CN101977852B - 成形接触式过滤部件的制造方法、成形接触式过滤部件、过滤设备以及污水处理方法 - Google Patents

成形接触式过滤部件的制造方法、成形接触式过滤部件、过滤设备以及污水处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于制造成形接触式过滤部件的方法，包括：经喷嘴挤出形式为线状物的热熔热塑性树脂并且使线状物流下并堆积在具有规定水平形状的开口的框架内，其中该框架相对于下落的热塑性树脂线状物二维地水平移动并且冷却下落的线状物以便使处于半固体状态的线状物流下并堆积在框架中，从而提供因而形成的具有50-90％的受控孔隙率的成形接触式过滤部件。这样形成的成形接触式过滤部件包括由热塑性树脂的熔融线状物的固化和堆积产品形成的熔粘线状物叠层，其中多个由堆积的线状物形成的水平层在竖直方向上堆叠。该接触式过滤部件重量轻并且表现出透水性与水质改善效果的良好平衡。通过设置多种成形接触式过滤部件使得热塑性树脂线状物的直径相继变小，提供了这样一种过滤设备，其展现出优良的水质改善效果和小的水过滤压力增加，并且特别适合各种污染程度大的废水，并且还提供了利用该过滤设备处理废水的方法。

Description

成形接触式过滤部件的制造方法、成形接触式过滤部件、过滤设备以及污水处理方法
技术领域
本发明涉及一种有效的成形接触式过滤部件制造方法、这样制造的透水性和水质改善效果优良的成形过滤部件以及过滤设备和使用该成形接触式过滤部件处理污水的方法。
背景技术
多孔接触式过滤部件已用于清洁包括河水、排污水和工厂废水的污水、物理接触沉淀和/或借助于附于其上的微生物促进生化接触反应(氧化或还原)。例如，已知由合成树脂制成的三维外形网状部件(下面列出的非专利文献1)，包括通过穿过喷丝头向下纺出热塑性树脂线并将线堆积(deposite，沉积)在不间断地上下移动的传送装置上并且冷却和固化线以形成多条堆积线的环而形成的无纺垫式成形部件(专利文献1和2)。这样形成的无纺垫式成形部件一般具有超过90％的孔隙率，因而表现出良好的透水性，但水质改善的性能不佳。孔隙率可通过压缩降低，但是当曾经固化的过滤部件被强制压缩时，压缩率倾向于局部偏离，因而导致被处理的水(污水)偏流。此外，上述生产工艺还存在难以形成适合大型水处理设施的接触式过滤部件的问题。另一方面，由于接触式过滤部件具有较低孔隙率以便提高水质改善效果，特别是增强COD减小效果，已提出一种接触式过滤部件，其包括平均直径为5-20cm且均由平均直径均为1-3cm的混凝土碎石或砾石形成的骨料(下面列出的专利文献3)。但是，虽然接触式过滤部件表现出透水性与水质改善效果之间的良好平衡，但其由于比重为2.6或更大而笨重，使得其伴有诸如运输成本增加、必需可耐重负荷的水处理槽以及水处理设施的施工和维护成本增加等困难。
另一方面，近来主要通过借助于微生物减小诸如生化耗氧量(BOD)和悬浮固体(SS)的污染物质的量的方法执行污水处理，特别是污浊程度严重的各种废水的处理。根据此方法，随着悬浮固体的量变大，待处理的污染物质的量增加。相应地，需要单位体积比表面积较大的载体材料作为能够稳定承载更大量的生物膜的废水过滤部件。包括直径较小的线的载体材料可提供较大的比表面积和改善的过滤性能。但是，如果线直径在孔隙率一定的情况下减小，则线之间的距离变小并且线之间的空间被闭塞以随着生物膜增加而增加过滤压力，因而导致用于废水处理槽的流水的入口和出口之间的水头差增加，并最终导致必须减小废水流率并降低过滤效率。为了减轻闭塞，目前的现状是采取90-98％(专利文献4)或92-99％(专利文献5)的增加的孔隙率。
作为使用这种接触式过滤部件的水处理设施，还已提出一种用于取水设施的过滤设备，其包括具有15-40％的孔隙率的用于生物处理的连续多孔部件，以及分别设置在用于生物处理的多孔部件前后的均具有30-65％的孔隙率的一对用于过滤的连续多孔部件(专利文献6)。但是，该设备被描述为需要逆流冲洗以防止连续多孔部件随着处理时间经过而闭塞([0013]段)，并且不适合处理污染程度较大的废水。
[非专利文献1]佐藤健(Takeshi SATO)：《三维网状接触部件的特性和应用》(Properties and Application of Three-dimensional NetContacting Member)，《水和废水》(Water and Waste Water)杂志，23卷4期51-61页(1981)。
[专利文献1]JP-B 63-32907，
[专利文献2]JP-B 63-32908，
[专利文献3]JP-B 8-17901，
[专利文献4]JP-A 10-14569，
[专利文献5]JP-A 11-279922，以及
[专利文献6]JP-B 5-185083。
发明内容
鉴于上述现有技术状态，本发明的主要目的是提供一种接触式过滤部件，其重量轻而且具备良好的透水性和水质改善效果，并且还提供一种制造接触式过滤部件的工艺。
本发明的另一目的是提供一种适合连续处理污水、特别是污浊程度较高的各种废水的过滤设备，以及一种使用该过滤设备处理污水的方法。
在带着上述目的研究过程中，本发明人已获得如下知识：如专利文献1和2的接触式过滤部件中采用的超过90％的孔隙率从水质改善效果(包括占污染物质的主要部分的BOD(生化耗氧量)和SS(悬浮固体)的减小和淤泥产生率的减小)的观点看是不希望的(下文所述的示例3至5与对比例3-2至5-2之间的比较)。这一点类似于专利文献3所提供的知识。但是，专利文献3中采用的碎石骨料具有这些骨料笨重的缺点。本发明人已实现，通过接触式过滤部件展现了良好的水质改善，该接触式过滤部件已通过使经喷嘴挤出的热塑性树脂热熔线状物落下同时在其落下过程中冷却该线状物并使冷却的线状物以其受控的相互熔粘性堆积而形成有90％以下的减小的孔隙率，而非如专利文献1等之中使这种热熔线状物以环的形式堆积以提供增加的孔隙率。另一方面，低于50％的孔隙率导致与待处理的水的渗透性相关的问题(下文所述的对比例3-1至5-1)。还已发现优选的是，考虑到大型水处理设施(例如，尺寸为宽5m×高2m×长10m以上)的适用性，形成具有适合于在处理槽内在堆积状态下进行多重排列的形状的单位过滤部件。
根据本发明的用于制造成形接触式过滤部件的工艺基于上述知识，并且更具体而言包括：经喷嘴挤出形式为线状物的热熔热塑性树脂并且使该线状物流下并堆积在具有规定水平形状的开口的框架内，其中该框架相对于下落的热塑性树脂线状物二维地水平移动并且下落的线状物被冷却以使处于半固体状态的线状物流下并堆积在框架内，从而提供因而形成的具有50-90％的受控孔隙率的成形接触式过滤部件。顺便提一下，本文所用的用语“喷嘴”是指广义上具有能够经其挤出熔融树脂线状物的穿孔或开口的固定或可动部件，其不一定包括突出部分。特别地，其有代表性的示例可包括如下文所述的示例中所用的形成在挤出机模具中的每个穿孔。
本发明人还已发现，使用通过上述工艺获得并具备特有的线状物堆积状态的成形接触式过滤部件，还可使待处理的水均匀流经成形部件内部同时提供足以处理污染物质的接触时间和减小的水头。因此，根据本发明的成形接触式过滤部件基于该知识，并且更具体而言，包括由熔融热塑性树脂线状物的固化和堆积产品形成的熔粘线状物叠层，其中多个由堆积的线状物形成的水平层在竖直方向上堆叠。特别优选的是，该多个由堆积的线状物形成的水平层包括包含大致沿X轴方向延伸的线状物的第一水平线状物堆积层和包含大致沿垂直于X轴方向的Y轴方向延伸的线状物的第二水平线状物堆积层，并且第一和第二线状物堆积层在竖直方向上交替地堆叠。
此外，根据本发明的用于污水的过滤设备包括：污水处理室和至少两种均如上所述设置在污水处理室内的成形接触式过滤部件，其中所述至少两种成形接触式过滤部件包括具有互相不同的厚度的热塑性树脂线状物并且设置成使得包括较厚树脂线状物的第一种设置在污水处理室的上游侧上而包括较薄树脂线状物的第二种设置在污水处理室的下游侧上。使用根据本发明的上述过滤设备处理污水的方法包括：使污水相继流经所述至少两种成形接触式过滤部件。
更具体而言，虽然包括多个上述包含设置在污水处理槽内的厚度均匀的熔粘线状物的成形接触式过滤部件的过滤设备一般表现出优良的水质改善效果和长期运行稳定性，但使用包含较薄线状物的成形过滤部件的过滤设备表现出大的水质改善效果，而它也表现出过滤压力增加的倾向(即，入口-出口水头差)，因而不免担心长期运行稳定性(下文所述的示例3)。另一方面，使用包含较厚线状物的成形过滤部件的过滤设备表现出小的入口-出口水头差增加的倾向并且未伴有与长期运行稳定性有关的问题，而它趋于表现出较差的水质改善效果(下文所述的示例5)。与之相反，作为进一步研究的结果，本发明人已发现通过将包含厚度互相不同的热塑性树脂线状物的至少两个成形过滤部件设置成使得包含较厚树脂线状物的成形过滤部件设置在上游侧上而包含较薄树脂线状物的成形树脂线状物的成形过滤部件设置在下游侧上可整体上获得良好的水质改善效果同时保持小的入口-出口水头差增加(下文所述的示例6)，并且已获得根据本发明的用于污水的过滤设备。可通过成形接触式过滤部件在根据本发明的用于污水的过滤设备中的上述设置方式实现良好的水质改善效果和防止入口-出口水头差增加的效果之间的协调的原因不一定清楚但可假设如下。
在废水处理过程中，形成在成形线状物上的生物膜由于有机物浓度和废水中的溶解氧而变厚，从而线状物之间的间隙非常重要。更具体而言，在废水处理的前半阶段，有机物浓度浓于溶解氧，丝状菌的集群(所谓的水棉)增长到约200mm-300mm。在前半阶段生长的水棉的末端由于充气而被切断以形成细微的悬浮固体(SS)，这些悬浮固体向下游侧移动。为了捕捉这些薄SS，优选将包含具有较大比表面积并且能够提供线状物之间较小间隙的直径较小的线状物的成形体设置在下游侧上。在中间至后半阶段，有机物浓度降低，从而不会导致线状物成形体上的生物膜的增厚，藉此可抑制过滤压力增加。
附图说明
图1是适合实施根据本发明的用于制造成形接触式过滤部件的工艺的设备的示意图。
图2是示出在根据本发明的用于制造成形接触式过滤部件的工艺的示例1中使用的喷嘴的错开排列的平面图。
图3是示出作为喷嘴排列的另一示例的圆形放射状排列的平面图。
图4是示出图2中的错开喷嘴的排列方向与框架的优先运动的X轴和Y轴方向之间的相对配置的示例的平面图。
图5是包括根据本发明的过滤设备的水处理设施的截面示意图。
具体实施方式
(热塑性树脂)
作为在根据本发明的用于制造成形接触式过滤部件的工艺中用作主要原料的热塑性树脂，一般可优选使用具有至少约0.9的比重的疏水性热塑性树脂。过低的比重是不希望的，因为需要特别考虑防止过滤部件在水处理期间上浮。从经济性的角度考虑，优选通用型树脂，包括诸如聚乙烯和聚丙烯的聚烯烃树脂以及聚苯乙烯树脂，并且如果考虑制成的过滤部件用于初步处理诸如河水、生活排水和工厂废水的污水，则也可适当使用废塑料。但是，优选不含过量的增塑剂。
(热塑性树脂线状物的形成)
如上所述的热塑性树脂可由挤出机等熔融混炼，并通过一个喷嘴(或多个喷嘴)挤出以形成随后流下的线状物。一般而言，取决于所使用的热塑性树脂，考虑到熔点和结晶温度(其分别是指在加热和冷却过程中使用差示扫描量热仪(DSC)测出的吸热峰值温度和发热峰值温度)，通过喷嘴的挤出温度可适合处于+30°至+150°的熔点范围内。
一般而言，已获得如下知识：所形成的成形过滤部件中的线状物的直径极大地影响过滤部件的透水性和水质改善效果，并且在本发明中，基本上未预期线状物在挤出之后以及落下过程中的直径减小(尽管会出现大小在5-10％的减小)，从而喷嘴直径可优选处于0.5-10mm、更优选1-8mm、特别优选1.5-6mm的范围内。顺便提一下，由于当在高粘度执行挤出时的离模膨胀(die-swell)现象，也可形成直径大于喷嘴直径的线状物。
(冷却)
对从模具挤出的热塑性树脂线状物进行冷却并且使其流下并堆积在框架内。通过实验(例如，下文所述的示例1-2和对比例1-2)，已知落入框架内的线状物的表面温度也极大地影响因而形成的成形体中的线状物之间的孔隙率和熔粘程度并且基于本发明的目的可优选处于从(形成线状物的热塑性树脂的)结晶温度-20℃至室温的范围内。
对于这种线状物表面温度的控制而言，优选控制冷媒供给率(以及必要时还有冷媒供给温度)同时借助非接触式温度计测量表面温度。一般优选水雾(一般为水和空气的混合物)作为冷媒。通过仅使用热容量小的空气(或气体)，不可能获得所希望的冷却表面温度，以至使堆积在框架中的线状物相互过度熔粘，并且厚线状物会在完成固化之前由于自重而变形，从而导致成形体的孔隙率过低。另一方面，如果单独使用热容量大的水，则线状物的表面和内部之间的温差减小，使得由线状物之间适当的相互粘附程度导致的成形体中的线状物的成形变得困难，因而趋于导致过大的孔隙率和水质改善效果的下降。
(线状物和框架的相对移动)
在中间冷却的热塑性树脂线状物落入并堆积在框架内的过程中，框架相对于落下的线状物沿水平方向重复移动。相对运动还可通过使落下的线状物在固定框架的同时移动或通过使落下的线状物和框架均一维或二维地移动来实现。落下的线状物沿水平方向的移动可通过使配设有固定喷嘴的挤出机随同其底座移动或通过代替挤出机的移动或除挤出机的移动以外使喷嘴摆动(可选地还有模具相对于挤出机机体的旋转)来实现。但是，在本发明的工艺中--其中对落下的线状物进行冷却，落下的线状物的水平移动需要联动的冷却移动，对于小规模制造成形过滤部件来说，方便在落下的线状物的水平位置被固定的同时二维地移动框架。另一方面，在考虑适用大型废水处理设施或大规模制造成形过滤部件的情况下，希望根据需要以更大尺寸实现成形过滤部件的(半)连续制造(至少沿一个方向)。为此，优选一并实现框架的移动和落下的线状物的移动。例如，这一点可通过将框架安放在仅可沿一个方向(例如，X轴方向)移动(或可往复移动)的传送装置上并通过喷嘴的移动或/和摆动使流下的线状物沿垂直于X轴方向的Y轴方向移动以实现二维相对移动来实现。根据需要，也可并联或串联设置多个传送装置，并且当线状物在一个框架中的堆积完成时，可将仍在下落的线状物切换到相邻传送装置上的另一框架内以继续堆积，藉此可实现半连续制造。
图1示意性地示出用于实施根据本发明的用于制造成形接触式过滤部件的工艺的简便设备***的实例。从处于挤出机1的末端的喷嘴2在热熔融状态下挤出的热塑性树脂线状物3被借助非接触式温度计(温度记录器)4测量其表面温度并在根据温度记录器4的输出的控制之下在从喷水冷却器5喷出的水雾5a的作用下冷却。冷却的线状物3被致使流下并堆积在成型框架(former frame)7(该成型框架7被设置在移动装置6上并沿水平方向二维地移动)内以便被最终固化，从而形成根据本发明的成形接触式过滤部件。
从形状调整步骤的角度考虑，二维移动模式可能比较灵活，可在需要时采用该形状调整步骤作为可选的最终步骤以便通过在完成其固化之前在落入并堆积在框架7内的线状物上施加载荷而增加粘附程度并减小孔隙率。但是，这种情况下，如果二维移动的任意性高，则用于调整的载荷施加趋于导致线状物在中间过度变形和在周边的孔隙率过度降低。相应地，优选对框架相对于喷嘴的二维移动加入一些规则性以便提供贯穿成形体内的均匀分布的孔隙率，从而矫正待通过因而形成的过滤部件而处理的水流的流动。
另一方面，根据本发明的工艺获得的成形过滤部件的整体形状基本上由成型框架的形状支配，并且考虑到其作为堆叠在水处理设施中的单位过滤部件的用途，可优选一般为平行六面体形状(在某种意义上包括立方体)。相应地，框架的水平开口形状可优选为矩形(包括正方形)。
框架的水平二维运动的序列(换句话说，冷却的线状物流下或落下到框架内的方向序列)的优选实施例可以如下。如果假设框架具有呈包括分别沿X轴方向和Y轴方向延伸的边的矩形形状的水平开口，则优选实施例可提供叠层结构，该叠层结构包括由大致沿X轴方向延伸的线状物的水平线状物堆积层和包括大致沿垂直于X轴方向的Y轴方向延伸的线状物的相邻水平线状物堆积层在竖直方向上的重复和可替换的堆叠或层叠。
换句话说，框架的相对移动序列可包括用于一个水平线状物堆积层形成周期的大致X轴方向和用于随后的一个水平线状物堆积层形成周期的大致Y轴方向的交替重复。
这种情形中，更严格而言，一个水平线状物堆积层形成周期可包括在沿X轴方向的往复移动之间切换时沿Y轴方向短距离移动的周期，并且随后的一个水平线状物堆积层形成周期可包括在沿Y轴方向的往复移动之间切换时沿X轴方向短距离移动的周期。此外，优选采用包括相继两个线状物堆积层形成周期的模式，其中沿X轴和Y轴的初始移动方向(例如，沿X轴方向和Y轴方向)与在前面相继两个线状物堆积层形成周期中沿X轴和Y轴的初始移动方向(例如，-X轴方向和-Y轴方向)相对，以便尽可能避免堆积的线状物延伸方向的偏离。从而，在本实施例中，沿X轴和Y轴的移动方向(包括在往复移动之间切换时的移动方向)对于每四个线状物堆积层形成周期来说变成一样，并且重复这种方式以使线状物层在高度(Z轴)方向上堆积。
为了增加成形接触式过滤部件的生产率，需要使用具有多个喷嘴以便同时挤出多个线状物以增加挤出率的模具。这种情形中，如果多个喷嘴以小的间隔线性排列，则重叠的线状物落入框架内的趋势增加，尽管这可受到框架移动方向的影响。特别是在线状物例如由于结晶不充分而刚性较低的情况下，由于重叠而趋于造成明显不规则的线状物变形。与之相反，在线状物树脂由于适当的结晶程度而保留一些刚性的情况下，即使当落下的线状物易于与已堆积的线状物重叠时，落下的线状物也可在移至相邻位置的同时被堆积，并且一般可避免重叠。为了更好地避免线状物的重叠，优选如图2所示以错开方式排列多个喷嘴或如图3所示以圆形放射方式排列多个喷嘴，从而扩大喷嘴之间的间距并避免喷嘴的线性排列。此外，对于图2所示的错开排列而言，优选喷嘴的线性排列方向与用于相对框架移动的X轴和Y轴中的任一者偏离，换句话说，如图4所示与X轴或Y轴形成小于45度、优选约5-30度的倾斜角度θ。
(形状调整步骤)
这样通过落下并堆积在框架内形成的线状物叠层产品可在其固化之后从框架取出以提供根据本发明的成形过滤部件。但是，为了提供更好地匹配框架形状并整体上具有更均匀的孔隙率的成形体，优选经由可匹配地***框架开口中的上盖在其完全固化之前在堆积于框架内的线状物上施加约10-80kg/m2的载荷，从而增强线状物之间的粘合并均匀地减小孔隙率。
(接触式过滤部件)
通过在其固化之后从框架取出通过上述步骤形成的线状物叠层，可以获得根据本发明的成形过滤部件。在图1所示的实施例中，框架7不具备底板并且被安放在由相对于移动装置6的树脂表现出良好释放性的材料(如不锈钢)形成的上部板上，从而能够容易地从框架7取出成形过滤部件。
这样形成的本发明的过滤部件可优选具有大致平行六面体整体形状，但还优选使一个或两个侧面(例如，在Y-Z平面中一个或两个互相相对的表面)偏离垂直线在±20度的范围内倾斜，由此交替地设置一对相邻的成形体，其中一个成形体具有向上变窄的截面而另一个成形体具有向上变宽的区域，以便使成形体在水处理设施中的相对位置稳定。
根据本发明的接触式过滤部件的某些其它优选物理特征可包括：单元线状物直径(根据具有等面积的圆的直径)d(mm)，其为0.5-10mm，更优选1-8mm，特别优选1.5-6mm；孔隙率ε(％)，其为50-90％，优选70-85％，更优选75-80％；单元线状物长度L(m)，其为至少2m，特别优选10m以上；比表面积S(m2/m3)，其为50-5000m2/m3；成形体的总容积，其为10-2～102m3；等等。根据本发明的工艺获得成形过滤部件可优选在其制造时的形状下使用并以多个以组合方式设置以形成过滤部件组件但能够如所期望地进行切割以便进行形状调整。
顺便提一下，在上述物理特征中，以下关系经由从成形体的重量获得的孔隙率ε(％)和树脂材料密度而成立并且已被用来评价下文所述的示例。
<孔隙率>
孔隙率ε(％)＝(V-T/ρ)/V×100，其中V：成形体的总容积(m3)，T：成形体的重量(吨)，以及ρ：线状物(材料为树脂)的密度(吨/m3)。
<比表面积>
获得成形体中单独的线状物的体积(V1＝T/ρ)并将其除以从线状物直径(＝d mm)计算出的线状物截面积(＝((d/1000)2×π×1/4))以获得线状物总长度，根据以下公式从其计算出比表面积：
线状物总长度：L(m)＝V1/((d/1000)2×π×1/4)
线状物的总表面积：S(m2)＝π×(d/1000)×L
线状物的比表面积：s(m2/m3)＝S/V。
根据本发明的过滤设备通过设置至少两种具有厚度互相不同的线状物并均以上述方式在污水处理室内形成的成形接触式过滤部件使得包含较厚的树脂线状物的第一种设置在污水处理室的上游侧上而包含较薄的树脂线状物的第二种设置在污水处理室的下游侧上而形成。图5是包括根据本发明优选实施例的过滤设备的水处理设施的截面示意图。
参照图5，水处理设施通过将沉降槽60设置在根据本发明优选实施例的过滤设备50下游而形成。过滤设备50包括过滤槽(废水处理槽或室)51，其尺寸为高H、长L且宽W(未示出)并具有由入口侧穿孔板55和出口侧穿孔板56限定出的空间。在过滤槽50的空间内，包括三类各具有相继减小的厚度的热塑性树脂线状物521、531和541的三种成形接触式过滤部件52、53和54以该次序沿废水WW的流动方向AA从上游侧至下游侧设置。在过滤槽51的底部，空气分配管57以沿长度(L)方向的适当间隔沿宽度(W)方向延伸。
在操作过程中，将包含生活排水、工厂废水等的污水WW引入入口侧穿孔板55上游的空间内并使其流经穿孔板55。然后使污水WW流经包含具有相继减小的厚度的三种树脂线状物的成形接触式过滤部件52、53和54，在此过程中对污水WW进行处理，比如水棉的增长，并使水棉***成细小的SS并由于使用空气分配管57通气而分解成淤泥。使因而形成的含有淤泥的已过滤的水FW经过穿孔板56并作为排出物流出过滤槽51，并且将其引入沉降槽60，其中已处理的水CW与淤泥分离并按现状或在追加诸如杀菌之类的处理之后排放到外界或重复使用。
取决于待处理污水的BOD、SS等并且考虑到所需的水质改善效果和过滤压力(水头差)的增加，可适当设计包括直径互相不同的树脂线状物的成形过滤部件的类型数量、它们之间的体积比和它们之间的直径比。至少两种和至多四种可能是切合实际的。体积比可适当处于等份×(0.40～2.0)倍、优选等份×(0.7～1.5)倍的范围内。形成最上游的成形过滤部件和最下游的成形过滤部件的树脂线状物之间的厚度(等效圆直径)比可适当设为至少1.5、优选至少2、更优选至少3。上限在实践中可为至多20，特别是至多10。在本发明中，特别优选的是最上游的成形过滤部件和最下游的成形过滤部件(其中悬浮固体的数量分别由于水棉的增长和切割而显著产生)中的空隙的尺寸变化。相应地，例如，允许相对于形成设置在中间位置的成形过滤部件的线状物的厚度的一些自由度，使得线状物厚度关系可例如部分逆转。
[示例]
下文将基于示例和对比例更具体地描述本发明。
(示例1)
成形过滤部件是通过使用如图1所示的设备***并使用表现出以下特性的聚乙烯(作为电线包覆废料而回收)作为热塑性树脂材料而制造的。
·MFR值＝5.8g/分(如在190℃和10kg·f的载荷下根据JIS-K7210测量)。
·熔点＝110℃并且结晶温度＝97℃(如分别在10℃/分的升温率和降温率下测量)。
·密度＝0.92g/cm3。
上述聚乙烯是在单螺杆挤出机1中熔融混炼而成的并通过直径为3.3mm的总计21个喷嘴在180℃挤出以形成线状物3，这些喷嘴如图2所示以错开排列方式形成在固定的模具1a中，相邻的喷嘴彼此之间的纵向和横向间距为约15mm。使线状物3流下，并使其被来自喷水冷却器5的水雾5a冷却，该喷水冷却器5能够调整喷射率以将表面温度控制在43℃同时借助非接触式表面温度计4(“TH 6200”，由NEC San-Ei K.K.制造)测量表面温度。然后使冷却的线状物3向下流入尺寸为50×50×25cm(X/Y/Z)的框架7内，该框架7设置在配设有伺服马达的水平双轴方向移动设备6上使得框架7的上边缘设置在喷嘴下方120cm处，同时使框架7沿X轴和Y轴两个方向以3m/分的恒速反复移动，从而将线状物堆积直至25cm的高度。水平双轴方向移动的细节与以上描述相似并包括具有Y→X→-Y→-X的优先线状物延伸方向变化的4个线状物堆积层形成周期的单位循环，其中在Y轴和-Y轴移动步骤中的Y轴移动距离为452mm(以及84mm的中间X轴移动距离)，而在X轴和-X轴移动步骤中的X轴移动距离为423mm(以及56mm的中间Y轴移动距离)，从而获得规则排列的线状物堆积体。然后，在通过上盖施加的10kg(150×50cm)的负荷下固化线状物堆积体，以提供尺寸为50×50×25cm的成形接触式过滤部件。成形体包括大致21个线状物，由成形体的总重量、线状物直径和线状物数量(21)计算出一个线状物长度为约65m。
(示例2，对比例1和2)
以与示例1中相同的方式获得成形接触式过滤部件，除了控制喷水率以将落入框架内的线状物的表面温度改变为55℃(示例2)、98℃(对比例1)和22℃(对比例2)以外。
在以上示例和对比例中获得的包括测出的孔隙率的接触式过滤部件的要点在下表1中包含性地示出。
[表1]
Figure BPA00001230127500131
<备注>
(示例1)线状物的粘合部分适合获得所希望的孔隙率。
(示例2)线状物的粘合部分比所希望的多，从而提供比所希望的低的孔隙率。
(对比例1)线状物被完全粘合，从而提供比所希望的低得多的孔隙率。
(对比例2)线状物无法彼此粘合，从而无法提供所希望的程度的低孔隙率。
(示例3)
以与示例1中相同的方式制造平行六面体形过滤部件，除了将喷嘴2改变为44个直径均为1mm的喷嘴、将落入框架7内的线状物的表面温度改变为42℃并使用包括具有Y→X→-Y→-X的优先线状物延伸方向变化的4个线状物堆积层形成周期的单位循环的规则排列线状物堆积体形成方案(其中在Y轴和-Y轴移动步骤中的Y轴移动距离被改变为449mm(以及中间X轴移动距离变为86mm)，在X轴和-X轴移动步骤中的X轴移动距离改变为429mm(以及中间Y轴移动距离变为56mm))以外。
(对比例3-1和3-2)
以与示例3中相同的方式制造平行六面体形过滤部件，除了将落入框架7内的线状物的表面温度改变为83℃(对比例3-1)和21℃(对比例3-2)以外。
(示例4)
以与示例1中相同的方式制造平行六面体形过滤部件，除了落入框架7内的线状物的表面温度改变为40℃以外。
(对比例4-1和4-2)
以与示例4中相同的方式制造平行六面体形过滤部件，除了将落入框架7内的线状物的表面温度改变为80℃(对比例4-1)和20℃(对比例4-2)以外。
(示例5)
以与示例1中相同的方式制造平行六面体形过滤部件，除了将喷嘴2改变为8个直径均为5.5mm的喷嘴并使用包括具有Y→X→-Y→-X的优先线状物延伸方向变化的4个线状物堆积层形成周期的单位循环的规则排列线状物堆积体形成方案(其中在Y轴和-Y轴移动步骤中的Y轴移动距离改变为455mm(以及中间X轴移动距离变为87mm)，而在X轴和-X轴移动步骤中的X轴移动距离改变为435mm(以及中间Y轴移动距离变为57mm))以外。
(对比例5-1和5-2)
以与示例3中相同的方式制造平行六面体形过滤部件，除了将落入框架7内的线状物的表面温度改变为85℃(对比例5-1)和18℃(对比例5-2)以外。
(对比例6)
按现状使用市售混凝土砾石骨料(“Jarikko”，由Aquatec K.K.制造；松装密度：约1000kg/mm3，平均尺寸：约100mm，孔隙率：约60％；比表面积：62m2/m3)。
《水处理性能试验》
将在上述示例和对比例中制备的每个成形接触式过滤部件装在尺寸为长2000mm、宽105mm和高250mm(有效深度为185mm)的容积为39L的小型实验槽内使得其X-Y平面形成进水表面(除对比例6以外)。然后，使在首先沉降之后在污水处理场获得并具有BOD＝160mg/L且SS＝90mg/L的污水以75mL/分的流率流经实验槽同时使空气以25L/分的流率从沿实验槽的长度以等间距设置在实验槽底部的20个通气管(均设有直径为0.8mm的40个穿孔)流动，从而执行包括14天的预运行周期和126天的测试周期的水处理测试。
在测试周期期间，排出的水在容积为20L的沉降槽中被接收同时排出浮在上层的水(已处理的水)。以每周一次的频率检查从实验槽排出的水的质量，藉此计算出BOD去除率和SS去除率作为在测试期间的平均值。此外，以每两周一次的频率均匀搅动在沉降槽内聚集的淤泥，并由沉降槽的容积和其中的SS浓度计算出淤泥重量，藉此根据以下公式计算出淤泥产生率：淤泥产生率(％)＝(淤泥累积量+已处理的水中SS的累积重量)/给水中的SS累积量×100，其中淤泥累积量：积累在沉降槽中的淤泥的累积重量；以及已处理的水中SS的累积重量：已从沉降槽流出的最终处理的水中SS的累积重量。
在测试周期结束时单独测量实验槽的入口和出口之间的水头差以评价过滤部件的透水性。
以上示例和对比例中的各过滤部件及其评价水处理性能的要点在下表2中包含性地示出。
[表2]
Figure BPA00001230127500161
<备注>
(示例3)已处理的水质量良好并且淤泥产生率小，但水头差(ΔP)略大。
(对比例3-1)在开始试验10天后，透水性变差以致水从槽溢出。ΔP由于闭塞而变大，使得不可能继续测试。
(对比例3-2)透水性或水质改善效果均未达到令人满意的水平。
(示例4)透水性良好，并且产生率小。
(对比例5-1)在开始试验2周后，透水性变差以致水从槽溢出。ΔP由于闭塞而变大，使得不可能继续测试。
(对比例5-2)透水性良好，但水质改善效果不足以提供大的淤泥产生率。
(对比例6)(混凝土砾石骨料)透水性和水质改善效果较佳，但重量大。
(示例6)
如图5所示的水处理设施通过将容积为20L的沉降槽60设置在过滤设备50下面而形成，该过滤设备50包括装有三种成形过滤部件52、53和54的容积为39L的小型实验过滤槽。成形过滤部件52、53和54包括直径分别为5.5mm、3.3mm和1mm的树脂线状物，并且均沿污水流动方向AA依次以1/3的等体积比设置，使得它们相应的X-Y面形成水接收面。成形过滤部件52、53和54分别与在示例5、4和3中制备的成形过滤部件相同。从而，该水处理设施与在上述用于示例1-5的水处理性能测试中使用的水处理设施一样，除了使用三种成形过滤部件代替在用于各示例1-5的测试中使用的一种成形过滤部件以外。
执行与示例1-5中的水处理性能测试相同的水处理性能测试。
此示例6中使用的成形过滤部件的要点及其在水性能测试中的评价结果连同示例3-5和对比例6的结果在下表3中归纳。
[表3]
Figure BPA00001230127500171
<备注>
(示例6)水质改善效果优良，淤泥产生率小，且透水性也很好。
[工业实用性]
如上所述且从上表1和表2所示的结果可以理解，本发明提供了一种接触式过滤部件，其重量轻而且还具有良好的透水性和水质改善效果，并且还提供了一种制造接触式过滤部件的工艺。此外，通过设置多个接触式过滤部件使得容纳在其中的树脂线状物直径在水处理室内逐渐减小，提供了这样一种过滤设备，其展现优良的水质改善效果和小的水过滤压力增加，并且特别适合各种污染程度大的废水，并且还提供了使用该过滤设备处理废水的方法。

Claims (14)

1.一种用于制造成形接触式过滤部件的方法，包括：经喷嘴挤出形式为线状物的热熔热塑性树脂并且使所述线状物流下并堆积在具有规定水平形状的开口的框架内，其中所述框架相对于下落的热塑性树脂线状物二维地水平移动并且冷却所述下落的线状物以使处于半固体状态的所述线状物流下并堆积在所述框架中，从而提供因而形成的具有50-90％的受控孔隙率的成形接触式过滤部件。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述框架具有大致呈矩形的水平开口形状。
3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，所述框架相对于所述落下的线状物的水平二维移动方向是彼此垂直的X-Y双轴方向。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，通过交替重复其中所述框架的所述相对移动方向大致沿所述X轴的一个线状物堆积层形成周期和其中所述框架的所述相对移动方向大致沿所述Y轴的随后的一个线状物堆积层形成周期，在所述框架中形成形式为堆积线状物的叠层的成形接触式过滤部件。
5.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，多个喷嘴以错开方式或以圆形放射方式排列。
6.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，通过使水雾流作用在所述线状物上而冷却所述流下的线状物。
7.根据权利要求1或2所述的制造方法，还包括在所述框架内的堆积的线状物上施加压力以增强所述线状物之间的粘合的步骤。
8.一种用于污水的过滤设备，包括：污水处理室和设置在所述污水处理室内的至少两种成形接触式过滤部件，其中所述至少两种成形接触式过滤部件各通过根据权利要求1-7中的任一项所述的方法制备，并且包括由热塑性树脂的熔融线状物的固化和堆积产品形成的熔粘线状物的叠层，其中多个由堆积的线状物形成的水平层在竖直方向上堆叠，所述至少两种 成形接触式过滤部件包括具有互相不同的厚度的热塑性树脂线状物并且设置成使得包括较厚树脂线状物的第一种设置在所述污水处理室的上游侧上而包括较薄树脂线状物的第二种设置在所述污水处理室的下游侧上。
9.根据权利要求8所述的过滤设备，其特征在于，所述多个由堆积的线状物形成的水平层包括包含大致沿X轴方向延伸的线状物的第一水平线状物堆积层和包含大致沿垂直于所述X轴方向的Y轴方向延伸的线状物的第二水平线状物堆积层，所述第一和第二线状物堆积层在竖直方向上交替堆叠。
10.根据权利要求8所述的过滤设备，具有大致呈平行六面体形的整体形状。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的过滤设备，其特征在于，各所述至少两种成形接触式过滤部件均包括具有0.5～10mm的直径的线状物，并具有50～90％的孔隙率和50～500m2/m3的比表面积。
12.根据权利要求8-10中任一项所述的过滤设备，其特征在于，所述至少两种成形接触式过滤部件中的最上游一个成形接触式过滤部件和最下游一个成形接触式过滤部件包含的热塑性树脂线状物的直径比在1.5～20的范围内。
13.一种使用根据权利要求8-12中任一项所述的过滤设备处理污水的方法，包括：使所述污水相继流经所述至少两种成形接触式过滤部件。
14.根据权利要求13所述的方法，将通过所述过滤设备处理的排出水引入沉降槽内并且将因而形成的浮在上层的液体从所述沉降槽排出。 
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