CN101234294B

CN101234294B - 过滤膜组件

Info

Publication number: CN101234294B
Application number: CN2007101878102A
Authority: CN
Inventors: 森吉彦; 铃村庆太郎
Original assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Current assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Priority date: 2006-11-14
Filing date: 2007-11-13
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2027-11-13
Also published as: CN101234294A

Abstract

一种长寿命且可以稳定过滤的外压式过滤膜组件(5)，用密封树脂固定多个中空纤维膜(7)的两端或一端，并将其收容在壳体(8)内，将中空纤维膜的长度方向设为纵向而使密封树脂部位于上方，其特征在于，设置在壳体侧面的上部排水排出喷嘴(3)的上端(3a)与上部密封树脂层(4)的界面(4a)的间距为10mm以上；至少在上述中空纤维膜束的外周部分，用密封树脂涂覆中空纤维膜的从上部密封树脂层的界面直到设置在壳体侧面的上部排水排出喷嘴上端的外表面；该过滤膜组件的中空纤维膜的上端在密封树脂的上表面开口，并且该中空纤维膜的下部不开口，具有可以导入气体和/或原水的导入口(10)。

Description

过滤膜组件

技术领域

本发明涉及用于精密过滤或限外过滤等的分离过程的过滤膜组件，进一步详细来说，涉及在用于各种工业制品的制造过程的水的净化、以河流水、湖沼水、地下水等作为原水的自来水的制造、对生活污水、工业废水等的水处理工序等中所使用的过滤膜组件。

背景技术

在各种工业制品的制造过程所使用的水的净化、以河流水、湖沼水、地下水等作为原水的自来水的制造、对生活污水、工业废水等进行生物处理后的水的回收等中采用中空纤维膜过滤进行的分离过程得到广泛应用。

图3所示为以往的过滤膜组件的结构。在这样的过滤膜组件5中，为了固定中空纤维膜7，用各种密封树脂4、9固定该中空纤维膜7的两端。而且，上部密封树脂4的界面4a处于与用于循环、排出排水的上部排水排出喷嘴3的上端3a大致相同高度的位置，从而消除停滞部，可以实现高效率的循环、高效率地排出排水。

另一方面，对于外压型过滤膜组件，为了防止膜堵塞，通常是在经过规定时间的过滤后，要进行逆流清洗或进行在原水侧导入空气的空气清洗等。但是，若进行空气清洗，则中空纤维膜7会激烈摇动，因此，若反复进行空气清洗，有时会产生该中空纤维膜7的断裂，这成为决定过滤膜组件5的使用寿命的重要因素。

作为解决这类问题的方法，在日本特开平2-107318号公报中公开了在中空纤维的外周部设置保护层的方法，另外在日本特开平10-305218号公报中公开了在中空纤维的端部表面设置涂层的方法。

但是，即使使用上述各专利文献1、2的技术，也不能充分地长时间防止空气清洗时的中空纤维膜的断裂。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而作出的，提供一种长寿命且可以实现稳定过滤的外压式过滤膜组件。

本发明的发明人为了解决上述技术问题而调查了在空气清洗时的中空纤维膜断裂的原因，结果发现若在过滤膜组件内充满水的状态下导入空气，则在过滤膜组件的上部密封树脂界面处水激烈运动，其结果，在上部密封树脂界面处中空纤维膜特别激烈运动，在施加该中空纤维膜的断裂强度以上的力时，会在上部密封树脂界面处产生断裂。在此，发现了特别是通过在中空纤维膜容易断裂的上部密封树脂界面预先形成空间部，以使得水不能充满，从而使上部密封树脂界面处的膜不摇动，空气清洗时的中空纤维膜的断裂大量减少，从而完成本发明。

即，为了达成上述目的的本发明的过滤膜组件的第1技术方案是，用密封树脂固定多个中空纤维膜的两端或一端，并将其收容在壳体内，将中空纤维膜的长度方向设为纵向并使上述密封树脂部位于上方的外压式的过滤膜组件中，设置在上述壳体侧面的上部排水排出喷嘴的上端与上部密封树脂的靠近上述喷嘴的界面的间距为10mm以上。

另外，本发明的过滤膜组件的第2技术方案的特征在于，在上述第1技术方案中，至少在上述中空纤维膜束的外周部分，从上述上部密封树脂界面向下方用密封树脂涂覆上述中空纤维膜的外表面。上述涂覆长度为上部排水排出喷嘴的上端与上部密封树脂界面的间距的1/2以上，优选是2/3以上，更为优选是上部排水排出喷嘴的上端与上部密封树脂界面的间距以上。

另外，本发明的过滤膜组件的第3技术方案的特征在于，在上述第1技术方案中，外压式的过滤膜组件在上述中空纤维膜的长度方向的上部具有上述中空纤维膜的开口端，并且该中空纤维膜的下部不开口，具有可以导入气体和/或原水的导入口。

根据本发明的过滤膜组件，对于收容在壳体内的外压式过滤膜组件，即使进行空气清洗也不会引起中空纤维膜的断裂，可以长期保持其性能，因此，在用于各种工业制品的制造过程的水的净化、以河流水、湖沼水、地下水等作为原水的自来水的制造、对生活污水、工业废水等的水处理工序等方面极为有效。

另外，因为原水侧产生空气积留部分而不能对纤维内进行完全杀菌，因此不能转用于制造生物武器等。

附图说明

图1是表示说明本发明的过滤膜组件的结构的示意剖视图。

图2是表示说明本发明的过滤膜组件的下部结构的仰视图。

图3是表示说明以往的过滤膜组件的结构的示意剖视图。

具体实施方式

通过附图对本发明的过滤膜组件的一实施方式进行具体说明。图1是表示说明本发明的过滤膜组件的结构的示意剖视图，图2是表示本发明的过滤膜组件的下部结构的仰视图。

在图1中，本发明的过滤膜组件5是一种外压式过滤膜组件5，用密封树脂4、9固定多个中空纤维膜7的两端(或一端)，被收容在壳体8内。在本实施方式中，将中空纤维膜7的长度方向(图1的上下方向)设置为垂直，以使作为密封树脂部的上部密封树脂层4位于上方。

密封树脂4、9的材料没有特别限定，可以适用聚氨酯树脂、环氧树脂、聚烯烃树脂、含氟树脂、尼龙树脂、硅酮树脂等，但优选采用这些树脂中的聚氨酯树脂、环氧树脂，特别优选采用聚氨酯树脂。密封树脂的肖氏D硬度为大于等于20度且小于80度，优选是大于等于30度且小于70度，更为优选是大于等于40度且小于65度，贮藏弹性率在10℃～40℃的温度范围为大于等于7×10⁷N/m²且小于2×10⁹N/m²，优选是大于等于8×10⁷N/m²且小于1×10⁹N/m²，更为优选是大于等于1×10⁸N/m²且小于5×10⁸N/m²。

用于本发明的中空纤维膜7采用公知的高分子制多孔质膜。例如以己基纤维素、二醋酸纤维素、醋酸纤维素、纤维素等的纤维素类、6、6尼龙等的聚酰胺类、己烯醇系树脂、聚丙烯腈等的丙烯系树脂、聚偏氟乙烯等的聚偏氟乙烯系树脂、聚醚砜或聚砜等砜系树脂、聚己烯等烯类树脂等高分子作为原材料，可以得到精密过滤膜或限外过滤膜。

在本发明中，中空纤维膜7束与壳体8的固定方法没有限定。即，也可以用密封树脂4、9直接固定壳体8与中空纤维膜7束，另外，也可以在制作了用密封树脂4、9将被粘结件与中空纤维膜7束粘结固定而成的过滤元件之后，利用螺钉紧定或固定夹具间接固定该过滤元件与壳体8。上述被粘结件具有可与壳体8紧密粘贴部分的结构。

作为在本发明中使用的壳体8的原材料及被粘结件没有特别限定，可适合使用耐热性良好的砜系树脂或聚碳酸酯、聚偏氟乙烯系树脂、AB S(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)树脂、聚氯己烯树脂、聚苯醚系树脂、SUS(不锈钢材料)等金属材料等。

将本发明的过滤膜组件5构成为设置在壳体8侧面的上部排水排出喷嘴3的上端3a与上部密封树脂层4的界面4a的间距d为10mm以上，优选是13mm以上、更为优选是15mm以上，在制作该类过滤膜组件5时，可以用密封树脂的投入量来进行控制。另外，为了不使膜组件的有效膜面积显著减少，优选是将该间距d设为中空纤维膜束全长的1/2以下，更为优选是1/3以下。通常，在采用离心成型法的情况下，使上部排水排出喷嘴3的上端3a与上部密封树脂层4的界面4处于同一平面，投入过剩量的密封树脂，使其从上部排水排出喷嘴3溢出。

对于该离心成型法，通过投入预先设定的规定量来控制该间距d。另外，在采用静置成型法的情况下也可以同样通过控制密封树脂投入量任意进行调整。

在本发明的过滤膜组件5中，在制作在中空纤维膜7的外表面涂覆有从上部密封树脂层4的界面4a起至少10mm以上的密封树脂剂的过滤膜组件5时，在采用离心成型法的情况下，可以通过控制离心粘结机的旋转速度来实现密封树脂剂的该涂敷长度。在高速旋转的状态下涂覆较长距离的中空纤维膜7的外表面，在低速旋转的状态下涂覆较短距离的中空纤维膜7的外表面。在采用静置成型法的情况下，可以通过控制投入树脂的高度来实现上述密封树脂剂的涂敷长度。在空气清洗时摇动最激烈的容易产生中空纤维膜7的断裂的部分是中空纤维膜7束的外周部，因此，作为该被涂覆的部分，只要涂覆至少中空纤维膜7束的外周部分就可以。

即，在至少中空纤维膜7束的外周部分，用密封树脂涂覆从上部密封树脂层4的界面4a到设置在壳体8侧面的上部排水排出喷嘴3的上端3a这一区间的中空纤维膜7的外表面。在图中附图标记6是指设置在中空纤维膜7的外表面的密封树脂涂覆部分。

另外，本实施方式的过滤膜组件5的结构为，在中空纤维膜7的长度方向(图1的上下方向)的上部具有中空纤维膜7的开口端，并且在该中空纤维膜7的下部不开口，如图1与图2所示，具有可以导入气体和/或原水的导入口10。另外，图中，附图标记1是指原水入口及空气导入口，附图标记2是指过滤水出口。

在这样的过滤膜组件5中，因原水侧产生空气积留部分而不能对纤维内进行完全杀菌，因此不能转用于制造生物武器等。

以下基于实施例说明本发明。

实施例1

在内径为169mm的具有头部的、长度为2 m的圆筒状的ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)树脂制组件壳体8内插入6400根内径为0.70mm、外径为1.25mm的PVDF(PolyVinylidene Fluoride，聚偏氟乙烯(2氟化))制的中空纤维膜7，并将其设置在加热至30℃的离心成型机中。在注型剂容器中注入聚氨酯树脂的主剂与固化剂的混合液1.55Kg作为密封树脂后，以212rpm的速度旋转离心粘结架台，在封止部注入密封树脂，并具有50G离心力，进行4小时的离心成型。聚氨酯树脂的肖氏D硬度为50度，贮藏弹性率为3×10⁸N/m²。

接着，在50℃下加热16小时而固化后，切断密封树脂部的一端，使中空纤维膜7开口，另一端不切断，该中空纤维膜7在该端不开口，并且具有空气导入口10，从而制作出树脂厚度为65mm的带有空气导入口10的过滤膜组件5。制作后，测定该过滤膜组件5的上部密封树脂层4的界面4a与上部排水排出喷嘴3的上端3a的间距d，该间距d为10mm。另外，用密封树脂涂覆中空纤维膜7的从上部密封树脂层4的界面4a起5mm范围内的外表面。将该过滤膜组件5设置成其开口端朝上，用10℃的纯水注满过滤膜组件5内部，并保持水温，从下部导入口10连续散入7Nm³/hr的空气，使中空纤维膜7振动，结果即使在60天后也没有发生中空纤维膜7的断裂。

实施例2

在上述实施例1中，在注型剂容器注入聚氨酯树脂的主剂与固化剂的混合液1.45Kg作为密封树脂，除了在转速232rpm、离心力60G的条件下进行离心注入之外，在其余与上述实施例1相同的条件下，制作出过滤膜组件5。测定该过滤膜组件5的上部密封树脂层4的界面4a与上部排水排出喷嘴3的上端3a的间距d，结果该间距d为13mm。另外，用密封树脂涂覆中空纤维膜7的从上部密封树脂层4的界面4a起14mm范围内的外表面，到达上部排水排出喷嘴3的上端3a。将用于促进纤维断裂的空气散气量设定为有较大过剩的29Nm³/hr，除此以外在与上述实施例1相同的条件下，对该过滤膜组件5进行中空纤维膜7的耐断裂试验，结果即使在60天后也没有发生断纤维。

比较例1

在注型剂容器注入聚氨酯树脂的主剂与固化剂的混合液1.80Kg作为密封树脂，在转速189rpm、离心力40G的条件下进行离心注入、并使在离心密封树脂中剩余的密封树脂从上部排水排出喷嘴3溢出，除此之外在与上述实施例1相同的条件下，制作出过滤膜组件5。测定该过滤膜组件的上部密封树脂层4的界面4a与上部排水排出喷嘴3的上端3a的间距d，该间距d为0mm。另外，用密封树脂涂覆中空纤维膜7的从上部密封树脂层4的界面4a起12mm范围内的外表面。除了将空气散气量设定为29Nm³/hr以外，在与上述实施例1相同的条件下，对该过滤膜组件进行中空纤维膜7的耐断裂试验，结果在3天后发生15根膜断裂。

比较例2

在注型剂容器注入聚氨酯树脂的主剂与固化剂的混合液1.65Kg作为密封树脂，除了在转速212rpm、离心力50G的条件下进行离心注入之外，在其余与上述实施例1相同的条件下，制作出过滤膜组件。测定该过滤膜组件的上部密封树脂层4的界面4a与上部排水排出喷嘴3的上端3a的间距d，结果该间距d为5mm。另外，用密封树脂涂覆中空纤维膜7的从上部密封树脂层4的界面4a起5mm范围中的外表面。除了将空气散气量设定为29Nm³/hr以外，在其余与上述实施例1相同的条件下，对该过滤膜组件进行中空纤维膜7的耐断裂试验，结果在3天后发生12根膜断裂。

产业上的应用可能性

本发明的过滤膜组件，对收容在壳体内的外压式过滤膜组件，即使进行空气清洗也不会引起中空纤维膜的断裂，可以长期保持其性能，因此，在用于各种工业制品的制造过程的水的净化、以河流水、湖沼水、地下水等作为原水的自来水的制造、对生活污水、工业废水等的水处理工序等方面极为有效。

Claims

1.一种过滤膜组件，是外压式过滤膜组件，用密封树脂固定多个中空纤维膜的两端或一端，并将其收容在壳体内，将该过滤膜组件设置成：在用密封树脂固定多个中空纤维膜的两端时，使一密封树脂部位于上方，在用密封树脂固定多个中空纤维膜的一端时，使该密封树脂部位于上方，其特征在于，

设置在上述壳体侧面的上部排水排出喷嘴的上端与上部密封树脂的靠近上述喷嘴的界面的间距为10mm以上。

2.根据权利要求1所述的过滤膜组件，其特征在于，

至少在上述中空纤维膜束的外周部分，从上述上部密封树脂的靠近上述喷嘴的界面向下方用密封树脂涂覆上述中空纤维膜的外表面。

3.根据权利要求1所述的过滤膜组件，其特征在于，

外压式过滤膜组件的上述中空纤维膜的上端在密封树脂的上表面开口，且该中空纤维膜的下端不开口，该外压式过滤膜组件的下部具有可以导入气体和/或原水的导入口。

4.根据权利要求1所述的过滤膜组件，其特征在于，

设于上述壳体侧面的上部排水排出喷嘴的上端与上部密封树脂的靠近上述喷嘴的界面的间距为上述中空纤维膜全长的1/2以下。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的过滤膜组件，其特征在于，

上述密封树脂的肖氏D硬度为大于等于20度且小于80度，贮藏弹性率在10℃～40℃的温度范围为大于等于7×10⁷N/m²且小于2×10⁹N/m²。