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CN111587144A - 膜组件以及膜分离设备 - Google Patents

膜组件以及膜分离设备 Download PDF

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CN111587144A CN201880084717.5A CN201880084717A CN111587144A CN 111587144 A CN111587144 A CN 111587144A CN 201880084717 A CN201880084717 A CN 201880084717A CN 111587144 A CN111587144 A CN 111587144A
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Abstract

在过滤膜(22)和流路构件(21)相接合的膜组件(12)中，流路构件(21)是将纱以三维结构配置的构件，并在其内部具有供透过过滤膜(22)的渗透液流动的空隙(32)，在外表面具有与过滤膜(22)接合的接合面(25)，形成接合面(25)的纱(29、30)的至少一部分是具有比构成过滤膜(22)的材料的软化点低的软化点的低熔点纱。

Description

膜组件以及膜分离设备
技术领域
本发明涉及在例如被称为膜分离活性污泥法(MBR)的领域中用于使污泥和处理水分离的膜组件以及具有膜组件的浸漬型的膜分离设备。
背景技术
以往，作为这种膜组件，例如如图9所示，将过滤膜102与树脂制的滤板101的两个表面接合，并且通过热焊接或超声波焊接将过滤膜102的周缘部102a固定至滤板101。滤板101和过滤膜102之间以及滤板101的内部形成有渗透液流路(图示省略)。与渗透液流路连通的渗透液取出口103设置于滤板101的上端缘。
如图10的实线所示，所述膜组件104以规定间隔在膜壳体(图示省略)中配置多个。
由此，在进行过滤操作时，待处理液从初级侧向次级侧通过过滤膜102而被过滤，然后，作为渗透液105流过渗透液流路，并从渗透液取出口103将其取出至外部。另外，在过滤操作停止，并对膜组件104反冲洗时，将反冲洗用水从渗透液取出口103注入至渗透液流路。由此，反冲洗用水从次级侧向初级侧通过过滤膜102，对过滤膜102进行反冲洗。
在这种膜组件104中，由于过滤膜102的整体未固定至滤板101，仅过滤膜102的周缘部102a被焊接至滤板101，因此对过滤膜102进行反冲洗时，如图10的虚线所示，过滤膜102向外(初级侧)膨出，并与相邻的膜组件104的过滤膜102接触。如上所述，若相邻的膜组件104的过滤膜102膨出并接触，则存在反冲洗的效果降低之虞。另外，由于长时间将反冲洗用水导入次级侧，过滤膜102向外膨出，因此存在过滤膜102的周缘部102a的焊接部分开口之虞。
为了解决所述问题，如图11所示，膜组件116具有第一过滤膜111、第二过滤膜112、设置于这两个过滤膜111、112之间的排液织布113、将第一过滤膜111和排液织布113粘合的粘合网114、以及将第二过滤膜112和排液织布113粘合的粘合网115。需要说明的是，排液织布113是被编织成环状的三维结构的间隔织物(间隔纤维物)。
在第一过滤膜111和第二过滤膜112之间将排液织布113和粘合网114、115层叠，并通过使用加热辊将该层叠后的结构滚轧，粘合网114、115暂时熔化，并经由第一粘合网114使第一过滤膜111和排液织布113粘合，并且经由第二粘合网115使第二过滤膜112和排液织布113粘合，以完成膜组件116。
需要说明的是，如上所述的膜组件116例如参照WO 2009/127345A1(日本国特表2011-519716)。
另外，在WO 2006/015461A1中描述有：将溶解在溶剂中的液体状的膜材料树脂(以下称为“涂料”)直接涂抹至间隔纤维物的一侧或两侧的面(表面)，并通过相分离法在间隔纤维物的表面上形成过滤膜层。
发明内容
发明所要解决的问题
然而,在上述WO2009/127345A1所记载的以往形式中，如图11所示，在制作膜组件116时，由于除排液织布113和过滤膜111、112之外，还需要粘合网114、115，因此存在构成膜组件116的构件的种类增加的问题。
另外，在所述WO 2006/015461A1中，间隔纤维物的内部空间成为渗透过滤膜层的渗透液的通道。然而，在将涂料直接涂抹至间隔纤维物的表面时，若涂料的粘性低，则存在涂料侵入间隔纤维物的内部空间并固化，从而存在妨碍渗透液在间隔纤维物的内部的流动之虞。
本发明的目的在于，提供可以减少结构构件的种类的膜组件以及膜分离设备。
解决问题的技术方案
本发明的过滤膜和流路构件相接合而构成的膜组件的第一方面，
流路构件是将纱以三维结构配置的构件，在其内部具有供透过过滤膜的渗透液流动的空隙，在外表面具有与过滤膜接合的接合面，
形成接合面的纱的至少一部分是具有比构成过滤膜的材料的软化点低的软化点的低熔点纱。
由此，在流路构件的接合面上配置过滤膜，并且加热流路构件和过滤膜使温度在形成接合面的低熔点纱的软化点的温度以上并且小于构成过滤膜的材料的软化点的温度。由此，由于接合面的低熔点纱软化，并且低熔点纱的树脂与过滤膜纠缠，因此过滤膜与流路构件的接合面接合。如上所述，由于能够用流路构件和过滤膜制作膜组件，因此不需要粘合网等粘合专用的构件，从而能够减少构成膜组件的构件的种类。另外，由于在使低熔点纱软化时不需要将其加热至过滤膜的软化点，因此能够防止过滤膜软化，由此，能够防止过滤膜的孔径的分布发生变化。
本发明的过滤膜和流路构件相接合而构成的膜组件的第二方面，
流路构件是将纱以三维结构配置的构件，在其内部具有供透过过滤膜的渗透液流动的空隙，在外表面具有与过滤膜接合的接合面，
形成接合面的纱通过将多个构成纱加捻而形成，
构成纱的一根以上是具有比构成过滤膜的材料的软化点低的软化点的低熔点纱。
由此，在流路构件的接合面上配置过滤膜，并且加热流路构件和过滤膜使温度在形成接合面的低熔点纱的软化点的温度以上并且小于构成过滤膜的材料的软化点的温度。由此，由于接合面的低熔点纱软化，并且低熔点纱的树脂与过滤膜纠缠，因此过滤膜与流路构件的接合面接合。如上所述，由于能够用流路构件和过滤膜制作膜组件，因此不需要粘合网等粘合专用的构件，从而能够减少构成膜组件的构件的种类。另外，由于能够防止过滤膜软化，因此能够防止过滤膜的孔径的分布发生变化。
本发明的膜组件的第三方面，低熔点纱由芯材和覆盖芯材的鞘材形成，鞘材具有比构成过滤膜的材料的软化点低的软化点，
芯材具有比鞘材的软化点高的软化点。
在流路构件的接合面上配置过滤膜，并且加热流路构件和过滤膜使温度在形成接合面的低熔点纱的鞘材的软化点的温度以上并且小于芯材的软化点的温度。由此，由于低熔点纱的鞘材软化，并且鞘材的树脂与过滤膜纠缠，因此过滤膜与流路构件的接合面接合。
另外，为了能够防止芯材软化，通过使用比鞘材的纱高强度的树脂构成芯材来提高接合面的强度，从而提高流路构件的刚性。
本发明的膜组件的第四方面，低熔点纱的材质为聚烯烃类树脂。
本发明的膜组件的第五方面，其中，鞘材的材质为聚烯烃类树脂。
本发明的膜组件的第六方面，流路构件具有与接合面连结的连结纱，
连结纱形成供渗透液流动的空隙，
连结纱的软化点比接合面的低熔点纱的软化点高。
由此，在流路构件的接合面配置过滤膜，并加热流路构件和过滤膜使温度在形成接合面的低熔点纱的软化点的温度以上并且小于连结纱的软化点的温度。由此，由于能够防止流路构件的连结纱软化，因此在连结纱之间可靠地形成空隙，能够供透过过滤膜的渗透液在流路构件的内部的空隙中流动。
本发明的膜组件的第七方面，连结纱的材质为聚酯类树脂。
本发明的膜组件的第八方面，过滤膜具有材质为聚四氟乙烯的多孔膜。
本发明的膜分离设备具有所述第一方面至所述第八方面中任一项所述的膜组件，该膜分离设备的第一方面，
具有支撑多个膜组件的支撑构件，
支撑构件在内部具有集水空间，
将各膜组件的端部插入集水空间，
渗透液通过流路构件内的空隙流入支撑构件的集水空间。
由此，在将膜分离设备在待处理液中浸漬的状态下，通过进行过滤操作，待处理液从初级侧向次级侧通过膜组件的过滤膜而被过滤，然后，作为渗透液通过流路构件的接合面而流入流路构件的内部的空隙，并且通过流路构件内的空隙而流出至支撑构件的集水空间。
发明效果
如上所述，根据本发明，由于能够利用流路构件和过滤膜制作膜组件，因此不需要粘合网等粘合专用的构件，从而能够减少构成膜组件的构件的种类。
附图说明
图1是使用本发明的第一实施方式中的多台膜分离设备的膜分离装置的主视图。
图2是同一膜分离设备的立体图。
图3是同一膜分离设备的剖视图。
图4是示出同一膜分离设备的膜组件的结构的局部剖视立体图。
图5是将同一膜组件的截面放大的示意图。
图6是将同一膜组件的流路构件的截面放大的示意图。
图7是图6中的X-X的箭头视图，是将流路构件的接合面放大的示意图。
图8是将本发明的第二实施方式中的膜组件的截面放大的示意图。
图9是以往的膜组件的主视图。
图10是同一膜组件的侧视图，表示多个膜组件以规定间隔配置的状态。
图11是示出另一以往的膜组件的结构的局部剖视立体图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明中的实施方式进行说明。
(第一实施方式)
如图1所示，在第一实施方式中，1是进行膜过滤的浸漬型膜分离装置，设置于处理槽3中，并被浸泡在有机性废水等的待处理液2中。膜分离装置1具有在上下方向上层叠的多台膜分离设备5(也被称为膜过滤组件)和设置于最下段的散气装置6。
如图2、图3所示，膜分离设备5具有一对左右集水箱11(支撑构件的一个示例)、被支撑在这两个集水箱11之间的多个膜组件12和一对前后连结板13。集水箱11是内部具有集水空间15的中空状的构件。另外，连结板13在两个集水箱11的前端部之间以及后端部之间分别设置。
需要说明的是，下位的膜分离设备5的集水箱11中的集水空间15与上位的膜分离设备5的集水箱11中的集水空间15通过连通口16连通。
在集水箱11的内侧壁17上，在上下方向上形成多个细长的贯通孔，各膜组件12的左右两个端部插入各贯通孔并向集水空间15内突入。
膜组件12是例如具有可挠性的四边形的片状的构件，具有流路构件21和与流路构件21的前后两个表面接合的过滤膜22。
如图4～图7所示，流路构件21是将纱以三维结构配置的间隔纤维物，具有与过滤膜22接合的一对接合面25(表面)和连接一对接合面25的多根绒头纱27(连结纱的一例)。需要说明的是，接合面25是由具有多根彼此交叉的经纱29和纬纱30的纤维物形成。在这些经纱29和纬纱30中使用具有比过滤膜22的软化点T1低的软化点T2的低熔点纱。需要说明的是，软化点是指树脂等软化变形时的温度，例如，在经纱29和纬纱30中使用具有大约80℃～120℃的软化点T2的聚乙烯(PE)制的纱。
这些经纱29和纬纱30也可以分别再将多根细的构成纱加捻而成为一根经纱29或纬纱30。
另外，在绒头纱27中使用具有比经纱29和纬纱30(形成接合面25的低熔点纱的一例)的软化点T2高的软化点T3的高熔点纱。例如，在绒头纱27中使用具有260℃～280℃的软化点T3的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制的纱。另外，在绒头纱27之间形成供透过过滤膜22的渗透液33流动的微小的空隙32。
关于由所述的间隔纤维物构成的流路构件21的纱的使用，例如，接合面25的经纱29和纬纱30分别为SD84T24，绒头纱27为SD55T1，绒头纱27的密度大约为380织/cm2。另外，制作膜组件12前的流路构件21的单体厚度A例如为大约2mm～5mm。需要说明的是，所述SD84T24是指加捻纱的厚度为84dteX、捻数为24根，SD55T1是指加捻纱的厚度为55dteX、捻数量为一根。
过滤膜22在外表面侧具有包括多个细微孔的多孔树脂层22a(多孔膜片)，并且在内表面侧具有支撑该树脂层22a的无纺布等的树脂层支撑体22b。例如使用聚四氟乙烯(ePTFE)作为所述多孔树脂层22a的材质。另外，例如，使用具有260℃～280℃的软化点T1(过滤膜22的软化点T1)的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为树脂层支撑体22b的材质。需要说明的是，聚四氟乙烯的软化点比聚对苯二甲酸乙二醇酯的软化点T1高，大约为330℃～350℃。
以下，对上述结构中的作用进行说明。
在制作膜组件12时，在一对过滤膜22之间夹持配置流路构件21，并将该流路构件21与两个过滤膜22这三个构件插入上下一对加热辊之间，一边压缩一边加热。
此时，以使形成流路构件21的接合面25的经纱29和纬纱30的温度为软化点T2(即80℃～120℃)以上并且小于树脂层支撑体22b的软化点T1(即260℃～280℃)的方式进行加热。由此，由于经纱29以及纬纱30软化，且经纱29以及纬纱30的树脂与过滤膜22的树脂层支撑体22b纠缠，因此过滤膜22与流路构件21的接合面25接合。需要说明的是，实际上，在滚轧时，由于热量从上下的加热辊经由过滤膜22传递至经纱29以及纬纱30，因此加热温度(加热辊的温度)是比T2高的120℃～170℃。
此时，过滤膜22在作为经纱29和纬纱30的交点的多个接触点34处与流路构件21接合。另外，如上所述，由于将经纱29以及纬纱30的温度设为在经纱29以及纬纱30的软化点T2以上且小于树脂层支撑体22b的软化点T1，因此能够防止过滤膜22软化。由此，能够防止过滤膜22的孔径的分布变化并且防止在过滤膜22上产生褶皱。
如上所述，由于能够通过流路构件21和过滤膜22制作膜组件12，因此不需要粘合网等粘合专用的构件，从而能够减少构成膜组件12的构件的种类。以这种方式制作的膜组件12的厚度为例如1～3mm。
另外，由于绒头纱27的软化点T3是比经纱29以及纬纱30的软化点T2高的温度，并且是与树脂层支撑体22b的软化点T1相同的温度，因此在如上所述的通过加热辊加热时，绒头纱27的温度小于软化点T3，从而能够防止绒头纱27软化。由此，确保在绒头纱27之间形成微小的空隙32。
另外，本发明的膜组件12通过加热使过滤膜22与流路构件21(间隔纤维物)融合，而不是像以往那样将溶解在溶剂中的涂料直接涂抹至间隔纤维物的表面来形成过滤膜层。因此，涂料不会侵入成为渗透液33的通道的流路构件21中的微小的空隙32并固化。
如图1～图3所示，在将包括以这种方式制作的具有可挠性的膜组件12的膜分离设备5浸漬在待处理液2中的状态下，进行过滤操作。由此，待处理液2从初级侧向次级侧通过膜组件12的过滤膜22而被过滤，然后，作为渗透液33，其通过流路构件21的接合面25的经纱29和纬纱30之间的各开口31(参照图7)从而流入流路构件21的内部的微小空隙32，并通过微小的空隙32从流路构件21流出至集水箱11中的集水空间15，并通过连通孔16从最上位的膜分离设备5的集水箱11中被取出至处理槽3的外部。
在上述实施方式中，使用具有比过滤膜22的树脂层支撑体22b的软化点T1低的软化点T2的低熔点纱作为经纱29以及纬纱30。然而，也可以以低熔点纱每隔几根纱出现一次的方式编织接合面25来代替全部使用这种低熔点纱作为经纱29以及纬纱30。或者，也可以在经纱29以及纬纱30的一部分中使用低熔点纱。
另外，在所述实施方式中，也可以通过将多根构成纱加捻形成经纱29以及纬纱30，并且在经纱29以及纬纱30的多根构成纱中的一根以上的构成纱中使用低熔点纱。在这种情况下，使用聚乙烯制的纱作为低熔点纱，使用聚对苯二甲酸乙二醇酯制的纱作为低熔点纱以外的构成纱。
此外，也可以使经纱29和纬纱30中的任意一方为低熔点纱，另一方通过将多根构成纱加捻而形成，并且在多根构成纱中的一根以上的构成纱中使用低熔点纱。
在上述实施方式中，使用聚乙烯作为经纱29和纬纱30的材质，但该材质并不限于此，也可以使用聚乙烯以外的聚烯烃类树脂。另外，使用聚对苯二甲酸乙二醇酯作为绒头纱27的材质，但该材质并不限于此，也可以使用聚对苯二甲酸乙二醇酯以外的聚酯类树脂。
(第二实施方式)
在第二实施方式中，如图8所示，流路构件21的接合面25由具有多根彼此交叉的经纱29和纬纱30的纤维物形成。在这些经纱29和纬纱30中使用具有芯材45以及覆盖芯材45的外周的鞘材46的复合纱。
鞘材46具有比过滤膜22的树脂层支撑体22b的软化点T1低的软化点T4。鞘材46是例如具有大约80℃～120℃的软化点T4的聚乙烯(PE)制。
另外，芯材45具有比鞘材46的软化点T4高的软化点T5。芯材45是例如具有260℃以上的软化点T5的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制。
由此，在一对过滤膜22之间夹持配置流路构件21，并将该流路构件21和两个过滤膜22这三个构件插入上下一对加热辊之间，一边压缩一边加热。
此时，以使形成流路构件21的接合面25的经纱29和纬纱30的温度在鞘材46的软化点T4(即80℃～120℃)以上并且小于树脂层支撑体22b的软化点T1(即260℃～280℃)的方式进行加热。由此，由于经纱29以及纬纱30的鞘材46软化，经纱29以及纬纱30的鞘材46的树脂与过滤膜22的树脂层支撑体22b纠缠，因此过滤膜22与流路构件21的接合面25接合。
此时，过滤膜22在作为经纱29和纬纱30的交点的多个接触点34上与流路构件21接合。另外，如上所述，由于将经纱29和纬纱30的温度设为在鞘材46的软化点T4的温度以上并且小于树脂层支撑体22b的软化点T1，因此能够防止过滤膜22软化。
另外，由于芯材45的软化点T5是比鞘材46的软化点T4高的温度，并且是与树脂层支撑体22b的软化点T1相同的温度，因此在如上所述的通过加热辊加热时，芯材45的温度小于软化点T5，从而能够防止芯材45软化。由此，通过使用比鞘材46高强度的树脂构成芯材45，能够提高接合面25的强度，从而提高流路构件21的刚性。
在所述第二实施方式中，将具有芯材45和鞘材46的复合纱用作经纱29以及纬纱30，但也可以通过将多根构成纱加捻而形成经纱29以及纬纱30，并且在该多根构成纱中的一根以上的构成纱中使用具有芯材45和鞘材46的复合纱。
在上述实施方式中，聚乙烯作为鞘材46的材质使用，但并不限于该材质，也可以使用聚乙烯以外的聚烯烃类树脂。
在上述各实施方式中，过滤膜22具有树脂层22a和树脂层支撑体22b，但在形成多孔膜时，不需要树脂层支撑体22b的情况下，也可以是过仅由树脂层22a构成滤膜22。
在上述各实施方式中，过滤膜22分别与流路构件21的表面和背面两个面接合，但也可以是过滤膜22与流路构件21的表面和背面中任意的一面接合，并对另一面侧进行水密。
在上述各实施方式中，流路构件21的接合面25是由具有多根彼此交叉的经纱29和纬纱30的纤维物形成，但并不限于仅是这种多根的纱29、30纵横交叉的细微格子形状的纤维物，也可以是其他形状的纤维物。
在上述各实施方式中，将各软化点T1～T5作为指标，但也可以将熔点作为指标来代替软化点T1～T5。需要说明的是，在将熔点作为指标的情况下，也成立与软化点T1～T5相同的温度的高低关系。
另外，在上述各实施方式中所示的聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯等的材质和数值是示例，但并不限于此。

Claims (9)

1.一种膜组件，其中，过滤膜和流路构件相接合，其特征在于，
流路构件是将纱以三维结构配置的构件，在所述流路构件的内部具有供透过过滤膜的渗透液流动的空隙，在所述流路构件的外表面具有与过滤膜接合的接合面，
形成接合面的纱的至少一部分是具有比构成过滤膜的材料的软化点低的软化点的低熔点纱。
2.一种膜组件，其中，过滤膜和流路构件相接合，其特征在于，
流路构件是将纱以三维结构配置的构件，在所述流路构件的内部具有供透过过滤膜的渗透液流动的空隙，在所述流路构件的外表面具有与过滤膜接合的接合面，
形成接合面的纱通过将多个构成纱加捻而形成，
构成纱的一根以上是具有比构成过滤膜的材料的软化点低的软化点的低熔点纱。
3.根据权利要求1或2所述的膜组件，其特征在于，
低熔点纱由芯材和覆盖芯材的鞘材形成，
鞘材具有比构成过滤膜的材料的软化点低的软化点，
芯材具有比鞘材的软化点高的软化点。
4.根据权利要求1或2所述的膜组件，其特征在于，
低熔点纱的材质为聚烯烃类树脂。
5.根据权利要求3所述的膜组件，其特征在于，
鞘材的材质为聚烯烃类树脂。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的膜组件，其特征在于，
流路构件具有与接合面连结的连结纱，
连结纱形成供渗透液流动的空隙，
连结纱的软化点比接合面的低熔点纱的软化点高。
7.根据权利要求6所述的膜组件，其特征在于，
连结纱的材质为聚酯类树脂。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的膜组件，其特征在于，
过滤膜具有以聚四氟乙烯为材质的多孔膜。
9.一种膜分离设备，具有权利要求1-8中任一项所述的膜组件，其特征在于，
具有支撑多个膜组件的支撑构件，
支撑构件在内部具有集水空间，
各膜组件的端部插入集水空间，
渗透液通过流路构件内的空隙流入支撑构件的集水空间。
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