專利名稱：浸漬型膜過濾單元及浸漬型膜過濾裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及浸潰型膜過濾單元及浸潰型膜過濾裝置，更具體地，涉及利用氣泡維持洗滌的清洗效率而且謀求小型化和節能化的浸潰型膜過濾單元以及使用這種單元的浸潰型膜過濾裝置。
背景技術：
近年來，在飲用水的制造、凈水處理、排水處理等水處理領域，越來越多地使用對水中浮游物的過濾或雜質的去除有效的采用中空纖維膜的浸潰型膜過濾單元構成的過濾裝置。又，在食品工業領域，以用于發酵的酵母的分離去除或液體的濃縮為目的，使用了采用中空纖維膜的裝置。由于使用采用中空纖維膜的這些裝置，能夠以較少的能量進行水的再生、過濾、濃縮等工作，因此出于近來以節能防止地球溫室化的考慮，受到人們的廣泛關注。這樣的浸潰型膜過濾單元，如圖1所示，具有集束多條中空纖維膜11以平面狀固定于上側固定構件21與下側固定構件22之間的過濾膜模塊10，再使用多個該過濾膜模塊10構成過濾單元I。圖3 Ca)是表示具備過濾膜模塊10的過濾單元I的示意圖，在環繞的外殼14的內側收容圖3 (b)所示的數個過濾膜模塊10。各過濾膜模塊10以一定的間隔排列。在環繞的外殼14下部，設置用于向過濾膜模塊10之間提供曝氣用的氣泡的曝氣管16。利用來自曝氣管16的氣泡,在環繞的外殼14內產生從下方向上方流出的水流，同時對中空纖維膜11進行空氣洗滌的清洗。這樣的過濾單元I單個或多個并排浸潰于存積污泥水等污水的水槽中。污水中含有的水通過過濾膜模塊10的許多中空纖維膜11的管壁，以此形成凈化過的處理水。凈化后的處理水被集中起來供再利用等用途。在這樣的過濾單元I中，由于繼續運行，在中空纖維膜11的表面上逐漸堆積固態物質。為了去除這樣的堆積物，如上所述進行空氣洗滌的清洗。進行該空氣洗滌的清洗時的曝氣功率在漬型膜過濾裝置的總體消耗功率中占較大的比例，從而可以認為，如果改善空氣洗滌的清洗效率，則能夠謀求減小曝氣功率，對浸潰型膜過濾裝置的消耗功率的減小有很大的貢獻。為了改善空氣洗滌的清洗效率，研究出在固定中空纖維膜的上下粘接部設置貫通孔(專利文獻I)、在膜清洗時降低中空纖維膜束的充填密度(專利文獻2)的技術，但是實際情況是并不能充分減小清洗時的曝氣功率。在使用多個圖1所示的平面狀排列中空纖維膜的過濾膜模塊10的過濾單元I的情況下，為了減小清洗時的曝氣功率，考慮將相鄰的過濾膜模塊10間的間隔設定得較小。過濾膜模塊10間的間隔較小時，過濾單元I的設置面積(水平剖面積)變小，中空纖維膜11的每單位設置面積的密度變大，因此即使用相同的曝氣風量，也能夠提高曝氣效率，結果能夠減小空氣洗滌的清洗時的曝氣功率。但是，將過濾膜模塊10間的間隔設定得極小時，從曝氣管16供給的氣泡不能在過濾膜模塊10間上升，而在環繞的外殼14與過濾膜模塊10之間上升，甚至于氣泡通過環繞的外殼14的外側，空氣洗滌的清洗效果大大降低。又，污水中存在的夾雜物纏繞在上下固定構件21及22或中空纖維膜11上，妨礙洗滌的清洗，有時候會造成洗不干凈等麻煩。為了去除這樣的夾雜物，通常，污水預先通過Imm左右間隔的棒條篩，然后提供給過濾裝置。但是，即使設置棒條篩也不能夠完全去除夾雜物，因此，由于過濾膜模塊10間的間隔，會導致夾雜物纏繞在固定構件21及22或中空纖維膜11上，妨礙洗滌的清洗。考慮到這樣的情況，將過濾膜模塊10間的間隔設定為12mm左右的超過需要的大值，因此實際情況是，空氣洗滌的清洗需要大量的空氣，不能增大曝氣功率的減小效果。現有技術文獻:
專利文獻1:國際公開WO 2007/040035號；
專利文獻2:日本特開平9-262443。
發明內容
發明要解決的問題:
從而，本發明的目的在于，在將含有多條中空纖維膜的束以平面狀固定于上側固定構件與下側固定構件之間的多個過濾膜模塊中，在不妨礙空氣洗滌的清洗效果的前提下，將過濾膜模塊10之間的間隔設定得較小，以謀求過濾膜單元小型化，減小膜過濾中的曝氣功率以及節能。解決問題的手段: 本發明的浸潰型膜過濾單元，是具有將含有多條中空纖維膜的束以平面狀固定于上側固定構件與下側固定構件之間的多個過濾膜模塊、包圍該多個過濾膜模塊的環繞的外殼以及從該多個過濾膜模塊下方供給氣泡的曝氣管的浸潰型膜過濾單元，其中，相鄰的過濾膜模塊之間的間隔在3 7mm的范圍內。在這里，中空纖維膜越松弛，則中空纖維膜搖動得越大，因此可以認為越松弛空氣洗滌的清洗效果越好。但是，如果中空纖維膜的松弛過度，則如圖2所示，由氣泡產生的水流如箭頭24所示，向過濾膜模塊10的側方逃逸，在圖2的符號25所示的區域，水流變弱。其結果是，空氣洗滌的清洗效果降低，污泥等污垢不能洗凈，以附著狀態殘存。該污垢進一步變大，最終會給過濾造成妨礙。從而，中空纖維膜的松弛優選為適度。又，優選為上側固定構件與下側固定構件之間的距離越大，中空纖維膜的松弛越小。具體地，所述上側固定構件與所述下側固定構件之間的距離記為D、所述上側固定構件與所述下側固定構件之間固定的中空纖維膜的長度記為L時，在500mm彡D彡IOOOmm的情況下，優選為D/L彡0.96 ;在1000mm < D彡1500mm的情況下，優選為D/L彡0.97 ;在1500mm < D彡2000mm的情況下，優選為D/L彡0.98 ;在2000mm < D彡3000mm的情況下，優選為D/L彡0.99。又，在上面所述中，在相鄰的過濾膜模塊之間，在相鄰的過濾膜模塊之間的距離記為C、所述上側固定構件及所述下側固定構件各自從厚度方向上的端面到中空纖維膜的固定位置的距離記為b的情況下，優選為2b + c = 13 17mm。該2b + c的值表示中空纖維膜不產生松弛的情況下的相鄰的浸潰型膜過濾單元的中空纖維膜之間的距離。此外，本發明的浸潰型膜過濾裝置，其中，具備多個上述任一種浸潰型膜過濾單元o發明的效果:
在本發明的浸潰型膜過濾單元中，相鄰的過濾膜模塊的中空纖維膜的固定位置之間的最接近距離設定在3 7_范圍內，因此從曝氣管供給的氣泡在多個過濾膜模塊之間從下方向上方上升，不妨礙空氣洗滌的清洗效果。而且，不會發生夾雜物纏繞在中空纖維膜上的情況。此外，由于能夠使剖面積比已有的浸潰型膜過濾單元小，因此能夠謀求空氣洗滌的清洗時的曝氣功率的減小。
圖1是示出本發明及已有的浸潰型膜過濾單元中使用的過濾膜模塊的示意立體 圖2是示出在中空纖維膜以平面狀排列的過濾膜模塊中，洗滌清洗中空纖維膜的水流向側方逃逸的情況的立體 圖3 Ca)是示出具備過濾膜模塊10的過濾單元I的示意立體圖，(b)是示出(a)的去除外側的環繞的外殼14的內部的示意立體 圖4是根據本發明一實施形態的浸潰型膜過濾單元的，圖3中的P-P線向視剖視圖；圖5是示出在圖4的浸潰型膜過濾單元的下側固定構件上中空纖維膜的固定位置的剖視 圖6是示出使用圖4及圖5所示的浸潰型膜過濾單元實際進行污水處理的試驗結果的圖。
具體實施例方式下面參照附圖對本發明的實施形態進行說明，但本發明不限于下述記載。根據本發明一實施形態的浸潰型膜過濾單元1，具有與上述圖3相同的大概結構，具備多個圖1的立體圖示意性地示出的過濾膜模塊10。在過濾膜模塊10中，如上所述，含有多條中空纖維膜的束固定于上側固定構件21與下側固定構件22之間，上側固定構件21及下側固定構件22由兩根支柱26保持一定距離地固定。中空纖維膜11是以過濾膜作為管壁的中空細絲，污水從中空纖維膜11的外部通向內部時得到過濾。圖4是圖3所示的浸潰型膜過濾單元I的P — P線向視剖視圖。在圖4中畫出3個過濾膜模塊10，但是實際浸潰型膜過濾單元I具有大約50個過濾膜模塊10。在本實施形態中，作為過濾膜模塊10，使用三菱人造絲工程株式會社(三菱X 3 > 工> 7 二 7 U^夕'' (株))制造的膜單元SADF1590R。該過濾膜模塊10，如圖1和圖4所示，上側固定構件21與下側固定構件22之間的距離D = 1150mm，在上側固定構件21與下側固定構件22之間，展開外徑約2.8mm、長度L = 1185mm (最長)的中空纖維膜11。從而，距離D與長度L之比 D/L = 0.97。如上所述，在本實施形態中，存在中空纖維膜的長度L >上下固定構件間的距離D的關系，因此中空纖維膜11固定為在上側固定構件21與下側固定構件22之間產生松弛，借助于此，能夠利用曝氣進行恰到好處的洗滌清洗。這樣，中空纖維膜11就能夠不受堵塞地繼續進行過濾。
圖5表示浸潰型膜過濾單元I的下部的下側固定構件22的配置。在本實施形態的浸潰型膜過濾單元I中，3個下側固定構件22，各自的厚度d = 30mm,上側固定構件21也具有相同的厚度。又，在下側固定構件22中，中空纖維膜11束以寬度a =約20mm固定于其厚度方向中央，在下側固定構件22的厚度方向兩側的寬度b = 5mm的部分，不存在中空纖維膜11。此外，設定相鄰的下側固定構件22之間的距離C = 5_。在這樣的配置中，假定中空纖維膜不產生松弛的情況下的相鄰的浸潰型膜過濾單元的中空纖維膜間的距離2b +c 為 15mm。使用具有這樣的配置的圖5的浸潰型膜過濾單元1，實際進行污水過濾試驗，其結果示于圖6。橫軸是從試驗開始起的天數，最初，對相鄰的模塊10間的距離c = 12mm的已有的浸潰型膜過濾單元進行31天的試驗(圖6的左側)，接著對相鄰的模塊10間的距離c =5mm的本發明的浸潰型膜過濾單元進行31天的試驗(圖6的右側)。在本試驗中，將過濾流束設定為約0.6m/d的一定值，同時調整曝氣風量，使過濾單元內的空塔速度相同，測定以已有的浸潰型膜過濾單元的曝氣風量為I的情況下的本發明的浸潰型膜過濾單元的曝氣風量之比。過濾差壓是作為過濾造成的中空纖維膜11的污垢(堵塞)的指標的測定值，中空纖維膜11的污垢越多，則過濾差壓越大。根據這些試驗結果，如圖6所示，相對于已有的浸潰型膜過濾裝置的曝氣風量，本發明的浸潰型膜過濾單元的曝氣風量之比約為0.84，可知本發明的裝置的曝氣功率得以減小。又，關于過濾差壓的行為，沒有因曝氣風量的降低造成空氣洗滌的清洗效果的降低，得到與已有的裝置相同的結果。此外，在該試驗期間，在已有的和本發明的浸潰型膜過濾裝置中的任一個中也沒有觀察到夾雜物纏繞在上側固定構件21、下側固定構件22及中空纖維月旲11上等情況。在本實施形態中，對使用3個過濾膜模塊10的浸潰型膜過濾單元I進行了說明，但是在實際裝置中，使用更多的過濾膜模塊10是不言而喻的。又，過濾膜模塊10的大小，換言之，中空纖維膜11的條數和長度也可以根據使用目的改變。工業應用性:
本發明的浸潰型膜過濾單元可以應用于飲用水制造、凈水處理、排水處理等水處理，特別是利用MBR (Membrane Bio Reactor ;膜分離活性污泥法)的水處理的領域以及食品工業領域。符號說明:
I浸潰型膜過濾單元；
10 過濾膜模塊；
II中空纖維膜；
14 環繞的外殼；
16 曝氣管；
21上側固定構件；
22下側固定構件；
26 支柱。
權利要求
1.一種浸潰型膜過濾單元，是具有將含有多條中空纖維膜的束以平面狀固定于上側固定構件與下側固定構件之間的多個過濾膜模塊、包圍該多個過濾膜模塊的環繞的外殼以及從該多個過濾膜模塊下方供給氣泡的曝氣管的浸潰型膜過濾單元，其特征在于， 相鄰的過濾膜模塊之間的間隔在3 7mm的范圍內。
2.根據權利要求1所述的浸潰型膜過濾單元，其特征在于， 在所述上側固定構件與所述下側固定構件之間的距離記為D、所述上側固定構件與所述下側固定構件之間固定的中空纖維膜的長度記為L的情況下，500_ ^ D ^ 1000mm、D/L 彡 0.96。
3.根據權利要求1所述的浸潰型膜過濾單元，其特征在于， 在所述上側固定構件與所述下側固定構件之間的距離記為D、所述上側固定構件與所述下側固定構件之間固定的中空纖維膜的長度記為L的情況下，1000mm < D ^ 1500mm、D/L 彡 0.97。
4.根據權利要求1所述的浸潰型膜過濾單元，其特征在于， 在所述上側固定構件與所述下側固定構件之間的距離記為D、所述上側固定構件與所述下側固定構件之間固定的中空纖維膜的長度記為L的情況下，1500mm < D ^ 2000mm、D/L 彡 0.98。
5.根據權利要求1所述的浸潰型膜過濾單元，其特征在于， 在所述上側固定構件與所述下側固定構`件之間的距離記為D、所述上側固定構件與所述下側固定構件之間固定的中空纖維膜的長度記為L的情況下，2000_ < D彡3000mm, D/L 彡 0.99。
6.根據權利要求1 5中的任一項所述的浸潰型膜過濾單元，其特征在于， 在相鄰的過濾膜模塊之間，相鄰的過濾膜模塊之間的距離記為c，所述上側固定構件與所述下側固定構件各自從厚度方向上的端面到中空纖維膜的固定位置的距離記為b的情況下，2b + c = 13 1 7mm η
7.一種浸潰型膜過濾裝置，其特征在于，具備多個根據權利要求1 6中的任一項所述的浸潰型膜過濾單元。
全文摘要
在本發明的具有將含有多條中空纖維膜的束以平面狀固定于上側固定構件與下側固定構件之間的過濾膜模塊的浸漬型膜過濾單元中，為了不妨礙空氣洗滌的清洗效果，謀求曝氣功率的減小，將浸漬型膜過濾單元中的過濾膜模塊(10)如下所述配置。即，將固定中空纖維膜(11)的上側固定構件(21)與下側固定構件(22)之間的距離D＝1150mm、中空纖維膜(11)的最大長度L＝1185mm的過濾膜模塊(10)配置為，其固定中空纖維膜(11)的多個下側固定構件(22)的厚度d＝30mm，在下側固定構件(22)的厚度方向中央，以寬度a＝約20mm固定中空纖維膜(11)束。設定下側固定構件(22)的厚度方向兩側的不存在中空纖維膜(11)的部分的寬度b＝5mm，此外，設定相鄰的下側固定構件(22)之間的距離c＝3～7mm。
文檔編號B01D65/02GK103118769SQ20118002800
公開日2013年5月22日 申請日期2011年7月4日 優先權日2010年7月13日
發明者福本康二, 平田茂英, 津澤正樹, 豬俁昭彥, 山本洋士 申請人:川崎重工業株式會社