專利名稱：浸沒式中空纖維膜模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種適用于諸如廢水、污水、飲用水等的水處理領域的分離膜模塊，更具體地，涉及一種根據(jù)處理容量、易于擴大模塊的處理容量的浸沒式中空纖維膜(submerged hollow fibermembrane)，因為安裝區(qū)域較小，浸沒式中空纖維膜適用于處理大量水的水，并能夠通過有效的空氣擴散來防止污穢(foulants)。
背景技術：
聚合物分離膜正分布于廣泛的領域中，包括隨著其技術的發(fā)展而存在的應用領域，尤其是，隨著環(huán)境重要性在水處理領域，其需求正在增加。中空纖纖維類型的膜通常是這樣一種模塊由于其較高的每安裝面積的通過，所以它在水處理中具有優(yōu)點，而由于多孔膜結構的特性，其機械強度較低，因此由圓柱盒子保護它的膜。在這種類型的模塊中，在廢水處理的情況下，如通常所知的，難以去除積累在膜表面上的污穢，并且由于污垢，滲透性降低。
為了解決這種問題，設計出沒有盒子的浸沒式模塊。然而，在膜的強度不是足夠高的情況下，由于膜受損，會引起系統(tǒng)可靠性的降低。在這種情況下，如果沒有有效地實現(xiàn)空氣擴散，污垢問題仍然存在，因此增加了工作壓力并降低通量。
為了使浸沒式模塊的滲透性的損失最小化，必須由空氣擴展去除積累在膜上的污穢。此時，需要較強的空氣擴散條件，因此有可能損壞中空纖維膜。
韓國注冊專利No.22807提出一種模塊，通過以圓錐形式展開中空纖維膜，并且將其以U形折疊而固定模塊，以便防止在輕微空氣擴散條件下膜的污染。然而，在這種情況下，模塊的體積變大，并且從結構觀點看，為了增加處理能力在模塊之間進行連接不容易。
在韓國注冊專利No.236921中公開的一種浸沒式模塊的特征在于不將中空纖維膜折疊為U形，而將空氣注入端口和過濾水出口與模塊的一部分相連接，中空纖維膜的兩個末端都以I形固定。這種模塊結構對于在連接多個模塊用于增加處理能力中水收集管和空氣注入管的設置是無效的，并且過濾水出口和空氣注入端口共存于模塊的一部分上，因此減少了模塊制造中的可加工性。
具體而言，在用于大量水的處理的模塊中，其中中空纖維膜束廣泛散布的矩形比圓柱形更便于在較小的安裝區(qū)域收集多個模塊。這種形狀的模塊的優(yōu)點是能夠在較小安裝區(qū)域產生大量的處理水，然而因為中空纖維膜束密集，存在會積累污穢的較大可能性，因此必須伴隨著有效的空氣擴散。在該過程中，由于對膜的直接影響，會發(fā)生由于膜的損壞引起的處理水質量的下降，以及由于膜使用較長時間時模塊部件之間的連接部分變松而引起的水泄漏。此外，在用于大規(guī)模水處理時根據(jù)處理容量而連接多個模塊的情況下，不可能進行有效的布置，因此難以使安裝區(qū)域最小化，并且不容易連接它們。

發(fā)明內容
本發(fā)明被設計用于解決現(xiàn)有技術的問題，因此本發(fā)明提供一種浸沒式中空纖維膜模塊，這種模塊具有這樣一種結構，易于根據(jù)處理體積而擴展模塊處理容量，使模塊部件的連接區(qū)域最小化，因此防止當使用較長時間時由于連接區(qū)域變松而引起的水泄漏，并且可以提高模塊制造中的可加工性。
此外，本發(fā)明提供一種浸沒式中空纖維膜模塊，這種模塊具有這樣一種結構，能夠通過安裝在模塊自身上的空氣擴散單元，在三個側面產生空氣時振動中空纖維膜，因此能夠進行有效的空氣擴散，以便防止流量的降低，并防止由污穢積累引起的壓力增加。
此外，本發(fā)明提供一種浸沒式中空纖維膜模塊，這種模塊具有這樣一種結構，為了簡化模塊結構，用于空氣擴散的空氣擴散管還用作用于支撐模塊的支撐管。
本發(fā)明提供一種連接裝置，這種連接裝置能夠通過連接中空纖維膜模塊單元，容易地擴展模塊的處理容量，而不增加投影安裝面積。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種浸沒式模塊，在較小安裝區(qū)域處表現(xiàn)出較高流量，提供便捷的模塊連接屬性和模塊制造屬性，在有效的空氣擴散條件下保持穩(wěn)定的通量，并且防止膜受損以及由于模塊連接區(qū)域變松而引起的水泄漏。
為了實現(xiàn)以上目的，根據(jù)本發(fā)明，提供一種浸沒式中空纖維膜模塊，包括[I]兩個模塊收集器，收集器具有用于收集通過中空纖維膜而過濾的過濾水的過濾水收集部分以及過濾水出口；[II]空氣擴散單元，由固定兩個模塊收集器而使它們保持間隔預定距離的支撐管以及具有空氣擴散孔的空氣擴散管組成；以及[III]中空纖維膜束，具有由粘合劑固定在模塊收集器內部的兩個相對的末端，從而在模塊收集器內形成水收集空間，中空纖維膜的中空部分的末端打開并與過濾水排放表面相平行。


參考附圖，從下面的實施例的描述中，顯而易見本發(fā)明的其它目的和方面，附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的浸沒式中空纖維膜模塊的示意透視圖；圖2是示出了相對于中空纖維膜的縱向垂直剖開的圖1所示的模塊收集器的剖視圖；圖3是示出了相對于中空纖維膜的縱向水平剖開的圖1所示的模塊收集器的剖視圖；圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的浸沒式中空纖維膜模塊的空氣擴散的示意圖；圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明兩個浸沒式中空纖維膜模塊由連接部件串連的透視圖；以及圖6是連接部件的透視圖。
具體實施例方式
下面，參考附圖，更詳細地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的浸沒式中空纖維膜模塊的示意透視圖。圖2是示出了相對于中空纖維膜的縱向垂直剖開的圖1所示的模塊收集器2的剖視圖。圖3是示出了相對于中空纖維膜的縱向水平剖開的圖1所示的模塊收集器2的剖視圖。
在圖1中，為了方便，僅示出了一串中空纖維膜1。
在本發(fā)明中，如圖1所示，浸沒式中空纖維膜模塊包括[I]兩個模塊收集器2和2’，具有過濾水收集部分3和過濾水出口7；[II]空氣擴散單元8，由與模塊收集器2和2’橫向連接、并固定且支撐它們的兩個支撐管9和9’以及與支撐管9和9’垂直連接并位于中空纖維膜束內的兩個空氣擴散管11和11’組成；以及[III]中空纖維膜束1，由粘合劑6固定在模塊收集器的內部。
因為通過使模塊部件的數(shù)量最小化，省略了連接區(qū)域，由過濾水收集部分3和過濾水出口7組成的模塊收集器2和2’可以防止由于模塊部件之間的連接區(qū)域變松引起的水泄漏，并且因為易于制造模塊，表現(xiàn)出降低成本的效果。
此外，由上支撐管9、下支撐管9’和兩個空氣擴散管11和11’組成的空氣擴散單元8執(zhí)行擴散功能和用于固定兩個模塊收集器2和2’而使兩者之間保持預定距離的支撐元件的功能，從而有利于模塊結構的簡化。
上支持管9具有分別與模塊收集器2和2’的上末端部分垂直相連的兩個相對的末端部分，并且在其中央部分設有空氣注入端口12。
同時，下支撐管9具有分別與模塊收集器2和2’的下末端部分垂直相連的兩個相對的末端部分，并且在其中央部分設有空氣注入端口12，以及沿縱向設有多個空氣擴散孔13。
同時，空氣擴散管11和11’與上支撐管9和下支撐管9’垂直相連，以位于中空纖維膜束內，并且沿縱向具有多個空氣擴散孔13。
同時，中空纖維膜1由粘合劑6固定在模塊收集器內部，因此兩個相對末端在模塊收集器2和2’內設有水收集空間，并且中空纖維膜的中空纖維部分的末端5打開，并與過濾水排放表面4平行設置。
此外，空氣擴散單元8以及模塊收集器2和2’設有可選安裝的各個連接部件，用于串連兩個或多個根據(jù)本發(fā)明的浸沒式中空纖維膜模塊。
優(yōu)選地，連接部件設有用于在彼此串連的兩個模塊收集器和彼此串連的空氣擴散管之間流動過濾水和空氣的路徑。
優(yōu)選地，模塊收集器2和空氣擴散管11之間的距離或者模塊收集器2’和空氣擴散管11’之間的距離是1至20cm。
換句話說，模塊收集器2和2’以及與其相鄰布置的空氣擴散管11和11’之間的距離優(yōu)選是1至20cm。
此外，在兩個空氣擴散管11和11’和在下支撐管9’上形成的空氣擴散孔13的直徑優(yōu)選是2至8mm。
按照這種方式，本發(fā)明提供存在于兩個空氣管11和11’以及下支撐管9’上的空氣擴散孔，因此能夠通過空氣在這三個側面上振動中空纖維膜。
通過空氣注入端口12引入用于空氣擴散的空氣，以通過空氣擴散孔13產生相對較大的氣泡，從而物理地清潔膜。尤其是，通過位于與中空纖維膜密集并且污穢積累集中之處的模塊收集器2和2’相距20cm或更少的沿垂直方向的空氣擴散管11和11’處的擴散孔，產生空氣。同時，隨著從模塊的下部上的下支撐管9’產生空氣以升起氣泡，膜被振動，從而防止污垢。由于水位差引起的壓力差而引起的空氣擴散的氣泡量根據(jù)空氣擴散孔的排列而不同。因此，優(yōu)選通過增加位于模塊下部的空氣擴散孔的直徑，補償差值。
具體而言，這種空氣擴散單元不僅是獨立裝置，還用作模塊支撐管，從而能夠簡化模塊結構。此外，從圍繞模塊的下部和左邊和右邊處的模塊收集器部分的三個側面產生氣泡，從而能夠進行有效的空氣擴散。
本發(fā)明提供的模塊包括具有單獨的膜功能的中空纖維膜束1，并且在兩側的模塊收集器2和2’的水收集部分3處通過膜的內部收集通過抽吸壓力或由水位差引起的自然壓力從膜外部透過的過濾水。此時，在模塊收集器內的過濾水放水表面4上，如圖3所示，中空纖維膜的中空部分的末端5與過濾排水表面4平行地打開，同時由粘合劑6固定到過濾排水表面4，因此可以在水收集部分3通過過濾水排放表面4收集過濾水。通過與例如抽水機等的過濾水噴流設備相連的模塊收集器2的過濾水出口7，排出在水收集部分3上收集的過濾水。此時，考慮通過模塊單元的連接的可擴展性，模塊收集器2和2’的過濾水出口7可以分別存在于上和下表面上。按照這種結構，為了通過一個模塊單元來執(zhí)行操作，可以將每一個單獨的出口與過濾水噴流設備相連，或者通過使用關閉的連接部件關閉收集器的下端表面上的過濾水出口，并且通過連接僅使上端表面上的過濾水出口可用。中空纖維膜1的長度(即模塊收集器2和2’之間的距離)優(yōu)選是80至200cm。從上面可以看見，兩個收集器2和2’對稱地執(zhí)行水收集功能，從而補償了取決于中空纖維膜1長度的壓降。
在過濾處理期間，水必須僅透過存在于中空纖維膜的外部表面上的微孔。然而，在水通過模塊部件之間的間隙等泄漏的情況下，過濾功能下降。在本發(fā)明所提供的模塊中，模塊收集器2和2’被配置為單個部件，并且僅通過粘合劑6與中空纖維膜1結合。因此，與多個部件的裝配相比，可以降低模塊的制造成本，并且可以防止由于部件之間的連接區(qū)域變松而引起的水泄漏。
此時，模塊收集器2和2’的形狀可以從由圓柱形或矩形組成的組中選出。
同時，包含高濃度懸浮固體的廢水的處理會降低流量，或者由于污穢的積累引起壓力增加，并因此過濾處理伴隨著使用空氣的擴散處理。本發(fā)明提供的模塊不需要獨立的空氣擴散裝置，因為模塊本身設有空氣擴散功能，并且模塊的空氣擴散單元8還用作模塊收集器2和2’的支撐管，從而能夠簡化模塊結構。即，模塊的空氣擴散單元8包括上和下支撐管9和9’，上和下支撐管9和9’沿橫向方向分別與收集器2和2’垂直連接，因此固定模塊收集器2和2’以及兩個空氣擴散管11和11’，兩個空氣擴散管11和11’沿垂直方向分別與上和下支撐管9和9’垂直連接，并且設置于中空纖維膜束中。此時，空氣注入端口12設置于上和下支撐管9和9’的中央，因此與空氣供應裝置相連。此時，考慮通過連接模塊單元的可擴展性，空氣注入端口12可以分別存在于上和下支撐管上。按照這種結構，為了通過一個模塊單元執(zhí)行操作，每一個獨立的空氣注入端口12可以與空氣供給裝置相連，或者使用關閉連接部件關閉下支撐管9’的空氣注入端口，并通過連接僅使上支撐管9的空氣注入端口可用。
為了有效的空氣擴散處理，在橫向方向的支撐管中，空氣擴散孔13優(yōu)選設置在空氣擴散單元8的下支撐管9’上。此外，與模塊的中央部分相比，靠近模塊收集器2和2’的中空纖維膜到處都非常密集，并且具有相對較小的間隙，因此污穢積累聚集在該部分。因此，為了使空氣擴散效率最大化，優(yōu)選在模塊收集器2和2’周圍，即在與模塊收集器2和2’相距1至20cm的點處，設置沿垂直方向的另一個空氣擴散管11和11’。
在將具有空氣擴散功能的模塊浸入希望實際處理的未凈化水中的情況下，隨著水的深度變大，即，隨著趨于模塊的下部，由于水位差引起的壓力差，來自空氣擴散孔13的空氣流量降低。考慮這種情況，與設置在正上方的孔相比，隨著趨于模塊的下部，設置在垂直方向的兩個空氣擴散管11和11’上的空氣擴散孔13的直徑優(yōu)選增加10至100％。與模塊的下部相連的下支撐管9’的擴散孔13的直徑優(yōu)選是橫向方向的空氣擴散管11和11’的最小空氣擴散孔的直徑的1.5至2.0倍，并且空氣擴散孔13優(yōu)選具有2至8mm的直徑。
在按照上述方法產生空氣擴散的情況下，隨著從模塊的下部的空氣擴散孔13產生的氣泡上升到上部，它們繼續(xù)沿橫向排列振動中空纖維膜1，并防止污穢的積累。從左邊和右邊處的垂直方向的空氣擴散管11和11’產生的氣泡防止了膜集中處的部分上的積累污穢。圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的浸沒式中空纖維膜模塊的空氣擴散的示意圖。
為了防止由于膜的污染而引起的模塊性能下降，按照這種方式設計上述浸沒式中空纖維膜模塊，使得在三個側面上產生氣泡，以直接振動中空纖維膜，并因此防止污穢積累。因此，當利用較強空氣擴散操作模塊較長時間時，膜可能受損。因此，優(yōu)選使用具有大于1kg/束(strand)抗拉強度的高強度中空纖維膜。更優(yōu)選使用具有大于10kg/束抗拉強度的如由編織物加固的合成或復合中空纖維膜。
在使浸沒式模塊適用于大規(guī)模水處理的情況下，在較小安裝區(qū)域獲得要處理的高流量是有利的。因此，根據(jù)本發(fā)明的模塊能夠根據(jù)處理容量使用單個單元模塊，以及在組合兩個或多個單元模塊時增加處理容量，而不增加計劃投影安裝面積(projected installationarea)。
參考圖5，詳細解釋由連接部件連接多個本發(fā)明的中空纖維膜模塊單元的結構。圖5示出了組合了兩個模塊單元的實施例。
圖5是根據(jù)本發(fā)明、由連接部件串連的兩個浸沒式中空纖維膜模塊的透視圖。在圖5中，為了方便，僅示出一串中空纖維膜模塊。
垂直連接中空纖維膜模塊單元，如圖5所示。下模塊收集器14和14’的上端表面的過濾水出口連接并穿透到上模塊收集器2和2’的下端表面的過濾水出口，從而允許在上和下模塊收集器的過濾水收集部分中收集的過濾水通過與例如抽水機等的過濾水噴流裝置相連的上模塊收集器2和2’的過濾水出口7噴流。此時，與圖4所示的實施例相同，下模塊收集器14和14’的下端表面的過濾水出口優(yōu)選由關閉連接部件關閉。盡管圖6通過O形環(huán)19示出了連接并穿透上和下模塊收集器的連接部件，但是本發(fā)明不局限于此。
關于空氣擴散單元的連接，如圖5所示，設置在下模塊的空氣擴散單元的上支撐管15上的空氣注入端口連接并穿透到設置在上模塊的空氣擴散單元的下支撐管9’上的空氣注入端口，從而通過與空氣供給裝置相連的上模塊的空氣擴散單元的上支撐管9的空氣注入端口，給上和下模塊的全體空氣擴散單元提供空氣。此時，設置在下模塊的空氣擴散單元的下支撐管15’上的空氣注入端口優(yōu)選由關閉連接部件關閉，與圖4所示的實施例相同。
要使用的連接部件可以包括螺旋式或鎖緊式連接類型的連接部件，但不局限于此。
按照上述連接方法，可以擴大模塊的處理能力，而不需要增加投影安裝區(qū)域，因此可以處理各種處理規(guī)模的水處理。
傳統(tǒng)的浸沒式中空纖維膜模塊的問題在于難以擴大模塊處理容量和制造模塊，由于模塊連接區(qū)域變松而引起許多水泄漏，在空氣擴散條件下通量的保持不穩(wěn)定，以及損壞中空纖維膜。
根據(jù)本發(fā)明的浸沒式模塊可以更容易地根據(jù)處理容量來擴大模塊處理容量，由于模塊部件的最小化，耐用性極好，更容易地執(zhí)行制造模塊的工作，并且具有能夠通過空氣擴散單元在三個側面產生空氣時振動中空纖維膜的結構，從而有效地防止了污穢。
權利要求
1.一種浸沒式中空纖維膜模塊，包括[I]兩個模塊收集器，該兩個模塊收集器具有用于收集通過中空纖維膜而過濾的過濾水的過濾水收集部分以及過濾水出口；[II]空氣擴散單元，該空氣擴散單元由固定兩個模塊收集器而使它們保持間隔預定距離的支撐管以及具有空氣擴散孔的空氣擴散管組成；以及[III]中空纖維膜束，該中空纖維膜束具有由粘合劑固定在模塊收集器內部的兩個相對的末端，從而在模塊收集器內形成水收集空間，中空纖維膜的中空部分的末端打開并與過濾水排放表面相平行地設置。
2.根據(jù)權利要求1所述的模塊，其中，空氣擴散單元包括上支撐管，該上支撐管的相對端垂直地與模塊收集器的上端相連，并且該上支撐管具有空氣注入端口；下支撐管，該下支撐管的相對端垂直地與模塊收集器的下端相連，并且該下支撐管具有空氣注入端口和空氣擴散孔；以及兩個空氣擴散管，該兩個空氣擴散管與支撐管垂直相連以位于中空纖維膜束中，并具有空氣擴散管。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的模塊，其中，模塊收集器和與其相鄰布置的空氣擴散管之間的距離是1至20cm。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的模塊，其中，空氣擴散孔的直徑是2至8mm。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的模塊，其中，與設置在正上方的空氣擴散孔相比，隨著空氣擴散孔趨于模塊的下部，設置在空氣擴散管上的空氣擴散孔的直徑增加10至100％。
6.根據(jù)權利要求2所述的模塊，其中，下支撐管的擴散孔的直徑優(yōu)選比空氣擴散管的最小空氣擴散孔的直徑大1.5至2.0倍。
7.根據(jù)權利要求1所述的模塊，其中，組成中空纖維膜束的中空纖維膜的抗拉強度是1kg/束或更大。
8.根據(jù)權利要求1所述的模塊，其中，組成中空纖維膜束的中空纖維膜是由編織物加固并具有大于10kg/束的抗拉強度的合成或復合中空纖維膜。
9.根據(jù)權利要求1所述的模塊，其中，模塊收集器的形狀是圓柱形或矩形。
10.根據(jù)權利要求1所述的模塊，其中，空氣擴散單元和模塊收集器設有連接用于串連兩個或多個浸沒式中空纖維膜模塊的各個連接部件。
11.根據(jù)權利要求10所述的模塊，其中，連接部件設有用于在彼此串連的兩個模塊收集器和彼此串連的空氣擴散管之間流動過濾水和空氣的通路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種浸沒式中空纖維膜模塊，它具有這樣一種結構易于根據(jù)處理能力來擴展模塊的處理能力，提供便捷的模塊連接屬性和模塊制造屬性，在有效的空氣擴散條件下保持穩(wěn)定流量，并防止膜的損壞和由于模塊連接區(qū)域變松引起的水泄漏。浸沒式中空纖維膜模塊包括[I]兩個模塊收集器2和2’，具有用于收集通過中空纖維膜而過濾的過濾水的過濾水收集部分3以及過濾水出口7；[II]空氣擴散單元8，由固定兩個模塊收集器2和2’而使它們保持間隔預定距離的支撐管9和9’以及具有空氣擴散孔13的空氣擴散管11和11’組成；以及[III]中空纖維膜束1，具有由粘合劑6固定在模塊收集器2和2’內部的兩個相對的末端，從而在模塊收集器2和2’內形成水收集空間，中空纖維膜的中空部分的末端5打開并與過濾水排放表面4相平行。
文檔編號B01D63/02GK1882381SQ200480033748
公開日2006年12月20日 申請日期2004年2月5日 優(yōu)先權日2003年11月17日
發(fā)明者李武錫, 李光珍, 慎鏞哲, 崔成學, 禹榮泰 申請人:可隆株式會社