專利名稱：：固液分離型薄膜生物處理用的濾材及過濾器與過濾模塊的制作方法固液分離型薄膜生物處理用的濾材及過濾器與過濾模塊
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種適用于廢水處理的濾材，特別是涉及一種適用于固液分離型薄膜生物處理技術(shù)的濾材(filtrationmedia)。
背景技術(shù)：
：薄膜生物反應(yīng)器(MembraneBioreactor，簡稱MBR)技術(shù)，因為具有優(yōu)質(zhì)的出流水、污泥產(chǎn)量少、占地面積小、可去除難分解的有機(jī)物等優(yōu)點(diǎn)，已應(yīng)用于越來越多的商業(yè)化廢水處理系統(tǒng)。由于薄膜生物反應(yīng)器處理技術(shù)是利用薄膜截留微生物與固體物，而濾出凈化過的水，因此，薄膜被污染、阻塞或積垢(fouling)導(dǎo)致薄膜通量降低，是MBR技術(shù)較常見的問題。早期薄膜(membrane)濾材大多為微孑L性(microporous)(孑L徑大小0.1~10pm范圍)的聚合物材料或無機(jī)陶瓷材料，常見的聚合物濾材有中空纖維膜(hollow-fiber),及利用相轉(zhuǎn)換(phaseinversion)技術(shù)，使聚合物溶液涂層上溶劑揮發(fā)后產(chǎn)生的微孔性聚合物薄膜。其中陶瓷制的薄膜因為成本昂貴且易碎，較少被使用，中空纖維膜則容易阻塞且不易清洗，為其最大的缺點(diǎn)，而微孔性聚合物薄膜雖然成本較低、清洗容易，但是機(jī)械強(qiáng)度較差，所以其應(yīng)用范圍即受限制。近來已有人提出利用無紡布作為濾材，由于無紡布容易制造，且機(jī)械強(qiáng)度良好，而具有極佳的發(fā)展?jié)摿?。然而，無紡布為多層纖維互相重迭的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物，具有多個相連開放性孔隙，當(dāng)水或廢水通過無紡布時，液相中的粒子可被攔截而吸附在無紡布表面上或孔隙內(nèi)，經(jīng)過一段時間后，許多粒子會在纖維表面上集結(jié)成團(tuán)粒，最后，在織物網(wǎng)表面形成濾餅，也就是所謂的積垢現(xiàn)象(foiiling)，而造成薄膜通量降低。為了減少無紡布濾材阻塞，已有商品在無紡布表面涂布多孔性聚合物涂層，使該多孔性涂層的孔隙尺寸小于無紡布的孔隙尺寸，以減少進(jìn)入無紡布的粒子，而降低無紡布阻塞的機(jī)率，且以無紡布為支撐結(jié)構(gòu)可保有較佳的機(jī)械強(qiáng)度。但是，因多孔性聚合物涂層本身布滿孔隙，造成涂層的強(qiáng)度差變差，容易與無紡布剝離，而減少濾材的使用壽命。因此，如何減少濾材阻塞機(jī)率，以降低濾材清洗頻率，增加濾材使用壽命，仍為一待解決的課題。
發(fā)明內(nèi)容為了解決前述課題，發(fā)明人等經(jīng)過多方研究與實驗，發(fā)現(xiàn)以孔隙尺寸較一般無紡布孔隙尺寸窄小的纖維薄層，來取代現(xiàn)有的聚合物涂層作為過濾層，并可利用貼合方式將至少一層的纖維薄層貼合于作為支撐結(jié)構(gòu)的無紡布的表面，或可利用靜電紡絲法(electrostatic-spinningmethod)直接在無紡布表面形成纖維薄層，由于纖維薄層的結(jié)構(gòu)為非常細(xì)的纖維所組成，具有較佳的過濾效果。再者，以具疏水性的纖維所制成的纖維薄層，較不易吸附液相中的粒子，能減少表面積垢以維持較大的薄膜通量，而具有較佳的透膜性能(permeability)。因此，本發(fā)明的目的是在提供一種表面不易積塘而能維持較大的操作通量、具有較佳透膜性能的濾材。本發(fā)明一種固液分離型薄膜生物處理用的濾材，包含一無紡布支撐層，及至少一層形成于該支撐層表面的過濾層，其特征在于該過濾層是由直徑介于20~1000納米的纖維構(gòu)成，較佳為50300納米，且其厚度介于10~200微米，較佳為1080微米，并具有介于0.001~15微米的孔隙，可依照出流水的水質(zhì)需求而決定要采用的孔隙尺寸。適用于制作本發(fā)明過濾層的材質(zhì)為具有疏水性的聚烯烴，可舉例如聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯(PE)及聚丙烯(PP)，其中以聚四氟乙烯為較佳。適用于形成本發(fā)明的過濾層的方式可以是使過濾層先形成薄膜再貼合于該支撐層上，貼合的方法可舉例如熱壓粘合(thermalbonding)，也可貼合較多層數(shù)的過濾層，以增加過濾效率；另一方式是以靜電紡絲法(electrostaticspinning)直接于該支撐層上成膜而形成過濾層。適用于本發(fā)明的無紡布支撐層的基重介于10~1000克/平方公尺(g/m2)，其孔隙一般可在1~50微米，而用于制作無紡布的已知材質(zhì)眾多，包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)及復(fù)合纖維等，適用于本發(fā)明的無紡布的材質(zhì)可依制造成本及制程簡便性等考量選用。本發(fā)明的另一目的，是提供一種以前述本發(fā)明的濾材與支撐材(supportingmedia)所構(gòu)成的過濾器，以及一種由多個前述的過濾器所組合而成的過濾模塊。適用于本發(fā)明過濾器的支撐材可以是平面形(flatsheet)或為多孔圓管形(perforatedtube),該支撐材的具體結(jié)構(gòu)及其與本發(fā)明的濾材的組裝方式，可參考現(xiàn)有的固液分離型薄膜生物處理技術(shù)中所用的過濾器的制備方式，另外，將多個以本發(fā)明的濾材制成的過濾器組合成過濾模塊的方法也可采用已知的組合技術(shù)，在此不再詳述。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明的濾材的過濾層是以纖維所制成，具有疏水性且其孔隙尺寸小于該支撐層的孔隙尺寸，可減少表面積垢的形成以維持較大的薄膜通量，而具有較佳的透膜性能。圖1是一示意圖，說明本發(fā)明固液分離型薄膜生物處理用的濾材的一較佳實施例。圖2是一部份剖視示意圖，說明本發(fā)明固液分離型薄膜生物處理用的過濾器的一第一較佳實施例。圖3是一示意圖，說明本發(fā)明固液分離型薄膜生物處理用的過濾器的一第二較佳實施例。圖4是一示意圖，說明本發(fā)明固液分離型薄膜生物處理用的過濾模塊的一較佳實施例。具體實施方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明<實施例〉參閱圖1，為本發(fā)明固液分離型薄膜生物處理用的濾材的一較佳實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。濾材1是由過濾層11及支撐層12所構(gòu)成。過濾層11是由PTFE材質(zhì)所制成，且其纖維直徑為75nm、孔隙尺寸0.5pm、厚度為18pm，并與聚酯(PET)無紡布支撐層12貼合。支撐層12的纖維直徑7.8nm、孔隙尺寸17pm、厚度為0.5mm，基重為250g/m2。參閱圖2，為本發(fā)明固液分離型薄膜生物處理用的過濾器的第一較佳實施例，過濾器2由平面形多孔支撐材21及包覆于支撐材21兩面的濾材1所構(gòu)成，并設(shè)有一出水口22用以連接抽水幫浦(圖未示)。濾材1的過濾層11位于最外側(cè)，支撐層12位于過濾層11與支撐材21之間。污水是由過濾器2四周先經(jīng)由過濾層11過濾，再通過支撐層12后成為凈水，并由出水口22抽出放流。參閱圖3，為本發(fā)明固液分離型薄膜生物處理用的過濾器的第二較佳實施例，過濾器3由多孔圓管形支撐材31及包覆于支撐材31外的濾材1所構(gòu)成，并設(shè)有一出水口32用以連接抽水幫浦(圖未示)。濾材1的過濾層11位于最外側(cè)，過濾后的水經(jīng)由出水口32抽出。參閱圖4，為本發(fā)明固液分離型薄膜生物處理用的過濾模塊的一較佳實施例，過濾模塊4是利用框架41將多個過濾器2組合在一起，并將過濾器2的出水口21(參見圖2)以管線(圖未示)連結(jié)至框架41上的出水口42，并由出水口42連接抽水幫浦(圖未示)，將過濾后的水抽出。<實驗例>將單片平板形過濾器2(參見圖2)的出口水連接抽水幫浦，置入體積為30公升的活性污泥反應(yīng)槽體中，其活性污泥濃度介于8100~8500mg/L,連續(xù)過濾三個月后，紀(jì)錄其操作通量、透膜壓差及透膜性能如表1所示，其中濾材的過濾面積為200cm2。<比較例>比較例所用的濾材為聚酯無紡布，其無紡布材質(zhì)與實驗例的支撐層相同。比較例的過濾測試條件比照實驗例，其結(jié)果也示于表1。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>由表1的操作通量顯示，實驗例具有較大薄膜操作通量，也就是長時間操作下，所允許的通量較大，而其透膜性能也優(yōu)于比較例。歸納上述，本發(fā)明的濾材以纖維薄層所構(gòu)成的過濾層具有疏水性且其孔隙尺寸小于該支撐層的孔隙尺寸，同時，其過濾層非常薄，可減少表面積垢的形成以維持較大的薄膜通量，而具有較佳的透膜性能，所以確實能達(dá)成本發(fā)明的目的。權(quán)利要求1.一種固液分離型薄膜生物處理用的濾材，包含一無紡布支撐層，及至少一層形成于該支撐層表面的過濾層；其特征在于該過濾層是由直徑介于20～1000納米的纖維構(gòu)成，且其厚度介于10～200微米，并具有介于0.001～15微米的孔隙。2.如權(quán)利要求1所述的濾材，其特征在于該過濾層是由具有疏水性的聚烯烴所制成。3.如權(quán)利要求2所述的濾材，其特征在于該過濾層是由聚四氟乙烯、聚乙烯或聚丙烯所制成。4.如權(quán)利要求3所述的濾材，其特征在于該過濾層是由聚四氟乙烯所制成。5.如權(quán)利要求1所述的濾材，其特征在于該過濾層是由直徑介于50300納米的纖維制成。6.如權(quán)利要求1所述的濾材，其特征在于該過濾層的厚度介于1080微米。7.如權(quán)利要求1所述的濾材，其特征在于該過濾層是先成膜再貼合于該支撐層上，或以靜電紡絲方式直接于該支撐層上成膜。8.如權(quán)利要求1所述的濾材，其特征在于該支撐層的基重介于10~1000克/平方公尺。9.一種固液分離型薄膜生物處理用的過濾器，其特征在于是以如權(quán)利要求18中的任一項所述的濾材與支撐材所構(gòu)成。10.如權(quán)利要求9所述的過濾器，其特征在于該支撐材為平面形或圓管形。11.一種固液分離型薄膜生物處理用的過濾模塊，其特征在于是以多個如權(quán)利要求9中所述的過濾器組合而成。全文摘要本發(fā)明公開了一種用于薄膜生物處理程序的固液分離型過濾器的濾材，包含一無紡布支撐層，及至少一層形成于該支撐層表面的過濾層，其特征在于該過濾層是由直徑介于20～1000納米的纖維構(gòu)成，且其厚度介于10～200微米，并具有介于0.001～15微米的孔隙。本發(fā)明的濾材具有良好的透膜性能，以該濾材應(yīng)用于固液分離型過濾器及過濾模塊能維持較大的操作通量且具有較佳透膜性能。文檔編號B01D39/16GK101168113SQ200610136528公開日2008年4月30日申請日期2006年10月26日優(yōu)先權(quán)日2006年10月26日發(fā)明者胡衍榮,陳璽聿,黃文俊申請人:康那香企業(yè)股份有限公司