DE60124925T2

DE60124925T2 - Hohlfaserkartusche, diese verwendendes hohlfaserfilmmodul und reservoirfilter

Info

Publication number: DE60124925T2
Application number: DE60124925T
Authority: DE
Inventors: Akihiro Shinagawa-ku WATANABE; Yuzuru Fuji-shi ISHIBASHI; Katsuhiko Fuji-shi HAMANAKA
Original assignee: Asahi Kasei Corp; Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Corp; Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2000-07-10
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2021-07-11
Also published as: CA2415580C; IL153377A0; AU6949801A; CN1250325C; EP1310291A1; ATE346678T1; AU2001269498B2; KR100523778B1; EP1310291B1; TW552154B; DK1310291T3; KR20030038658A; PT1310291E; CA2415580A1; US20040045893A1; ES2273858T3; CN1441692A; US7083726B2; WO2002004101A1; EP1310291A4

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Filtrationskartusche, die Hohlfasermembranen verwendet und in eine Filtrationsvorrichtung des Tanktyps, eine Filtrationsvorrichtung des Regaltyps oder eine Filtrationsvorrichtung des Eintauchtyps eingesetzt wird, wobei die Filtration unter Druck oder durch Saugen ausgeführt wird. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Hohlfasermembrankartusche, die in einer Filtrationsvorrichtung zum Entfernen von Trübungen und Bakterien aus einem großen Volumen von Rohwasser, wie Flusswasser, Seewasser, Grundwasser, Meerwasser, häuslichem Abwasser oder industriellem Abwasser, oder in einer Filtrationsvorrichtung zur Feststoff-Flüssigkeit-Trennung bei der Belebtschlammbehandlung verwendet wird; und einen Modul für eine Filtrationsvorrichtung des Regaltyps, oder eine Filtrationsvorrichtung des Tanktyps, die die Hohlfasermembrankartusche verwendet.
TECHNISCHER HINTERGRUND
JP-A-61-153104 offenbart als herkömmliche Kartusche, die Hohlfasermembranen verwendet, eine Kartusche mit folgender Struktur: eine Menge von Hohlfasermembranen sind in einem zylindrischen Gehäuse untergebracht, beide Enden jeder Hohlfasermembran sind in oberen bzw. unteren Klebe- und Fixierteilen an dem zylindrischen Gehäuse fixiert, und das zylindrische Gehäuse ist ein Gehäuse, das einstückig ausgeformt ist, so dass es sich bis zu den oberen und unteren Enden der Hohlfasermembranen erstreckt. Die hohlen Teile einer großen Zahl der Hohlfasermembranen sind im oberen Klebe- und Fixierteil der Kartusche offen, aber im unteren Klebe- und Fixierteil verschlossen, und eine Klebeschicht im unteren Klebe- und Fixierteil weist eine Menge von durchgehenden Löchern auf. Eine Gaskammer, die von dem zylindrischen Gehäuse umgeben ist, ist unter dem unteren Klebe- und Fixierteil ausgebildet.
Diese Hohlfasermembrankartusche dient zur Filtration unter äußerem Druck und wird verwendet, nachdem sie in eine Filtrationssäule eingesetzt wurde. Wenn sich zu filternde Materialien auf den äußeren Oberflächen der Membranen ansammeln, wird die Filterkapazität der Membranen verschlechtert, und daher wird nach der Filtration ein Waschverfahren zur Entfernung der angesammelten Materialien auf den Oberflächen der Membranen während einer bestimmten Zeit durchgeführt.
Für dieses Waschverfahren wird ein als Gasblasenverfahren bezeichnetes Verfahren genutzt, welches die Schritte des Einleitens eines Gases in die Hohlfasermembrankartusche durch ihren unteren Teil in einer mit Rohwasser gefüllten Filtrationssäule und das Vibrierenlassen der Hohlfasermembranen in einem Gas-Flüssigkeits-Fluidgemisch umfasst, so dass die angesammelten Materialien auf den Oberflächen der Membranen abgelöst werden.
In der Hohlfasermembrankartusche ermöglicht das Einleiten von Gasblasen jedoch in manchen Fällen kein ausreichendes Waschen, da beide Enden jeder Hohlfasermembran am zylindrischen Gehäuse fixiert sind, so dass die Dehnung und Vibration der Hohlfasermembranen eingeschränkt sind. Dieses Phänomen ist bemerkenswert und verursacht bei langfristigem Filterbetrieb in manchen Fällen Schwierigkeiten, insbesondere bei großem Kartuschenaußendurchmesser.
Andererseits wird mit JP-A-2000-157846 eine Hohlfasermembrankartusche mit einem Kartuschenkopf und einem Bodenring vorgeschlagen, an dem das Ende eines Bündels aus Hohlfasermembranen festgeklebt und fixiert ist, wobei der Kartuschenkopf und der Bodenring nicht miteinander verbunden und aneinander fixiert sind, und mehrere durchgehende Löcher zum Einleiten von Gas in der Klebe- und Fixierschicht des Bodenrings vorgesehen sind. Diese Hohlfasermembrankartusche hat kein zylindrisches Gehäuse und daher den Vorteil, dass die Dehnung und Vibration der Hohlfasermembranen während des Einleitens von Gasblasen nicht eingeschränkt sind, so dass das Ablösen der suspendierten Materialien, die sich auf den Oberflächen der Membranen angesammelt haben, und das Abführen der abgelösten suspendierten Materialien aus der Kartusche einfach ist.
Bei dieser Hohlfasermembrankartusche muss die Gaszufuhrrate jedoch begrenzt sein, um zu verhindern, dass das Bündel der Hohlfasermembranen sich aufgrund des Auftriebs des Bodenrings während des Einleitens von Gasblasen biegt. Wird dagegen das Einleiten von Gasblasen über längere Zeit unter Verwendung eines großen Gasvolumens wiederholt durchgeführt, um eine ausreichende Waschwirkung zu erzielen, wird das Bündel der Hohlfasermembranen wiederholt gebogen, so dass diese manchmal zerstückelt werden. Daher ist die stabile Ausführung eines Langzeitfiltrationsvorgangs in jedem Falle schwierig.
JP-A-10-137552 offenbart eine Kartusche, bei der eine obere Klebe- und Fixierschicht und eine untere Klebe- und Fixierschicht durch Anordnen einer Stützsäule in der Mitte eines Membranbündels miteinander verbunden sind. Diese Kartusche ermöglicht das Vermeiden des Knickens des Bündels der Hohlfasermembranen während des Einleitens von Gasblasen durch Anordnung der Stützsäule in der Mitte, bringt jedoch die folgenden Probleme mit sich: aufgrund der geringen Effizienz des Kontakts zwischen den Blasen und den Hohlfasermembranen ist die Waschwirkung unzureichend, der Widerstand der Kartusche gegenüber einer Verdrehung, die sich während der Handhabung oder des Gasblasenverfahrens ergibt, ist unzureichend, und die Handhabung der Kartusche ist schwierig, da ihr oberer und/oder unterer Klebe- und Fixierteil gehalten werden sollten, wenn die Kartusche getragen wird.
Ferner offenbart WO98/28066 eine Kartusche, die sich aus dem Umschließen des Umfangsrands eines Membranbündels mit einem perforierten käfigartigen Teil ergibt. Diese Kartusche hat den Nachteil, dass ein großes Gasvolumen eingelei tet werden müsste, um eine ausreichende Waschwirkung zu erzielen, weil nur eine geringe Waschwirkung erreicht werden kann, da die Vibration der Hohlfasermembranen während des Einleitens von Gasblasen begrenzt ist.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung soll eine Hohlfasermembrankartusche, die das Ablösen suspendierter Materialien, die sich auf den Außenflächen der Hohlfasermembranen angesammelt haben, durch das Einleiten eines geringen Gasvolumens durch Dehnen und/oder Vibrierenlassen jeder Hohlfasermembran in größtmöglichem Maße, und zwar während des Waschens durch die Einleitung von Luftblasen, erleichtert, die einfache Abfuhr der abgelösten suspendierten Materialien aus der Hohlfasermembrankartusche gestattet und die Ausführung eines langfristigen stabilen Filtrationsvorgangs ermöglicht; und ein Modul für eine Filtrationsvorrichtung bzw. eine Filtrationsvorrichtung schaffen, die die Hohlfasermembrankartusche verwendet.
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, gingen die betreffenden Erfinder der Angelegenheit ernsthaft nach und fanden folglich heraus, dass eine Kartusche, die sich aus dem Verbinden und Fixieren eines Kartuschenkopfs und eines Bodenrings mit- und aneinander mittels mehrerer Stangen oder Rohre ergibt, für obigen Zweck geeignet ist, und dass die Verwendung von Hohlfasermembranen mit einem spezifischen Zug-Elastizitätsmodul eine ausreichende Waschwirkung unter Verwendung eines geringen Gasvolumens ermöglicht. Die vorliegende Erfindung ergab sich aus der Grundlage dieser Erkenntnis.
Die vorliegende Erfindung ist in den Ansprüchen 1 bis 15 angegeben.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schnittansicht, die eine Ausführungsform der Hohlfasermembrankartusche der vorliegenden Erfindung zeigt, die in aufgehängtem Zustand in einer Filtrationsvorrichtung des Tanktyps getragen wird.
2 ist eine vergrößerte Ansicht des Hauptteils, die die Struktur des Bodenring-Klebe- und Fixierteils der in 1 gezeigten Hohlfasermembrankartusche zeigt.
3 ist eine schematische Darstellung der bekannten Hohlfasermembrankartusche.
4 ist eine Schnittansicht, die eine Ausführungsform der Hohlfasermembrankartusche der vorliegenden Erfindung zeigt, die durch Abhängen von einer Sammelrohrleitung für behandeltes Wasser in einer Filtrationsvorrichtung des Tanktyps fixiert ist.
5 ist eine Schnittansicht, die eine Ausführungsform eines Gehäuses zeigt, das ein in einer Filtrationsvorrichtung vom Regaltyp verwendetes Modul bildet.
6 ist eine Schnittansicht, die eine Ausführungsform eines in einer Filtrationsvorrichtung vom Regaltyp verwendeten Moduls zeigt, nämlich eines Moduls, den man durch Unterbringung der Hohlfasermembrankartusche der vorliegenden Erfindung in dem in 5 gezeigten Gehäuse erhält.
7 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel der Anordnung der durchgehenden Löcher in dem Bodenring-Klebe- und Fixierteil der Hohlfasermembrankartusche zeigt.
8 ist eine Schnittansicht, die ein anderes Beispiel der Anordnung der durchgehenden Löcher in dem Bodenring-Klebe- und Fixierteil der Hohlfasermembrankartusche zeigt.
9 ist eine vergrößerte Darstellung des Hauptteils, wobei eine Ausführungsform der Verbindung eines Kartuschenkopfteils mit der Rohrleitung einer Vorrichtung in 4 gezeigt ist.
10 ist eine vergrößerte Darstellung des Hauptteils, wobei eine Ausführungsform der Verbindung eines Kartuschenkopfteils aus 8 mit der Rohrleitung einer Vorrichtung gezeigt ist.
11 ist eine vergrößerte Darstellung des Hauptteils, wobei eine Ausführungsform der Verbindung eines Kartuschenkopfteils mit der Rohrleitung einer bei der Filtration vom Eintauchtyp verwendeten Vorrichtung gezeigt ist, wobei diese Filtration durch direktes Eintauchen in Rohwasser erfolgt, woran sich die Filtration durch Saugen anschließt.
BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen konkret erläutert.
1 ist eine Schnittansicht, die eine Ausführungsform der Hohlfasermembrankartusche der vorliegenden Erfindung zeigt, die in aufgehängtem Zustand in einer Filtrationsvorrichtung vom Tanktyp getragen wird. 2, 7 und 8 sind Darstellungen zur Erläuterung der Struktur des Bodenring-Klebe- und Fixierteils der Hohlfasermembrankartusche. 6 ist eine Schnittansicht, die eine Ausführungsform der Hohlfasermembrankartusche in einem bei einer Filtrationsvorrichtung vom Regaltyp verwendeten Modul zeigt. 9 bis 11 sind Schnittansichten, die Ausführungsformen der Verbindung eines Kartuschenkopfteils mit der Rohrleitung einer Vorrichtung zeigen.
Die Hohlfasermembrankartusche 4 der vorliegenden Erfindung besteht aus einer großen Zahl von Hohlfasermembranen 3a, Verbindungsrohren 3b, einer Klebe- und Fixierschicht 11, einem Kartuschenkopf 12, einer Klebe- und Fixierschicht 14 und einem Bodenring 13.
An einem Ende eines Bündels der Hohlfasermembranen 3a und einem Ende jedes Verbindungsrohrs 3b sind die Hohlfasermembranen mit einem Kleber integral miteinander verklebt und zur Bildung der Klebe- und Fixierschicht 11 integral an der Innenseite des Kartuschenkopfs 12 befestigt. Die Enden der Hohlfasermembranen 3a auf der Seite des Kartuschenkopfs 12 sind offen.
Am anderen Ende des Bündels der Hohlfasermembranen 3a und dem anderen Ende jedes Verbindungsrohrs 3b sind die Hohlfasermembranen mit einem Kleber integral miteinander verklebt und zur Bildung der Klebe- und Fixierschicht 14 integral an der Innenseite des Bodenrings 13 befestigt. Die Enden der Hohlfasermembranen 3a auf der Seite des Bodenrings 13 sind verschlossen. Wie in 2 gezeigt ist, sind in der Klebe- und Fixierschicht 14 eine Menge von durchgehenden Löchern 14a ausgebildet, um Rohwasser oder ein Gas zum Waschen in das Bündel der Hohlfasermembranen einzuleiten und das Rohwasser oder Gas effektiv mit der Außenfläche jeder Hohlfasermembran in Kontakt zu bringen.
Der Durchmesser der Hohlfasermembrankartusche 4 beträgt 30 mm bis 800 mm, vorzugsweise 80 mm bis 800 mm. Die Länge der Hohlfasermembrankartusche 4 liegt vorzugsweise in einem Bereich von 300 bis 3000 mm.
Bei der vorliegenden Erfindung sind der Kartuschenkopf 12 und der Bodenring 13 mittels zweier oder mehr Stangen oder Rohre miteinander verbunden und aneinander fixiert. Am Umfangsrand des Bündels der Hohlfasermembranen 3a zwischen dem Kartuschenkopf 12 und dem Bodenring 13 ist kein zylindrisches Gehäuse 28 wie das der in 3 gezeigten herkömmlichen Kartusche vorhanden, und die Hohlfasermembranen liegen im Wesentlichen über diesen gesamten Bereich frei. Das Verfahren zum Miteinanderverbinden des Kartuschenkopfs und des Bodenrings mittels der mehreren Stangen oder Rohre unterliegt zwar keinen besonderen Einschränkungen, aber die Stangen oder Rohre werden vorzugsweise durch Einbetten der Stangen oder Rohre in die Klebe- und Fixierschichten gemäß der obigen Beschreibung fixiert.
Wenn der Kartuschenkopf 12 und der Bodenring 13 nicht miteinander verbunden und aneinander fixiert sind, wird der Bodenring bei zunehmender Strömungsrate eines Gases oder des Wassers beim Waschen durch Einleiten von Gasblasen oder Spülen angehoben, so dass das Bündel der Hohlfasermembranen gebogen wird, wenn die Strömungsrate eine bestimmte Rate überschreitet, obwohl die bestimmte Rate von der Stärke, der Anzahl und der Länge der Hohlfasermembranen abhängt.
Wenn zum Verbinden und Fixieren nur eine Stange bzw. nur ein Rohr verwendet wird, zentriert sich die Beanspruchung auf einen Punkt und darüber hinaus reicht der Widerstand der Kartusche gegenüber Biegen oder Verdrehen in seitlicher Richtung nicht aus. Dieses Phänomen ist bemerkenswert und verursacht Schwierigkeiten bei einem langfristigen Filtrationsvorgang, insbesondere bei großem Kartuschendurchmesser.
Bei der Größe der Stangen oder Rohre für die Verbindung und Fixierung liegt der äquivalente Durchmesser der Stangen oder Rohre im Bereich von 2 mm bis 30 mm. Der äquivalente Durchmesser ist hier als 4 × (Durchflussweite des Strömungswegs)/(Umfang) definiert. Die Querschnittsform der Verbindungs- und Fixierungsstangen oder -rohre wird unter Polygonen (z.B. Dreieck, Viereck und Sechseck), einer runden Form, einer ovalen Form, einer Fächerform, einer C-Form, einer Sternform usw. ausgewählt. Der Querschnitt der Stangen oder Rohre ist vorzugsweise insbesondere rund. Die Anzahl der Stangen oder Rohre beträgt 2 bis 30, obwohl sie von der Querschnittsfläche der Kartusche und der Anzahl der Fasern abhängt.
Obwohl die Größe und Anzahl der Stangen oder Rohre so festgelegt sein sollte, dass sie einer bei Benutzung oder Handhabung aufgebrachten mechanischen Belastung standhalten können, sind sie vorzugsweise möglichst gering, weil die Stangen oder Rohre eine große Fläche einnehmen, wenn die festgelegte Größe oder Anzahl übermäßig ist, was eine geringe Membranfläche pro Flächeneinheit zur Folge hat. Für die Minimierung spielt die Anordnung der mehreren Stangen oder Rohre eine wichtige Rolle. Das heißt, die Stangen oder Rohre sind so angeordnet, dass sie eine während des Einleitens von Gasblasen oder Spülens von unten aufgebrachte Kraft gleichmäßig aufnehmen können. Die Stangen oder Rohre sind beispielsweise in regelmäßigen Abständen am Umfangsrand des Faserbündels oder in dem Faserbündel verteilt angeordnet. Besonders wenn die Stangen oder Rohre in der Nähe des Umfangsrands des Faserbündels angeordnet sind, kann die Kartusche durch Halten der Stangen oder Rohre gehandhabt werden, so dass die Handhabbarkeit deutlich verbessert ist. Ferner kann eine ausreichende mechanische Festigkeit gegenüber Biegen und Verdrehen selbst dann gewährleistet werden, wenn die Stangen oder Rohre nur eine kleine Fläche besetzen. Daher ist es besonders bevorzugt, die Stangen oder Rohre in der Nähe des Umfangsrands des Faserbündels anzuordnen. Der hier verwendete Ausdruck "die Nähe des Umfangsrands" steht für einen inneren Bereich des Faserbündels, der sich von der Umfangsrandfläche des Faserbündels aus über einen Abstand von einem Viertel des Durchmessers des Faserbündels erstreckt.
Um die Stangen oder Rohre zwecks Verbindung mit und Fixierung an der Klebeschicht 11 auf der Kartuschenkopfteilseite und der Klebeschicht 14 auf der Bodenringseite zu fixieren, können beispielsweise die folgenden Verfahren angewandt werden: ein Verfahren zum Fixieren der Stangen oder Rohre mit einem Kleber zusammen mit dem Bündel der Hohlfasermembranen; ein Verfahren, bei dem zuvor Löcher in den Kartuschenkopfteil und den Bodenring gemacht werden, um die Stangen oder Rohre zwecks Verbindung und Fixierung in die Löcher einzusetzen, die Stangen oder Rohre für die Verbindung und Fixierung in die Löcher eingeführt werden und die Stangen oder Rohre zusammen mit dem Bündel der Hohlfasermembranen verklebt und fixiert werden; und ein Verfahren zum Fixieren der Stangen oder Rohre an den Umfangsrändern des Kartuschenkopfteils und des Bodenrings. Die Verfahren zum Verkleben und Fixieren der Stangen oder Rohre mit bzw. an den Klebe- und Fixierschichten zusammen mit den Hohlfasermembranen sind geeignet.
Unter dem Aspekt der Porengröße können Umkehrosmosemembranen, Nanofiltrationsmembranen, Ultrafiltrationsmembranen und Mikrofiltrationsmembranen als Hohlfasermembran 3a verwendet werden.
Vorzugsweise wird eine flexible Hohlfasermembran als Hohlfasermembran 3a gewählt, da diese selbst bei einem relativ geringen Gasvolumen für eine ausreichende Waschwirkung sorgt.
Der Zug-Elastizitätsmodul der Hohlfasermembran ist insbesondere vorzugsweise kleiner als 90 MPa und nicht kleiner als 10 MPa, bevorzugter nicht größer als 70 MPa und nicht kleiner als 10 MPa, noch bevorzugter nicht größer als 60 MPa und nicht kleiner als 10 MPa. Der Zug-Elastizitätsmodul ist ein Wert, der unter Anwendung des folgenden Messverfahrens gewonnen und bei der verwendeten Membran, nämlich der Membran in nassem Zustand, gemessen wird. Im Einzelnen wurde der Zug-Elastizitätsmodul bestimmt, indem die Membran mit einem Zugtestgerät unter den Bedingungen eines Abstands von 50 mm zwischen den Spannfuttern und einer Zugrate von 200 mm/min einem Zug ausgesetzt wurde, wobei durch Extrapolieren aus einer Beanspruchung bei einer Dehnung von 0,1% und einer Beanspruchung bei einer Dehnung von 5% eine Beanspruchung bei einer Dehnung von 100% bestimmt wurde und die Beanspruchung bei einer Dehnung von 100% durch die Querschnittsfläche der Hohlfasermembran geteilt wurde.
Das Material für die Hohlfasermembran 3a unterliegt keiner besonderen Einschränkung und umfasst Polysulfone, Polyethersulfone, Polyacrylnitrile, Polyimide, Polyetherimide, Polyamide, Polyetherketone, Polyetheretherketone, Polyethylene, Polypropylene, Poly(4-methylpentene), Ethylen-Vinylalkohol-Copolymere, Cellulosen, Celluloseacetate, Polyvinylidenfluoride, Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymere, Polytetrafluorethylene usw. Verbundmaterialien aus diesen können ebenfalls verwendet werden. Von den oben als Beispiel angeführten Materialien sind die Polyethylene, Polypropylene, Ethylen-Vinylalkohol-Copolymere, Cellulosen, Polyvinylidenfluoride und dergleichen bevorzugt, da sie einer Membran leicht einen Zug-Elastizitätsmodul in obigem Bereich verleihen können.
Was die Form der Hohlfasermembran betrifft, so können Hohlfasermembranen mit einem Innendurchmesser von 50 μm bis 3000 μm, vorzugsweise von 500 μm bis 2000 μm, und einem Verhältnis von Innendurchmesser zu Außendurchmesser von 0,3 bis 0,8 in geeigneter Weise verwendet werden.
Außerdem weist die Hohlfasermembran vorzugsweise Wellen auf. Wenn die an den Außenflächen der Hohlfasermembranen haftenden angesammelten Materialien durch das Einleiten von Gasblasen weggewaschen werden, werden die Oberflächen der Hohlfasermembranen durch Kontakt zwischen den Hohlfasermembranen oder Kontakt der Hohlfasermembranen mit der Innenwandfläche eines Gehäuses gerieben, so dass sich die Wasserdurchlässigkeit in manchen Fällen verschlechtert. Wenn die Hohlfasermembran Wellen aufweist, kann die Kontaktfläche verkleinert werden, so dass die Verschlechterung der Wasserdurchlässigkeit durch Reiben deutlich reduziert werden kann. Wenn die Hohlfasermembran Wellen hat, haben diese ferner die Wirkung, dass die von den Oberflächen der Membranen weggewaschenen angesammelten Materialien leicht von dem Membranenbündel abgeführt werden können.
Die Art der Wellenlinie, d.h. der Grad der Wellenlinie, wird als Grad des Crimpens des Bündels der Hohlfasermembranen ausgedrückt. Der Grad des Crimpens beträgt vorzugsweise weniger als 2,5 und nicht weniger als 1,5. Beträgt der Crimp-Grad weniger als 1,5, reichen die Unterdrückung des Reibphänomens und die Abführung der angesammelten Materialien nicht aus. Ist der Crimp-Grad nicht weniger als 2,5, ergeben sich Nachteile beispielsweise dahingehend, dass der Außendurchmesser des Bündels zunimmt, was eine Zunahme bei der Größe der Klebe- und Fixierteile der Kartusche bedeutet. Der Ausdruck "Crimp-Grad" in seiner hier verwendeten Form steht für einen Wert, der gewonnen wird, indem 1000 Hohlfasermembranen gebündelt werden, um sie zu ordnen, eine PET-Folie mit einer Stärke von 200 μm und einer Breite von 40 mm mit einer am Ende der Folie angebrachten Federwaage um das Bündel der Hohlfasermembranen gewickelt wird, der Umfang des Bündels der Hohlfasermembranen gemessen wird, wobei durch Zug an der Federwaage eine Last von 1 kg aufgebracht wird, und der Wert durch folgende Gleichung berechnet wird: Crimp-Grad = (Umfang [m]/Π)2/((Außendurchmesser der Hohlfasermembran [m])2 × Anzahl der Hohlfasermembranen)
Bei der Kartusche der vorliegenden Erfindung sind die Hohlfasermembranen vorzugsweise in einem leicht entspannten Zustand fixiert. Der Entspannungszustand wird als nachfolgend beschriebener Entspannungsgrad ausgedrückt. Der Entspannungsgrad beträgt vorzugsweise 0,1 bis 10%, insbesondere 1 bis 5%. Wenn der Entspannungsgrad geringer als 0,1% ist, ist die Vibration der Hohlfasern während des Einleitens der Gasblasen eingeschränkt, so dass sich die Abnahmeneigung der Membranoberflächenwaschwirkung verstärkt. Wenn der Entspannungsgrad mehr als 10% beträgt, nimmt der Abstand zwischen den Hohlfasermembranen unnötig zu und somit nimmt die Effizienz des Kontakts mit den Blasen ab, so dass die Membranoberflächenwaschwirkung sich zu verschlechtern droht.
Der Ausdruck "Entspannungsgrad" steht für einen Prozentsatz, der sich durch Messen der Auslenkungsdistanz L2 des Bündels der Hohlfasermembranen in einem wasserhaltigen Zustand, die auf dem Eigengewicht des Bündels bei horizontal gehaltener Kartusche basiert, und Dividieren von L2 durch die Entfernung L1 zwischen den Klebeflächen (den Oberflächen auf der Seite der Kartuschenmitte) des Kartuschenkopfteils bzw. des Bodenrings, die mittels der Stangen oder Rohre fixiert sind, ergibt. Der Entspannungsgrad wird durch die folgende Gleichung wiedergegeben: Entspannungsgrad = (L2/L1) × 100
Als bei der vorliegenden Erfindung verwendeter Kleber sind Polymermaterialien wie Epoxyharze, Urethanharze, Epoxyacrylatharze, Silikonharze und dergleichen bevorzugt. Unter ihnen sind die Urethanharze besonders bevorzugt, da ihre Reaktion in relativ kurzer Zeit abgeschlossen ist. In dem unter Verwendung eines derartigen Klebers fixierten Kartuschenkopf sollte der Klebe- und Fixierteil einen solchen Druckwiderstand aufweisen, dass der Klebe- und Fixierteil eine während des Gebrauchs erzeugte Druckdifferenz aushalten kann. Aus diesem Grund hat der Kleber vorzugsweise eine geeignete Härte. Andererseits brechen die Hohlfasermembranen an den Klebeflächen der Membranen zuweilen aufgrund der Vibration während des Einleitens von Gasblasen. Dieser Membran bruch kann durch Verwenden eines Klebers mit geeigneter Weichheit verhindert werden. Um also eine notwendige und ausreichende Druckwiderstandsfähigkeit für den Gebrauch zu ermöglichen und das Brechen der Membranen zu verhindern, wird bevorzugt, einen Kleber mit der Eigenschaft einer Härte von 30D bis 70D im Betriebstemperaturbereich zu verwenden. Der Ausdruck "Härte" steht hier für einen Wert, der 10 Sekunden nach Andrücken eines Shore-Härte-Meßgerätes gegen die im wesentlichen glatte Oberfläche einer Probe gemessen wurde. Wenn dieser Wert mehr als 70D beträgt, nimmt die Tendenz des Brechens der Membran an der Klebefläche zu den Hohlfasermembranen zu. Liegt der Wert unter 30D, reicht die Druckwiderstandsfähigkeit nicht aus, so dass der Klebe- und Fixierteil beschädigt wird, was zuweilen zu Lecken führt.
Als Verfahren zum Kleben werden wohlbekannte Verfahren, wie das Zentrifugalklebeverfahren, Stillstandklebeverfahren usw. gewählt. Wenn man die Härtungsschrumpfung und Festigkeit des Klebers verbessern möchte, kann ein Fasermaterial, wie Glasfaser oder Kohlefaser, oder ein feines Pulver aus Ruß, Aluminiumoxid, Siliciumoxid oder dergleichen in den oben als Beispiel genannten Kleber eingebaut werden.
Die Materialien für den Kartuschenkopf 12, den Bodenring 13 und die Verbindungsstangen oder -rohre 3b, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, unterliegen keiner besonderen Einschränkung und können gleich oder verschieden sein. Als Materialien werden vorzugsweise thermoplastische Harze, Edelstahl und Verbundmaterialien, wie faserverstärkter Kunststoff, verwendet.
Als thermoplastische Harze werden Polysulfone, Polyethersulfone, Polyimide, Polyetherimide, Polyamide, Polyetherketone, Polyetheretherketone, Polyethylene, Polypropylene, Poly(4-methylpentene), Polyvinylidenfluoride, Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymere, Polytetrafluorethylene, Polycarbonate, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS-Harze), Polyphenylenether, usw. verwendet. Als Edelstahl werden SUS304, SUS316 usw. verwendet.
Der Kartuschenkopf 12 dient nicht nur als Fixierteil zum Aufhängen der Hohlfasermembrankartusche 4 in einem Modulgehäuse für eine Filtrationsvorrichtung des Tanktyps oder eine Filtrationsvorrichtung des Regaltyps, sondern auch als Dichtungsteil zur Trennung zwischen Rohwasser und filtriertem Wasser. Daher wird der Kartuschenkopf 12 in einer Form hergestellt, die zum Aufhängen, zur Fixierung und als Struktur einer Dichtung geeignet ist. Zum Beispiel kann am Rand des Kartuschenkopfs 12 ein Niveauunterschied, eine Rille oder ein Kragen, der in Richtung des Durchmessers nach außen ragt, vorhanden sein. Geeignete Beispiele für die Form des Kartuschenkopfs sind in 9 bis 11 gezeigt.
Obwohl die Form des Querschnitts in Richtung des Durchmessers des Kartuschenkopfs 12 rund, quadratisch, hexagonal, oval oder dergleichen sein kann, ist sie unter dem Gesichtspunkt der Dichtungseigenschaften zwischen dem Kartuschenkopf 12 und dem zugehörigen Klebe- und Fixierteil und wegen der leichteren Herstellung eines Filtrationstanks vorzugsweise rund.
Die durchgehenden Löcher 14a, die sich in der vorliegenden Erfindung in der Klebe- und Fixierschicht 14 auf der Seite des Bodenrings befinden, sind Löcher, die in der Klebe- und Fixierschicht selbst gemacht werden. Was die Größe der durchgehenden Löcher betrifft, so wird ihr Äquivalentdurchmesser vorzugsweise in einem Bereich von 2 mm bis 30 mm, insbesondere von 5 mm bis 25 mm, gewählt. Wenn der Äquivalentdurchmesser geringer als 2 mm ist, bleiben die suspendierten Materialien in dem Zufuhrwasser an den durchgehenden Löchern hängen und verstopfen sie in manchen Fällen. Diese Neigung nimmt insbesondere bei der Behandlung von eine hohe Konzentration suspendierter Materialien enthaltendem Wasser zu, z.B. von Wasser, das einer Belebtschlammbehandlung unterzogen werden soll. Daher wird der Äquivalentdurchmesser vorzugsweise auf 5 mm oder mehr eingestellt. Ist der Äquivalentdurchmesser größer als 30 mm, wird eine gleichmäßige Einleitung von Blasen in das gesamte Membranbündel schwierig, so dass die Effizienz der Nutzung eines Gases zu einer Abnahme tendiert. Hier ist der Äquivalentdurchmesser definiert als 4 × (Querschnittsfläche des Strömungswegs)/(Umfang). Die Form der durchgehenden Löcher wird ausgewählt aus Vielecken (z.B. Dreieck, Viereck und Sechseck), einer runden Form, einem Oval, einer dreilappigen Form, einer C-Form, einer Sternform usw.
Die Zahl der durchgehenden Löcher hängt zwar von der Querschnittsfläche der Kartusche und der Zahl der Fasern ab, beträgt jedoch ungefähr 2 bis 300, vorzugsweise 5 bis 100, noch bevorzugter 10 bis 60.
Was die Position der durchgehenden Löcher an einem bestimmten Klebe- und Fixierabschnitt betrifft, so sollten sich die durchgehenden Löcher in dem Bündel der Hohlfasermembranen befinden. Wenn die durchgehenden Löcher sich außerhalb des Membranbündels befinden, reicht der Kontakt zwischen den aus den durchgehenden Löchern aufsteigenden Blasen und den Hohlfasermembranen nicht aus, so dass die Effizienz der Nutzung eines zugeführten Gases abnimmt. Was die Position der durchgehenden Löcher anbelangt, ist es besonders bevorzugt, die durchgehenden Löcher so zu verteilen, dass mit Sicherheit eine oder mehrere Hohlfasermembranen zwischen einem der durchgehenden Löcher und mindestens einem der anderen durchgehenden Löcher vorhanden sind. Noch bevorzugter ist, zahlreiche durchgehende Löcher im zentralen Teil des Bündels der Hohlfasermembranen auszubilden. Es ist beispielsweise bevorzugt, die durchgehenden Löcher so auszubilden, dass sie auf dem Klebe- und Fixierabschnitt an den Schnittpunkten von mehrfachen Kreisen und Radien, den Schnittpunkten von Gittern oder den Scheitelpunkten einer großen Zahl von gleichseitigen Dreiecken verteilt sind. 7 zeigt einen Fall, in dem die durchgehenden Löcher radial in dem Membranbündel angeordnet sind, und was ein bestimmtes durchgehendes Loch anbelangt, so muss nicht notwendigerweise eine der Hohlfasermembranen zwischen zwei bestimmten durchgehenden Löchern vorhanden sein, sondern eine oder mehrere der Hohlfasermembranen befinden sich zwischen zwei anderen durchgehenden Löchern. Durch Vorsehen geeigneter Zwischenräume zwischen den durchgehenden Löchern mittels der oben beschriebenen Anordnung können abgelöste suspendierte Materialien nach dem Einleiten von Gasblasen, beispielsweise in einem Modul für eine Filtrationsvorrichtung des Regaltyps, effektiv durch einen Zufuhrwassereinlaß abgeführt werden. 8 zeigt einen Fall, in dem die durchgehenden Löcher so angeordnet sind, dass zwischen jeweils zwei durchgehenden Löchern eine oder mehrere Hohlfasermembranen vorhanden sind. Durch eine derartige Anordnung der durchgehenden Löcher kann die Effizienz der Verwendung eines eingeleiteten Gases erhöht werden, so dass selbst bei Verwendung eines geringen Gasvolumens eine notwendige Waschwirkung erreicht werden kann.
Bei der vorliegenden Erfindung ragt der Bodenring 13 vorzugsweise über die Enden der Hohlfasermembranen 3a nach außen hinaus und bildet einen Schürzenbereich, und vorzugsweise ist er am Umfangsrand des Bündels der Hohlfasermembranen fixiert, wobei eine Gasschicht 14b entsteht, die von der Klebe- und Fixierschicht und dem Bodenring umgeben ist. Die Länge des Teils des Bodenrings 13, die über die Enden der Hohlfasermembranen hinausragt, hängt zwar vom Durchmesser der Kartusche, dem Volumen eines zugeführten Gases und dem Durchmesser und der Zahl der durchgehenden Löcher ab, beträgt jedoch vorzugsweise 5 mm bis 200 mm, um eine Dispersion und Verlust des Gases zu verhindern. Wenn der Teil zu lang ist, ist die Gesamtlänge der Kartusche unerwünscht lang, was zur Bildung eines nutzlosen Raums führt. Wenn der Teil zu kurz ist, neigt das der Kartusche zugeführte Gas zu Dispersion und dazu, in seitlicher Richtung verloren zu gehen, ohne effektiv in die durchgehenden Löcher eingeleitet zu werden. Es ist möglich, den Boden des Schürzenbereichs zu öffnen und ein Gas von unterhalb des Bodens her einzuleiten. Ferner ist es möglich, einen abnehmbaren Deckel zum Abdichten des unteren Teils des Schürzenbereichs mit dem unteren Teil zu verbinden und durch Anschließen einer Gaszufuhreinrichtung direkt an den Deckel und/oder den die Schürze bildenden hinausragenden Teil ein Gas in die Gasschicht 14b einzuleiten.
Die Querschnittsform in Richtung des Durchmessers des Bodenrings 13 kann rund, quadratisch, hexagonal, oval oder dergleichen sein. Wenn die Kartusche in einen Filtrationstank eingesetzt wird, ist die Querschnittsform vorzugsweise die gleiche wie die des Kartuschenkopfs, und eine runde Form ist als Querschnittsform besonders zu bevorzugen.
Die Hohlfasermembrankartusche der vorliegenden Erfindung kann wie folgt hergestellt werden. Ein Bündel von Hohlfasermembranen, deren hohle Teile an einem Ende des Bündels verstopft wurden, und Rohre zum Verbinden und Fixieren werden in einen Kartuschenkopf 12 eingesetzt, und ein Kleber wird in den Kartuschenkopf 12 eingeführt, um die Hohlfasermembranen miteinander zu verkleben und zu fixieren sowie die Rohre für die Verbindung und Fixierung und das Bündel der Hohlfasermembranen mit dem Kartuschenkopf 12 zu verkleben und zu fixieren, so dass ein Ein- oder Austreten von Flüssigkeit nicht möglich ist. Die Hohlfasermembranen und die Klebe- und Fixierschicht werden zusammen aufgeschnitten, um die Enden der Hohlfasermembranen zu öffnen.
Die anderen Enden der Hohlfasermembranen werden zusammen mit den Rohren für die Verbindung und Fixierung in einen Bodenring eingesetzt, ohne ihre hohlen Teile zu verstopfen, und eine vorbestimmte Stange, ein Rohr oder eine Platte zur Bildung von durchgehenden Löchern 14a wird in das Bündel der Hohlfasermembranen eingesetzt. Dann wird ein Kleber in den Bodenring 13 eingeführt, um die Hohlfasermembranen miteinander zu verkleben und zu fixieren sowie die Rohre für die Verbindung und Fixierung und das Bündel der Hohlfasermembranen mit dem Bodenring 13 zu verkleben und zu fixieren. In diesem Fall werden die hohlen Teile an den Enden der Hohlfasermembranen gleichzeitig mit dem Kleber verschlossen. Danach wird die Stange, das Rohr oder die Platte zur Bildung von durchgehenden Löchern 14a aus der Klebe- und Fixierschicht herausgenommen, wobei durchgehende Löcher 14a entstehen.
Folgendes ist ebenfalls möglich: Eine Stange, ein Rohr oder eine Platte zur Bildung von durchgehenden Löchern 14a wird in das Bündel der Hohlfasermembranen eingesetzt, und danach wird verklebt und fixiert, und das Instrument zur Bildung der durchgehenden Löcher 14a wird herausgenommen, und danach wird ein Bodenring 13 durch Kleben oder Schweißen am Rand der Klebe- und Fixierschicht fixiert.
Ein Beispiel für eine Filtrationsvorichtung des Tanktyps (1), die die Hohlfasermembrankartuschen der vorliegenden Erfindung umfasst, die darin aufgehängt und fixiert sind, wird im Folgenden erläutert.
In 1 bezeichnet die Zahl 1 eine Filtrationsvorrichtung des Tanktyps zum Filtern von zugeführtem Rohwasser, die zur Wasseraufbereitung verwendet werden kann, indem sie die Trübungen und Bakterien aus einem großen Volumen von Rohwasser, wie Flusswasser, Seewasser, Grundwasser, Meerwasser, häuslichem Abwasser oder industriellem Abwasser, entfernt.
Der Filtrationstank 2 der Filtrationsvorrichtung des Tanktyps 1 besteht aus einem Tankhauptkörper 2a und einem Deckel 2b, und eine Teilungsplatte 6 ist durch Schweißen oder dergleichen in vorbestimmter Höhe an der Innenwand des Tankhauptkörpers 2a fixiert, so dass keine Flüssigkeit ein- oder austreten kann. Eine Zufuhrwasserkammer 7 wird aus einem Raum gebildet, der durch den Tankhauptkörper 2a und die Teilungsplatte 6 gebildet wird. Eine Kammer 10 für behandeltes Wasser wird durch die Teilungsplatte 6, den Deckel 2b und eine Füllung 9 gebildet.
Wie oben beschrieben, wird das Innere des Filtrationstanks 2 durch die Teilungsplatte 6, die im Filtrationstank 2 fixiert sind, in die zwei Kammern unterteilt, und jede Hohlfasermembrankartusche 4 der vorliegenden Erfindung ist in der Zufuhrwasserkammer 7 aufgehängt, wobei ein Ende von der Teilungsplatte 6 gehalten wird.
Die Teilungsplatte 6, die die davon herabhängende Hohlfasermembrankartusche 4 hält, wird in einer vorbestimmten Dicke hergestellt, so dass sie ausreichend Festigkeit hat, um einer durch die Hohlfasermembrankartusche und den Wasserdruck ausgeübten Belastung zu widerstehen. Eine Menge von durchgehenden Löchern 6a zum Einsetzen der Hohlfasermembrankartuschen 4 sind in vorbestimmten Positionen der Teilungsplatte 6 ausgebildet.
Im unteren Teil jedes durchgehenden Lochs 6a der Teilungsplatte 6 wird ein Vorsprung 6b gebildet, der in Richtung des Durchmessers ins Innere des durchgehenden Lochs 6a ragt, und das untere Ende des Kartuschenkopfs 12, das sich am Umfangsrand des oberen Endes der Hohlfasermembrankartusche 4 befindet, wird vom Vorsprung 6b eingefangen, um die Hohlfasermembrankartu sche 4 aufzuhängen und zu halten. Als weitere Ausführungsform ist folgendes möglich: ein Kragen, der in Richtung des Durchmessers nach außen ragt, wird auf dem Kartuschenkopf gebildet, und seine Unterseite wird über einen Dichtungsring mit der oberen Fläche der Teilungsplatte 6 in Kontakt gebracht, um die Hohlfasermembrankartusche aufzuhängen und zu halten.
Ein O-Ring 15 wird in eine Rille 6c eingepasst, die auf der Wandfläche jedes durchgehenden Lochs 6a der Teilungsplatte 6 gebildet ist, und die äußere Wandfläche des Kartuschenkopfs 12 wird durch Druckschweißen mit dem O-Ring 15 verbunden, wodurch der Kartuschenkopf 12 so an der Teilungsplatte 6 befestigt wird, dass keine Flüssigkeit ein- oder austreten kann. Eine Rille, um den O-Ring 15 darin einzupassen, kann am Kartuschenkopf 12 gebildet werden.
Die obere Randfläche des Kartuschenkopfs 12 wird von einem Festhalteelement 16, das sich abnehmbar auf der Wandfläche jedes durchgehenden Lochs 6a der Teilungsplatte 6 befindet, festgehalten, wodurch der Kartuschenkopf 12 an der Teilungsplatte 6 fixiert wird und die Hohlfasermembrankartusche 4 stabil im Filtrationstank 2 untergebracht ist.
In der obigen Struktur füllt während des Filtrationsbetriebs unter Verwendung der Filtrationsvorrichtung des Tanktyps 1 Rohwasser in die Zufuhrwasserkammer 7, das mittels einer Pumpe (nicht gezeigt) durch einen Zufuhrwassereinlass 2c, der sich im unteren Teil des Tankhauptkörpers 2a des Filtrationstanks 2 befindet, die Zufuhrwasserkammer 7 und wird dann zur Umfangsrandfläche jeder Hohlfasermembran 3a geleitet.
Das Rohwasser in der Nähe des Umfangsrandes jeder Hohlfasermembran 3a wird unter Druck von außen nach innen durch die Hohlfasermembran 3a filtriert, und das filtrierte Wasser wird durch das geöffnete obere Ende der Hohlfasermembran 3a in die Kammer 10 für das behandelte Wasser eingeleitet. Das in der Kammer 10 für das behandelte Wasser untergebrachte filtrierte Wasser wird über einen Auslass 2d für behandeltes Wasser, der sich im oberen Teil des Deckels 2b befindet, aus dem Filtrationstank 2 entnommen.
Als ein weiteres Betriebsverfahren kann ein Verfahren verwendet werden, das das Durchführen der Filtration durch Heraussaugen von Luft in der Kammer 10 für das behandelte Wasser durch den Auslass 2d für behandeltes Wasser mittels einer Saugpumpe (nicht gezeigt) zur Reduktion des Drucks umfasst, während die Zufuhrwasserkammer 7 mit Rohwasser gefüllt wird.
Wenn die Hohlfasermembranen 3a einem Rückwaschen mit dem filtrierten Wasser unterzogen werden, wird das filtrierte Wasser durch den Auslass 2d für behandeltes Wasser zugeführt, und man lässt es rückwärts in die Zufuhrwasserkammer 7 fließen, um auf den Außenwänden der Hohlfasermembranen 3a angesammelte suspendierte Materialien (Materialien, die die Membranen nicht durchdringen können) zu entfernen, und danach wird es durch den Zufuhrwassereinlass 2c aus dem Filtrationstank 2 entleert.
Wenn in die Hohlfasermembranen 3a Gasblasen eingeleitet werden, wird ein Gas zuerst durch einen Gaseinlass 2f, der sich im unteren Teil des Tankhauptkörpers 2a befindet, in die Zufuhrwasserkammer 7 zugeführt, wobei die Zufuhrwasserkammer 7 mit Rohwasser gefüllt ist. Das Gas strömt in Form von Blasen durch eine Düse 5a in die mit dem Rohwasser gefüllte Zufuhrwasserkammer 7 und passiert jeden Bodenring 13 und dann die durchgehenden Löcher 14a der Klebe- und Fixierschicht 14, um die Hohlfasermembranen 3a vibrieren zu lassen. Das Gas löst also die suspendierten Materialien ab, die an den Oberflächen der Hohlfasermembranen 3a haften. Gas, das sich im oberen Teil der Zufuhrwasserkammer 7 ansammelt, wird durch einen Gasauslass 2g, der sich im oberen Teil des Tankhauptkörpers 2a befindet, aus dem Filtrationstank 2 entlassen. Bei dem oben erwähnten Einleiten von Gasblasen wird der Bodenring 13 ungeachtet der Gasströmungsrate weder angehoben noch aus einer der Düse 5a entsprechenden Position verschoben, so dass das Waschen in zufriedenstellender Weise ausgeführt werden kann, da die Klebe- und Fixierschicht 11 auf der Seite des Kartuschenkopfs und die Klebe- und Fixierschicht 14 auf der Seite des Bodenrings mittels eines Edelstahlrohres 3b in der Hohlfasermembrankartusche 4 miteinander verbunden und aneinander fixiert sind.
Bei dem obigen Gasblasenbetrieb wird zum Beispiel zuerst Luft, Stickstoffgas oder Sauerstoffgas zugeführt, wobei die Zufuhrwasserkammer 7 mit dem Rohwasser gefüllt ist, d.h., wobei sich das Rohwasser in Ruhe befindet und in der Zufuhrwasserkammer 7 verbleibt. Nach dem Einleiten der Gasblasen wird der oben genannte Rückwaschvorgang durchgeführt, um die suspendierten Materialien, die gemäß der obigen Beschreibung abgelöst wurden, wegzuwaschen, wobei filtriertes Wasser durch den Auslass 2d für behandeltes Wasser zugeführt wird. Das filtrierte Wasser, das die abgelösten suspendierten Materialien enthält, wird durch den Zufuhrwassereinlass 2c aus dem Filtrationstank 2 entleert und in einem Abwassertank (nicht gezeigt) untergebracht.
Entweder der Gasblasenbetrieb oder der Rückwaschvorgang kann zuerst durchgeführt werden. Sie können auch gleichzeitig ausgeführt werden. Wenn der Rückwaschvorgang und das Einleiten von Gasblasen gleichzeitig ausgeführt wird, kann das Reiben der Oberflächen der Membranen, das gerne mit der Vibration der Hohlfasermembranen einhergeht, in erwünschter Weise verhindert werden. Die Häufigkeiten des oben erwähnten Rückwaschvorgangs und des Gasblasenbetriebs werden vorzugsweise bestimmt, während man die Stabilität des Filtrationsvorgangs überwacht.
Im Folgenden wird ein Beispiel für eine Filtrationsvorrichtung des Tanktyps (4), die die Hohlfasermembrankartuschen umfasst, die an einer Sammelleitung für behandeltes Wasser herabhängen und daran fixiert sind, erläutert.
In 4 hängt jede Hohlfasermembrankartusche 4 an einem Zweigrohr 18, das von einer Sammelleitung 17 für behandeltes Wasser abzweigt, herab und ist daran fixiert, indem man einen Kartuschenkopfkragen 12a, der sich am Umfangsrand des Kartuschenkopfs 12 befindet, und eine Klammer 20 über einen Dichtungsring 19 verwendet.
In der obigen Struktur wird die Zufuhrwasserkammer 7 während des Filtrationsvorgangs unter Verwendung der Filtrationsvorrichtung des Tanktyps 1 mit Rohwasser, das mittels einer Pumpe (nicht gezeigt) durch einen Zufuhrwasser einlass 2c, der sich im unteren Teil des Tankhauptkörpers 2a eines Filtrationstanks 2 befindet, in eine Zufuhrwasserkammer 7 geleitet wird, gefüllt und dann wird es zur Umfangsrandfläche jeder Hohlfasermembran 3a geleitet. Das Rohwasser in der Nähe des Umfangsrandes jeder Hohlfasermembran 3a wird unter Druck von außen nach innen durch die Hohlfasermembran 3a filtriert, und das filtrierte Wasser wird durch das geöffnete obere Ende der Hohlfasermembran 3a und das Zweigrohr 18 in die Sammelleitung 17 für das behandelte Wasser eingeleitet. Das filtrierte Wasser in der Sammelleitung für das behandelte Wasser wird über einen Auslass 2d für behandeltes Wasser, der sich im Tankhauptkörper 2a befindet, aus dem Filtrationstank 2 entleert.
Das konzentrierte Wasser, das nicht durch die Hohlfasermembranen 3a filtriert wurde, wird über einen im oberen Teil des Filtrationstanks 2 befindlichen Auslass 2g für konzentriertes Wasser eines Deckels 2b aus dem Filtrationstank 2 entleert.
Wenn die Hohlfasermembranen 3a einem Rückwaschvorgang mit dem filtrierten Wasser unterzogen werden, wird das filtrierte Wasser durch den Auslass 2d für behandeltes Wasser zugeführt und man lässt es zurück in die Zufuhrwasserkammer 7 strömen, um suspendierte Materialien (Materialien, die die Membranen nicht durchdringen können), die sich auf den Außenwänden der Hohlfasermembranen 3a angesammelt haben, zu entfernen, wobei es danach durch den Auslass 29 für konzentriertes Wasser aus dem Filtrationstank 2 entleert wird.
Wenn in die Hohlfasermembrankartuschen 4 Gasblasen eingeleitet werden, wird ein Gas zuerst durch einen Gaseinlass 2f, der sich im unteren Teil des Tankhauptkörpers 2a befindet, in die Zufuhrwasserkammer 7 zugeführt, wobei die Zufuhrwasserkammer 7 mit Rohwasser gefüllt ist. Das Gas strömt in Form von Blasen durch eine Düse 5a in die Zufuhrwasserkammer 7 und wird aus dem Bodenring 13 durch die durchgehenden Löcher 14a der Klebe- und Fixierschicht 14 auf die Seite des Umfangsrandes jeder Hohlfasermembran 3a geleitet, um das Wasser im Bündel der Hohlfasermembranen 3a aufzurühren und die Hohlfasermembranen 3a vibrieren zu lassen. Das Gas löst also die suspendierten Materialien ab, die an den Oberflächen der Hohlfasermembranen 3a haften. Gas, das die Hohlfasermembranen 3a vibrieren ließ, wird durch den Auslass 2g für konzentriertes Wasser, der sich in dem Deckel 2b befindet, aus dem Filtrationstank 2 entlassen.
Entweder der oben erwähnte Gasblasenbetrieb oder der oben erwähnte Rückwaschvorgang kann zuerst durchgeführt werden. Sie können auch gleichzeitig ausgeführt werden. Wenn der Rückwaschvorgang und das Einleiten von Gasblasen gleichzeitig ausgeführt wird, kann das Reiben der Oberflächen der Membranen, das gerne mit der Vibration der Hohlfasermembranen einhergeht, in erwünschter Weise verhindert werden. Die Häufigkeiten des oben erwähnten Rückwaschvorgangs und des Gasblasenbetriebs werden vorzugsweise bestimmt, während man die Stabilität des Filtrationsvorgangs überwacht.
Da die Klebe- und Fixierschicht 11 auf der Seite des Kartuschenkopfs und die Klebe-und Fixierschicht 14 auf der Seite des Bodenrings mittels eines SUS-Rohrs 3b in der Hohlfasermembrankartusche 4 miteinander verbunden und aneinander fixiert sind, wird der Bodenring 13 ungeachtet der Gasströmungsrate bei dem oben erwähnten Einleiten von Gasblasen weder angehoben noch aus einer der Düse 5a entsprechenden Position verschoben, so dass das Waschen in zufriedenstellender Weise ausgeführt werden kann.
Im Folgenden wird ein Beispiel für ein Modul für eine Filtrationsvorrichtung des Regaltyps (5 und 6) erläutert, in der die Hohlfasermembrankartusche der vorliegenden Erfindung aufgehängt und fixiert ist. Der hier verwendete Ausdruck "Modul" steht für eine Anordnung, die ein Gehäuse mit mindestens einem Zufuhrwassereinlass und einen im oberen Teil des Gehäuses vorgesehehen offenen Bereich sowie eine Hohlfasermembrankartusche aufweist, wobei die Hohlfasermembrankartusche in das Gehäuse eingeführt und an dem offenen Bereich in dem oberen Teil des Gehäuses abnehmbar so fixiert ist, dass Flüssigkeit weder ein- noch austreten kann.
Das Gehäuse 21a weist den Zufuhrwassereinlass 2c im unteren Teil und einen mit einer Düse 22 für konzentriertes Wasser ausgestatteten Gehäusekopf 21b im oberen Teil auf. Der Gehäusekopf hat eine Doppelrohrstruktur, bei der die Innenwand des Gehäusekopfs Kopföffnungen aufweist, die mit der Düse 22 für konzentriertes Wasser über einen in bezug auf die Außenwand innengelegenen Raum, der von der Innenwand und der Außenwand gebildet ist, in Verbindung stehen. Die Kartusche ist innerhalb der Innenwand untergebracht.
Die Hohlfasermembrankartusche der vorliegenden Erfindung wird von oben in das Gehäuse eingeführt und mittels des Kragens 12a der Kartusche über eine Dichtung oder einen O-Ring an dem oberen Ende des Gehäusekopfs fixiert, so dass Flüssigkeit weder ein- noch austreten kann. Der Kragen 12a der Kartusche und eine Kappe mit einem Auslass 2d für behandeltes Wasser sind über einen O-Ring 25 aneinander fixiert, damit Flüssigkeit weder ein- noch austreten kann. Der Gehäusekopf 21b, der Kragen 12a und die Kappe 24 sind mittels einer Gehäusemutter 23 integral fixiert.
Während des Filtrierbetriebs unter Verwendung einer Filtrationsvorrichtung vom Regaltyp wird bei der obigen Struktur mittels einer Pumpe durch eine (nicht gezeigte) Zufuhrwasserrohrleitung und den Zufuhrwassereinlass 2c in das Gehäuse 21a eingespeistes Rohwasser bis zum Bodenring 13 eingefüllt und wird dann durch die durchgehenden Löcher 14a zu der Umfangsrandfläche jeder Hohlfasermembran 3a geleitet.
Das Rohwasser in der Nähe des Umfangsrands jeder Hohlfasermembran 3a wird von außen nach innen unter Druck durch die Hohlfasermembran 3a filtriert, und das filtrierte Wasser wird durch das geöffnete obere Ende der Hohlfasermembran 3a in die Kappe 24 eingeleitet. Das in die Kappe 24 eingeleitete filtrierte Wasser wird durch die (nicht gezeigte) Rohrleitung für filtriertes Wasser der Vorrichtung vom Regaltyp und einen Auslass 2d für behandeltes Wasser aus der Vorrichtung des Regaltyps entnommen. Das der Umfangsrandfläche jeder Hohlfasermembran 3a zugeführte Rohwasser kann teilweise durch die Kopföffnungen 27 zu der Düse 22 für konzentriertes Wasser geleitet werden, um durch einen Auslass 2g für konzentriertes Wasser zu dem Umlauftank oder Rohwassertank (nicht gezeigt) der Vorrichtung zurückgeführt zu werden.
Wenn die Hohlfasermembranen 3a einem Rückwaschvorgang mit dem filtrierten Wasser unterzogen werden, wird das filtrierte Wasser durch den Auslass 2d für behandeltes Wasser zugeführt und man lässt es rückwärts in das Gehäuse 21a strömen, um suspendierte Materialien (Materialien, die die Membranen nicht durchdringen können), die sich auf den Außenwänden der Hohlfasermembranen 3a angesammelt haben, zu entfernen, wonach es durch die Kopföffnungen 27 und die Düse 22 für konzentriertes Wasser aus dem Gehäuse 21a ausgeleitet wird. Es ist auch möglich, dass das die suspendierten Materialien enthaltende Wasser, das durch das Waschen mit dem filtrierten Wasser, das man zurückfließen ließ, gewonnen wurde, durch die in dem Bodenring 13 vorhandenen durchgehenden Löcher 14a und den Zufuhrwasserauslaß 2c in dem unteren Teil auszuleiten.
Wenn die Hohlfasermembranen 3a dem Einleiten von Gasblasen ausgesetzt werden, wird zunächst dem Bodenring 13 von unten her ein Gas durch einen (nicht gezeigten) Gaseinlass zugeführt, der in einer mit dem Zufuhrwassereinlass 2c verbundenen Rohrleitung vorgesehen ist, wobei das Gehäuse 21a mit Rohwasser oder dem filtrierten Wasser gefüllt ist. Das zugeführte Gas passiert die durchgehenden Löcher 14a der Klebe- und Fixierschicht 14, wobei es in dem in dem unteren Teil des Bodenrings 13 vorgesehenen Schürzenteil verbleibt, um die Hohlfasermembranen 3a vibrieren zu lassen. Auf diese Weise löst das Gas die an den Oberflächen der Hohlfasermembranen 3a haftenden suspendierten Materialien ab. Ferner ist es möglich, den oben erwähnten Rückwaschvorgang gleichzeitig mit dem Einleiten von Gasblasen auszuführen und das Waschwasser durch die Düse 22 für konzentriertes Wasser aus dem Gehäuse abzuführen. In diesem Falle kann das Reiben der Membranflächen, das gerne mit der Vibration der Hohlfasermembranen einhergeht, in erwünschter Weise verhindert werden.
Dann kann ggf. ein Spülvorgang ausgeführt werden. Der hier verwendete Ausdruck "Spülen" bezeichnet den Schritt des Abführens der durch das oben erwähnte Einleiten von Gasblasen abgelösten suspendierten Materialien aus dem Gehäuse. Das Spülen wird üblicherweise durch Einleiten von Rohwasser durch den Zufuhrwassereinlass 2c und Abführen desselben durch die Düse 22 für konzentriertes Wasser ausgeführt.
Da die Klebe- und Fixierschicht 11 auf der Seite des Kartuschenkopfs und die Klebe- und Fixierschicht 14 auf der Seite des Bodenrings mittels eines Edelstahlrohres 3b in der Hohlfasermembrankartusche 4 miteinander verbunden und aneinander fixiert sind, wird bei dem oben erwähnten Einleiten von Gasblasen der Bodenring 13 ungeachtet der Gasströmungsrate nicht angehoben, so dass das Waschen in zufriedenstellender Weise ausgeführt werden kann.
Die Kartusche der vorliegenden Erfindung betreffende spezifische Beispiele werden nachfolgend beschrieben.
Hohlfasermembran A
23 Gew.-% hydrophobes Siliciumoxid mit einer durchschnittlichen Primärteilchengröße von 0,016 μm und einer spezifischen Fläche von 110 m²/g (Aerosil R-970, eine Handelsbezeichnung, hergestellt von Nippon Aerosil Co., Ltd.), 30,8 Gew.-% Dioctylphthalat und 6,2 Gew.-% Dibutylphthalat wurden in einem Henschel-Mischer gemischt, anschließend wurden 40 Gew.-% PVdF mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 242.000 (Kureha KF Polymer #1000, eine Handelsbezeichnung, hergestellt von Kureha Chemical Industry Co., Ltd.) hinzugefügt und danach erfolgte wiederum ein Mischen in dem Henschel-Mischer.
Die sich ergebende Mischung wurde durch Schmelzextrusion der Mischung durch die Luft in ein Wasserbad bei 40° mit einer Rate von 20 m/min zu Hohlfasern geformt, wobei eine Hohlfasererzeugungsvorrichtung verwendet wurde, die durch Vorsehen eines hohlfaserförmigen Spinnlochs in einem Doppelschneckenextruder mit einem ⌀ von 30 mm erhalten wurde. Das geformte Produkt wurde kontinuierlich mit einer Rate von 20 m/min mit einer Abnahmemaschine vom Schwammbandtyp mit variablen Zwischenräumen abgenommen, passierte ein Wärmebad, dessen Raumtemperatur auf 40°C geregelt war, und wurde dann mit einer Rate von 40 m/min von derselben Abnahmemaschine wie oben abgenommen, um in einem Verhältnis von 2,0 gedehnt zu werden. Die sich ergebenden Hohlfasermembranen durchliefen ein Wärmebad, dessen Raumtemperatur auf 80°C geregelt war, und kühlten ab, indem sie kontinuierlich zwischen zwei unebenen Walzen gehalten wurden, die sich in einem Kühlwasserbad auf der Wasseroberfläche befanden, wobei die gedehnten Fasern danach mit einer Rate von 30 m/min von einer Abnahmemaschine vom Schwammbandtyp abgenommen wurden, um auf das 1,5-fache der ursprünglichen Länge der Hohlfasern geschrumpft zu werden, und als Strang aufgewickelt wurden.
Anschließend wurde das einstündige Eintauchen der aufgewickelten Hohlfasermembranen in Methylenchlorid bei 30°C dreimal wiederholt, um das Dioctylphthalat und Dibutylphthalat aus den Membranen zu extrahieren, und dann wurden die Membranen getrocknet. Danach wurden die Hohlfasermembranen 30 Minuten lang in eine 50% wässerige Ethanollösung und dann 30 Minuten lang in Wasser eingetaucht, um mit Wasser befeuchtet zu werden; anschließend wurde ihr einstündiges Eintauchen in eine 5% wässerige Natriumhydroxidlösung bei 40°C zweimal wiederholt, um hydrophobes Siliciumoxid aus den Membranen zu extrahieren, und die so behandelten Membranen wurden mit warmem Wasser bei 60°C 12 Stunden lang gewaschen und dann getrocknet.
Die so gewonnenen Hohlfasermembranen hatten einen Außendurchmesser von 1,25 mm, einen Innendurchmesser von 0,65 mm, eine Durchlässigkeit für Reinwasser von 6000 Litern/m²/Stunde/0,1 MPa, einen Zug-Elastizitätsmodul von 19,6 MPa und einen Crimp-Grad von 1,68.
Hohlfasermembran B
Die oben erwähnten Hohlfasermembranen A wurden 2 Stunden lang in einem Ofen bei 140°C einer Wärmebehandlung unterzogen. Die sich ergebenden Hohlfasermembranen hatten einen Außendurchmesser von 1,24 mm, einen Innendurchmesser von 0,65 mm, eine Durchlässigkeit für Reinwasser von 5300 Litern/m²/Stunde/0,1 MPa, einen Zug-Elastizitätsmodul von 40,2 MPa und einen Crimp-Grad von 1,72.
Hohlfasermembran C
Mittels des in der Internationalen Veröffentlichung Nummer WO 00/63122 beschriebenen Verfahrens wurden die Hohlfasermembranen aus PVdf von Beispiel 1 in diesem Dokument erzeugt. Diese Hohlfasermembranen hatten einen Zug-Elastizitätsmodul von 77,3 MPa und Wellen, die einem Crimp-Grad von 1,74 entsprachen.
Hohlfasermembran D
Mittels des in der Internationalen Veröffentlichung Nummer WO 97/03677 beschriebenen Verfahrens wurden die Hohlfasermembranen aus Polysulfon von Beispiel 1 in diesem Dokument erzeugt. Diese Hohlfasermembranen hatten einen Zug-Elastizitätsmodul von 100 MPa, waren geradlinig ohne Wellen und hatten einen Crimp-Grad von 1,45.
Hohlfasermembran E
Mittels des in JP-A-03-42025 beschriebenen Verfahrens wurden die Hohlfasermembranen aus Polyethylen von Beispiel 1 in diesem Dokument erzeugt. Diese Hohlfasermembranen hatten einen Zug-Elastizitätsmodul von 50 MPa, waren geradlinig ohne Wellen und hatten einen Crimp-Grad von 1,47.
Beispiel 1
Unter Verwendung von 6400 der oben erwähnten Hohlfasermembranen B wurde eine Kartusche hergestellt, die aus dem in 10 gezeigten Kartuschenkopf mit flachem Kragen, dem Bodenring mit 26 durchgehenden Löchern mit 11 mm ⌀ und einem in 8 gezeigten Vorsprung mit einer Länge von 40 mm sowie zwei Edelstahlrohren mit einem Außendurchmesser von 10 mm und einer Stärke von 1 mm zusammengesetzt war. Die Rohre befanden sich an den äußersten Positionen in einem Bündel der Hohlfasermembranen, wie in 8 gezeigt, und waren unter Verwendung eines warmaushärtenden Zweikomponentenurethanharzes (SA-6330A2/SA-6330B5, eine Handelsbezeichnung, hergestellt von SUNYURECK) an den Hohlfasermembranen festgeklebt und fixiert. Der Kartuschenkopf und der Bodenring bestanden aus ABS und der verwendete Kleber hatte Shore-Härtewerte von 65D und 40D bei 5°C bzw. bei 40°C.
Die Außendurchmesser des Kartuschenkopfes und des Bodenrings betrugen 167 mm bzw. 150 mm. Die Kleberstärken in dem Kartuschenkopf und dem Bodenring betrugen 65 mm bzw. 30 mm. Die effektive Länge der Hohlfasermembranen betrug 2.010 mm und der Entspannungsgrad der Membranen betrug 4%.
Durch Halten der beiden Rohre ließ die Kartusche sich leicht tragen.
Die Kartusche war in dem in 5 gezeigten Gehäuse untergebracht, und unter Verwendung einer Gehäusemutter war eine Kappe mit der Kartusche und dem Gehäuse verbunden. Bei der Verbindung gemäß 10 war die Kappe mit zwei zwischen das Gehäuse und die Kappe und den Kartuschenkopf eingeführten O-Ringen fixiert, damit Flüssigkeit weder ein- noch austreten konnte.
Der oben beschriebene Modul wurde in eine Vorrichtung des Regaltyps eingesetzt, und es wurde ein Filtrationstest unter Verwendung des Wassers des Fuji als Rohwasser ausgeführt. Die Betriebsbedingungen sind nachfolgend beschrieben.

Volumen des filtrierten Wassers: 2,7 m³/m²/Tag
Volumen des konzentrierten Wassers: die Hälfte des Volumens des filtrierten Wassers
Volumen des für das Rückwaschen verwendeten Wassers: das 1,5-fache des Volumens des filtrierten Wassers
Gas-(Luft-)Strömungsrate: 0,3 ml/sec/Fasermembran
Volumen des zum Spülen verwendeten Wassers: 2 m³/Stunde
Operationszyklus: Filtration 28,5 min – Rückwaschen/Einleiten von Gasblasen (gleichzeitig) 1 min – Spülen 0,5 min

Beim Rückwaschen wurde das Wasser zum Rückwaschen nach erfolgtem Hinzufügen von Natriumhypochlorit in einem Anteil von 4 mg/Liter zugeführt.
Während des Betriebs nahm der Transmembrandruck (in bezug auf seinen Wert bei 20°C, dasselbe gilt in den anderen Beispielen) nach dem Rückwaschen allmählich zu und erreichte 48 Stunden nach dem Rückwaschen 40 kPa. Danach stabilisierte er sich und betrug selbst 1000 Stunden nach dem Rückwaschen 40 bis 45 kPa.
Die Wassertemperatur während des Betriebs betrug 8°C bis 13°C und die durchschnittliche Trübung betrug 3 ppm.
Nach 1000 Betriebsstunden wurde die Kartusche herausgenommen und die Hohlfasermembranen sowie die Klebe- und Fixierteile der Kartusche wurden untersucht, wobei keine Abnormitäten festzustellen waren.
Beispiel 2
Auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 wurde eine Kartusche hergestellt, außer dass die Hohlfasermembranen C und der Kartuschenkopf mit einem Kragen vom Zwingentyp gemäß 9 verwendet wurden. Der Entspannungsgrad der Hohlfasermembranen in der Kartusche betrug 2%.
Die Hohlfasermembrankartusche wurde in die in 4 gezeigte Vorrichtung vom Tanktyp eingesetzt und ein Filtrationsexperiment wurde ausgeführt. Die Betriebsbedingungen sind nachfolgend beschrieben.

Volumen des filtrierten Wassers: 2,4 m³/m²/Tag
Volumen des konzentrierten Wassers: die Hälfte des Volumens des filtrierten Wassers
Volumen des zum Rückwaschen verwendeten Wassers: das 1,5-fache des Volumens des filtrierten Wassers
Gas-(Luft-)Strömungsrate: 0,3 ml/sec/Fasermembran
Volumen des zum Spülen verwendeten Wassers: 3 m³/Stunde
Operationszyklus: Filtration 28 min – Rückwaschen/Einleiten von Gasblasen (gleichzeitig) 1 min – Spülen 1 min

Beim Rückwaschen wurde das Wasser zum Rückwaschen nach Hinzufügen von Natriumhypochlorit in einem Anteil von 4 mg/Liter zugeführt.
Während des Betriebs nahm der Transmembrandruck nach dem Rückwaschen allmählich zu und erreichte 48 Stunden nach dem Rückwaschen 60 kPa. Danach stabilisierte er sich und betrug selbst 1000 Stunden nach dem Rückwaschen 65 bis 70 kPa.
Während des Betriebs betrug die Wassertemperatur 12°C bis 16°C und die durchschnittliche Trübung belief sich auf 3 ppm.
Nach 1000 Betriebsstunden wurde die Kartusche herausgenommen und die Hohlfasermembranen sowie die Klebe- und Fixierteile der Kartusche wurden untersucht, ohne dass sich Abnormitäten daran feststellen ließen.
Beispiel 3
Auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 wurde eine Kartusche hergestellt, außer dass die Hohlfasermembranen A, der Kartuschenkopf mit einem Kragen vom Zwingentyp gemäß 9 und vier faserverstärkte runde Kunststoffstangen mit einem ⌀ von 10 mm verwendet wurden. Die runden Stangen befanden sich jeweils an den äußersten Positionen, die einem Viertel des Umfangs eines Bündels der Hohlfasermembranen entsprachen. Der Entspannungsgrad der Hohlfasermembranen in der Kartusche betrug 5%.
Durch Halten von zwei der runden Stangen, die einander zugewandt waren, ließ die Kartusche sich leicht tragen.
In gleicher Weise wie in Beispiel 2 wurde ein Filtrationsexperiment unter Verwendung einer Filtrationsvorrichtung vom Tanktyp ausgeführt.
Während des Betriebs nahm der Transmembrandruck nach dem Rückwaschen allmählich zu und erreichte 48 Stunden nach dem Rückwaschen 40 kPa. Danach stabilisierte er sich und betrug selbst 1000 Stunden nach dem Rückwaschen 40 bis 45 kPa.
Die Wassertemperatur während des Betriebs betrug 14°C bis 18°C, und die durchschnittliche Trübung belief sich auf 3 ppm.
Nach 1000 Betriebsstunden wurde die Kartusche herausgenommen und die Hohlfasermembranen sowie die Klebe- und Fixierteile der Kartusche wurden untersucht, wobei keine Abnormitäten daran festgestellt werden konnten.
Beispiel 4
In gleicher Weise wie in Beispiel 1 wurde eine Kartusche hergestellt, außer dass der Kartuschenkopf mit einem Gewinde gemäß 11 verwendet wurde, die Länge des Vorsprungs des Bodenrings auf 100 mm verändert wurde und als Kleber ein warmaushärtendes Zweikomponentenurethanharz (SA-6330A2/SA-6330B4, eine Handelsbezeichnung, hergestellt von SUNYU REC Co., Ltd.) verwendet wurde. Dieser Kleber hat Shore-Härtewerte von 52D und 35D bei 5°C bzw. bei 40°C. Der Entspannungsgrad der Hohlfasermembranen in der Kartusche betrug 4%.
Durch Verbinden der Hohlfasermembrankartusche mit einer Rohrleitung gemäß 11 und Eintauchen derselben in einen Rohwassertank wurde eine Saugfiltration ausgeführt. In dem Vorsprung des Bodenrings der Kartusche war ein durchgehendes Loch in einem Abstand von 10 mm vom unteren Ende des Vorsprungs vorgesehen, und in dieses durchgehende Loch wurde eine Luftzu fuhrdüse eingeführt und darin fixiert, so dass Luft in das Innere der Schürze geleitet werden konnte. Die Betriebsbedingungen sind nachfolgend beschrieben.

Volumen des filtrierten Wassers: 2,7 m³/m²/Tag
Volumen des zum Rückwaschen verwendeten Wassers: das 1,5-fache des Volumens des filtrierten Wassers
Gas-(Luft-)Strömungsrate: 0,3 ml/sec/Fasermembran
Operationszyklus: Filtration 18 min – Rückwaschen/Einleiten von Gasblasen (gleichzeitig) 1 min – Drainieren 0,5 min – Rohwasserzufuhr 0,5 min

(Das heißt, in dem Zyklus wurde die Filtration für eine vorbestimmte Zeit ausgeführt, und dann wurden das Rückwaschen und das Einleiten von Gasblasen gleichzeitig ausgeführt, danach wurde die Flüssigkeit in dem Rohwassertank aus dem Tank abgeführt und zum Auffüllen des Tanks wurde diesem Rohwasser zugeführt, wobei im Anschluss daran die Filtration begann.)
Während der Filtration wurde dem Rohwassertank kontinuierlich Rohwasser in demselben Volumen wie dem des filtrierten Wassers zugeführt. Beim Rückwaschen wurde das Wasser zum Rückwaschen nach dem Hinzufügen von Natriumhypochlorit in einem Anteil von 4 mg/Liter zugeführt.
Während des Betriebs nahm die Druckminderung durch den Saugvorgang nach dem Rückwaschen allmählich zu und erreichte 48 Stunden nach dem Rückwaschen 50 kPa. Danach stabilisierte sich der Druck und betrug selbst 1000 Stunden nach dem Rückwaschen 50 bis 55 kPa.
Die Wassertemperatur betrug während des Betriebs 12°C bis 16°C und die durchschnittliche Trübung belief sich auf 5 ppm.
Nach 1000 Betriebsstunden wurde die Kartusche herausgenommen und die Hohlfasermembranen sowie die Klebe- und Fixierteile der Kartusche wurden untersucht, wobei sich keine Abnormität daran feststellen ließ.
Beispiel 5
Auf dieselbe Weise wie in Beispiel 4 wurde eine Kartusche hergestellt, außer dass in dem Bodenring zweihundert (200) durchgehende Löcher mit einem ⌀ von 3 mm gleichmäßig in dem Bündel der Hohlfasermembranen vorgesehen waren. Der Entspannungsgrad der Hohlfasermembranen in der Kartusche betrug 4%.
In derselben Weise wie in Beispiel 4 wurde ein Filtrationsexperiment ausgeführt. Die Wassertemperatur während des Betriebs betrug 12°C bis 16°C und die durchschnittliche Trübung belief sich auf 5 ppm.
Während des Betriebs nahm die Druckminderung durch das Saugen nach dem Rückwaschen allmählich zu und erreichte 48 Stunden nach dem Rückwaschen 50 kPa. Danach stabilisierte sich der Druck und betrug 500 Stunden nach dem Rückwaschen 55 kPa. Danach neigte er zu einem allmählichen Anstieg, betrug jedoch selbst 1000 Stunden nach dem Rückwaschen 65 kPa.
Nach 1000 Betriebsstunden wurde die Kartusche herausgenommen und die Hohlfasermembranen sowie die Klebe- und Fixierteile der Kartusche wurden untersucht, wobei sich keine besondere Abnormität daran feststellen ließ.
Beispiel 6
In derselben Weise wie in Beispiel 2 wurde eine Kartusche hergestellt, außer das der Außendurchmesser des Kartuschenkopfs und des Bodenrings auf 90 mm bzw. 78 mm verändert wurde, die Kleberstärken in dem Kartuschenkopf und dem Bodenring auf 30 mm bzw. 20 mm verändert wurden, 1600 Hohlfasermembranen B und als Kleber ein warmaushärtendes Zweikomponentenurethanharz (KC-374/KN-575, eine Handelsbezeichnung, hergestellt von Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd.) verwendet wurden. An Positionen, die 19 mm von dem Mittelpunkt des Bodenrings entfernt waren und einem Sechstel des Umfangs des Bodenrings entsprachen, waren sechs durchgehende Löcher angeordnet. Bei 5°C und bei 40°C wies der Kleber Shore-Härtewerte von 50D bzw. von 38D auf. Die effektive Länge der Hohlfasermembranen in der Kartusche betrug 940 mm und der Entspannungsgrad der Hohlfasermembranen in der Kartusche belief sich auf 3%.
Die Hohlfasermembrankartusche wurde in die in 4 gezeigte Vorrichtung des Tanktyps eingesetzt und ein Filtrationsexperiment wurde ausgeführt. Die Betriebsbedingungen sind nachfolgend beschrieben.

Volumen des filtrierten Wassers: 2,4 m³/m²/Tag
Volumen des konzentrierten Wassers: die Hälfte des Volumens des filtrierten Wassers
Volumen des zum Rückwaschen verwendeten Wassers: das 1,5-fache des Volumens des filtrierten Wassers
Gas-(Luft-)Strömungsrate: 0,2 ml/sec/Fasermembran
Volumen des zum Spülen verwendeten Wassers: 0,7 m³/Stunde
Operationszyklus: Filtration 28 min. – Rückspülen/Einleiten von Gasblasen (gleichzeitig) 1 min. – Spülen 1 min

Beim Rückwaschen wurde das dafür vorgesehene Wasser nach Hinzufügen von Natriumhypochlorit in einem Anteil von 4 mg/Liter zugeführt.
Während des Betriebs nahm der Transmembrandruck nach dem Rückwaschen allmählich zu und erreichte 48 Stunden nach dem Rückwaschen 50 kPa. Danach stabilisierte er sich und betrug selbst 1000 Stunden nach dem Rückwaschen 55 bis 60 kPa.
Die Wassertemperatur während des Betriebs betrug 12°C bis 16°C und die durchschnittliche Trübung belief sich auf 3 ppm.
Nach 1000 Betriebsstunden wurde die Kartusche herausgenommen und die Hohlfasermembranen sowie die Klebe- und Fixierteile der Kartusche untersucht, wobei keine Abnormität daran festzustellen war.
Beispiel 7
In derselben Weise wie in Beispiel 6 wurde eine Kartusche hergestellt, außer dass die Hohlfasermembranen D verwendet wurden. Der Entspannungsgrad der Hohlfasermembranen in der Kartusche betrug 0,5%.
Auf dieselbe Weise wie in Beispiel 6 wurde ein Filtrationsexperiment ausgeführt.
Während des Betriebs nahm der Transmembrandruck nach dem Rückwaschen allmählich zu und erreichte 48 Stunden nach dem Rückwaschen 40 kPa. Anschließend nahm er allmählich zu und erreichte 500 Stunden nach dem Rückwaschen 90 kPa und dann 1000 Stunden nach dem Rückwaschen 140 kPa.
Während des Betriebs betrug die Wassertemperatur 12°C bis 16°C und die durchschnittliche Trübung belief sich auf 3 ppm.
Nach 1000 Betriebsstunden wurde die Kartusche herausgenommen und die Hohlfasermembranen sowie die Klebe- und Fixierteile der Kartusche untersucht, wobei sich keine Abnormität an ihnen feststellen ließ.
Beispiel 8
In derselben Weise wie in Beispiel 1 wurde eine Kartusche erzeugt, außer dass Hohlfasermembranen E verwendet wurden. Der Entspannungsgrad der Hohlfasermembranen in der Kartusche betrug 3%.
In derselben Weise wie in Beispiel 1 wurde ein Filtrationsexperiment ausgeführt.
Während des Betriebs nahm der Transmembrandruck nach dem Rückwaschen zu und erreichte 48 Stunden nach dem Rückwaschen 80 kPa. Danach nahm er allmählich zu und erreichte 500 Stunden nach dem Rückwaschen nur 100 kPa und dann 1000 Stunden nach dem Rückwaschen nur 130 kPa.
Die Wassertemperatur während des Betriebs betrug 12°C bis 10°C, und die durchschnittliche Trübung belief sich auf 3 ppm.
Nach 1000 Betriebsstunden wurde die Kartusche herausgenommen und die Hohlfasermembranen sowie die Klebe- und Fixierteile der Kartusche wurden untersucht, wobei sich keine Abnormität an ihnen feststellen ließ.
Beispiel 9
In derselben Weise wie in Beispiel 1 wurde eine Kartusche hergestellt, und es wurde ein Beschleunigungstest zur Auswertung der Haltbarkeit der Kartusche beim Einleiten von Gasblasen ausgeführt. Es wurde derselbe Operationszyklus wie in Beispiel 1 verwendet, außer dass die Filtrationszeit bei dem Filtrationsnbetrieb in Beispiel 1 auf 2 Minuten geändert wurde. Der Betrieb wurde durch Rückführung von filtriertem Wasser, konzentriertem Wasser und Waschwasser zum Rückwaschen in einen Rohwassertank in einem geschlossenen System ausgeführt. Die Wassertemperatur in dem System wurde unter der Voraussetzung, dass der Betrieb in einer Jahreszeit durchgeführt wird, in der die Wassertemperatur gering ist, durch Kühlen auf 5°C gehalten.
Nach Wiederholen eines aus Filtration, Rückwaschen/Einleiten von Gasblasen und Spülen bestehenden Zyklus über einen 5 Jahren entsprechenden Zeitraum, wobei der in Beispiel 1 beschriebene Betriebszyklus angewendet wurde, wurde die Kartusche herausgenommen und untersucht, wobei sich an den Hohlfasermembranen, den Klebe- und Fixierteilen des Kartuschenkopfs und dergleichen keine Abnormität feststellen ließ.
Vergleichsbeispiel 1
In derselben Weise wie in Beispiel 2 wurde eine Kartusche hergestellt, außer das die in 4 und 6 der JP-A-10-137552 gezeigte Bodenringkonstruktion verwendet wurde, in der Mitte der Kartusche ein PVC-Rohr mit einem ⌀ von 25 mm angeordnet wurde und die Hohlfasermembranen D verwendet wurden. Die durchgehenden Löcher des Bodenrings sind in einem Abstand von 5 mm von dem in der Mitte angeordneten PVC-Rohr offen und hatten eine Breite von 10 mm. Die von einem Bündel der Hohlfasermembranen besetzte Fläche war gleich derjenigen von Beispiel 2. Der Entspannungsgrad der Hohlfasermembranen in der Kartusche betrug 0,5%.
Da die Mitte der Kartusche nicht gehalten werden konnte, ließ es sich nicht vermeiden, dass die Kartusche von zwei Personen getragen werden musste, wobei sie am Kartuschenkopf bzw. am Bodenring gehalten wurde.
Als derselbe Filtrationstest wie in Beispiel 2 unter Verwendung dieser Kartusche ausgeführt wurde, nahm die Druckdifferenz zwischen den Membranen nach dem Rückwaschen rapide zu und erreichte 400 Stunden nach dem Rückwaschen 300 kPa, so dass ein Abbruch des Betriebs nicht vermieden werden konnte.
Vergleichsbeispiel 2
In derselben Weise wie in Beispiel 1 wurde eine Kartusche hergestellt, außer dass als Kleber ein warmaushärtendes Zweikomponentenurethanharz (Coronate-4403/Nipporan-4221, eine Handelsbezeichnung, hergestellt von Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd.) verwendet wurde. Der Kleber hatte bei 5°C und bei 40°C Shore-Härtewerte von 72D bzw. von 28D.
In derselben Weise wie in Beispiel 9 wurde ein Beschleunigungstest zur Auswertung der Haltbarkeit der Kartusche beim Einleiten von Gasblasen ausgeführt, wobei sich herausstellte, dass die Hohlfasermembranen an ihren Klebeflächen brachen, so dass ein Leck entstand, und zwar zu einem Zeitpunkt, der einem Jahr der Wiederholung des in Beispiel 1 beschriebenen Betriebszyklus entsprach.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die Kartusche, der diese Kartusche verwendende Modul für eine Filtrationsvorrichtung vom Regaltyp und die diese Kartusche verwendende Filtrationsvorrich tung des Tanktyps gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglichen einen stabilen Langzeitfiltrationsbetrieb, da sie die Dehnung und/oder Vibration jeder Hohlfasermembran während des Waschens durch das Einleiten von Gasblasen zum Erleichtern des Ablösens von suspendierten Materialien, die sich auf den Außenflächen der Hohlfasermembranen angesammelt haben, selbst durch das Einleiten eines geringen Gasvolumens, maximieren und ein einfaches Abführen der abgelösten suspendierten Materialien aus der Hohlfasermembrankartusche ermöglichen. Ferner ist die Kartusche der vorliegenden Erfindung für praktische Anwendungen sehr zweckmäßig, da sie eine für praktische Anwendungen ausreichende Haltbarkeit aufweist, und sie lässt sich, beispielsweise beim Tragen, leicht handhaben. Der Modul für die Filtrationsvorrichtung und die Filtrationsvorrichtung vom Tanktyp, die die Kartusche verwenden, sind wirtschaftlich dahingehend, dass ein Gehäuse bzw. ein Tank mehrfach darin verwendet werden kann, selbst wenn die Kartusche durch eine neue ersetzt wird.

Claims

Hohlfaserfiltermembrankartusche (4) mit einem Bündel aus mehreren Hohlfasermembranen (3a), dessen beide Enden durch Kleben in Klebe- und Fixierschichten (11, 14) fixiert sind, einem Kartuschenkopf (12), der am Umfangsrand des Bündels an einem Ende derart befestigt ist, dass er das Ein- und das Austreten von Flüssigkeit verhindert, und einem Bodenring (13), der am Umfangsrand des Bündels an dem anderen Ende derart befestigt ist, dass er das Ein- und das Austreten von Flüssigkeit verhindert, wobei der hohle Teil am Ende jeder Hohlfasermembran (3a) an der Seite des Kartuschenkopfs offen ist, wobei der hohle Teil am Ende jeder Hohlfasermembran (3a) auf der Seite des Bodenrings abgedichtet ist, und mehrere durchgehende Löcher (14a) auf der Seite des Bodenrings in der Klebe- und Fixierschicht (14) vorgesehen und in dem Bündel der Hohlfasermembranen (3a) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Kartuschenkopf (12) und der Bodenring (13) mit mehreren Stangen oder Rohren (3b) verbunden oder an diesen befestigt sind, wobei die Stangen und Rohre (3b) in einem von der Randfläche des Faserbündels (3a) aus innen gelegenen Teil des Faserbündels (3a) angeordnet sind oder derart angeordnet sind, dass sie in dem Faserbündel (3a) verteilt sind.
Hohlfasermembrankartusche (4) nach Anspruch 1, bei der das Ende des Bodenrings (13) über die Enden der Hohlfasermembranen (3a) hinaus nach außen ragt.
Hohlfasermembrankartusche (4) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der der Kartuschenkopf (12) an seinem Umfangsrand einen Kragen (12a) aufweist.
Hohlfasermembrankartusche (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Anzahl der Stangen und Rohre (3b) 2 beträgt und die Stangen und Rohre in einem inneren Teil des Faserbündels angeordnet sind, der sich mit einem Abstand von einem Viertel des Durchmessers des Faserbündels (3a) von der Umfangsrandfläche des Faserbündels (3a) erstreckt.
Hohlfasermembrankartusche (4) nach Anspruch 1, bei der die Stangen oder Rohre (3b), zusammen mit den Hohlfasermembranen (3a), in den Klebe- und Fixierschichten (11, 14) durch Kleben mit dem Kartuschenkopf (12) und dem Bodenring (13) verbunden und an diesen befestigt sind.
Hohlfasermembrankartusche (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Hohlfasermembranen (3a) Wellen aufweisen.
Hohlfasermembrankartusche (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der der Zug-Elastizitätsmodul der Hohlfasermembran (3a) kleiner als 90 MPa und nicht kleiner als 10 MPa ist.
Hohlfasermembrankartusche (4) nach Anspruch 7, bei der der Zug-Elastizitätsmodul der Hohlfasermembran (3a) nicht größer als 70 MPa und nicht kleiner als 10 MPa ist.
Hohlfasermembrankartusche (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Hohlfasermembranen (3a) sich in einem entspannten Zustand befinden und der Entspannungsgrad nicht mehr als 10% und nicht weniger als 0,1% beträgt, wobei der Entspannungsgrad durch die folgende Gleichung definiert ist: Entspannungsgrad = (L2/L1) × 100wobei L2 die Auslenkungsdistanz des Bündels der Hohlfasermembranen (3a) in einem wasserhaltigen Zustand angibt, die auf dem Eigengewicht des Bündels bei horizontal gehaltener Kartusche basiert, und L1 die Entfernung zwischen den Klebeflächen des Kartuschenkopfs (12) und des Bodenrings (13) angibt, welche durch Stangen oder Rohre (3b) fixiert sind.
Hohlfasermembrankartusche (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die mehreren durchgehenden Löcher (14a), die auf Seiten des Bodenrings in der Klebe- und Fixierschicht (14) vorgesehen sind, derart angeordnet sind, dass die Hohlfasermembranen (3a) zwischen den durchgehenden Löchern (14a) vorhanden sind.
Hohlfasermembrankartusche (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der die mehreren durchgehenden Löcher (14a), die auf Seiten des Bodenrings in der Klebe- und Fixierschicht (14) vorgesehen sind, einen Innendurchmesser von 2 bis 30 mm haben.
Hohlfasermembrankartusche (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der ein Kleber, der die Klebe- und Fixierschichten (11, 14) bildet, ein Urethanharz mit einer Shore-D-Härte von 70 bis 30 in einem Temperaturbereich von 5 bis 40°C ist.
Modul für eine Filtrationsvorrichtung vom Regaltyp mit einer Hohlfasermembrankartusche (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
Filtrationsvorrichtung (1) vom Tanktyp mit einer Hohlfasermembrankartusche (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
Filtrationsvorrichtung (1) vom Tanktyp nach Anspruch 14, bei der die Hohlfasermembrankartusche (4) in einem aufgehängten Zustand gestützt ist.