CN103857461A - 分离膜、水处理单元和水处理装置 - Google Patents
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Abstract
该分离膜（35）可用于使用反渗透膜处理水的水处理装置中。所述分离膜（35）设置有多个岛状部分、以及从该岛状部分延伸并且比该岛状部分细的呈纤维状的多个纤维状部分。使由纤维状部分占据的膜表面的面积大于由岛状部分占据的面积。该水处理单元设置有：壳体（30）；前述分离膜（35），其安装在所述壳体（30）中；以及清洁装置（33），其安装在壳体（30）上并能够清洁分离膜（35）。该水处理装置设置有：第一水处理单元，其能够对待处理水进行预处理；第二水处理单元，其能够对待处理水进行主处理。该第一水处理单元设置有前述水处理单元。
Description
技术领域
本发明涉及分离膜、包含该分离膜的水处理单元、以及包含该水处理单元的水处理装置。
背景技术
使用反渗透膜的水处理装置已经是常规已知的。当用这种类型的水处理装置对海水脱盐时，通常在用反渗透膜处理之前进行从原水去除悬浮物质或诸如TEP（透明胞外聚合物颗粒）之类的有机颗粒的预处理。
例如，日本专利No.4525857中描述了可用于该预处理的预处理装置的一个例子。
引用列表
专利文献
PTL1：日本专利No.4525857
发明内容
技术问题
根据日本专利No.4525857中描述的预处理装置，可以用小的安装面积获得大的处理量，并且还可有效地去除有机颗粒。如图4所示意性示出的那样，在日本专利No.4525857所描述的预处理装置中使用的分离膜主要包括岛状节点5和连接节点5的超细纤维状纤丝6。
本申请的发明人潜心研究了能够在预处理中有效地去除糖类（特别是诸如TEP之类的被水溶胀并成为凝胶状的糖类）的分离膜的结构。作为其研究的结果，本申请的发明人发现节点5与纤丝6之间的比率影响糖类去除率。
因此，本发明的目的是提供分离膜、包含该分离膜的水处理单元、以及水处理装置（水处理系统），其中可以提高糖类从待处理水中的去除率。
问题的解决方案
根据本发明的分离膜（过滤膜）可用在使用反渗透膜进行水处理的水处理装置中。分离膜包括：多个岛状部分；以及多个纤维状部分，该纤维状部分从岛状部分延伸并且其宽度小于岛状部分的宽度，其中将膜表面处的纤维状部分的面积设为大于岛状部分的面积。
优选地，在分离膜中，糖类从待处理水中的去除率为50％以上。换言之，优选将膜表面处的纤维状部分的面积设为大于岛状部分的面积，使得糖类从待处理水中的去除率为50％以上。更优选地，将膜表面处的纤维状部分的面积设为岛状部分的面积的3倍以上，并且进一步优选为5倍以上。
根据本发明的水处理单元可用在使用反渗透膜进行水处理的水处理装置中。该水处理单元包括：壳体；安装在该壳体中的分离膜；以及连接至壳体并能够清洁分离膜的清洁装置。将前述分离膜用作该分离膜。
优选地，该清洁装置包括下述装置中的至少一者：清洁液供给装置，其能够将清洁液供给中壳体中；超声波供给装置，其能够向分离膜供给超声波；以及水流/气泡流供给装置，其能够向分离膜供给水流和/或气泡流。
根据本发明的水处理装置（水处理系统）使用反渗透膜进行水处理。该水处理装置包括：第一水处理单元，其能够进行待处理水的预处理；以及第二水处理单元，其能够进行待处理水的主处理。将前述水处理单元用作第一水处理单元并且将前述分离膜用作分离膜。
本发明的有益效果
本申请的发明人知道了：通过将分离膜的膜表面处的纤维状部分的面积设为大于岛状部分的面积，即，将分离膜构造为主要由纤维状部分组成，可以提高糖类从待处理水中的去除率。因此，通过使用根据本发明的分离膜，可以获得糖类从待处理水中的去除率优异的水处理单元和水处理装置（水处理系统）。
附图简要说明
图1为示出根据本发明实施方案的水处理装置（水处理系统）的框图。
图2为示出根据本发明实施方案的水处理单元的截面图。
图3（a）为根据本发明实施方案的分离膜表面的部分放大的照片，并且图3（b）为图3（a）中所示照片的部分放大图。
图4为示出常规分离膜表面的一部分的结构例的示意图。
具体实施方式
以下将参考图1至4描述本发明的实施方案。
根据本实施方案的水处理装置（水处理系统）1为使用反渗透膜进行水处理的装置。水处理装置1可以用来处理含有各种杂质的水如海水、地下水和排水，并且对海水脱盐处理是有用的。
如图1所示，水处理装置1包括泵2、能够进行待处理水的预处理的第一水处理单元3、能够进行待处理水的主处理的第二水处理单元4、以及在高压下将水供给至反渗透膜的泵7。泵2布置在第一水处理单元3的前段，并且泵2以图中箭头所示的方向输送待处理水。
在图1所示的水处理装置1中，例如，将海水输送至第一水处理单元3中并且穿过第一水处理单元3中的分离膜（过滤膜），由此进行预处理。结果，过滤并去除了海水中的有机颗粒和无机固形物。将已进行过如上所述预处理的海水输送至第二水处理单元4中并穿过第二水处理单元4中的反渗透膜（未示出），由此进行脱盐。结果，可以从海水获得淡水。
可以通过单个单元或多个单元来构造第一水处理单元3。换言之，可使用一级过滤构造或者可使用多级过滤构造（其中进行两级以上的过滤）。例如，在使用两级过滤时，可想到的是使用具有约几微米平均孔径的分离膜进行第一过滤并使用微滤（MF）或超滤（UF）进行第二过滤。
如图2所示，第一水处理单元3包括：壳体30、安装在壳体30中的分离膜35、以及与壳体30连接并能够清洁分离膜35的清洁装置33。虽然中空纤维和膜均可以用作分离膜35，但是现在将描述使用膜的情况。
例如，壳体30具有矩形或圆筒形状并且可以由任何材料制成，只要它具有所要求的机械强度即可。在图2的例子中，在分离膜35由保持部件31a和31b保持的情况下，分离膜35通过固定部件34而安装在壳体30中。将保持部件和膜用粘接性密封剂（如聚氨酯和环氧树脂）密封并粘合以防漏水。将隔板32a和32b连接至在分离膜35的长度方向上相对的末端，从而在分离膜35内部限定了待处理水的流路。如上所述，将包含分离膜35的分离膜元件安装在壳体30中。需要注意的是，通过举例的方式示出了分离膜元件中保持部件31a和31b、隔板32a和32b、以及固定部件34的结构。可以使用除了图2所示构造之外的任何构造，只要它能够将分离膜35保持在壳体30内部即可。
管36b与壳体30的一端连接，通过该管36b，将作为待处理水的海水输送至第一水处理单元3中。在壳体30的另一端，管36a与隔板32a连接以贯穿隔板32a，通过该管36a，将过滤后的海水排至第一水处理单元3外。
清洁装置33（例如）可以包括能够将清洁液供给至壳体30中的清洁液供给装置（未示出）、能够向分离膜35供给超声波的超声波供给装置（未示出）、能够向分离膜35供给水流和/或气泡流的水流/气泡流供给装置（未示出），等。水流/气泡流供给装置可以提供（例如）水射流、包含气泡的水射流，等。这些装置可以单独或组合使用。还可以任意地选择这些装置的数目和安置位置。
可以将公知的构造用作清洁液供给装置，只要其能够将清洁液供给至壳体30中即可。可将次氯酸、表面活性剂等用作清洁液，并且特别可以使用含有苧烯（d-苧烯：见下面化学式1）的水。例如，将大约30ppm至1000ppm的含有苧烯的水供给至分离膜35的内侧区域以除去因反洗而堵塞膜的TEP、悬浮物质等。如上所述，通过将含有苧烯的水供给至分离膜35的内侧区域并且进行分离膜35的反洗，可以有效地除去分离膜35的堵塞。特别地，可以使缠结在膜中的TEP浮出并有效去除。
[化学式1]
在用含有苧烯的水反洗后，优选用诸如柠檬酸水溶液和乙酸水溶液之类的略酸性溶液或者诸如异丙醇水溶液和乙醇水溶液之类的醇溶液进行漂洗处理。结果，可以改善所述反洗后的待处理水的品质。具体而言，可以降低SDI（污泥密度指数）值。
可将公知的诸如超声波振动器之类的超声波发生装置用作超声波供给装置。来自超声波发生装置的超声波（例如，大致15至400kHz）可以经过壳体30中的待处理水和分离膜元件而间接地施加至分离膜35，或者可以直接施加至分离膜35。
水流/气泡流供给装置可以包括诸如能够喷射水流和/或气泡流的喷嘴之类的各种设备和装置。多个水流/气泡流供给装置可以布置在（例如）分离膜35周围。
在根据本实施方案的水处理装置1中，第二水处理单元4进行脱盐处理。第二水处理单元4包含具有大约1至2nm孔径的反渗透膜。可将反渗透膜构造为螺旋形或管形反渗透膜并且可以由中空纤维膜形成。然而优选的是，反渗透膜具有能够处理大量海水的结构。
根据本实施方案的分离膜35可以由（例如）诸如氟树脂和聚烯烃之类的疏水性聚合物材料制成。氟树脂可包括聚四氟乙烯（PTFE）、聚偏氟乙烯（PVDF）等，并且聚烯烃可包括聚乙烯、其他聚-α-烯烃等。特别是，通过使用PTFE，可以获得具有高度发达的纤丝结构的膜。
如图3（a）和3（b）所示，分离膜35包括作为岛状部分的节点、以及从该节点延伸并且其宽度小于岛状部分的宽度的纤维状纤丝。在图3（a）和3（b）的例子中，存在许多节点和纤丝，并且一些节点以线性方式或以弯曲方式伸长。在本发明中，所述“岛状部分”的概念定义为还包括以线性方式或以弯曲方式伸长的这类节点。
在根据本实施方案的分离膜35中，例如，将图3（a）和3（b）中所示的膜表面处的纤丝（纤维状部分）的面积设为大于节点（岛状部分）的面积。换言之，将分离膜35设置为主要由纤丝组成。优选地，将纤丝的面积设为节点的面积的3倍以上，更优选为5倍以上。在图3（a）和3（b）的例子中，纤丝的面积约为节点面积的5倍那样大。如上所述，由于将分离膜35设置为主要由纤丝组成，所以可以提高糖类从待处理水中的去除率。例如，通过适当地调节分离膜35表面处的纤丝面积和节点面积，糖类从待处理水中的去除率可以为50％以上。需要注意的是，例如，可以在对分离膜35的表面所拍摄的显微照片上测量纤丝和节点的面积。
现在将描述待处理水中糖类的量（糖量）的测量方法。
可以通过浓缩后的待处理水的液相色谱来测量糖量。具体而言，可以基于通过以下方式获得的色谱图的糖类峰强度来确定糖量，所述方式为：浓缩待处理水并将所获得的浓缩样品水解，然后，通过液相色谱、特别是离子色谱来分析该样品。例如，可以使用这样的方法来浓缩待处理水：在蒸馏除去待处理水中的水并冷冻干燥待处理水后获得残余物，并以少量纯水再溶解该残余物。
当使用离子色谱时，在通过液相色谱测定之前进行水解以将待处理水中的多糖变成单糖。作为其他预处理，也可以进行用于去除待处理水中悬浮物质的过滤和离心分离、用于去除溶解于待处理水中的离子的离子交换树脂处理，等。
在采用阴离子交换树脂的离子色谱的情况下，流动相可以包含氢氧化钠溶液等。虽然检测仪可以包括示差折射计等，但是在离子色谱的情况下优选使用电化学检测仪。
在本申请的说明书中，“糖类的量（糖量）”是指鼠李糖量、半乳糖量、葡萄糖量和甘露糖量的总量。“糖去除率”是指：相对于“海水（待处理水）”，鼠李糖量、半乳糖量、葡萄糖量和甘露糖量的测量值总量的减少率。
再次参考图3（a）和3（b），分离膜35具有许多小孔，并且这些孔具有（例如）1至10μm、更优选为2至5μm的平均孔径。本文中“分离膜35的平均孔径”是指通过泡点法（气流法）确定的的孔径。具体而言，该孔径是指由d＝4Bγ/P表示的直径d（μm），假定P（Pa）代表通过使用异丙醇并基于ASTM F316测量的IPA泡点值（压力），γ代表液体的表面张力（dynes/cm），并且B代表毛细常数。
接下来，将描述所述分离膜35的制造方法。需要注意的是，下面将描述由PTFE制成的分离膜35的制造方法。
例如，通过乳液聚合制备PTFE粉末并且通过挤出将这些粉末成型为膜。此后，拉伸如此获得的膜并对其进行热处理。由此可以制造分离膜35。此时，通过适当调节PTFE粉末的挤出和拉伸条件，可以调节分离膜35的平均孔径、机械强度等。此外，通过调节PTFE粉末的粒度、挤出、拉伸和热处理条件，也可以调节纤丝面积与节点面积之间的比率。
接下来将描述本发明的实施例。
[实施例1]
本申请的发明人通过挤出、拉伸和烧结PTFE树脂，实际制造了中空纤维膜。该中空纤维膜具有2μm的孔径和600μm的厚度，并且在中空纤维膜表面处的纤丝的面积为节点面积的3倍那样大。该中空纤维膜的表面性质为疏水性膜。使用时，将该膜用异丙醇润湿并随后浸没于水中以用水替代异丙醇。在不进行干燥的情况下，将该状态下的分离膜用于过滤海水。具体而言，使用该分离膜来过滤在静冈县获得的海水。此时过滤通量为10m/d。分析海水和过滤水中糖浓度，结果，糖去除率为62％。
虽然以上已经描述了本发明的实施方案和实施例，但是还可以按多种方式修改所述实施方案和实施例。此外，本发明的范围不限于所述实施方案和实施例。本发明的范围由权利要求书限定，并且意在包括权利要求书的范围以及等同含义内的任何修改。
参考符号列表
1水处理装置；2、7泵；3第一水处理单元；4第二水处理单元；5节点；6纤丝；30壳体；31a、31b保持部件；32a、32b隔板；33清洁装置；34固定部件；35分离膜；36a、36b管
Claims (6)
1.一种分离膜，其可用于使用反渗透膜进行水处理的水处理装置中，包括：
多个岛状部分；以及
多个纤维状部分，所述纤维状部分从所述岛状部分延伸并且其宽度小于所述岛状部分的宽度，其中
将膜表面处的所述纤维状部分的面积设为大于所述岛状部分的面积。
2.根据权利要求1所述的分离膜，其中
将所述膜表面处的所述纤维状部分的面积设为所述岛状部分的面积的3倍以上。
3.根据权利要求1或2所述的分离膜，其中
糖类从待处理水中的去除率为50％以上。
4.一种水处理单元，其可用于使用反渗透膜进行水处理的水处理装置中，包括：
壳体；
安装在所述壳体中的分离膜；以及
清洁装置，其与所述壳体连接并能够清洁所述分离膜，其中
所述分离膜具有多个岛状部分以及多个纤维状部分，该纤维状部分从所述岛状部分延伸并且其宽度小于所述岛状部分的宽度，并且将膜表面处的所述纤维状部分的面积设为大于所述岛状部分的面积。
5.根据权利要求4所述的水处理单元，其中
所述清洁装置包括下述装置中的至少一者：清洁液供给装置，其能够将清洁液供给至所述壳体中；超声波供给装置，其能够向所述分离膜供给超声波；以及水流/气泡流供给装置，其能够向所述分离膜供给水流和/或气泡流。
6.一种水处理装置，其使用反渗透膜进行水处理，包括：
第一水处理单元，其能够进行待处理水的预处理；以及
第二水处理单元，其能够进行待处理水的主处理，
所述第一水处理单元包括：
壳体；
安装在所述壳体中的分离膜；以及
清洁装置，其与所述壳体连接并能够清洁所述分离膜，其中
所述分离膜包括多个岛状部分以及多个纤维状部分，该纤维状部分从所述岛状部分延伸并且其宽度小于所述岛状部分的宽度，并且将膜表面处的所述纤维状部分的面积设为大于所述岛状部分的面积。
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