CN105307756A - 过滤设备及使用该过滤设备的浸渍式过滤方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种过滤设备及使用所述过滤设备的浸渍式过滤方法，该过滤设备具有优异的中空纤维膜清洁能力并能够保持高过滤能力。本发明是浸渍式过滤设备，该浸渍式过滤设备设置有：过滤组件，其具有保持为仅沿一个方向的多个中空纤维膜；以及气体供应装置，其用于从过滤组件下方供应气泡。从气体供应装置供应的气泡在与过滤组件碰撞之后被分割成多个气泡。从气体供应装置供应的气泡的平均水平直径优选地比过滤组件中的多个中空纤维膜的保持部分之间的最大间隔大。

Description

过滤设备及使用该过滤设备的浸渍式过滤方法

技术领域

本发明涉及一种过滤设备及使用该过滤设备的浸渍式过滤方法。

背景技术

作为用于污水处理以及在药物等制造过程中使用的固液分离处理设备，使用包含多个中空纤维膜捆扎在一起的过滤组件的过滤设备。过滤组件的类型包括以下三种类型：外部压力式过滤组件，通过对中空纤维膜的外周侧施加高压来使被处理液体渗透到中空纤维膜的内周侧；浸渍式过滤组件，借助于内周侧处的渗透压或负压的力使被处理液体渗透到内周侧；以及内部压力式过滤组件，通过对中空纤维膜的内周侧施加高压来使被处理液体渗透到中空纤维膜的外周侧。

在前述过滤组件中，外部压力式过滤组件和浸渍式过滤组件具有如下缺点：在反复使用的情况下，各个中空纤维膜的表面被污染，例如，因被处理液体所含物质的粘附而被污染。因此，如果不采取措施，则过滤能力下降。

为了解决这个问题，通常使用如下清洁方法(空气擦洗)：从过滤组件下方供给气泡，以擦洗各个中空纤维膜的表面，并且使各个中空纤维膜振动，以除去粘附物质(参见已公开的日本专利申请Tokukai2010-42329)。

引用列表

专利文献

专利文献1：已公开的日本专利申请Tokukai2010-42329。

发明内容

技术问题

在上述常规过滤设备中，连续供应具有小体积的清洁气泡。通常，气泡具有约几个毫米的直径。然而，当如上所述气泡的体积较小时，水槽中的环形流趋于使气泡漂移。漂移容易使气泡与中空纤维膜的接触发生变化。结果，可能没有清洁中空纤维膜的表面的一些部分。此外，因为小体积的气泡在擦洗中空纤维膜的表面的同时对中空纤维膜施加较小的压力，所以借助于常规过滤设备中的气体的清洁可能导致不能充分除去粘附物质。如上所述，存在对用于清洁中空纤维膜的表面的技术进行进一步改进的空间。

根据上述情况而作出本发明。本发明的目的在于提供具有清洁中空纤维膜的表面的优异能力且可以保持高过滤能力的过滤设备以及使用前述过滤设备的过滤方法这两者。

解决技术问题的方案

用于解决上述问题的一个发明是浸渍式过滤设备，并且该浸渍式过滤设备设置有：

过滤组件，其具有多个中空纤维膜，该多个中空纤维膜被保持为处于如下状态：多个中空纤维膜通过被单向牵拉而进行布置；以及

气体供应装置，其从过滤组件下方供应气泡。

在过滤设备中，由上述气体供应装置供应的每个气泡在与过滤组件碰撞之后被分割成多个气泡。

用于解决上述问题的另一个发明是使用上述过滤设备的浸渍式过滤方法。

本发明的有益效果

本发明的过滤设备和浸渍式过滤方法具有清洁中空纤维膜的表面的优异能力并可以保持高过滤能力。换言之，本发明的过滤设备和浸渍式过滤方法可以通过施加高压来均匀地清洁中空纤维膜的表面。

附图说明

图1是示出了本发明实施例中的过滤设备的示意图。

图2a是示出了在图1所示的过滤设备的过滤组件中所包括的下保持部件的示意性平面图。

图2b是图2a所示的下保持部件的A-A截面图。

图3a是在从上方观察时实施例中的与图1所示的过滤设备不同的过滤设备的示意性平面图。

图3b是图3a所示的过滤设备的B-B截面图。

图4是示出了具有与图2b所示的下保持部件的形状不同的形状的下保持部件的示意性截面图。

图5是示出了具有与图2a所示的下保持部件的形状不同的形状的下保持部件的示意性平面图。

图6是示出了实例1中的操作结果的曲线图。

图7是示出了实例2中的操作结果的曲线图。

图8是示出了比较例1中的操作结果的曲线图。

具体实施方式

[本发明的各个实施例的说明]

本发明是浸渍式过滤设备，并且该浸渍式过滤设备设置有：过滤组件：其具有多个中空纤维膜，该多个中空纤维膜被保持为处于如下状态：多个中空纤维膜通过被单向牵拉而进行布置；以及气体供应装置，其从过滤组件下方供应气泡。在该过滤设备中，由上述气体供应装置供应的每个气泡在与过滤组件碰撞之后被分割成多个气泡。

在前述过滤设备中，由气体供应装置供应的每个所述气泡被中空纤维膜或中空纤维膜的保持部件分割成多个气泡。分开的气泡在保持与中空纤维膜的表面接触的同时上升。分开的气泡具有接近中空纤维膜的间隔的平均直径，使得分开的气泡容易地在中空纤维膜之间均匀地展开。结果，分开的气泡可以清洁中空纤维膜的表面，而不会有遗漏。此外，前述分开的气泡具有比常规的微小气泡的速度大的上升速度，使得分开的气泡可以以高擦洗压力有效地清洁中空纤维膜的表面。

本发明已经发现：如上所述，被中空纤维膜或它们的保持部件分割开的气泡可以有助于摇动中空纤维膜，并且中空纤维膜的摇动可以显著地抑制过滤组件中的压力损失的增加。更具体地说，在使用多个中空纤维膜的常规过滤组件中，中空纤维膜借助于水流而彼此接触，并且杂质沉积在进行接触的中空纤维膜之间的空间，使得中空纤维膜的表面积减小且过滤组件中的压力损失趋于增大。相比之下，在本发明的过滤设备中，分开的气泡能够有效地摇动过滤组件的中空纤维膜。该摇动不仅可以使中空纤维膜彼此分开，而且还可以除去沉积在中空纤维膜的表面上的杂质。结果，前述过滤设备可以保持比常规过滤设备的等级高的等级的过滤能力。

期望的是，由上述气体供应装置供应的气泡的平均水平直径比上述过滤组件中的多个中空纤维膜中的保持部分的最大间隔大。如上所述，当使由上述气体供应装置供应的气泡的平均水平直径比上述过滤组件中的多个中空纤维膜中的保持部分的最大间隔大时，具有接近中空纤维膜的间隔的平均直径的气泡可以以更高的可靠性在中空纤维膜之间的空间中均匀地展开。在上述描述中，术语“气泡的平均水平直径”指的是由气体供应装置直接输送的气泡在与中空纤维膜或中空纤维膜的保持部件碰撞之前的沿水平方向的最小宽度的平均值。此外，术语“中空纤维膜中的保持部分的最大间隔”指的是相邻中空纤维膜中的保持部分的间隔之中的最大间隔。

期望的是：上述过滤组件具有上保持部件和下保持部件，该上保持部件和下保持部件这两者用于沿上下方向对多个中空纤维膜进行定位；上保持部件与多个中空纤维膜的上开口连通并具有收集已过滤液体的出口；并且上述气体供应装置位于上述下保持部件下方的位置。当过滤组件具有上述上保持部件和下保持部件时，上述分开的气泡沿着各个中空纤维膜沿纵向上升。结果，过滤设备可以以较高的效率清洁中空纤维膜的表面。

当上述过滤组件具有均用于沿上下方向对多个中空纤维膜进行定位的上保持部件和下保持部件时，期望的是，过滤设备还由引导盖构成，该引导盖至少包围上述多个中空纤维膜的上部。当引导盖如上所述那样设置为包围中空纤维膜时，引导盖不仅可以防止清洁气泡在上升的同时分散，而且还可以增加气泡的上升速度。结果，可以进一步提高中空纤维膜的表面清洁效率和摇动效果。

结果，使用前述过滤设备的浸渍式过滤方法可以有效地清洁中空纤维膜的表面并以低运行成本保持高处理能力。

[本发明的各实施例的细节]

下文将参考附图对本发明的过滤设备的各个实施例进行详细说明。

[第一实施例]

图1所示的过滤设备1设置有过滤组件2以及从过滤组件2下方供应气泡的气体供应装置3。过滤设备1通过被浸渍在储存有被处理液体的过滤槽X中来使用。

<过滤组件>

过滤组件2具有通过沿上下方向牵拉而对准的多个中空纤维膜4，并具有上保持部件5和下保持部件6，上保持部件5和下保持部件6这两者用于沿上下方向对多个中空纤维膜4进行定位。

(中空纤维膜)

中空纤维膜4是这样的多孔中空纤维膜：在防止被处理液体所含颗粒渗透的同时，使水渗透到该多孔中空纤维膜的中空部分内部。

通过使用可以主要由热塑性树脂组成的材料来形成中空纤维膜4。热塑性树脂的类型包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯、次乙烯醇异分子聚合物、聚酰胺、聚砜、聚乙烯醇、聚苯醚、聚苯硫醚、醋酸纤维素、聚丙烯腈和聚四氟乙烯(PTFE)。在这些热塑性树脂之中，优选地使用具有优异的耐化学性、耐热性、耐气候性和不燃性且是多孔的PTFE，更优选地使用单向地或双向地拉伸的PTFE。用于形成中空纤维膜4的材料可以适当地含有例如另一种聚合物和诸如润滑剂等添加剂。

期望的是，中空纤维膜4具有多层结构，以将透水性和机械强度组合起来，并借助起泡作用增强表面清洁效果。更具体地说，期望的是，中空纤维膜4设置有位于内侧的支撑层和层叠在支撑层的表面上的过滤层。

例如，可以使用通过挤压热塑性树脂而得到的管子来形成上述支撑层。使用作为支撑层的挤压管能够使支撑层具有机械强度并有助于形成孔。期望的是，以50％以上且700％以下的轴向拉伸比率以及5％以上且100％以下的周向拉伸比率拉伸该管子。

期望的是，在管子材料的熔点温度以下(例如，0℃至300℃等)进行上述拉伸。为了得到具有相对大的孔的多孔体，需要在低温下进行拉伸。为了得到具有相对小的孔的多孔体，需要在高温下进行拉伸。在拉伸多孔体的两端被固定而保持为处于像拉伸的状态下，当在200℃至300℃温度下对该拉伸多孔体进行热处理1至30分钟等时，可以实现较高的尺寸稳定性。可以通过组合拉伸温度、拉伸比率及其他条件来调节多孔体的孔的尺寸。

当PTFE用作支撑层的形成材料时，可以通过以下步骤得到形成支撑层的管子：将诸如石脑油等液体润滑剂混合到例如PTFE细粉末中，然后，通过进行挤压或其他过程来得到管子的形状，最后，拉伸该管子。当在保持为PTFE细粉末的熔点温度以上(例如，350℃至550℃等)的加热炉中对管子进行烧结几十秒至几分钟等时，可以增强尺寸稳定性。

期望的是，前述PTFE细粉末的数均分子量具有500,000的下限值，更优选地具有2,000,000的下限值。当PTFE细粉末的数均分子量小于上述下限值时，因气泡的擦洗而可能损伤中空纤维膜4的表面，或者可能降低机械强度。另一方面，期望的是，前述PTFE细粉末的数均分子量具有20,000,000的上限值。当PTFE细粉末的数均分子量超过上述上限值时，变得难以在中空纤维膜4中形成孔。在以上描述中，术语“数均分子量”指的是由凝胶过滤色谱测得的值。

期望的是，支撑层具有0.1mm以上且3mm以下的平均厚度。当支撑层具有落入上述范围内的平均厚度时，中空纤维膜4可以具有均衡的机械强度和透水性。

上述过滤层可以通过围绕前述支撑层缠绕例如热塑性树脂的片材且随后进行烧结来形成。使用片材作为形成过滤层的材料有助于拉伸操作，能够容易调节孔的形状和尺寸，并可以减小过滤层的厚度。缠绕且随后烧结片材的过程可以使过滤层和支撑层成一体，并可以通过使过滤层的孔与支撑层的孔连通来提高透水性。期望的是，烧结温度至少为形成支撑层的管子的熔点或形成过滤层的片材的熔点这两者中的较高者。

可以利用下述方法来得到形成上述过滤层的片材，例如：方法(1)，通过挤压树脂而得到的未烧结成形体在其熔点以下的温度被拉伸并随后被烧结；以及方法(2)，烧结树脂成形体被逐渐冷却以提高结晶度并随后被拉伸。期望的是，以50％以上且1,000％以下的纵向拉伸比率以及50％以上且2,500％以下的横向拉伸比率拉伸片材。具体而言，当沿横向的拉伸比率被控制为落入前述范围内时，在进行片材缠绕之后，可以提高周向机械强度。结果，这可以提高对利用具有大容积体积的气泡的表面清洁而言的耐久性。

当通过围绕形成支撑层的管子缠绕片材来形成过滤层时，需要在管子的外周表面上设置微细表面凹凸体。在管子的外周表面上设置表面凹凸体不仅可以防止片材偏离预定位置，而且还可以增强管子与片材之间的紧密接触，并可以防止因气泡的清洁而使过滤层与支撑层分离。片材的缠绕匝数可以根据片材的厚度进行调节，并可以为一匝或多匝。此外，可以围绕管子缠绕多个片材。片材的缠绕方法不受特别限制。片材可以围绕管子周向或螺旋地缠绕。

期望的是，上述微细表面凹凸体具有20μm以上且200μm以下的尺寸(波峰与波谷之间的高度差)。

虽然期望在管子的整个外周表面上形成前述微细表面凹凸体，但是也可以局部或间断地形成微细表面凹凸体。在管子的整个外周表面上形成前述微细表面凹凸体的方法包括利用火焰、激光照射、等离子照射和氟系树脂的分散涂覆等进行的表面处理。在这些方法中，优选地利用火焰进行表面处理，这是因为火焰的表面处理可以在不影响管子的形状和性能的情况下容易地形成表面凹凸体。

此外，也可以使用未烧结的管子和未烧结的片材。在该情况下，为了增强管子和片材彼此的紧密接触，在片材缠绕之后进行烧结。

期望的是，过滤层具有5μm以上且100μm以下的平均厚度。当过滤层的平均厚度被控制为落入前述范围中时，中空纤维膜4可以容易且可靠地具有高过滤性能。

期望的是，中空纤维膜4的平均外径具有6mm的上限值，更优选地具有4mm的上限值。当中空纤维膜4的平均外径超过上述上限值时，中空纤维膜4中的表面积与截面面积的比率减小，使得过滤效率可能下降。另一方面，期望的是，中空纤维膜4的平均外径具有2mm的下限值，更优选地具有2.1mm的上限值。当中空纤维膜4的平均外径小于上述下限值时，中空纤维膜4的机械强度可能变得不足。

期望的是，中空纤维膜4的平均内径具有4mm的上限值，更优选地具有3mm的上限值。当中空纤维膜4的平均内径超过上述上限值时，中空纤维膜4的厚度减小，使得机械强度和杂质渗透防止效果可能变得不足。另一方面，期望的是，中空纤维膜4的平均内径具有0.5mm的下限值，更优选地具有0.9mm的下限值。当中空纤维膜4的平均内径小于上述下限值时，在中空纤维膜4中的已过滤液体被排出时压力损失可能增加。

期望的是，中空纤维膜4的平均内径与平均外径的比率具有0.8的上限值，更优选地具有0.6的上限值。当中空纤维膜4的平均内径与平均外径的比率超过上述上限值时，中空纤维膜4的厚度减小，使得机械强度、杂质渗透防止效果以及对利用具有大容积体积的气泡的表面清洁而言的耐久性可能变得不足。另一方面，期望的是，中空纤维膜4的平均内径与平均外径的比率具有0.3的下限值，更优选地具有0.4的下限值。当中空纤维膜4的平均内径与平均外径小于上述下限值时，中空纤维膜4的厚度不必要地增加，使得中空纤维膜4的透水性可能下降。

中空纤维膜4的平均长度不受特别限制。例如，中空纤维膜4的平均长度可以是1m以上且6m以下。术语“中空纤维膜4的平均长度”指的是从由上保持部件5固定的上端部分到由下保持部件6固定的下端部分的平均距离。如下所述，当一个中空纤维膜4弯曲呈字母U的形状且弯曲部分定位成作为下端部分并被下保持部件6固定时，前述术语指的是从该下端部分到上端部分(开口部分)的平均距离。

期望的是，中空纤维膜4的孔隙率具有90％的上限值，更优选地具有85％的上限值。当中空纤维膜4的孔隙率超过上述上限值时，中空纤维膜4的机械强度和耐擦洗性可能变得不足。另一方面，期望的是，中空纤维膜4的孔隙率具有75％的下限值，更优选地具有78％的下限值。当中空纤维膜4的孔隙率小于上述下限值时，透水性下降，使得过滤设备1的过滤能力可能下降。在上述描述中，术语“孔隙率”指孔的总体积占中空纤维膜4的体积的百分比。可以根据ASTM-D-792通过测量中空纤维膜4的密度来得到孔隙率。

期望的是，中空纤维膜4的孔的面积占有百分比具有60％的上限值。当中空纤维膜4的孔的面积占有百分比超过上述上限值时，中空纤维膜4的表面强度变得不足，使得中空纤维膜4可能遭受因气泡的擦洗而造成损伤或其它问题。另一方面，期望的是，中空纤维膜4的孔的面积占有百分比具有40％的下限值。当中空纤维膜4的孔的面积占有百分比小于上述下限值时，透水性下降，使得过滤设备1的过滤能力可能下降。在上述描述中，术语“孔的面积占有百分比”指的是中空纤维膜4的外周表面(过滤层的表面)中的孔的总面积相对于中空纤维膜4的表面积的百分比。通过分析中空纤维膜4的外周表面的电子显微镜照片可以得到孔的面积占有百分比。

期望的是，中空纤维膜4的孔的平均直径具有0.45μm的上限值，更优选地具有0.1μm的上限值。当中空纤维膜4的孔的平均直径超过上述上限值时，可能无法防止被处理液体所含杂质渗透到中空纤维膜4的内部。另一方面，期望的是，中空纤维膜4的孔的平均直径具有0.01μm的下限值。当中空纤维膜4的孔的平均直径小于上述下限值时，透水性可能下降。在上述描述中，术语“孔的平均直径”指的是中空纤维膜4的外周表面(过滤层的表面)中的孔的平均直径。可以利用孔径分布测量设备(例如，用于多孔材料的自动微细孔径分布测量系统；由多孔材料公司(PorousMaterials,Inc)制造)测量孔的平均直径。

期望的是，中空纤维膜4的拉伸强度具有50N的下限值，更优选地具有60N的下限值。当中空纤维膜4的拉伸强度小于上述下限值时，对利用具有大容积体积的气泡的表面清洁而言的耐久性可能下降。通常，中空纤维膜4的拉伸强度的上限值是150N。在以上描述中，术语“拉伸强度”指的是当根据JIS-K7161:1994进行拉伸试验且在100mm的基准线距离和100mm/min的试验速度情况下时的最大张应力。

(上保持部件和下保持部件)

上保持部件5是用于保持多个中空纤维膜4的上端部分的部件。上保持部件5与多个中空纤维膜4的上开口连通并设置有收集已过滤液体的排出部分(集水联箱)。排出部分与排出管道7连接并将已渗透到多个中空纤维膜4内部的已过滤液体排出。上保持部件5的外形不受特别限制，并且上保持部件5的截面形状的类型可以包括多边形形状和圆形形状。

下保持部件6是用于保持多个中空纤维膜4的下端部分的部件。如图2a和2b所示，前述下保持部件6设置有外框架6a和用于固定中空纤维膜4的下部的多个固定部分6b。固定部分6b具有例如杆等形状，并彼此以均一间隔近似平行地设置。多个中空纤维膜4单独设置在固定部分6b的上侧。固定部分6b彼此以均一间隔近似平行地设置能够使气泡的分割更均匀。

虽然可以以用上保持部件5固定一个膜的一端且用下保持部件6固定该膜的另一端的方式单独固定中空纤维膜4，但还可以以如下方式固定中空纤维膜4：使一个中空纤维膜4弯曲呈字母U的形状，并且用上固定部件5固定两个开口且用下固定部件6在底部处固定向上转向部分(弯曲部分)。

外框架6a是用于保持固定部分6b的部件。外框架6a的一侧可以具有例如50mm以上且200mm以下的长度。外框架6a的截面形状不受特别限制。除了图2a中所示的四边形形状之外，外框架6a还可以具有其他多边形形状或圆形形状。

由气体供应装置3(其将在下文中描述)供给的气泡B与固定部分6b碰撞并被分割成多个气泡B’。分开的气泡B’穿过固定部分6b之间的间隙并在擦洗中空纤维膜4的表面的同时向上行进。如图2b所示，多个固定部分6b设置在沿上下方向的对准位置。

固定部分6b的宽度(横向尺寸)和间隔不特别限制，只要可以固定充足数量的中空纤维膜4，并且由气体供应装置3供应的每个气泡可以被分割成多个气泡。固定部分6b可以具有例如3mm以上且10mm以下的宽度以及例如1mm以上且10mm以下的间隔。

用被下保持部件6保持的中空纤维膜4的数量N除以中空纤维膜4的设置区域的面积A可以得到中空纤维膜4的存在密度(N/A)。期望的是，该存在密度具有15膜/cm²的上限值，更优选地具有12膜/cm²的上限值。当中空纤维膜4的存在密度超过上述上限值时，中空纤维膜4的间隔变小，使得可能不能充分地进行表面清洁，或者可能不能充分地产生对中空纤维膜4的摇动。另一方面，期望的是，中空纤维膜4的存在密度具有4膜/cm²的下限值，更优选地具有6膜/cm²的下限值。当中空纤维膜4的存在密度小于上述下限值时，过滤设备1的每单位体积的过滤效率可能下降。在以上描述中，术语“中空纤维膜的设置区域”指的是：当从轴向观察时，在均包括属于过滤组件2的所有中空纤维膜4在内的假想多边形之中，具有最小面积的多边形。

此外，当假设中空纤维膜是实心的时，用被下保持部件6保持的中空纤维膜4的截面面积的总和S除以中空纤维膜4的设置区域的面积A可以得到中空纤维膜4的面积百分比(S/A)。期望的是，该面积百分比具有60％的上限值，更优选地具有55％的上限值。当中空纤维膜4的面积百分比超过上述上限值时，中空纤维膜4的间隔变小，使得可能不能充分地进行表面清洁。另一方面，期望的是，中空纤维膜4的面积百分比具有20％的下限值，更优选地具有25％的下限值。当中空纤维膜4的面积百分比小于上述下限值时，过滤设备1的每单位体积的过滤效率可能下降。

上保持部件5和下保持部件6的材料不受特别限制。例如，可以使用环氧树脂、ABS树脂和有机硅树脂。

将中空纤维膜4固定至上保持部件5和下保持部件6的方法不受特别限制。例如，为了固定它们，可以使用粘合剂。

此外，为了方便过滤组件2的处理(运输、放置和更换等)，需要利用连接部件将上保持部件5与下保持部件6连接。作为连接部件，例如，可以使用由金属制成的支撑杆或由树脂制成的壳体(外筒)。

<气体供应装置>

气体供应装置3从上述过滤组件2的下方供应用于清洁中空纤维膜4表面的气泡B。如上所述，借助上述固定部分6b把气泡B分割成多个气泡B’。分开的气泡B’擦洗中空纤维膜4的表面以清洁中空纤维膜4。气体供应装置3具有一个气泡出口。也就是说，过滤设备1具有与一个过滤组件2一对一地相关联的气泡出口。

可以使用已知的供应装置作为前述气体供应装置3。例如，可以使用与上述过滤组件2一起被浸渍在被处理液体中的气体供应装置，该气体供应装置内部储存由压缩机等经由气体供应管道(未示出)连续供应的气体，并通过间隙地输送已经累积至预定体积的气体来供应气泡B。

由气体供应装置3供应的气泡的平均水平直径比过滤组件2中的多个中空纤维膜4的固定部分(固定部分6b的固定位置)的最大间隔大。期望的是，由气体供应装置3供应的气泡的平均水平直径的下限值是过滤组件2中的多个中空纤维膜4的固定部分的最大间隔的两倍，更优选地是三倍，优选地是四倍。当由气体供应装置3供应的气泡的平均水平直径小于上述下限值时，气泡在被固定部分6b分割之后的数量和尺寸是不足的，使得气泡的用于清洁中空纤维膜4的表面的能力可能变得不足。在上述描述中，“气泡的平均水平直径”指的是由气体供应装置3直接输送的气泡在与下保持部件6碰撞之前的沿水平方向的最小宽度的平均值。术语“中空纤维膜中的固定部分的最大间隔”指的是相邻中空纤维膜4中的被下保持部件6保持的保持部分的间隔之中的最大间隔。

由气体供应装置3供应的气体不受特别限制，只要该气体为惰性气体即可。需要考虑到运行成本来使用空气。

<操作方法>

可以通过将过滤设备1浸渍在储存有将要过滤的被处理液体的过滤槽中来使用过滤设备1。过滤设备1的具体应用包括废水处理、工业废水处理；工业自来水过滤；用于清洁机器等的水的处理；池水的过滤；河水的过滤；海水的过滤；发酵过程(酶和氨基酸的净化)中的泥污的消毒和去除；食物、米酒、啤酒和葡萄酒等(特别是未煮过的产品)的过滤；从药房等中的发酵罐中分离细菌细胞；染料行业中的工业水和溶解染料的过滤；动物细胞的培植过滤；在使用RO膜的纯水制造过程(包括海水的除盐)中的预处理过滤；在使用离子交换膜的过程中的预处理过滤；以及在使用离子交换树脂的纯水制造过程中的预处理过滤。

在水净化处理中，过滤设备1可以与粉末状活性碳组合使用。首先，微细溶解性有机物被粉末状活性碳吸附。然后，利用过滤设备1对含有已经吸附了溶解性有机物的粉末状活性碳的水进行过滤。该过程可以有效地进行水净化处理。

在废水处理中，过滤设备1可以与繁殖有细菌细胞的水箱组合使用。首先，将废水引入到水箱中。细菌细胞分解废水中的污染成分以清洁废水。然后，利用过滤设备1对含有细菌细胞的废水进行过滤。该过程可以有效地进行废水处理。

<优点>

在过滤设备1中，由气体供应装置3供应的气泡B的平均水平直径比多个中空纤维膜4的固定部分的最大间隔大。结果，每个气泡B均被固定部分6b分割成多个气泡B’。分开的气泡B’在保持与中空纤维膜4的表面接触的同时上升。分开的气泡B’具有接近中空纤维膜4的间隔的平均直径，使得分开的气泡B’容易地在中空纤维膜4之间均匀地分散开。结果，分开的气泡B’可以清洁中空纤维膜4的表面，而不会有遗漏。此外，前述分开的气泡B’具有比常规的微小气泡的上升速度大的上升速度，使得分开的气泡B’可以以高擦洗压力有效地清洁中空纤维膜4的表面。因为分开的气泡B’沿着各个中空纤维膜4纵向地上升，所以过滤设备1可以以较高的效率有效地清洁中空纤维膜4的表面。

此外，过滤设备1通过使用被下保持部件6分割的气泡来容易地摇动中空纤维膜4。通过如上所述那样有效地摇动中空纤维膜4，过滤设备1不仅可以使中空纤维膜4彼此分离，而且还可以除去沉积在中空纤维膜4的表面上的杂质。

在过滤设备1中，通过使用内部储存有连续供给的气体且间歇地输送该气体以供应气泡的气体供应装置3，可以以低成本容易且可靠地将具有大体积的气泡供应至过滤组件2。

<浸渍式过滤方法>

因为如上所述那样气泡保持过滤设备1的中空纤维膜4的表面通过气泡保持清洁，所以使用过滤设备1的浸渍式过滤方法可以在保持高过滤效率的同时进行过滤处理。

[第二实施例]

图3a和图3b中所示的过滤设备11设置有：过滤组件2；气体供应装置3，其从过滤组件2下方供应气泡；以及引导盖8，其包围上述过滤组件2的多个中空纤维膜4。过滤设备11通过被浸渍在储存有被处理液体的过滤槽X中来使用。过滤组件2和气体供应装置3与在上述第一实施例的过滤设备1中使用的过滤组件2和气体供应装置3相同。结果，过滤组件2和气体供应装置3被给予相同的符号，并且省略了它们的说明。

(引导盖)

引导盖8是包围过滤组件2的多个中空纤维膜4的筒状体。引导盖8至少包围中空纤维膜4的上部，以防止清洁气泡B’在过滤组件2的上部分散。

期望的是，引导盖8设置为沿上下方向与上保持部件5相距一定距离。更具体地说，期望的是，引导盖8不包围上保持部件5，并且在引导盖8与上保持部件5这两个部件之间形成间隙。如上所述，通过使引导盖8与上保持部件5隔开，因气泡的作用而从中空纤维膜4中分离的杂质(残留物)可以经由引导盖8与上保持部件5之间的间隙被排出到过滤组件2的外部。因此，可以提高清洁效果。另一方面，期望的是，引导盖8包围下保持部件6的一部分。

期望的是，长度L1(其为引导盖8的围绕中空纤维膜4的包围区域沿上下方向的长度)具有上保持部件5与下保持部件6之间的平均距离L2的30％的下限值，更优选地具有50％的下限值，优选地具有80％的下限值。另一方面，期望的是，上述包围区域的长度L1具有上保持部件5与下保持部件6之间的平均距离L2的100％的上限值，更优选地具有98％的上限值，优选地具有95％的上限值。当上述包围区域的长度L1小于上述下限值时，防止气泡B’分散的效果以及增加气泡B’的上升速度的效果可能变得不足。与之相反，当上述包围区域的长度L1超过上述上限值时，变得难以将与中空纤维膜4分离的杂质排出至过滤组件2的外部，从而可能不能充分提高清洁效果。

期望的是，作为引导盖8的内表面与紧邻引导盖8的中空纤维膜4之间的距离的平均值的平均距离D1具有20mm的下限值，更优选地具有30mm的下限值，优选地具有40mm的下限值。另一方面，期望的是，上述平均距离D1具有400mm的上限值，更优选地具有250mm的上限值，优选地具有100mm的上限值。当上述平均距离D1超过上述上限值时，防止气泡分散的效果可能变得不足。与之相反，当上述平均距离D1小于上述下限值时，这些中空纤维膜可能与引导盖8接触，使得这些中空纤维膜4的清洁和摇动可能变得不充足，并且使得这些中空纤维膜4的表面可能发生磨损。

引导盖8与上保持部件5之间的沿上下方向的分离距离D2可以为例如50mm以上且200mm以下。

引导盖8的下表面的形状不限于图3a中所示的矩形。可以根据上保持部件5和下保持部件6的外形、多个中空纤维膜4的布置形状等适当地设计引导盖8的下表面的形状。引导盖8的下表面的形状可以为圆形或除了矩形之外的其他多边形。

作为用于引导盖8的材料，例如，除了用于上保持部件5或下保持部件6的相同树脂之外，还可以使用聚氯乙烯和不锈钢。

<优点>

过滤设备11设置有包围过滤组件2的中空纤维膜4的引导盖8。结果，不仅可以防止清洁气泡B’在上升的同时分散，而且还可以增加气泡B’的上升速度。因此，过滤设备11在表面清洁效率和中空纤维膜4的摇动效果上表现出色。

[其他实施例]

应该理解的是，本次所公开的实施例在所有方面是示例性的而非限制性的。意图在于，本发明的范围不限于上述实施例的结构，而是由权利要求书的范围限定，并且涵盖包括在与权利要求书的范围等同的含义和范围内的所有修改和变型。

本发明的过滤设备可以设置有多个过滤组件。当过滤设备设置有多个过滤组件时，气体供应装置可以设置在每个过滤组件的下方。作为选择，气体供应装置可以设置为具有能够向多个过滤组件供应气泡的多个气泡出口。此外，多个过滤组件可以设置在一个引导盖中。

上述实施例具有如下构造：下保持部件6具有均保持多个中空纤维膜4的杆状固定部分6b。然而，本发明的范围不限于该构造。例如，可以采用如下构造：一个固定部分6b保持一个中空纤维膜4，并且多个固定部分6b以彼此隔开一定间隔的方式设置。

此外，如图4所示，相邻固定部分6b可以沿上下方向设置在不同位置。当相邻固定部分6b如上所述那样不均匀地设置时，固定部分6b对气泡的剪切力增加，使得气泡可以更均匀地被分割。

下保持部件6的形状也不限于具有上述实施例中所示的杆状固定部分6b的形状。例如，就像图5所示的下保持部件16那样，也可以使用设置有多个贯穿孔的板状固定部分16b的形状。

用于过滤设备的气体供应装置仅需要供应具有足够体积的气泡，使得该气泡在与过滤组件碰撞之后被分割成多个气泡。结果，还可以使用除了上述实施例中所说明的气体供应装置之外的气泡产生设备(气体扩散器)。此外，对一个过滤组件而言也可以设置两个或更多个气体供应装置(两个或更多个气泡出口)。

过滤设备的过滤组件可以具有如下结构：多个中空纤维膜的两端分别被上保持部件和下保持部件固定，并且排出管道与上保持部件和下保持部件这两者连接以收集来自中空纤维膜两端的水。当如上所述那样从中空纤维膜两端收集水时，与从一端收集水的情况相比，中空纤维膜中的管道阻力可以减小到八分之一，从而可以提高集水效率。当从两端收集水时，需要使用下述系统：首先，下保持部件设计为具有由图2a所示的平面图示出的形状。多个固定部分6b内部均设置有集水通路。通过使用设置在下保持部件6的侧面的排出管道来收集水。通过使用该系统，可以在下保持部件中的下部设置能够让气泡穿过的空间。结果，与上述实施例一样，由气体供应装置供应的气泡可以被固定部分分割，并且分开的气泡可以被有效地供给至中空纤维膜。

通过牵拉来对准过滤组件的中空纤维膜所沿的方向不限于上下方向。该方向可以是水平方向或倾斜方向。即使当中空纤维膜沿这种方向被牵拉而对准时，因为从下方供应的每个气泡均在中空纤维膜之间的位置被分割，所以也可以实现本发明的效果。

实例

通过示出实例来在下文中进一步详细说明本发明。然而，本发明不限于这些实例

[实例1]

通过使用设置有图3a和图3b所示的过滤组件、气体供应装置和引导盖的过滤设备，以0.7m³/m²·天的处理速率对被处理液体(污泥水)进行过滤处理。测量中空纤维膜的内部与外部之间的压差的变化。中空纤维膜具有3.2m的平均长度、2.3mm的平均外径和1.1mm的平均内径。中空纤维膜的数量为740。引导盖具有3.7m的长度。在上下方向上，该长度能够覆盖所有中空纤维膜、上保持部件和下保持部件。通过使用间歇气泡喷射式气体扩散器(间歇泵)来进行过滤处理。以50L/min的供应速率间歇性地供应气泡，使得气泡能够在下保持部件处被分割。以重复九分钟的操作和一分钟的无操作的方式进行处理。图6示出了测量结果。

[实例2]

除了多个中空纤维膜的两端分别被上保持部件和下保持部件固定且排出管道与上保持部件和下保持部件这两者连接以收集来自中空纤维膜的两端的水之外，该实例使用与实例1所使用的过滤组件相同的过滤组件。以与实例1中所使用的供应速率相同的供应速率来间歇性地供应气泡。测量中空纤维膜的内部与外部之间的压差的变化。在下保持部件的侧面的质心对称位置设置一对间歇泵(两个泵)，使得下保持部件被夹设在该对间歇泵之间。该构造使气泡被多个中空纤维膜分割，而不是被下保持部件分割。图7示出了测量结果。

[比较例1]

除了使用利用多孔管道的气体扩散器以及未被下保持部件分割的气泡被气体扩散器以与实例1中所使用的供应速率相同的供应速率连续地供应之外，在与实例1中所使用的条件相同的条件下进行过滤处理。测量中空纤维膜的内部与外部之间的压差的变化。图8示出了测量结果。

通过比较图6和图8可以看出：与比较例1中的过滤设备相比，实例1中的过滤设备可以显著地降低压差。这归因于如下事实：被下保持部件分割的气泡在中空纤维膜之间均匀地展开。此外，如图7所示，设计为两端集水型的过滤组件还可以实现与一端集水型的过滤组件所得到的效果相同的效果。

工业实用性

如上所述，本发明的过滤设备和浸渍式过滤方法具有用于清洁中空纤维膜的表面的优异能力并可以保持它们的高过滤能力。结果，该过滤设备可以在各种领域中有利地作为固液分离处理设备。

附图标记列表

1和11：过滤装备

2：过滤组件

3：气体供应装置

4：中空纤维膜

5：上保持部件

6和16：下保持部件

6a：外框架

6b和16b：固定部分

7：排出管道

8：引导盖

Claims (5)

1.一种过滤设备，其为浸渍式过滤设备并包括：

过滤组件，其具有多个中空纤维膜，所述多个中空纤维膜被保持为处于以下状态：所述多个中空纤维膜通过被单向牵拉而进行布置；以及

气体供应装置，其从所述过滤组件下方供应气泡；

其中，由所述气体供应装置供应的每个所述气泡在与所述过滤组件碰撞之后被分割成多个气泡。

2.根据权利要求1所述的过滤设备，其中，由所述气体供应装置供应的所述气泡具有比所述过滤组件中的所述多个中空纤维膜中的保持部分的最大间隔大的平均水平直径。

3.根据权利要求1或2所述的过滤设备，其中：

所述过滤组件包括上保持部件和下保持部件，所述上保持部件和所述下保持部件这两者用于沿上下方向对所述多个中空纤维膜进行定位；

所述上保持部件与所述多个中空纤维膜的上开口连通并具有收集已过滤液体的出口；并且

所述气体供应装置位于所述下保持部件下方的位置。

4.根据权利要求3所述的过滤设备，还包括至少包围所述多个中空纤维膜的上部的引导盖。

5.一种使用根据权利要求1所述的过滤设备的浸渍式过滤方法。