差，当流体液位在排污汇集主管601和产水汇集主管602之间或有少量溢流时，膜处理设备可通过液位差形成产水输出。请参见图1，集成机柜500的一侧边上还设有排污总管接口506。排污管路通过产水总管接口506穿出集成机柜500外，将经过滤膜组件过滤处理后的污垢排出。排气装置与排污管路机械连接，用于将气源装置在对膜过滤设备进行气洗时通入的气体排出。

图9为本发明其中一实施例的膜过滤设备的使用方法工艺图，在本实施例中，排污功能模块中排污管路的末端与大气压连通，即排污管路处于常开状态。当排污功能模块的上部管路与膜组件列的排污接口103连接后，排污汇集主管601的内腔最高点与产水功能模块中产水管路末端输出口的垂直高差大于0时，原水在高位水头或进水泵60的作用下，经过进水功能模块进入过滤膜组件。当过滤膜组件内水位高于产水功能模块的上部管路，与膜组件列的产水接口102连接后的产水汇集主管602低于排污汇集主管601时，在液位差作用下产水功能模块形成产水输出。即，当流体液位在排污汇集主管601和产水汇集主管602之间或有少量溢流时，膜处理设备可通过液位差形成产水输出。

当产水汇集主管602的最高点处无较多空气残留时，膜过滤设备可形成虹吸效应，实现虹吸式过滤产水。当原水进水流量大于产水流量时，原水从排污汇集主管601形成溢流并排出。当排污汇集主管601内腔的最高点与产水功能模块的管路末端输出口的垂直高差值小于0时，即也可理解为当流体液位H<0时，原水在高位水头压力或进水泵604作用下经过进水功能模块进入过滤膜组件，产水功能模块借助产水泵603的抽吸实现产水输出。

图10为本发明另一实施例的膜过滤设备的使用方法工艺图，在本实施例中，排污功能模块的排污管路的末端通入原水池10，即排污汇集管路601的末端处于常闭状态，或排污汇集管路601的末端处于常开状态但高度低于原水的进水压力水头。原水在高位水头或进水泵604的压力水头驱动下，经过进水功能模块进入过滤膜组件，在过滤膜组件进水接口101管道压力大于产水接口102管道压力时产水功能模块形成产水输出。当排污功能模块管路末端输出口为常开状态但高度低于原水的进水压力水头、原水进水流量大于产水流量时，原水从排污汇集主管601形成溢流排出。进一步地，当进水水头高于产水汇集总管602，且流体水头压力远高于排污汇集主管601，即达到较多溢流时，膜处理设备可通过设备内产生的压差形成产水输出。

在其中一个实施例中，膜过滤设备还包括自控系统和通信模块。自控系统，用于控制膜过滤设备运行操作、设置参数。通信模块，与自控系统电连接，用于实现远程数据传输。自控系统和通信模块设置于集成机柜500的上柜组合502中。膜过滤设备利用物联网技术通过通信模块实现与上位机的远程连接。上位机的监控设备可以对膜过滤设备的运行状态和设备参数进行远程实时监控，还可以输出指令至自控系统，自控系统对膜过滤设备的运行操作进行控制，并调整参数设置。膜过滤设备借助自控系统和通信模块可实现对水处理的远程监控管理以及自动化运行，实现异地远程进行的设备运行操作、参数设置、数据传输功能，可解决现有设备需要专人值守的问题。

本发明提供的膜过滤设备通过对其各功能部件的结构采用轻量化、模块化的处理方式，将大型的过滤膜池做成小的可拼装的过滤膜组件结构，由多支过滤膜组件简单组合装配即可形成不同规模大小的过滤膜模块100，这样在实际应用时可以根据不同应用场景下需要处理的水量不同，酌情增加或减少过滤膜组件的数量，能够快速满足农村各地用水量不同而设备种类繁多的需求。

集成机柜包含各类工艺模块与管路，与过滤膜模块100连接后就能组成完整膜过滤设备，可实现不同处理水量设备的快速生产与安装，有效缩短工厂生产周期、降低制造成本。轻量化的模块设计，解决了现有设备运输和搬运困难的问题，可适应山区及偏远农村项目受道路条件影响的人工转运需求，并且设备安装操作简单。同时，与过滤膜组件相匹配的支撑底座200及配套部件在结构上都做成了可拆分的模块式部件，满足人工转运要求，能够适应偏远山区及农村项目道路条件差需要人工搬运及安装的需求。

本发明提供的膜过滤设备一方面通过排污汇集主管601与产水汇集主管602的液位高差进行产水输出，另一方面当设备的产水管路最高处末端内腔无空气残留时，设备就可实现虹吸效应，形成虹吸产水输出，从而降低设备的运行能耗。膜过滤设备通过进水压力，形成高于排污汇集主管601的压力水头，让过滤膜组件内外形成压差，然后大部分原水回流到原水池10，小部分透过膜形成产水输出，从而解决了高浊度原水的问题。通过多种运行方式，可充分利用山区原水地势高差条件实现低能耗的虹吸式过滤产水，无需配置水泵，对应用环境的适应性强。膜过滤设备中还包括了通信模块，利用物联网技术实现对设备运行状态的远程监控和设备参数修改，解决了结构复杂、专业技术性强需要专人值守问题。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。