專利名稱：中空纖維膜盒和中空纖維膜組件及使用該盒的罐型過濾設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用中空纖維膜的，置于在正壓或負(fù)壓下進(jìn)行過濾的罐型過濾設(shè)備、支架型過濾設(shè)備或浸入式過濾設(shè)備中的過濾盒。更具體地，本發(fā)明涉及用于從大量未凈化水，如河水、湖水、地下水、海水、生活廢水或工業(yè)廢水中除去污物和細(xì)菌的過濾設(shè)備，或用于活性淤漿處理過程中固-液分離的過濾設(shè)備的中空纖維膜盒；和用于支架型過濾設(shè)備或罐型過濾設(shè)備的使用所述中空纖維膜盒的組件。
中空纖維膜盒用于在外壓下進(jìn)行過濾，且在被置于過濾柱中后使用。當(dāng)被濾出物在膜的外表面上累積時(shí)，膜的過濾能力逐漸喪失，因此應(yīng)在過濾一定時(shí)間后進(jìn)行除去膜表面上累積的物質(zhì)的洗滌過程。
對(duì)于這一洗滌過程，采用一種被稱作氣體鼓泡的方法，其包括以下步驟將氣體自充滿未處理水的過濾柱下部引入中空纖維膜盒，并使中空纖維膜在氣-固混合流體中擺動(dòng)以剝離膜表面上所累積的物質(zhì)。
但是，在中空纖維膜盒中，有些情況下氣體鼓泡的洗滌效率不足，這是因?yàn)橹锌绽w維膜的兩端被固定在柱狀包裝中，因此中空纖維膜的伸展與擺動(dòng)受到限制。這一現(xiàn)象在長(zhǎng)期過濾操作中較為顯著并造成麻煩，特別是在盒的尺寸較大時(shí)。
另一方面，JP-A-2000-157846提出了一種中空纖維膜盒，其含有一個(gè)盒頭和一個(gè)底環(huán)，一束中空纖維膜的頂端粘結(jié)并固定于底環(huán)上，其中盒頭和底環(huán)互不相聯(lián)，且底環(huán)的粘結(jié)與固定層中提供可引入氣體的多個(gè)的流通孔道。這一中空纖維膜盒沒有柱狀包裝，因此其具有氣體鼓泡過程中中空纖維膜的伸展與擺動(dòng)不受限制的優(yōu)點(diǎn)，由此其易于剝離累積于膜表面的附著的物質(zhì)并從盒中排出所剝離的附著的物質(zhì)。
但是，在這一中空纖維膜盒中，必須限制氣體的進(jìn)料速率以防在氣體鼓泡過程中底環(huán)的抬升使中空纖維膜束彎曲。另一方面，當(dāng)氣體鼓泡在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)通過使用大量氣體重復(fù)進(jìn)行以得到充分的洗滌效果時(shí)，中空纖維膜束反復(fù)彎曲，有時(shí)會(huì)因此使中空纖維膜折斷。因此，在兩種情況下，難以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定的過濾操作。
JP-A-10-137552公開了一種盒，其中上粘結(jié)與固定層和下粘結(jié)與固定層通過在中空纖維膜束中心放置一個(gè)支撐柱彼此相連。該盒通過在中心放置支撐柱可避免在氣體鼓泡過程中中空纖維膜的彎曲，但帶來以下問題由于氣泡與中空纖維膜的接觸效率低下而無法得到充分的洗滌效果，盒對(duì)處理或氣體鼓泡過程中產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力的抵抗能力不足，且由于在運(yùn)送過程中需抓住其上和/或下粘結(jié)與固定部分，故難以處理。
另外，WO98/28066公開了一種盒，其通過將一束膜用象穿孔的盒一樣的部件包圍起來而得。這種盒不利之處在于因?yàn)橹锌绽w維膜在氣體鼓泡過程中的擺動(dòng)受到限制而使其僅能得到小的洗滌效果，因而需要引入大量氣體以得到足夠的洗滌效率。
本發(fā)明人為解決上述問題進(jìn)行了深入的研究，從而發(fā)現(xiàn)通過用多個(gè)棒或管將盒頭和底環(huán)互相聯(lián)接并固定而得到的盒可達(dá)到上述目的，且使用具有特定拉伸模量的中空纖維膜可以用少量氣體得到充分的洗滌效果。基于以上發(fā)現(xiàn)，完成了本發(fā)明。
即，本發(fā)明包括以下內(nèi)容(1) 包含一束多根中空纖維膜的中空纖維膜盒，其兩端通過分別粘附于粘結(jié)與固定層中被固定，一個(gè)盒頭固定于束的外圍的一端以使液體通路無法進(jìn)入或流出，而一個(gè)底環(huán)在另一端固定于束的外圍以使液體通路無法進(jìn)入或流出，其特征在于所述盒頭和所述底環(huán)與多個(gè)棒或管聯(lián)接并固定，每一中空纖維膜一端的中空部分在盒頭一側(cè)是開放的，每一中空纖維膜一端的中空部分在底環(huán)一側(cè)是封閉的，且底環(huán)的粘結(jié)與固定層中提供了多個(gè)流通孔道，其位于中空纖維膜束中。
(2)如上文(1)項(xiàng)中所述的中空纖維膜盒，其中所述底環(huán)端伸出中空纖維膜端之外。
(3)如上文(1)或(2)項(xiàng)中所述的中空纖維膜盒，其中在所述盒頭外圍有一個(gè)套環(huán)。
(4)如上文(1)-(3)項(xiàng)任一個(gè)所述的中空纖維膜盒，其中所述棒或管放置在接近中空纖維膜束外圍的位置。
(5)如上文(4)項(xiàng)中所述的中空纖維膜盒，其中通過粘附將所述棒或管與所述盒頭及所述底環(huán)及中空纖維膜聯(lián)接并固定于粘結(jié)與固定層中。
(6)如上文(1)-(5)項(xiàng)任一個(gè)所述的中空纖維膜盒，其中所述中空纖維膜具有波紋。
(7)如上文(1)-(6)項(xiàng)任一個(gè)所述的中空纖維膜盒，其中中空纖維膜的拉伸模量低于90MPa并不低于10MPa。
(8)如上文(7)項(xiàng)中所述的中空纖維膜盒，其中中空纖維膜的拉伸模量不高于70MPa并不低于10MPa。
(9)如上文(1)-(8)項(xiàng)任一個(gè)所述的中空纖維膜盒，其中中空纖維膜處于松散狀態(tài)且松散率不高于10％而不低于0.1％。
(10)如上文(1)-(9)項(xiàng)任一個(gè)所述的中空纖維膜盒，其中底環(huán)一側(cè)粘結(jié)與固定層中所提供的所述多個(gè)流通孔道的放置使中空纖維膜處于流通孔中。
(11)如上文(1)-(10)項(xiàng)任一個(gè)所述的中空纖維膜盒，其中底環(huán)一側(cè)粘結(jié)與固定層中所提供的所述多個(gè)流通孔道的內(nèi)徑為2-30mm。
(12)如上文(1)-(11)項(xiàng)任一個(gè)所述的中空纖維膜盒，其中構(gòu)成所述粘結(jié)與固定層的粘結(jié)劑是尿烷樹脂，其特征是工作溫度范圍內(nèi)的硬度為70D-30D。
(13)使用如上文(1)-(12)項(xiàng)任一個(gè)的中空纖維膜盒的用于支架式過濾設(shè)備的組件。
(14)使用如上文(1)-(12)項(xiàng)任一個(gè)的中空纖維膜盒的罐式過濾設(shè)備。
(15)如上文(14)所述的罐式過濾設(shè)備，其中所述中空纖維膜盒被以懸掛狀態(tài)支撐。
圖2是

圖1中所示中空纖維膜盒的底環(huán)粘結(jié)與固定部分主要部分結(jié)構(gòu)的放大圖。
圖3是已知中空纖維膜盒的示意圖。
圖4示出了本發(fā)明中空纖維膜盒的一個(gè)實(shí)施方案的截面圖，其通過懸掛于罐式過濾設(shè)備中處理的水管線組上的方式固定。
圖5示出了包含用于支架式過濾設(shè)備中的組件的腔體的一個(gè)實(shí)施方案的截面圖。
圖6示出了用于支架式過濾設(shè)備中的組件，即通過將本發(fā)明中空纖維膜盒容納于圖5所示的腔體中所得組件的一個(gè)實(shí)施方案的截面圖。
圖7示出了中空纖維膜盒的底環(huán)的粘結(jié)與固定部分的流通孔道的位置的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。
圖8示出了中空纖維膜盒的底環(huán)的粘結(jié)與固定部分的流通孔道的位置的另一個(gè)實(shí)施例的截面圖。
圖9是盒頭與圖4所示設(shè)備的管道聯(lián)接的主要部分的放大圖。
圖10是圖8所示盒頭與一設(shè)備管道聯(lián)接的一個(gè)實(shí)施方案的主要部分的放大圖。
圖11是盒頭與一設(shè)備管道聯(lián)接的一個(gè)實(shí)施方案的主要部分的放大圖，所述設(shè)備用于浸入式過濾，其通過直接浸入未處理水并繼之以減壓過濾完成。
圖1示出了本發(fā)明中空纖維膜盒的一個(gè)實(shí)施方案的截面圖，其被以懸掛狀態(tài)支撐于罐式過濾設(shè)備中。圖2，圖7和圖8是用于解釋中空纖維膜盒的底環(huán)粘結(jié)與固定部分結(jié)構(gòu)的圖。圖6示出了用于支架式過濾設(shè)備中的組件中的中空纖維膜盒的一個(gè)實(shí)施方案的截面圖，圖9-11示出了盒頭與設(shè)備管線的聯(lián)接的實(shí)施方案的截面圖。
本發(fā)明的中空纖維膜盒4由大量中空纖維膜3a，聯(lián)接管3b，粘結(jié)與固定層11，盒頭12，粘結(jié)與固定層14和底環(huán)13組成。
在中空纖維膜束3a的一端和各聯(lián)接管線3b的一端，中空纖維膜用粘結(jié)劑彼此束為一體并整體地聯(lián)接至盒頭12內(nèi)側(cè)以形成粘結(jié)與固定層11。中空纖維膜3a的端口在盒頭12一側(cè)是開放的。
在中空纖維膜束3a的另一端和各聯(lián)接管線3b的另一端，中空纖維膜用粘結(jié)劑彼此束為一體并整體地聯(lián)接至底環(huán)13的內(nèi)側(cè)以形成粘結(jié)與固定層14。中空纖維膜3a的端口在底環(huán)13一側(cè)是封閉的。如圖2所示，在粘結(jié)與固定層14中形成多個(gè)流通孔14a，以將未處理水或洗滌用氣體引入中空纖維膜束中并使未處理水或氣體與各中空纖維膜的外表面有效地接觸。
中空纖維盒4的直徑為30-800mm，優(yōu)選80-800mm。中空纖維盒4的長(zhǎng)度范圍為300-3,000mm。
在本發(fā)明中，盒頭12與底環(huán)13通過兩個(gè)或多個(gè)棒或管彼此聯(lián)接并固定。如圖3所示傳統(tǒng)盒的柱狀包裝28不出現(xiàn)在盒頭12與底環(huán)13之間的中空纖維膜束的外圍，及基本貫穿這一范圍，中空纖維膜被暴露。盡管用多個(gè)棒或管將盒頭與底環(huán)互相聯(lián)接的方法未特別地限定，但優(yōu)選將棒或管以如上所述將棒或管嵌于粘結(jié)與固定層中的方式固定。
若盒頭12與底環(huán)13未相互聯(lián)接并固定，在氣體鼓泡或淋洗過程中，當(dāng)流動(dòng)速率超過限定速率時(shí)，增加氣體或水的流動(dòng)速率將抬升底環(huán)從而使中空纖維膜束彎曲，而限定速率取決于中空纖維膜的強(qiáng)度、中空纖維膜的數(shù)量及中空纖維膜的長(zhǎng)度。
當(dāng)僅有一個(gè)棒或管被用于聯(lián)接和固定時(shí)，應(yīng)力集中于一點(diǎn)且盒抵抗橫向彎曲和扭曲的能力不足。這一現(xiàn)象在長(zhǎng)期過濾操作中是顯著的且?guī)砺闊貏e是當(dāng)盒的直徑較大時(shí)。
對(duì)于用于聯(lián)接和固定的棒或管的尺寸，棒或管的當(dāng)量直徑范圍為2-30mm。此處，當(dāng)量直徑的定義為4X(流徑截面積)/(周長(zhǎng))。用于聯(lián)接和固定的棒或管的截面形狀選自多邊形(如，三角形，四邊形和六邊形)，圓形，卵形，扇形，C形，星形等。棒或管特別優(yōu)選地具有圓形的截面形狀。棒或管的數(shù)量為2-30，且其取決于盒的截面積和纖維數(shù)量。
盡管棒或管的尺寸和數(shù)量的確定應(yīng)使棒或管可經(jīng)受使用或處理過程所施加的機(jī)械負(fù)荷，其優(yōu)選應(yīng)盡可能少，因?yàn)槿羲_定的尺寸和數(shù)量太大，棒或管占據(jù)大的面積，導(dǎo)致每單位面積的膜面積變小。為將其最小化，多個(gè)棒或管的放置是一個(gè)重要的參數(shù)。即，棒或管的放置優(yōu)選使其在氣體鼓泡或沖洗過程中均一地受到來自下方的力。例如，棒或管優(yōu)選以規(guī)則的間隔在纖維束的外圍擺放或使其分散在纖維束中放置。特別地，當(dāng)棒或管放置在鄰近纖維束外圍的位置時(shí)，處理盒時(shí)可抓住這些棒或管，從而便其易處理性大大提高。另外，即使棒或管僅占據(jù)小的面積，也可確保具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度以對(duì)抗彎曲和扭曲。因此，特別優(yōu)選將棒或管放置在鄰近纖維束外圍的位置。所謂“鄰近外圍”指纖維束的內(nèi)側(cè)部分，其自纖維束的外圍表面延伸纖維束的直徑的四分之一的距離。
為將用于聯(lián)接與固定的棒或管固定于盒頭一側(cè)的粘結(jié)層11及底環(huán)一側(cè)的粘結(jié)層14，可采用例如以下方法將棒或管用粘結(jié)劑與中空纖維膜束固定在一起的方法；預(yù)先在盒頭與底環(huán)中鉆孔以將用于聯(lián)接與固定的棒或管插入其中，將用于聯(lián)接與固定的棒或管插入孔中，并將棒或管與中空纖維膜束粘結(jié)并固定在一起的方法；及將棒或管固定在盒頭與底環(huán)的外圍的方法。將棒或管與中空纖維膜一同粘結(jié)并固定在粘結(jié)與固定層是適宜的。
對(duì)于用于本發(fā)明的中空纖維膜3a，從孔尺寸的角度可選擇反滲透膜，納米過濾膜，超濾膜和微量過濾膜。
優(yōu)先選擇柔性中空纖維膜作為中空纖維膜3a，因?yàn)槠渖踔猎谏倭繗怏w的情況下仍可產(chǎn)生足夠的洗滌效果。
特別地，中空纖維膜的拉伸模量?jī)?yōu)選小于90MPa且不小于10MPa，更優(yōu)選不高于70MPa且不小于10MPa，更優(yōu)選不高于60MPa且不小于10MPa。拉伸模量是使用如下測(cè)量方法得到的值且針對(duì)使用中的膜，即，濕狀態(tài)下的膜進(jìn)行測(cè)量所得值。詳細(xì)地，拉伸模量的測(cè)量是將膜用張力測(cè)量?jī)x拉伸，條件為卡盤間距為50mm，拉伸速率為200mm/min，通過將伸長(zhǎng)為0.1％時(shí)的負(fù)荷與伸長(zhǎng)為5％時(shí)的負(fù)荷外推得到伸長(zhǎng)為100％時(shí)的負(fù)荷，并將伸長(zhǎng)為100％時(shí)的負(fù)荷除以中空纖維膜的截面積即可。
用于制造中空纖維膜3a的材料沒有特別限制且包括聚砜，聚醚砜，聚丙烯腈，聚酰亞胺，聚醚酰亞胺，聚酰胺，聚醚酮，聚醚醚酮，聚乙烯，聚丙烯，聚(4-甲基戊烯)，乙烯-乙烯醇共聚物，纖維素，乙酸纖維素，聚(偏氟乙烯)，乙烯-四氟乙烯共聚物，聚四氟乙烯，等。也可使用其復(fù)合材料。在上述例舉的物質(zhì)中，優(yōu)選聚乙烯，聚丙烯，乙烯-乙烯醇共聚物，纖維素，聚(偏氟乙烯)等，因?yàn)橛伤鼈兛扇菀椎氐玫骄哂腥缟戏秶睦炷Ａ康哪ぁ?br> 對(duì)于中空纖維膜的形狀，適合使用內(nèi)徑50-3000μm，優(yōu)選500-2000μm，且內(nèi)外徑比為0.3-0.8的中空纖維膜。
另外，優(yōu)選中空纖維膜具有波紋。當(dāng)用氣體鼓泡法洗去附著于中空纖維膜外表面上累積的物質(zhì)時(shí)，中空纖維膜的表面受到中空纖維膜間的接觸或中空纖維膜與腔體內(nèi)壁表面的接觸產(chǎn)生的磨擦，從而在某些情況下使水透過性劣化。若中空纖維有波紋，接觸表面會(huì)減少，從而可使磨擦導(dǎo)致的水透過性的劣化顯著降低。另外，若中空纖維膜有波紋，波紋可表現(xiàn)出這樣的效果，即從膜表面清洗下來的累積的物質(zhì)容易從膜束中排出。
波紋的形式，即，波化度以中空纖維束的卷曲度表述。卷曲度優(yōu)選小于2.5并不小于1.5。若卷曲度小于1.5，抑制磨擦現(xiàn)象和累積物質(zhì)的排出不充足。若卷曲度不小于2.5，會(huì)產(chǎn)生缺點(diǎn)，如，其使束的外徑增加，導(dǎo)致盒的粘結(jié)與固定部分的尺寸增大。此處所用名詞“卷曲度”指如下過程所得值將1000根中空纖維膜整齊地束好，用一個(gè)厚200μm寬40mm的PET膜纏在中空纖維膜束周圍，在PET膜一端接有一個(gè)彈簧秤，通過拉伸彈簧秤施加1Kg負(fù)荷的同時(shí)測(cè)量中空纖維膜束的周長(zhǎng)，并通過下式計(jì)算值卷曲度＝(周長(zhǎng)[m]/π)2/((中空纖維膜外徑[m])2X中空纖維膜數(shù)量)在本發(fā)明盒中，中空纖維膜優(yōu)選以略為松散的狀態(tài)固定。這一松散的狀態(tài)以如下所述松散率表達(dá)。松散率優(yōu)選為0.1-10％，特別是1-5％。若松散率低于0.1％，氣體鼓泡過程中中空纖維的振動(dòng)受到限制，從而使膜表面洗滌效果變小的趨勢(shì)被加強(qiáng)。若松散率高于10％，中空纖維膜間距的增加是無用的，且從而使其與氣泡的接觸效率降低，故膜表面的洗滌效果傾向于弱化。
名詞“松散率”指下列測(cè)量所得百分比在保持盒水平的情況下，測(cè)量中空纖維膜束在與水接觸狀態(tài)的偏轉(zhuǎn)距離L2，其取決于束自身的重量，并用L2除以L1，即盒頭與底環(huán)之間粘合界面(盒中心一側(cè)表面)的間距，它們通過棒或管固定。松散率用下式表示松散率＝(L2/L1)×100對(duì)于本發(fā)明所用粘結(jié)劑，優(yōu)選使用聚合物質(zhì)如環(huán)氧樹脂，尿烷樹脂，環(huán)氧丙烯酸酯樹酯，硅酮樹脂等。其中特別優(yōu)選尿烷樹脂，因?yàn)樗鼈兊姆磻?yīng)可在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)完成。在用這樣的粘結(jié)劑固定的盒頭中，粘結(jié)與固定部分應(yīng)具有這樣的耐壓性即粘結(jié)與固定部分可經(jīng)受使用過程中產(chǎn)生的差壓。為達(dá)此目的，粘結(jié)劑優(yōu)選具有適當(dāng)?shù)挠捕取Ａ硪环矫?，有些情況下中空纖維膜會(huì)由于氣體鼓泡時(shí)的振動(dòng)而在膜的粘結(jié)界面處破裂。通過使用具有適當(dāng)柔軟度的粘結(jié)劑可防止這一膜的破裂。因此，為得到使用所需必要且充足的耐壓性并防止膜的破裂，優(yōu)選使用具有如下特點(diǎn)的粘結(jié)劑，其在工作溫度范圍內(nèi)具有30D-70D的硬度。此處所用名詞“硬度”指將Shore硬度計(jì)壓在基本光滑的樣品表面10秒所測(cè)得的值。若該值高于70D，在中空纖維膜的粘結(jié)界面處膜破裂發(fā)生的趨勢(shì)被加強(qiáng)。若該值低于30D，耐壓性不足，從而在某性情況下使粘結(jié)與固定部分損壞而造成泄漏。
對(duì)于粘結(jié)方法，可采用已知的方法如離心粘結(jié)方法，靜置粘結(jié)方法等。當(dāng)希望改善塑化收縮及粘結(jié)劑強(qiáng)度時(shí)，可向上文列舉的粘結(jié)劑中加入纖維物質(zhì)如玻璃纖維或碳纖維，或炭黑、氧化鋁、氧化硅等的細(xì)粉未。
用于本發(fā)明的盒頭12、底環(huán)13及聯(lián)接棒或管3b的材質(zhì)無特別限制，且可相同或不同。熱塑性樹脂、不銹鋼和復(fù)合材料如纖維強(qiáng)化的塑料是優(yōu)選使用的材質(zhì)。
對(duì)于熱塑性樹脂，可使用聚砜，聚醚砜，聚酰亞胺，聚醚酰亞胺，聚酰胺，聚醚酮，聚醚醚酮，聚乙烯，聚丙烯，聚(4-甲基戊烯)，聚(偏氟乙烯)，乙烯-四氟乙烯共聚物，聚四氟乙烯，聚碳酸酯，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS樹脂)，聚苯醚等。對(duì)于不銹鋼，可使用SUS304，SUS316等。
盒頭12的作用不僅是作為將中空纖維膜盒4懸掛在罐式過濾設(shè)備或支架式過濾設(shè)備的組件腔中的固定部分，還可作為分離未處理水與過濾水的密封部分。因此，盒頭12被加工為適于懸掛、固定和密封結(jié)構(gòu)的形狀。例如，可在盒頭12的外圍提供在徑向上伸出外側(cè)的水平差、溝槽或套環(huán)。盒頭12的形狀的適合的例子示于圖9-11。
雖然盒頭12徑向部分的截面形狀可為圓形，正方形，六邊形，卵形等，從盒頭12與其粘結(jié)與固定部分之間的密封性能及易于制造過濾罐的角度，其優(yōu)選為圓形。
本發(fā)明底環(huán)一側(cè)的粘結(jié)與固定層14中所提供的流通孔道14a是在粘結(jié)與固定層本身當(dāng)中制成的孔道。對(duì)于流通孔道的尺寸，其當(dāng)量直徑范圍優(yōu)選為2-30mm，特別是5-25mm。若當(dāng)量直徑小于2mm，某些情況下未處理水中的懸浮物質(zhì)附著于流通孔道中并將其堵塞。這一趨勢(shì)特別在處理含有高濃度懸浮物質(zhì)時(shí)會(huì)增加，例如用于活性淤漿處理的水。因此，當(dāng)量直徑優(yōu)選應(yīng)調(diào)節(jié)至5mm或更高。若當(dāng)量直徑高于30mm，難以將氣泡均勻地引入整個(gè)膜束中，故而使用氣體的效率傾向于降低。此處，當(dāng)量直徑的定義為4X(流徑截面積)/(周長(zhǎng))。流通孔道的形狀可為多邊形(如，三角形，四邊形和六邊形)，圓形，卵形，扇形，C形，星形等的任何一種。
盡管流通孔道的數(shù)量取決于盒的截面積和纖維數(shù)量，其大約為2-300，優(yōu)選5-100，更優(yōu)選10-60。
至于特定粘結(jié)與固定部分中流通孔道的位置，流通孔道應(yīng)當(dāng)在中空纖維膜束中。若流通孔道在中空纖維膜束外，從流通孔道中升起的氣泡與中空纖維膜的接觸不充分，從而使所供給氣體的使用效率降低。對(duì)于流通孔道的位置，特別優(yōu)選地應(yīng)分散流通孔道以使一個(gè)或多個(gè)中空纖維膜肯定能夠出現(xiàn)在一個(gè)流通孔道和至少一個(gè)其他流通孔道之間。其更優(yōu)選在中空纖維束的中心部分形成許多流通孔道。例如，優(yōu)選形成流通孔道以使其分散在粘結(jié)與固定部分中，位于多元環(huán)與放射線的交叉處、網(wǎng)格的交叉處、或多個(gè)等邊三角形的頂點(diǎn)處。圖7所示為流通孔道被呈放射線狀排布于中空纖維膜束中的情況，且對(duì)一特定的流通孔道，任一中空纖維膜不一定出現(xiàn)在某一對(duì)流通孔道之間，但一個(gè)或多個(gè)中空纖維膜出現(xiàn)在另一對(duì)流通孔道之間。通過如上所述地放置所提供的適當(dāng)?shù)牧魍椎篱g距，被剝離的懸浮的物質(zhì)可在氣體鼓泡后通過進(jìn)水管被有效地排出，例如，支架式過濾設(shè)備的組件中。圖8所示為當(dāng)流通孔道的放置使一個(gè)或多個(gè)中空纖維膜出現(xiàn)在每一對(duì)流通孔道中的情況。通過這樣放置流通孔道，所引入氣體的使用效率可被增加，因此即使使用少量的氣體也可取得所需的洗滌效果。
本發(fā)明中，底環(huán)13優(yōu)選伸出中空纖維膜3a之外以形成一個(gè)外緣部分，且優(yōu)選其固定在中空纖維束的外圍以形成氣體層14b，其被底環(huán)的粘結(jié)與固定層所環(huán)繞。盡管底環(huán)13伸出中空纖維膜頂端部分的長(zhǎng)度取決于盒的直徑、所施加氣體的體積和流通孔道的直徑及數(shù)量，但為防止氣體的擴(kuò)散與損失，其優(yōu)選為5-200mm。若所述部分太長(zhǎng)，盒的總長(zhǎng)度太長(zhǎng)，導(dǎo)致形成無用空間。若所述部分太短，供入盒中的氣體傾向于在橫向擴(kuò)散并損失，從而不能有效地被引入流通孔道?？梢源蜷_外緣部分的底部并從底部之下引入氣體。也可在下部聯(lián)接一個(gè)可移開的蓋子以封住外緣部分的下部，并通過直接將供氣裝置與蓋子和/或形成外緣的伸出部分相連將氣體引入氣體層14b。
底環(huán)13徑向部分的截面形狀可為圓形，方形，六邊形，卵形等。若將該盒固定在過濾罐中，截面形狀優(yōu)選與盒頭相同，且特別優(yōu)選將圓形作為截面形狀。
本發(fā)明中空纖維膜盒可如下制造。一束中空纖維膜，其中空部分在束的一端封住，和用于聯(lián)接與固定的管被插入盒頭12，向盒頭12中加入粘結(jié)劑以將中空纖維膜彼此粘結(jié)并固定，將用于聯(lián)接與固定的管和中空纖維膜束粘結(jié)并固定在盒頭12上，以使液體通路無法進(jìn)入或流出。中空纖維膜與粘結(jié)與固定層一同切割以開放中空纖維膜的頂端。
中空纖維膜的另一端與用于聯(lián)接與固定的管一同插入底環(huán)中，其中空部分不封閉，而預(yù)制的用于形成流通孔道14a的棒、管或盤置于中空纖維膜束中。然后將粘結(jié)劑加入底環(huán)將中空纖維膜彼此粘結(jié)并固定，將用于聯(lián)接與固定的管和中空纖維膜束粘結(jié)并固定在底環(huán)13上。在此情況下，中空纖維膜頂端的中空部分同時(shí)被粘結(jié)劑密封。其后，從粘結(jié)與固定層中取出形成流通孔道14a的棒、管或盤以形成流通孔道14a。
也可象下述這樣將形成流通孔道14a的棒、管或盤置于中空纖維膜束中，繼而粘結(jié)并固定，取出形成流通孔道的裝置，其后將底環(huán)13通過粘結(jié)或焊接固定在粘結(jié)與固定層的外圍。
下面解釋將本發(fā)明的中空纖維膜盒懸掛、固定于其中的罐式過濾設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例(圖1)。
圖1中，數(shù)字1代表用于過濾所送入的未處理水的罐式過濾設(shè)備，其可用于減少大量未處理水，如河水，湖水，地下水，海水，生活廢水或工業(yè)廢水中污物和細(xì)菌的水處理。
罐式過濾設(shè)備1的過濾罐2由罐主體2a和蓋2b組成，分配盤6通過焊接等方式固定在罐主體2a的內(nèi)壁的預(yù)定的高度上，以使液體通路無法進(jìn)入或流出。罐主體2a和分配盤6形成的空間形成了水進(jìn)料倉7。分配盤6、蓋2b和密封墊9形成了處理后水倉10。
如上所述，過濾罐2的內(nèi)部被固定在過濾罐2中的分配盤6分割成兩個(gè)倉，且本發(fā)明的各中空纖維膜盒4懸掛在水進(jìn)料倉7中，其一端固定在分配盤6上。
固定并懸掛著中空纖維盒4的分配盤6被制成預(yù)定的厚度以使其具有足夠的強(qiáng)度承受中空纖維膜盒和水壓所施加的負(fù)荷。在分配盤6的預(yù)定的位置上形成了多個(gè)用于插入中空纖維膜盒4的通道6a。
在分配盤6各通道6a的下部，在徑向上形成突出于通道6a的突緣6b，且中空纖維膜盒4頂上端外圍所提供的盒頭12的底端被突緣6b抓住以懸掛并固定中空纖維膜盒4。作為另一個(gè)實(shí)施方案，也可如下進(jìn)行在盒頭形成一個(gè)在徑向上伸出的套環(huán)，且其底側(cè)通過一個(gè)墊圈與分配盤6的上表面接觸以懸掛并固定中空纖維膜盒。
O形環(huán)15放入分配盤6的各通道6a壁表面上形成的槽6c中，盒頭12的外壁表面通過壓焊與O形環(huán)接合，由此使盒頭12與分配盤6相接以使液體通路無法進(jìn)入或流出?？稍诤蓄^12上形成配合O形環(huán)15的槽。
盒頭12的上邊緣面被錨定部件16錨定，該部件在分配盤的各通道6a的壁表面上提供，因此可以移動(dòng)，從而使盒頭12固定在分配盤6上且中空纖維膜盒4穩(wěn)定地放置于過濾罐2中。
在上述結(jié)構(gòu)中，使用罐式過濾設(shè)備1進(jìn)行過濾操作時(shí)，未處理水通過過濾罐2的罐主體2a下部所提供的水進(jìn)料管線2c被泵(未示出)送入水進(jìn)料倉7至充滿水進(jìn)料倉7，然后被送至各中空纖維膜3a的外圍表面。
接近各中空纖維膜3a的外圍的未處理水在壓力下從外側(cè)至內(nèi)側(cè)濾過中空纖維膜3a，濾過水通過中空纖維膜3a開放的上端引入處理后水倉10。積存在處理后水倉10中的濾過水通過蓋2b上部所提供的處理后水出口2d送出過濾罐2。
作為另一個(gè)操作方法，可采用在未處理水充滿水進(jìn)料倉7同時(shí)，由一個(gè)抽水機(jī)(未示出)減壓后將空氣通過處理后水出口2d吸入處理后倉10中實(shí)施過濾的方法。
當(dāng)使用濾過水對(duì)中空纖維膜3a進(jìn)行反沖洗時(shí)，濾過水通過處理后水出口2d引入并允許其反向流入水進(jìn)料倉7以排出累積在中空纖維膜3a外壁上的懸浮的物質(zhì)(無法透過膜的物質(zhì))，而后其通過水進(jìn)料管線2c排出過濾罐2。
若對(duì)中空纖維膜3a進(jìn)行氣體鼓泡，首先氣體通過罐主體2a下部提供的氣體進(jìn)口管線2f被引入水進(jìn)料倉7，此時(shí)水進(jìn)料倉7充滿未處理水。氣體通過噴嘴5a以氣泡形式流入充滿未處理水的水進(jìn)料倉7，并通過各底環(huán)13，然后通過粘結(jié)與固定層14的流通孔道14a以振動(dòng)中空纖維膜3a。由此，氣體將附著在中空纖維膜3a表面的懸浮物質(zhì)剝離。積存在水進(jìn)料倉7上部的氣體通過罐主體2a上部提供的氣體出口管線2g被排出過濾罐2。在上述氣體鼓泡過程中，由于盒頭一側(cè)的粘結(jié)與固定層11與底環(huán)一側(cè)的粘結(jié)與固定層14由中空纖維膜盒4中的不銹鋼管3b彼此聯(lián)接并固定，無論氣體流率大小，底環(huán)13既不會(huì)從與噴嘴5a對(duì)應(yīng)的位置升起也不會(huì)移開，從而可以進(jìn)行滿意的洗滌。
在上述氣體鼓泡操作中，例如，首先提供空氣、氮?dú)饣蜓鯕?，此時(shí)水進(jìn)料倉7充滿未處理水，即，未處理水靜止且留在水進(jìn)料倉7中。氣體鼓泡后，進(jìn)行上述反沖洗操作將濾過水從處理后水出口2d送入以洗去如上所述剝離的懸浮的物質(zhì)。含有懸浮的被剝離物質(zhì)的濾過水通過水進(jìn)料管線2c排出過濾罐2并存放在廢水罐中(未示出)。
首先進(jìn)行的可以是氣體鼓泡操作，也可是反沖洗操作。它們也可同時(shí)進(jìn)行。若反沖洗操作和氣體鼓泡操作同時(shí)進(jìn)行，易于與中空纖維膜的擺動(dòng)同時(shí)發(fā)生的膜外表的磨擦，可如所希望地被阻止。上述反沖洗操作和氣體鼓泡操作的施行頻率優(yōu)選取決于對(duì)過濾操作穩(wěn)定性的監(jiān)測(cè)。
以下，解釋包含懸掛并固定在濾過水高位管線上的中空纖維膜盒的罐式過濾設(shè)備(圖4)的實(shí)施例。
圖4中，各中空纖維膜盒4利用在盒頭12外圍提供的盒頭套環(huán)12a和穿過墊圈19的夾扣20懸掛并固定在支管18上，該支管是從濾過水高位管線17分支出來的。
在上述結(jié)構(gòu)中，在使用罐式過濾設(shè)備1進(jìn)行過濾操作時(shí)，未處理水通過過濾罐2的罐主體2a下部所提供的水進(jìn)料管線2c被泵(未示出)送入水進(jìn)料倉7至充滿水進(jìn)料倉7，然后被送至各中空纖維膜3a的外圍表面。接近各中空纖維膜3a的外圍的未處理水在壓力下從外側(cè)至內(nèi)側(cè)濾過中空纖維膜3a，濾過水通過中空纖維膜3a開放的上端及支管18引入濾過高位水管線17。在處理水高位水管中的濾過水通過罐主體2a提供的處理后水出口2d排出過濾罐2。
未濾過中空纖維膜3a的濃縮水從過濾罐2上部提供的蓋2b的濃縮水出口2g排出過濾罐2。
當(dāng)使用濾過水對(duì)中空纖維膜3a進(jìn)行反沖洗時(shí)，濾過水通過處理后水出口2d引入并允許其反向流入水進(jìn)料倉7以排出累積在中空纖維膜3a外壁上的懸浮的物質(zhì)(無法透過膜的物質(zhì))，而后其通過濃縮水出口2g排出過濾罐2。
若對(duì)中空纖維膜3a進(jìn)行氣體鼓泡，首先使氣體通過罐主體2a下部提供的氣體進(jìn)口管線2f被引入水進(jìn)料倉7，此時(shí)水進(jìn)料倉7充滿未處理水。氣流通過噴嘴5a以氣泡形式流入充滿未處理水的水進(jìn)料倉7，并通過粘結(jié)與固定層14的流通管道14a進(jìn)入底環(huán)13而被引導(dǎo)至各中空纖維膜3a的外圍，從而攪動(dòng)中空纖維膜3a束中的水并擺動(dòng)中空纖維膜3a。由此，氣體將附著在中空纖維膜3a表面的懸浮物質(zhì)剝離。用以擺動(dòng)中空纖維膜3a的氣體通過蓋2b提供的濃縮水出口2g排出過濾罐2。
首先進(jìn)行的可以是氣體鼓泡操作，也可是反沖洗操作。它們也可同時(shí)進(jìn)行。若反沖洗操作和氣體鼓泡操作同時(shí)進(jìn)行，易于與中空纖維膜的擺動(dòng)同時(shí)發(fā)生的膜外表面的磨擦，可如所希望地被阻止。上述反沖洗操作和氣體鼓泡操作的施行頻率優(yōu)選取決于對(duì)過濾操作穩(wěn)定性的監(jiān)測(cè)。
在上述氣體鼓泡過程中，由于盒頭一側(cè)的粘結(jié)與固定層11與底環(huán)一側(cè)的粘結(jié)與固定層14由中空纖維膜盒4中的SUS管3b彼此聯(lián)接并固定，無論氣體流率大小，底環(huán)13既不會(huì)從與噴嘴5a對(duì)應(yīng)的位置升起也不會(huì)移開，從而可以進(jìn)行滿意的洗滌。
以下，解釋一個(gè)用于支架式過濾設(shè)備(圖5和圖6)的組件的實(shí)施例，其中含有懸掛并固定于其中的本發(fā)明的中空纖維膜盒。此處所用名詞“組件”指含有下述部件的集合體外殼，其中具有至少一個(gè)進(jìn)水管線，殼的上部提供一個(gè)尾端開放的部分，和中空纖維膜盒，其中中空纖維膜盒插入殼中并固定在殼的上部所提供的尾端開放的部分，以成為可移動(dòng)的和以使液體通路無法進(jìn)入或流出。
殼2a在其下部有進(jìn)水管線2c，而在上部殼頂21b配備有濃縮水噴嘴22。殼頂為雙管結(jié)構(gòu)，其中殼頂內(nèi)壁有一個(gè)頂部開口，其通過外壁內(nèi)側(cè)由內(nèi)壁與外壁形成的空間與濃縮水噴嘴22相聯(lián)。盒放置在內(nèi)壁內(nèi)側(cè)。
本發(fā)明中空纖維膜盒從上方插入殼中并通過盒的套環(huán)12a，穿過墊圈或O形環(huán)固定在殼頂上端以使液體通路無法進(jìn)入或流出。盒的套環(huán)12a和帶有處理后水出口管2d的蓋子由O形環(huán)25彼此固定以使液體通路無法進(jìn)入或流出。殼頂21b、套環(huán)12a和蓋24通過殼螺帽23固定為一個(gè)整體。
在上述結(jié)構(gòu)中，在使用支架式過濾設(shè)備進(jìn)行過濾操作時(shí)，未處理水通過水進(jìn)料管線(未示出)和進(jìn)料水入口2c用泵送入殼21a中并充滿至底環(huán)13，然后通過流通孔道14a被送至各中空纖維膜3a的外圍表面。
接近各中空纖維膜3a的外圍的未處理水在壓力下從外側(cè)至內(nèi)側(cè)濾過中空纖維膜3a，濾過水通過中空纖維膜3a開放的上端引入蓋24。引入蓋24的濾過水通過支架式過濾設(shè)備的濾過水管線(未示出)和濾過水出口2d排出支架式過濾設(shè)備。部分引至中空纖維膜3a的外圍表面的未處理水可通過頂部開口27引至濃縮水噴嘴22處以返回設(shè)備的循環(huán)罐或通過濃縮水出口2g至未處理水罐(未示出)。
當(dāng)使用濾過水對(duì)中空纖維膜3a進(jìn)行反沖洗時(shí)，濾過水通過處理后水出口2d引入并允許其反向流入殼21a以排出累積在中空纖維膜3a外壁上的懸浮的物質(zhì)(無法透過膜的物質(zhì))，而后其通過頂部開口27和濃縮水噴嘴22排出殼21a。也可將用允許流回的濾過水洗滌所得的含有懸浮物質(zhì)的水，通過底環(huán)13中的流通管道14a及下部的進(jìn)料水出口2c排出。
若對(duì)中空纖維膜3a進(jìn)行氣體鼓泡，首先使氣體通過聯(lián)接至進(jìn)料水進(jìn)口2c下部的管所提供的氣體進(jìn)口(未示出)被引入底環(huán)13，此時(shí)腔21a充滿未處理水或?yàn)V過水。供給的氣體流過粘結(jié)與固定層14的流通管道14a并停留在底環(huán)13下部提供的外圍部分，以擺動(dòng)中空纖維膜3a。由此，氣體將附著在中空纖維膜3a表面的懸浮物質(zhì)剝離。也可將上述反沖洗過程與氣體鼓泡過程同時(shí)進(jìn)行，并通過濃縮水噴嘴22將洗出物排出腔外。此時(shí)，易于與中空纖維膜的擺動(dòng)同時(shí)發(fā)生的膜表面的磨擦，可如所希望地被阻止。
然后，如果需要可進(jìn)行淋洗。此處所用名詞“淋洗”指將上述氣體鼓泡過程剝離的懸浮物質(zhì)從腔體中排出的步驟。淋洗的進(jìn)行通常是將未處理水從進(jìn)料水入口2c引入并將其從濃縮水噴嘴22排出。
在上述氣體鼓泡過程中，由于盒頭一側(cè)的粘結(jié)與固定層11與底環(huán)一側(cè)的粘結(jié)與固定層14由中空纖維膜盒4中的不銹鋼管3b彼此聯(lián)接并固定，無論氣體流率大小，底環(huán)13不會(huì)升起，從而可以進(jìn)行滿意的洗滌。
以下描述涉及本發(fā)明中空纖維盒的特定實(shí)施例。中空纖維膜A在Henschel攪拌器中加入23wt％平均初級(jí)粒徑為0.016μm，比表面積為110m2/g(商標(biāo)為Aerosil R970，由Nippon Aerosil Co.，Ltd.生產(chǎn))的憎水氧化硅，30.8wt％鄰苯二甲酸二辛酯和6.2wt％鄰苯二甲酸二丁酯，并將其混合，而后向其中加入40wt％重均分子量為242,000的PVdF(商標(biāo)為Kureha KF Polymer#1000，由Kureha Chemical IndustryCo.，Ltd.生產(chǎn))，再用Henschel攪拌器混合。
所得混合物通過以下過程成形為中空纖維使用中空纖維生產(chǎn)設(shè)備，將混合物以20m/min的速率通過空氣熔融-擠出至40℃的水浴中，其中在30mmΦ雙螺桿擠出機(jī)上配備中空纖維形狀的紡絲孔。成形產(chǎn)品使用具有可調(diào)間隙的海綿帶式取出機(jī)以20m/min的速率連續(xù)地取下，通過一個(gè)空間溫度被控制在40℃的熱浴，并通過與上述一樣的取出機(jī)以40m/min的速率取下，拉伸率為2.0。所得中空纖維膜通過一個(gè)空間溫度被控制在80℃的熱浴，并以如下方式進(jìn)行冷卻其連續(xù)地被放置在冷水浴表面的一對(duì)不平的滾筒夾住，其后被拉伸的纖維以30m/min的速率由海綿帶式取出機(jī)取下，其收縮至中空纖維原始長(zhǎng)度的1.5倍，并被繞成一卷。
繼而，將繞好的中空纖維膜浸入30℃的二氯甲烷中1小時(shí)，并重復(fù)三次以從膜中萃取鄰苯二甲酸二辛酯和鄰苯二甲酸二丁酯，而后將膜干燥。其后，將中空纖維膜浸入50％乙醇水溶液中30分鐘，之后在水中30分鐘以被水濕潤(rùn)，然后浸入40℃的5％氫氧化鈉水溶液1小時(shí)并重復(fù)兩次，以從膜中萃取出憎水性氧化硅，如此處理的膜用60℃熱水洗滌12小時(shí)，然后干燥。
這樣得到的中空纖維膜外徑為1.25mm，內(nèi)徑為0.65mm，純水透過率為6,000升/m2/小時(shí)/0.1MPa，拉伸模量為19.6MPa，卷曲度為1.68。中空纖維膜B上述中空纖維膜A在140℃的爐中熱處理2小時(shí)。所得中空纖維膜外徑為1.24mm，內(nèi)徑為0.65mm，純水透過率為5,300升/m2/小時(shí)/0.1MPa，拉伸模量為40.2MPa，卷曲度為1.72。中空纖維膜C用國(guó)際專利公開WO00/63122所述方法，得到本文實(shí)施例1中按此文獻(xiàn)制成的PVdF中空纖維膜。這些中空纖維膜拉伸模量為77.3MPa，卷曲度為1.74。中空纖維膜D通過國(guó)際專利公開WO97/03677所述方法，得到本文實(shí)施例1中按此文獻(xiàn)制成的聚砜中空纖維膜。這些中空纖維膜拉伸模量為100MPa，筆直無波紋，卷曲度為1.45。中空纖維膜E通過JP-A-03-42025所述方法，得到本文實(shí)施例1中按此文獻(xiàn)制成的聚砜中空纖維膜。這些中空纖維膜拉伸模量為50MPa，筆直無波紋，卷曲度為1.47。
使用6,400根上述中空纖維膜B制得盒，其含有示于圖10的帶有平型套環(huán)的盒頂，示于圖8的具有26個(gè)11mmΦ流通孔道和長(zhǎng)度為40mm的突出部分的底環(huán)，和兩個(gè)外徑10mm，厚1mm的不銹鋼管。如圖8所示，該管在中空纖維束中位于其最外側(cè)并通過使用雙包裝的熱固性尿烷樹脂(商標(biāo)為SA-6332A2/SA-6330B5，由SUNYURECK生產(chǎn))與中空纖維膜粘結(jié)并固定。盒頂與底環(huán)均由ABS制成，所用粘結(jié)劑的Shore硬度值在5℃和40℃下分別為65D和40D。
盒頂與底環(huán)的外徑分別為167mm和150mm。盒頂與底環(huán)中粘結(jié)層厚度分別為65mm和30mm。中空纖維膜的有效長(zhǎng)度為2,010mm而膜的松散度為4％。
盒頂可通過抓住兩個(gè)管子輕松地搬運(yùn)。
該盒置于圖5所示殼中，蓋通過使用殼螺帽與盒及殼相聯(lián)。如圖10所示，聯(lián)接處蓋由兩個(gè)插入殼和蓋與盒頭之間的O形環(huán)固定，以使液體通路無法進(jìn)入或流出。
上述組件固定于支架式過濾設(shè)備中并用Fuji河水作為未處理水進(jìn)行過濾測(cè)試。操作條件如下所述。
過濾水體積2.7m3/m2/天。
濃縮水體積過濾水體積的一半。
反沖洗水體積過濾水體積的1.5倍。
氣體(空氣)流速0.3ml/秒/纖維膜。
淋洗水體積2m3/小時(shí)。
操作循環(huán)過濾28.5分鐘-反沖洗/氣體鼓泡(同時(shí)進(jìn)行)1分鐘-淋洗0.5分鐘。
反沖洗時(shí)，反沖洗水在以4mg/升的比例向其中加入次氯酸鈉之后使用。
操作中，反沖洗后可透性膜壓(取其20℃時(shí)值，以下各例相同)逐漸增加并在反沖洗48小時(shí)后達(dá)到40kPa。之后，其變得穩(wěn)定在40至45kPa，甚至在反沖洗1,000小時(shí)后也是如此。
操作過程中水溫為8-13℃，平均污物為3ppm。
操作1,000小時(shí)后，盒被取出并觀察其中的中空纖維膜和粘結(jié)與固定層部分，在其中未發(fā)現(xiàn)異常。
中空纖維膜盒固定于示于圖4的罐式過濾設(shè)備并進(jìn)行過濾試驗(yàn)。操作條件如下所述。
過濾水體積2.4m3/m2/天。
濃縮水體積過濾水體積的一半。
反沖洗水體積過濾水體積的1.5倍。
氣體(空氣)流速0.3ml/秒/纖維膜。
淋洗水體積3m3/小時(shí)。
操作循環(huán)過濾28分鐘-反沖洗/氣體鼓泡(同時(shí)進(jìn)行)1分鐘-淋洗1分鐘。
反沖洗時(shí)，反沖洗水在以4mg/升的比例向其中加入次氯酸鈉之后使用。
操作中，反沖洗后可透性膜壓逐漸增加并在反沖洗48小時(shí)后達(dá)到60kPa。之后，其穩(wěn)定在65至70kPa，甚至在反沖洗1,000小時(shí)后也是如此。
操作過程中水溫為12-16℃，平均污物為3ppm。
操作1,000小時(shí)后，盒被取出并觀察其中的中空纖維膜和粘結(jié)與固定部分，在其中未發(fā)現(xiàn)異常。
該盒可通過抓住彼此相對(duì)的兩個(gè)圓棒輕松地搬運(yùn)。
使用罐式過濾設(shè)備的過濾試驗(yàn)以與實(shí)施例2相同的方式進(jìn)行。
操作中，反沖洗后可透性膜壓逐漸增加并在反沖洗48小時(shí)后達(dá)到40kPa。之后，其穩(wěn)定在40至45kPa，甚至在反沖洗1,000小時(shí)后也是如此。
操作過程中水溫為14-18℃，平均污物為3ppm。
操作1,000小時(shí)后，盒被取出并觀察其中的中空纖維膜和粘結(jié)與固定部分，在其中未發(fā)現(xiàn)異常。
通過將中空纖維膜盒與示于圖11的管相連并將其浸入未處理水罐進(jìn)行減壓過濾。在盒的底環(huán)的突出物上，以距突出物底端10mm處提供一個(gè)流通孔道，將一個(gè)用于提供空氣的噴嘴插入其中并固定，從而使空氣可供應(yīng)至外緣部分之內(nèi)。操作條件如下所述。
過濾水體積2.7m3/m2/天。
反沖洗水體積過濾水體積的1.5倍。
氣體(空氣)流速0.3ml/秒/纖維膜。
操作循環(huán)過濾18分鐘-反沖洗/氣體鼓泡(同時(shí)進(jìn)行)1分鐘-排放0.5分鐘-未處理水進(jìn)料0.5分鐘。
(即，循環(huán)中，過濾以預(yù)定的時(shí)間進(jìn)行，然后同時(shí)進(jìn)行反沖洗與氣體鼓泡，其后未處理水罐中的液體被排出罐外，未處理水送至未處理水罐并將其充滿，隨后開始過濾)。
過濾中，未處理水連續(xù)地送入未處理水罐，體積與過濾水體積相同。反沖洗時(shí)，反沖洗水在以4mg/升的比例向其中加入次氯酸鈉之后使用。
操作中，減壓產(chǎn)生的負(fù)壓值在反沖洗后逐漸增加并在反沖洗48小時(shí)后達(dá)到50kPa。之后，其穩(wěn)定在50至55kPa，甚至在反沖洗1,000小時(shí)后也是如此。
操作過程中水溫為12-16℃，平均污物為5ppm。
操作1,000小時(shí)后，該盒被取出并觀察其中的中空纖維膜和粘結(jié)與固定層，在其中未發(fā)現(xiàn)異常。
用與實(shí)施例4相同的方式進(jìn)行過濾試驗(yàn)。操作過程中水溫為12-16℃，平均污物為5ppm。
操作中，減壓產(chǎn)生的負(fù)壓值在反沖洗后逐漸增加并在反沖洗48小時(shí)后達(dá)到50kPa。之后，其變得穩(wěn)定且在反沖洗500小時(shí)后為55kPa。然后，其趨于逐漸增加，甚至在反沖洗1,000小時(shí)后為65kPa。
操作1,000小時(shí)后，該盒被取出并觀察其中的中空纖維膜和粘結(jié)與固定部分，在其中未發(fā)現(xiàn)異常。
中空纖維膜固定于圖4所示罐式過濾設(shè)備中并進(jìn)行過濾試驗(yàn)。操作條件如下所述。
過濾水體積2.4m3/m2/天。
濃縮水體積過濾水體積的一半。
反沖洗水體積過濾水體積的1.5倍。
氣體(空氣)流速0.2ml/秒/纖維膜淋洗水體積0.7m3/小時(shí)。
操作循環(huán)過濾28分鐘-反沖洗/氣體鼓泡(同時(shí)進(jìn)行)1分鐘-淋洗1分鐘。
反沖洗時(shí)，反沖洗水在以4mg/升的比例向其中加入次氯酸鈉之后使用。
操作中，反沖洗后可透性膜壓逐漸增加并在反沖洗48小時(shí)后達(dá)到50kPa。之后，其穩(wěn)定在55至60kPa，甚至在反沖洗1,000小時(shí)后也是如此。
操作過程中水溫為12-16℃，平均污物為3ppm。
操作1,000小時(shí)后，該盒被取出并觀察其中的中空纖維膜和粘結(jié)與固定部分，在其中未發(fā)現(xiàn)異常。
用與實(shí)施例6相同的方式進(jìn)行過濾試驗(yàn)。
操作中，反沖洗后可透性膜壓逐漸增加并在反沖洗48小時(shí)后達(dá)到40kPa。之后，其逐漸增加并在反沖洗500小時(shí)后為90kPa，并在反沖洗1,000小時(shí)后達(dá)到140kPa。
操作過程中水溫為12-16℃，平均污物為3ppm。
操作1,000小時(shí)后，該盒被取出并觀察其中的中空纖維膜和粘結(jié)與固定部分，在其中未發(fā)現(xiàn)異常。
用與實(shí)施例1相同的方式進(jìn)行過濾試驗(yàn)。
操作中，反沖洗后可透性膜壓逐漸增加并在反沖洗48小時(shí)后達(dá)到80kPa。之后，其逐漸增加，并在反沖洗500小時(shí)僅為100kPa，并在反沖洗1,000小時(shí)后達(dá)到130kPa。
操作過程中水溫為12-10℃，平均污物為3ppm。
操作1,000小時(shí)后，該盒被取出并觀察其中的中空纖維膜和粘結(jié)與固定部分，在其中未發(fā)現(xiàn)異常。
重復(fù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)于5年的工作時(shí)間的包括過濾、反沖洗/氣體鼓泡和淋洗組成的循環(huán)后，所用為與實(shí)施例1所述相同的操作循環(huán)，該盒被取出并觀察，未發(fā)現(xiàn)其中的中空纖維膜、盒頂?shù)恼辰Y(jié)與固定層等有異常。對(duì)比例1用與實(shí)施例2相同的方式制造盒，不同之處在于使用結(jié)構(gòu)示于JP-A-10-137552中圖4和圖6的底環(huán)，在盒中心放置一個(gè)25mmΦPVC管并使用中空纖維膜D。底環(huán)中流通孔道開口位置距離位于中心的PVC管5mm處，其寬度為10mm。中空纖維膜束所占面積與實(shí)施例2中相同。盒中中空纖維膜的松散率為0.5％。
由于盒中間無法抓住，在搬運(yùn)時(shí)必須使用兩個(gè)人分別抓住盒頂和底環(huán)。
當(dāng)使用所述盒進(jìn)行與實(shí)施例2相同的過濾測(cè)試時(shí)，反沖洗后膜內(nèi)壓差迅速增加并在反沖洗400小時(shí)后達(dá)到300kPa，因此操作不可避免地被中止。對(duì)比例2用與實(shí)施例1相同的方式制造盒，不同之處在于使用雙包裝的熱固性尿烷樹脂(商標(biāo)為Coronate-4403/Nipporan-4221，由NipponPolyurethane Industry Co.，Ltd.生產(chǎn))作為粘結(jié)劑。粘結(jié)劑在5℃和40℃的Shore硬度值分別為72D和28D。
為評(píng)價(jià)盒在氣體鼓泡過程中的耐久性進(jìn)行與實(shí)施例9相同的加速測(cè)試并發(fā)現(xiàn)中空纖維膜在其粘結(jié)界面處破裂并造成泄漏，其時(shí)間對(duì)應(yīng)于將如實(shí)施例1所述操作循環(huán)重復(fù)一年。
工業(yè)應(yīng)用本發(fā)明的中空纖維盒，使用所述盒的用于支架式過濾設(shè)備的組件，使用所述盒的罐式過濾設(shè)備可進(jìn)行長(zhǎng)期穩(wěn)定的過濾操作，因?yàn)楦髦锌绽w維膜的伸長(zhǎng)和/或振動(dòng)最大化，在氣體鼓泡洗滌過程中有助于沉積于中空纖維外表面的懸浮物質(zhì)剝離，既使在引入少量氣體時(shí)也是如此，并可容易地將被剝離的懸浮的物質(zhì)排出中空纖維盒外。另外，本發(fā)明盒對(duì)于實(shí)用目的非常有用，因?yàn)樗鼘?duì)于實(shí)用目的來說具有足夠的耐久性并易于處理，例如，當(dāng)搬運(yùn)時(shí)。過濾設(shè)備的組件和使用所述盒的支架式過濾設(shè)備是經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)槠渲械臍んw或罐分別可重復(fù)地使用，甚至當(dāng)盒被一個(gè)新盒所取代時(shí)亦然。
權(quán)利要求
1.含一束多根中空纖維膜的中空纖維膜盒，其兩端通過分別粘附于粘結(jié)與固定層中被固定，一個(gè)盒頭固定于束的外圍的一端以使液體通路無法進(jìn)入或流出，而一個(gè)底環(huán)在另一端固定于束的外圍以使液體通路無法進(jìn)入或流出，其特征在于所述盒頭和所述底環(huán)與多個(gè)棒或管聯(lián)接并固定，每一中空纖維膜一端的中空部分在盒頭一側(cè)是開放的，每一中空纖維膜一端的中空部分在底環(huán)一側(cè)是封閉的，且底環(huán)的粘結(jié)與固定層中提供了多個(gè)的流通孔道，其位于中空纖維膜束中。
2.如權(quán)利要求1所述的中空纖維膜盒，其中所述底環(huán)端伸出中空纖維膜端之外。
3.如權(quán)利要求1或2所述的中空纖維膜盒，其中在所述盒頂外圍有一個(gè)套環(huán)。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的中空纖維膜盒，其中至少一根所述棒或管放置在接近中空纖維膜束外圍的位置。
5.如權(quán)利要求4所述的中空纖維膜盒，其中通過粘附將所述棒或管與所述盒頂及所述底環(huán)連接與固定，并將它們與粘結(jié)與固定層中的中空纖維膜連接固定在一起。
6.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的中空纖維膜盒，其中所述中空纖維膜具有波紋。
7.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的中空纖維膜盒，其中中空纖維膜的拉伸模量低于90MPa并不低于10MPa。
8.如權(quán)利要求7所述的中空纖維膜盒，其中中空纖維膜的拉伸模量不高于70MPa并不低于10MPa。
9.如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的中空纖維膜盒，其中中空纖維膜處于松散狀態(tài)且松散率不高于10％和不低于0.1％。
10.如權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的中空纖維膜盒，其中底環(huán)一側(cè)粘結(jié)與固定層中所提供的所述多個(gè)流通孔道的布置使中空纖維膜置于流通孔中。
11.如權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)所述的中空纖維膜盒，其中底環(huán)一側(cè)粘結(jié)與固定層中所提供的所述多個(gè)流通孔道的內(nèi)徑為2-30mm。
12.如權(quán)利要求1-11任一項(xiàng)所述的中空纖維膜盒，其中構(gòu)成所述粘結(jié)與固定層的粘結(jié)劑是尿烷樹脂，其特征在于工作溫度范圍內(nèi)的硬度為70D-30D。
13.使用如權(quán)利要求1-12任一項(xiàng)的中空纖維膜盒的、用于支架式過濾設(shè)備的組件。
14.使用如權(quán)利要求1-12任一項(xiàng)的中空纖維膜盒的罐式過濾設(shè)備。
15.如權(quán)利要求14所述的罐式過濾設(shè)備，其中所述中空纖維膜盒被以懸掛狀態(tài)支撐。
全文摘要
本發(fā)明公開了中空纖維膜盒，其中盒頭和底環(huán)通過多個(gè)棒或管彼此相連并固定，每一中空纖維膜一端的中空部分在盒頭一側(cè)是開放的，每一中空纖維膜一端的中空部分在底環(huán)一側(cè)是封閉的，且底環(huán)的粘結(jié)與固定層中提供了多個(gè)的流通孔道，其位于中空纖維膜束中。
文檔編號(hào)B01D67/00GK1441692SQ01812657
公開日2003年9月10日 申請(qǐng)日期2001年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月10日
發(fā)明者渡邊昭廣, 石橋讓, 浜中克彥 申請(qǐng)人:旭化成株式會(huì)社