Половолоконный мембранный модуль, способ его производства, сборочный узел с половолоконным мембранным модулем и способ очистки суспендированной воды с его использованием

Половолоконный мембранный модуль, способ его производства, сборочный узел с половолоконным мембранным модулем и способ очистки суспендированной воды с его использованием

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к половолоконной мембране, относящейся к типу мембран, работающих при наружном давлении, которая может быть использована в различных областях, но особенно пригодна для обработки воды, такой как осветление речной воды, озерной воды, воды в русле реки и т.п. Кроме того, настоящее изобретение относится к половолоконному мембранному модулю, обладающему повышенной эффективной длиной, содействующей проникновению сквозь половолоконную мембрану, улучшенным фактором эффективного использования площади мембраны и повышенной проницаемостью на единицу площади, и к способу производства половолоконного мембранного модуля, сборочному узлу с половолоконным мембранным модулем и к способу очистки суспендированной воды с использованием сборочного узла с половолоконным мембранным модулем.

Половолоконные мембранные модули могут характеризоваться большой площадью мембраны на единицу объема. Поэтому половолоконные мембранные модули применимы во многих случаях обработки текучих сред, например для деминерализации слабоминерализованной воды и морской воды при помощи обратноосмотической мембраны, первичной очистки при производстве воды сверхвысокой чистоты, удаления низкомолекулярных соединений, таких как сельскохозяйственные химикаты и полисахариды, с использованием нанофильтра, концентрирования и деминерализации энзимов с использованием ультрафильтрующей мембраны, производства воды для инъекций, извлечения электролитических покрытий, заключительной фильтрации при производстве воды сверхвысокой чистоты, обработки сточных вод, осветления речной воды, озерной воды и воды в русле реки, очистки, стерилизации и осветления химикатов с использованием микрофильтрующей мембраны, отделения кислорода, отделения азота, отделения водорода, отделения газообразного диоксида углерода с использованием газоразделительной мембраны.

За последние годы, ввиду разрешения использования речной воды, воды в русле реки и т.п. в качестве очищенной воды, метод осветления при помощи половолоконных мембран и половолоконных мембранных модулей стал шире использоваться вместо коагулирования примесей с их последующим осаждением и обработки на песчаном фильтре. Таким образом, были предложены новые половолоконные мембраны и половолоконные мембранные модули с высокими технологическими показателями.

Наиболее широко распространенный тип половолоконного мембранного модуля, работающего при наружном давлении, в котором сырую воду нагнетают сквозь половолоконную мембрану, получая проникающий поток воды, имеет следующую конструкцию. Полые элементы герметизированы при помощи клеевого соединения в фиксирующем элементе, расположенном у основания модуля и отделяющем половолоконные мембраны от корпуса модуля непроницаемым для жидкости образом. В клеевом фиксирующем элементе имеется множество впускных отверстий для сырой воды, через которые сырая вода может быть подана на половолоконные мембраны параллельно. Проникающий поток воды отводят через отверстие каждой из половолоконных мембран на их торцевой поверхности, расположенной у верхней части модуля. Концентрированную воду, содержащую взвешенные вещества, выводят через выходной штуцер для концентрированной воды, расположенный на боковой поверхности верхней части модуля (см. патентные документы 1 и 2).

Пример конструкции такого типа половолоконного мембранного модуля, работающего при наружном давлении, показан на фиг.17. На фиг.17 большое количество (в данном случае, для простоты, три) половолоконных мембран 105 смонтировано в корпусе модуля 104. В верней части корпуса половолоконные мембраны и корпус модуля склеены друг с другом непроницаемым для жидкости образом посредством клеевого фиксирующего элемента 106. Окончания половолоконных мембран открыты, поэтому сквозь них может проходить жидкость. Проникающий поток воды, собирающийся в крышке 101, откачивают насосом через отборное отверстие 112 для проведения отбора проб.

С другой стороны, у основания корпуса половолоконные мембраны при помощи клеевого соединения прикреплены к корпусу модуля непроницаемым для жидкости образом при помощи клеевого фиксирующего элемента 107. Окончания половолоконных мембран закрыты. В нижнем клеевом фиксирующем элементе 107 имеется множество отверстий для сырой воды 108, через которые может быть подан любой поток сырой воды, сжатого воздуха и смешанный поток сырой воды и сжатого воздуха. Теперь опишем прохождение жидкости при нормальной фильтрации. Сырая вода поступает через входное отверстие для сырой воды 110, имеющееся в нижней крышке 103, через впускные отверстия для сырой воды 108 в корпусе модуля. Большая часть воды проникает сквозь половолоконные мембраны 105. Образовавшийся проникающий поток проходит сквозь верхние отверстия половолоконных мембран и крышку 101 и отводится через отборное отверстие для проникающего потока воды 112. Кроме того, часть сырой воды концентрируется, а концентрированная вода выводится через выходной штуцер для концентрированной воды 111 на боковой поверхности верхней части. На данном этапе в зависимости от качества сырой воды может быть использован прием, позволяющий отводить концентрированную воду только в ходе физической промывки, такой как промывка струей, обратная промывка или промывка аэрированной струей, вместо непрерывного отведения концентрированной воды.

В уменьшенном масштабе для оценки параметров функционирования мембран или проверки стабильности фильтрации, половолоконный мембранный модуль, сконструированный, как описано выше, может обладать эффективной длиной мембраны, примерно 1 м.

Кроме того, если данный половолоконный мембранный модуль используется для реальной крупномасштабной обработки воды для ее осветления, эффективная длина половолоконных мембран обычно устанавливается большей, около 2 м, чтобы уменьшить площадь опоры, на которой монтируется мембранный модуль, или чтобы увеличить площадь половолоконных мембран на единицу объема. Однако поскольку обычные половолоконные мембраны обладают малой проницаемостью, падение давления в полой части со стороны проникающего потока мало. Поэтому обычный модуль при использовании не вызывает проблем практического характера.

Однако недавно, с расширением спектра возможностей применения мембранных фильтрационных модулей для очистки воды, проницаемость половолоконных мембран удалось увеличить. С другой стороны, так называемые односторонние водосборные модули перестали соответствовать тому уровню проницаемости, который обеспечивают половолоконные мембраны; в односторонних водосборных модулях проникающий поток воды отбирают только через отверстия половолоконных мембран, расположенные в верхней части модуля.

Так, известна конструкция, отличающаяся наличием переходного элемента, по которому проникающий поток воды протекает от одной стороны к другой стороне, для повышения фактора эффективности использования половолоконных мембран; в этой конструкции проникающий поток воды может быть отобран через противоположные концы половолоконного мембранного модуля (см., например, патентные документы 3-6). В патентном документе 3 на фиг.4, 5 и 9 показано, что через нижнее отверстие для введения воздуха 19 поступает сжатый воздух, вызывающий вибрацию половолоконных мембран.

Такая организация подачи позволяет равномерно распределять текучую среду с относительно низкой вязкостью, такую как сжатый воздух, при относительно малом падении давления. Однако при необходимом количестве воды на выходе вязкая текучая среда, такая как вода, содержащая взвешенные вещества, дает очень большое падение давления. Только для подвода такой текучей среды в половолоконный мембранный модуль нужно, по меньшей мере, 100 кПа. Это давление подачи эквивалентно или выше, чем давление, необходимое для плановой подачи сырой воды, то есть от 50 до 100 кПа. Таким образом, непрактично использовать конструкцию только с отверстиями для введения воздуха бессменно и для воды.

Кроме того, в соответствии со способом производства модульной конструкции, описанным в патентном документе 4, вдоль наружной окружности корпуса модуля создают множество отверстий, и одновременно размещают в корпусе модуля разделяющую пластину с выполненными в ней отверстиями и комплект половолоконных мембран. Кроме того, отверстия в разделяющей пластине размещены напротив соответствующих отверстий в корпусе модуля. Разделяющую пластину и корпус модуля соединяют при помощи клеевого соединения, используя болты с гибкими трубками. Затем болты с гибкими трубками удаляют. Таким образом, этот способ предусматривает очень сложную операцию сборки. То есть трудно применить этот способ, например, в случае процесса фильтрования через мембрану речной воды, где необходимо получать проникающий поток воды экономично.

В патентном документе 5 описана конструкция, сходная с конструкциями патентных документов 3 и 4. Однако в этом случае за исключением представленного на виде в разрезе отверстия для подвода воздуха расположены симметрично относительно центральной оси с одинаковыми интервалами, подвод воздуха или воды неравномерный. Вариант симметричного расположения с одинаковыми интервалами сопряжен со сложной операцией сборки, как в случае, описанном в патентном документе 4.

Кроме того, в патентном документе 6 описана конструкция, в которой большое количество впускных отверстий для сырой воды проходит от места, соответствующего подающему элементу трубопровода, подводящего сырую воду от источника, они просверлены, по существу, от центра наружной торцевой поверхности одного клеевого фиксирующего элемента непосредственно к другому клеевому фиксирующему элементу с тем, чтобы сырая вода поступала перпендикулярно к половолоконным мембранам. В этом случае сырая вода подается перпендикулярно наружу из центра комплекта половолоконных мембран. Таким образом, создается неблагоприятная ситуация, когда взвешенные вещества накапливаются между центральными половолоконными мембранами, препятствуя прохождению сырой воды к наружной окружности комплекта мембран.

Патентный документ 1: JP-A-07-171354

Патентный документ 2: JP-A-09-220446

Патентный документ 3: JP-A-63-111901

Патентный документ 4: JP-A-64-090005

Патентный документ 5: JP-A-03-119424

Патентный документ 6: JP-A-53-035860

Задачей настоящего изобретения является обеспечение половолоконного мембранного модуля, позволяющего повысить фактор эффективности использования длины половолоконных мембран и стабилизировать количество проникающей воды на единицу площади мембраны, каковой половолоконный мембранный модуль характеризуется уменьшенным падением давления и позволяет проводить отбор воды, затрачивая меньше энергии, каковой половолоконный мембранный модуль легок в изготовлении, его легко изготовить при меньшем количестве производственных стадий; а также обеспечение сборочного узла с половолоконным мембранным модулем, в котором используется указанный половолоконный мембранный модуль.

Благодаря настоящему изобретению обнаруживаются более существенные эффекты, связанные с применением высокопроницаемых мембран.

Результатом глубоких исследований, направленных на решение указанной выше задачи, стало ее достижение при использовании описанного ниже половолоконного мембранного модуля. То есть настоящее изобретение заключается в следующем.

(1) Половолоконный мембранный модуль, состоящий из цилиндрического корпуса модуля, комплекта многочисленных половолоконных мембран, смонтированных в корпусе модуля, клеевых фиксирующих элементов, закрепляющих соответствующие противоположные концы комплекта мембран в корпусе модуля так, что исходная текучая среда может проходить сквозь половолоконные мембраны, переходного элемента для проникающего потока текучей среды, соединяющего друг с другом противоположные наружные торцевые поверхности клеевых фиксирующих элементов посредством трубы с эквивалентным диаметром, большим, чем у каждой из половолоконных мембран, и распределительного входного элемента для сырой текучей среды, расположенного возле одного из клеевых фиксирующих элементов и предназначенного для обеспечения подачи сырой текучей среды в корпус модуля, где распределительный входной элемент для сырой текучей среды включает один входной элемент подающего трубопровода, просверленный в центре наружной торцевой поверхности одного из клеевых фиксирующих элементов в направлении длины корпуса модуля, и входной ответвляющий элемент для сырой текучей среды, равномерно распределяющий подаваемую сырую текучую среду в направлении поперечного сечения половолоконного мембранного модуля и имеющий множество впускных отверстий для сырой текучей среды, просверленных в промежутке между половолоконными мембранами так, чтобы обеспечивать возможность подачи сырой текучей среды вдоль половолоконных мембран.

(2) Половолоконный мембранный модуль по п.(1), в котором имеется множество входных ответвляющих элементов для сырой текучей среды, расположенных после входного элемента подающего трубопровода, каждое из которых образует острый передний угол с направлением длины модуля в месте, где входной распределительный элемент выступает из входного элемента подающего трубопровода.

(3) Половолоконный мембранный модуль по п.(2), в котором распределительный входной элемент для сырой текучей среды включает впускные отверстия для сырой текучей среды, просверленные так, что они продолжают входные ответвляющие элементы для сырой текучей среды и проходят до внутренней торцевой поверхности клеевого фиксирующего элемента, а площадь поперечного сечения множества входных ответвляющих элементов для сырой текучей среды увеличивается вдоль направления поступательного движения сырой воды.

(4) Половолоконный мембранный модуль по п.(2) или (3), в котором входные ответвляющие элементы для сырой текучей среды представляют собой свободное пространство в форме пластины, по существу, параллельное длине модуля, а множество входных ответвляющих элементов для сырой текучей среды расположено в распределительном входном элементе для сырой текучей среды радиально вокруг входного элемента подающего трубопровода, выполняющего роль, по существу, центральной оси.

(5) Половолоконный мембранный модуль по любому из пп.(2)-(4), в котором множество входных ответвляющих элементов для сырой текучей среды представляет собой от 3 до 9 входных ответвляющих элементов для сырой текучей среды, ответвляющих поток из входного элемента подающего трубопровода.

(6) Половолоконный мембранный модуль по любому из пп.(2)-(5), в котором в каждом из входных ответвляющих элементов для сырой текучей среды имеется множество впускных отверстий для сырой текучей среды, и сумма эквивалентных диаметров множества впускных отверстий для сырой текучей среды меньше, чем максимальный эквивалентный диаметр множества входных ответвляющих элементов для сырой текучей среды.

(7) Половолоконный мембранный модуль по любому из пп.(2)-(6), в котором, если каждый из входных ответвляющих элементов для сырой текучей среды разделить на центральную зону и наружную зону на половине радиуса от центра входного ответвляющего элемента для сырой текучей среды, сумма эквивалентных диаметров впускных отверстий для сырой текучей среды, имеющихся в наружной зоне, больше, чем эта сумма для впускных отверстий для сырой текучей среды, имеющихся в центральной зоне.

(8) Половолоконный мембранный модуль по любому из пп.(2)-(7), в котором множество впускных отверстий для сырой текучей среды просверлено с одинаковыми интервалами.

(9) Половолоконный мембранный модуль по любому из пп.(2)-(8), в котором эквивалентный диаметр впускных отверстий для сырой текучей среды увеличивается с уменьшением расстояния до наружной окружности корпуса модуля.

(10) Половолоконный мембранный модуль по любому из пп.(1)-(9), в котором переходный элемент для проникающей текучей среды представляет собой, по меньшей мере, одну переходную трубу, входящую в комплект половолоконных мембран.

(11) Половолоконный мембранный модуль по п.(10), в котором количество переходных труб составляет от одной до четырех.

(12) Половолоконный мембранный модуль по п.(1), в котором корпус модуля представляет собой двойную трубу неправильной формы, образованную первым элементом с относительно большой внутренней площадью поперечного сечения и вторым элементом с относительно небольшой внутренней площадью поперечного сечения, комплект половолоконных мембран размещен в первом элементе, а переходный элемент для проникающей текучей среды расположен во втором элементе.

(13) Половолоконный мембранный модуль по любому из пп.(1)-(12), в котором внутренняя торцевая поверхность каждого из клеевых фиксирующих элементов расположена, по существу, заподлицо с внутренней торцевой поверхностью клея, используемого для создания клеевого фиксирующего элемента.

(14) Способ производства половолоконного мембранного модуля по п.(13), включающий формование, по меньшей мере, части распределительного входного элемента для сырой текучей среды из материала, который подвержен быстрому растворению или быстрому поглощению и диспергированию в воде, горячей воде или органическом растворителе, не вызывающем повреждения каких-либо деталей, образующих половолоконный мембранный модуль, размещение внутренней торцевой поверхности формованного распределительного входного элемента для сырой текучей среды внутри клеевого фиксирующего элемента, осуществление клеевого соединения распределительного входного элемента для сырой текучей среды, половолоконной мембраны, переходного элемента для проникающей текучей среды и корпуса модуля друг с другом и затем создание условий для растворения или поглощения и диспергирования, по меньшей мере, части распределительного входного элемента для сырой текучей среды в любой жидкости из группы, в которую входят вода, горячая вода и органический растворитель, с образованием распределительного входного элемента для сырой текучей среды.

(15) Сборочный узел с половолоконным мембранным модулем, включающий первую чашу, (i) имеющую чашеобразную форму и включающую входное отверстие для проникающей текучей среды, и (ii) имеющую внутри чашеобразной формы пространство для проникающей текучей среды, каковая первая чаша крепится снаружи к наружной торцевой поверхности клеевого фиксирующего элемента по окружности торца чашеобразного пространства непроницаемым для жидкости образом, клеевой фиксирующий элемент, включающий распределительный входной элемент для сырой текучей среды половолоконного мембранного модуля по любому из пп.(1)-(13), и вторую чашу, (а) имеющую чашеобразную форму и включающую отверстие для отбора проникающей текучей среды, и (b) имеющую внутри чашеобразной формы пространство для проникающей текучей среды, каковая вторая чаша крепится снаружи к наружной торцевой поверхности другого клеевого фиксирующего элемента по окружности торца чашеобразного пространства непроницаемым для жидкости образом, (iii) первая чаша включает штуцер, простирающийся непрерывно от входного отверстия для сырой текучей среды непроницаемым для жидкости образом и направленный в пространство для проникающей текучей среды, и (iv) штуцер соединен со входным элементом подающего трубопровода непроницаемым для жидкости образом.

(16) Способ очистки суспендированной воды, в котором сырая текучая среда представляет собой воду, а произведение мутности воды на общее содержание органического углерода (ТОС) составляет 10000 единиц × мг/л или менее и в котором для получения фильтрата используется вода с мутностью самое большее 100 единиц или менее и половолоконный мембранный модуль по п.(1).

В описании, приводимом в данной заявке, использованы наименования, указывающие на выполняемые функции, такие как входное отверстие для сырой текучей среды (сырой воды), распределительный входной элемент для сырой текучей среды (сырой воды), входной элемент подающего трубопровода для сырой текучей среды (сырой воды), входной ответвляющий элемент для сырой текучей среды (сырой воды), впускное отверстие для сырой текучей среды (сырой воды) и выходное отверстие для концентрированной воды. Однако эти наименования используются для облегчения понимания содержания настоящего изобретения и не ограничены этими функциями.

В половолоконном мембранном модуле, соответствующем настоящему изобретению, подача и фильтрование сырой воды осуществляются параллельно половолоконным мембранам. Таким образом, половолоконный мембранный модуль, соответствующий настоящему изобретению, обеспечивает стабильный процесс фильтрации и позволяет надлежащим образом выводить взвешенные компоненты в ходе физической промывки. Кроме того, проникающая вода может отбираться с противоположных сторон. Это повышает фактор использования половолоконных мембран и позволяет отбирать постоянное количество проникающей воды на единицу площади мембраны с меньшими затратами энергии. В этом отношении значительное усовершенствование может быть получено при использовании мембран с высокой проницаемостью. Даже при использовании мембран с обычным уровнем технических характеристик в настоящем изобретении ограничивается возможное падение давления в ходе эксплуатации до диапазона малых величин. Это позволяет эксплуатировать половолоконный мембранный модуль при относительно низком рабочем давлении. Кроме того, например, распределительный входной элемент для сырой воды может быть просто и точно размещен в корпусе модуля. Таким образом, данный половолоконный мембранный модуль можно легко изготовить, используя несложные производственные стадии. Кроме того, половолоконный мембранный модуль, соответствующий настоящему изобретению, можно смонтировать без изменения фильтровального оборудования, в котором установлен половолоконный мембранный модуль, в который сырую воду подают через его нижнюю часть и из которого проникающую воду отбирают через его верхнюю часть, а концентрированную воду отводят через верхнюю часть боковой поверхности; при обычной очистке, основанной на фильтрации через половолоконную мембрану при наружном давлении, преимущественно используется этот последний половолоконный мембранный модуль.

Далее со ссылкой на чертежи подробно описан предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения. В приводимом ниже описании сборочный узел с половолоконным мембранным модулем для примера расположен вертикально. Кроме того, сырая вода или сжатый воздух подается через нижнюю часть этого сборочного узла с половолоконным мембранным модулем. Таким образом, направление поступательного движения потока сырой воды при нормальном режиме фильтрации - это направление снизу вверх. Однако сборочный узел с половолоконным мембранным модулем, конечно, может быть размещен горизонтально или наклонно. Кроме того, в настоящем документе под половолоконным мембранным модулем понимается контейнер, наполненный большим количеством половолоконных мембран; противоположные концы каждой из половолоконных мембран закреплены при помощи клея, и через половолоконные мембраны может проходить жидкость. Под сборочным узлом с половолоконным мембранным модулем понимается половолоконный мембранный модуль с крышками, прикрепленными к соответствующим его концам. Каждая из крышек предназначена для удерживания внутри нее и отбора через нее проникающей воды или подачи через нее сырой воды.

Далее конструкция модуля будет описана со ссылкой на пример половолоконного мембранного модуля, относящегося к типу работающих при наружном давлении, в каковом модуле в качестве переходного элемента для проникающей воды использована прямая труба. На фиг.1 в разрезе представлен пример конструкции сборочного узла с такими половолоконными мембранными модулями (для простоты понимания некоторые линии условно не показаны).

В половолоконном мембранном модуле 20 имеется цилиндрический корпус модуля 21 с открытой верхней поверхностью и открытой нижней поверхностью и выходное отверстие 22 для концентрированной воды или воздуха (далее именуемое выходное отверстие 22), расположенное в верхней части боковой поверхности корпуса модуля 21 и направленное горизонтально. Обычно корпус модуля 21 предпочтительно имеет диаметр, подбираемый из диапазона от 30 мм до 80 мм, и длину, подбираемую из диапазона от 300 мм до 3000 мм. К примерам материалов, пригодных для изготовления корпуса модуля 21, относятся фторированные полимеры, такие как политетрафторэтилен, сополимер тетрафторэтилен-гексафторпропилен, сополимер этилен-тетрафторэтилен и поливинилиденфторид, полиолефины, такие как полиэтилен, полипропилен и полибутен, различные полимерные соединения, такие как поливинилхлорид, ABS (акрилонитрил-бутадиен-стирол), AS (акрилонитрил-стирол), сложный полиэфир, полисульфон, полиэфирсульфон и полифениленовый простой эфир и металлы, такие как нержавеющая сталь и алюминиевый сплав. Часть корпуса модуля 21, в которой расположено выходное отверстие 22 для концентрированной воды, может быть отлита отдельно и соединена с другой трубчатой частью. В частности, та часть корпуса, в которой расположено выходное отверстие 22 для концентрированной воды, может быть названа головной частью.

В корпусе модуля смонтировано большое количество половолоконных мембран 24 (для простоты показана только одна половолоконная мембрана). Технические характеристики половолоконных мембран не имеют определенных ограничений при условии, что мембрана может быть использована для обработки текучих сред. К примерам материалов для изготовления половолоконных мембран относятся полиакрилонитрил, полисульфон, полиэфиркетоны, полиэфирсульфон, полифениленсульфид, поливинилиденфторид, целлюлозы, поливиниловый спирт, полиамид, полиимид, сульфонированный полифениленовый эфир, полиэтилен, полипропилен, полибутен, поли-4-метилпентен, полиорганосилоксан, полиэтиленфторид и сополимер этилен-тетрафторэтилен или их смеси, или их соединения. Кроме того, типы мембран включают ультрафильтрующие мембраны с границей пропускания молекул массой от 1000 до 500000 дальтон и микрофильтрующие мембраны с диаметром пор от 0,01 до 1 мкм. Кроме того, пригодная половолоконная мембрана имеет такую форму, что ее внутренний диаметр составляет от 50 до 3000 мкм, а отношение внутреннего диаметра к наружному составляет от 0,3 до 0,8.

Противоположные концы половолоконной мембраны закреплены в корпусе модуля при помощи клеевых фиксирующих элементов 26 и 27 соответственно, так что жидкость может поступать внутрь половолоконной мембраны через противоположные концы. Кроме того, клеевые фиксирующие элементы 26 и 27 непроницаемым для жидкости образом разделяют наружное и внутреннее пространство модуля друг от друга. Для клеевого крепления может быть использован клей. Тип пригодного клея может быть надлежащим образом подобран с учетом материалов, из которых изготовлены корпус модуля, половолоконная мембрана, переходная труба и распределительный входной элемент, описанный ниже. В качестве клея может быть использован термореактивный полимерный материал, например, эпоксидная смола, уретановая смола или силикон. В качестве способа клеевого соединения может быть использован такой хорошо известный способ, как центробежное склеивание. Клей может дополнительно содержать волокнистое вещество, такое как стекловолокно или углеродное волокно, или тонкодисперсный порошок, такой как сажа, оксид алюминия или оксид кремния, так как эти вещества могут улучшать затвердевание, и усадку, и прочность клеевого соединения.

В половолоконном мембранном модуле 20 имеется переходный элемент для проникающей воды, соединяющий друг с другом противоположные наружные торцевые поверхности клеевых фиксирующих элементов 26 и 27 так, что жидкость может проходить через наружные торцевые поверхности. Переходный элемент для проникающей воды представляет собой трубу с большим эквивалентным диаметром и меньшим гидравлическим сопротивлением, чем у описанной выше половолоконной мембраны 24. Даже если половолоконная мембрана имеет большую длину, например, 2 м, такой переходный элемент для проникающей воды позволяет отбирать проникающий поток воды, прошедший через ту часть мембраны, которая расположена относительно близко к входному отверстию для сырой воды, с небольшим падением давления. Это значительно увеличивает фактор эффективности использования мембран. Эквивалентный диаметр может быть рассчитан на основании длины погруженной части внутренней окружности канала, по которому протекает сырая вода или сжатый воздух, исходя из законов гидродинамики. Однако, для верности, ниже описан способ расчета.

В данном описании эквивалентный диаметр обозначен De. Его величину рассчитывают, умножая внутреннюю площадь поперечного сечения S переходного элемента для проникающей воды на 4 и деля полученное произведение на длину внутренней окружности (длину, вдоль которой текучая среда контактирует с внутренним поперечным сечением) L в соответствии с выражением:

De=4×S/L

Переходный элемент для проникающей воды может быть создан путем размещения в модуле прямой трубы, путем изготовления собственно корпуса модуля в виде двойной трубы неправильной формы и т.п. На фиг.1 показан вариант первого способа. В данном примере переходный элемент 25 включен в комплект половолоконных мембран 24 параллельно половолоконным мембранам 24. Переходный элемент имеет больший эквивалентный диаметр, чем каждая из половолоконных мембран 24, и обеспечивает переток проникающей воды из нижней в верхнюю часть модуля. Может быть использована, по меньшей мере, одна такая переходная труба. Должное количество переходных труб может быть определено в тех пределах, которые обеспечивают повышенную эффективность использования мембраны в половолоконном мембранном модуле. В данном случае переходная труба 25 с обоих концов закреплена в корпусе модуля при помощи клеевого соединения в верхнем клеевом фиксирующем элементе 26 и нижнем клеевом фиксирующем элементе 27. Как и половолоконная мембрана 24, переходная труба 25 открыта и позволяет жидкости поступать во внутреннее пространство модуля. Таким образом, проникающий поток воды и т.п. может легко проходить по переходной трубе 25 сверху вниз или снизу вверх вдоль модуля.

Такую переходную трубу предпочтительно изготавливают путем экструдирования полимерного материала. К примерам пригодных полимерных материалов относятся полиолефины, такие как полиэтилен, полипропилен и полибутен, поливинилхлорид, сложный полиэфир, полисульфон, полиэфирсульфон, полифениленовый эфир, сополимеры ABS и AS. Если в качестве переходной трубы используется прямая труба, эта труба может иметь любую форму поперечного сечения, такую как окружность, эллипс, полуокружность или веретенообразная форма, но обязательно должна обладать большим эквивалентным диаметром и меньшим гидравлическим сопротивлением, чем половолоконная мембрана.

Кроме того, в случае, например, изготовления самого корпуса модуля в виде двойной трубы неправильной формы корпус модуля может представлять собой двойную трубу неправильной формы, образованную первым элементом с относительно большой внутренней площадью поперечного сечения и вторым элементом с относительно небольшой внутренней площадью поперечного сечения. В этом случае комплект половолоконных мембран размещают в первом элементе, а переходный элемент для проникающей воды может быть расположен во втором элементе. В данном примере двойная труба неправильной формы, как правило, представляет собой цилиндр, внутреннее пространство которого разделено на две части пластиной, параллельной его длине, так, что противоположные концы дуги, являющейся частью окружности поперечного сечения цилиндра, перпендикулярного его длине, соединены друг с другом прямой линией, так что поперечное сечение разделено на полукруглую область (см. фиг.21) и сечение другой формы. В этом случае полукруглая область сечения выполняет роль переходного элемента. В оставшейся области располагаются половолоконные мембраны. Такой половолоконный мембранный модуль может быть изготовлен способом присоединения двойной трубы неправильной формы, изготовленной путем экструзии через двойную экструзионную головку неправильной формы, к головной части, имеющей конструкцию, соответствующую двойному разделенному внутреннему пространству. В качестве альтернативы, на некотором участке окружности боковой поверхности верхней части экструдированной двойной трубы неправильной формы может быть сделано отверстие. Тогда на этом боковом отверстии в двойной трубе неправильной формы может быть установлено соединение со штуцером. В данном случае может быть применен способ, описанный в патенте Японии № 3713343. Если двойная труба неправильной формы используется в качестве переходного элемента для проникающей воды, для ее изготовления может быть использован тот же материал, что и для изготовления корпуса модуля. Переходный элемент для проникающей воды может иметь форму поперечного сечения, отличающуюся от описанных выше, такую как круг, эллипс, полукруг или веретенообразную форму. Переходный элемент для проникающей воды может быть установлен в одном положении, или в двух, или более положениях. На фиг.21-25 показаны примеры двойной трубы неправильной формы, имеющей описанную выше или другую форму соответственно.

Внутри одного из клеевых фиксирующих элементов половолоконного мембранного модуля имеется распределительный входной элемент для сырой воды, который обеспечивает подачу сырой воды в корпус модуля. Этот распределительный входной элемент для сырой воды способствует тому, что сырая вода, подаваемая через входное отверстие для сырой воды, равномерно распределяется по половолоконным мембранам параллельно к ним, не вызывая избыточного падения давления. Распределительный входной элемент для сырой воды обеспечивает отделение сырой воды от проникающего потока воды (который проходит сквозь половолоконные мембраны в их нижней части и перемещается по пространству для циркуляции проникающего потока воды, имеющемуся снаружи нижней торцевой поверхности модуля, через переходную трубу к отверстию для отбора проникающей воды) непроницаемым для жидкости образом и подачу сырой воды на удаленные от центра половолоконные мембраны половолоконного модуля. Кроме того, распределительный входной элемент для сырой воды используется для смешанного потока сырой воды и сжатого воздуха и подачи только сжатого воздуха. Кроме того, распределительный входной элемент для сырой воды используется для стока дренажной воды, образующейся при физической промывке, такой как обратная промывка или промывка аэрированной струей. В этом случае такая конструкция, как описано выше, позволяет подавать сырую воду с уменьшенным падением давления и производить половолоконный мембранный модуль, используя относительно несложные производственные стадии.

Далее конкретная конструкция распределительного входного элемента для сырой воды описывается со ссылкой на фиг.1 (фиг.3). Распределительный входной элемент для сырой воды образован входным элементом подающего трубопровода 34, через который подводится сырая вода и т.п., входным ответвляющим элементом для сырой воды 33, равномерно распределяющим подводимую сырую воду и т.п. в направлении поперечного сечения половолоконного мембранного модуля, и впускным отверстием для сырой воды 32, через которое распределенная сырая вода и т.п. поступает к наружной стороне половолоконных мембран в модуле.

Во-первых, входной элемент подающего трубопровода 34 представляет собой цилиндрическое отверстие, просверленное, по существу, параллельно длине корпуса модуля со стороны, по существу, центра наружной торцевой поверхности 29 клеевого фиксирующего элемента 27 и расположенное на той же стороне, где и входной распределительный элемент для сырой воды. Термины «по существу, в центре» и «по существу, параллельно», используемые в настоящем документе, не обязательно означают строгий гео