水處理單元和水處理裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種水處理單元（3）和水處理裝置，該水處理單元能夠用于使用反滲透膜執(zhí)行水處理的水處理裝置。該水處理單元包括：殼體（30）；分離膜（31），其安裝在殼體（30）中且彎曲成褶皺狀；加強部件，其安裝在分離膜（31）上且具有加強分離膜的功能；旋轉(zhuǎn)機構(gòu)（42），其使分離膜（31）旋轉(zhuǎn)；以及清潔裝置（41），其能夠清潔分離膜（31）。該分離膜具有多個島狀部分和多個纖維狀部分，多個纖維狀部分從島狀部分延伸且具有比島狀部分的寬度小的寬度，并且在膜表面上，纖維狀部分的面積設(shè)定為大于島狀部分的面積。水處理裝置包括：第一水處理單元，其能夠執(zhí)行對被處理水的預(yù)處理且具有上述構(gòu)造；以及第二水處理單元，其能夠?qū)Ρ惶幚硭畧?zhí)行主處理。
【專利說明】水處理單元和水處理裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水處理單元和包括該水處理單元的水處理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]已知采用反滲透膜的水處理裝置。當使用這種類型的水處理裝置對海水進行脫鹽時，典型地在用反滲透膜進行處理之前執(zhí)行用于從原水中去除懸浮物質(zhì)或諸如TEP(透明胞外聚合顆粒物)等有機顆粒的預(yù)處理。
[0003]在例如日本專利N0.4525857中描述了可用于該預(yù)處理的預(yù)處理裝置的一個實例。
[0004]引用列表
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本專利N0.4525857
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]技術(shù)問題
[0008]根據(jù)日本專利N0.4525857所描述的預(yù)處理裝置，可通過小的安裝面積獲得大的處理量，并且還可以有效地去除有機顆粒。如圖5所示意性地示出，在日本專利N0.4525857中描述的用于處理裝置的分離膜主要包括島狀的結(jié)點(node)5和將結(jié)點5連接起來的超細的纖維狀小纖維(fibril) 6。
`[0009]本申請的發(fā)明人認真地研究了能夠在預(yù)處理中有效地去除糖類，尤其是因水而膨脹的糖類以及凝膠狀的TEP的分離膜的結(jié)構(gòu)。作為研究結(jié)果，本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，結(jié)點5與小纖維6之間的比例對糖類去除率有影響。
[0010]因此，本發(fā)明的目的是提供一種水處理單元和水處理裝置(水處理系統(tǒng))，其中采用了對結(jié)點(島狀部分)與小纖維(纖維狀部分)之間的比例進行了調(diào)節(jié)的分離膜，從而可以提高從被處理水中去除糖類的去除率。
[0011]技術(shù)問題的解決方案
[0012]根據(jù)本發(fā)明的水處理單元可用在使用反射膜執(zhí)行水處理的水處理裝置中。所述水處理單元包括:殼體；分離膜，其安裝在所述殼體中并且彎曲成褶皺狀；加強部件，其安裝在所述分離膜上并且具有加強所述分離膜的功能；旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，其使所述分離膜旋轉(zhuǎn)；以及清潔裝置，其能夠清潔所述分離膜。所述分離膜具有多個島狀部分和多個纖維狀部分，所述多個纖維狀部分從所述島狀部分延伸并且具有比所述島狀部分的寬度小的寬度，并且在膜表面上，所述纖維狀部分的面積被設(shè)定為大于所述島狀部分的面積。
[0013]優(yōu)選地，所述加強部件的厚度被設(shè)定為大于所述分離膜的厚度，并且所述加強部件的水滲透性被設(shè)定為大于所述分離膜的水滲透性。所述分離膜可以由疏水膜形成，并且所述加強部件可以由選自金屬網(wǎng)件、非織造織物和織造織物中的至少一種形成。
[0014]優(yōu)選地，從被處理水中去除糖類的去除率為50%或更高。優(yōu)選地，在所述分離膜的膜表面上，所述纖維狀部分的面積被設(shè)定為所述島狀部分的面積的五倍或五倍以上。
[0015]優(yōu)選地，所述清潔裝置包括下述裝置中的至少一個:清潔液體供應(yīng)裝置，其能夠?qū)⑶鍧嵰后w供應(yīng)到所述殼體內(nèi)；超聲波供應(yīng)裝置，其能夠向所述分離膜供應(yīng)超聲波；以及水流/氣泡流供應(yīng)裝置，其能夠向所述分離膜供應(yīng)水流和/或氣泡流。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的水處理裝置(水處理系統(tǒng))使用反滲透膜執(zhí)行水處理。所述水處理裝置包括:第一水處理單元，其能夠執(zhí)行對被處理水的預(yù)處理；以及第二水處理單元，其能夠?qū)Ρ惶幚硭畧?zhí)行主處理。所述第一水處理單元包括:殼體；分離膜，其安裝在所述殼體中并且彎曲成褶皺狀；加強部件，其安裝在所述分離膜上并且具有加強所述分離膜的功能；旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，其使所述分離膜旋轉(zhuǎn)；以及清潔裝置，其能夠清潔所述分離膜。所述分離膜具有多個島狀部分和多個纖維狀部分，所述多個纖維狀部分從所述島狀部分延伸并且具有比所述島狀部分的寬度小的寬度，并且在膜表面上，所述纖維狀部分的面積被設(shè)定為大于所述島狀部分的面積。
[0017]發(fā)明的有益效果
[0018]本申請的發(fā)明人研究出:通過將分離膜的膜表面的纖維狀部分的面積設(shè)定為大于分離膜的膜表面的島狀部分的面積，即，將分離膜構(gòu)造為主要由纖維狀部分構(gòu)成，能夠提高從被處理水中去除糖類的去除率。由于將這種分離膜用在根據(jù)本發(fā)明的水處理單元和水處理裝置(水處理系統(tǒng))中，因此，能夠提高被處理水的糖類去除率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的水處理裝置(水處理系統(tǒng))的框圖。
[0020]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的水處理單元的剖視圖。
[0021]圖3中的(a)是沿圖2中的線I`I1-1II截取的剖視圖，并且圖3中的(b)是在圖3中的(a)所示的剖視圖中的噴嘴及其附`近區(qū)域的放大視圖。
[0022]圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的分離膜的表面的部分放大照片。
[0023]圖5是示出常規(guī)分離膜的表面的一部分的結(jié)構(gòu)實例的示意圖。
【具體實施方式】
[0024]接下來將參考圖1至圖5描述本發(fā)明的實施例。
[0025]根據(jù)本實施例的水處理裝置(水處理系統(tǒng))I是使用反滲透膜執(zhí)行水處理的裝置。水處理裝置I可用于處理諸如海水、地下水和排水等含有各種雜質(zhì)的水，并且對于海水脫鹽處理來說是有用的。
[0026]如圖1所示，水處理裝置I包括:泵2 ;第一水處理單元3，其能夠執(zhí)行對被處理水的預(yù)處理；第二水處理單元4，其能夠執(zhí)行對被處理水的主處理；以及泵7，其以高的壓力向反滲透膜供應(yīng)回水。泵2布置在第一水處理單元3的前段，并且泵2沿圖中箭頭所示的方向傳輸被處理水(生產(chǎn)水)。
[0027]在圖1所示的水處理裝置I中，例如海水被傳輸?shù)降谝凰幚韱卧?中并穿過第一水處理單元3中的分離膜(過濾膜)，由此執(zhí)行預(yù)處理。結(jié)果，海水中的有機顆粒和無機固體被過濾和去除掉。已經(jīng)過上述預(yù)處理的海水被傳輸?shù)降诙幚韱卧?中并且穿過第二水處理單元4中的反滲透膜(未示出)，由此執(zhí)行脫鹽。結(jié)果，可以從海水獲得淡水。[0028]第一水處理單元3可以由單個單元或多個單元構(gòu)成。換句話說，可以采用一段式過濾的構(gòu)造，或采用執(zhí)行兩段或多段過濾的多段式過濾的構(gòu)造。例如，當采用兩段式過濾時，可設(shè)想使用具有大約若干微米的平均孔徑的分離膜執(zhí)行第一過濾，并且執(zhí)行使用微濾(Microfiltration:MF)或超濾(Ultrafiltration:UF)的第二過濾。
[0029]如圖2所示，第一水處理單元3包括:殼體30 ;分離膜31，其安裝在殼體30中并且彎曲成褶皺狀；加強部件，其安裝在分離膜31上并且具有加強分離膜31的功能；旋轉(zhuǎn)機構(gòu)42，其使分離膜旋轉(zhuǎn)；以及清潔裝置41，其安裝在殼體30上并且能夠清潔分離膜31。盡管中空纖維和膜均可用作分離膜31，但下面將描述采用膜的情況。
[0030]殼體30具有例如矩形或筒形的形狀，并且可以由任何材料制成，只要該材料具有所需的機械強度即可。殼體30具有蓋部分32、側(cè)壁部分和漸縮形狀的底部分33。在圖2的實例中，在蓋部分32上安裝有能夠使分離膜31旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)42，并且在底部分33上設(shè)置有排出流動通道39。用于將作為被處理水的海水引入殼體30中的被處理水流動通道34與殼體30的側(cè)壁部分連接。被處理水流動通道34的末端連接有噴嘴35。噴嘴35在殼體30內(nèi)布置為使得噴嘴35的開口面向分離膜31的外周面。盡管可以任意地設(shè)定開口的形狀，但是在圖2的實例中，開口具有矩形形狀。另外，噴嘴35沿圖2中的豎直方向的長度可以與分離膜31的軸向長度不同，或者二者也可以如圖2所示的那樣基本相同。通過該噴嘴35，可以朝向分離膜31噴射已從被處理水流動通道34供應(yīng)來的被處理水。另一方面，通過排出流動通道39，可以排出殘留在殼體30中的諸如未處理海水等不必要的液體。
[0031]在圖2的實例中，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)42具有電動機36和從電動機36延伸的旋轉(zhuǎn)軸36a。旋轉(zhuǎn)軸36a通過連接部件與分離膜31連接，使得來自電動機36的動力可以通過該旋轉(zhuǎn)軸36傳遞至分 離膜31，以使分離膜31沿順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)。
[0032]如圖3中的(a)所示，分離膜31具有環(huán)形形狀并且安裝在殼體30中而可以通過旋轉(zhuǎn)機構(gòu)42來旋轉(zhuǎn)。在分離膜31的上表面和下表面上設(shè)置有隔離部件，隔離部件用于使由分離膜31所環(huán)繞的內(nèi)部空間與殼體30中的周圍空間以水密的方式隔離開。中心管道37設(shè)置為延伸到由分離膜31所環(huán)繞的內(nèi)部空間內(nèi)。中心管道37具有進水孔37a并且與已過濾水流動通道38連接，由分離膜31所過濾的已過濾水從該已過濾水流動通道38流過。
[0033]分離膜31可以由例如諸如氟樹脂和聚烯烴等疏水性聚合物材料制成。氟樹脂可以包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)等，并且聚烯烴可以包括聚乙烯、其它聚-α-烯烴等。特別地，通過使用PTFE，可以獲得具有高度發(fā)達的小纖維結(jié)構(gòu)的膜。分離膜31可以具有例如大約500 μ m或更小的厚度。
[0034]如圖4所示，用于根據(jù)本實施例的水處理裝置I的分離膜31包括結(jié)點和纖維狀小纖維，結(jié)點是島狀部分，小纖維從結(jié)點延伸并且具有比結(jié)點的寬度小的寬度。在圖4的實施例中，存在許多結(jié)點和小纖維，并且部分結(jié)點以直線方式或以彎曲方式而伸長。在本發(fā)明中，將前述“島狀部分”的概念定義為也包括這種以直線方式或以彎曲方式伸長的結(jié)點。
[0035]在分離膜31中，在例如圖4所示的膜表面上，小纖維(纖維狀部分)的面積(即由小纖維所占的膜表面的面積)被設(shè)定為大于結(jié)點(島狀部分)的面積。換句話說，分離膜31構(gòu)造為主要由小纖維構(gòu)成。優(yōu)選地，小纖維的面積被設(shè)定為結(jié)點的面積的三倍或三倍以上，并且更優(yōu)選為結(jié)點的面積的五倍或五倍以上。在圖4的實例中，小纖維的面積是結(jié)點的面積的大約五倍。由于分離膜31如上所述地構(gòu)造為主要由小纖維構(gòu)成，因此可以提高被處理水的糖類去除率。例如，通過適當?shù)卣{(diào)節(jié)分離膜31的表面上小纖維的面積和結(jié)點的面積，被處理水的糖類去除率可達到50%或更高。應(yīng)注意，可以從所拍攝的分離膜31表面的顯微照片中測量出小纖維的面積以及結(jié)點的面積。
[0036]如圖4所示，分離膜31具有許多微孔，并且這些孔具有例如I至10 μ m，并且更優(yōu)選為2至5μπι的平均孔徑。這里，“分離膜31的平均孔徑”指的是通過泡點法(氣流法)確定的孔徑。具體地說，該孔徑指的是以d=4B Y/P表示的直徑d ( μ m)，其中假定P (Pa)表示使用異丙醇基于ASTM F316測定的IPA泡點值(壓力)，Y表示液體的表面張力(dynes/cm),并且B表示毛細常數(shù)。
[0037]接下來，將描述制造上述分離膜31的方法。應(yīng)注意，下文中將描述制造由PTFE制成的分離膜31的方法。
[0038]例如，通過乳液聚合來制備PTFE粉末，并且通過擠出將這些粉末形成為膜。然后，將如此獲得的膜拉伸并進行熱處理。由此，可制造出分離膜31。此時，通過適當?shù)卣{(diào)節(jié)擠出和拉伸PTFE粉末的條件，可以調(diào)節(jié)分離膜31的平均孔徑、機械強度等。另外，通過調(diào)節(jié)PTFE粉末的顆粒尺寸、擠出、拉伸和熱處理的條件，還可以調(diào)節(jié)小纖維的面積與結(jié)點的面積之間的比例。
[0039]如圖3中的(a)所示，將加強部件40安裝到分離膜31的內(nèi)側(cè)。由于該加強部件40能夠加強分離膜31，因此可以保持分離膜31的形狀。這還有助于提高被處理水的糖類去除率。盡管在本實施例中，將加強部件40安裝到分離膜31的整個背面上，但是也可以將加強部件40選擇性地布置在分離膜31的背面。加強部件40還可以具有例如格狀形狀。另外，盡管在本實施例中安裝了一個加強部件40，但是也可以將多個加強部件40安裝到分離膜31上。另外，可以將不抑制分離·[0040]加強部件40的厚度優(yōu)選地被設(shè)定為大于分離膜31的厚度。結(jié)果，可以有效地加強分離膜31。然而，對于水滲透性來說，加強部件40的水滲透性優(yōu)選地被設(shè)定為大于分離膜31的水滲透性。結(jié)果，即使設(shè)置了加強部件40，也可以確保穿過分離膜31的被處理水的量。加強部件40可以由選自例如金屬網(wǎng)件、非織造織物和織造織物中的至少一種形成。
[0041]為了獲得具有如圖2、圖3中的(a)和圖3中的(b)所示的形狀的分離膜31和加強部件40，可以根據(jù)前述方法制造分離膜31，可以單獨地制備由例如非織造織物形成并且具有與分離膜31的尺寸相同的尺寸的加強部件40，分離膜31與加強部件40可以彼此疊置并且彼此接合，已接合的分離膜31和加強部件40的整體可以被折疊多次，然后，可以將這些端部接合起來。
[0042]如圖3中的(b)所示，被處理水穿過被處理水流動通道34，從噴嘴35的開口噴射出，并且作為噴射水流撞擊到分離膜31的外周表面上。被處理水的一部分穿過分離膜31并且到達由加強部件40所圍繞的內(nèi)部空間。此時，被處理水被分離膜31所過濾。旋轉(zhuǎn)機構(gòu)42以例如大約50rpm的旋轉(zhuǎn)速度驅(qū)動分離膜31旋轉(zhuǎn)，并且被處理水的其它部分沿與分離膜31的旋轉(zhuǎn)方向相同的方向流過殼體30。由來自噴嘴35的噴射水流來清潔分離膜31。換句話說，在根據(jù)本實施例的水處理單元中，可以在清潔分離膜31的表面的同時過濾被處理水。通過設(shè)置在殼體30的底部的排出流動通道39，沒有被過濾的未處理水、沉淀在殼體30中的懸浮物質(zhì)等被相繼地排出。另一方面，已經(jīng)過分離膜31過濾的已過濾水穿過中心管道37的進水孔37a被引導到已過濾水流動通道38并且被排放到第一水處理單元3的外部。
[0043]清潔裝置41可以包括例如能夠?qū)⑶鍧嵰后w供應(yīng)到殼體30內(nèi)的清潔液體供應(yīng)裝置(未示出)、能夠向分離膜31供應(yīng)超聲波的超聲波供應(yīng)裝置(未示出)、以及能夠向分離膜31供應(yīng)水流和/或氣泡流的水流/氣泡流供應(yīng)裝置(未示出)，等等。水流/氣泡流供應(yīng)裝置可以供應(yīng)例如噴射水流、含有氣泡的噴水水流，等等。這些裝置可以單獨使用或結(jié)合使用?？梢匀我獾剡x擇這些裝置的數(shù)量和布置位置。
[0044]可以采用公知的構(gòu)造作為清潔液體供應(yīng)裝置，只要其能夠?qū)⑶鍧嵰后w供應(yīng)到殼體30內(nèi)即可?？梢圆捎么温人?、表面活性劑等作為清潔液體，并且具體地說，例如可以采用含有朽1檬烯(D-朽1檬烯:見下述化學式I)的水。例如，大約30ppm至1000ppm的含有朽1檬烯的水被供應(yīng)至分離膜31的內(nèi)側(cè)區(qū)域，以通過回沖來去除將膜堵塞的TEP、懸浮物質(zhì)等。通過向分離膜的內(nèi)側(cè)區(qū)域供應(yīng)含有檸檬烯的水并且如上所述地實施回沖，可以有效地清除分離膜31的堵塞。具體地說，可以有效地清除膜中纏繞的TEP。
[0045]化學式I
[0046]
【權(quán)利要求】
1.一種能夠用于水處理裝置的水處理單元，所述水處理裝置使用反滲透膜執(zhí)行水處理，所述水處理單元包括: 殼體； 分離膜，其安裝在所述殼體中并且彎曲成褶皺狀； 加強部件，其安裝在所述分離膜上并且具有加強所述分離膜的功能； 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，其使所述分離膜旋轉(zhuǎn)；以及 清潔裝置，其能夠清潔所述分離膜，其中 所述分離膜具有多個島狀部分和多個纖維狀部分，所述多個纖維狀部分從所述島狀部分延伸并且具有比所述島狀部分的寬度小的寬度，并且在膜表面上，所述纖維狀部分的面積被設(shè)定為大于所述島狀部分的面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水處理單元，其中， 所述加強部件的厚度被設(shè)定為大于所述分離膜的厚度，并且 所述加強部件的水滲透性被設(shè)定為大于所述分離膜的水滲透性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水處理單元，其中， 所述分離膜由疏水膜形成，并且 所述加強部件由選自金屬網(wǎng)件、非織造織物和織造織物中的至少一種形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項所述的水處理單元，其中， 在所述分離膜的膜表面上，所述纖維`狀部分的面積被設(shè)定為所述島狀部分的面積的三倍或三倍以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項所述的水處理單元，其中， 從被處理水中去除糖類的去除率為50%或更高。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項所述的水處理單元，其中， 所述清潔裝置包括下述裝置中的至少一個:清潔液體供應(yīng)裝置，其能夠?qū)⑶鍧嵰后w供應(yīng)到所述殼體內(nèi)；超聲波供應(yīng)裝置，其能夠向所述分離膜供應(yīng)超聲波；以及水流/氣泡流供應(yīng)裝置，其能夠向所述分離膜供應(yīng)水流和/或氣泡流。
7.一種使用反滲透膜執(zhí)行水處理的水處理裝置，包括: 第一水處理單元，其能夠執(zhí)行對被處理水的預(yù)處理；以及 第二水處理單元，其能夠?qū)Ρ惶幚硭畧?zhí)行主處理， 所述第一水處理單元包括: 殼體； 分離膜，其安裝在所述殼體中并且彎曲成褶皺狀； 加強部件，其安裝在所述分離膜上并且具有加強所述分離膜的功能； 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，其使所述分離膜旋轉(zhuǎn)；以及 清潔裝置，其能夠清潔所述分離膜，其中 所述分離膜具有多個島狀部分和多個纖維狀部分，所述多個纖維狀部分從所述島狀部分延伸并且具有比所述島狀部分的寬度小的寬度，并且在膜表面上，所述纖維狀部分的面積被設(shè)定為大于所述島狀部分的面積。
【文檔編號】B01D63/14GK103857629SQ201280049627
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年10月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月13日
【發(fā)明者】柏原秀樹, 上山宗譜, 母倉修司, 矢萩聰, 中井龍資 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社