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CN120079246A - 一种复合型卷式膜元件及其卷制方法 - Google Patents

一种复合型卷式膜元件及其卷制方法 Download PDF

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CN120079246A
CN120079246A CN202510512533.6A CN202510512533A CN120079246A CN 120079246 A CN120079246 A CN 120079246A CN 202510512533 A CN202510512533 A CN 202510512533A CN 120079246 A CN120079246 A CN 120079246A
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water diversion
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CN202510512533.6A
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滕潇
赵松阳
刘旭
范助帅
宁亮亮
胡群辉
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Hunan Aowei Technology Co ltd
Original Assignee
Hunan Aowei Technology Co ltd
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Abstract

本发明涉及膜分离技术领域，具体涉及一种复合型卷式膜元件及其卷制方法。该膜元件由该方法卷制得到。该方法包括将第一淡水导流网以其长度方向的一端为起点卷绕在中心集水管上至少一周；将复合除氯净水膜层粘连设置在所述第一淡水导流网上，随后随所述第一淡水导流网卷绕在所述中心集水管上，且至少卷绕一周；将各所述错位折叠膜片及所述第二淡水导流网均随所述第一淡水导流网卷绕在所述中心集水管上，形成预制卷式膜元件；对所述预制卷式膜元件卷绕设置外观保护膜进行定型，得到复合型卷式膜元件。本发明能够制备出产水余氯去除率高和细菌含量低的复合型卷式膜元件。

Description

一种复合型卷式膜元件及其卷制方法
技术领域
本发明涉及膜分离技术领域，具体涉及一种复合型卷式膜元件及其卷制方法。
背景技术
传统卷式膜元件采用的卷制方法如下：将一张膜片(如反渗透膜片)沿长度方向对折折叠成n形，在n形中间放置浓水隔网；将对折后的膜片上放置淡水隔网，并在膜片的三个开口连接边上涂树脂密封胶，将淡水隔网粘连在膜片上；将膜片以螺旋方式缠绕至中心产水管上形成卷式膜元件。在应用该卷式膜元件时，膜片过滤的纯水直接连接淡水隔网汇聚到中心集水管上，并由中心集水管收集产出。然而，由该卷式膜元件产出的纯水存在余氯去除率低和细菌含量高的问题。
综上所述，需要开发一种复合型卷式膜元件及其卷制方法以解决现有卷式膜元件产出的纯水存在余氯去除率低和细菌含量高的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种复合型卷式膜元件及其卷制方法，具体技术方案如下：
在第一方面，本发明提供了一种复合型卷式膜元件的卷制方法，包括：
步骤S1、将第一淡水导流网以其长度方向的一端为起点卷绕在中心集水管上至少一周；
步骤S2、将复合除氯净水膜层粘连设置在所述第一淡水导流网上，随后随所述第一淡水导流网卷绕在所述中心集水管上，且至少卷绕一周；
步骤S3、将膜片沿长度方向错位对折形成错位折叠膜片，并将浓水隔网设置在所述错位折叠膜片的中间；将多张含有所述浓水隔网的所述错位折叠膜片依次错位层叠设置在所述第一淡水导流网上，且在每相邻的两张所述错位折叠膜片之间均粘连设置第二淡水导流网；与所述第一淡水导流网接触的所述错位折叠膜片粘连设置在所述第一淡水导流网上；
在错位层叠设置时，各所述错位折叠膜片的非开口端依次远离所述中心集水管，且各所述错位折叠膜片中的短膜片页相对于长膜片页更靠近所述第一淡水导流网；
各所述错位折叠膜片及所述第二淡水导流网均随所述第一淡水导流网卷绕在所述中心集水管上，形成预制卷式膜元件；
步骤S4、对所述预制卷式膜元件卷绕设置外观保护膜进行定型，得到复合型卷式膜元件；其中，在所述外观保护膜上预留进水口和出水口。
可选的，所述复合除氯净水膜层包括层叠设置的碳纤维膜层和抑菌膜层，或者，包括沿所述第一淡水导流网长度方向间隔设置的碳纤维膜层和抑菌膜层；
在沿所述第一淡水导流网长度方向间隔设置所述碳纤维膜层和所述抑菌膜层时，所述碳纤维膜层和所述抑菌膜层随第一淡水导流网卷绕在中心集水管上均至少卷绕一周。
可选的，在步骤S2中，在所述第一淡水导流网上涂布第一密封胶线；所述第一密封胶线为两条，且沿所述第一淡水导流网宽边方向的两端平行设置；所述复合除氯净水膜层通过所述第一密封胶线与所述第一淡水导流网粘连；
或者，在所述复合除氯净水膜层上涂布第一密封胶线；所述第一密封胶线为两条，且沿所述复合除氯净水膜层宽边方向的两端上平行设置；所述第一淡水导流网通过所述第一密封胶线与所述复合除氯净水膜层粘连；
所述第一密封胶线的长度与所述复合除氯净水膜层的长度相等。
可选的，所述第一密封胶线与所述第一淡水导流网宽边方向端部的最短距离为10～25mm；所述第一密封胶线的宽度为4～8mm。
可选的，在步骤S3中，在各所述错位折叠膜片的三个开口端的外表面上均涂布第二密封胶线；各所述第二密封胶线围成U型结构。
可选的，所述第一密封胶线和所述第二密封胶线采用的密封胶均包括聚氨酯胶。
可选的，在沿所述中心集水管的长度方向的管壁上间隔设置多个集水孔，且均被卷绕在所述中心集水管的所述复合除氯净水膜层覆盖。
可选的，所述第一淡水导流网的长度大于所述第二淡水导流网的长度；
所述第二淡水导流网的长度大于等于所述错位折叠膜片中的长膜片页的长度。
在第二方面，本发明提供了一种复合型卷式膜元件，其采用所述的复合型卷式膜元件的卷制方法卷制得到。
可选的，所述复合型卷式膜元件包括反渗透卷式膜元件、纳滤卷式膜元件和超滤卷式膜元件中的任何一种。
应用本发明的技术方案，至少具有以下有益效果：
本发明提供的一种复合型卷式膜元件的卷制方法，能够制备出产水余氯去除率高和细菌含量低的复合型卷式膜元件。具体的，本发明先采用含有浓水隔网的错位折叠膜片完成对水体的初步净化；再采用第一淡水导流网、第二淡水导流网和复合除氯净水膜层组合完成对水体的充分吸附净化，使得产水余氯去除率高和细菌含量低。其中，本发明在步骤S1中采用第一淡水导流网卷绕在中心集水管上至少一周，一方面是为随后在步骤S2中卷绕在中心集水管上的复合除氯净水膜层增加了净水的接触面积，另一方面有效提升水流渗透率；在步骤S2中卷绕在中心集水管上的复合除氯净水膜层至少卷绕一周，是为了确保所有水体均能够经过复合除氯净水膜层净化；在步骤S3中采用错位折叠膜片和各错位折叠膜片依次错位层叠设置是为了提高错位折叠膜片卷制后能够用于净水的有效膜面积；在步骤S4中采用外观保护膜是为了压紧预制卷式膜元件，确保预制卷式膜元件在净水时结构的稳定性。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是实施例1中将复合除氯净水膜层粘连设置在第一淡水导流网上且在卷制前的结构示意图；
图2是实施例1中将各错位折叠膜片依次错位层叠设置在第一淡水导流网上且在卷制前的结构示意图(图中箭头方向表示卷绕方向)；
其中，1、第一淡水导流网，2、中心集水管，3、复合除氯净水膜层，4、错位折叠膜片，5、浓水隔网，6、第二淡水导流网，7、第一密封胶线，8、第二密封胶线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
参见图1～图2，一种复合型卷式膜元件的卷制方法，包括：
步骤S1、将第一淡水导流网1(材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯)以其长度方向的一端为起点卷绕在中心集水管2(直径为17mm，长度为298mm)上至少一周；一方面是为随后在步骤S2中卷绕在中心集水管2上的复合除氯净水膜层3增加了净水的接触面积，另一方面有效提升水流渗透率；
步骤S2、将复合除氯净水膜层3粘连设置在所述第一淡水导流网1上，随后随所述第一淡水导流网1卷绕在所述中心集水管2上，且至少卷绕一周，确保所有水体均能够经过复合除氯净水膜层3净化；
步骤S3、将膜片沿长度方向错位对折形成错位折叠膜片4，并将浓水隔网5(材质为聚丙烯)设置在所述错位折叠膜片4的中间；将1～20张(具体为2张)含有所述浓水隔网5的所述错位折叠膜片4依次错位层叠设置在所述第一淡水导流网1上，且在每相邻的两张所述错位折叠膜片4之间均粘连设置第二淡水导流网6(材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯)；与所述第一淡水导流网1接触的所述错位折叠膜片4粘连设置在所述第一淡水导流网1上；
在错位层叠设置时，各所述错位折叠膜片4的非开口端依次远离所述中心集水管2，且各所述错位折叠膜片4中的短膜片页相对于长膜片页更靠近所述第一淡水导流网1；
各所述错位折叠膜片4及所述第二淡水导流网6均随所述第一淡水导流网1卷绕在所述中心集水管2上，形成预制卷式膜元件；
采用错位折叠膜片4和各错位折叠膜片4依次错位层叠设置是为了提高错位折叠膜片4卷制后能够用于净水的有效膜面积；
步骤S4、对所述预制卷式膜元件卷绕设置外观保护膜(材质为双向拉伸聚丙烯薄膜；图中未示出)进行定型，得到复合型卷式膜元件；其中，在所述外观保护膜上预留进水口和出水口。采用外观保护膜是为了压紧预制卷式膜元件，确保预制卷式膜元件在净水时结构的稳定性。
所述复合除氯净水膜层3包括层叠设置的碳纤维膜层(具体为活性碳纤维毡)和抑菌膜层(具体为季铵盐材质的抑菌膜)，或者，包括沿所述第一淡水导流网1长度方向间隔设置的碳纤维膜层和抑菌膜层。其中，在碳纤维膜层和抑菌膜层层叠设置时，碳纤维膜层相对于抑菌膜层更靠近第一淡水导流网1，或者，抑菌膜层相对于碳纤维膜层更靠近第一淡水导流网1；在本实施例中选择碳纤维膜层相对于抑菌膜层更靠近第一淡水导流网1。在沿所述第一淡水导流网1长度方向间隔设置碳纤维膜层和抑菌膜层时，碳纤维膜层相对于抑菌膜层更靠近中心集水管2，或者，抑菌膜层相对于碳纤维膜层更靠近中心集水管2，且碳纤维膜层和抑菌膜层随第一淡水导流网1卷绕在中心集水管2上均至少卷绕一周，确保所有水体均能够经过复合除氯净水膜层3净化。
在步骤S2中，在所述第一淡水导流网1上涂布第一密封胶线7；所述第一密封胶线7为两条，且沿所述第一淡水导流网1宽边方向的两端平行设置；所述复合除氯净水膜层3通过所述第一密封胶线7与所述第一淡水导流网1粘连；
或者，在所述复合除氯净水膜层3上涂布第一密封胶线7；所述第一密封胶线7为两条，且沿所述复合除氯净水膜层3宽边方向的两端上平行设置；所述第一淡水导流网1通过所述第一密封胶线7与所述复合除氯净水膜层3粘连；
所述第一密封胶线7的长度与所述复合除氯净水膜层3的长度相等，确保复合除氯净水膜层3在宽度方向的两端被有效密封，以便后续充分吸附净化水体。
所述第一密封胶线7与所述第一淡水导流网1宽边方向端部的最短距离为10～25mm(具体可选20mm)，确保有效膜面积最大化；所述第一密封胶线7的宽度为4～8mm(具体可选6mm)，确保复合除氯净水膜层3与第一淡水导流网1之间粘结牢固，达到密封效果，确保复合除氯净水膜层3与第一淡水导流网1组合净化后的水体经第一密封胶线7围成的密封区域汇集到中心集水管2后产出。
在步骤S3中，在各所述错位折叠膜片4的三个开口端的外表面上均涂布第二密封胶线8；各所述第二密封胶线8围成U型结构，确保错位折叠膜片4初步净化后的水体流入U型结构中，借助U型结构边部的密封作用将初步净化后的水体经第一淡水导流网1和第二淡水导流网6定向导流至由第一淡水导流网1、第一密封胶线7和复合除氯净水膜层3组合的密封区域内充分吸附净化。
所述第一密封胶线7和所述第二密封胶线8采用的密封胶均为聚氨酯胶(即聚氨酯树脂)，聚氨酯胶不仅对错位折叠膜片4、第一淡水导流网1、第二淡水导流网6和复合除氯净水膜层3具有较好的浸透率，确保粘连牢度，还具有一定的流动性能够降低卷绕难度。
在沿所述中心集水管2的长度方向的管壁上间隔设置多个(具体为十一个)集水孔，且均被卷绕在所述中心集水管2的所述复合除氯净水膜层3覆盖，确保所有水体均能够经过复合除氯净水膜层3净化。
所述第一淡水导流网1的长度大于所述第二淡水导流网6的长度，确保卷制作业顺利完成；
所述第二淡水导流网6的长度大于等于所述错位折叠膜片4中的长膜片页的长度，确保第二淡水导流网6与错位折叠膜片4层叠设置时错位折叠膜片4能够被第二淡水导流网6完全覆盖，便于实现水体的有效净化。
所述复合型卷式膜元件包括反渗透卷式膜元件、纳滤卷式膜元件和超滤卷式膜元件中的任何一种。当膜片为反渗透膜时，所述复合型卷式膜元件为反渗透卷式膜元件。当膜片为纳滤膜时，所述复合型卷式膜元件为纳滤卷式膜元件。当膜片为超滤膜时，所述复合型卷式膜元件为超滤卷式膜元件。在本实施例1中，所述复合型卷式膜元件为反渗透卷式膜元件。
本实施例1制备的复合型卷式膜元件净化水体的作业原理如下：先采用含有浓水隔网5的错位折叠膜片4完成对水体的初步净化；再采用第一淡水导流网1、第二淡水导流网6和复合除氯净水膜层3组合完成对水体的充分吸附净化，使得产水余氯去除率高和细菌含量低。
对比例1：
与实施例1不同的是，未设置复合除氯净水膜层3。
对比例2：
与实施例1不同的是，将复合除氯净水膜层3替换为碳纤维膜层，且碳纤维膜层的长度不足卷绕中心集水管2一周；另外，在错位折叠膜片4中还设置了与浓水隔网5层叠的碳纤维膜层。
将实施例1和对比例1～2制备的复合型卷式膜元件分别进行产水性能和水质测试。测试结果参见表1。产水性能测试方法如下：
控制膜前压力为60Psi，采用纯水冲洗复合型卷式膜元件20min，再对复合型卷式膜元件采用测试溶液(即株洲市政自来水)运行10min，测定初始流量和初始脱盐率；随后，对复合型卷式膜元件采用测试溶液持续运行30天，再测定30天后初始流量和30天后脱盐率。其中，各复合型卷式膜元件的型号均为1812(“18”表示1.8英寸；“12”表示12英寸。)；实施例1中复合型卷式膜元件的回收率为50％～55％；对比例1中复合型卷式膜元件的回收率为50％～55％；对比例2中复合型卷式膜元件的回收率为50％～55％；回收率＝产水量÷(产水量+废水量)×100％；流量衰减率＝(1-30天后流量/初始流量)×100％。
水质测试包括产水菌落测试和余氯去除率测试。
产水菌落测试方法参考《GB/T 5750.12-2006生活饮用水标准检验方法微生物指标》完成。
余氯去除率测试方法参考《GB 11896-89水质氯化物的测定硝酸银滴定法》完成。其中，余氯去除率＝(1-产水中的氯离子含量/测试溶液中的氯离子含量)×100％。
表1产水性能和水质测试结果
由表1知，与实施例1相比，对比例1和对比例2制备的复合型卷式膜元件在运行后均存在产水微生物不合格的问题。这是因为在对比例1和对比例2中均未设置抑菌膜层。
与实施例1和对比例1相比，对比例2制备的复合型卷式膜元件在运行后不仅存在初始流量明显降低，还存在30天后流量再次降低的问题。这是因为在错位折叠膜片4中还设置了与浓水隔网5层叠的碳纤维膜层，增加了进水阻力，降低了单位时间内的进水量，使得对比例2初始流量明显降低；随着与浓水隔网5层叠的碳纤维膜层的阻挡作用，进水水体中的杂质被淤堵在浓水隔网5的进水端，导致对比例2制备的复合型卷式膜元件在运行30天后流量再次降低。
与实施例1相比，对比例2制备的复合型卷式膜元件在运行后产水余氯去除率相对低于实施例1。这是因为在对比例2中碳纤维膜层的长度不足卷绕中心集水管2一周，使得碳纤维膜层无法全部覆盖中心集水管2，导致中心集水管2未被碳纤维膜层覆盖的区域产水吸附净化效果差，水体中的余氯无法被碳纤维膜层充分吸附除去，导致产水余氯去除率相对低于实施例1。
将实施例1和对比例1～2制备的复合型卷式膜元件分别进行国标GB 34914-2021水效水测试，测定初始流量和初始脱盐率。测试结果参见表2，测试结果还有余氯去除率(余氯去除率测试参考《GB 11896-89水质氯化物的测定硝酸银滴定法》完成)。其中，控制膜前压力为100Psi；各复合型卷式膜元件的型号均为4012(“40”表示4.0英寸；“12”表示12英寸。)；实施例1中复合型卷式膜元件的回收率为70％～75％；对比例1中复合型卷式膜元件的回收率为70％～75％；对比例2中复合型卷式膜元件的回收率为70％～75％；回收率为产水量与进水量比值的百分数。
表2水效水测试结果和余氯去除率测试结果
分组 初始流量mL/min 初始脱盐率％ 余氯去除率％
对比例1 2174 93.2 87.4
对比例2 1851 92.8 98.6
实施例1 4972 93.3 99.2
由表2知，与对比例1相比，实施例1和对比例2制备的复合型卷式膜元件在运行后产水余氯去除率均较高。这是因为在实施例1和对比例2中均采用了碳纤维膜层，能够对水体中的余氯充分吸附除去。
进一步的，与实施例1相比，对比例2制备的复合型卷式膜元件在运行后产水余氯去除率相对低于实施例1。原因同表1数据分析。
与实施例1和对比例1相比，对比例2制备的复合型卷式膜元件在运行后初始流量明显降低。原因同表1数据分析。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合型卷式膜元件的卷制方法，其特征在于，包括：
步骤S1、将第一淡水导流网(1)以其长度方向的一端为起点卷绕在中心集水管(2)上至少一周；
步骤S2、将复合除氯净水膜层(3)粘连设置在所述第一淡水导流网(1)上，随后随所述第一淡水导流网(1)卷绕在所述中心集水管(2)上，且至少卷绕一周；
步骤S3、将膜片沿长度方向错位对折形成错位折叠膜片(4)，并将浓水隔网(5)设置在所述错位折叠膜片(4)的中间；将多张含有所述浓水隔网(5)的所述错位折叠膜片(4)依次错位层叠设置在所述第一淡水导流网(1)上，且在每相邻的两张所述错位折叠膜片(4)之间均粘连设置第二淡水导流网(6)；与所述第一淡水导流网(1)接触的所述错位折叠膜片(4)粘连设置在所述第一淡水导流网(1)上；
在错位层叠设置时，各所述错位折叠膜片(4)的非开口端依次远离所述中心集水管(2)，且各所述错位折叠膜片(4)中的短膜片页相对于长膜片页更靠近所述第一淡水导流网(1)；
各所述错位折叠膜片(4)及所述第二淡水导流网(6)均随所述第一淡水导流网(1)卷绕在所述中心集水管(2)上，形成预制卷式膜元件；
步骤S4、对所述预制卷式膜元件卷绕设置外观保护膜进行定型，得到复合型卷式膜元件；其中，在所述外观保护膜上预留进水口和出水口。
2.根据权利要求1所述的复合型卷式膜元件的卷制方法，其特征在于，所述复合除氯净水膜层(3)包括层叠设置的碳纤维膜层和抑菌膜层，或者，包括沿所述第一淡水导流网(1)长度方向间隔设置的碳纤维膜层和抑菌膜层；
在沿所述第一淡水导流网(1)长度方向间隔设置所述碳纤维膜层和所述抑菌膜层时，所述碳纤维膜层和所述抑菌膜层随第一淡水导流网(1)卷绕在中心集水管(2)上均至少卷绕一周。
3.根据权利要求1所述的复合型卷式膜元件的卷制方法，其特征在于，在步骤S2中，在所述第一淡水导流网(1)上涂布第一密封胶线(7)；所述第一密封胶线(7)为两条，且沿所述第一淡水导流网(1)宽边方向的两端平行设置；所述复合除氯净水膜层(3)通过所述第一密封胶线(7)与所述第一淡水导流网(1)粘连；
或者，在所述复合除氯净水膜层(3)上涂布第一密封胶线(7)；所述第一密封胶线(7)为两条，且沿所述复合除氯净水膜层(3)宽边方向的两端上平行设置；所述第一淡水导流网(1)通过所述第一密封胶线(7)与所述复合除氯净水膜层(3)粘连；
所述第一密封胶线(7)的长度与所述复合除氯净水膜层(3)的长度相等。
4.根据权利要求3所述的复合型卷式膜元件的卷制方法，其特征在于，所述第一密封胶线(7)与所述第一淡水导流网(1)宽边方向端部的最短距离为10～25mm；所述第一密封胶线(7)的宽度为4～8mm。
5.根据权利要求3所述的复合型卷式膜元件的卷制方法，其特征在于，在步骤S3中，在各所述错位折叠膜片(4)的三个开口端的外表面上均涂布第二密封胶线(8)；各所述第二密封胶线(8)围成U型结构。
6.根据权利要求5所述的复合型卷式膜元件的卷制方法，其特征在于，所述第一密封胶线(7)和所述第二密封胶线(8)采用的密封胶均包括聚氨酯胶。
7.根据权利要求1所述的复合型卷式膜元件的卷制方法，其特征在于，在沿所述中心集水管(2)的长度方向的管壁上间隔设置多个集水孔，且均被卷绕在所述中心集水管(2)的所述复合除氯净水膜层(3)覆盖。
8.根据权利要求1～7任一项所述的复合型卷式膜元件的卷制方法，其特征在于，所述第一淡水导流网(1)的长度大于所述第二淡水导流网(6)的长度；
所述第二淡水导流网(6)的长度大于等于所述错位折叠膜片(4)中的长膜片页的长度。
9.一种复合型卷式膜元件，其特征在于，采用如权利要求8所述的复合型卷式膜元件的卷制方法卷制得到。
10.根据权利要求9所述的复合型卷式膜元件，其特征在于，所述复合型卷式膜元件包括反渗透卷式膜元件、纳滤卷式膜元件和超滤卷式膜元件中的任何一种。
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