用于处理废水的平膜盒的制造方法与工艺

用于处理废水的平膜盒发明的技术领域本发明涉及一种平膜盒，其在通过膜过滤处理废水的装置中用于膜过滤分离。

背景技术：
近年来，基于世界人口增加、工业化、都市化和生活标准的改善的背景，对于日常用水和工业用水的品质和量的要求已经在提高。为了保持水资源，除了常规地对从自然获得的天然水进行利用之外，还有其中利用蒸发方法或反渗透(RO)方法从海水制备淡水的方法、其中利用反渗透现象从含盐的盐水制备淡水的方法等。然而，已经有报导，自然中存在的淡水资源是有限的，而且此外利用它们的可能性由于近年来异常气候的影响而倾向于变得更狭窄。此外，对于利用蒸发方法或反渗透方法制备淡水来说，用于加热或加压的能量是必须的，因此仅有有限的区域可以利用这样的手段。作为对此的另一种方法，一种行动方针是将污水再循环。在常规的污水处理中，使用活性污泥对污水中的有机组分进行降解处理，随后进行沉降、过滤等，并且将处理过的水排出，尽管还难以完全除去细菌群如大肠杆菌(Escherichiacoli)。在MBR(膜生物反应器)中，使用分离膜过滤用活性污泥处理过的水。因此，在MBR中，可以完全除去上述有害的细菌群，并且还有许多优点，如设备的紧凑性和操作的容易控制，从而，近年来MBR已经成为受到大量公众关注的技术。利用MBR分离的水不仅可用作用于维持生活和景观的水，也可作为非饮用水，而且当与反渗透方法组合时也可以提供自来水。在使用海水的反渗透法中，应付盐浓度的高压力是必须的。当由MBR制备的处理过的水被用作原料水时，现在可以安全地并且以低能量地制备水。这样，作为用于解决据信在未来发生的水短缺的方法，MBR方法已经获得了公众的注意。为了进一步改善此方法并将它建立为低成本的高效率系统，必须保持膜的分离性能，并且同时确保透水性能。此外，当膜以浸渍在活性污泥中的状态被长时期使用时，膜的孔被由活性污泥产生的分泌物或其死体本身所阻塞，和/或被污泥中含有的杂质等阻塞，从而透水性能降低，或者要提高泵送压力来处理阻塞。这是膜的使用中的最大问题，称为结垢。针对这一问题，进行了使用化学品如次氯酸钠和盐酸来洗涤膜的操作，以解决结垢的问题，从而使膜回到新鲜的状态。因此，膜和盒需要具有抵抗那些化学品的耐性以及可以承受反向洗涤的强度。然而，在使用那些化学品的洗涤操作中，在经济和环境方面有许多问题，如在操作期间过滤工作的停止、化学品的成本、工作的麻烦性、化学品废液的处理等。因此，最大的课题是解决如何防止结垢，并且使得可用时期更长，从而使得用到化学品的洗涤操作以低成本最少。为了以较小动力获得更多的透过膜的渗透水的量，必须减少在膜中和在用于透过膜的渗透水的通道中的压力损失。此外，为了允许吸引压力有效地作用在膜的整个面积上，还要求降低在用于透过膜的渗透水的通道中的不均匀流动。目前，关于浸渍型的过滤膜组件，已经建议了如专利文献1中公开的包含多个中空纤维膜盒的过滤膜组件，以及如在专利文献2中公开的包含多个平膜盒的过滤膜组件。在中空纤维膜盒中，可以使单位体积的膜面积大，并且可以使待处理的废水的量大。然而，其在耐久性方面有一个问题，原因在于污泥、污染物等附着到盒上，并且倾向于沉降在中空纤维的束之中的间隙中。相反，在平膜盒中，可以确保的膜面积较低。然而，在污泥和污染物向膜表面上的附着和沉降小这方面存在着优点。关于平膜型膜盒，如专利文献3中提议的，存在这样的类型：其中多个敞开的狭缝布置在膜支持板的表面上，与膜支持板的上侧区到下侧区平行，以狭逢连通到在一端的集水区的方式布置。如专利文献4中提议的，还存在这样的类型：其中在具有网络结构的膜支持板的内侧形成了用于透过膜的渗透水的通道。而且，在专利文献5中，提出了一种这样的平膜盒，其中基于当透过膜的渗透水在出口方向上流动经过分离膜和膜支持板(其上布置了通道材料)之间的间隙时的压力损失，选择通道材料的规格。然而，在这样选择的平膜盒中，没有考虑在吸引时的压力损失。结果是，用于吸引泵和用于膜洗涤吹风机的驱动负荷变高，从而用于处理废水的成本增加。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利申请公开(JP-A)号136470/95专利文献2：日本专利申请公开(JP-A)号33369/99专利文献3：日本专利申请公开(JP-A)号281264/96专利文献4：日本专利申请公开(JP-A)号2012-45515专利文献5：日本专利申请公开(JP-A)号2001-321766

技术实现要素：
发明所要解决的问题本发明是考虑了上述现有技术的当前的状况而进行的，并且本发明的一个目的是选择一种通道材料和一种缓冲材料(减震材料)，它们可以同时达到减小压力损失和减小分离膜表面上的吸引压力分布，以及提供一种平膜盒，该平膜盒在低动力下，单位膜面积的废水处理流量大。解决问题的手段本发明的发明人已经对适用于达到上述目的的通道材料和缓冲材料进行了热心的研究。作为结果，他们发现，当使用具有特定的开口、线直径、厚度和孔隙度的通道材料和具有特定的织物单位重量和厚度的缓冲材料时，每单位压力损失下，透过膜的渗透水的流量增大，作为结果，完成了本发明。因此，本发明包含以下构成(1)至(4)。(1)一种用于处理废水的平膜盒，所述平膜盒包括树脂制成的膜支持板和两个分离膜，所述两个分离膜中的每一个均附着到所述膜支持板的正面和背面两者中的每一个上，其中，所述膜支持板在其正面和背面两者上都设置有落差，以使得使所述膜支持板的周缘区域与所述膜支持板的中央区域相比是高的，并且其中所述分离膜中的每一个沿着所述膜支持板的所述周缘区域附着以覆盖所述膜支持板的所述中央区域，其特征在于：在所述膜支持板的中央区域和所述分离膜中的每一个之间，从所述膜支持板侧起，依次布置通道材料和缓冲材料，用作所述通道材料的树脂网在纵向和横向上均具有0.5至3.2mm的开口、在纵向和横向上具有均为0.4至1.0mm的线直径、0.6至2.0mm的厚度和20至60％的孔隙度，并且所述缓冲材料具有10至110g/m2的织物单位重量和0.1至0.5mm的厚度。(2)根据(1)所述的用于处理废水的平膜盒，其中渗透水从所述分离膜的外侧，按所述缓冲材料、所述通道材料和布置在所述膜支持板的端部的用于所述渗透水的出口的顺序流动。(3)根据(1)或(2)所述的用于处理废水的平膜盒，其中所述通道材料是平织型的树脂网，且所述缓冲材料是无纺织物。(4)根据(1)至(3)中任一项所述的用于处理废水的平膜盒，其中所述膜支持板的所述周缘区域比所述膜支持板的所述中央区域高0.6至2mm的程度，并且在所述周缘区域和其上布置了所述通道材料和所述缓冲材料的所述中央区域之间的高度差为0.5mm以下。本发明的优点本发明的平膜盒使用具有特定的开口、线直径、厚度和孔隙度的树脂网作为通道材料并且还使用具有特定的织物单位重量和厚度的无纺织物作为缓冲材料，从而可以得到压力损失的减小和分离膜表面上的吸引压力分布的减小。作为结果，单位膜面积的渗透水量增加，并且因此，现在可以处理大量的废水并且以低成本用低动力完成操作。附图简述图1示出了按照本发明的用于处理废水的平膜盒的一侧的构成的略图。图2是显示常规类型的具有沟形通道的膜支持板的一个实例的示意图。实施发明的最佳模式现在将参照附图说明本发明的用于处理废水的平膜盒。本发明的平膜盒具有如图1中所示的那样的构造，即，将树脂网作为通道材料2布置在膜支持板3的中央区域5中，将缓冲材料6进一步布置在其上，并且此外沿着膜支持板3的周缘区域4将分离膜1附着在其上。在本发明中，当吸引时，分离膜1处于被推到通道材料2侧的状态。因此起到膜保护作用的缓冲材料6必须布置在分离膜1和通道材料2之间。在吸引时，尽管在图1中示出了平膜盒的膜支持板3的仅一侧的构成，在本发明中，在膜支持板3的正面和背面两者上设置相同的构造。参照图1说明透过本发明的平膜盒中的膜的渗透水的流动。这样，使待处理的溶液与分离膜1的外表面接触，并且随后进行从分离膜1的外侧到内侧的过滤。透过膜的过滤后的渗透水经过布置在分离膜1和膜支持板3之间的缓冲材料6，并且随后经过通道材料2中的间隙，在附接至膜支持板3的一端的用于渗透水的出口7的方向上流动，并且从渗透水的出口7排放至平膜盒的外部。在本发明的平膜盒中，优选的是，使膜支持板3的周缘区域4比膜支持板3的中央区域5高0.6至2mm的程度。将通道材料2和缓冲材料6布置在由此形成的中央区域5的凹空间中。在该情况下，优选的是，使由此导致的在中央区域5和周缘区域4之间的落差为0.5mm以下。缓冲材料6被布置成覆盖附着至膜支持板3的通道材料2，并且附着至通道材料2。将分离膜1附着至周缘区域4，以覆盖其上布置了通道材料2和缓冲材料的膜支持板3。当膜支持板3的中央区域5的凹空间的厚度(从周缘区域4起的落差)过大时，必须的是使每一片平膜盒的厚度大，从而每个膜单元可以布置的盒的数量减少。备选地，当在不改变厚度的情况下使中央区域5的凹空间大时，那么现在必须的是使膜支持板3的中央区域5薄，从而平膜盒的强度下降。当膜支持板3的中央区域5的凹空间的厚度过小时，用于透过膜的渗透水的通道变得狭窄，从而压力损失变高。此外，当从周缘区域4起的落差过大时，发生由于在落差区域的分离膜1的弯曲导致的破损或分离膜1的脱离。因此，优选的是，膜支持板3的中央区域5和周缘区域4具有如上所示的高度差。对于分离膜1的材料没有特殊的限制。可以适当地选择来自例如聚氯乙烯、氯化聚氯乙烯、聚醚砜、聚四氟乙烯和它们的混合物的膜。分离膜1的厚度优选为80至150μm。当厚度过大时，对渗透水的阻力变高，从而可能降低水透过性，而当它过薄时，存在膜强度变得不足的可能性。对膜支持板3的材料没有特殊的限制，只要它具有可以保持整个平膜盒的形状的刚性即可。可以适当地选择来自例如ABS树脂、氯乙烯和聚碳酸酯的膜。优选的是，膜支持板的大小按长度和宽度分别为300mm×200mm至1,200mm×550mm，周缘区域的宽度为10mm至20mm，且中央区域的厚度为2至4mm。膜支持板3的中央区域5和周缘区域4之间的落差可以通过将膜支持板的周缘区域与相同材质的板状材料附着的方式形成。为了满足作为用于渗透水的通道的功能，必要的是，通道材料2具有在特定范围内的开口、线直径、厚度和孔隙度。在可商购的产品中，优选的是，例如，使用由NipponFilcon制造的DOP-18K的平织型的树脂网。优选的是，通道材料2良好地配合到通过被膜支持板的周缘区域环绕所形成的中央区域的凹空间中。对于用于用作通道材料2的树脂网的材料没有特殊的限制。可以适当地选择来自树脂如聚酯和尼龙的膜。必要的是，通道材料2的孔隙度为20至60％。孔隙度是在由通道材料2中所使用的树脂网形成的通道空间中开口部分的面积与总面积的比率，并且通过下式计算。孔隙度(％)＝{(开口)2/[(开口)+(线直径)]2}×100采用在纵向上由通道材料2的开口和线直径算得的孔隙度和在横向上由通道材料2的开口和线直径算得的孔隙度的平均值作为通道材料2的孔隙度。当使用具有超出20至60％范围的孔隙度的通道材料2时，在通道中的吸引压力的分布的不平衡变得过大，这导致在膜上的吸引压力的差。因此，不再可能令整个膜有效地起作用。当通道材料2的孔隙度过大时，分离膜1在吸引时被粘到通道材料2的开放部分，并且使通道变窄。此外，当孔隙度小时，在通道材料2中的透过膜的渗透水的压力损失变大。关于通道材料2的开口和线直径，纵向和横向的开口都选自0.5至3.2mm的范围，并且纵向和横向的线直径都选自0.4至1.0mm的范围，因而孔隙度落在20至60％的范围内。关于通道材料2的厚度，必要的是为0.6至2.0mm。当它小于0.6mm时，用于透过膜的渗透水的通道空间变窄，从而压力损失增加。当网的厚度大于2.0mm时，整个平膜盒本身的厚度变大，并且每个膜单元可以布置的盒的数量减少。缓冲材料6具有以下功能：吸收施加至分离膜1的应力；防止分离膜1由于吸引压力而附着至通道材料2；以及保护分离膜1。关于缓冲材料6，可以举例的有无纺织物、网络结构体、海绵、橡胶、膜片等。在本发明中，优选的是使用无纺织物，其防止分离膜附着至通道材料；其对透水的阻力小；其即使厚度小也有大的强度；并且其可以保持形状。缓冲材料6的织物单位重量优选为10至110g/m2，且缓冲材料6的...