[发明专利]中空纤维膜组件

说明书

本发明涉及一种中空纤维膜组件，该组件适合于各种水处理过程中过滤大量的含臭氧水，比如，将河水、湖水或地下水处理为饮用水，以及海水或废水的处理。

在河水、湖水、海水、工业废水等的净化过程中，至今仍然采用絮凝剂如氯化多铝等将水中混浊物聚集为絮凝物。比如，Gihodo出版(1985年)的Kenji TANBO和Koichi OGASAWARA所著的“Josuino Gijutsu”(水净化技术)，一书中第二章详细介绍了加入絮凝剂的一种净化水方法(絮凝法)。然而，在这种方法中，当生水，如河水、地下水、废水等的质量波动时，有必要优化所加入的絮凝剂量、pH值以及对应于质量波动的条件以便完成有效的处理，且需要进行一次初步试验如所谓的缸试验。在传统的水净化方法中，不仅操作如此复杂，而且需要大规模设备，如，絮凝体形成池、沉淀池、沙过滤设备或类似设备。

为了克服上述絮凝法的缺点，并通过不受生水质量波动较大影响的简洁设备来得到稳定的水质，已提出用一种膜进行水处理的新工艺。

在工业应用中，很难单独使用膜。但是，从下列角度看，即：使用膜可确保低成本下单位体积高容量的处理量，由聚合物制成的中空纤维膜作为膜组件已投入实际应用中。中空纤维膜组件可以制造如下：将这种中空纤维膜放入组件壳中，至少使膜的一端与一种热固性树脂，如环氧树脂、聚氨酯树脂或类似物粘接并固定，然后切除不必要的粘接部分并打开纤维的中空部分。

然而，当使用上述膜组件时，存在一种问题，即；随着时间的变化，处理水的渗透速度下降(日本膜协会及日本管理协会主办的《新膜技术报告论文集’92》，预印本3，1992)。

为解决这些问题，最近提出一种方法，通过先用臭氧处理生水，这样可阻止处理水的渗透流速随时间延长而下降〔美国水工协会(AWWA)杂志，77(60-65)(1985)〕；在膜滤之前，往生水中注入臭氧然后过滤含有臭氧的生水(JP-A-4-108518)以阻止过滤膜堵塞的方法；在分离含油废水中的油和水时，膜滤之前，向油水分离器中加入臭氧或过氧化氢(JP-A-63-93310)；当清洗分离膜时，采用含臭氧水恢复降低的渗透流速的一种方法(JP-A-3-249927)；以及等等。

当因有机材料而引起的膜堵塞现象发生时，采用臭氧处理法特别有效；然而，需要一种能够耐臭氧的强氧化作用的膜组件。例如，当采用一种有机中空纤维膜滤含臭氧水时，由膜组件、膜壳部分及粘接部分组成的膜必须不仅具有相应的结构材料所具备的相应功能，而且必须至少在与含有臭氧气或含臭氧的水接触的部分具备耐臭氧性能。此外，从膜组件寿命的工业角度看，需要耐臭氧性至少半年，最好为1-3年。

作为一种具有耐臭氧的膜组件，至今已有，例如，用一种陶瓷膜制成的无机膜组件，用平膜状超滤膜的全PVDF Ultrastack^TM，该超滤膜由聚偏二氟乙烯(PVDF)制成，由《超纯水)》杂志7(6)，32-36，38-40(1990)描述，以及类似物。然而，用一种陶瓷膜的组件价格昂贵并存在一个问题，即：在设备的紧致化方面有一定的限制。而且，采用全部PVDF Ultrastack^TM的膜滤系统中，设备紧致化困难，另外，当试图采用一种交叉流动过滤系统时，该系统对于稳定保持渗透流速十分优异，上述应用就很困难。

此外，当生水包含无机材料，如泥沙，即使采用了一种臭氧处理，仍存在这种问题，即：无机材料集聚在膜表面，随着时间延长会降低渗透流速，为解决这些问题，JP-A-7-265671揭示了一种外压交叉流动过滤系统，该系统使得物质难于堵塞，也不易于在膜表面堆集，并能得到较大的膜表面，而且一种外压系统膜组件能通过常规的充气清洗法(描述为一种空气泡)排放已堆积在中空纤维膜之间的悬浮物质。然而，这些膜组件使用硅橡胶作为粘接剂，用于组件壳上膜的粘接与固定，因此，虽然他们可短期使用或应用于一个小组件直径的场合，但他们缺乏强度，不适于商业化规模的长期稳定过滤。因此，强烈要求研制一种更先进的膜组件。

本发明的目的在于提供一种中空纤维膜组件，当使用一种有机中空纤维膜过滤处理大量水时，臭氧具有的强氧化性能几乎不破坏本发明所提供的中空纤维膜组件，在该中空纤维膜上几乎不会引起水中悬浮物的堆积，该膜可用于长期稳定的水处理工艺中，且在该膜内，用于将中空纤维膜粘接并固定在组件壳上的粘合剂具有优异的抗压强度。

本发明人已经作过大量的研究并因此发现上述目的可通过本发明的膜组件得以实现。