膜过滤设备及其操作方法

专利名称：膜过滤设备及其操作方法
技术领域：
本发明涉及用于通过中空纤维膜来分离和过滤水的设备的结 构，更具体地说，本发明涉及一种即使在原水的混浊度高的情况下也 能够在高返回率下稳定地进行膜过滤的膜过滤设备。
背景技术：
由于通过分离膜来过滤水的膜过滤方法具有节省能量、节省空 间、节省功率以及提高水质等诸多特点，所以这种方法已经广泛地用 于各种领域。例如，使用微滤膜或超滤膜的膜过滤法己经应用于从河 水、地下水和污水处理水中生产工业水或自来水的水净化生产过程。
从在单位体积上获得较大膜面积的角度看，中空纤维膜组件已
经应用于各种流体处理领域，例如化学精炼、无菌过滤以及澄清等。 对于中空纤维膜组件，存在加压式中空纤维膜组件和浸没式中 空纤维膜组件。在加压式中空纤维膜组件中，无开口的耐压圆筒容器 装有多个中空纤维膜的束，中空纤维膜束的两端部分与圆筒容器的内 壁粘合并固定在一起，中空纤维膜束的一端或两端被切掉以使中空纤 维膜内部敞开，该敞开端配有用于收集已过滤水的己过滤水收集部 分，并设置有用于向圆筒容器供应原液的原液供应口，并且通过中空 纤维膜的表面来过滤引入组件的加压原水。同时，在浸没式中空纤维 膜组件中，中空纤维膜束的两端通过粘合剂粘合并固定在一起，中空 纤维膜束的一端或两端被切掉以使中空纤维膜内部敞开，该敞开部分 配有用于收集已过滤水的已过滤水收集部分，中空纤维膜组件浸入位 于向空气敞开的浸没容器内的原水中，并且配有已过滤水收集部分一 侧的渗透水被吸附并过滤。
从加压式中空纤维膜组件的设定过滤压力大于浸没式中空纤维 膜组件的设定过滤压力的角度看，加压式中空纤维膜组件能够增加单
位膜面积的处理量。因此，可以减少用于过滤过程的膜的数量，因而 减少了安装空间。同时，通过以下方式使用浸没式中空纤维膜组件 在没有围绕中空纤维膜的耐压圆筒容器的情况下，使中空纤维膜束浸 入渗透原水中。因此，易于排放阻塞在中空纤维膜之间的悬浮物，也 就是说，具有悬浮物排放性能良好的优点，因而即使在高混浊度的水 中也可以进行膜过滤。此外，由于过滤系统简单并且辅助管道数量少， 所以具有降低设备成本的优点。
如上文所述，浸没式膜组件具有如下优点由于没有提供耐压 圆筒容器，所以在排放阻塞在膜与膜之间的悬浮物方面性能良好；并 且即使在高混浊度的水中也能够进行膜过滤。因此，已经对于其中装 有原水(浸没式膜组件设置于原水中)的浸没容器进行了各种研究， 使得即使在高混浊度的原水中也可以进行膜过滤。
例如，专利文献1公开了一种设备，在该设备中，包括多个平 行布置的管形陶瓷分离膜的多个膜组件堆叠在一起，在膜组件下方布 置有空气扩散管，并且在空气扩散管下方的区域中形成有沉淀区。在 这种设备中，膜组件水平布置，使得管形分离膜的纵向与水平方向对 应。该设备配有沉淀区以降低膜组件附近的原水的混浊度，因此当通 过在容器中进行的空气洗涤操作使悬浮物从分离膜表面脱落时，可以
容易地将悬浮物沉淀在沉淀区中。
专利文献2公开了一种挡板，该挡板布置在空气扩散装置与浸 没容器底部之间，用于防止空气洗涤操作使沉淀在沉淀区中的悬浮物 再次浮起。
专利文献3公开了一种设备，在该设备中，在用于活性污泥处 理的充气箱(处理箱)中布置有平面膜组件，并且在膜组件下方布置 有空气扩散装置，其中处理箱在同一水平截面内所占的面积设置为膜 组件面积的三倍或更多。按照上述方式增大处理箱的内部面积，以便 使得由供应自空气扩散装置的空气所引起的箱内循环流容易流动，因 而提高了阻塞在膜与膜之间的悬浮物的排放性能。
然而，特别的是，对于浸没式膜组件中的浸没式中空纤维膜组 件，由于多个中空纤维膜被捆束并且布置在组件中，所以每单位体积
的膜面积较大。因此，具有如下缺点悬浮物很容易填充在膜与膜之 间。因此，仅通过上述常规技术难以处理高混浊度的原水。为此，通 常采用以下方法在过滤过程以及物理清洁过程中进行空气洗涤的持 续空气洗涤法；定期排出聚集在浸没容器内的大部分原水以使原水在 聚集之前以相对清澈的原水流动的方法(完全排水法)，或者结合了 这两种方法的方法。
虽然持续空气洗涤法主要广泛用于下水道污水处理，但是存在 的实际问题是运行成本巨大，另一个问题是作为用于高混浊度原水的 稳定操作方法而言缺乏可靠性。
另一方面，在完全排水法中，当聚集在容器内的水的浓度升高 并达到预定浓度时排放全部水，然后在下次聚集之前使容器充满原 水。因此，作为用于高混浊度原水的稳定操作方法，这种方法是可靠 的。然而，浸没式膜组件布置在宽的浸没容器中。因此，如果在悬浮 物排放性能良好的常规设备中采用完全排水法，聚集在浸没容器中的 大部分水被排放，因而存在操作返回率大大降低的问题。
在本文中，浸没容器的内表面可以设置为具有与膜组件的形状 类似的形状，并且具有与膜组件的尺寸大致相同尺寸。在这种情况下， 甚至采用完全排水法，也可以解决操作返回率大大降低的问题。然而， 如果浸没容器的内表面具有与膜组件的形状相似的形状，并且具有与 膜组件的尺寸大致相同的尺寸，则与通过将中空纤维膜束插入耐压圆 筒容器而形成的加压式组件之间几乎没有功能差异，因此阻塞在膜与 膜之间的悬浮物的排放性能将大大降低。
对于包含有上述浸没式中空纤维膜组件的膜过滤设备而言，悬 浮物排放性能的提高与操作返回率的提高之间存在一种权衡关系，并 且认为难以同时满足这二者。
专利文献1: JP-A-2002-191946
专利文献2: JP-A-9-220441
专利文献3: JP-A-8-267083
发明内容本发明要解决的问题
本发明提供了一种膜过滤设备，其中在浸没容器中布置有用于 通过吸附和过滤作用分离固体和液体的浸没式中空纤维膜组件；在中 空纤维膜组件下方布置有空气扩散管；并且在中空纤维膜组件上面布 置有原水供应口。根据所述膜过滤设备，排放阻塞在膜与膜之间的悬 浮物的排放性能是高的；即使在采用完全排水法的情况下也能保持高 操作返回率；并且即使对于高混浊度的原水，也可以在高返回率下进 行稳定的膜过滤操作。 解决上述问题的方案
为了解决上述问题，提供了一种膜过滤设备，在所述膜过滤设 备中，浸没容器的上部具有原水供应口，所述浸没容器的下部具有排 水口，在所述浸没容器中布置有通过捆束多个中空纤维膜而形成的浸 没式中空纤维膜组件，使得所述中空纤维膜的纵向与竖直方向对应， 并且在所述中空纤维膜组件下方布置有空气扩散管，其中，所述原水 供应口布置在中空纤维膜组件的上方；在布置有中空纤维膜组件的水 平截面内，所述中空纤维膜的截面面积与所述浸没容器的容器内截面 面积之比为60%力0%;所述空气扩散管与所述浸没容器底部之间的 距离为200mm或更多；并且所述排水口布置在所述空气扩散管下方 200mm或更多的位置。
在这种情况下，优选的是，在布置有中空纤维膜组件的水平截 面内，所述中空纤维膜的截面面积与所述浸没容器的容器内截面面积 之比为70%-80%;所述空气扩散管与所述浸没容器底部之间的距离 为200mm-700mm。
另外，优选的是，所述中空纤维膜组件具有以下结构多个中 空纤维膜的至少上端和下端被捆束；在中空纤维膜端面敞开的状态 下，使中空纤维膜束的上端被捆束并固定；在中空纤维膜的敞开端面 上布置有集水部分；并且在中空纤维膜端面封闭的状态下，使中空纤 维膜束的下端由多个小束捆束而成。
另外，优选的是，所述排水口布置在所述浸没容器的底部。 在使用所述膜过滤设备来过滤原水的操作方法中，有效的是，
定期地使所述浸没容器中的水位下降到所述空气扩散管下方200mm 或更多的位置。另外，在使用所述膜过滤设备来过滤原水的操作方法 中，优选的是，定期地使所述浸没容器中的一部分水从所述排水口排 放。
本发明的效果
根据本发明，可以将排放阻塞在膜与膜之间悬浮物的良好排放 性能保持为高，这是浸没式膜组件的优点；并且即使在定期排放浸没 容器中的全部或者大部分水时，也可以保持高的操作返回率。另外， 由于原水中所包含悬浮物的相当多的一部分没有被膜过滤并沉淀在 浸没容器底部附近，所以以聚集或集中状态存在。因此，即使对于相 对高混浊度的原水，也可以在高返回率下进行稳定的膜过滤操作。


图l是示出根据本发明的膜过滤设备的实施例的示意性剖视图。 图2是示出沿着图1所示的水平线Z-Z截取的水平剖面的示意 性剖视图(从上面观看)。
图3是示出用于本发明的中空纤维膜组件的实施例的示意性剖视图。
图4是示出根据本发明的膜过滤设备的另一个实施例的示意性 剖视图。
图5是示出沿着图4所示的水平线Z-Z截取的水平剖面的示意 性剖视图(从上面观看)。
图6是示出在图1所示的膜过滤设备中当进行空气洗涤时浸没 容器中的水流的示意性剖视图。
附图标记和符号"i兌明
1:浸没容器，1A:浸没容器的内表面，2:中空纤维膜组件， 2B:中空纤维膜组件的外表面，3:空气扩散管，4:空气扩散孔，5: 渗透水管，6:原水供应口， 7:排水管线，8:中空纤维膜，9a、 9b: 粘合固定部分，10:集水帽，11:空气引入筒，12:渗透孔，13:排
水口 。
具体实施例方式
在根据本发明的膜过滤设备中，在上部具有原水供应口、下部 具有排水口的浸没容器中布置有通过捆束多个中空纤维膜而形成的 浸没式中空纤维膜组件，使得中空纤维膜的纵向与竖直方向对应，并 且在中空纤维膜组件下方布置有空气扩散管。原水供应口布置在中空 纤维膜组件的上方；在布置有中空纤维膜组件的水平截面内，中空纤 维膜的截面面积与浸没容器的容器内截面面积之比为60%-90%;空 气扩散管与浸没容器底部之间的距离为200mm或更多；并且排水口 布置在空气扩散管下方200mm或更多的位置。
下面将结合示意性示出根据本发明最佳实施例的膜过滤设备的 附图对本发明进行描述。本发明的范围不限于该实施例。
图1是示出根据本发明的膜过滤设备的实施例的示意图，图2 是示出沿着图1所示的水平线Z-Z截取的浸没容器和中空纤维膜组 件的示意性剖视图(从上面观看)。图3是示出图1所示的中空纤维 膜组件的实施例的示意性放大剖视图。图4是示出根据本发明的膜过 滤设备的另一个实施例的示意性剖视图。图5是示出沿着图4所示的 水平线Z-Z截取的浸没容器和中空纤维膜组件的示意性剖视图(从 上面观看)。
在本发明中，浸没式中空纤维膜组件2具有通过粘合并固定中 空纤维膜束的两端而形成的结构，其中该中空纤维膜束是通过集中并
捆束多个(例如，几百至几万)中空纤维膜8而形成的。优选的是， 中空纤维膜组件是以下类型在中空纤维膜端面敞开的状态下将已过 滤水收集部分布置在粘合固定部分的一端9a，而在中空纤维膜端面 封闭的状态下使另一端9b粘合并固定(如图1和图3等图所示)。 然而，中空纤维膜组件也可以是以下类型在中空纤维膜的两个端面 都敞开的状态下使粘合固定部分的两端粘合并固定，并且在固定部分 上设置已过滤水收集部分。
如果中空纤维膜8为具有所需过滤性能的多孔中空纤维膜，则
中空纤维膜8不受特别的限制，但是优选地由选自如下群组的一种材 料制成，该群组由诸如聚丙烯腈、聚苯砜、聚苯硫醚砜、聚偏二氟乙 烯、聚丙烯、聚乙烯、聚砜、聚乙烯醇和乙酸纤维素等聚合物材料构 成，或者由诸如陶瓷等无机材料构成，从膜强度的方面看，更优选地 由聚偏二氟乙烯制成。虽然在中空纤维膜表面上形成的孔直径不受特
别的限制，但是可以选择为在0.001pm-l^n范围内具有所需过滤性 能。中空纤维膜8的外径同样也不受特别的限制，但是优选地在 250pm-200(^m的范围内，这是因为中空纤维膜的波动很大并且清洁 性能优良。
虽然用于粘合和固定中空纤维膜束两端的粘合剂不受特别的限 制，但是优选地使用诸如环氧树脂和聚氨酯树脂等热固性树脂。
在中空纤维膜束的两端形成的粘合固定部分9a和9b通过布置 在其间的多个中空纤维膜部分相互连接。在所述多个中空纤维膜部分
中，中空纤维膜平行编织并表现出膜过滤功能。所述多个中空纤维膜 部分中的平行编织束的外周可以具有不插入加强件的结构(具体如图 3所示)，并且也可以具有插入加强件的结构(未示出)。例如，作 为插入加强件的结构，存在以下结构在平行编织束的外围或内部布 置l-30根加强支撑件(例如，金属杆)，以使粘合固定部分通过这 些支撑件相互连接；或者存在以下结构在粘合固定部分之间布置诸 如网等多孔板状材料以覆盖中空纤维膜编织束的外周。例如，作为支 撑件，存在横截面积为3mm、700mr^的圆筒状支撑件。
在根据本发明的中空纤维组件中，粘合固定部分9a在中空纤维 膜端面敞开的状态下一体地粘合，并且在多个中空纤维膜被捆束的上 端处形成，在中空纤维膜的敞开端面上布置由集水帽IO形成的集水 部分。
设置在中空纤维膜束的下端处的粘合固定部分9b可以具有以下 结构在膜端面封闭的状态下并在多个小束单元被粘合和固定的位置 处形成粘合固定部分。由于具有这种小束单元，所以可以进一步提高 从组件内部排放悬浮物的排放性能。在中空纤维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独立，并且
在小束之间存在缝隙。在中空纤维膜束的下端处形成的小束的数量优 选为每一个膜组件3束-50束，而形成小束的中空纤维膜的数量优选
为50根-2000根。
在根据本发明的膜过滤设备中，如图2所示，膜组件2布置于 浸没容器1中，在膜组件的从上端部分到下端部分的高度的水平截面 内，膜组件的截面面积与浸没容器的容器内截面面积之比等于膜组件 外表面2B的截面面积与浸没容器内表面1A的截面面积之比(百分 比)。当膜组件2的截面面积或浸没容器1的截面面积不恒定，并且 膜组件的截面面积在浸没容器的水平截面面积中所占的比例随着布 置于浸没容器1中的膜组件2的从上端部分到下端部分的高度而变化 时，上述比例的最大值可以为60%-90%范围内的预定值。
在定义膜组件的截面面积与浸没容器的容器内截面面积之比时 所称的膜组件，是指从一端的粘合固定部分到另一端的粘合固定部分 的部分，而不包括属于附近区域的集水帽或空气引入筒。从膜组件2 的上端部分到下端部分，该膜组件的外表面2B的截面面积，在存在 粘合固定部分9a和％的情况下是指被外围部分所包围的面积，在中 空纤维膜位于粘合固定部分之间的一部分敞开的情况下是指包括整 个中空纤维膜在内的包络面积。在中空纤维膜束位于粘合固定部分之 间的外围部分被诸如网等多孔板状材料所覆盖的情况下，该截面面积 是指被诸如网等外围部分所包围的面积。
在浸没容器内布置有多个中空纤维膜组件的情况下(如图4所 示)，该截面面积是指通过以浸没容器的内表面1A的截面面积为分 母、以膜组件的外表面2B的截面面积之和为分子所计算出的比率(如 图5所示)。
在本发明中，虽然在膜组件2的下方布置有用于空气洗涤的空 气扩散管3，以便使中空纤维膜组件中聚集的悬浮物排出膜组件系 统，但结构或材料不受限制。在空气扩散管3中，空气扩散孔4形成 为使供应自送风机(未示出)或类似设备的压縮空气向浸没容器1 中的原水扩散，但空气扩散孔的直径或数量不受限制。
在本发明中，空气扩散管与浸没容器底部之间的距离，是当形
成于空气扩散管3中的空气扩散孔4的位置被自浸没容器底部起的高 度所表示时的距离。在浸没容器底部的位置中，当底部具有如附图所 示的圆锥形状时，底部的基本上最低的位置是基准位置。当空气扩散 孔4的高度随着各个空气扩散孔而变化时，该距离是指从浸没容器底 部到位于最低位置的空气扩散孔的距离。
接下来，将描述使用膜过滤设备进行的膜过滤操作，其中该膜 过滤设备包括具有上述结构的浸没式中空纤维膜组件，并且还将描述 本发明的优点。
根据诸如水的处理量或者浸没容器的面积等条件，在浸没容器1
内布置一个或几百个中空纤维膜组件2。在这种情况下，预先将包含
悬浮物的原水放入浸没容器1中。当在中空纤维膜端面敞开的状态下 粘合并固定的上部粘合固定部分被泵抽吸时，包含悬浮物的原水被中
空纤维膜8分离成固体和液体(已过滤的)，然后通过渗透水管5 将已过滤水从集水帽IO送到集水管。当原水被吸收并且从浸没容器 l中取出已过滤水时，浸没容器中的水位降低。因此，根据需要间歇 地或定期地向浸没容器供应原水。
在本发明中，在这种情况下，在膜组件上面布置有原水供应口 6，
膜组件的截面面积在浸没容器的容器内截面面积中所占的比例为 60%-90%。为此，原水中悬浮物的相当多的一部分跟随着由原水流入 引起的下降流，再经过膜组件2与具有一些空间的浸没容器2之间的 间隙或者多个膜组件之间的间隙，然后沉淀到浸没容器的底部。在本 发明中，从布置在膜组件2下方的空气扩散管3到浸没容器底部的距 离为200mm或更多。因此，沉淀在空气扩散管下方的悬浮物聚集在 低于该空气扩散管的位置而不转向膜过滤表面，因此可以降低中空纤 维膜8附近的悬浮物浓度。因此，可以防止因悬浮物而引起阻塞。
没有沉淀的一部分悬浮物到达中空纤维膜8的膜表面附近，并 且附着在膜的表面上和膜孔内部。为此，当在预定时间完成过滤过程 时，进行以下清洁操作(逆流清洁)使己过滤水或压縮空气沿着从 集水帽IO到原水的方向流动，以便剥离附着在膜孔内部的悬浮物， 和/或进行以下清洁操作(空气洗涤)通过布置在膜组件下方的空气引入筒11和下部粘合固定部分的渗透孔12，从布置在中空纤维膜
组件2下方的空气扩散管3的空气扩散孔4向中空纤维膜8供应压縮 空气，以便使该中空纤维膜振动，从而剥离附着在中空纤维膜表面上 的悬浮物，然后再从中空纤维膜上排出悬浮物。
图6示出了在图1所示的膜过滤设备中进行空气洗涤时浸没容 器中的水流。在本发明中，确保没有安装膜组件的容器内空间处于预 定范围内，使得膜组件2的截面面积在浸没容器1的容器内截面面积 中所占的比例为60%-90%。因此，可以提供高的排放阻塞在中空纤 维膜之间的悬浮物的排放性能，这是浸没式膜组件的优点，并且通过 逆流清洁和空气洗涤从中空纤维膜上剥离的悬浮物可以立即从该膜 组件上排出。剥离的悬浮物在浸没容器中浮起，经过膜组件2与浸没 容器1的内壁之间的缝隙或者多个膜组件之间的缝隙，然后沉淀到浸 没容器的底部中。此时，悬浮物中的一部分沉淀到空气扩散管下方的 悬浮物聚集空间中，而悬浮物中的另一部分沿着空气流再次移动到中 空纤维膜表面附近。
在本发明中，从布置在膜组件2下方的空气扩散管3到浸没容 器底部的距离为200mm或更多。因此，即使在进行空气洗涤时，在 空气扩散管下方并且悬浮物聚集和集中的区域内的水不会混合。因 此，移动到空气扩散管下方并且几乎不受空气洗涤影响的区域内的悬 浮物不会再次漂浮，并且不会移动到中空纤维膜8附近。
如上文所述，在膜过滤设备中，可以在进行空气洗涤时容易地 将阻塞在中空纤维膜之间的悬浮物排放到其外部，并且可以将悬浮物 中的至少一部分沉淀在空气扩散管下方。另外，沉淀到浸没容器1 底部附近的聚集和集中的悬浮物不会再次浮起。
重复进行膜过滤过程、逆流清洁和空气洗涤，并且定期地从排 水管线7中排出聚集和集中在浸没容器1底部的悬浮物。因此，即使 对于高混浊度的原水，也可以持续进行稳定的膜过滤操作。
然而，在浸没式中空纤维膜组件中，多个成束的中空纤维膜布 置在组件中并且每单位体积的膜面积较大。因此，存在悬浮物很容易 填充在膜与膜之间的问题。因此，即使在膜过滤设备的情况下，未沉
淀在浸没容器底部并且浮起的悬浮物也会停留在中空纤维膜8的膜 表面附近，并且在长时间的操作过程中，中空纤维膜附近的悬浮物浓 度会变高。因此，难以进行稳定的操作。
为了解决这个问题，需要进行能够降低中空纤维膜8附近的悬
浮物浓度的操作。例如，定期地排放浸没容器1中具有较高悬浮物浓 度的水的大部分或者全部，作为替代，进行使相对清洁的原水(具有 相对少量悬浮物的原水)流出的完全排水法。在常规的浸没式中空纤 维膜组件的情况下，由于膜组件的体积在浸没容器的容积中所占的比 例很小，所以在进行完全排水法时，过滤操作的水返回率(操作返回
率)大大降低。然而，在本发明中，由于膜组件2的截面面积在浸没 容器1的水平截面面积中所占的比例为60%-90%，所以即使在进行 完全排水法的情况下也可以保持高的操作返回率。
如果在根据本发明的膜过滤设备中进行完全排水法，可以迸行 操作，使得浸没容器1中的水位下降到空气扩散管3下方200mm或 更多的位置。在根据本发明的膜过滤设备中，即使进行空气洗涤，停 留在空气扩散管下方200mm位置以及比该位置更低位置处的悬浮物 也不发生浮起。因此，在进行空气洗涤时，不需要更换停留在空气扩 散管下方200mm或更多位置的水。为此，在定期地进行完全排水时
排放浸没容器中的水，使得浸没容器中的水位下降到空气扩散管下方 200mm或更多，从而充分降低中空纤维膜8附近的悬浮物的浓度， 这符合完全排水的目的。
具体地说，如果浸没容器在中空纤维膜的竖直下方具有很大空 间，则优选的是不使浸没容器中的大部分或者全部水排放，从而减少 过度排放的水以提高操作返回率，并且使水位降低到空气扩散管下方 200mm-400mm的位置。当通过上述操作方法进行完全排水时，即使 对于使用了在中空纤维膜2的竖直下方具有很大空间的浸没容器的 膜过滤设备来说，也可以保持高的操作返回率。
在即将进行完全排水之前，可以通过调节浸没容器中的水位， 使在该容器中高于中空纤维膜组件2的水量尽可能减少，这样可以保 持更高的操作返回率。空气扩散管3布置在尽可能接近中空纤维膜组
件2下端的位置，从而可以更进一步地降低进行完全排水时的排水 量，这样可以提高操作返回率。
如上文所述，根据本发明的膜过滤设备，可以将排放阻塞在膜 与膜之间悬浮物的排放性能保持为高，这是浸没式膜组件的优点；并 且即使在定期地排放浸没容器中的全部或者大部分水时，也可以保持 高的操作返回率。另外，由于原水中所包含悬浮物的相当多的一部分 没有被膜过滤并沉淀在浸没容器底部，所以即使对于相对高混浊度的 原水，也可以在高返回率下进行稳定的膜过滤操作。
为了在大幅提高操作返回率的同时保持优良的悬浮物排放性 倉g，出于安装空间和构造成本的考虑，更优选的是将膜组件2的截面 面积在浸没容器1的水平截面面积中所占的比例设置为70%-80%， 并且更优选的是将空气扩散管3与浸没容器底部之间的距离设置为 200mm-700mm。
在使原水中的悬浮物的沉淀性能提高的情况下(例如，在向原 水中添加凝结剂的情况下)，漂浮在中空纤维膜附近的悬浮物的数量 会变少。因此，通过采用定期排放浸没容器中的一部分水而不是定期 进行完全排水的操作方法，可以在高返回率下进行稳定的操作。然而， 即使在这种操作方法中，当膜组件2的截面面积在浸没容器1的水平 截面面积中所占的比例高时，悬浮物排放性能会变低。当该比例低时， 设备的安装面积会变宽，并且成本会提高。因此，即使在进行这种操 作方法的情况下，出于安装空间和构造成本考虑，有效的是使膜组件 2的截面面积在浸没容器1的水平截面面积中所占的比例为 60%-90%，优选的是将该比例设置为70%-80%。另外，有效的是使 空气扩散管3与浸没容器底部之间的距离为200mm或更多，优选的 是将该距离设置为200mm-700mm。
实例
<实例1>
由3500根中空纤维膜(由聚偏二氟乙烯制成)形成的中空纤维 膜束的外径为1.5mm，内径为0.9mm，长度为约1000mm，在中空纤
维膜的上端端面敞开并且中空纤维膜的下端端面封闭的状态下，通过 基于聚氨酯的粘合剂捆束并固定该中空纤维膜束，从而制成了膜面积 为151112的中空纤维膜组件。如图3所示，这种膜组件具有位于下端 粘合固定部分中的渗透孔12，并且该膜组件的结构为在下部粘合 固定部分下方设置有空气引入筒11，而上部粘合固定部分的上面设 置有集水帽10。在上部粘合固定部分与下部粘合固定部分之间安装 有由聚乙烯制成的网状多孔板(未示出)，以便包围该中空纤维膜束 的外围。
将一个中空纤维膜组件沿竖直方向布置在图1所示的浸没容器 中。此时，膜组件的截面面积在浸没容器的水平截面面积中所占的比
例为75%，空气扩散管与浸没容器底部之间的距离为300mm，并且 在以下条件下进行膜过滤测试。
使用混浊度为2-50的湖水作为原水，在0.5m/天的膜过滤流速 下进行30分钟的过滤过程，然后通过加入了 10mg/L次氯酸钠的经 膜过滤的水，在1.0m/天的流速下进行30秒的逆流清洁过程，并且 在100L/Min的空气流量下进行60秒的空气洗涤过程。每当过滤、 逆流清洁和空气洗涤重复12次时，就排放出浸没容器中的全部水， 并且操作返回率设置为98%。
虽然这些操作持续进行大约一周，但是在测试周期中没有观测 到在膜与膜之间出现压差，并且可以持续进行稳定的膜过滤操作。
<比较例>
在不同尺寸的浸没容器中安装中空纤维膜组件或类似装置，使 得膜组件的截面面积在浸没容器的水平截面面积中所占的比例为 95%，空气扩散管与浸没容器底部之间的距离为100mm，其中使用 在实例1中使用的中空纤维膜组件。在上述操作条件中，只改变使浸 没容器中的全部水排放的排放次数，而膜过滤流速、操作返回率等设 置为与上述条件相同。在这些条件下，进行与实例1相同的膜过滤测 试。
结果，膜与膜之间的压差以1.0kPa/天的速率升高。
<比较例2>
在不同尺寸的浸没容器中安装中空纤维膜组件或类似装置，使 得膜组件的截面面积在浸没容器的水平截面面积中所占的比例为 30%，空气扩散管与浸没容器底部之间的距离为500mm，其中使用 在实例1中使用的中空纤维膜组件。在上述操作条件中，只改变使浸 没容器中的全部水排放的排放次数，而膜过滤流速、操作返回率等设 置为与上述条件相同。在这些条件下，进行与实例1相同的膜过滤测 试。
结果，膜与膜之间的压差以1.0kPa/天的速率升高。 工业实用性
使用浸没式中空纤维膜组件的上述膜过滤设备可应用于污水处 理、工业废水处理以及供水处理。
权利要求
1.一种膜过滤设备，在所述膜过滤设备中，浸没容器的上部具有原水供应口，所述浸没容器的下部具有排水口，在所述浸没容器中布置有通过捆束多个中空纤维膜而形成的浸没式中空纤维膜组件，使得所述中空纤维膜的纵向与竖直方向对应，并且在所述中空纤维膜组件下方布置有空气扩散管，其中，所述原水供应口布置在中空纤维膜组件的上方；在布置有中空纤维膜组件的水平截面内，所述中空纤维膜的截面面积与所述浸没容器的容器内截面面积之比为60％-90％；所述空气扩散管与所述浸没容器底部之间的距离为200mm或更多；并且所述排水口布置在空气扩散管下方200mm或更多的位置。
2. 根据权利要求1所述的膜过滤设备，其中， 在布置有中空纤维膜组件的水平截面内，所述中空纤维膜的截面面积与所述浸没容器的容器内截面面积之比为70%-80%;所述空 气扩散管与所述浸没容器底部之间的距离为200mm-700mm。
3. 根据权利要求1所述的膜过滤设备，其中， 所述中空纤维膜组件具有以下结构多个中空纤维膜的至少上端和下端被捆束；在中空纤维膜端面敞开的状态下，使中空纤维膜束 的上端被捆束并固定；在中空纤维膜的敞开端面上布置有集水部分； 并且在中空纤维膜端面封闭的状态下，使中空纤维膜束的下端由多个 小束捆束而成。
4. 根据权利要求1所述的膜过滤设备，其中， 所述排水口布置在所述浸没容器的底部。
5. —种使用根据权利要求1-4中任一项所述的膜过滤设备来过 滤原水的操作方法， 其中，定期地使所述浸没容器中的水位下降到所述空气扩散管下方200mm或更多的位置。
6. —种使用根据权利要求1-4中任一项所述的膜过滤设备来过 滤原水的操作方法，其中，定期地使所述浸没容器中的一部分水从所述排水口排放。
全文摘要
本发明提供了一种膜过滤设备，即使对于相对较高混浊度的水，这种设备也能够在高返回率下进行稳定的膜过滤操作。所述膜过滤设备包括上部具有原水供应口且下部具有排水口的浸没容器(1)。在浸没容器(1)中布置有包括捆束起来的多个中空纤维膜的浸没式中空纤维膜组件(2)，使得中空纤维膜的纵向为竖直方向。在中空纤维膜组件下方布置有空气扩散管(3)。原水供应口布置在中空纤维膜组件的上方；在布置有中空纤维膜组件的水平截面内，中空纤维膜组件的截面面积与浸没容器的容器内截面面积之比为60％-90％；空气扩散管与浸没容器底部之间的距离不小于200mm或更多；并且排水口布置在空气扩散管下方200mm或更多的位置。
文档编号B01D63/02GK101370571SQ200780002710
公开日2009年2月18日 申请日期2007年1月19日 优先权日2006年1月20日
发明者久保广明, 朴常熏 申请人:东丽株式会社