專利名稱：中空纖維膜組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種中空纖維膜組件，該組件適合于各種水處理過程中過濾大量的含臭氧水，比如，將河水、湖水或地下水處理為飲用水，以及海水或廢水的處理。
在河水、湖水、海水、工業(yè)廢水等的凈化過程中，至今仍然采用絮凝劑如氯化多鋁等將水中混濁物聚集為絮凝物。比如，Gihodo出版(1985年)的Kenji TANBO和Koichi OGASAWARA所著的“Josuino Gijutsu”(水凈化技術(shù))，一書中第二章詳細(xì)介紹了加入絮凝劑的一種凈化水方法(絮凝法)。然而，在這種方法中，當(dāng)生水，如河水、地下水、廢水等的質(zhì)量波動時，有必要優(yōu)化所加入的絮凝劑量、pH值以及對應(yīng)于質(zhì)量波動的條件以便完成有效的處理，且需要進(jìn)行一次初步試驗如所謂的缸試驗。在傳統(tǒng)的水凈化方法中，不僅操作如此復(fù)雜，而且需要大規(guī)模設(shè)備，如，絮凝體形成池、沉淀池、沙過濾設(shè)備或類似設(shè)備。
為了克服上述絮凝法的缺點，并通過不受生水質(zhì)量波動較大影響的簡潔設(shè)備來得到穩(wěn)定的水質(zhì)，已提出用一種膜進(jìn)行水處理的新工藝。
在工業(yè)應(yīng)用中，很難單獨使用膜。但是，從下列角度看，即使用膜可確保低成本下單位體積高容量的處理量，由聚合物制成的中空纖維膜作為膜組件已投入實際應(yīng)用中。中空纖維膜組件可以制造如下將這種中空纖維膜放入組件殼中，至少使膜的一端與一種熱固性樹脂，如環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂或類似物粘接并固定，然后切除不必要的粘接部分并打開纖維的中空部分。
然而，當(dāng)使用上述膜組件時，存在一種問題，即；隨著時間的變化，處理水的滲透速度下降(日本膜協(xié)會及日本管理協(xié)會主辦的《新膜技術(shù)報告論文集’92》，預(yù)印本3，1992)。
為解決這些問題，最近提出一種方法，通過先用臭氧處理生水，這樣可阻止處理水的滲透流速隨時間延長而下降〔美國水工協(xié)會(AWWA)雜志，77(60-65)(1985)〕；在膜濾之前，往生水中注入臭氧然后過濾含有臭氧的生水(JP-A-4-108518)以阻止過濾膜堵塞的方法；在分離含油廢水中的油和水時，膜濾之前，向油水分離器中加入臭氧或過氧化氫(JP-A-63-93310)；當(dāng)清洗分離膜時，采用含臭氧水恢復(fù)降低的滲透流速的一種方法(JP-A-3-249927)；以及等等。
當(dāng)因有機(jī)材料而引起的膜堵塞現(xiàn)象發(fā)生時，采用臭氧處理法特別有效；然而，需要一種能夠耐臭氧的強(qiáng)氧化作用的膜組件。例如，當(dāng)采用一種有機(jī)中空纖維膜濾含臭氧水時，由膜組件、膜殼部分及粘接部分組成的膜必須不僅具有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)材料所具備的相應(yīng)功能，而且必須至少在與含有臭氧氣或含臭氧的水接觸的部分具備耐臭氧性能。此外，從膜組件壽命的工業(yè)角度看，需要耐臭氧性至少半年，最好為1-3年。
作為一種具有耐臭氧的膜組件，至今已有，例如，用一種陶瓷膜制成的無機(jī)膜組件，用平膜狀超濾膜的全PVDF UltrastackTM，該超濾膜由聚偏二氟乙烯(PVDF)制成，由《超純水》雜志7(6)，32-36，38-40(1990)描述，以及類似物。然而，用一種陶瓷膜的組件價格昂貴并存在一個問題，即在設(shè)備的緊致化方面有一定的限制。而且，采用全部PVDF UltrastackTM的膜濾系統(tǒng)中，設(shè)備緊致化困難，另外，當(dāng)試圖采用一種交叉流動過濾系統(tǒng)時，該系統(tǒng)對于穩(wěn)定保持滲透流速十分優(yōu)異，上述應(yīng)用就很困難。
此外，當(dāng)生水包含無機(jī)材料，如泥沙，即使采用了一種臭氧處理，仍存在這種問題，即無機(jī)材料集聚在膜表面，隨著時間延長會降低滲透流速，為解決這些問題，JP-A-7-265671揭示了一種外壓交叉流動過濾系統(tǒng)，該系統(tǒng)使得物質(zhì)難于堵塞，也不易于在膜表面堆集，并能得到較大的膜表面，而且一種外壓系統(tǒng)膜組件能通過常規(guī)的充氣清洗法(描述為一種空氣泡)排放已堆積在中空纖維膜之間的懸浮物質(zhì)。然而，這些膜組件使用硅橡膠作為粘接劑，用于組件殼上膜的粘接與固定，因此，雖然他們可短期使用或應(yīng)用于一個小組件直徑的場合，但他們?nèi)狈?qiáng)度，不適于商業(yè)化規(guī)模的長期穩(wěn)定過濾。因此，強(qiáng)烈要求研制一種更先進(jìn)的膜組件。
本發(fā)明的目的在于提供一種中空纖維膜組件，當(dāng)使用一種有機(jī)中空纖維膜過濾處理大量水時，臭氧具有的強(qiáng)氧化性能幾乎不破壞本發(fā)明所提供的中空纖維膜組件，在該中空纖維膜上幾乎不會引起水中懸浮物的堆積，該膜可用于長期穩(wěn)定的水處理工藝中，且在該膜內(nèi)，用于將中空纖維膜粘接并固定在組件殼上的粘合劑具有優(yōu)異的抗壓強(qiáng)度。
本發(fā)明人已經(jīng)作過大量的研究并因此發(fā)現(xiàn)上述目的可通過本發(fā)明的膜組件得以實現(xiàn)。
本發(fā)明涉及一種中空纖維膜組件，包括一種組件殼及一種具有許多中空纖維膜的中空纖維膜束，至少中空纖維膜束的一端粘接并固定于組件殼上，而中空纖維膜束及組件殼的粘接部分包括一種硅樹脂，并且至少在粘接部分之一處，有用于增強(qiáng)粘接部分的一條加強(qiáng)筋直接固定于組件殼上。
而且，下述為本發(fā)明的優(yōu)選模式(1)加強(qiáng)筋至少由下面一組方法中選擇的一種方法固定于組件殼上，該組方法包括螺紋連接，與一種在組件殼上配備的凹口部分結(jié)合，熔合并焊接，或者加強(qiáng)筋與組件殼鑄在一起。
(2)加強(qiáng)筋的橫截面垂直于中空纖維膜組件的縱向且具有徑向形狀，網(wǎng)絡(luò)形狀或徑向形狀與同軸形狀的結(jié)合形狀。
(3)加強(qiáng)筋為一個平板或許多以平行于中空纖維膜組件的縱向方向排列的平板的組合，并且在所述板上具有許多孔。
(4)加強(qiáng)筋全部埋置于粘接部分中。
(5)組件殼及加強(qiáng)筋由下列材料的任一種組成，即不銹鋼、氟類樹脂及氯類樹脂或其組合物。
(6)中空纖維膜由一類含氟樹脂組成。
(7)中空纖維膜及組件殼的粘接部分由經(jīng)過固化液態(tài)硅橡膠而得到的硅樹脂組成。
(8)中空纖維膜及組件殼的粘接部分為一類硅樹脂，該樹脂通過固化一種加聚型液態(tài)硅橡膠而得，固化前粘度為10mPa·sec至250Pa·sec，固化前的平均分子量為5000至300,000。
(9)中空纖維膜及組件殼的粘接部分為一種硅樹脂，該樹脂通過固化一種加聚類硅橡膠而得，固化后采用JIS K6301法測得的JIS-A硬度至少為30，斷裂時的抗拉強(qiáng)度至少為2MPa。


圖1為本發(fā)明的帶有凹口部分的組件殼及加強(qiáng)筋的一個實施例的透視圖。
圖2為本發(fā)明的加強(qiáng)筋及帶有凹口部分組件殼的實施例的透視圖。
從圖3至圖7的每幅圖為本發(fā)明的加強(qiáng)筋的一個實施例的橫截面圖。
圖8為本發(fā)明的組件的一個橫截面圖。
圖9為圖8中的組件沿A-A’的橫截面圖。
圖10為本發(fā)明組件的一個實施例的橫截面圖。
圖11為圖10中的組件沿B-B’的橫截面圖。
圖12為本發(fā)明的組件的一個實施例的橫截面圖。
圖13為圖12中的組件沿C-C’的橫截面圖。
圖14為本發(fā)明的組件的一個實施例的橫截面圖。
圖15為圖14中的組件沿D-D’的橫截面圖。
圖16為傳統(tǒng)的外壓系統(tǒng)組件的一個實施例的橫截面圖。
圖17為圖16中的組件沿E-E’的橫截面圖。
使用本發(fā)明的膜組件進(jìn)行水處理時，需要調(diào)節(jié)生水中的臭氧濃度至一最佳值，使得過濾操作穩(wěn)定，應(yīng)考慮生水中有機(jī)物及無機(jī)物的濃度、產(chǎn)生臭氧的能量損耗等因素。通常，用水濃度表示的臭氧濃度為0.01至20ppm。
當(dāng)臭氧濃度低于0.01ppm時，盡管膜組件的耐臭氧性能足夠，但臭氧不能有效阻止水處理滲透速度隨時間延長而下降以及防止堵塞，因而臭氧的主要作用沒有實現(xiàn)。而且，也不足以實現(xiàn)以下計劃，即在清洗以及復(fù)洗過程中使用含臭氧的水恢復(fù)已降低的滲透流速的目的不可能有效實現(xiàn)。
另一方面，當(dāng)臭氧濃度高于20ppm時，產(chǎn)生臭氧的處理成本如此之高，以致于在實際操作中不可取。較高的臭氧濃度為不必要的。對于本目的，當(dāng)濃度高于所需值，并不能再通過提高濃度來得到進(jìn)一步增加的效果。相反，會產(chǎn)生損壞設(shè)備的一些問題，比如泵，管道等設(shè)備，包括組件都會因高濃度臭氧的強(qiáng)氧化作用而加速損壞，并使設(shè)備使用壽命縮短?？紤]到這些因素，臭氧的濃度范圍優(yōu)選為0.1至10ppm，更優(yōu)選地為0.2至8ppm。此處描述的為把本發(fā)明的中空纖維膜組件應(yīng)用于臭氧存在時的水處理過程的一種情況；當(dāng)然，本發(fā)明能應(yīng)用于試劑不是臭氧的情況中，例如，次氯酸鈉、過氧化氫等氧化劑共存于水中。
本發(fā)明中，水處理包括自來水處理，回收水處理、污水處理、海洋水處理等。更特別地，它包括通過過濾河水、湖水或地下水以得到飲用水的處理；用于一般家庭用水以及建筑用水過濾的回收水處理；用于處理或回收廢水的污水處理；用于產(chǎn)生工業(yè)用水的水處理；用于獲取冷卻水、脫鹽水或通過過濾海水形成鹽電解過程的海水處理，等等。本發(fā)明特別適宜于過濾含有大量無機(jī)物，如沙泥或懸浮物的河表層水或地下水的處理；廢水如再次使用的污水、管道污水等含有高濃度的有機(jī)物的污水處理等等。而且，根據(jù)本發(fā)明，采用簡潔設(shè)備可方便達(dá)到穩(wěn)定的滲透流速，因此，本發(fā)明適宜于相對小規(guī)模地處理生水如河水或地下水的簡單水處理工廠的水處理。
當(dāng)使用本發(fā)明的膜組件時，可根據(jù)待處理的水量選擇膜組件的尺寸。當(dāng)處理大量的水用作飲用水時，通常使用組件殼外徑為3至20英寸的膜組件。此外，膜組件的長度一般為0.5至2米。
用于本發(fā)明的中空纖維膜包括所謂的超濾膜以及精濾膜。
聚合物材料，如蛋白質(zhì)等的分子量可用如超濾膜或類似物(指下文分級分子量)的中空纖維膜進(jìn)行分級，而且中空纖維膜，如微濾膜或類似物的平均孔徑隨膜的水滲透容量及過濾容量而變化；但是，在超濾膜的情形下，分級分子量為1,000至200,000道爾頓，優(yōu)選為6,000至100,000道爾頓，當(dāng)在微濾膜的情形時，平均孔徑為0.01至1μm，優(yōu)選為0.1至0.5μm。
在臭氧存在條件下，實施膜濾的優(yōu)點之一在于通過阻止因有機(jī)物而引起的膜堵塞，使?jié)B透水量免于急劇下降，而達(dá)到穩(wěn)定過濾。為了在工業(yè)上顯著利用這一優(yōu)點，必須充分考慮膜的孔徑。在生水，包括河水，地下水等的傳統(tǒng)過濾中，孔徑越小，膜堵塞的現(xiàn)象越少，基于初始滲透水量的滲透水量的維持百分比相對較高，但滲透水的絕對量因孔徑太小而變得較少。因此，當(dāng)孔徑太小時，盡管臭氧阻止堵塞的作用發(fā)揮出來了，但對于處理大量水，實現(xiàn)本發(fā)明目的的經(jīng)濟(jì)效益不顯著。另一方面，當(dāng)孔徑太大時，上述臭氧作用發(fā)揮了出來，但無機(jī)物而非有機(jī)物極大地導(dǎo)致堵塞現(xiàn)象的發(fā)生，結(jié)果，引起了這種擔(dān)心，即它可能成為穩(wěn)定過濾的障礙。更進(jìn)一步地，由于通過膜而未過濾的物質(zhì)量增加了，過濾后的水質(zhì)會受到具有大孔徑的膜的不良影響，特別是當(dāng)過濾水用作自來水時，它很難保證水質(zhì)達(dá)到令人滿意的效果。
承上所述，本發(fā)明的中空纖維膜為微濾膜的范疇之一，微濾膜的平均孔徑優(yōu)選為0.01至1μm，更優(yōu)選地為0.1至0.5μm。此種情形下，平均孔徑可由氣流法(ASTM F316-86)測得。
從壓力損失、膜強(qiáng)度及填充效率的觀點看，中空纖維膜的尺寸通常為外徑為0.5至5mm，內(nèi)徑為0.2至4.5mm。
本發(fā)明中，中空纖維膜包括含氟類樹脂，原因在于它能承受臭氧的強(qiáng)氧化作用。特別是，含氟類樹脂包括聚四氟乙烯(PTFE)，四氟乙烯-全氟烴基乙烯醚共聚物(PFA)，四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)，四氟乙烯-六氟丙烯-全氟烴基乙烯醚共聚物(EPE)，四氟乙烯-乙烯共聚物(ETFE)，聚氯三氟乙烯(PCTFE)，氯三氟乙烯-乙烯共聚物(ECTFE)，聚偏二氟乙烯(PVDF)等。特別地，從膜的耐臭氧性及機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)異的角度看，ETFE，PCTFE及PVDF較為優(yōu)選，此外，從成型性優(yōu)異的角度看，PVDF更為優(yōu)選。
當(dāng)其他材料用作中空纖維膜時，從耐臭氧角度看，可選用陶瓷膜，但目前看成本高，經(jīng)濟(jì)上不合算。
本發(fā)明的中空纖維膜可用已知方法制備。例如，具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的一種中空纖維膜可通過采用濕法制備而成，該濕法包括使用一種溶劑或類似物制備一種初始樹脂的液態(tài)混合物，然后從一個噴嘴中噴出處于中空狀態(tài)的該液態(tài)混合物，并通過凝結(jié)劑或類似物模制該噴出的混合物；一種方法包括使用一種溶劑加熱初始樹脂的一種混合物以形成一種均勻的溶液，然后冷卻該溶液以引起相分離；或相似的方法。而且，也可能通過一種所謂的拉伸法，界面敲擊法，輻射蝕刻或類似法制備多孔膜的一種中空纖維膜，進(jìn)一步地，JP-A-3-215535揭示了一種采用混合萃取法制備一種中空纖維膜的方法，該方法可作為優(yōu)選方法。該方法包括用一種有機(jī)液體或無機(jī)粉末混合PVDF樹脂，然后熔融模制該混合物，再從所得的模制品中萃取出有機(jī)液體或無機(jī)粉末。此時，疏水性硅石優(yōu)選用作無機(jī)粉末。
作為本發(fā)明的中空纖維膜組件所用的組件殼，一般采用耐臭氧性能優(yōu)異的不銹鋼，如SUS-304，SUS-304L，SUS-316，SUS-316L或類似物。不銹鋼重量大，因此涉及膜組件的安裝互換等操作性不好。然而，它具有易于重復(fù)使用的優(yōu)點，因此，它可作為一種優(yōu)選材料。
從耐臭氧性能優(yōu)異、輕質(zhì)及良好操作性的角度看，下述樹脂也可作為組件殼的材料含氟類樹脂，例如聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-全氟烴基乙烯醚共聚物(PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)，四氟乙烯-六氟丙烯-全氟烴基乙烯醚共聚物(EPE)、四氟乙烯-乙烯共聚物(ETFE)，聚氯三氟乙烯(PCTFE)、氯三氟乙烯-乙烯共聚物(ECTFE)，聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)及類似物；氯類樹脂，例如聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氯乙烯(PVDC)及類似物，等等。
此外，從成型能力、低成本及類似的觀點看，上述不銹鋼與樹脂結(jié)合的組件殼也能用于本發(fā)明的中空纖維膜組件。
從耐臭氧、成型能力、機(jī)械強(qiáng)度及類似的觀點看，用作組件殼材料的氟類樹脂優(yōu)選為ETFE或PVDF，更優(yōu)選的為PVDF，氯類樹脂優(yōu)選為PVC。氯類樹脂的耐臭氧能力略劣于氟類樹脂，但組件殼需要有一定的厚度(1mm至10mm)可保證其強(qiáng)度等，所以，即使在表層部分引起輕微損壞，它也足以適用于膜使用的條件，比如臭氧濃度、溫度及使用期限。PVC一般比昂貴的氟類樹脂便宜，而且具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度及成型性，因此，它成為本發(fā)明的組件殼的優(yōu)選材料。順便提及，PVC包括剛性及柔性兩類，本發(fā)明采用剛性類PVC。
中空纖維膜束及組件殼的粘接部分必須具有優(yōu)異的耐臭氧性，而且也具有優(yōu)異的粘接后機(jī)械強(qiáng)度、硬度，中空纖維膜束至組件殼的粘接強(qiáng)度，而且在制備組件時具有更優(yōu)異的可加工性。例如，當(dāng)使用具有優(yōu)異耐臭氧性的氟類樹脂進(jìn)行熔融粘接方法時，由于樹脂的熔點較高會擔(dān)心中空纖維膜及組件殼變形。而且，雖然某些無機(jī)粘接劑具有優(yōu)異的耐臭氧性，但它們耐水性和可加工性等較差，因此，它們難于在本發(fā)明的粘接部分中使用。
本發(fā)明者充分考慮用作粘結(jié)劑的必要條件，并已檢驗固化產(chǎn)物的性能和特征，因此發(fā)現(xiàn)硅樹脂是作為本發(fā)明的粘接部分的最佳材料。
本發(fā)明中，硅樹脂還包括硅橡膠。硅樹脂可在低溫下固化并具有優(yōu)異的粘結(jié)性及耐氣候性，因此，它們用作一種工業(yè)領(lǐng)域的粘結(jié)劑或密封劑。
本發(fā)明中，作為粘結(jié)劑，在硅樹脂中，在液態(tài)硅橡膠之間使用了那些分類的硅橡膠。液態(tài)硅橡膠依其固化機(jī)理而分類為縮聚類及加聚類，本發(fā)明中，由于加聚類的固化反應(yīng)速率易于控制、固化反應(yīng)一致，可深度固化，可阻止產(chǎn)生副產(chǎn)物、尺寸穩(wěn)定等因素，優(yōu)選采用加聚類硅橡膠。在加聚類硅橡膠中，例如，固化反應(yīng)速率可由固化溫度、催化劑種類及用量、反應(yīng)阻聚劑用量等因素自由調(diào)控。
由于加聚類在固化過程中不要求水；如空氣中潮氣或類似物，而在縮聚類的固化過程需要水，因此，加聚類的固化反應(yīng)可在表層及內(nèi)部均相進(jìn)行，而且在深度部分的固化性能優(yōu)良。進(jìn)一步地，加聚類不產(chǎn)生副產(chǎn)物，比如水、乙醇、醋酸、肟、酮、胺、酰胺、羥胺等等縮聚類固化反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)品，因此，加聚類具有良好的尺寸穩(wěn)定性而且線性收縮相對較小。
加聚類硅橡膠按下述機(jī)理制得具有乙烯基的聚硅氧烷與具有Si-H鍵的聚硅氧烷進(jìn)行加聚反應(yīng)生成交聯(lián)的硅氧鏈。下述分子式(1)表示上述反應(yīng)式的一個實例
鉑催化劑用于加聚類硅酮橡膠的固化催化劑，但是，如果有使上述催化劑脫活的某種固化阻止劑如胺、有機(jī)磷化合物、硫化物、有機(jī)錫化合物等存在時，固化可能變得不充分，因此應(yīng)避免模制時接觸這些材料。
耐臭氧性根據(jù)液態(tài)硅橡膠的原料聚合物分子量而變，也隨該原料聚合物含量、添加劑種類及含量等而變，因此，當(dāng)選擇液態(tài)硅酮橡膠時應(yīng)充分考慮這些因素，此外，也應(yīng)充分考慮固化前粘度、固化后機(jī)械特性等因素。關(guān)于耐臭氧性與原料聚合物分子量之間的關(guān)系，分子量越高，耐臭氧性越好，因而優(yōu)先采用；但是，當(dāng)分子量太高時，則固化前粘度就高，例如當(dāng)使用一種離心粘接機(jī)制備組件時，因所述粘度高而使可加工性變差。考慮到這些因素，原料聚合物的平均分子量優(yōu)選為5,000至300,000，更優(yōu)選地為10,000至100,000，最優(yōu)選為20,000至60,000。平均分子量采用粘度法測定。
另一方面，當(dāng)液態(tài)硅橡膠具有觸變性時，即使其分子量等同于上述值，離心粘接時其粘度也因而下降，因此，其可加工性得到改善，所以，當(dāng)使用高分子量聚合物，優(yōu)選的聚合物應(yīng)具備所說的觸變性。觸變的性能也即所謂的觸變性，指的是這樣一種流變行為，即增加剪切強(qiáng)度時粘度下降，而移去剪切強(qiáng)度時又回復(fù)起始高粘度。
當(dāng)使用一種離心粘接機(jī)制備一種組件時，從可成型的角度看固化前粘度優(yōu)選為10mPa·sec至250Pa·sec，更優(yōu)選的為10mPa·sec至100Pa·sec。如果一種具有觸變性的液態(tài)硅橡膠的粘度按照J(rèn)ISZ8803測定，則使用旋轉(zhuǎn)粘度計按照J(rèn)IS K6833測定粘度值。
該液態(tài)硅橡膠的聚合物交聯(lián)度越大，則粘接部分的耐臭氧性越好，該交聯(lián)度可通過控制加入到液態(tài)硅橡膠中的多官能團(tuán)交聯(lián)劑量來變化。
在本發(fā)明中，粘結(jié)劑又可加入填料，如硅石、炭黑、碳氟化物或類似物以增加機(jī)械特性。在此種情形下，當(dāng)填料含量太高時，由于原料聚合物含量下降而導(dǎo)致粘結(jié)性破壞，并擔(dān)心粘接部分出現(xiàn)水泄漏等情況。通常，填料含量重量百分比為5至80％，優(yōu)選為10至50％。
原料聚合物的部分側(cè)鏈氟化后的一種液態(tài)硅橡膠具有優(yōu)異的耐臭氧性，可優(yōu)選用作本發(fā)明的一種粘結(jié)劑。下述分子式(2)表示結(jié)構(gòu)式的一個例子。
上述分子式中，n、m及l(fā)的每一個值都為上述原料聚合物的分子量所確定的重復(fù)單元數(shù)。
當(dāng)選定用于粘接部分的硅樹脂時，按照本發(fā)明的中空纖維膜所要求的機(jī)械強(qiáng)度及耐久性、固化后的特性由JIS K6301法測得的JIS-A硬度值至少為30，優(yōu)選至少為40，更優(yōu)選至少為50，斷裂強(qiáng)度至少為2MPa，優(yōu)選至少為5MPa，更優(yōu)選至少為6MPa。
本發(fā)明中，粘結(jié)劑的特定例子包括，例如TSE 322，TSE322B，TSE 3221，TSE 3212，TSE 3253、TSE 326、TSE 3331、TSE 3337、TSE 3033、TSE 3320及TSE 3315，這些產(chǎn)品由Toshiba硅酮有限公司制造而成；FE61，KE1202、KE1206、KE1216、KE1602、KE106、KE109、KE109E、KE1204及KE1302，這些產(chǎn)品由Shin-Etsn硅酮有限公司制成；SE1711，SE1750，SE1701及CY52-237，這些由Toray·Dow Corning硅酮有限公司制成，等等。特別地，由于TSE 322、TSE 3337、FE61等的初始機(jī)械性能高而且因臭氧作用引起的物理性能破壞較小而優(yōu)選。
然而，即使使用上述的具有相對高強(qiáng)度的硅橡膠，工業(yè)應(yīng)用所采用的大尺寸組件仍會在粘結(jié)部分導(dǎo)致粘結(jié)損壞而不能在有些情形下長期使用，盡管這取決于粘結(jié)部分的厚度。這通過使粘結(jié)部分厚度大到不致于引起粘結(jié)損壞而實現(xiàn)這種情況；然而，與通常使用的一種粘結(jié)劑相比，例如，環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂或類似物，硅橡膠價格非常昂貴，當(dāng)硅橡膠用量增加時，生產(chǎn)成本將顯著增加，對于中空纖維膜的縱向過濾不起作用的部分?jǐn)?shù)量變多，每個膜組件所得到的水量變小，運(yùn)行成本將增加。因此，這種方法不能說是期望的方法。
另一方面，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在中空纖維膜與組件殼的粘結(jié)部分的組件殼內(nèi)壁上直接固定加強(qiáng)筋，可阻止粘結(jié)部分的粘結(jié)損壞。按照這種方法，所用的硅橡膠量可下降，此外，組件殼上的加強(qiáng)筋的固定可采用下列方式完成，例如螺紋連接到組件殼的內(nèi)壁上，與組件殼上配備的凹口部分結(jié)合而固定，熔融固定，焊接固定或與組件殼鑄為一體。按照這樣一種固定方法，加強(qiáng)筋易于加工并且成本適于工業(yè)應(yīng)用。這里，熔融指的是使用超聲波，加熱或熔劑使已插入至組件殼中的加強(qiáng)筋與組件殼的材料熔融粘結(jié)。而焊接指的是使用焊接棒或類似物使已插入至組件殼的加強(qiáng)筋加熱從而達(dá)到將組件殼與加強(qiáng)筋固定的目的。
將中空纖維膜束放入組件殼的方法包括一種方法，它包括在組件殼上固定加強(qiáng)筋，然后將中空纖維膜束放入組件殼中，和另一種方法，它包括將中空纖維膜束放在至少一個加強(qiáng)筋上，然后將加強(qiáng)筋和中空纖維膜束放于組件殼中。當(dāng)使用螺紋連接或凹口結(jié)合固定加強(qiáng)筋時，后一種方法特別有效。而且，當(dāng)中空纖維膜束進(jìn)入組件殼中時，一種保護(hù)網(wǎng)可環(huán)繞中空纖維膜束，這種保護(hù)網(wǎng)由一種塑料制成，例如ETFE、PVDF、PCTFE、PTFE、PVC或類似物，或由一種金屬制成，如不銹鋼、鈦或類似物。
在本發(fā)明中，加強(qiáng)筋優(yōu)選埋置于粘結(jié)部分成為一個整體。這是因為當(dāng)整個加強(qiáng)筋置于粘結(jié)部分中時，即使由于長期使用或類似原因使得粘結(jié)部分的粘結(jié)強(qiáng)度降低，也不會出現(xiàn)在使用過程中粘結(jié)部分與加強(qiáng)筋分開的現(xiàn)象，除非粘結(jié)部分?jǐn)嗔?。?dāng)采取加強(qiáng)筋突出于中空纖維膜的一個開口的橫截面這種構(gòu)造時，切刀的刀刃易被加強(qiáng)筋損傷，安裝完組件后，粘結(jié)及固定部分被切刀切開以打開中空纖維膜的中空部分。在這種結(jié)構(gòu)中，當(dāng)加強(qiáng)筋伸入組件內(nèi)部時，中空纖維膜將與加強(qiáng)筋或類似物的末端摩擦并斷裂，這是由于操作過程中流體的流動引起中空纖維膜搖擺而致。
然而，在某些條件下，甚至加強(qiáng)筋突出于組件的粘結(jié)部分的組件也能使用。例如當(dāng)加強(qiáng)筋由樹脂組成，大多數(shù)情形下切刀的刀刃不被損壞。若加強(qiáng)筋與組件的材質(zhì)相同時，根據(jù)膜的強(qiáng)度則膜不因膜與加強(qiáng)筋之間的摩擦而受極大損壞。
用作加強(qiáng)筋的材料包括不銹鋼，如SUS-304，SUS-304L、SUS-316，SUS-316L等等；氟類樹脂，例如，聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-全氟烴基乙烯醚共聚物(PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯-六氟丙烯-全氟烴基乙烯醚共聚物(EPE)、四氟乙烯-乙烯共聚物(ETFE)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、氯三氟乙烯-乙烯共聚物(ECTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)等；氯類樹脂，如聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氯乙烯(PVDC)等等。
本發(fā)明中，進(jìn)一步地，安裝于粘接部分的加強(qiáng)筋形狀從中空膜的切面方向觀察優(yōu)選為徑向形狀、網(wǎng)絡(luò)形狀或徑向與同軸形狀的綜合形狀。在組件殼中安裝這種形狀的加強(qiáng)筋，并固定它而且優(yōu)選將加強(qiáng)筋以與中空纖維膜的纖維縱向平行的平板形式放置，因為，作為一種結(jié)果，被加強(qiáng)筋劃分的一束中空纖維膜的填充密度及被填入的膜數(shù)量變成基本上與另一束中相同，而且能夠增加被填入的膜數(shù)量。另外，在上述加強(qiáng)筋上鉆許多孔，加強(qiáng)筋與硅樹脂的粘接及固定更強(qiáng)，因此更為優(yōu)選。
圖1、2顯示一種加強(qiáng)筋1與一種組件殼3的內(nèi)壁配備的凹口部分2的連接固定的實施例。圖3至7顯示了該加強(qiáng)筋的橫截面的實施例。
本發(fā)明的中空纖維膜組件可應(yīng)用于一種內(nèi)壓過濾系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，生水放入中空纖維膜的中空部分而過濾從膜的內(nèi)表面?zhèn)认蛲獗砻鎮(zhèn)冗M(jìn)行?；驊?yīng)用于一種外壓過濾系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中生水從中空纖維膜的外表面輸入，過濾作用從膜的外表面向內(nèi)表面?zhèn)冗M(jìn)行。在內(nèi)壓過濾系統(tǒng)中，每單元截面積上生水流過組件的流通道面積值小于外壓過濾系統(tǒng)得到的值，所以，具有保持相同線速所需的動力較小這一優(yōu)勢。但是，在某些情形下，會引起中空纖維膜的開口部分的堵塞，因此當(dāng)沒有進(jìn)行高水平預(yù)處理時，內(nèi)壓過濾系統(tǒng)局限于處理生水濁度不大于5NTU的樣品，最好濁度不大于3 NTU。另一方面，外壓過濾系統(tǒng)可應(yīng)用于處理具有高濁度的生水。外壓過濾系統(tǒng)的膜組件中，許多中空纖維膜粘接并固定于組件殼里，并且在粘接部分設(shè)置有許多開口以供給生水及/或氣體。
圖8至圖13顯示了本發(fā)明的外壓過濾系統(tǒng)的組件的實施例的截面圖。
圖16及圖17中顯示了外壓過濾系統(tǒng)的傳統(tǒng)組件，生水供給噴嘴7垂直于中空纖維膜4的縱向方向，生水從纖維束的外圓周部分流到中心，然后在纖維束的縱向流動。因此，在使用處理大量水的一種大口徑組件的情況中，中空纖維膜束的直徑變大，因此在膜束的直徑方向產(chǎn)生壓力損失，不可能達(dá)到全部纖維束對過濾起相同的作用，隨著時間延長，過濾的水量下降。特別地，加入臭氧的生水被一種組件處理且過濾的水量急劇增加時，上述影響較大。而且，即使當(dāng)使用一種充氣清洗處理去除堆積于中空纖維膜束上的懸浮材料，傳統(tǒng)的組件結(jié)構(gòu)去除聚集在與噴嘴成180°反向以及纖維束中心部分的懸浮物的效率仍然較低，特別地，當(dāng)過濾帶有臭氧的生水時，無機(jī)懸浮物大量吸附于膜上，因此有必要使組件具有這樣一種結(jié)構(gòu)，使充氣清洗效率高。充氣清洗此處指的是這樣一種操作，通過充氣去掉堆積于膜表面的懸浮物及/或聚集于中空纖維膜之間的懸浮物，并進(jìn)一步通過清洗把堆積物及/或聚集物排出該系統(tǒng)，即，沖洗出組件或設(shè)備。充氣和清洗可順序或同時進(jìn)行。
粘接部分的開口截面形狀包括圓環(huán)形、橢圓形、扇形、三角形、四邊形、六邊形、長條形等。特別地，優(yōu)選圓形或橢圓形截面，這是由于開口的單位截面的液體接觸面積變得最小而且流體的壓力損失變小。
進(jìn)一步地，當(dāng)粘接部分設(shè)置的開口數(shù)較多時，幾乎不引起組件上懸浮物的積累，而填入組件的可填充中空纖維膜數(shù)目變小，且滲透的水量變小。開口數(shù)隨組件直徑及開口形狀而變，例如，當(dāng)組件直徑為3英寸時，開口數(shù)為3至30。當(dāng)組件直徑為5英寸時，開口數(shù)為4至80。
粘接部分的開口面積百分比按下面的數(shù)學(xué)式(3)表達(dá)，百分比為10至40％，優(yōu)選為15至35％K=S×NR2×π×M×100---(3)]]>這里K為開口面積百分?jǐn)?shù)，S為一個開口的截面積，N為開口數(shù)，R為中空纖維膜的外徑，M為中空纖維膜的數(shù)目。
收集過濾水的系統(tǒng)，可采用一種一端水收集系統(tǒng)或一種兩端水收集系統(tǒng)。在一端水收集系統(tǒng)中如圖8至13所示，中空纖維膜4的一端在中空纖維膜開口狀態(tài)下粘接，而另一端用粘接劑密封。用于供給生水及/或氣的開口設(shè)置于粘接部分5’上，在此處中空纖維膜用一種粘接劑密封。兩端水收集系統(tǒng)如圖14及圖15所示，中空纖維膜的粘接狀態(tài)為兩端都打開，組件的下端具有一個水收集室11用于過濾的水，以及一個圍繞水收集室11的裙邊狀包層12，水收集管13用于將水收集室11中的過濾水送至上端。在下端粘接部分的開口6通過組件殼的一邊上的孔與裙邊狀包層12及組件殼3之間的空隙相連通。
本發(fā)明的粘接部分5及5’上設(shè)置的開口6優(yōu)選設(shè)置于中空纖維膜束的內(nèi)壁，而生水及/或氣供給組件，均勻分布于整個中空纖維膜，在中空纖維膜之間的空隙很難堆積懸浮物，而且長期可得到穩(wěn)定量的過濾水。當(dāng)這個開口設(shè)置于中空纖維膜的外側(cè)時，則生水及/或氣供給組件易于引起一個溝流。結(jié)果，出現(xiàn)問題，即懸浮物的積累變得易于在中空纖維膜束的內(nèi)側(cè)形成，有效膜表面積下降，滲透水量下降。
進(jìn)一步地，粘接部分5及5’上的開口6優(yōu)先設(shè)置，這樣開口的端面與組件內(nèi)側(cè)的粘接部分的界面位于同一面。在中空纖維膜的粘接部分的界面附近懸浮物不能聚集，因此可長期得到穩(wěn)定量的過濾水。當(dāng)這一開口端面突出于粘接部分的界面進(jìn)入組件的內(nèi)部時，液流比停留于開口端面更易于停留于下部，而且難以進(jìn)入氣體，因此易于引起在中空纖維膜束的內(nèi)部出現(xiàn)懸浮物的積累，結(jié)果，導(dǎo)致有效膜面積下降，滲透水量下降。
進(jìn)一步地，若使用的中空纖維膜的有機(jī)強(qiáng)度較低，在某些情況下會產(chǎn)生這樣一個問題，即在過濾操作過程中，中空纖維膜破裂。在操作過程中，膜破裂常會在中空纖維膜兩端的粘接部分的界面附近出現(xiàn)。本發(fā)明的組件中，在中空纖維膜的一端或兩端設(shè)置了一種圓柱形調(diào)整管以便防止中空纖維膜的破裂。作為調(diào)整管材料，可優(yōu)選使用不銹鋼、氟類樹脂或氯類樹脂如組件殼的材料一樣。
粘接部分的開口形成如下，首先在中空纖維膜的末端安裝一種開口成型夾具，用粘接劑將夾具與中空纖維膜粘接并固定在組件殼的內(nèi)部，當(dāng)安裝該開口成型夾具時，使夾具末端突出于粘接部分的界面而進(jìn)入組件殼的內(nèi)部，在切除不必要的粘接部分末端或沒有切除粘接部分之后，去除保留于粘接部分的開口成型夾具。
作為開口成型夾具，可采用任何一種不與粘接劑滲透的材料，且其剝離性良好并耐粘接溫度，例如，一種紙；一種樹脂如聚乙烯、聚丙烯、聚酯、氟類樹脂、氯類樹脂、橡膠或類似物；一種金屬如不銹鋼、鋁或類似物，在其上涂以一種剝離性優(yōu)異的氟塑；以及等等。只要夾具的外形與開口的形狀相同，夾具可以是中空的，也可以不是中空的，但是，優(yōu)選中空的，因為在切割或去除時易于操作。
本發(fā)明的組件不僅包括一種與管道相連并使用的支架式組件，而且包括一種放入一種仿形或一種容器中并使用的筒式組件。
參照圖8及圖10，下述將解釋本發(fā)明的組件的標(biāo)準(zhǔn)操作方法。
首先，在該過濾操作模式中，含有臭氧的待處理生水從生水供應(yīng)噴嘴7輸入。該生水通過粘接部分5’上的一個開口6，該生水的懸浮物積聚于中空纖維膜4的外表面上，該過濾過的水通過該中空纖維膜的中空部分，并且在位于上部的過濾水收集噴嘴8處收集。另一方面，已被所述中空纖維膜濃縮的所述循環(huán)濃縮水從循環(huán)濃縮水排放噴嘴9或出口10排出。
下一步，在復(fù)洗操作模式中，所述過濾水用作一種復(fù)洗水，而該復(fù)洗水從過濾水收集噴嘴8輸入，從所述中空纖維膜的內(nèi)表面?zhèn)认蛲獗砻鎮(zhèn)冗^濾，且復(fù)洗水從循環(huán)濃縮水排放噴嘴9或出口10得以排出，及/或者在通過粘接部分開口6后再從生水供給噴嘴7排出。
進(jìn)一步地，在一種充氣清洗模式中，一種氣體，其量為幾乎不溶于所述生水，例如，基于供給的生水量，體積流速為50至200％的空氣通過一種壓縮機(jī)或類似機(jī)器與生水混合，以制備一種多相氣-液流，且從粘接部分的開口6通過所述生水供給噴嘴7供應(yīng)該多相氣-液流，所述清洗排水從循環(huán)濃縮水排放噴嘴9或出口10去除。
采用本發(fā)明的膜組件正確地重復(fù)上述操作模式，所述生水變成一種平行于中空纖維膜并均勻分布于整個纖維束上的一種液流，并且能對該外壓系統(tǒng)交叉流動法產(chǎn)生更顯著的效果。此外，采用復(fù)洗或充氣清洗可比較方便地把膜外表面聚集的懸浮物及膜之間空隙處的懸浮物排出組件；隨時間延長滲透水量不會下降；可達(dá)到長時間穩(wěn)定過濾而不會損壞所述粘接部分。
根據(jù)本發(fā)明的第一個實施例，制備六束中空纖維膜，每束都按JP-A-3-215535描述的方法制備的350 PVDF膜成束制備，所述PVDF膜外徑2mm，內(nèi)徑1mm，體積孔積率為66％；按一種電子顯微照相術(shù)計算，外表面的平均孔徑與橫截面的平均孔徑之比為1.75，兩個值都由外表面的平均孔徑、內(nèi)表面及橫截面確定；按相同方法確定的內(nèi)表面的平均孔徑及橫截面的平均孔徑之比大于0.85；按一種空氣流動法測定的平均孔徑為0.25μm；按一種始沸點法測定的最大孔徑為0.35μm；最大孔徑與平均孔徑之比為1.4；水滲透率為2400升/m2·小時·100kPa(25℃)，斷裂強(qiáng)度為15MPa，斷裂延伸率為280％。
接著，一種內(nèi)部螺紋連接方法用于外徑140mm、長度1,100mm由不銹鋼制成的一種組件殼的一個末端部。更進(jìn)一步地，一種外螺紋連接法用于如圖3所示的由一種不銹鋼制成的一種加強(qiáng)筋的側(cè)面，而加強(qiáng)筋通過螺紋連接方式固定于上述組件殼上。
上述六根中空纖維膜束的每一根都放在由組件殼上加強(qiáng)筋分隔的六個空間里，粘接夾具連接于兩個側(cè)端，而且中空纖維膜與一種加聚類硅酮橡膠(TSE 322，由Toshiba硅酮有限公司制造)一起被粘接并固定在已固定加強(qiáng)筋的組件殼上，更進(jìn)一步，在未安裝加強(qiáng)筋的側(cè)端部，19根由長度為55mm、外徑為10mm的高密度聚乙烯組成的管道按一定方式排列以便均勻分布于中空纖維膜束內(nèi)，然后粘接。
當(dāng)硅酮粘接部分完全固化之后，該中空纖維膜束被切割以打開已安裝加強(qiáng)筋一側(cè)的中空部分(過濾水收集側(cè))并用于從另一側(cè)去除19根管道。通過去除19根管道，粘接部分即形成了供應(yīng)生水的19個開口從而完成如圖8所示的本發(fā)明的一種中空纖維膜組件的制備。在此情況中，該加強(qiáng)筋不突出于該粘接部分末端而是完全安裝于內(nèi)部。
用乙醇處理上述方法制備的中空纖維膜組件以使其具有親水性，然后用純水取代該膜中的乙醇。
用水取代之后的中空纖維膜組件與一種計量器連接，而且一種生水供應(yīng)噴嘴及一種循環(huán)濃縮水排放噴嘴與設(shè)備的管道相連接，使之處于如下狀態(tài)，即過濾水收集噴嘴并不安裝管道接頭，在壓力作用下完成水溫為26℃、供應(yīng)壓力為500kPa的純水的過濾。采用一種應(yīng)變儀檢測粘接部分的變形狀態(tài)會發(fā)現(xiàn)在被加強(qiáng)筋分隔的6個區(qū)域的每一個中心有一種大約1mm的氣孔。而在安裝有加強(qiáng)筋的部分附近未觀測到氣孔。
接著，管道與過濾水收集噴嘴連接，采用濁度為3至12的河水作為生水，供應(yīng)壓力為300kPa，復(fù)洗壓力為450kPa，重復(fù)30,000次完成過濾及復(fù)洗過程。在此情況中，一種臭氧氣體被加入到該生水中以使過濾水中臭氧濃度變成0.3ppm，并且進(jìn)一步在每1000次循環(huán)進(jìn)行一次充氣清洗。上述重復(fù)測試完成之后，觀測該粘接部分發(fā)現(xiàn)未引起粘接部分變形，也未觀測到粘接部分出現(xiàn)裂痕。另外，通過氣密測試檢測粘接部分，未觀測到泄漏現(xiàn)象發(fā)生。順便提一下，氣密測試是用這樣一種方法完成，它包括將組件浸入水中，施加該膜始沸點1/2的氣壓并檢測從粘接部分泄漏的氣體的情況。
根據(jù)本發(fā)明的第二個實施例，制備了四束中空纖維膜，每一束都按JP-A-3-215535揭示的方法制備的400束PVDF膜成束制備而成，所述的PVDF膜外徑為1.3mm，內(nèi)徑為0.7mm，體積孔積率為68％，根據(jù)電子顯微照相計算的外表面、內(nèi)表面及橫截面的平均孔徑，確定的外表面的平均孔徑與橫截面的平均孔徑之比為1.75，按相同方式得到內(nèi)表面的平均孔徑與橫截面的平均孔徑之比為0.85以上，用空氣流動法測得的平均孔徑為0.25μm，通過始沸點法測得的最大孔徑為0.35μm，最大孔徑與平均孔徑之比為1.4，水滲透率為2400升/m2·小時·100kPa(25℃)，斷裂強(qiáng)度為17MPa，斷裂延伸率為240％。
接著，如圖5所示，一種PVDF加強(qiáng)筋安裝于一種組件殼的一個末端，該組件殼由外徑為89mm、長度為1,100mm的PVDF組成并焊接于其上。
上述四個中空纖維膜束的每一個放入由組件殼上加強(qiáng)筋分隔的四個空間之一，粘接夾具連接于兩側(cè)，該中空纖維膜粘接并固定于組件殼上，加強(qiáng)筋與一種加聚類硅橡膠(TSE 3337，Toshiba硅酮有限公司制造)一起固定于組件殼上。另外，當(dāng)一種粘接夾具連接在未安裝加強(qiáng)筋的末端部時，用一種鋁盤的鋁柱將鋁盤安裝于5處，鋁柱外徑為10mm，長度為45mm，表面涂有聚四氟乙烯。
當(dāng)硅酮粘接部分完全固化之后，在安裝有加強(qiáng)筋的一側(cè)(過濾水收集側(cè))，中空部分被切割以形成開口，在另一側(cè)，去除粘接夾具，從而在粘接部分形成了5個開口，因此完成了圖9所示的本發(fā)明的一種濾筒式中空纖維膜組件。在此情況中，加強(qiáng)筋不突出于粘接部分末端而完全埋置于其內(nèi)部。
將如上制備的中空纖維膜組件放入由不銹鋼組成的容器中，然后用乙醇進(jìn)行處理使組件具有親水性，然后用純水取代膜中的乙醇。
用水取代之后，將生水供應(yīng)管連接于該容器的下部，并將一種濃縮水排放管連接于該容器的上部。在沒有管道連接于過濾水收集側(cè)的情況下，則在壓力下，采用水溫為25℃，供應(yīng)壓力為500kPa的純水進(jìn)行過濾。用一種應(yīng)變儀檢測該粘接部分的變形狀態(tài)。然而，在由加強(qiáng)筋分隔的四個區(qū)域的每一處以及埋置加強(qiáng)筋的部分等任何地方都未觀測到變形發(fā)生。
接著，將管道連接至過濾水收集噴嘴，且采用濁度為3至12的河水作為生水，在供應(yīng)壓力為300kPa，復(fù)洗壓力為450kPa的情況下，重復(fù)40,000次過濾及復(fù)洗過程。在此情況中，將一種臭氧氣體加入到該生水以使過濾水中的臭氧濃度變成0.3ppm，而且進(jìn)一步每1000個循環(huán)進(jìn)行一次充氣清洗。上述重復(fù)測試完成之后，觀測該粘接部分，未發(fā)現(xiàn)任何變化。此外，用氣密試驗檢測粘接部分，未發(fā)現(xiàn)任何泄漏現(xiàn)象。順便提及，氣密試驗用這樣一種方法完成，該方法包括將組件浸入水中，施加一個該膜始沸點1/2的氣壓，并檢測該粘接部分的空氣泄漏的情況。
根據(jù)本發(fā)明的第三個實施例，制備七束中空纖維膜，每束采用與實施例1中使用的中空纖維膜相同的300根制成。
接著，如圖1所示，在一種組件殼兩側(cè)的末端部的內(nèi)壁設(shè)置有凹口，該組件殼由外徑140mm，長度1,100mm的PVC制成。更進(jìn)一步地，在由不銹鋼制成的一種加強(qiáng)筋的外圓周上施加一個切口工藝，其與上述組件殼的內(nèi)圓周上凹口對應(yīng)，圖4為加強(qiáng)筋的橫截面示意圖。組件殼的一側(cè)的末端裝配一種加強(qiáng)筋，如圖4所示；加強(qiáng)筋已預(yù)先切口，然后在這種情況下，上述七個膜束被放入如圖4所示的加強(qiáng)筋分隔的七個空間中；該加強(qiáng)筋從末端部的另一側(cè)進(jìn)入組件殼，而且裝配凹口從而使加強(qiáng)筋不會從組件殼中脫落。兩側(cè)端部用粘接夾具安裝，中空纖維膜、加強(qiáng)筋及組件殼與一種加聚類硅橡膠(FE-61由Shin-Etsu硅酮有限公司制造)粘接并固定。
當(dāng)粘接部分充分固化之后，切割中空纖維膜兩側(cè)的中空部分以形成開口，而且該膜組件的兩側(cè)端部安裝配罩。
用乙醇處理由上述方法制備的中空纖維膜組件，使其具有親水性，然后，用純水取代膜中的乙醇。
用水取代之后，中空膜組件置于一種計量器中，采用濁度為1至3的河水作為生水，在供應(yīng)壓力為300kPa，復(fù)洗壓力為500kPa的情況下，用內(nèi)壓系統(tǒng)重復(fù)過濾及復(fù)洗操作30,000次。在此情況中，一種臭氧被加入到生水以使過濾水中的臭氧濃度變成0.4ppm。
完成上述重復(fù)測試之后，觀測粘接部分。然而，未引起粘接部分的變形，也未發(fā)現(xiàn)粘接部分出現(xiàn)裂痕。
進(jìn)一步地，上述組件采用氣密試驗檢測并觀察泄漏現(xiàn)象，未發(fā)現(xiàn)粘接部分出現(xiàn)泄漏。順便提及，氣密試驗如下將組件浸入水中，施加該膜的1/2始沸點時的氣壓并檢測粘接部分的空氣泄漏情形。
比較實施例4在與實施例1相同的條件下，只有一點除外，即組件殼未配有加強(qiáng)筋，制備一種中空纖維膜組件。
用乙醇處理上述的中空纖維膜組件，使之具有親水性，然后用純水取代膜中的乙醇。
用水取代之后，將該中空纖維膜組件與一種計量器連接，而且將生水供應(yīng)噴嘴及循環(huán)濃縮水排放噴嘴連接于設(shè)備的管道，其后，在具有26℃的水溫及供應(yīng)壓力為500kPa條件下完成加壓下的過濾，其中過濾水收集噴嘴未配有管道接頭。用應(yīng)變儀檢測粘接部分的變形狀態(tài)發(fā)現(xiàn)在中心部分有6mm的氣孔。
接著，將一根管道與過濾水收集噴嘴連接，用濁度為3至12的河水作為生水，在供應(yīng)壓力為300kPa，復(fù)洗壓力為450kPa的情況下，重復(fù)過濾及復(fù)洗過程30,000次。在此情況下，將一種臭氧加入到生水以便過濾水中臭氧濃度變成0.3ppm，進(jìn)一步的每1,000次循環(huán)進(jìn)行充氣清洗。完成上述重復(fù)測試之后，觀測粘接部分，發(fā)現(xiàn)在粘接部分的中心部分，含有中空纖維膜束的部分出現(xiàn)粘接破壞。此外，已確認(rèn)到，在粘接部分中，從粘結(jié)破壞處開始出現(xiàn)三個裂痕。
比較實施例5在與實施例2相同的條件下，只有一點除外，即組件殼沒裝配有一種加強(qiáng)筋，制備一種中空纖維膜組件。
用乙醇處理上述中空纖維膜組件，使其具有親水性，再用純水取代膜中的乙醇。
用水取代之后，該容器的下部裝有一種生水供應(yīng)管道，在該容器的側(cè)面上部裝有一種濃縮水排放管，處于如下狀態(tài)，即過濾水收集側(cè)沒安裝管道，在水溫為25℃，供應(yīng)壓力為500kPa時，用純水在加壓下完成過濾操作。采用應(yīng)變儀檢測粘接部分的變形狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)在中心部分有一個3mm的氣孔。
接著，將管道與過濾水收集噴嘴連接，用濁度為3至12的河水作為生水，在供應(yīng)壓力為300kPa，復(fù)洗壓力為450kPa的條件下，重復(fù)過濾及復(fù)洗操作40,000次。在此情況下，將一種臭氧加入到生水以便使過濾水中的臭氧濃度變成0.3ppm，進(jìn)一步每1,000次循環(huán)進(jìn)行一次充氣清洗。完成上述重復(fù)試驗之后，觀測粘接部分，發(fā)現(xiàn)粘接部分(大約總圓周一半)從組件殼脫離。
比較實施例6在與實施例3相同條件下，只除了以下一點組件殼未安裝有加強(qiáng)筋，制備一種中空纖維膜組件。
用乙醇處理上述中空纖維膜組件使之具有親水性，用純水取代膜中的乙醇。
完成水取代之后，將中空纖維膜組件置于一計量器中，用濁度為1至3的河水作為生水，在供應(yīng)壓力為300kPa，復(fù)洗壓力為500kPa條件下，采用內(nèi)壓系統(tǒng)重復(fù)過濾及復(fù)洗操作30,000次。在此情況下，將一種臭氧氣體加入到該生水以使過濾水中的臭氧濃度成為0.4ppm。
完成上述重復(fù)測試之后，從計量器上移去組件，觀測該粘接部分，發(fā)現(xiàn)粘接部分的圓周部分(離組件殼的壁面大約10mm處)的2/3圓周發(fā)生了粘接破壞。
本發(fā)明的中空纖維膜組件使長期使用膜濾處理含臭氧的水，并能使用含臭氧的水重復(fù)沖洗(包括復(fù)洗)成為可能，因此，對于使用臭氧進(jìn)行水處理的領(lǐng)域，特別是水廠領(lǐng)域以及類似場合，其效果非常顯著。
權(quán)利要求
1.一種中空纖維膜組件包括，一個組件殼及一種中空纖維膜束，后者包括許多中空纖維膜，至少該束的一端粘接并固定于組件殼上，其特征在于，中空纖維膜束及組件殼的粘接部分包括一種硅樹脂，并且至少在粘接部分之一，用于加強(qiáng)粘接部分的一種加強(qiáng)筋直接固定于該組件殼上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中空纖維膜組件，其特征在于，從下述一組方式中選擇至少一種方式將加強(qiáng)筋固定于組件殼上，該組方式包括螺紋連接、與組件殼上配備的凹口部分相結(jié)合，熔融與焊接，或者加強(qiáng)筋與組件殼鑄為一體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的中空纖維膜組件，其特征在于垂直于中空纖維膜組件縱向的加強(qiáng)筋的橫截面具有徑向形狀，網(wǎng)絡(luò)形狀或徑向形狀與同軸形狀的組合形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任何一個所述的中空纖維膜組件，其特征在于加強(qiáng)筋為一平板或多個按平行于中空纖維膜組件的縱向排列的許多平板的組合，在所述平板上具有許多孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任何一個所述的中空纖維膜組件，其特征在于整個加強(qiáng)筋都埋置于粘接部分內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任何一個所述的中空纖維膜組件，其特征在于組件殼及加強(qiáng)筋由不銹鋼、一種氟類樹脂及一種氯類樹脂或其結(jié)合物中的任何一種材料組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任何一個所述中空纖維膜組件，其特征在于中空纖維膜包括一種氟類樹脂。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任何一個所述中空纖維膜組件，其特征在于中空纖維膜束與組件殼的粘接部分包括通過固化一種液態(tài)硅橡膠所得的一種硅樹脂。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任何一個所述的中空纖維膜組件，其特征在于中空纖維膜與組件殼的粘接部分為通過固化一種加聚類液態(tài)硅橡膠所得的一種硅樹脂，固化前粘度為10mPa·sec至250Pa·sec，固化前的重量平均分子量為5000至300,000。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任何一個所述的中空纖維膜組件，其特征在于中空纖維膜與組件殼的粘接部分為通過固化一種加聚類硅橡膠所得的一種硅樹脂，固化后按JIS K6301法測定的JIS-A硬度值至少為30，斷裂抗拉強(qiáng)度至少為2MPa。
全文摘要
一種中空纖維膜組件包括一種組件殼及一種中空纖維膜束,后者包括許多中空纖維膜,纖維膜束至少一端粘接并固定于組件殼上,其中中空纖維膜束與組件殼的粘接部分包括一種硅樹脂,固定在至少一個粘接部分,起加強(qiáng)連接作用的加強(qiáng)筋固定在至少一個連接處并直接固定于組件殼上。本中空纖維膜組件可長期對含有臭氧的水進(jìn)行膜濾處理,并且可用含臭氧水進(jìn)行重復(fù)清洗。
文檔編號B01D63/02GK1197408SQ96197140
公開日1998年10月28日 申請日期1996年9月19日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月21日
發(fā)明者谷口超, 菅伸彥 申請人:旭化成工業(yè)株式會社