过滤装置和使用该过滤装置的过滤方法_2

文档序号:9552757阅读:来源:国知局
体7的材料不受特别的限制,但可以适当地使用具有良好耐化学性的材料。具体而言,管状主体7可以由例如不锈钢等金属材料制成,或由例如ABS树脂、PVC、PTFE, PSF、硅藻土或PEEK等工程塑料制成。
[0042]供应栗9a供应要处理的水,使得管状主体7中的液压是预定值。液压的最小值(即,位于过滤组件2上端(或位于下文描述的上部保持部件5处)的液压)优选是20kPa,更优选是lOkPa。如果液压小于所述最小值,过滤装置I的过滤性能会降低。液压的最大值优选是60kPa,更优选是50kPa。如果液压超过所述最大值,则为了确保管状主体7等的机械强度,会增加整个装置的成本。另外,整个装置可能会尺寸过大,因为需要升高气体排出孔口 7c的位置。
[0043]<过滤组件>
[0044]过滤组件2包括竖直地受牵拉而对准的中空纤维膜4以及用于中空纤维膜4的竖直定位的上部保持部件5和下部保持部件6。当从气体供应单元3供应的气泡与过滤组件2 (或其下部保持部件6)碰撞时,该气泡被过滤组件2 (或其下部保持部件6)分割成多个气泡。
[0045](上部保持部件和下部保持部件)
[0046]下部保持部件6具有保持中空纤维膜4的下部的多个下部固定部分6b(保持部分)。具体而言,如图3a所示,下部保持部件6具有外部框架6a和固定中空纤维膜4的下端部的固定部分6b。固定部分6b具有例如条状形状,并以规则的间隔彼此平行或基本平行地设置。中空纤维膜4布置在各个固定部分6b的上侧。由于固定部分6b如此以规则的间隔彼此平行或基本平行地设置,所以可以如上所述均匀地分割气泡。
[0047]外部框架6a是用于支承固定部分6b的构件。外部框架6a的一侧的长度不受特别的限制,但例如在5cm至20cm范围内。外部框架6a的横截面形状不受特别的限制,并且可以是如图3a所示的矩形,或者其它的多边形形状或圆形形状。
[0048]上部保持部件5是保持中空纤维膜4的上端部的构件。上部保持部件5具有与中空纤维膜4的上部开口连通以收集已过滤溶液的抽吸孔口。抽吸栗9b通过抽吸管与抽吸开口连接,以向上抽吸渗入中空纤维膜4内侧的已过滤溶液。上部保持部件5的外部形状不受特别的限制,上部保持部件5的横截面形状可以是多边形或圆形。
[0049]各个中空纤维膜4的两端可以借助上部保持部件5和下部保持部件6固定。可替代地,各个中空纤维膜4可以弯曲成U形。在这种情况下,中空纤维膜4的两个开口部分被上部保持部件5固定,中空纤维膜4的下端处的折叠(弯曲)部分被下部保持部件6固定。
[0050]从(下文所述的)气体供应单元3供应的气泡B通过与固定部分6b碰撞而被分割成多个气泡B’。气泡B’穿过固定部分6b之间的空间以在刮擦中空纤维膜4的表面的同时向上移动。如图2所示,固定部分6b沿竖直方向的位置对准。
[0051]固定部分6b的宽度(或横向长度)和固定部分6b的相邻部分之间的距离不受特别的限制,只要可以固定足够数量的中空纤维膜4并且可以将从气体供应单元3供应的气泡分割成多个气泡即可O例如,固定部分6b的宽度可以在3mm至1mm的范围内,固定部分6b的相邻部分之间的距离可以在Imm至1mm的范围内。
[0052]通过用由下部保持部件6保持的中空纤维膜4的数量N除以中空纤维膜4的设置区域的面积A而获得的中空纤维膜4的分布密度的最大值(N/A)优选是15个每平方厘米(cm2),更优选是12个每平方厘米。如果中空纤维膜4的分布密度超过所述最大值,则由于中空纤维膜4之间的距离小,中空纤维膜4的表面不能被充分地清洁。中空纤维膜4的分布密度的最小值优选是4个每平方厘米,更优选是6个每平方厘米。如果中空纤维膜4的分布密度小于所述最小值,则过滤装置I每单位体积的过滤效率会降低。注意,“中空纤维膜的设置区域”是指当沿轴向观察时包含过滤组件中所包括的全部中空纤维膜在内的区域中具有最小面积的虚拟多边形区域。
[0053]通过将由下部保持部件6保持的中空纤维膜4的横截面面积的总和S(基于中空纤维膜4是实心的假设)除以中空纤维膜4的设置区域的面积A获得的中空纤维膜4的面积比(S/A)的最大值优选是60%,更优选是55 %。如果中空纤维膜4的面积比超过所述最大值,则由于中空纤维膜4之间的距离小,中空纤维膜4的表面不能被彻底清洁。中空纤维膜4的面积比的最小值优选是20%,更优选是25%。如果中空纤维膜4的面积比小于所述最小值,则过滤装置I每单位体积的过滤效率会降低。
[0054]上部保持部件5和下部保持部件6的材料不受特别的限制,例如可以使用环氧树月旨、ABS树脂或硅树脂。
[0055]将中空纤维膜4固定到上部保持部件5和下部保持部件6上的方法不受特别的限制。例如可以采用使用粘接剂的固定方法。
[0056]上部保持部件5和下部保持部件6固定在管状主体7中。为了容易处置(运输、安装、替换等)过滤组件2,优选利用联接部件将上部保持部件5和下部保持部件6彼此联接。例如,可以使用金属支承杆或树脂外壳作为联接部件。
[0057]上部保持部件5在管状主体7中固定在出口 7b下方的位置。因此,被处理液可以在足够的液压下经由中空纤维膜4过滤。上部保持部件5与气体排出孔口 7c之间的竖直距离不受限,只要在过滤组件2中可以获得足够的液压即可,但所述竖直距离的最小值优选是0.5m,更优选是lm,还要更优选的是2m。如果所述竖直距离小于所述最小值,则在过滤组件2中且在过滤组件2周围不能获得足够的液压。所述竖直距离的最大值不受特别的限制,但例如是5m ο
[0058](中空纤维膜)
[0059]中空纤维膜4是允许水通过其内部中空部分并阻挡被处理液中所含颗粒通过的多孔膜。具体而言,通过使管状主体7内侧且中空纤维膜4外侧的压力不同于中空纤维膜4内侧的压力,使被处理液中的水从中空纤维膜4的外侧穿至中空纤维膜4的内侧。
[0060]可以使用热塑性树脂作为形成中空纤维膜4的主成分。热塑性树脂的实例包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯、乙烯-乙烯醇共聚物、聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚苯乙烯、聚砜、聚乙烯醇、聚苯醚、聚苯硫醚、醋酸纤维素、聚丙烯腈和聚四氟乙烯(PTFE)。特别地,具有高耐化学性、耐热性、耐候性和不燃性的多孔树脂PTFE是优选的,单轴取向或双轴取向PTFE更优选。用于形成中空纤维膜4的材料可以适当地包括另一种聚合物和添加剂,例如润滑剂。
[0061]中空纤维膜4优选具有多层结构,以获得透水性和机械强度,并且还提高了气泡的表面清洁效果。具体而言,各中空纤维膜4优选具有内部支承层和位于支承层的表面上的过滤层。
[0062]例如,通过热塑性树脂的挤出成型而形成的管可以用作支承层。使用通过挤出成型而形成的管作为支承层,该支承层可以具有机械强度并利于在支承层中形成微孔。优选沿轴向以在50%至700%范围内的拉伸比并沿圆周方向以在5%至100%范围内的拉伸比对所述管进行拉伸。
[0063]执行拉伸时的温度优选低于或等于管材料的熔点。例如,所述温度优选在约(TC至约300°C的范围内。为了获得具有直径相对较大的微孔的多孔主体,优选在低温下执行拉伸,相反地,为了获得具有直径相对较小的微孔的多孔主体,优选在高温下执行拉伸。通过在200°C至300°C温度下对拉伸而成的多孔主体进行约I至30分钟的热处理,其中该多孔主体的两端以拉伸状态固定,可以获得高的尺寸稳定性。多孔主体中微孔的尺寸可通过组合例如拉伸温度和拉伸比等条件来调节。
[0064]当PTFE用于形成支承层时,例如通过将如石脑油等液体润滑剂与PTFE微细粉末混合、利用挤出成型等使所产生的材料形成管状形状并拉伸该管状形状的材料,可以获得形成支承层的管。通过在温度保持为PTFE微细粉末的熔点以上(例如约350°C至约550°C )的加热炉中将所述管保持几十秒至几分钟来烧结所述管,可以提高尺寸稳定性。
[0065]PTFE微细粉末的数均分子量的最小值优选是50万,更优选是200万。如果PTFE微细粉末的数均分子量小于所述最小值,气泡摩擦会损坏中空纤维膜4的表面或者会减低机械强度。PTFE微细粉末的数均分子量的最大值优选是2000万。如果PTFE微细粉末的数均分子量超过所述最大值,则可能难以在中空纤维膜4中形成微孔。注意,数均分子量是利用凝胶过滤色谱法测量的值。
[0066]例如通过绕支承层缠绕热塑性树脂片材并烧结该热塑性树脂片材可以形成过滤层。使用片材形成过滤层可便于拉伸,使得容易调节微孔的形状和尺寸并且减小了过滤层的厚度。片材的缠绕和烧结使支承层和过滤
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