TW202106371A - 中空纖維膜、過濾模組以及排水處理裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明之目的,係要提供:一種中空纖維膜,其即使利用聚乙烯醇來進行了親水化處理後,還是可以抑制在進行過濾處理時之過度增長,而可提昇過濾性能。
本發明的其中一種態樣之中空纖維膜,係在外周面以及內周面都披覆著親水性樹脂之中空纖維膜,上述親水性樹脂的主成分係聚乙烯醇,在長度方向上之每單位長度之上述親水性樹脂的披覆量為0.31 mg/cm以上且0.44 mg/cm以下。
Description
本發明係關於:中空纖維膜、過濾模組以及排水處理裝置。
對於工業廢水、畜產污水、下水道污水之類的含有有機物的排水進行淨化處理時,大多是採用處理效率較高之活性污泥法。特別讓人重視的新作法係採用:以微過濾膜(MF膜)或超過濾膜(UF膜)來進行的膜分離活性污泥法(MBR法)來取代傳統的沉澱法,來將處理水與污泥予以分離。這種過濾膜的其中一種,係採用將多孔質體形成小口徑之筒狀的中空纖維膜。已知的上述中空纖維膜的材質的主成分,係機械強度以及化學穩定性都較為優異的聚四氟乙烯。
因為聚四氟乙烯具有較大的疏水性,所以透水性容易變小,尤其是在中空纖維膜的空孔直徑很小的情況下,很容易讓過濾能力變得不夠充分。因此,有人提出一種技術方案,係將由聚四氟乙烯所形成的多孔質膜浸泡在聚乙烯醇之類的親水性材料的水溶液中,藉由將親水性材料交聯在一起而使其不溶解化,因而固定在多孔質膜的空孔內面,藉此來對於多孔質膜實施親水化處理(請參照國際公開第2010/092938號公報)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1] 國際公開第2010/092938號公報
本發明的其中一種態樣的中空纖維膜,係在外周面以及內周面都披覆著親水性樹脂之中空纖維膜,上述親水性樹脂的主成分是聚乙烯醇,在長度方向上之每單位長度之上述親水性樹脂的披覆量為0.31 mg/cm以上且0.44 mg/cm以下。
本發明之另一種態樣的過濾模組,係具備:在外周面以及內周面都披覆著親水性樹脂之複數支中空纖維膜;以及用來保持上述複數支中空纖維膜的兩端部之一對保持構件,上述親水性樹脂之主成分是聚乙烯醇,在上述中空纖維膜之長度方向上之每單位長度之上述親水性樹脂的披覆量為0.31 mg/cm以上且0.44 mg/cm以下。
本發明之另外一種態樣的排水處理裝置,係具備:用來儲存被處理水之水槽;被收容在上述水槽內之過濾模組;以及被收容在上述水槽內,且用來從上述過濾模組的下方供給氣泡之氣泡供給器,而上述過濾模組係具有:在外周面以及內周面都披覆著親水性樹脂之複數支中空纖維膜、以及用來保持上述複數支中空纖維膜的兩端部於上下方向上之一對保持構件,上述親水性樹脂的主成分是聚乙烯醇,在上述中空纖維膜之長度方向上之每單位長度之上述親水性樹脂的披覆量為0.31 mg/cm以上且0.44 mg/cm以下。
[用以實施發明的形態]
[本發明所欲解決的技術課題]
中空纖維膜係隨著過濾處理的進行而讓雜質逐漸附著在膜表面上。這個雜質將成為原本應該被過濾之液體降低過濾效率之原因。因此,在過濾處理運轉時,例如:以一定的間隔讓氣泡摩擦經過中空纖維膜的表面來使得中空纖維膜進行搖動,來進行除去附著在這個中空纖維膜的表面上的雜質。
然而,使用了聚乙烯醇等的藥劑來實施親水化處理後的中空纖維膜在進行過濾處理時,很容易變得膨潤,而且在過濾處理中也承受到張力,因而導致中空纖維膜很容易在長度方向上伸長。中空纖維膜長度過度伸長的話,將會產生鬆弛現象,在進行雜質除去時,中空纖維膜將會承受到因為氣泡上昇所產生的向上的負荷,從而會有因為產生急遽的彎折現象而造成挫曲之虞慮。只要在中空纖維膜中產生了挫曲,即使是暫時性的挫曲,也會因為流路的壓潰所導致中空纖維膜之間的壓力差的上昇,而會有導致過濾性能降低之虞慮。
本發明係有鑑於這種情事而開發完成的,目的在於提供一種中空纖維膜,即使是利用聚乙烯醇來進行了親水化處理,還是可以抑制在進行過濾處理時之長度過度增長,而可提昇過濾性能之中空纖維膜。
[本發明之效果]
本發明的其中一種態樣的中空纖維膜,即使是利用聚乙烯醇來進行了親水化處理,還是可以抑制在中空纖維膜過濾處理時之長度過度增長,而可提昇過濾性能。
[本發明之實施方式的說明]
首先列舉本發明的實施態樣來進行說明如下。
本發明的其中一種態樣的中空纖維膜,係在外周面以及內周面都披覆著親水性樹脂之中空纖維膜,上述親水性樹脂的主成分是聚乙烯醇,在長度方向上之每單位長度之上述親水性樹脂的披覆量為0.31 mg/cm以上且0.44 mg/cm以下。
該中空纖維膜係實施了在外周面以及內周面都披覆著以聚乙烯醇為主成分的親水性樹脂之親水化處理,藉此,可抑制該中空纖維膜的外周面以及內周面的疏水性而使其具有親水性的結果,係可提昇透水性。然而,本發明人發現了一種創見,就是在中空纖維膜的外周面以及內周面都披覆著親水性樹脂的話,因為受到吸水時的膨潤以及過濾處理中的張力的作用,中空纖維膜將會伸長,因此與過濾處理前之乾燥狀態的中空纖維膜的長度相較,伸長率將會超過2%。如果中空纖維膜的長度伸長超過2%的話,就會產生鬆弛現象,因此在一邊使中空纖維膜進行搖動一邊讓氣泡與中空纖維膜摩擦來進行洗淨的情況下,將會因為氣泡所產生的向上的負荷而導致中空纖維膜很容易發生挫曲。同時也發現了一種創見,就是該中空纖維膜係利用聚乙烯醇來實施了親水化處理,並且將該中空纖維膜在長度方向上之每單位長度之上述親水性樹脂的披覆量控制在0.31 mg/cm以上且0.44 mg/cm以下的話,係可抑制在進行過濾處理時之轉變到濕潤狀態時的過度增長,因而可提昇過濾性能。為何能夠產生這種效果的理由,例如:係可以做如下的推測。在中空纖維膜的外周面以及內周面都披覆著親水性樹脂的話,在濕潤和乾燥時,親水性樹脂將會產生膨潤和收縮,如此一來,中空纖維膜的長度也會跟隨著產生伸長和縮短。如果將利用聚乙烯醇來實施親水化處理的中空纖維膜之親水性樹脂的披覆量控制在0.31 mg/cm以上且0.44 mg/cm以下的話,即可將過濾處理時之長度方向的伸長率控制在適當的範圍內。其結果,係可抑制中空纖維膜發生挫曲,而可提昇過濾性能。
該中空纖維膜的主成分是聚四氟乙烯為佳。藉由將該中空纖維膜的主成分採用聚四氟乙烯,可使得該中空纖維膜具有優異的耐藥品性、耐熱性、耐氣候性、以及不可燃性等。此外,藉由將該中空纖維膜採用疏水性的聚四氟乙烯作為主成分,係可更加地發揮所謂「可抑制疏水性而提昇透水性」之因為披覆了上述親水性樹脂所帶來的效果。
本發明之另一種態樣的過濾模組,係具備:在外周面以及內周面都披覆著親水性樹脂之複數支中空纖維膜;以及用來保持上述複數支中空纖維膜的兩端部之一對保持構件,上述親水性樹脂之主成分是聚乙烯醇,在上述中空纖維膜之長度方向上之每單位長度之上述親水性樹脂的披覆量為0.31 mg/cm以上且0.44 mg/cm以下。
該過濾模組係具備:在表面披覆著親水性樹脂之複數支中空纖維膜,在上述中空纖維膜之長度方向上之每單位長度之上述親水性樹脂的披覆量是設定在0.31 mg/cm以上且0.44 mg/cm以下,藉此,可將過濾處理時之長度方向的伸長率控制在適當的範圍。其結果,係可抑制中空纖維膜發生挫曲,而可提昇過濾性能。
本發明之另一種態樣的排水處理裝置,係具備:用來儲存被處理水之水槽;被收容在上述水槽內之過濾模組;以及被收容在上述水槽內,且用來從上述過濾模組的下方供給氣泡之氣泡供給器,上述過濾模組係具有:在外周面以及內周面都披覆著親水性樹脂之複數支中空纖維膜、以及用來保持上述複數支中空纖維膜的兩端部於上下方向上之一對保持構件,上述親水性樹脂的主成分是聚乙烯醇,在上述中空纖維膜之長度方向上之每單位長度之上述親水性樹脂的披覆量為0.31 mg/cm以上且0.44 mg/cm以下。
該排水處理裝置,係具備:具有在表面披覆著親水性樹脂之複數支中空纖維膜的過濾模組,在上述中空纖維膜之長度方向上之每單位長度之上述親水性樹脂的披覆量係設定在0.31 mg/cm以上且0.44 mg/cm以下,藉此,可將過濾處理時之在長度方向上的伸長率控制在適當的範圍。其結果,係可抑制中空纖維膜發生挫曲,而可提昇過濾性能。
此處,所稱的「主成分」係指:以質量百分比計的含有率最大的成分,是以含有90質量%以上的成分為佳。
[本發明的實施方式之詳細]
茲佐以圖面來詳細說明本發明的各種實施方式如下。
<中空纖維膜>
中空纖維膜係將既可讓水穿透過又可阻止含在被處理水內的粒子穿透過之多孔性膜形成管狀而做成的。該中空纖維膜係用來防止雜質從存在於外周側的被處理液穿透過去而只讓過濾水穿透到內部來進行過濾處理的膜。圖1係顯示其中一種實施方式的中空纖維膜2之示意剖面圖。圖2係圖1的中空纖維膜2之R領域的示意局部剖面圖。本發明的其中一種實施方式的中空纖維膜2係如圖1以及圖2所示,係具備:圓筒形狀之多孔質的支撐層2a、堆疊在上述支撐層2a的外周面之多孔質的過濾層2b、以及披覆在上述支撐層2a的內周面和上述過濾層2b的外周面之親水性樹脂。換言之,該中空纖維膜2的過濾層2b是直接披覆在支撐層2a的外周面側。該中空纖維膜2係具備:支撐層2a和過濾層2b之雙層體、以及披覆在這個雙層體的表面之親水性樹脂。並且該中空纖維膜2的內周面係由披覆在支撐層2a的內周面之親水性樹脂所構成的,該中空纖維膜2的外周面係由披覆在過濾層2b的外周面之親水性樹脂所構成的。藉由以這種方式製作成具有:用來確保中空纖維膜2的強度之支撐層2a與用來阻止雜質穿透過去的過濾層2b之多層構造,可使其兼具有透水性與機械強度,進而可使得藉由氣泡所達成的表面洗淨效果更有效果。
構成中空纖維膜的支撐層2a與過濾層2b的主成分是聚四氟乙烯(PTFE)。是以,藉由將中空纖維膜2的支撐層2a與過濾層2b的主成分選定為PTFE,中空纖維膜2係具有優異的耐藥品性、耐熱性、耐氣候性、以及不可燃性等。此外,該中空纖維膜係採用疏水性的PTFE作為主成分,藉此,更可發揮所謂「可抑制疏水性而提昇透水性」之因為披覆了上述親水性樹脂所帶來的效果。此外,用來構成中空纖維膜2的支撐層2a與過濾層2b,係除了PTFE以外,亦可適當地添加入其他的高分子、潤滑劑之類的添加劑等。
支撐層2a與過濾層2b係具有貫穿在厚度方向上的無數個空孔。中空纖維膜2係藉由將PTFE膜片實施壓延處理而形成多孔質化的膜為佳。這種PTFE膜片的壓延處理,可以採用單向的壓延處理,也可以採用雙向的壓延處理。
作為支撐層2a與過濾層2b之主成分的PTFE之數值平均分子量的下限,是以50萬為佳,200萬更好。另外,上述PTFE的數值平均分子量的上限,是以2000萬為佳。PTFE的數值平均分子量低於上述下限的話,會有降低中空纖維膜2的機械強度之虞慮。相反地,PTFE的數值平均分子量超過上述上限的話,會有難以形成中空纖維膜2的空孔之虞慮。
該中空纖維膜2之異丙醇起泡點的下限,係以80 kPa為佳,100 kPa更好。另外,該中空纖維膜2之異丙醇起泡點的上限,係以140 kPa為佳,120 kPa更好。該中空纖維膜2之異丙醇起泡點低於上述下限的話,會有無法充分地將雜質予以分離之虞慮。該中空纖維膜2之異丙醇起泡點超過上述上限的話,會有該中空纖維膜2的透水量不夠充分,降低該中空纖維膜2的過濾效率之虞慮。此處所稱的「異丙醇起泡點」係指:使用異丙醇依據ASTM-F316-86的規定所測定出來的值,從孔擠出液體所需的最小壓力,係對應於孔徑的平均值之指標。
該中空纖維膜2之平均外徑的下限係以1 mm為佳,1.5 mm更好,2 mm更優。另外,該中空纖維膜2之平均外徑的上限係以6 mm為佳,5 mm更好,4 mm更優。該中空纖維膜2的平均外徑低於上述下限的話,會有該中空纖維膜2的機械強度不夠充分之虞慮。相反地,該中空纖維膜2的平均外徑超過上述上限的話,相對於該中空纖維膜2的剖面積之表面積的比值變小而會有降低過濾效率之虞慮。所謂的「平均外徑」係指:任意的兩點的外徑的平均值。
該中空纖維膜2之平均內徑的下限,係以0.3 mm為佳,0.5 mm更好,0.9 mm更優。此外,該中空纖維膜2之平均內徑的上限,係以4 mm為佳,3 mm更好。該中空纖維膜2之平均內徑低於上述下限的話,會有在排出該中空纖維膜2內的已過濾水時的壓力損失變得太大之虞慮。相反地,該中空纖維膜2之平均內徑超過上述上限的話,則是會有該中空纖維膜2的厚度變得太小而導致機械強度以及阻止雜質穿透過的效果不夠充分之虞慮。所稱的「平均內徑」係指:任意的兩點之內徑的平均值。
[支撐層]
該中空纖維膜係在過濾層2b的內周面側設有以PTFE當作主成分之圓筒形狀的支撐層2a,並且藉由將支撐層2a之平均孔徑設定在上述範圍內,而可獲得充分的拉伸強度,並且可獲得充分的可撓性。該中空纖維膜2係在過濾層2b的內周面側設有支撐層2a,因此支撐層2a可發揮作為補強層的功能,在進行過濾處理運轉時,過濾層2b不容易破裂。此外,因為該中空纖維膜2係在過濾層2b的內周面側設置了支撐層2a,因而支撐層2a亦可發揮作為緩衝層的功能,當氣泡與該中空纖維膜2摩擦時,過濾層2b很容易進行搖動。如此一來,該中空纖維膜2係可很容易除去附著在過濾層2b的外周面上的雜質,可很容易維持過濾性能。
支撐層2a之平均厚度的下限,係以0.3 mm為佳,0.5 mm更好。此外,支撐層2a之平均厚度的上限,係以2.0 mm為佳,1.8 mm更好。支撐層2a之平均厚度低於上述下限的話,會有該支撐層2a的強度不夠充分,進而導致該中空纖維膜2的強度變得不夠充分之虞慮。相反地,支撐層2a之平均厚度超過上述上限的話,則是會有該中空纖維膜2的內腔直徑太小而導致排出已過濾水時的壓力損失變得太大之虞慮。所稱的「平均厚度」係指:任意的10點之厚度的平均值。
支撐層2a的空孔之平均直徑的下限,係以1 μm為佳,1.5 μm更好。此外,支撐層2a的空孔之平均直徑的上限,係以3 μm為佳,2.5 μm更好。支撐層2a的空孔之平均直徑低於上述下限的話,會有該中空纖維膜2的透水性不夠充分之虞慮。相反地,支撐層2a的空孔之平均直徑超過上述上限的話,則是會有無法充分地阻止雜質穿透過去之虞慮。此外,所稱的「空孔之平均直徑」係指:中空纖維膜2的外周面(過濾層表面)的空孔之平均直徑,係可利用細孔徑分布測定裝置(例如:多孔質材料(Porous Materials)公司製造的「多孔質材料自動細孔徑分布測定系統」)來進行測定。
支撐層2a之氣孔率的下限,係以55體積%為佳,60體積%更好。此外,支撐層2a之氣孔率的上限,係以90體積%為佳,85體積%更好。上述氣孔率低於上述下限的話,會有支撐層2a之可撓性不夠充分,進而導致該中空纖維膜2之可撓性變得不夠充分之虞慮。相反地,上述氣孔率超過上述上限的話,則是會有利用支撐層2a來發揮補強過濾層2b的拉伸強度之功能不夠充分之虞慮。此處所稱的「氣孔率」係指:空孔的總體積相對於支撐層2a的體積之百分率,係可依據ASTM-D-792的規定來進行測定密度而計算出來。
[過濾層]
過濾層2b之平均厚度的下限,係以10 μm為佳,12 μm更好。此外,過濾層2b之平均厚度的上限,係以100 μm為佳,80 μm更好。過濾層2b之平均厚度低於上述下限的話,會有無法充分地阻止雜質穿透過去之虞慮。相反地,過濾層2b之平均厚度超過上述上限的話,則是會有該中空纖維膜2之透水性不夠充分之虞慮。
過濾層2b的空孔之平均直徑的下限,係以0.01 μm為佳,0.05 μm更好。此外,過濾層2b的空孔之平均直徑的上限,係以0.45 μm為佳,0.3 μm更好。過濾層2b的空孔之平均直徑低於上述下限的話,會有該中空纖維膜2之透水性不夠充分之虞慮。相反地,過濾層2b的空孔之平均直徑超過上述上限的話,則是會有無法充分地阻止雜質穿透過去之虞慮。
過濾層2b的氣孔率之下限,係以45體積%為佳,55體積%更好。此外,過濾層2b的氣孔率之上限,係以80體積%為佳,70體積%更好。上述氣孔率低於上述下限的話,會有該中空纖維膜之過濾效率不夠充分之虞慮。相反地,上述氣孔率超過上述上限的話,則是會有過濾層2b變得很容易破裂之虞慮。
[親水性樹脂]
在該中空纖維膜2的外周面以及內周面都是披覆著親水性樹脂5。
上述親水性樹脂層5的主成分是聚乙烯醇。藉由在該中空纖維膜2的表面披覆著以聚乙烯醇作為主成分之親水性樹脂5,係可抑制以PTFE作為主成分之該中空纖維膜2的撥水性,可使其具有親水性,因而可提昇透水性。再者,親水性樹脂係具有聚乙烯醇的交聯構造。聚乙烯醇是一種很容易溶於水的樹脂,若想要使其變成不溶於水的話,只要將直鏈狀的聚乙烯醇改變成三次元(三維空間)交聯的綱狀構造即可達成。
上述聚乙烯醇之平均分子量的下限,係以15000為佳,20000更好。此外,上述聚乙烯醇之平均分子量的上限,係以100,000為佳,50,000更好。上述聚乙烯醇之平均分子量低於上述下限的話,會有很容易讓親水性樹脂產生剝離之虞慮。相反地,以親水性樹脂作為主成分之聚乙烯醇之平均分子量超過上述上限的話,親水性樹脂的形成將會變得不容易,因而會有導致該中空纖維膜2的製造成本上昇之虞慮。再者,所稱的「平均分子量」係指:依據日本工業規格JIS-K7252-1(2008)「利用塑膠-尺寸排除色譜法來求得高分子的平均分子量以及分子量分布的方法-第1部:通則」,使用凝膠滲透色譜法(GPC)所測得的重量平均分子量。
該中空纖維膜2之在長度方向上之每單位長度之上述親水性樹脂的披覆量的下限,係0.31 mg/cm,係以0.35 mg/cm為較佳。此外,在該中空纖維膜2上之上述親水性樹脂的披覆量的上限,係0.44 mg/cm,係以0.40 mg/cm為較佳。該中空纖維膜2之在長度方向上之每單位長度之上述親水性樹脂的披覆量低於上述下限的話,會有無法連續地披覆中空纖維膜2,因而無法充分地提昇該中空纖維膜2的透水性之虞慮。此外,該中空纖維膜2之在長度方向上之每單位長度之上述親水性樹脂的披覆量超過上述上限的話,中空纖維膜2變得很容易膨潤,在進行過濾處理中會有張力加諸在該中空纖維膜2,使得中空纖維膜2在長度方向上過度伸長而產生挫曲,而會有因為流路被壓潰而導致膜間的壓力差上昇而降低過濾性能之虞慮。此外,也會有因為中空纖維膜2之支撐層2a與過濾層2b的孔受到堵塞而導致透水性變得不夠充分之虞慮。
[中空纖維膜的製造方法]
(支撐層之形成方法)
作為支撐層2a,係可使用例如:將PTFE擠出成形而得的圓筒形狀的管材。先將聚四氟乙烯粉末利用壓縮成形法而形成圓筒形狀之第1次成形體。接下來,利用擠出成形法將上述第1次成形體擠製成圓筒體。這種擠出成形法係在較之PTFE的融點更低溫度的條件下進行的,一般是在常溫下進行的。係將上述圓筒體一邊進行加熱一邊朝向長度方向進行延伸加工。是以,藉由使用擠出成形的管材來作為支撐層2a,除了可使得支撐層2a具有機械強度之外,也可以很容易形成空孔。
(過濾層之形成方法)
過濾層2b係將例如:PTFE製的帶狀體,以使該帶狀體的兩個邊緣部重疊在一起的方式,呈螺旋狀捲繞在支撐層2a上而形成的。捲繞在支撐層2a上的帶狀體,係以採用:將PTFE膜片進行延伸加工來形成裂孔之經過多孔質化處理後的帶狀體為佳。過濾層的形成工序,例如係可具備:將多孔質的帶狀體以使得該帶狀體的兩個邊緣部重疊在一起的方式,呈螺旋狀地捲繞在作為支撐層的圓筒體的外周上之捲繞工序;以及利用加熱來將上述圓筒體與帶狀體黏合在一起的黏合工序。上述黏合工序,係對於捲繞在支撐層2a的外周面以形成過濾層2b之帶狀體,進行加熱到PTFE之融點以上的溫度,藉此,將帶狀體之重疊在一起之側邊緣部彼此黏合而形成連續的過濾層2b,並且將這個過濾層2b與支撐層2a形成一體化。
(利用親水性樹脂來進行披覆)
利用親水性樹脂來進行披覆(亦稱為:親水化處理)的加工,例如係可利用:將溶媒滲含在支撐層2a與過濾層2b的疊層體內的滲含工序;將親水性樹脂的主成分亦即聚乙烯醇的水溶液導入到已經滲含了溶媒之上述疊層體內之導入工序;使聚乙烯醇進行交聯之交聯工序;以及乾燥工序來進行。
上述滲含工序,係將與水具有相溶性的溶媒滲含到支撐層2a與過濾層2b的疊層體內。利用這種滲含工序,可將親水性樹脂披覆在PTFE之類的具有高疏水性之含氟樹脂的表面。上述滲含工序中所使用的溶媒,只要是可使得聚四氟乙烯表面的沾濕性變高,因而可使得聚四氟乙烯與水的親和性變高的溶媒的話即可,例如可以使用異丙醇等。
上述導入工序,例如係將上述疊層體浸泡在聚乙烯醇的水溶液內,藉以將聚乙烯醇的水溶液導入到上述疊層體的空孔內。此處,係將與聚乙烯醇的水溶液具有較高相溶性的溶媒充填到上述疊層體的空孔內,藉此可緩和聚乙烯醇之水溶液的表面張力,因而可以比較容易將聚乙烯醇之水溶液導入到上述疊層體的空孔內。
將上述疊層體浸泡在聚乙烯醇之水溶液內的時間的下限,係依據例如:聚乙烯醇的種類、水溶液的濃度、溫度等的各種條件的不同而異,係以 5分鐘為佳,30分鐘更好。此外,將上述疊層體浸泡在聚乙烯醇之水溶液內的時間的上限,係以6小時為佳,9小時更好。將上述疊層體浸泡在聚乙烯醇之水溶液內的時間低於上述下限的話,會有無法充分地將聚乙烯醇導入到上述疊層體的空孔內之虞慮。相反地,將上述疊層體浸泡在聚乙烯醇之水溶液內的時間超過上述上限的話,則是會有因為樹脂的附著太多而導致異丙醇起泡點上昇之虞慮。
上述水溶液中之聚乙烯醇的含有比率(固體成分含有比率)的下限,係以0.5質量%為佳,0.7質量%更好。此外,上述水溶液中之聚乙烯醇的含有比率的上限,係以1.0質量%為佳,0.8質量%更好。上述水溶液中之聚乙烯醇的含有比率低於上述下限的話,會有無法連續地在上述疊層體的表面進行披覆來形成親水性樹脂之虞慮。相反地,上述水溶液中之聚乙烯醇的含有比率超過上述上限的話,則是除了會有無法將水溶液滲含到上述疊層體的空孔內之虞慮之外,還有將上述疊層體的空孔堵塞之虞慮。
交聯工序,係在上述導入工序之後,利用縮醛化之類的化學反應來使得聚乙烯醇交聯而形成網眼構造。如此一來,就可使得親水性樹脂變成不溶於水。聚乙烯醇之結晶領域係具有羥基,因此,可以使用戊二醛之類的交聯劑來進行化學性的交聯。上述交聯劑係可將交聯劑溶解於溶媒而做成交聯液來使用。交聯工序,例如係將上述導入工序後的上述疊層體浸泡在交聯液內,以使得聚乙烯醇在上述疊層體的表面進行交聯。交聯工序,係在酸觸媒的環境下進行為佳。
上述交聯劑並未特別地限制,係可舉出例如:甲醛、戊二醛、對苯二甲醛之類的醛類化合物;二乙酰、氯戊二酮之類的酮類化合物;具有雙(2-氯乙基脲)-2-羥基-4,6-二氯-1,3,5-三嗪等之反應性的鹵素之化合物;具有二乙烯基砜等之反應性的烯烴之化合物;N-羥甲基化合物;異氰酸酯類;氮丙啶化合物類;碳二亞胺系化合物類;環氧化合物;乙草胺酸之類的鹵素甲醛類;二羥基二噁烷之類的二噁烷誘導體;鉻明礬、硫酸鋯、硼酸、硼酸鹽、磷酸鹽之類的無機交聯劑;1,1-雙(重氮乙酰基)-2-苯基乙烷之類的重氮化合物;雙功能馬來酰亞胺等等。在這些交聯劑之中,基於常溫時的反應性較高且所生成的交聯構造具有良好的耐藥品性之理由,係以:戊二醛、對苯二甲醛之類的醛類系化合物為佳。這些的交聯劑係可單獨使用其中一種,也可以混合其中兩種以上來使用。
上述交聯液中的交聯劑之含有比率(固體成分含有比率)的下限,係以2.0質量%為佳。此外,上述交聯液中的交聯劑之含有比率的上限,係以4.0質量%為佳。上述交聯液中的交聯劑之含有比率低於上述下限的話,會有無法連續地披覆在上述疊層體的表面來形成親水性樹脂之虞慮。相反地,上述交聯液中的戊二醛之含有比率超過上述上限的話,則是會有披覆量太過量而導致中空纖維膜2之支撐層2a與過濾層2b的孔受到堵塞而使得透水性變得不夠充分之虞慮。
乾燥工序,係在上述交聯工序之後,先將上述疊層體利用例如純水來進行水洗之後,以常溫~80℃的溫度進行烘乾而製造出中空纖維膜。
根據該中空纖維膜,係將利用聚乙烯醇來進行親水化處理後的中空纖維膜之親水性樹脂的披覆量設定為0.31 mg/cm以上且0.44 mg/cm以下,藉此,可將進行過濾處理時之在長度方向上的伸長率控制在適當的範圍內。其結果,係可抑制中空纖維膜發生挫曲,而可提昇過濾性能。
<過濾模組>
該過濾模組係具備:複數支中空纖維膜、和用來保持上述複數支中空纖維膜的兩端部之一對保持構件。本發明之其中一種實施方式的過濾模組10,係如圖3所示,係具備:朝向單一方向被保持成平行或大致平行之複數支中空纖維膜2(也就是上述的中空纖維膜2)、以及分別用來固定這些複數支中空纖維膜2的兩端部之一對保持構件(上部保持構件3以及下部保持構件4)。
[上部保持構件]
上部保持構件3係用來保持複數支中空纖維膜2的上端部之構件。上部保持構件3係具有:與複數支中空纖維膜2的內腔相連通之用來收集已過濾水之排出部(亦即,集水頭)。這個排出部係連接著排出管而用來將穿透到複數支中空纖維膜2內部的已過濾水予以排出。上部保持構件3的形狀並未特別地限定,但是很適合採用例如:比較容易成形以及容易固定複數支中空纖維膜2之方形狀。
[下部保持構件]
下部保持構件4係用來保持複數支中空纖維膜2的下端部。下部保持構件4亦可與上述上部保持構件3同樣地形成有內部空間,亦可利用能夠將該中空纖維膜2的開口予以塞住的方法來保持該中空纖維膜2的下端。下部保持構件4也可以是用來將該中空纖維膜2予以反折的構件。換言之,在該過濾模組10中,亦可將相鄰的該中空纖維膜2的下端連接在一起。上述下部保持構件4的形狀與材質等,亦可採用與上部保持構件3相同的形狀與材質。
又,下部保持構件4亦可採用:可使一支中空纖維膜2彎曲成U字狀反折的結構。這種情況下,上部保持構件3係用來保持中空纖維膜2的兩端。
又,為了使得該過濾模組10在處置上(運搬、設置、更換等)更為容易,亦可利用連結構件來連結上部保持構件3與下部保持構件4。這種連結構件,係可使用例如:金屬製的支承棒、樹脂製的殼體(外筒)等。
上述中空纖維膜2係具有:圓筒形狀之多孔質的支撐層2a;疊層在上述支撐層2a的外周面上之多孔質的過濾層2b;以及披覆在上述支撐層2a的內周面與上述過濾層2b的外周面之親水性樹脂。上述支撐層2a以及上述過濾層2b的主成分是聚四氟乙烯。上述親水性樹脂係具有:聚乙烯醇的交聯構造,在長度方向上之每單位長度之上述親水性樹脂的披覆量為0.31 mg/cm以上且0.44 mg/cm以下。關於上述中空纖維膜2所包含的各項構成要素的詳細,係如上所述。
在該過濾模組10中,沿著該中空纖維膜2的中心軸之平均有效長度的下限,係以1 m為佳,2 m更好。此外,該中空纖維膜2之平均有效長度的上限,係以8 m為佳,7 m更好。該中空纖維膜2之平均有效長度低於上述下限的話,會有該過濾模組10之體積效率變得太小之虞慮。相反地,該中空纖維膜2之平均有效長度超過上述上限的話,會有因為該中空纖維膜2本身的重量而導致該中空纖維膜2的撓曲變得太大之虞慮,還有在進行設置過濾模組10時的處置性變差之虞慮。此處所稱的中空纖維膜2之「平均有效長度」係指:露出在上述一對保持構件之間的部分的平均長度。更詳細地說,上述「平均有效長度」係指:從被固定在上部保持構件3的上端部起迄被固定在下部保持構件4的下端部為止的平均距離。即使是將一支中空纖維膜2彎曲成U字狀,而將這個彎曲部當成下端部,利用下部保持構件4來予以固定的情況下,也是指:露出在上述一對保持構件之間的部分的平均長度之意。
根據該過濾模組,係具備:在表面披覆著親水性樹脂之複數支中空纖維膜,上述中空纖維膜之在長度方向上之每單位長度之上述親水性樹脂的披覆量係設定為0.31 mg/cm以上且0.44 mg/cm以下,藉此,可將在進行過濾處理時之在長度方向上的伸長率控制在適當的範圍內。其結果,係可抑制中空纖維膜發生挫曲,而可提昇過濾性能。該過濾模組係可作為固液分離處理裝置而很適合應用在各種技術領域中。
<排水處理裝置>
該排水處理裝置,係使用好氣性的微生物也就是活性污泥,來針對於例如工業廢水、畜產污水、下水道污水等的被處理水中的有機物進行分解,並且使用過濾模組將雜質分離出來而予以排出。換言之,該排水處理裝置係利用膜分離活性污泥法來對於排水進行處理的裝置。圖4所示之本發明的其中一種實施方式的排水處理裝置20,係具備:水槽11、被收容在這個水槽11內的複數組過濾模組10;以及從這個過濾模組10的下方供給氣泡之氣泡供給器12。又,該排水處理裝置20係具備:經由連接於各過濾模組10的排出部之排出管13來抽取已經被中空纖維膜2過濾後的已過濾水之抽水泵浦14。上述過濾模組10之上部保持構件3係具有:用來將已經被該中空纖維膜2過濾後的已過濾水予以排出之排出部,與這個排出部相連接的排出管13則是又連接到抽水泵浦14。利用抽水泵浦14從排出管13將已過濾水予以排出。
[水槽]
水槽11係儲存著被處理水,並且用來收容上述複數個過濾模組10。水槽11的材質係可採用例如:樹脂、金屬、混凝土等。在排水處理裝置20中,複數個過濾模組10係隔著間隔並排配置。
被收容在上述水槽11內的過濾模組10係具有:複數支該中空纖維膜2;以及用來將這些複數支中空纖維膜2的兩端部保持在上下方向上的一對保持構件也就是上部保持構件3和下部保持構件4。
在本發明的其中一種實施方式的排水處理裝置20中,被收容在水槽11內之複數個該過濾模組10之上部保持構件3和下部保持構件4,係配置成可將複數支中空纖維膜2的兩端部保持在上下方向上。藉由將上述複數支中空纖維膜保持在上下方向上,將上述複數支中空纖維膜與從其下方供給氣泡B的氣體供給器12組合在一起的情況下,氣泡B係可沿著被保持在上下方向上的中空纖維膜2的表面上昇,因此,係可更有效果地提昇該排水處理裝置20的表面洗淨效率。
關於過濾模組10所含有的各構成要素的詳細係如上所述。
上述中空纖維膜2係具有:圓筒形狀之多孔質的支撐層2a;疊層在上述支撐層2a的外周面之多孔質的過濾層2b;以及披覆在上述支撐層2a的內周面和上述過濾層2b的外周面之親水性樹脂。上述支撐層2a和上述過濾層2b的主成分是聚四氟乙烯。上述親水性樹脂係具有:聚乙烯醇的交聯構造,在長度方向上之每單位長度之上述親水性樹脂的披覆量係設定在0.31 mg/cm以上且0.44 mg/cm以下。
關於上述中空纖維膜2所含有的各構成要素的詳細係如上所述。
<氣泡供給器>
氣泡供給器12係從上述過濾模組10的下方,供給用來洗淨中空纖維膜2的表面之氣泡B。這種氣泡B係一邊摩擦中空纖維膜2的表面一邊上昇,藉此,可以除去附著在中空纖維膜2上的活性污泥等,或者可以抑制活性污泥等附著到中空纖維膜2的表面。又,氣泡B可使中空纖維膜2進行搖動,除了可促進中空纖維膜2的表面受到洗淨之外,亦可抑制中空纖維膜2受到堵塞。
氣泡供給器12係與上述過濾模組10一起被浸泡在儲存著被處理水的水槽11內,係將從壓縮機等經由供氣管(未圖示)來進行供給的氣體予以連續性地或間歇性地吐出,藉此,來進行供給氣泡B。
這種氣泡供給器12,並未特別限定,係可使用習知的散氣裝置。散氣裝置係可舉出例如:使用了在樹脂或陶瓷製的板子或管子上形成了多數個空孔之多孔板或多孔管之散氣裝置;從擴散器或噴灑器將氣體噴射出去之噴射流式散氣裝置;間歇性地噴射氣泡之間歇氣泡噴射式散氣裝置;將氣泡混合在水流中來進行噴射之氣泡水噴嘴等。
此外,從氣泡供給器12供給之用來形成氣泡的氣體,只要是一般的惰性氣體即可,並未特別限定,但基於營運成本的觀點考量,係使用空氣為佳。
又,雖然沒有圖示,但是該排水處理裝置20亦可還具有:用來對於活性污泥供給空氣(氧氣)之曝氣裝置、用來排出過剩的活性污泥之污泥抽取裝置、用來支承水槽11中的構成要素之框架、控制裝置等。
根據該排水處理裝置,係具備:具有在表面披覆著親水性樹脂之複數支中空纖維膜之過濾模組,上述中空纖維膜之在長度方向上之每單位長度之上述親水性樹脂的披覆量係設定為0.31 mg/cm以上且0.44 mg/cm以下,藉此,可將在進行過濾處理時之在長度方向上的伸長率予以控制在適當的範圍內。其結果,係可抑制中空纖維膜發生挫曲,而可提昇過濾性能。
[其他的實施方式]
本次所揭示的實施方式中的所有點,都只是舉例說明而已,並不是限定在只有這種例子。本發明的範圍並不限定在上述實施方式的構成內容,而是意圖包含申請專利範圍所揭示的範圍、與申請專利範圍均等的涵義以及在該範圍內之所有的變更。
在該過濾模組中,亦可利用上部保持構件將中空纖維膜加以密封,而在下部保持構件設有排出部。
該過濾模組並不侷限為:利用內周面側的負壓來使得被處理水穿透到內周面側之浸泡式的過濾模組,也可以製作成例如:將中空纖維膜的外周面側設定成高壓而使得被處理水穿透到中空纖維膜的內周面側之外壓式的過濾模組;將中空纖維膜的內周面側設定成高壓而使得被處理水穿透到中空纖維膜的外周面側之內壓式的過濾模組等之各種形式的過濾模組。
該過濾模組也可以用來過濾含有活性污泥的水以外的被處理水。
該排水處理裝置,除了具有配設著該過濾模組之過濾處理用的水槽之外,還可以具備:供被處理水中的浮游物質沉澱用的水槽、供活性污泥對於有機物進行分解用的水槽等。
[實施例]
茲佐以實施例來詳細說明本發明,但並不是依據這個實施例的記載內容來限縮解釋本發明。
<試驗No.1~No.5>
(中空纖維膜)
針對於具有:由聚四氟乙烯所形成之平均厚度為600 μm、平均孔徑為2 μm、氣孔率為80%的支撐層;以及由聚四氟乙烯所形成之平均厚度為15 μm、平均孔徑為0.1 μm、氣孔率為60%的過濾層,之平均外徑為2.3mm之筒狀的疊層體(亦即中空纖維膜)的表面實施了親水化處理。親水化處理,首先係將支撐層與過濾層的疊層體浸泡在異丙醇內1小時以上。接下來,將上述疊層體插入到濃度為0.75質量%的異丙醇水溶液內立即又抽出來,反覆進行兩次這種動作之後,將異丙醇清洗乾淨。接下來,將其浸泡在如表1所示的濃度之聚乙烯醇的水溶液內,達到兩個小時又30分鐘以上且六個小時以下,藉以導入聚乙烯醇的水溶液。然後,將膜表面之多餘的水溶液去除。然後,浸泡在濃度為2.5質量%的戊二醛交聯液內達到六個小時以上,藉此,使得聚乙烯醇進行交聯。接下來,以純水將多餘的交聯物清洗乾淨而製作成試驗No.1~No.5的中空纖維膜。
(過濾模組)
使用 No.1~No.5的中空纖維膜,製作成具有512支平均有效長度為200cm的中空纖維膜之過濾模組。平均有效長度,係針對於No.1~No.5的過濾模組之分別各十支中空纖維膜之露出在過濾模組的一對保持構件之間的部分進行測定後所求出的平均長度。
[評比]
(親水性樹脂之披覆量)
針對於No.1~No.5的中空纖維膜,依照以下的步驟來測定了在長度方向上之每單位長度的親水性樹脂的披覆量(mg/cm)。
利用精密電子秤,測定了披覆前後之中空纖維膜的重量,從披覆後之中空纖維膜重量減去披覆前之中空纖維膜的重量,就可計算出披覆量。
(在長度方向上之伸長率)
使用具備No.1~No.5的中空纖維膜之過濾模組,依照以下的步驟,測定了No.1~No.5的中空纖維膜之在長度方向上的每單位長度之伸長率(%)。
從過濾模組切取出已經施行過濾運轉後的中空纖維膜,實際測量其長度,藉以計算出從運轉前的乾燥狀態起算的伸長率。長度方向的伸長率,係顯示出:將No.1~No.5的中空纖維膜分別實施了親水化處理之後的長度,以其在乾燥狀態時的平均有效長度當作100而將兩者的長度進行比較時的伸長率(%)。
(挫曲之評比)
使用No.1~No.5的中空纖維膜,依照以下的步驟來對於挫曲進行了評比。
針對於No.1~No.5的中空纖維膜分別利用目視方式來確認是否有發生挫曲。針對於挫曲的發生,係以A~C的三個段階來進行評比。上述挫曲的發生與否的評比基準,係如下所述。挫曲的發生與否的評比為A的話,表示良好。將評比結果標示於表1。
A:完全沒有發生挫曲。
B:以目視可看出中空纖維膜係從垂直位置起算,彎曲達到25°以上且低於30°的範圍。
C:以目視可看出中空纖維膜係從垂直位置起算,彎曲達到30°以上。
(中空纖維膜之透水量)
測定了No.1~No.5的中空纖維膜之透水量。透水量係測定了在內壓為100 kPa的壓力下之中空纖維膜的純水流量(mL/分/cm2
)。
(異丙醇起泡點)
使用異丙醇且依據ASTM-F316-86所規定的方法,測定了No.1~No.5的中空纖維膜之異丙醇起泡點(kPa)。
如表1所示,在長度方向上之每單位長度之上述親水性樹脂的披覆量為0.31 mg/cm以上且0.44 mg/cm以下的No.3~No.4之中空纖維膜,在長度方向上的伸長率係2.0%以下,並沒有發生挫曲,透水量也是良好。
相對地,在長度方向上之每單位長度之上述親水性樹脂的披覆量為低於0.31 mg/cm的No.1~No.2之中空纖維膜,雖然在長度方向上的伸長率被抑制得很小,但是卻發生了挫曲。此外,親水性樹脂的披覆量為0.15 mg/cm的No.1之中空纖維膜,則是因為表面並未充分地受到親水化處理,因此透水量很小。
此外,在長度方向上之每單位長度之上述親水性樹脂的披覆量超過0.44 mg/cm的No.5之中空纖維膜,在長度方向上的伸長率很大,不僅發生了挫曲,異丙醇起泡點也非常大,因此,透水量很小。
經由上述試驗No.1~No.5的評比,可確認出:具備含有該中空纖維膜的過濾模組之排水處理裝置,即使利用聚乙烯醇來進行親水化處理,只要將對於中空纖維膜的親水性樹脂的披覆量設定在0.31 mg/cm以上且0.44 mg/cm以下,即可將進行過濾處理時之在長度方向上的伸長率控制在適當的範圍內,而可提昇過濾性能。
2:中空纖維膜
2a:支撐層
2b:過濾層
3:上部保持構件
4:下部保持構件
5:親水性樹脂
10:過濾模組
11:水槽
12:氣泡供給器
13:排出管
14:抽水泵浦
20:排水處理裝置
B:氣泡
[圖1]係顯示其中一種實施方式的中空纖維膜之示意剖面圖。
[圖2]係圖1的中空纖維膜之示意局部剖面圖。
[圖3]係顯示其中一種實施方式的過濾模組之示意立體圖。
[圖4]係顯示其中一種實施方式的排水處理裝置的結構之示意圖。
2:中空纖維膜
2a:支撐層
2b:過濾層
5:親水性樹脂
R:中空纖維膜的局部領域
Claims (4)
- 一種中空纖維膜,係在外周面以及內周面都披覆著親水性樹脂之中空纖維膜, 上述親水性樹脂的主成分是聚乙烯醇, 在長度方向上之每單位長度之上述親水性樹脂的披覆量是0.31 mg/cm以上且0.44 mg/cm以下。
- 如請求項1所述的中空纖維膜,其主成分是聚四氟乙烯。
- 一種過濾模組,係具備: 在外周面以及內周面都披覆著親水性樹脂之複數支中空纖維膜; 以及用來保持上述複數支中空纖維膜的兩端部之一對保持構件, 上述親水性樹脂之主成分是聚乙烯醇, 在上述中空纖維膜之長度方向上之每單位長度之上述親水性樹脂的披覆量為0.31 mg/cm以上且0.44 mg/cm以下。
- 一種排水處理裝置,係具備: 用來儲存被處理水之水槽; 被收容在上述水槽內之過濾模組; 以及被收容在上述水槽內,且用來從上述過濾模組的下方供給氣泡之氣泡供給器, 上述過濾模組係具有:在外周面以及內周面都披覆著親水性樹脂之複數支中空纖維膜、以及用來保持上述複數支中空纖維膜的兩端部在上下方向上之一對保持構件, 上述親水性樹脂的主成分是聚乙烯醇, 在上述中空纖維膜之長度方向上之每單位長度之上述親水性樹脂的披覆量為0.31 mg/cm以上且0.44 mg/cm以下。
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