專利名稱：膜過濾設(shè)備及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于通過中空纖維膜來分離和過濾水的設(shè)備的結(jié) 構(gòu)，更具體地說，本發(fā)明涉及一種即使在原水的混濁度高的情況下也 能夠在高返回率下穩(wěn)定地進(jìn)行膜過濾的膜過濾設(shè)備。
背景技術(shù)：
由于通過分離膜來過濾水的膜過濾方法具有節(jié)省能量、節(jié)省空 間、節(jié)省功率以及提高水質(zhì)等諸多特點(diǎn)，所以這種方法已經(jīng)廣泛地用 于各種領(lǐng)域。例如，使用微濾膜或超濾膜的膜過濾法己經(jīng)應(yīng)用于從河 水、地下水和污水處理水中生產(chǎn)工業(yè)水或自來水的水凈化生產(chǎn)過程。
從在單位體積上獲得較大膜面積的角度看，中空纖維膜組件已
經(jīng)應(yīng)用于各種流體處理領(lǐng)域，例如化學(xué)精煉、無菌過濾以及澄清等。 對(duì)于中空纖維膜組件，存在加壓式中空纖維膜組件和浸沒式中 空纖維膜組件。在加壓式中空纖維膜組件中，無開口的耐壓圓筒容器 裝有多個(gè)中空纖維膜的束，中空纖維膜束的兩端部分與圓筒容器的內(nèi) 壁粘合并固定在一起，中空纖維膜束的一端或兩端被切掉以使中空纖 維膜內(nèi)部敞開，該敞開端配有用于收集已過濾水的己過濾水收集部 分，并設(shè)置有用于向圓筒容器供應(yīng)原液的原液供應(yīng)口，并且通過中空 纖維膜的表面來過濾引入組件的加壓原水。同時(shí)，在浸沒式中空纖維 膜組件中，中空纖維膜束的兩端通過粘合劑粘合并固定在一起，中空 纖維膜束的一端或兩端被切掉以使中空纖維膜內(nèi)部敞開，該敞開部分 配有用于收集已過濾水的已過濾水收集部分，中空纖維膜組件浸入位 于向空氣敞開的浸沒容器內(nèi)的原水中，并且配有已過濾水收集部分一 側(cè)的滲透水被吸附并過濾。
從加壓式中空纖維膜組件的設(shè)定過濾壓力大于浸沒式中空纖維 膜組件的設(shè)定過濾壓力的角度看，加壓式中空纖維膜組件能夠增加單
位膜面積的處理量。因此，可以減少用于過濾過程的膜的數(shù)量，因而 減少了安裝空間。同時(shí)，通過以下方式使用浸沒式中空纖維膜組件 在沒有圍繞中空纖維膜的耐壓圓筒容器的情況下，使中空纖維膜束浸 入滲透原水中。因此，易于排放阻塞在中空纖維膜之間的懸浮物，也 就是說，具有懸浮物排放性能良好的優(yōu)點(diǎn)，因而即使在高混濁度的水 中也可以進(jìn)行膜過濾。此外，由于過濾系統(tǒng)簡(jiǎn)單并且輔助管道數(shù)量少， 所以具有降低設(shè)備成本的優(yōu)點(diǎn)。
如上文所述，浸沒式膜組件具有如下優(yōu)點(diǎn)由于沒有提供耐壓 圓筒容器，所以在排放阻塞在膜與膜之間的懸浮物方面性能良好；并 且即使在高混濁度的水中也能夠進(jìn)行膜過濾。因此，已經(jīng)對(duì)于其中裝 有原水(浸沒式膜組件設(shè)置于原水中)的浸沒容器進(jìn)行了各種研究， 使得即使在高混濁度的原水中也可以進(jìn)行膜過濾。
例如，專利文獻(xiàn)1公開了一種設(shè)備，在該設(shè)備中，包括多個(gè)平 行布置的管形陶瓷分離膜的多個(gè)膜組件堆疊在一起，在膜組件下方布 置有空氣擴(kuò)散管，并且在空氣擴(kuò)散管下方的區(qū)域中形成有沉淀區(qū)。在 這種設(shè)備中，膜組件水平布置，使得管形分離膜的縱向與水平方向?qū)?應(yīng)。該設(shè)備配有沉淀區(qū)以降低膜組件附近的原水的混濁度，因此當(dāng)通 過在容器中進(jìn)行的空氣洗滌操作使懸浮物從分離膜表面脫落時(shí)，可以
容易地將懸浮物沉淀在沉淀區(qū)中。
專利文獻(xiàn)2公開了一種擋板，該擋板布置在空氣擴(kuò)散裝置與浸 沒容器底部之間，用于防止空氣洗滌操作使沉淀在沉淀區(qū)中的懸浮物 再次浮起。
專利文獻(xiàn)3公開了一種設(shè)備，在該設(shè)備中，在用于活性污泥處 理的充氣箱(處理箱)中布置有平面膜組件，并且在膜組件下方布置 有空氣擴(kuò)散裝置，其中處理箱在同一水平截面內(nèi)所占的面積設(shè)置為膜 組件面積的三倍或更多。按照上述方式增大處理箱的內(nèi)部面積，以便 使得由供應(yīng)自空氣擴(kuò)散裝置的空氣所引起的箱內(nèi)循環(huán)流容易流動(dòng)，因 而提高了阻塞在膜與膜之間的懸浮物的排放性能。
然而，特別的是，對(duì)于浸沒式膜組件中的浸沒式中空纖維膜組 件，由于多個(gè)中空纖維膜被捆束并且布置在組件中，所以每單位體積
的膜面積較大。因此，具有如下缺點(diǎn)懸浮物很容易填充在膜與膜之 間。因此，僅通過上述常規(guī)技術(shù)難以處理高混濁度的原水。為此，通 常采用以下方法在過濾過程以及物理清潔過程中進(jìn)行空氣洗滌的持 續(xù)空氣洗滌法；定期排出聚集在浸沒容器內(nèi)的大部分原水以使原水在 聚集之前以相對(duì)清澈的原水流動(dòng)的方法(完全排水法)，或者結(jié)合了 這兩種方法的方法。
雖然持續(xù)空氣洗滌法主要廣泛用于下水道污水處理，但是存在 的實(shí)際問題是運(yùn)行成本巨大，另一個(gè)問題是作為用于高混濁度原水的 穩(wěn)定操作方法而言缺乏可靠性。
另一方面，在完全排水法中，當(dāng)聚集在容器內(nèi)的水的濃度升高 并達(dá)到預(yù)定濃度時(shí)排放全部水，然后在下次聚集之前使容器充滿原 水。因此，作為用于高混濁度原水的穩(wěn)定操作方法，這種方法是可靠 的。然而，浸沒式膜組件布置在寬的浸沒容器中。因此，如果在懸浮 物排放性能良好的常規(guī)設(shè)備中采用完全排水法，聚集在浸沒容器中的 大部分水被排放，因而存在操作返回率大大降低的問題。
在本文中，浸沒容器的內(nèi)表面可以設(shè)置為具有與膜組件的形狀 類似的形狀，并且具有與膜組件的尺寸大致相同尺寸。在這種情況下， 甚至采用完全排水法，也可以解決操作返回率大大降低的問題。然而， 如果浸沒容器的內(nèi)表面具有與膜組件的形狀相似的形狀，并且具有與 膜組件的尺寸大致相同的尺寸，則與通過將中空纖維膜束插入耐壓圓 筒容器而形成的加壓式組件之間幾乎沒有功能差異，因此阻塞在膜與 膜之間的懸浮物的排放性能將大大降低。
對(duì)于包含有上述浸沒式中空纖維膜組件的膜過濾設(shè)備而言，懸 浮物排放性能的提高與操作返回率的提高之間存在一種權(quán)衡關(guān)系，并 且認(rèn)為難以同時(shí)滿足這二者。
專利文獻(xiàn)1: JP-A-2002-191946
專利文獻(xiàn)2: JP-A-9-220441
專利文獻(xiàn)3: JP-A-8-267083
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問題
本發(fā)明提供了一種膜過濾設(shè)備，其中在浸沒容器中布置有用于 通過吸附和過濾作用分離固體和液體的浸沒式中空纖維膜組件；在中 空纖維膜組件下方布置有空氣擴(kuò)散管；并且在中空纖維膜組件上面布 置有原水供應(yīng)口。根據(jù)所述膜過濾設(shè)備，排放阻塞在膜與膜之間的懸 浮物的排放性能是高的；即使在采用完全排水法的情況下也能保持高 操作返回率；并且即使對(duì)于高混濁度的原水，也可以在高返回率下進(jìn) 行穩(wěn)定的膜過濾操作。 解決上述問題的方案
為了解決上述問題，提供了一種膜過濾設(shè)備，在所述膜過濾設(shè) 備中，浸沒容器的上部具有原水供應(yīng)口，所述浸沒容器的下部具有排 水口，在所述浸沒容器中布置有通過捆束多個(gè)中空纖維膜而形成的浸 沒式中空纖維膜組件，使得所述中空纖維膜的縱向與豎直方向?qū)?yīng)， 并且在所述中空纖維膜組件下方布置有空氣擴(kuò)散管，其中，所述原水 供應(yīng)口布置在中空纖維膜組件的上方；在布置有中空纖維膜組件的水 平截面內(nèi)，所述中空纖維膜的截面面積與所述浸沒容器的容器內(nèi)截面 面積之比為60%力0%;所述空氣擴(kuò)散管與所述浸沒容器底部之間的 距離為200mm或更多；并且所述排水口布置在所述空氣擴(kuò)散管下方 200mm或更多的位置。
在這種情況下，優(yōu)選的是，在布置有中空纖維膜組件的水平截 面內(nèi)，所述中空纖維膜的截面面積與所述浸沒容器的容器內(nèi)截面面積 之比為70%-80%;所述空氣擴(kuò)散管與所述浸沒容器底部之間的距離 為200mm-700mm。
另外，優(yōu)選的是，所述中空纖維膜組件具有以下結(jié)構(gòu)多個(gè)中 空纖維膜的至少上端和下端被捆束；在中空纖維膜端面敞開的狀態(tài) 下，使中空纖維膜束的上端被捆束并固定；在中空纖維膜的敞開端面 上布置有集水部分；并且在中空纖維膜端面封閉的狀態(tài)下，使中空纖 維膜束的下端由多個(gè)小束捆束而成。
另外，優(yōu)選的是，所述排水口布置在所述浸沒容器的底部。 在使用所述膜過濾設(shè)備來過濾原水的操作方法中，有效的是，
定期地使所述浸沒容器中的水位下降到所述空氣擴(kuò)散管下方200mm 或更多的位置。另外，在使用所述膜過濾設(shè)備來過濾原水的操作方法 中，優(yōu)選的是，定期地使所述浸沒容器中的一部分水從所述排水口排 放。
本發(fā)明的效果
根據(jù)本發(fā)明，可以將排放阻塞在膜與膜之間懸浮物的良好排放 性能保持為高，這是浸沒式膜組件的優(yōu)點(diǎn)；并且即使在定期排放浸沒 容器中的全部或者大部分水時(shí)，也可以保持高的操作返回率。另外， 由于原水中所包含懸浮物的相當(dāng)多的一部分沒有被膜過濾并沉淀在 浸沒容器底部附近，所以以聚集或集中狀態(tài)存在。因此，即使對(duì)于相 對(duì)高混濁度的原水，也可以在高返回率下進(jìn)行穩(wěn)定的膜過濾操作。


圖l是示出根據(jù)本發(fā)明的膜過濾設(shè)備的實(shí)施例的示意性剖視圖。 圖2是示出沿著圖1所示的水平線Z-Z截取的水平剖面的示意 性剖視圖(從上面觀看)。
圖3是示出用于本發(fā)明的中空纖維膜組件的實(shí)施例的示意性剖視圖。
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的膜過濾設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例的示意性 剖視圖。
圖5是示出沿著圖4所示的水平線Z-Z截取的水平剖面的示意 性剖視圖(從上面觀看)。
圖6是示出在圖1所示的膜過濾設(shè)備中當(dāng)進(jìn)行空氣洗滌時(shí)浸沒 容器中的水流的示意性剖視圖。
附圖標(biāo)記和符號(hào)"i兌明
1:浸沒容器，1A:浸沒容器的內(nèi)表面，2:中空纖維膜組件， 2B:中空纖維膜組件的外表面，3:空氣擴(kuò)散管，4:空氣擴(kuò)散孔，5: 滲透水管，6:原水供應(yīng)口， 7:排水管線，8:中空纖維膜，9a、 9b: 粘合固定部分，10:集水帽，11:空氣引入筒，12:滲透孔，13:排
水口 。
具體實(shí)施例方式
在根據(jù)本發(fā)明的膜過濾設(shè)備中，在上部具有原水供應(yīng)口、下部 具有排水口的浸沒容器中布置有通過捆束多個(gè)中空纖維膜而形成的 浸沒式中空纖維膜組件，使得中空纖維膜的縱向與豎直方向?qū)?yīng)，并 且在中空纖維膜組件下方布置有空氣擴(kuò)散管。原水供應(yīng)口布置在中空 纖維膜組件的上方；在布置有中空纖維膜組件的水平截面內(nèi)，中空纖 維膜的截面面積與浸沒容器的容器內(nèi)截面面積之比為60%-90%;空 氣擴(kuò)散管與浸沒容器底部之間的距離為200mm或更多；并且排水口 布置在空氣擴(kuò)散管下方200mm或更多的位置。
下面將結(jié)合示意性示出根據(jù)本發(fā)明最佳實(shí)施例的膜過濾設(shè)備的 附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述。本發(fā)明的范圍不限于該實(shí)施例。
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的膜過濾設(shè)備的實(shí)施例的示意圖，圖2 是示出沿著圖1所示的水平線Z-Z截取的浸沒容器和中空纖維膜組 件的示意性剖視圖(從上面觀看)。圖3是示出圖1所示的中空纖維 膜組件的實(shí)施例的示意性放大剖視圖。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的膜過 濾設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例的示意性剖視圖。圖5是示出沿著圖4所示的 水平線Z-Z截取的浸沒容器和中空纖維膜組件的示意性剖視圖(從 上面觀看)。
在本發(fā)明中，浸沒式中空纖維膜組件2具有通過粘合并固定中 空纖維膜束的兩端而形成的結(jié)構(gòu)，其中該中空纖維膜束是通過集中并
捆束多個(gè)(例如，幾百至幾萬)中空纖維膜8而形成的。優(yōu)選的是， 中空纖維膜組件是以下類型在中空纖維膜端面敞開的狀態(tài)下將已過 濾水收集部分布置在粘合固定部分的一端9a，而在中空纖維膜端面 封閉的狀態(tài)下使另一端9b粘合并固定(如圖1和圖3等圖所示)。 然而，中空纖維膜組件也可以是以下類型在中空纖維膜的兩個(gè)端面 都敞開的狀態(tài)下使粘合固定部分的兩端粘合并固定，并且在固定部分 上設(shè)置已過濾水收集部分。
如果中空纖維膜8為具有所需過濾性能的多孔中空纖維膜，則
中空纖維膜8不受特別的限制，但是優(yōu)選地由選自如下群組的一種材 料制成，該群組由諸如聚丙烯腈、聚苯砜、聚苯硫醚砜、聚偏二氟乙 烯、聚丙烯、聚乙烯、聚砜、聚乙烯醇和乙酸纖維素等聚合物材料構(gòu) 成，或者由諸如陶瓷等無機(jī)材料構(gòu)成，從膜強(qiáng)度的方面看，更優(yōu)選地 由聚偏二氟乙烯制成。雖然在中空纖維膜表面上形成的孔直徑不受特
別的限制，但是可以選擇為在0.001pm-l^n范圍內(nèi)具有所需過濾性 能。中空纖維膜8的外徑同樣也不受特別的限制，但是優(yōu)選地在 250pm-200(^m的范圍內(nèi)，這是因?yàn)橹锌绽w維膜的波動(dòng)很大并且清潔 性能優(yōu)良。
雖然用于粘合和固定中空纖維膜束兩端的粘合劑不受特別的限 制，但是優(yōu)選地使用諸如環(huán)氧樹脂和聚氨酯樹脂等熱固性樹脂。
在中空纖維膜束的兩端形成的粘合固定部分9a和9b通過布置 在其間的多個(gè)中空纖維膜部分相互連接。在所述多個(gè)中空纖維膜部分
中，中空纖維膜平行編織并表現(xiàn)出膜過濾功能。所述多個(gè)中空纖維膜 部分中的平行編織束的外周可以具有不插入加強(qiáng)件的結(jié)構(gòu)(具體如圖 3所示)，并且也可以具有插入加強(qiáng)件的結(jié)構(gòu)(未示出)。例如，作 為插入加強(qiáng)件的結(jié)構(gòu)，存在以下結(jié)構(gòu)在平行編織束的外圍或內(nèi)部布 置l-30根加強(qiáng)支撐件(例如，金屬桿)，以使粘合固定部分通過這 些支撐件相互連接；或者存在以下結(jié)構(gòu)在粘合固定部分之間布置諸 如網(wǎng)等多孔板狀材料以覆蓋中空纖維膜編織束的外周。例如，作為支 撐件，存在橫截面積為3mm、700mr^的圓筒狀支撐件。
在根據(jù)本發(fā)明的中空纖維組件中，粘合固定部分9a在中空纖維 膜端面敞開的狀態(tài)下一體地粘合，并且在多個(gè)中空纖維膜被捆束的上 端處形成，在中空纖維膜的敞開端面上布置由集水帽IO形成的集水 部分。
設(shè)置在中空纖維膜束的下端處的粘合固定部分9b可以具有以下 結(jié)構(gòu)在膜端面封閉的狀態(tài)下并在多個(gè)小束單元被粘合和固定的位置 處形成粘合固定部分。由于具有這種小束單元，所以可以進(jìn)一步提高 從組件內(nèi)部排放懸浮物的排放性能。在中空纖維膜束下端由小束形成 的粘合固定部分中，粘合并固定的小束以非粘合方式相互獨(dú)立，并且
在小束之間存在縫隙。在中空纖維膜束的下端處形成的小束的數(shù)量?jī)?yōu) 選為每一個(gè)膜組件3束-50束，而形成小束的中空纖維膜的數(shù)量?jī)?yōu)選
為50根-2000根。
在根據(jù)本發(fā)明的膜過濾設(shè)備中，如圖2所示，膜組件2布置于 浸沒容器1中，在膜組件的從上端部分到下端部分的高度的水平截面 內(nèi)，膜組件的截面面積與浸沒容器的容器內(nèi)截面面積之比等于膜組件 外表面2B的截面面積與浸沒容器內(nèi)表面1A的截面面積之比(百分 比)。當(dāng)膜組件2的截面面積或浸沒容器1的截面面積不恒定，并且 膜組件的截面面積在浸沒容器的水平截面面積中所占的比例隨著布 置于浸沒容器1中的膜組件2的從上端部分到下端部分的高度而變化 時(shí)，上述比例的最大值可以為60%-90%范圍內(nèi)的預(yù)定值。
在定義膜組件的截面面積與浸沒容器的容器內(nèi)截面面積之比時(shí) 所稱的膜組件，是指從一端的粘合固定部分到另一端的粘合固定部分 的部分，而不包括屬于附近區(qū)域的集水帽或空氣引入筒。從膜組件2 的上端部分到下端部分，該膜組件的外表面2B的截面面積，在存在 粘合固定部分9a和％的情況下是指被外圍部分所包圍的面積，在中 空纖維膜位于粘合固定部分之間的一部分敞開的情況下是指包括整 個(gè)中空纖維膜在內(nèi)的包絡(luò)面積。在中空纖維膜束位于粘合固定部分之 間的外圍部分被諸如網(wǎng)等多孔板狀材料所覆蓋的情況下，該截面面積 是指被諸如網(wǎng)等外圍部分所包圍的面積。
在浸沒容器內(nèi)布置有多個(gè)中空纖維膜組件的情況下(如圖4所 示)，該截面面積是指通過以浸沒容器的內(nèi)表面1A的截面面積為分 母、以膜組件的外表面2B的截面面積之和為分子所計(jì)算出的比率(如 圖5所示)。
在本發(fā)明中，雖然在膜組件2的下方布置有用于空氣洗滌的空 氣擴(kuò)散管3，以便使中空纖維膜組件中聚集的懸浮物排出膜組件系 統(tǒng)，但結(jié)構(gòu)或材料不受限制。在空氣擴(kuò)散管3中，空氣擴(kuò)散孔4形成 為使供應(yīng)自送風(fēng)機(jī)(未示出)或類似設(shè)備的壓縮空氣向浸沒容器1 中的原水?dāng)U散，但空氣擴(kuò)散孔的直徑或數(shù)量不受限制。
在本發(fā)明中，空氣擴(kuò)散管與浸沒容器底部之間的距離，是當(dāng)形
成于空氣擴(kuò)散管3中的空氣擴(kuò)散孔4的位置被自浸沒容器底部起的高 度所表示時(shí)的距離。在浸沒容器底部的位置中，當(dāng)?shù)撞烤哂腥绺綀D所 示的圓錐形狀時(shí)，底部的基本上最低的位置是基準(zhǔn)位置。當(dāng)空氣擴(kuò)散 孔4的高度隨著各個(gè)空氣擴(kuò)散孔而變化時(shí)，該距離是指從浸沒容器底 部到位于最低位置的空氣擴(kuò)散孔的距離。
接下來，將描述使用膜過濾設(shè)備進(jìn)行的膜過濾操作，其中該膜 過濾設(shè)備包括具有上述結(jié)構(gòu)的浸沒式中空纖維膜組件，并且還將描述 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)諸如水的處理量或者浸沒容器的面積等條件，在浸沒容器1
內(nèi)布置一個(gè)或幾百個(gè)中空纖維膜組件2。在這種情況下，預(yù)先將包含
懸浮物的原水放入浸沒容器1中。當(dāng)在中空纖維膜端面敞開的狀態(tài)下 粘合并固定的上部粘合固定部分被泵抽吸時(shí)，包含懸浮物的原水被中
空纖維膜8分離成固體和液體(已過濾的)，然后通過滲透水管5 將已過濾水從集水帽IO送到集水管。當(dāng)原水被吸收并且從浸沒容器 l中取出已過濾水時(shí)，浸沒容器中的水位降低。因此，根據(jù)需要間歇 地或定期地向浸沒容器供應(yīng)原水。
在本發(fā)明中，在這種情況下，在膜組件上面布置有原水供應(yīng)口 6，
膜組件的截面面積在浸沒容器的容器內(nèi)截面面積中所占的比例為 60%-90%。為此，原水中懸浮物的相當(dāng)多的一部分跟隨著由原水流入 引起的下降流，再經(jīng)過膜組件2與具有一些空間的浸沒容器2之間的 間隙或者多個(gè)膜組件之間的間隙，然后沉淀到浸沒容器的底部。在本 發(fā)明中，從布置在膜組件2下方的空氣擴(kuò)散管3到浸沒容器底部的距 離為200mm或更多。因此，沉淀在空氣擴(kuò)散管下方的懸浮物聚集在 低于該空氣擴(kuò)散管的位置而不轉(zhuǎn)向膜過濾表面，因此可以降低中空纖 維膜8附近的懸浮物濃度。因此，可以防止因懸浮物而引起阻塞。
沒有沉淀的一部分懸浮物到達(dá)中空纖維膜8的膜表面附近，并 且附著在膜的表面上和膜孔內(nèi)部。為此，當(dāng)在預(yù)定時(shí)間完成過濾過程 時(shí)，進(jìn)行以下清潔操作(逆流清潔)使己過濾水或壓縮空氣沿著從 集水帽IO到原水的方向流動(dòng)，以便剝離附著在膜孔內(nèi)部的懸浮物， 和/或進(jìn)行以下清潔操作(空氣洗滌)通過布置在膜組件下方的空氣引入筒11和下部粘合固定部分的滲透孔12，從布置在中空纖維膜
組件2下方的空氣擴(kuò)散管3的空氣擴(kuò)散孔4向中空纖維膜8供應(yīng)壓縮 空氣，以便使該中空纖維膜振動(dòng)，從而剝離附著在中空纖維膜表面上 的懸浮物，然后再?gòu)闹锌绽w維膜上排出懸浮物。
圖6示出了在圖1所示的膜過濾設(shè)備中進(jìn)行空氣洗滌時(shí)浸沒容 器中的水流。在本發(fā)明中，確保沒有安裝膜組件的容器內(nèi)空間處于預(yù) 定范圍內(nèi)，使得膜組件2的截面面積在浸沒容器1的容器內(nèi)截面面積 中所占的比例為60%-90%。因此，可以提供高的排放阻塞在中空纖 維膜之間的懸浮物的排放性能，這是浸沒式膜組件的優(yōu)點(diǎn)，并且通過 逆流清潔和空氣洗滌從中空纖維膜上剝離的懸浮物可以立即從該膜 組件上排出。剝離的懸浮物在浸沒容器中浮起，經(jīng)過膜組件2與浸沒 容器1的內(nèi)壁之間的縫隙或者多個(gè)膜組件之間的縫隙，然后沉淀到浸 沒容器的底部中。此時(shí)，懸浮物中的一部分沉淀到空氣擴(kuò)散管下方的 懸浮物聚集空間中，而懸浮物中的另一部分沿著空氣流再次移動(dòng)到中 空纖維膜表面附近。
在本發(fā)明中，從布置在膜組件2下方的空氣擴(kuò)散管3到浸沒容 器底部的距離為200mm或更多。因此，即使在進(jìn)行空氣洗滌時(shí)，在 空氣擴(kuò)散管下方并且懸浮物聚集和集中的區(qū)域內(nèi)的水不會(huì)混合。因 此，移動(dòng)到空氣擴(kuò)散管下方并且?guī)缀醪皇芸諝庀礈煊绊懙膮^(qū)域內(nèi)的懸 浮物不會(huì)再次漂浮，并且不會(huì)移動(dòng)到中空纖維膜8附近。
如上文所述，在膜過濾設(shè)備中，可以在進(jìn)行空氣洗滌時(shí)容易地 將阻塞在中空纖維膜之間的懸浮物排放到其外部，并且可以將懸浮物 中的至少一部分沉淀在空氣擴(kuò)散管下方。另外，沉淀到浸沒容器1 底部附近的聚集和集中的懸浮物不會(huì)再次浮起。
重復(fù)進(jìn)行膜過濾過程、逆流清潔和空氣洗滌，并且定期地從排 水管線7中排出聚集和集中在浸沒容器1底部的懸浮物。因此，即使 對(duì)于高混濁度的原水，也可以持續(xù)進(jìn)行穩(wěn)定的膜過濾操作。
然而，在浸沒式中空纖維膜組件中，多個(gè)成束的中空纖維膜布 置在組件中并且每單位體積的膜面積較大。因此，存在懸浮物很容易 填充在膜與膜之間的問題。因此，即使在膜過濾設(shè)備的情況下，未沉
淀在浸沒容器底部并且浮起的懸浮物也會(huì)停留在中空纖維膜8的膜 表面附近，并且在長(zhǎng)時(shí)間的操作過程中，中空纖維膜附近的懸浮物濃 度會(huì)變高。因此，難以進(jìn)行穩(wěn)定的操作。
為了解決這個(gè)問題，需要進(jìn)行能夠降低中空纖維膜8附近的懸
浮物濃度的操作。例如，定期地排放浸沒容器1中具有較高懸浮物濃 度的水的大部分或者全部，作為替代，進(jìn)行使相對(duì)清潔的原水(具有 相對(duì)少量懸浮物的原水)流出的完全排水法。在常規(guī)的浸沒式中空纖 維膜組件的情況下，由于膜組件的體積在浸沒容器的容積中所占的比 例很小，所以在進(jìn)行完全排水法時(shí)，過濾操作的水返回率(操作返回
率)大大降低。然而，在本發(fā)明中，由于膜組件2的截面面積在浸沒 容器1的水平截面面積中所占的比例為60%-90%，所以即使在進(jìn)行 完全排水法的情況下也可以保持高的操作返回率。
如果在根據(jù)本發(fā)明的膜過濾設(shè)備中進(jìn)行完全排水法，可以迸行 操作，使得浸沒容器1中的水位下降到空氣擴(kuò)散管3下方200mm或 更多的位置。在根據(jù)本發(fā)明的膜過濾設(shè)備中，即使進(jìn)行空氣洗滌，停 留在空氣擴(kuò)散管下方200mm位置以及比該位置更低位置處的懸浮物 也不發(fā)生浮起。因此，在進(jìn)行空氣洗滌時(shí)，不需要更換停留在空氣擴(kuò) 散管下方200mm或更多位置的水。為此，在定期地進(jìn)行完全排水時(shí)
排放浸沒容器中的水，使得浸沒容器中的水位下降到空氣擴(kuò)散管下方 200mm或更多，從而充分降低中空纖維膜8附近的懸浮物的濃度， 這符合完全排水的目的。
具體地說，如果浸沒容器在中空纖維膜的豎直下方具有很大空 間，則優(yōu)選的是不使浸沒容器中的大部分或者全部水排放，從而減少 過度排放的水以提高操作返回率，并且使水位降低到空氣擴(kuò)散管下方 200mm-400mm的位置。當(dāng)通過上述操作方法進(jìn)行完全排水時(shí)，即使 對(duì)于使用了在中空纖維膜2的豎直下方具有很大空間的浸沒容器的 膜過濾設(shè)備來說，也可以保持高的操作返回率。
在即將進(jìn)行完全排水之前，可以通過調(diào)節(jié)浸沒容器中的水位， 使在該容器中高于中空纖維膜組件2的水量盡可能減少，這樣可以保 持更高的操作返回率?？諝鈹U(kuò)散管3布置在盡可能接近中空纖維膜組
件2下端的位置，從而可以更進(jìn)一步地降低進(jìn)行完全排水時(shí)的排水 量，這樣可以提高操作返回率。
如上文所述，根據(jù)本發(fā)明的膜過濾設(shè)備，可以將排放阻塞在膜 與膜之間懸浮物的排放性能保持為高，這是浸沒式膜組件的優(yōu)點(diǎn)；并 且即使在定期地排放浸沒容器中的全部或者大部分水時(shí)，也可以保持 高的操作返回率。另外，由于原水中所包含懸浮物的相當(dāng)多的一部分 沒有被膜過濾并沉淀在浸沒容器底部，所以即使對(duì)于相對(duì)高混濁度的 原水，也可以在高返回率下進(jìn)行穩(wěn)定的膜過濾操作。
為了在大幅提高操作返回率的同時(shí)保持優(yōu)良的懸浮物排放性 倉(cāng)g，出于安裝空間和構(gòu)造成本的考慮，更優(yōu)選的是將膜組件2的截面 面積在浸沒容器1的水平截面面積中所占的比例設(shè)置為70%-80%， 并且更優(yōu)選的是將空氣擴(kuò)散管3與浸沒容器底部之間的距離設(shè)置為 200mm-700mm。
在使原水中的懸浮物的沉淀性能提高的情況下(例如，在向原 水中添加凝結(jié)劑的情況下)，漂浮在中空纖維膜附近的懸浮物的數(shù)量 會(huì)變少。因此，通過采用定期排放浸沒容器中的一部分水而不是定期 進(jìn)行完全排水的操作方法，可以在高返回率下進(jìn)行穩(wěn)定的操作。然而， 即使在這種操作方法中，當(dāng)膜組件2的截面面積在浸沒容器1的水平 截面面積中所占的比例高時(shí)，懸浮物排放性能會(huì)變低。當(dāng)該比例低時(shí)， 設(shè)備的安裝面積會(huì)變寬，并且成本會(huì)提高。因此，即使在進(jìn)行這種操 作方法的情況下，出于安裝空間和構(gòu)造成本考慮，有效的是使膜組件 2的截面面積在浸沒容器1的水平截面面積中所占的比例為 60%-90%，優(yōu)選的是將該比例設(shè)置為70%-80%。另外，有效的是使 空氣擴(kuò)散管3與浸沒容器底部之間的距離為200mm或更多，優(yōu)選的 是將該距離設(shè)置為200mm-700mm。
實(shí)例
<實(shí)例1>
由3500根中空纖維膜(由聚偏二氟乙烯制成)形成的中空纖維 膜束的外徑為1.5mm，內(nèi)徑為0.9mm，長(zhǎng)度為約1000mm，在中空纖
維膜的上端端面敞開并且中空纖維膜的下端端面封閉的狀態(tài)下，通過 基于聚氨酯的粘合劑捆束并固定該中空纖維膜束，從而制成了膜面積 為151112的中空纖維膜組件。如圖3所示，這種膜組件具有位于下端 粘合固定部分中的滲透孔12，并且該膜組件的結(jié)構(gòu)為在下部粘合 固定部分下方設(shè)置有空氣引入筒11，而上部粘合固定部分的上面設(shè) 置有集水帽10。在上部粘合固定部分與下部粘合固定部分之間安裝 有由聚乙烯制成的網(wǎng)狀多孔板(未示出)，以便包圍該中空纖維膜束 的外圍。
將一個(gè)中空纖維膜組件沿豎直方向布置在圖1所示的浸沒容器 中。此時(shí)，膜組件的截面面積在浸沒容器的水平截面面積中所占的比
例為75%，空氣擴(kuò)散管與浸沒容器底部之間的距離為300mm，并且 在以下條件下進(jìn)行膜過濾測(cè)試。
使用混濁度為2-50的湖水作為原水，在0.5m/天的膜過濾流速 下進(jìn)行30分鐘的過濾過程，然后通過加入了 10mg/L次氯酸鈉的經(jīng) 膜過濾的水，在1.0m/天的流速下進(jìn)行30秒的逆流清潔過程，并且 在100L/Min的空氣流量下進(jìn)行60秒的空氣洗滌過程。每當(dāng)過濾、 逆流清潔和空氣洗滌重復(fù)12次時(shí)，就排放出浸沒容器中的全部水， 并且操作返回率設(shè)置為98%。
雖然這些操作持續(xù)進(jìn)行大約一周，但是在測(cè)試周期中沒有觀測(cè) 到在膜與膜之間出現(xiàn)壓差，并且可以持續(xù)進(jìn)行穩(wěn)定的膜過濾操作。
<比較例>
在不同尺寸的浸沒容器中安裝中空纖維膜組件或類似裝置，使 得膜組件的截面面積在浸沒容器的水平截面面積中所占的比例為 95%，空氣擴(kuò)散管與浸沒容器底部之間的距離為100mm，其中使用 在實(shí)例1中使用的中空纖維膜組件。在上述操作條件中，只改變使浸 沒容器中的全部水排放的排放次數(shù)，而膜過濾流速、操作返回率等設(shè) 置為與上述條件相同。在這些條件下，進(jìn)行與實(shí)例1相同的膜過濾測(cè) 試。
結(jié)果，膜與膜之間的壓差以1.0kPa/天的速率升高。
<比較例2>
在不同尺寸的浸沒容器中安裝中空纖維膜組件或類似裝置，使 得膜組件的截面面積在浸沒容器的水平截面面積中所占的比例為 30%，空氣擴(kuò)散管與浸沒容器底部之間的距離為500mm，其中使用 在實(shí)例1中使用的中空纖維膜組件。在上述操作條件中，只改變使浸 沒容器中的全部水排放的排放次數(shù)，而膜過濾流速、操作返回率等設(shè) 置為與上述條件相同。在這些條件下，進(jìn)行與實(shí)例1相同的膜過濾測(cè) 試。
結(jié)果，膜與膜之間的壓差以1.0kPa/天的速率升高。 工業(yè)實(shí)用性
使用浸沒式中空纖維膜組件的上述膜過濾設(shè)備可應(yīng)用于污水處 理、工業(yè)廢水處理以及供水處理。
權(quán)利要求
1.一種膜過濾設(shè)備，在所述膜過濾設(shè)備中，浸沒容器的上部具有原水供應(yīng)口，所述浸沒容器的下部具有排水口，在所述浸沒容器中布置有通過捆束多個(gè)中空纖維膜而形成的浸沒式中空纖維膜組件，使得所述中空纖維膜的縱向與豎直方向?qū)?yīng)，并且在所述中空纖維膜組件下方布置有空氣擴(kuò)散管，其中，所述原水供應(yīng)口布置在中空纖維膜組件的上方；在布置有中空纖維膜組件的水平截面內(nèi)，所述中空纖維膜的截面面積與所述浸沒容器的容器內(nèi)截面面積之比為60％-90％；所述空氣擴(kuò)散管與所述浸沒容器底部之間的距離為200mm或更多；并且所述排水口布置在空氣擴(kuò)散管下方200mm或更多的位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜過濾設(shè)備，其中， 在布置有中空纖維膜組件的水平截面內(nèi)，所述中空纖維膜的截面面積與所述浸沒容器的容器內(nèi)截面面積之比為70%-80%;所述空 氣擴(kuò)散管與所述浸沒容器底部之間的距離為200mm-700mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜過濾設(shè)備，其中， 所述中空纖維膜組件具有以下結(jié)構(gòu)多個(gè)中空纖維膜的至少上端和下端被捆束；在中空纖維膜端面敞開的狀態(tài)下，使中空纖維膜束 的上端被捆束并固定；在中空纖維膜的敞開端面上布置有集水部分； 并且在中空纖維膜端面封閉的狀態(tài)下，使中空纖維膜束的下端由多個(gè) 小束捆束而成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜過濾設(shè)備，其中， 所述排水口布置在所述浸沒容器的底部。
5. —種使用根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的膜過濾設(shè)備來過 濾原水的操作方法， 其中，定期地使所述浸沒容器中的水位下降到所述空氣擴(kuò)散管下方200mm或更多的位置。
6. —種使用根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的膜過濾設(shè)備來過 濾原水的操作方法，其中，定期地使所述浸沒容器中的一部分水從所述排水口排放。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種膜過濾設(shè)備，即使對(duì)于相對(duì)較高混濁度的水，這種設(shè)備也能夠在高返回率下進(jìn)行穩(wěn)定的膜過濾操作。所述膜過濾設(shè)備包括上部具有原水供應(yīng)口且下部具有排水口的浸沒容器(1)。在浸沒容器(1)中布置有包括捆束起來的多個(gè)中空纖維膜的浸沒式中空纖維膜組件(2)，使得中空纖維膜的縱向?yàn)樨Q直方向。在中空纖維膜組件下方布置有空氣擴(kuò)散管(3)。原水供應(yīng)口布置在中空纖維膜組件的上方；在布置有中空纖維膜組件的水平截面內(nèi)，中空纖維膜組件的截面面積與浸沒容器的容器內(nèi)截面面積之比為60％-90％；空氣擴(kuò)散管與浸沒容器底部之間的距離不小于200mm或更多；并且排水口布置在空氣擴(kuò)散管下方200mm或更多的位置。
文檔編號(hào)B01D63/02GK101370571SQ200780002710
公開日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2007年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月20日
發(fā)明者久保廣明, 樸常熏 申請(qǐng)人:東麗株式會(huì)社