包括中空纖維支架的過(guò)濾模塊的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種過(guò)濾模塊，所述過(guò)濾模塊包括多個(gè)垂直排列的半滲透性中空纖維膜和多個(gè)沿所述中空纖維膜的長(zhǎng)度間隔隔開(kāi)的纖維支架，其中，每個(gè)纖維支架包括多個(gè)分隔框，這些分隔框?qū)⑺鲋锌绽w維膜分開(kāi)成多組，其中，一個(gè)纖維支架的多個(gè)組與另一纖維支架的組不同。
【專(zhuān)利說(shuō)明】包括中空纖維支架的過(guò)濾模塊
發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及包括半滲透性中空纖維膜的過(guò)濾模塊。這類(lèi)模塊的代表應(yīng)用包括對(duì)來(lái)自溪流、河流、池塘和湖泊的水進(jìn)行凈化。其它示例包括對(duì)市政和工業(yè)廢水進(jìn)行處理，包括下水道和沉淀池。這類(lèi)模塊也可發(fā)現(xiàn)用于膜生物反應(yīng)器(MBR)應(yīng)用中。
【背景技術(shù)】
[0002]過(guò)濾模塊通常采用半滲透性中空纖維(亦稱(chēng)“毛細(xì)管”)膜。一種經(jīng)典設(shè)計(jì)包括在相對(duì)聯(lián)管箱之間延伸的多條中空纖維。US5248424、US6214226、US6682652和US7850853中描述了具體示例。在另一設(shè)計(jì)中，中空纖維膜的一端灌封在聯(lián)管箱內(nèi)，而相反端不受支撐并自由移動(dòng)。US7160454和JPl 1-128692中描述了單聯(lián)管箱的設(shè)計(jì)示例。
[0003]實(shí)施時(shí)，多個(gè)模塊可互相連接以形成過(guò)濾組件，該過(guò)濾組件沉入具有料液源(比如，沉淀池、需氧活性污泥池或厭氧生物水處理池)的箱或模塊箱中。通過(guò)在膜表面產(chǎn)生跨膜壓差，即，典型地通過(guò)從膜的滲透物側(cè)抽真空或通過(guò)對(duì)料源加壓，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)濾。由于跨膜壓力的作用，滲透物流過(guò)膜的孔且收集在與料源密封隔開(kāi)的聯(lián)管箱內(nèi)。長(zhǎng)時(shí)間使用之后，料液中的懸浮固體積聚在膜表面并形成限制或甚至阻塞流體流動(dòng)的污垢或“濾餅”層。通常，該污垢和濾餅層通過(guò)曝氣清除，其中氣泡沖洗膜的外表面。曝氣和湍流條件可導(dǎo)致纖維斷裂或纖維纏繞。一種用于解決纖維斷裂和纏繞的方法是采用包圍一束或多束纖維并對(duì)纖維的運(yùn)動(dòng)范圍進(jìn)行限制的籠、網(wǎng)狀物或網(wǎng)。US6783008和US7160454中描述了這種示例。US7531091描述了一種類(lèi)似方法，其中，每個(gè)纖維保持裝置(“纖維支架”)沿中空纖維膜的長(zhǎng)度隔開(kāi)。每個(gè)纖維支架包括多個(gè)長(zhǎng)方形分隔框(partition)，這些分隔框?qū)⑼ㄟ^(guò)分隔框的纖維分隔開(kāi)。每個(gè)纖維支架的分隔框彼此垂直對(duì)齊且一起限定相鄰的包圍纖維束的垂直柱。在每一個(gè)這些方法中，纖維支架都在整個(gè)纖維長(zhǎng)度上包圍著共同的纖維組。因而，特定組內(nèi)的單個(gè)纖維傾向于緊密關(guān)聯(lián)或群集在一起，而不是保持均勻間距。這種群集作用使清潔困難，并導(dǎo)致膜過(guò)早積垢和/或堵塞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個(gè)主要的實(shí)施方式中，本發(fā)明包括過(guò)濾模塊，所述過(guò)濾模塊包括多個(gè)垂直排列的半滲透性中空纖維膜，所述膜沿著第一端和第二端之間的長(zhǎng)度延伸，至少有一端灌封在聯(lián)管箱內(nèi)。所述模塊還包括多個(gè)沿所述中空纖維膜長(zhǎng)度間隔隔開(kāi)的纖維支架，其中，每個(gè)纖維支架包括多個(gè)分隔框，所述多個(gè)分隔框?qū)⑺鲋锌绽w維膜分開(kāi)成多個(gè)通過(guò)所述纖維支架的纖維組，使得至少一個(gè)纖維支架的多個(gè)纖維組與另一纖維支架的纖維組不同。在至少一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了具有改善的中空纖維間距的過(guò)濾模板。公開(kāi)了許多其它實(shí)施方式。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0005]所附【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】了主題管板的多個(gè)實(shí)施方式。附圖不一定按照比例繪制且包括理想化的視圖以便于描述。在可能的情況下，在附圖和文字說(shuō)明書(shū)中使用相同的數(shù)字表示相同或相似的部件。
[0006]圖1是過(guò)濾模板的透視圖。
[0007]圖2是圖1中的模塊移除中空纖維膜后的視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008]在適用于雙聯(lián)管箱和單聯(lián)管箱設(shè)計(jì)時(shí)，本發(fā)明尤其適用于單聯(lián)管箱設(shè)計(jì)，其中，多個(gè)(通常數(shù)百個(gè))中空纖維膜(“纖維”)沿公共面對(duì)齊且一端灌封(即一起密封)在聯(lián)管箱內(nèi)。對(duì)灌封技術(shù)沒(méi)有特殊限制，但是一般涉及將纖維的端部一起密封在大量的灌封材料內(nèi)。最常見(jiàn)的是，通過(guò)將纖維的端部嵌入液體密封劑內(nèi)，該液體密封劑隨后硬化形成管板而完成灌封。隨后打開(kāi)纖維的端部(例如，通過(guò)切斷硬化的灌封材料的區(qū)段)，或者以其他方式暫時(shí)密封或保護(hù)起來(lái)從而防止液體灌封材料進(jìn)入纖維的端部。現(xiàn)有技術(shù)中描述了多種適用的灌封技術(shù)和材料，參見(jiàn)例如:US3708071、US4666469、US5192478、US6214226、US6290756、US6592759、US6974554、US7160455、US7344645、US7704393、US7931805 和 US2007/0158257。
[0009]對(duì)聯(lián)管箱設(shè)計(jì)沒(méi)有特殊限制，但是其一般包括用于容納管板灌封端的外殼，并進(jìn)一步包括與纖維內(nèi)腔流體連通的內(nèi)滲透室。聯(lián)管箱進(jìn)一步包括供滲透物離開(kāi)模塊的通道。上面提到的專(zhuān)利引用文獻(xiàn)中提供了示例。
[0010]對(duì)纖維的選擇沒(méi)有特殊限制，但一般而言，每個(gè)纖維包括圍繞內(nèi)腔的橢圓形(例如，圓柱形)孔外部結(jié)構(gòu)，該內(nèi)腔在第一端和第二端之間延伸。對(duì)纖維的尺寸沒(méi)有特殊限制。優(yōu)選尺寸包括:外徑為大約0.5mm到5mm,內(nèi)徑為大約0.5mm到2mm,壁厚(即，內(nèi)外徑之間的孔結(jié)構(gòu))為大約0.1mm到2mm。對(duì)纖維的長(zhǎng)度沒(méi)有特殊限制，但是一般取決于模塊設(shè)計(jì)。代表性長(zhǎng)度包括:大約0.2m到2m的長(zhǎng)度。對(duì)半滲透性中空纖維膜的類(lèi)型沒(méi)有特殊限制。代表性例子包括由聚砜、聚醚砜、聚偏二氟乙烯(PVDF)和聚酰胺制備、并通常通過(guò)熟知的相轉(zhuǎn)化法制備的中空纖維膜。其它例子包括由聚烯烴(例如，聚丙烯、聚乙烯及其相關(guān)共聚物)經(jīng)由已知的蝕刻和拉伸方法制成的膜。對(duì)纖維的圓柱形孔結(jié)構(gòu)沒(méi)有特殊限制，但其可包括各向同性或各向異性結(jié)構(gòu)。在優(yōu)選實(shí)施方式中，纖維適合于微濾和超濾應(yīng)用，例如，孔大小為大約0.001微米到10微米，但更優(yōu)選0.01微米到I微米。
[0011]本發(fā)明模塊進(jìn)一步包括沿纖維長(zhǎng)度間隔隔開(kāi)的多個(gè)(例如，2-10個(gè))纖維支架，每個(gè)纖維支架包括框架，該框架包括多個(gè)(例如，2-50個(gè)，優(yōu)選地6-30個(gè))分隔框，這些分隔框?qū)⒅锌绽w維膜分開(kāi)成通過(guò)纖維支架的多個(gè)纖維組(例如，每個(gè)分隔框有5-500個(gè)，優(yōu)選地50-200個(gè))。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，框架沿模塊的側(cè)面固定并延伸通過(guò)纖維通道，使得纖維通過(guò)纖維支架的分隔框，例如，每個(gè)分隔框圍繞單個(gè)纖維形成的組。對(duì)分隔框的形狀和大小沒(méi)有特殊限制，所述分隔框也不必是相等大小。在優(yōu)選實(shí)施方式中，至少50%，優(yōu)選地，至少80%的纖維支架的分隔框具有相同的尺寸。在另一實(shí)施方式中，這些分隔框?yàn)殚L(zhǎng)方形。
[0012]對(duì)模塊進(jìn)行配置，使得與一個(gè)纖維支架相關(guān)聯(lián)的至少一部分纖維組不同于與另一纖維支架相關(guān)聯(lián)的纖維組。在本文下，術(shù)語(yǔ)“不同”是指纖維組不完全相同。在優(yōu)選實(shí)施方式中，與一個(gè)纖維支架相關(guān)聯(lián)的纖維組和與另一纖維支架相關(guān)聯(lián)的纖維組相同的纖維不超過(guò)90 %，優(yōu)選地不超過(guò)60 %。在另一實(shí)施方式中，這種關(guān)系適用于所有相鄰的纖維支架。再在另一實(shí)施方式中，與每一個(gè)其它(即，不相鄰)纖維支架相關(guān)聯(lián)的纖維組彼此基本上相同，而彼此直接相鄰的纖維支架之間相同的纖維不超過(guò)90 %，優(yōu)選地不超過(guò)60 %。
[0013]圖1說(shuō)明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。過(guò)濾模塊(10)包括聯(lián)管箱(12)和沿灌封在聯(lián)管箱(12)內(nèi)的下部第一端(16)和未限制的上部第二端(18)之間的長(zhǎng)度延伸的多個(gè)垂直排列的纖維(14)。雖然圖中未示出，但是纖維(14)的第二端分別被密封。多個(gè)纖維支架(20、20'、20"、20" '、20"")沿纖維(14)的長(zhǎng)度(L)間隔隔開(kāi)。每個(gè)纖維支架(20、20')包括框架(21)和多個(gè)長(zhǎng)方形分隔框(24、24')，這些長(zhǎng)方形分隔框?qū)⒗w維(14)分開(kāi)成多個(gè)通過(guò)纖維支架的纖維組(26)。至少80%的分隔框具有相等的尺寸，然而，一個(gè)纖維支架(例如，20)的分隔框與另一纖維支架(20')的分隔框形成偏移，即，纖維支架(20、20')的分隔框不是垂直對(duì)齊。因此，與一個(gè)纖維支架(20)相關(guān)聯(lián)的至少一些但優(yōu)選所有纖維組和相鄰纖維支架(20')的纖維組相同的纖維不超過(guò)90%，優(yōu)選地不超過(guò)60%。雖然圖中未示出，但是這種技術(shù)效果也可通過(guò)采用具有不等尺寸分隔框的纖維支架來(lái)實(shí)現(xiàn)，即，一個(gè)纖維支架中的分隔框相對(duì)小，而另一纖維支架中的分隔框更大。或者，在每個(gè)纖維支架中可采用多種大小的分隔框，對(duì)這些分隔框進(jìn)行布置，使得具有不等尺寸分隔框的相鄰纖維支架垂直對(duì)齊。這種布置在圖2中得到了更好的圖示，在圖2中，已移除了中空纖維膜。
[0014]雖然對(duì)單聯(lián)管箱模塊設(shè)計(jì)進(jìn)行了重點(diǎn)說(shuō)明，但是本發(fā)明也同樣適用于過(guò)濾模塊用于分離多種流體(例如，氣體、烴類(lèi)等)的多聯(lián)管箱設(shè)計(jì)。舉例來(lái)說(shuō)，本發(fā)明適用于其中多個(gè)聯(lián)管箱彼此相鄰設(shè)置而中空纖維膜垂直向上延伸至分別密封的端部且其中來(lái)自相鄰聯(lián)管箱的纖維沿著其長(zhǎng)度具有共同的纖維支架的模塊設(shè)計(jì)。通過(guò)另一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明也適用于其中中空纖維在兩個(gè)相對(duì)聯(lián)管箱之間延伸的經(jīng)典雙聯(lián)管箱設(shè)計(jì)。
[0015]已經(jīng)描述了本發(fā)明的許多實(shí)施方式，在有些情況下，某些實(shí)施方式、選擇、范圍、組成或其他特征已經(jīng)被描述為“優(yōu)選”?！皟?yōu)選”特征的描述決不能被解釋為表明這樣的特征是本發(fā)明要求的、必需的或關(guān)鍵的。應(yīng)理解，某些特征和子組合具有效用，并且可以在不考慮其他特征和子組合下加以利用。涉及數(shù)值范圍則明確包括這種范圍的端點(diǎn)。本文中提到的每個(gè)專(zhuān)利文獻(xiàn)的全部主題都通過(guò)引用的方式并入本文。
【權(quán)利要求】
1.一種過(guò)濾模塊，其包括:多個(gè)垂直排列的半滲透性中空纖維膜，所述膜沿著第一端和第二端之間的長(zhǎng)度延伸，所述兩端中的一端灌封在聯(lián)管箱內(nèi)， 多個(gè)沿著所述中空纖維膜長(zhǎng)度間隔隔開(kāi)的纖維支架，其中，每個(gè)纖維支架包括框架，所述框架包括多個(gè)分隔框，所述多個(gè)分隔框?qū)⑺鲋锌绽w維膜分開(kāi)成通過(guò)所述纖維支架的多個(gè)纖維組， 其中，與至少一個(gè)纖維支架相關(guān)聯(lián)的多個(gè)所述纖維組與另一纖維支架的纖維組不同。
2.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的過(guò)濾模塊，其中，與至少一個(gè)纖維支架相關(guān)聯(lián)的多個(gè)纖維組和與另一纖維支架相關(guān)聯(lián)的纖維組的相同中空纖維膜不超過(guò)90%。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的過(guò)濾模塊，其中，與至少一個(gè)纖維支架相關(guān)聯(lián)的多個(gè)纖維組和與另一纖維支架相關(guān)聯(lián)的纖維組的相同中空纖維膜不超過(guò)60%。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的過(guò)濾模塊，其中，與每個(gè)纖維支架相關(guān)聯(lián)的纖維組和相鄰纖維支架的纖維組的相同中空纖維膜不超過(guò)90%。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的過(guò)濾模塊，其中，至少50%的分隔框具有相同尺寸。
【文檔編號(hào)】B01D63/02GK103648620SQ201280028523
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月30日
【發(fā)明者】S·J·格魯克, P·E·M·埃爾茲 申請(qǐng)人:陶氏環(huán)球技術(shù)有限責(zé)任公司