CN1392802A - 中空纤维膜组件、中空纤维膜组件装置以及中空纤维膜组件的制造方法 - Google Patents

中空纤维膜组件、中空纤维膜组件装置以及中空纤维膜组件的制造方法 Download PDF

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Abstract

一种中空纤维膜组件，其中从原料水进口将原料水送入到过滤腔，该腔周围是具有开口端的第一密封体，以使大量中空纤维膜形成中空纤维膜束，圆柱形外套和第二密封体，并在其中装有中空纤维膜束，其中原料水进口成形在靠近第二密封体的圆柱形外套上，并且反洗期间产生的污水通过成形在第二密封体上的排污孔排出。

Description

中空纤维膜组件、中空纤维膜组件装置 以及中空纤维膜组件的制造方法
技术领域
本发明涉及中空纤维膜组件、中空纤维膜组件装置和中空纤维膜组件的制造方法。更详细地说，它涉及这样一种中空纤维膜组件，即，它借助反洗有效地清除使用期间沉积在中空纤维膜组件中的原料水中的悬浮物，从而使其过滤性能保持稳定，还涉及其制造方法以及使用它的中空纤维膜组件装置。本发明的中空纤维膜组件和采用它的中空纤维膜组件装置可优选地用于过滤原料水，生产饮用水或生产用于加入到使用逆渗透膜生产净化水的设备中去的进料水。
背景技术
中空纤维膜组件大致分为内压型和外压型。
外压型中空纤维膜组件由中空纤维膜束组成，每束由成千上万根中空纤维膜和将中空纤维膜束包在里面的圆柱形外套组成。圆柱形外套两端依靠固定在圆柱形外套内壁表面的密封体密封。这两个密封体之间、圆柱形外套内的空间形成过滤腔，中空纤维膜束便位于其中。
在一种情况下，中空纤维膜束装在过滤腔内处于这样一种状态：各个中空纤维膜的中空部分固定在密封体之一上，膜的开口一端位于该密封体外表面；同时膜又固定在另一密封体上，其闭合端或开口端位于该密封体的外表面。在另一种情况下，中空纤维膜束装在过滤腔内处于这样一种状态：各个中空纤维膜的中空部分固定在密封体之一上，膜的两端开口均位于该密封体外表面，同时整个中空纤维膜弯曲成U字形。
一种可流动的树脂渗入到构成中空纤维膜束的各个中空纤维膜之间的间隙内，随后固化并与中空纤维膜结成一体。固化的树脂还与圆柱形外套的内壁表面形成一体从而构成密封体。利用树脂形成密封体的过程叫做铸封。铸封使用的树脂叫做密封树脂或铸封料。
铸封之前，每根中空纤维膜的中空部分的末端部分借助向中空部分内渗入树脂或者压扁中空部分而被密封。铸封之后，当需要在密封体外表面使每根中空纤维膜的中空部分获得开口时，切开并去掉铸封所形成的密封体的一部分，以便去掉此前被密封的中空部分。
向如此形成的中空纤维膜组件的过滤腔中在加压下注入原料水。原料水透过过滤腔内各个中空纤维膜并到达各个中空纤维膜的中空部分。在此过程中，原料水经过过滤而变成滤液。该滤液从相应中空纤维膜的开口排出。
JP 09-220446 A公开了一种外压型中空纤维膜组件的范例。该中空纤维膜组件的原料水进口包括许多通孔，每个孔具有很小的直径，开在由树脂将各个中空纤维膜端部密封的密封体上。该文献描述道，由于设有此种原料水进口，故用于在中空纤维膜组件连续使用后洗去沉积在内部的悬浮物的水得以很好地排出。
然而，本发明人检查了在密封体上做成许多小直径通孔形式的原料水进口后，结果发现，在进行冲洗处理(反洗处理)，以便让滤液穿过中空部分从各个中空纤维膜开口流到各个中空纤维膜的外表面，从而使中空纤维膜的过滤性能保持良好状态的情况下，从中空纤维膜表面解吸下来的悬浮物，在其与污水一起流过通孔以及沿反洗水流动方向下游侧存在的空间时，便部分地沉积在包括许多直径很小的这些通孔的原料水进口和下游空间中。也就是，观察到一种现象：悬浮物被部分地截留在这些空间和通孔中。
结果，当反洗完成后再次通过这些空间和通孔送入原料水时，沉积在这些空间和通孔内的悬浮物又重新返回到过滤腔中并沉积在中空纤维膜的表面上。此种现象据认为是该文献所公开的中空纤维膜组件过滤性能即便经反洗处理之后也无法恢复到预期程度的原因。
本发明的目的是提供一种克服现有技术存在问题的中空纤维膜组件。
本发明的目的还在于提供一种中空纤维膜组件，它在过滤腔中存在降低中空纤维膜束过滤性能的悬浮物借助反洗处理被有效地排出，并且在恢复供应原料水以开始生产滤液的情况下，能充分维持洗涤效果，就是说，提供一种具有稳定过滤性能的中空纤维膜组件。
本发明的目的是提供一种生产具有稳定过滤性能的中空纤维膜组件的方法。
发明内容
为实现上述目的，本发明中空纤维膜组件包括：
(a)圆柱形外套，
(b)第一密封体，用来密封圆柱形外套的一端，
(c)第二密封体，用来密封圆柱形外套的另一端，
(d)设在第一密封体外面的、圆柱形外套的第一封头，
(e)设在第二密封体外面的、圆柱形外套的第二封头，
(f)过滤腔，由第一密封体内壁表面、第二密封体内壁表面和圆柱形外套内壁表面形成，
(g)第一腔，由第一封头内壁表面和第一密封体外壁表面形成，
(h)第二腔，由第二封头内壁表面和第二密封体外壁表面形成，
(i)中空纤维膜束，装在过滤腔内并固定在第一密封体上，其中束的一端朝第一腔开口，同时又固定在第二密封体上，其中束的另一端对第二腔闭合；或者固定在第一密封体上，而束的两端都朝第一腔开口，且整个束弯曲成U字形，
(j)原料水进口，成形在圆柱形外套上并朝靠近第二密封体部位的过滤腔开口，
(k)空气排出口，成形在圆柱形外套上并朝靠近第一密封体部位的过滤腔开口，
(1)供空气和污水流动的流体流动孔，成形在第二密封体上，从过滤腔贯通第二密封体，
(m)滤液排放口，成形在第一封头上并朝第一腔开口，以及
(n)排污口，成形在第二封头上并朝第二腔开口。
按照本发明的中空纤维膜组件，鉴于原料水进口成形在构成过滤腔的圆柱形外套侧面，故原料水进口得以与反洗污水的排污口分开，因此可保证悬浮物不会沉积在原料水流过的部分中。在反洗完成之后重新供应原料水的情况下，不会发生悬浮物进入到过滤腔的情况，因此中空纤维膜组件的过滤性能得以维持稳定。
另一方面，可能发生反洗导致悬浮物沉积在流体流动孔的情况，但是该悬浮物在通气冲洗期间将随同压缩空气流入到过滤腔内，并随同空气一起从空气排出口排出。这样，悬浮物将不会沉积在中空纤维膜束内，从而可防止中空纤维膜组件过滤性能的恶化。
在本发明的中空纤维膜组件中，优选的是，由圆柱形外套的内圆周面规定的最小横向断面面积等于或大于150cm2，且在第一密封体内壁表面部位构成中空纤维膜束的中空纤维膜的充填率介于40～70％。
本发明中空纤维膜组件具有大量过滤原料水的优良过滤效率，是根据具有该最小横向断面面积和充填率的实施方案提供的。
若增加上面援引文献所公开的组件的最小横向断面面积以获得更多滤液(净化水)，则导致悬浮物的增加，而这样，沉积在过滤腔内做成许多通孔形式的原料水进口中以及反洗水流动方向下游侧的空间中的悬浮物数量将相应增加，一些甚至留在过滤腔内。结果，随着对组件恢复供应原料水，这些悬浮物将返回到过滤腔中并沉积在中空纤维膜表面；这将造成过滤效率的下降。
然而，在本发明中，由于原料水进口是成形在圆柱形外套的侧面，与反洗污水用的排污口分开，故可保证悬浮物不会沉积在原料水流过的部分中。这就是说，本发明优选在具有150cm2，200cm2或甚至更大的最小横断面面积的组件中实施。
再者，充填率规定在上述范围内，旨在既达到高过滤效率又达到高过滤性能。如果组件的充填率小于40％，它将无法达到高过滤效率。如果组件的充填率大于70％，则悬浮物很容易截留在中空纤维束内，因此它将无法达到高过滤性能。
在本发明的中空纤维膜组件中，优选的是，固定在第一密封体和/或第二密封体上的中空纤维膜组件借助从圆柱形外套内壁表面突出的一个和/或多个间隔件与圆柱形外套内壁表面保持分开。
优选的是，间隔件从圆柱形外套内壁表面突出的高度介于2～10mm。
优选的是，密封体侧的间隔件的面倾斜一定方向，偏离密封体内壁表面而朝向圆柱形外套的中心。
根据具有间隔件的实施方案，提供一种中空纤维膜组件，其中中空纤维膜组件在运输或使用期间可能造成中空纤维膜的断裂(丝条断裂)将因具有大的容积而得以防止。
在本发明的中空纤维膜组件中，优选的是，第一封头的顶部设有能开启和关闭的盖子，以便对固定在第一密封体上的中空纤维膜组件中的中空纤维膜实施维修。
根据具有盖子的实施方案，提供一种中空纤维膜组件，其中有可能对由于，例如，纤维断裂而损坏的中空纤维膜实施维修工作，只需简单地开启盖子而无需从圆柱形外套上拆下第一封头或连接滤液排放口的接头。
在本发明的中空纤维膜组件中，优选的是，第二封头备有具有节流孔板和止逆阀的空气进口，并朝第二腔开口。
根据具有节流孔板和止逆阀的实施方案，提供一种中空纤维膜组件，其中从第二腔通过空气进口进入到空气供应管道的污水流动被止逆阀制止，并且在采用多个中空纤维膜组件平行连接以便过滤大量原料水的情况下，通气冲洗期间向各个中空纤维膜组件供应空气的体积由节流孔板维持均等。
在本发明的中空纤维膜组件中，优选的是，圆柱形外套是由热塑性树脂制成的吹塑制品或热成形制品。
大中空纤维膜组件需要大圆柱形外套。传统圆柱形外套采用树脂注塑成形，但倘若大圆柱形外套采用注塑成形，则存在一个问题，即，成形的树脂层变得不均一或包含孔隙。若采用吹塑制品或热成形制品作为圆柱形外套，按此种模式提供的中空纤维膜组件便可解决这一问题。
优选的是，热塑性树脂是聚氯乙烯(PVC)树脂。
根据具有由聚氯乙烯树脂制成的圆柱形外套的实施方案，提供一种中空纤维膜组件，它具有优异的耐水、耐酸、耐碱性并且无毒，而且价廉。
优选的是，聚氯乙烯树脂包含非铅化合物作为热稳定剂。
通常的做法是让聚氯乙烯含有热稳定剂以达到较高热稳定性。作为热稳定剂，常常采用铅化合物。在圆柱形外套由含铅化合物的聚氯乙烯树脂制成的情况下，在中空纤维膜组件使用期间铅化合物会溶解到水中。根据具有由含非铅化合物作为热稳定剂的聚氯乙烯树脂制成圆柱形外套的实施方案，提供一种没有此问题的中空纤维膜组件。
在本发明中空纤维膜组件中，优选的是，圆柱形外套由丙烯腈-X-苯乙烯共聚物(AXS)树脂制成。
按照这一实施方案，所提供的一种中空纤维膜组件能防止内分泌破坏素(环境荷尔蒙)溶入到饮用水中，即便它用于生产饮用水，或者防止在其焚烧期间产生二噁英(dioxine)，这是一类内分泌破坏素(环境荷尔蒙)。
优选的是，上面的X代表乙丙橡胶或丙烯酸类橡胶。
按照该实施方案，提供一种中空纤维膜组件，其中内分泌破坏素(环境荷尔蒙)的产生得到更有效的防止。
在本发明的中空纤维膜组件中，优选的是，用于成形第一密封体和/或第二密封体的树脂是具有下列通式所代表的双酚的环氧树脂
Figure A0180288800111
(其中Y代表亚烷基基团)。
按照该实施方案，提供一种具有防止内分泌破坏素(环境荷尔蒙)产生作用的中空纤维膜组件。
优选的是，所述Y由下式代表
Figure A0180288800112
(其中R1和R2分别独立地代表CnH2n+1(其中n代表0或2或更大的整数))。
按照该实施方案，提供一种中空纤维膜组件，它具有较大的防止内分泌破坏素(环境荷尔蒙)产生的作用。
优选的是，该环氧树脂是双酚F环氧树脂。
按照该实施方案，提供一种中空纤维膜组件，它具有更大的防止内分泌破坏素(环境荷尔蒙)产生的作用。
优选的是，该环氧树脂能渗入到中空纤维膜的孔隙空间中达孔隙空间容积的1％(体积)或更大的程度。孔隙空间是指在膜的外表面与内表面之间，在膜中形成的孔隙空间，旨在用以提供过滤功能。
按照该实施方案，提供一种中空纤维膜组件，即使在过滤腔内流体流动导致中空纤维膜抖动的情况下，也能保证中空纤维膜得到密封体的支持。
在本发明的中空纤维膜组件中，优选的是，过滤腔是加压型的，它在过滤或反洗期间所加压力要高于大气压压力。
按照该实施方案，提供一种中空纤维膜组件，它具有过滤大量水和高洗涤的效果。
本发明的中空纤维膜组件装置包含许多互相连接的本发明中空纤维膜组件，其中这许多中空纤维膜组件各自的空气排出口连接到位于比各个空气排出口低的同一总管上。
按此种模式提供的中空纤维膜组件装置可防止空气中夹带的和从空气排出口排出的溢流水在空气排放管与过滤腔之间往复。
在本发明的中空纤维膜组件装置中，优选的是，这多个中空纤维膜组件安装在架子上排成多排。
按此种模式提供的本发明中空纤维膜组件装置能够过滤大量水并且可做到很紧凑。
在本发明的中空纤维膜组件装置中，优选的是，多个中空纤维膜组件围绕一条直线基本上对称地排列或者交错排列。
按此种模式提供的中空纤维膜组件装置能够过滤大量水并且可做到很紧凑，同时配管工作也很容易。
在本发明的中空纤维膜组件装置中，优选的是，多个中空纤维膜组件的各个原料水进口连接在同一原料水管上；并且各个滤液排放口也连接在同一滤液排放管上。
按此种模式提供的中空纤维膜组件装置能够过滤大量水并且可做到很紧凑，同时配管工作也很容易。
在本发明中空纤维膜组件装置中，优选的是，连接原料水进口、空气排出口、滤液排放口和排污口的管道至少有一个活接头。
按此种模式提供的中空纤维膜组件装置，具有容易连接到管路上并且强抗振动的配管系统。
生产本发明所述的中空纤维膜组件这样的中空纤维膜组件的方法特征在于，当所述中空纤维膜束装在所述由圆柱形外套内壁表面规定的最小横向断面面积等于或大于150cm2的圆柱形外套中时，是使用树脂粘合并固定在所述分别利用静止铸封成形的第一密封体端部。树脂是在成形第一密封体中心部分的树脂固化反应温度控制在120℃或更低温度下固化。
在生产本发明中空纤维膜组件的方法中，优选的是，所述静止铸封开始时的树脂粘度介于100～5,000mPa.s。
在生产本发明中空纤维膜组件的方法中，优选的是，该树脂是具有下列通式所代表的双酚的环氧树脂
(其中Y代表亚烷基基团)。
在生产本发明中空纤维膜组件的方法中，优选的是所述Y由下式代表
Figure A0180288800132
(其中R1和R2分别独立地代表CnH2n+1(其中n代表0或2或更大的整数))。
在生产本发明中空纤维膜组件的方法中，优选的是，该树脂是双酚F环氧树脂。
附图简述
图1是表示本发明中空纤维膜组件的一种实施方案的垂直剖视图。
图2是沿图1的Z1-Z1箭头方向的剖视图。
图3是图1的Z2部分的放大图。
图4是中空纤维膜的典型透视图，其中一部分为垂直剖面图，旨在展示中空纤维膜中发生的过滤作用。
图5是表示本发明中空纤维膜组件装置的一种实施方案的透视图，其中图1中所示的中空纤维膜组件和相同的另一中空纤维膜组件排列成两排。
图6是表示图5中所示多个中空纤维膜组件平行排列的状态的平面视图。
图7是表示图5中所示多个中空纤维膜组件交错排列的状态的平面视图。
图8是表示图5中所示中空纤维膜组件装置中管道偶联所使用的活接头例子的垂直剖视图。
图9是沿图8的Z3-Z3箭头方向的视图。
实施本发明的最佳模式
在图1～3中，中空纤维膜组件50由圆柱形外套1、用于密封圆柱形外套一端开口的圆柱形外套1的第一密封体3A、用于密封圆柱形外套另一端开口的圆柱形外套1的第二密封体3B、装在第一密封体3A外侧的圆柱形外套1的第一封头1Ca和装在第二密封体3B外侧的圆柱形外套1的第二封头1Cb组成。
圆柱形外套1由长的主套件1A和分别连接在主套件1A两端的密封体固定用套件1Aa和1Ab组成。
在中空纤维膜组件50中，第一密封体3A的内壁表面、第二密封体3B的内壁表面和圆柱形外套1的内壁表面形成过滤腔4。第一封头1Ca内壁表面和第一密封体3A外壁表面形成第一腔7。第二封头1Cb内壁表面和第二密封体3B外壁表面形成第二腔9。
中空纤维膜组件50具有装在过滤腔4内的中空纤维膜束3。中空纤维膜束3一般由成千上万根中空纤维膜2组成。
中空纤维膜束3可采用两种方法装在过滤腔4内。一种方法，大量中空纤维膜2沿一个方向排列并成直线装入。另一种方法，大量中空纤维膜全长弯曲成U字形并沿两个方向排列以便装成U字形。此种U字形排列方法是众所周知的。
图1表示中空纤维膜束3成直线装在过滤腔4中的状态。然而，在本发明中空纤维膜组件中，中空纤维膜束3也可呈U字形装入过滤腔4中。
在中空纤维膜组件50中，装在过滤腔4内的中空纤维膜束3的一端固定在第一密封体3A上，各个中空纤维膜2的中空部分朝第一腔7开口。在U字形装法的情况下，中空纤维膜束3的两端都固定在第一密封体3A上，各个中空纤维膜2的中空部分朝第一腔7开口。
在中空纤维膜组件50中，装在过滤腔4内的中空纤维膜束3的另一端固定在第二密封体3B上，各个中空纤维膜2的中空部分对第二腔9闭合。
将中空纤维膜束3的端部固定在第一密封体3A上可采用这样的方法：让可流动树脂填入到各个中空纤维膜2之间的间隙内，使密封体3A的侧面形成平面，于是形成第一密封体3A，然后使树脂固化。
结果，由固化树脂20组成的第一密封体3A的外周面便粘合在圆柱形外套1的内壁表面上，中空纤维膜束3固定到第一密封体3A上，固定后的状态是，各个中空纤维膜2之间的间隙由树脂20填满。另一方面，结果是，过滤腔4与第一腔7之间的流体流动被完全阻止。
形成密封体3A以及将中空纤维膜束3固定到密封体3A上的方法叫做铸封，乃众所周知。铸封前，每根中空纤维膜的中空部分的端部利用树脂渗入到中空部分或者将中空部分压扁而被封死。铸封后，在需要在密封体外表面给每根中空纤维膜中空部分开口时，只要切去一部分铸封所形成的密封体并去掉此前密封的中空部分。
第二密封体3B的成形以及中空纤维膜束3的另一端固定到第二密封体3B上的方法，类似地通过铸封来实施。然而，各个中空纤维膜2开口由固化树脂进行封堵则原封不动。如需要，成形的第二密封体3B的外端可切去，但在这种情况下，实施切除时应保证各个中空纤维膜2的开口封堵仍旧保留。
在中空纤维膜束呈U字形装在过滤腔4内的情况下，中空纤维膜束3不固定在密封体3B上，密封体3B仅利用铸封简单地成形。
中空纤维膜组件50还具有：原料水进口5，被做成贯通圆柱形外套1并在靠近第二密封体3B的部位朝过滤腔4开口；空气排出口6，做成贯通圆柱形外套1并在靠近第一密封体3A的部位朝过滤腔4开口；以及流体流动孔11，成形在第二密封体3B上，从过滤腔4贯通第二密封体3B，以便让空气和污水流动。
空气排出口6的成形为的是让过滤腔4中的空气和空气中夹带的溢流水排出。在该实施方案中，它还起到在过滤腔4中浓缩液的排放口的功能。过滤腔4中浓缩液的排放口可以与空气排出口6分开。
流体流动孔11大量成形在第二密封体3B上。这些流体流动孔11按基本上平行于固定在第二密封体3B上的各个中空纤维膜2的方向成形在第二密封体3B上，务必使它们不要彼此干扰。流体流动孔11是作为空气分散和排污孔而成形的。通气冲洗期间，它们起到空气分散孔的作用，以便让压缩空气吹入到过滤腔4中，而在原料水进料和反洗期间，它们起到排污孔的作用，用以排出过滤腔4内产生的污水。
此外，中空纤维膜组件50具有滤液排放口8，做成贯通第一封头1Ca并朝第一腔7开口，用于放出滤液(净化水)；以及排污口10和空气进口12，做成贯通第二封头1Cb并朝第二腔9开口。
排污口10的成形旨在当原料水过滤或者当中空纤维膜组件50进行反洗时，排放掉流入到第二腔9中的污水。
在面朝过滤腔4的第一密封体3A的表面上，成形了一个由弹性树脂构成的弹性树脂层21。弹性树脂层21能缓和各个中空纤维膜2与成形第一密封体3A的树脂20之间粘合界面的应力集中，防止由于所产生的应力导致中空纤维膜2的破裂。
在圆柱形外套1(密封体固定(用)套件1Ab)设有原料水进口5的区域的内圆周面上，设有具有大量分散孔15Bb的导流管15B，覆盖沿内圆周方向的整个表面。送入到原料水进口5的原料水穿过大量分散孔15Bb，然后沿整个圆柱形外套1的内圆周基本上均一地进入到过滤腔4中。
还是在圆柱形外套1(密封体固定(用)套件1Aa)的内圆周表面，但位于设有空气排出口6的区域，类似地设有具有大量分散孔15Aa的导流管15A，覆盖沿内圆周方向的整个表面。通气冲洗后残留空气和伴随空气的溢流水通过这些基本上均一地朝向整个圆柱形外套1内圆周的大量分散孔15Aa流出过滤腔4，从空气排出口6排出。
第一封头1Ca的顶部具有开口。此开口由插入到开口中的封闭板34A盖住。封闭板34A由树脂制成的内片36A和金属如不锈钢制成的外片37A组成，二者彼此粘合。内片36A的外圆周面与第一封头1Ca的内圆周面之间，配有O形环35A用于密封。
封闭板34A借助固定在第一封头1Ca开口处可拆卸的开口环38A安装在第一封头1Ca的开口内，如果开口环38A从第一封头1Ca上拆下，则封闭板34A可从第一封头1Ca上拆下。鉴于封闭板34A可从第一封头1Ca上拆下和装上，倘若拆下封闭板34的话，那么第一腔7可从第一封头1Ca的开口处进入，不需要从圆柱形外套1上拆下第一封头1Ca。
在此种构造中，一旦有任何中空纤维膜2在原料水过滤处理期间损坏，可停止向中空纤维膜组件50送入原料水，而倘若拆下封闭板34A的话，中空纤维膜束3的这端便暴露出来。因此，倘若以树脂之类封住破损的中空纤维膜2的开口端，则整个组件便可简单地修复，从而防止原料水与滤液混合。鉴于这种修复工作能够在安装的状态下进行，不需要从圆柱形外套1上拆下第一封头1Ca，也不需要从基体上拆下中空纤维膜组件50，因此过滤处理设备的操作便利程度可得到改进。
封闭板34A具有附带的吊钩39。倘若凭借该吊钩39用机器起吊中空纤维膜组件50，则该中空纤维膜组件50可方便地运走。
在第二封头1Cb顶部，成形了与第二腔联通的空气进口12。空气进口12用于吹入通气冲洗所需要的压缩空气。
更具体地说，第二封头1Cb的顶部具有开口。该开口利用插入到该开口内的封闭板34B盖住。封闭板34B由树脂制成的内片36B和金属如不锈钢制成的外片37B组成，二者彼此粘合。内片36B的外圆周面与第二封头1Cb的内圆周面之间，配有O形环35B用于密封。空气进口12具有成形在顶部的节流孔板13。
正如下面参照图5将要说明的，在采用许多平行连接的中空纤维膜组件50以便过滤大量原料水的情况下，各个组件的节流孔板13起到在通气冲洗期间将空气均匀地分配到各个大量组件50中去的作用。节流孔板13的内径仅要求达到由节流孔板造成的压力降高于管道中的压力降。例如，优选的是，该压力降高出约5kPa或更高，尤其约10～30kPa。
封闭板34B借助固定在第二封头1Cb开口处可拆卸的开口环38B安装在第二封头1Cb的开口内。如果从第二封头1Cb上拆下开口环38B，则封闭板34B可从第二封头1Cb上拆下。
鉴于封闭板34B可从第二封头1Cb上拆下和装上，如果拆下封闭板34B的话第二腔9可从第二封头1Cb的开口进入，不需要从圆柱形外套1上拆下第二封头1Cb。结果，第二腔9内的维修工作能够在中空纤维膜组件50维持为依旧安装在基体上的状态下进行，不需要从圆柱形外套1上拆下第二封头1Cb，因此过滤处理设备的操作便利程度可得到改进。
在空气进口12上连接着空气供应管14，空气供应管14备有止逆阀14b。止逆阀14b起到只允许沿着空气供应方向流动，防止污水从第二腔9倒流到空气进口12中的作用。
采用中空纤维膜组件50对原料水从原料水进口5进入过滤腔4进行过滤处理，可在原料水加压条件下进行。送入到过滤腔4中的原料水最终将透过直径非常小(约0.01～1im)的大量存在于中空纤维膜表面的过滤孔2a，如图4所示。在这种情况下，原料水中的悬浮物m被截留在中空纤维膜2上，而透过中空纤维膜2到达中空部分的水就变成滤液(净化水)。
在大量中空纤维膜2中获得的滤液经由位于第一密封体表面的各个中空纤维膜2的开口流入到第一腔(滤液放出腔)7。然后，它通过贯通第一腔7的滤液排放口8，被排出中空纤维膜组件50。
如果原料水过滤处理持续进行了长时间，悬浮物m将积累在中空纤维膜2表面，从而降低中空纤维膜组件50的过滤功能。于是，在原料水过滤处理操作的某一时刻，应按一定间隔实施反洗和通气冲洗。其作用是将悬浮物m从中空纤维膜2表面除掉，于是中空纤维膜组件50的过滤功能便可恢复。
为进行反洗，关闭原料水进口5和空气排出口6，净化水在压力下从滤液出口8送入到中空纤维膜2的中空部分，然后从内向外透过各个中空纤维膜2的过滤孔2a，从而除掉中空纤维膜2表面上的悬浮物m，并将它经过通孔11从排污口10排出。
在通气冲洗时，可在反洗前和后，关闭原料水进口，打开空气排出口6，令压缩空气从空气进口12通过通孔(大量空气分散和排污孔)11进入到过滤腔4中，以便让空气从空气排出口6排出，与此同时振荡中空纤维膜束3的各个中空纤维膜2以除掉膜表面上的悬浮物m，进而随同反洗水一起将悬浮物从排污口10排出。
在本发明的中空纤维膜组件50中，鉴于原料水进口5成形在包含过滤腔4的圆柱形外套1侧面，反洗水的排污口10与原料水进口5彼此分开。在此种构造中，即便含悬浮物m的污水仍留在第二腔9中，还是可以防止在反洗完成后重新送入原料水时污水与原料水相混，从而使中空纤维膜组件50的过滤功能保持稳定。
即使在反洗期间悬浮物m积累在小直径通孔11内，通气冲洗期间压缩空气将通过起到空气分散和排污孔作用的通孔11，进入到过滤腔4中，此时悬浮物m也同样再次被吹入到过滤腔4中，但因为该悬浮物m随同空气与水的混合物一起从空气排出口6排出，所以它不会留在过滤腔4中。于是，当原料水重新进行过滤时，不会出现中空纤维膜组件50的过滤功能受到抑制的情况。
中空纤维膜2的材料可以是任何众所周知用于中空纤维膜的传统聚合物，例如聚丙烯腈、聚砜和聚偏氟乙烯。这些当中，优选由聚丙烯腈或聚偏氟乙烯制成、表面具有尺寸不大于1im微孔的膜，尤其是0.005～0.5im孔的膜。满足这些条件的中空纤维膜2可有效地除掉细颗粒和悬浮物，并在抑制微生物和病毒方面也表现出高性能。
作为用于成形第一密封体3A或第二密封体3B的树脂，优选低粘度的环氧树脂。具体地说，室温下粘度介于100～5,000mPa.s且室温下固化时间(聚合物交联所需时间)在48h内的环氧树脂较好。若使用这样的环氧树脂，即使静止铸封也能使树脂均匀地堆集而不会在中空纤维膜束3的粘合和固定部分形成孔隙。当然，本发明中空纤维膜组件50也可采用离心铸封来成形密封体。
优选的是，用于成形弹性树脂层21的树脂是硅氧烷。尤其优选由主要组分和固化剂组成的双罐装可固化硅氧烷。作为固化催化剂，可使用钛基或铂基(需要加热)催化剂，优选使用室温粘度介于100～5,000mPa.s、固化时间1～48h的固化催化剂。
在本发明的中空纤维膜组件50中，中空纤维膜2的充填率优选介于40～70％范围。如果充填率小于40％，则得不到足够的过滤处理效率。如果充填率大于70％，各个中空纤维膜之间的间隙太近，以致悬浮物很容易聚集在各个中空纤维膜之间，从而降低过滤能力。充填率被定义为中空纤维膜2的断面轮廓面积的总和与圆柱形外套1的内圆周面规定的断面面积之比。
在本发明的中空纤维膜组件50中，在中空纤维膜2的充填率介于40～70％范围内的情况下，优选的是，圆柱形外套1内圆周面规定的最小横断面面积是150cm2或更高。在此种情况下，可获得能过滤大量水并具有优良过滤效率的中空纤维膜组件50。
在本发明的中空纤维膜组件50中，优选的是，在第一密封体3A一侧从密封体固定套件1Aa的内圆周面突出的间隔件1Sa，它接触或靠近在包含过滤腔4一侧上的第一密封体3A壁表面(内壁表面)的平面与密封体固定套件1Aa的内园周面之间的交叉点所画出的圆周线。
类似地，优选的是，在第二密封体3B一侧从密封体固定套件1Ab内圆周面突出的间隔件1Sb，它接触或靠近在包含过滤腔4一侧上的第二密封体3B壁表面(内壁表面)的平面与密封体固定套件1Ab内圆周面之间的交叉点所画出的圆周线。
保持中空纤维膜2位置的间隔件1Sa和1Sb安置在中空纤维膜束3的外周，和密封体固定套件1Aa和1Ab的内圆周面分开，并在那里形成一定间距，如部分19(图3)，其中聚集着树脂20。
借助铸封所包含的树脂20从中心部分开始固化，并且固化伴随收缩而逐渐向外周推进。为弥补由于收缩而出现短缺的树脂是从树脂聚集部分19供出。之所以出现此种供出是因为，位于聚集部分19的树脂尚未固化，因此可以流动。
即便在不存在间隔件1Sa和1Sb，因此不存在聚集部分19的情况下，为弥补因收缩所致中心部分树脂的短缺，最终将固化的外周部分的树脂随后也会向中心部分迁移。然而，在外周部分存在着大量中空纤维膜2，并且在各个中空纤维膜2之间间隙内树脂的流动阻力不是常数。因此，会出现树脂液面不均匀倾斜以及形成没有树脂的孔隙的情况。
这个问题可通过借助间隔件1Sa和1Sb形成的聚集部分19的存在而得到解决。鉴于聚集部分19起到使密封体固定套件1Aa和1Ab的内周面与位于中空纤维膜束3外周的中空纤维膜之间的间隙均匀化的作用，故而由收缩造成的树脂液面下降变得均一并且孔隙的形成也可得以防止。
在中空纤维膜组件50的体积很大的情况下，间隔件1Sa和1Sb的安装有利于解决上述问题并形成一种不含内部缺陷的中空纤维膜组件50。不合内部缺陷的中空纤维膜组件50导致损坏的中空纤维膜2很少，并具有长寿命。
例如，在形成一种具有外径等于或大于8英寸(200mm)的体积的中空纤维膜组件的情况下，由于容积很大故铸封使用的树脂量很大。如果树脂量很大，随树脂量比例树脂的收缩量很大，因此树脂迁移量也很大。于是，很容易造成内部缺陷。
间隔件1Sa和1Sb具有防止产生散乱纤维的作用，因为间隔件约束着中空纤维膜束3的周边。虽然散乱纤维在受到应力集中作用时容易断裂，但断裂造成的困难通过防止散乱纤维的产生却得以防止。
优选的是，间隔件1Sa和1Sb的形成通常是平滑的，例如，断面形式为半圆或者具有圆角的三角形，因为这样在供应树脂时不会夹杂空气。优选的是，间隔件1Sa和1Sb的底面具有从水平平面起指向圆柱形外套1中心的朝上角度θ(图3)。就是说，优选的是，角度θ大于0°。更优选的范围是5～45°。
为便于将中空纤维膜束3插入到圆柱形外套1中，优选的是，间隔件1Sa和1Sb从密封体固定套件1Aa和1Ab的内圆周面算起的高度介于2～10mm。更优选的范围是3～5mm。
本发明中空纤维膜组件50可单个地当作过滤器使用。过滤器可这样组装：分别地将原料水供应管连接到中空纤维膜组件50的原料水进口5上，空气排放管连接到空气排出口6，滤液放出管连接到滤液排放口8，污水管连接到排污口10，以及空气供应管连接到空气进口上。
另一方面，如图5所示，本发明的中空纤维膜组件50可与其他相同中空纤维膜组件50连在一起使用，形成能够过滤大量水的过滤器。本发明的中空纤维膜组件装置由多个中空纤维膜组件50彼此连接构成。
图5展示本发明的中空纤维膜组件装置51。在图5中，中空纤维膜组件装置51具有组件排51A，由8个中空纤维膜组件50排列组成，以及组件排51B，也由8个中空纤维膜组件50排列组成。
组件排51A的各个中空纤维膜组件50的原料水进口连接到安装在组件排51A外面的原料水供应管30A上，而组件排51B的各个中空纤维膜组件50的原料水进口5连接到安装在组件排51B外面的原料水供应管30B上。原料水供应管30A和30B分别连接到安装在上游的主原料水供应管30上。在此种构造中，原料水同时供应给两排的各个中空纤维膜组件50的原料水进口5。
在组件排51A与组件排51B之间，安装着一个主滤液放出管31并与两排的各个中空纤维膜组件50的滤液排放口8连接。在此种构造中，滤液(净化水)由两排的各个中空纤维膜组件的滤液排放口8放出。
组件排51A的各个中空纤维膜组件50的空气进口12连接到安装在组件排51A下面的空气供应管32A上，而组件排51B的各个中空纤维膜组件50的空气进口12连接到安装在组件排51B下面的空气供应管32B上。空气供应管32A和32B分别连接到安装在上游的主空气供应管32上。在此种构造中，压缩空气同时供应给两排的各个中空纤维膜组件50的空气进口12。
组件排51A的各个中空纤维膜组件50的排污口10连接到一根安装在组件排51A外面的排污管33A上，而组件排51B的各个中空纤维膜组件50的排污口10连接到一根安装在组件排51B外面的排污管33B上。排污管33A和33B分别连接到安装在下游的主排污管33上。在此种构造中，污水同时从两排的各个中空纤维膜组件50的排污口10排出。
在组件排51A与组件排51B之间，安装着一根空气和溢流水排放管48，它与两排的各个中空纤维膜组件50的空气排出口6连接。在此种构造中，空气和溢流水同时从两排的各个中空纤维膜组件50的空气排出口6排出。
图5所示本发明的中空纤维膜组件装置51的特征在于，在各个中空纤维膜组件50的空气排出口6的高度(垂直方向的位置)与连接空气排出口6的主空气和溢流水排放管的高度(垂直方向的位置)之间存在差异。该差值L示于图1。主空气和溢流水排放管48的位置比空气排出口6低。倘若，例如空气排出口6与主空气和溢流水排放管48借助肘管连接起来，则可形成高度差。
倘若主空气和溢流水排放管48的位置低于空气排出口6，则通气冲洗期间断断续续从空气排出口6排出的空气中夹带的溢流水将从空气排出口6滴落到主空气和溢流水排放管48中。此种构造打断了溢流水的连续流动。结果，可防止溢流水倒流到中空纤维膜组件50中。
在主空气和溢流水排放管48的位置不是低于空气排出口6的情况下，在过滤腔4与主空气和溢流水排放管48之间通过空气排出口6将发生溢流水的往复流动(往复呼吸式流动)。倘若出现此种往复流动，则靠近空气排出口6的中空纤维膜2将陷入往复流动之中。弯曲作用将反复对中空纤维膜做功，特别是反复的应力集中作用于中空纤维膜2与第一密封体3A之间的粘合界面上。已观察到中空纤维膜组件2的断裂(纤维断裂)现象。这一问题倘若将主空气和溢流水排放管48放在低于空气排出口6的位置便可解决。
图6是图5所示中空纤维膜组件装置51的平面视图。图6显示一种每排布置5根中空纤维膜组件50的状态。
在图6中，中空纤维膜组件50安装在刚性结构框架60上，两排面对面布置。如果中空纤维膜组件50布置成面对面的两排，许多中空纤维膜组件50可高密度地布置在一起。如果连接各个中空纤维膜组件50的管子30、31、32、33和48按照该排列方向在排和/或排外面之间的间隙安装，则可建造成紧凑的中空纤维膜组件装置51。
关于中空纤维膜组件50的图形排列，它们是成一条直线如图6所示那样形成对称排列的图形，以及优选的是它们交错排列成如图7所示那样的排列图形。如果采用这些排列图形，则中空纤维膜组件51的配管工作成本可以降低。在交错排列的情况下，各个中空纤维膜组件50与管子30、31、32、33和48之间的连接工作效率可得到改进。
中空纤维膜组件50的原料水进口5、空气排出口6、滤液排放口8和排污口10均通过接头连接到各自的管子上。接头不受特定限制，但优选如图8所示那样的活接头。
图8是表示活接头例子的垂直剖视图，图9是图8中所示活接头的横断面视图。在图8和9中，活接头40由橡胶或弹性树脂做成的弹性环41、一对分离的半壳42A和42B，以及连接半壳42A与42B的螺栓43和螺母44组成。
为将原料水进口5与原料水供应管30A的联结口46连接起来，将它们的端部对齐，二者之间保持一定间隙g，然后用弹性环41覆盖间隙g的外周。此外，弹性环41由一对半壳42A和42B包住，半壳42A和42B的边缘与分别在原料水进口5和联结口46上成形的沟槽45A和45B啮合。然后，半壳42A和42B借助螺栓43和螺母44紧固在一起。
由于采用活接头40，两个接口5和46可松散连接，二者之间保持间隙g，管道的膨胀、收缩和挠曲可通过弹性环41来吸收。结果，即使两个接口在失调情况下彼此移动造成一定的不对中，管路依然可保持气密。
优选的是，本发明的中空纤维膜组件50的圆柱形外套1是用热塑性树脂制成的吹塑制品或热成形制品。
一般而言，用于容纳中空纤维膜的树脂外壳采用允许方便地大量生产的注塑来生产。另一方面，倘若试图增加外壳的容积以便生产较大的中空纤维膜组件，从强度考虑就必须增加外壳的壁厚。如果大壁厚外壳仍用注塑生产，则模塑期间树脂流动很可能不均匀，而由于此种不均匀，诸如模塑树脂形成多层以及在模塑树脂中形成许多孔隙之类的问题便接踵而来。这些问题如果采用热塑性树脂的吹塑或热成形来生产外壳可得到解决。
吹塑是指这样一种方法，它包括以下步骤：热塑性树脂由挤出机挤出成为管状(挤出的管叫做型坯)，趁管子仍然软的时候用模具夹住管子，然后向管子中吹入空气以便将它吹胀为圆柱形中空制品(圆柱形外套)。热成形是指这样一种方法，它包括以下步骤：加热由热塑性树脂制成的管子以使之变软，然后施加外力以成形(二次加工)为圆柱形中空制品(圆柱形外套)。该外力可采用自由吹胀成形、真空成形、气压成形或压制成形来施加。
不是所有圆柱形外套1的套件都必须采用热塑性树脂的吹塑或热成形来生产。只是至少具有最大外壳断面面积的套件才要求采用热塑性树脂的吹塑或热成形来生产。优选的是，具有150cm2或更大外壳断面面积的套件采用热塑性树脂的吹塑或热成形生产。
圆柱形外套1成形所使用的热塑性树脂的例子包括聚氯乙烯(PVC)树脂、丙烯酸树脂、聚苯乙烯树脂、丙烯腈-丁二烯橡胶-苯乙烯共聚物(ABS)树脂、丙烯腈-乙丙橡胶-苯乙烯共聚物(AES)树脂、丙烯腈-丙烯酸橡胶-苯乙烯共聚物(AAS)树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂和聚碳酸酯(PC)树脂。
这些当中，尤其优选分别在耐天候防老化方面优异的AES树脂和AAS树脂，以及耐水和耐酸性极佳并且价廉的聚氯乙烯树脂。
鉴于聚氯乙烯树脂热稳定性差，通常加入热稳定剂作为添加剂。作为热稳定剂，常常使用铅化合物。然而，在中空纤维膜组件50用于自来水的情况下，按照日本水工业协会标准(Japan Water WorkAssociation Standard)，铅含量必须小于或等于0.005mg/L。
因此，在圆柱形外套1采用聚氯乙烯树脂生产的情况下，优选采用非铅化合物如锡化合物、锌化合物、钙化合物、镁化合物或钡化合物作为热稳定剂。这些当中，尤其优选锡化合物。
作为锡化合物，二月桂酸二烷基锡、马来酸二烷基锡和二烷基锡的硫醇盐当中任何一种都是优选的。作为锌化合物，优选硬脂酸锌。作为钙化合物，优选硬脂酸钙、作为镁化合物，优选硬脂酸镁。作为钡化合物，优选硬脂酸钡。
另一方面，倘若焚烧聚氯乙烯(PVC)树脂，将生成内分泌破坏素(环境荷尔蒙)二噁英(dioxine)类化合物。因此，在用过的圆柱形外套1作为废物进行处置的情况下，必须小心进行。聚碳酸酯(PC)由双酚A生成，后者也是内分泌破坏素。在滤液当作饮用水使用的情况下，须小心生产滤液所使用的中空纤维膜组件50的圆柱形外套1的材料。
丙烯腈-丁二烯橡胶-苯乙烯共聚物(ABS)树脂因丁二烯的交联而使耐天候防老化能力变差。因此，倘若它用于户外使用的中空纤维膜组件50的圆柱形外套1时，它必须涂以耐天候防老化涂料。
这些问题可通过圆柱形外套1的至少一种套件用丙烯腈-X-苯乙烯共聚物(AXS)树脂生产而得到解决。
优选以乙丙橡胶作为X的丙烯腈-乙丙橡胶-苯乙烯共聚物(AES)树脂，或以丙烯酸橡胶作为X的丙烯腈-丙烯酸橡胶-苯乙烯共聚物(AAS)树脂。
在采用砂过滤生产自来水的传统过滤器领域，中空纤维膜组件开始被用来替代砂过滤。
日本专利No.3070997建议使用强度和耐热性极佳的含芳族胺的双酚A环氧树脂，作为成形中空纤维膜组件密封体用的树脂。
然而，倘若采用该双酚A环氧树脂成形大密封体，则树脂用量很大，因此反应温度将很高。结果会出现这样的问题，即成形的密封体龟裂并且成形的密封体收缩以致破坏密封体与圆柱形外套之间的粘合。
另一方面，此种双酚A环氧树脂的原料包括双酚A。倘若聚合反应进行得恰到好处，不留任何单体，将不会有问题。然而，若存在未反应的双酚A，它便可能在以后溶出。有人提出，双酚A是外源性内分泌破坏化学物质(环境荷尔蒙)。
这类问题可这样解决：采用具有由下列通式
Figure A0180288800251
(其中Y代表亚烷基基团)代表的双酚的环氧树脂来生产本发明中空纤维膜组件50的第一密封体3A和/或第二密封体3B。
优选的是，该具有双酚的环氧树脂中的所述Y由下式代表
Figure A0180288800261
(其中R1和R2分别独立地代表CnH2n+1(其中n代表0或2或更大的整数))。
这些当中，双酚F环氧树脂(n＝0)是尤其优选的。
在大容积中空纤维膜组件50的生产中，若成形密封体使用的树脂具有高粘度，则树脂可能不能渗入到各个中空纤维膜2之间的间隙中，且需要的树脂量将变得很大。这样，成形期间反应温度将变得很高，成形的密封体往往会龟裂。此外，成形的密封体和圆柱形外套之间的粘合往往被破坏。
基于这样的考虑，可优选地使用双酚F环氧树脂来生产大容积中空纤维膜组件50，因为它的粘度比双酚A环氧树脂(n＝1)要低，双酚F环氧树脂不是环境荷尔蒙物质。
作为成形密封体使用的树脂的固化剂，例如可使用脂族胺、芳族胺、有机酸酐化合物或者改性胺。它们当中，脂族多胺是尤其优选的。为减缓反应进程，还可加入反应阻聚剂。
成形密封体使用的树脂的粘度应保证树脂能够可靠地注入到密封体的模塑区中，并且树脂能渗入到孔隙空间中。孔隙空间是指在膜外表面与内表面之间形成的膜内孔隙的空间，旨在用以提供过滤功能。过滤水的体积或过滤性能由孔的尺寸和孔的分布决定。强附着力是通过铸封树脂渗入到膜内孔隙空间内所带来的锚固效应产生的。当渗入的树脂体积过大时，树脂透过膜来到中空部分。它会阻止过滤水的流动从而降低组件的过滤性能。另一方面，当树脂根本不发生渗透时，在膜与密封体之间获得的附着力降低了，因而在某种环境下将出现膜与树脂之间的分离。
渗入到孔隙空间内的优选树脂量是，以孔隙空间的体积为基准的1％(体积)或更多，更优选的范围是30～100％(体积)。
树脂的最佳粘度取决于铸封方法。在静止铸封中，由于树脂不容易渗入到各个中空纤维膜之间的间隙内，优选较低粘度的树脂。在离心铸封中，由于有旋转造成离心力作用于树脂上，即便树脂的粘度很高，树脂也能渗入到各个中空纤维膜之间的间隙内。
优选的粘度范围是100～10,000mPa.s，更优选100～5,000mPa.s。
为使粘度保持在这一范围并控制反应性以使收缩应力维持在低水平，从而防止硬化后密封体的龟裂以及它们与外套的分离，进而提高强度，优选含有填料的树脂。
填料是一种在化学上对环氧固化反应惰性的材料，例如可使用，二氧化硅、碳酸钙或玻璃纤维。它们当中，二氧化硅可以是尤其优选使用的。优选的是，填料的加入量为1wt％或更高，以树脂重量为基准。尤其优选的范围是1～50wt％。
在静止铸封中，优选的环氧树脂例子是Vantico公司生产的LST868的R8(主组分)和H8(固化剂)。R8包含双酚F环氧树脂作为主组分，以及约44％填料，粘度为约22,000mPa.s(25℃)，比重约1.53(25℃)。H8主要由脂族多胺组成，粘度为约180mPa.s(25℃)，比重约0.99(25℃)。
优选的是，树脂固化所需时间(固化时间)在48小时内。
优选的是，硬化后树脂的强度是3～6MPa，按拉伸强度计；40～50MPa，按压缩强度计；以及10～15MPa，按弯曲强度计。
树脂与大量中空纤维膜铸封在一起的强度取决于中空纤维膜的充填密度。当充填率为约50％时，优选的是，拉伸强度是2～5MPa，压缩强度是10～20MPa，以及弯曲强度是8～10MPa。
实例1
圆柱形外套1(内径：194mm，外径：216mm)，由聚氯乙烯树脂制成，在其中插入12,000根由聚丙烯腈树脂制成的中空纤维膜2(外径：1.3mm，内径：0.9mm)。
35重量份脂族多胺为主的固化剂(LST868 H8，Vantico公司生产)与100重量份双酚F型环氧树脂(LST 868 R8)进行混合，混合物在25℃搅拌并采用真空干燥器脱泡，结果制成成形第一密封体3A和第二密封体3B使用的树脂。所制备的树脂利用管型泵(tube pump)以20g/min的速率注入来达到铸封，结果制成中空纤维膜组件50。
沿径向用尖头锯式旋转刀片切开密封体3A和3B。切面没有任何龟裂，且密封体3A和3B未与外套1发生分离。
对比实例1
按实例1所述，采用铸封生产中空纤维膜组件，所不同的是，用聚氨酯树脂(由54重量份Coronate 4403为主组分，和46重量份KN213为固化剂(日本聚氨酯工业公司生产))作为成形密封体的树脂。
沿径向用尖头锯式旋转刀片切开密封体。在切面的中心部分形成了大裂纹。
对比实例2
按实例1所述，采用铸封生产中空纤维膜组件，所不同的是，用由100重量份双酚A环氧树脂(Araldite AW106，Nagase Ciba公司生产)和60重量份多酰氨基胺为主的固化剂(Araldite HV953U)组成的树脂作为成形密封体的树脂。
沿径向用尖头锯式旋转刀片切开密封体。在切面的中心部分形成了大裂纹。
实例2
圆柱形外套1(内径：194mm，外径：216mm，内部最小横断面面积238cm2)，由聚氯乙烯树脂制成，其中插入由聚丙烯腈树脂制成的12,000根中空纤维膜2(外径：1.3mm，内径：0.9mm)。
按如下所述制备的铸封树脂利用管型泵(tube pump)以20g/min的速率注入，采用静止铸封生产中空纤维膜组件50。除去第一密封体3A和第二密封体3B处，按中空纤维膜2在过滤腔4处的外径计的有效膜面积是150cm2，中空纤维膜2的充填率是54％。
[铸封树脂的制备]
双酚F环氧树脂(LST868 R8，Vantico公司生产)
100重量份
脂族多胺为主的固化剂(LST868 H8，Vantico公司生产)
35重量份
上述组分在25℃混合并搅拌并采用真空干燥器消泡所获得的树脂的粘度
1,300mPa.s
温度传感器插入到注入树脂的中心，铸封期间树脂的加热温度经测定发现为最高达94℃。
树脂固化后，沿径向用尖头锯式旋转刀片切开密封体3A和3B。切面中，未发现任何部分具有树脂渗入不全，或者任何裂纹，并且树脂未与外套1发生分离。
对比实例3
按实例1所述进行铸封，所不同的是采用的树脂粘度为500mPa.s，系通过75重量份脂族多胺为主的固化剂(LST868 H6，Vantico公司生产)与100重量份双酚F环氧树脂(LST868 R6)混合制成的。
铸封期间树脂的加热温度经按照如实例1所述测定，发现最高为155℃。
树脂固化后，沿径向用尖头锯式旋转刀片切开密封体。在切面中心部分形成了大裂纹。
潜在的工业应用
本发明中空纤维膜组件的结构是这样的，在此结构中原料水通过原料水进口送入到过滤腔，腔中装有中空纤维膜，且周围是具有构成中空纤维膜束的大量中空纤维膜开口的第一密封体、圆柱形外套和第二密封体，其中原料水进口成形在位置靠近第二密封体的圆柱形外套上，并且其中反洗污水通过成形在第二密封体上的排污口排出。这样，原料水进口便与反洗排污口分开，并且悬浮物不会在原料水经过的部分积累。因此，当反洗完成之后重新送入原料水时，就不会发生悬浮物进入到过滤腔的情况。于是，便提供一种维持过滤性能稳定的中空纤维膜组件。
虽然反洗导致悬浮物积累在第二密封体上成形的排污口内，但悬浮物在通气冲洗期间随同压缩空气一起流入到过滤腔中，并从位置靠近第一密封体的圆柱形外套上成形的空气排出口排出。于是，便提供一种具有维持过滤性能稳定不让悬浮物积累在中空纤维膜束内的中空纤维膜组件。

Claims (27)

1.一种中空纤维膜组件，包括(a)圆柱形外套，(b)第一密封体，用来密封圆柱形外套的一端，(c)第二密封体，用来密封圆柱形外套的另一端，(d)设在第一密封体外侧的、圆柱形外套的第一封头，(e)设在第二密封体外侧的、圆柱形外套的第二封头，(f)过滤腔，由第一密封体内壁表面、第二密封体内壁表面和圆柱形外套内壁表面形成，(g)第一腔，由第一封头内壁表面和第一密封体外壁表面形成，(h)第二腔，由第二封头内壁表面和第二密封体外壁表面形成，(i)中空纤维膜束，装在过滤腔内并固定在第一密封体上，其中束的一端朝第一腔开口，同时又固定在第二密封体上，其中束的另一端对第二腔闭合；或者固定在第一密封体上，而束的两端都朝第一腔开口，整个束弯曲成U字形，(j)原料水进口，成形在圆柱形外套上并朝靠近第二密封体部位的过滤腔开口，(k)空气排出口，成形在圆柱形外套上并朝靠近第一密封体部位的过滤腔开口，(1)供空气和污水流动的流体流动孔，成形在第二密封体上，从过滤腔贯通第二密封体，(m)滤液排放口，成形在第一封头上并朝第一腔开口，以及(n)排污口，成形在第二封头上并朝第二腔开口。
2.权利要求1的中空纤维膜组件，其中由圆柱形外套内圆周面规定的最小横断面面积是150cm2或更大，且构成中空纤维膜束的中空纤维膜在第一密封体内壁表面部位的充填率介于40～70％。
3.权利要求1的中空纤维膜组件，其中在第一密封体和/或第二密封体处，固定在一个和/或两个密封体上的中空纤维膜束借助从圆柱形外套内壁表面突出的间隔件与圆柱形外套内壁表面保持距离。
4.权利要求3的中空纤维膜组件，其中间隔件从圆柱形外套内壁表面突出的高度介于2～10mm。
5.权利要求4的中空纤维膜组件，其中密封体侧的间隔件的面沿偏离密封体内壁表面而朝向圆柱形外套中心的方向倾斜。
6.权利要求1的中空纤维膜组件，在第一封头的顶部设有能开启和关闭的盖子，以便对固定在第一密封体上的中空纤维膜束的中空纤维膜实施维修。
7.权利要求1的中空纤维膜组件，其中第二封头备有空气进口，后者具有朝第二腔开口的节流孔板和止逆阀。
8.权利要求1或2的中空纤维膜组件，其中圆柱形外套是热塑性树脂制成的吹塑制品或热成形制品。
9.权利要求8的中空纤维膜组件，其中热塑性树脂是聚氯乙烯树脂。
10.权利要求9的中空纤维膜组件，其中聚氯乙烯树脂包含非铅化合物作为热稳定剂。
11.权利要求1或2的中空纤维膜组件，其中圆柱形外套由丙烯腈-X-苯乙烯共聚物(AXS)树脂制成。
12.权利要求11的中空纤维膜组件，其中X代表乙丙橡胶或丙烯酸橡胶。
13.权利要求1的中空纤维膜组件，其中成形第一密封体和/或第二密封体使用的树脂是具有由下列通式代表的双酚的环氧树脂，
(其中Y代表亚烷基基团)。
14.权利要求13的中空纤维膜组件，其中Y由下式代表
(其中R1和R2分别独立地代表CnH2n+1(其中n代表0或等于或大于2的整数))。
15.权利要求13或14的中空纤维膜组件，其中环氧树脂是双酚F型环氧树脂。
16.权利要求13的中空纤维膜组件，其中环氧树脂渗入到中空纤维膜束的膜中形成的孔隙空间中达孔隙空间体积的1％(体积)或更高。
17.权利要求1的中空纤维膜组件，其中过滤腔是加压型的，其中过滤或反洗期间它被加压到高于大气压压力。
18.一种中空纤维膜组件装置，它包括权利要求1所描述的中空纤维膜组件，以及一或多个相同的中空纤维膜组件，它们彼此连接，其中多个中空纤维膜组件的各个空气排出口连接到位置比各个空气排出口低的同一根管子上。
19.权利要求18的中空纤维膜组件装置，其中多个中空纤维膜组件在架子上安装成多排。
20.权利要求19的中空纤维膜组件装置，其中多排中空纤维膜组件围绕直线对称地或者交错地布置。
21.权利要求20的中空纤维膜组件装置，其中多个中空纤维膜组件的各个原料水进口连接在同一原料水供应管上，并且多个中空纤维膜组件的滤液排放口连接在同一滤液排放管上。
22.权利要求20的中空纤维膜组件装置，其中连接原料水进口、空气排出口、滤液排放口和排污口的管子当中至少一个在相关连接处用活接头连接。
23.如同权利要求1所述中空纤维膜组件的中空纤维膜组件的生产方法，其特征在于，当装在所述由圆柱形外套内壁表面规定的最小横向断面面积等于或大于150cm2的圆柱形外套中的所述中空纤维膜束采用树脂在其端部粘合并固定，同时所述第一密封体分别利用静止铸封成形时，位于成形的第一密封体中心部分的树脂固化反应温度控制在120℃或更低。
24.权利要求23的中空纤维膜组件生产方法，其中树脂在静止铸封开始时的粘度介于100～5,000mPa.s。
25.权利要求23的中空纤维膜组件生产方法，其中树脂是具有由下列通式代表的双酚的环氧树脂，
Figure A0180288800041
(其中Y代表亚烷基基团)。
26.权利要求25的中空纤维膜组件生产方法，其中Y由下式代表
(其中R1和R2分别独立地代表CnH2n+1(其中n代表0或等于或大于2的整数))。
27.权利要求26的中空纤维膜组件生产方法，其中树脂是双酚F环氧树脂。
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