(57)【要約】【課題】  中空糸膜のエアスクラビング工程において、中空糸膜の縦方向の動きによる小束同士の絡み合いを抑制し、安定に連続運転可能な中空糸膜モジュールを提供する。【解決手段】  上端と下端とに開口部を有し、周壁の少なくとも一部が多孔部材3cからなっている筒状容器3と、上下方向に位置するそれぞれが複数本の中空糸膜2からなる複数個の小束8と、小束8の上端部に設けられ、中空糸膜2の中空部が開口した状態で小束8を束ね一体として固定し、筒状容器3の上端の開口部を塞ぐ状態で、筒状容器3に固定されている中空糸膜固定部材4aと、小束8の下端部に設けられ、中空糸膜2の中空部を閉塞し、小束8毎に互いに間隔を有して独立して設けられた小束固定部材4bと、からなる中空糸膜モジュール1であって、小束8のそれぞれが貫通しており、かつ、小束固定部材4bが貫通しない幅を有する第１の穴と、前記小束が貫通していない第２の穴とを有する押さえ板9を具備することを特徴とする中空糸膜モジュール1。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上端と下端とに開口部を有し、周壁の少なくとも一部が多孔部材からなっている筒状容器と、上下方向に位置するそれぞれが複数本の中空糸膜からなる複数個の小束と、前記小束の上端部に設けられ、前記中空糸膜の中空部が開口した状態で前記小束を束ね一体として固定し、前記筒状容器の上端の開口部を塞ぐ状態で、前記筒状容器に固定されている中空糸膜固定部材と、前記小束の下端部に設けられ、前記中空糸膜の中空部を閉塞し、前記小束毎に互いに間隔を有して独立して設けられた小束固定部材と、からなる中空糸膜モジュールであって、前記小束のそれぞれが貫通しており、かつ、前記小束固定部材が貫通しない幅を有する第１の穴と、前記小束が貫通していない第２の穴とを有する押さえ板を具備することを特徴とする中空糸膜モジュール。
【請求項２】
前記第１の穴の縁の少なくとも一部が、丸み加工されている請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項３】
前記第１の穴の縁の少なくとも一部が、緩衝材で覆われていることを特徴とする請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原水の入った処理水槽内に浸漬させ、原水を濾過処理する中空糸膜モジュール、すなわち、浸漬型中空糸膜モジュールに関する。更に詳しくは、長期間に亘り、中空糸膜の濾過性能が低下せず、連続運転可能な中空糸膜モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、浸漬型中空糸膜モジュールは、処理水槽内に中空糸膜モジュールを配置して、処理水槽内の懸濁物質を含む原水を、中空糸膜モジュールを通して吸引濾過し、透過水を得るために使用されている。浸漬型中空糸膜モジュールは、一般に、一定時間の濾過工程と、濾過時に得られた処理水を加圧し膜の内側に供給し、膜外側に付着した汚泥を洗い落とす逆洗工程、及びそれらの工程中、中空糸膜モジュールの下方から中空糸膜モジュール内に圧縮エアを送り込み、中空糸膜を揺らして中空糸膜表面に付着している懸濁物質等を洗浄するエアスクラビング工程に供される。
【０００３】
エアスクラビング工程中の中空糸膜は、膜同士で互いに損傷されやすく、膜表面の擦過等で膜の孔径がつぶれて所定の濾過流量を得にくい。そこで、特許文献１に開示されているように、中空糸膜の小束固定部材を区画する小束間仕切り部材が、各小束固定部材間に設けられていると好都合である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開２００７／０８３４６０号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の中空糸膜モジュールの構造では、中空糸膜の縦方向の動きを抑制することが出来ず、エアスクラビングにより巻き上がった小束同士が絡み合い、有効膜面積、及び洗浄効果が低下、その結果膜間差圧が上昇し、所定の濾過流量が得られないという問題点があった。本発明は、中空糸膜のエアスクラビング工程において、中空糸膜の縦方向の動きによる小束同士の絡み合いを抑制し、安定に連続運転可能な中空糸膜モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するための本発明の中空糸膜モジュールは、以下の構成のいずれかからなる。
(1) 上端と下端とに開口部を有し、周壁の少なくとも一部が多孔部材からなっている筒状容器と、上下方向に位置するそれぞれが複数本の中空糸膜からなる複数個の小束と、前記小束の上端部に設けられ、前記中空糸膜の中空部が開口した状態で前記小束を束ね一体として固定し、前記筒状容器の上端の開口部を塞ぐ状態で、前記筒状容器に固定されている中空糸膜固定部材と、前記小束の下端部に設けられ、前記中空糸膜の中空部を閉塞し、前記小束毎に互いに間隔を有して独立して設けられた小束固定部材と、からなる中空糸膜モジュールであって、前記小束のそれぞれが貫通しており、かつ、前記小束固定部材が貫通しない幅を有する第１の穴と、前記小束が貫通していない第２の穴とを有する押さえ板を具備することを特徴とする中空糸膜モジュール。
(2) 本発明の中空糸膜モジュールにおいて、前記第１の穴の縁の少なくとも一部が、丸み加工されている前記(1)に記載の中空糸膜モジュール。
(3) 本発明の中空糸膜モジュールにおいて、前記第１の穴の縁の少なくとも一部が、緩衝材で覆われていることを特徴とする前記(1)に記載の中空糸膜モジュール。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の中空糸膜モジュールによれば、中空糸膜モジュールの下方から供給されたエアスクラビング用の圧縮エアによる中空糸膜の縦方向の動きを抑制し、巻き上がりによる小束同士の絡み合いを防止出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の中空糸膜モジュールの一例の概略縦断面図である。
【図２】図１に示す中空糸膜モジュールの筒状容器の周壁の展開図である。
【図３】図２に示す周壁の一部の拡大図である。
【図４】図１に示す中空糸膜モジュールの小束固定部材の一例の斜視図である。
【図５】図１に示す押さえ板の平面図である。
【図６】図５に示す押さえ板の第１の穴の一例の正面図である。
【図７】図５に示す押さえ板の第１の穴の別の例の正面図である。
【図８】実施例で使用した濾過運転装置の概略フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の中空糸膜モジュールを、図面を参照しながら以下に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の中空糸膜モジュール1の一例の概略縦断面図である。図１において、本発明の中空糸膜モジュールは、上端に開口3aと下端に開口3bとを有し、周壁の少なくとも一部が、多孔部材3cからなる筒状容器3と、筒状容器3内において上下方向に位置するそれぞれが複数本の中空糸膜2からなる複数個の小束8と、小束8の上端部に設けられ中空糸膜2の中空部2aが開口した状態で小束8を束ね一体として固定し、筒状容器3の上端の開口3aを塞ぐ状態で、筒状容器3に固定されている中空糸膜固定部材4aと、小束8の下端部に設けられ、中空糸膜2の中空部2aを閉塞し、小束8毎に互いに間隙4bcを有して独立して設けられた小束固定部材4bと、からなる中空糸膜モジュール1であって、小束8のそれぞれが貫通しており、かつ、小束固定部材4b貫通しない幅を有する第１の穴9aと、小束8が貫通していない第２の穴9bとを有する押さえ板9を具備している。なお、押さえ板9の具体的態様（平面図）を図5に示す。
【００１１】
図１において、各小束固定部材4bは、中空糸膜固定部材4aから垂下する各小束8の下端部に、それぞれが独立した状態で設けられ、それぞれの位置が、間隙4bを通過する流体（原液あるいはエアスクラビング用のエア）により、変動可能とされている。
【００１２】
本発明の中空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜の下端部の中空部を閉塞する中空糸膜閉塞部材は、図１の中空糸膜モジュール１の中空糸膜閉塞部材4bのように、間隔を有して独立した複数個の小束固定部材4bから形成されている。
【００１３】
本発明の中空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜の濾過領域は、中空糸膜の外表面に接する原液が中空糸膜により濾過され中空糸膜の中空部に濾過水として流入可能な膜面領域を云う。
【００１４】
本発明の中空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜束は、数百本乃至数万本の中空糸膜からなることが好ましい。
【００１５】
本発明の中空糸膜モジュールにおいて、各小束を形成する中空糸膜の本数は、数十本乃至数千本であることが好ましい。
【００１６】
本発明の中空糸膜モジュールにおいて、小束8の数は、最密充填可能な3個、7個、19個のいずれかであるであることが好ましい。
【００１７】
各小束固定部材4bの形状は、円柱形、球形、円錐形や角錐形など任意である。図１の小束固定部材4bは、円柱体からなる。
【００１８】
本発明の中空糸膜モジュールにおいて、押さえ板9の第１の穴9aの個数、直径は、中空糸膜束の多数本の中空糸膜の小束への分割数や一つの小束を形成する中空糸膜の本数によって、意図する効果が得られるように、選択すればよい。また、第１の穴9aの形は特に限定されないが、円形であることが好ましい。これにより、小束8と第１の穴9aとの縁のこすれによる膜の破損を軽減する事が出来る。また、第１の穴9aの面積は、小束固定部材4bが貫通せず、中空糸膜束が貫通するように設定されていれば、適宜設計することが可能である。
【００１９】
本発明の中空糸膜モジュールにおいて、押さえ板9の第２の穴9bの個数、直径、形は特に限定されないが、エアスクラビング中のエアが押さえ板9に与える抵抗を考慮すると、第２の穴9bの個数は2乃至3000個であることが好ましい。さらに、第２の穴9bの面積の合計は、エアスクラビング中のエアが押さえ板9に与える抵抗を考慮すると、中空糸膜モジュール１の断面積から第１の穴9aの面積の合計を除いた面積中により多く占めることが好ましい。
【００２０】
また、本発明によって所望の効果を得るためには、小束固定部材4bが第１の穴9aを貫通することによって中空糸膜2が縦方向に巻き上がることを防止すればよいのであるから、本発明においては、小束固定部材4bが第１の穴9aを貫通しない構成となっていれば、その形態は限定されない。すなわち、図１のように、小束固定部材4bが円柱体の形態のみから構成される場合は、第１の穴9aが該円柱を貫通しない大きさであれば良く、また、第１の穴9aが該円柱を貫通する大きさであっても、例えば、円柱体の小束固定部材4bの下部に棒状の突起物を取り付けることによって、小束固定部材4bが第１の穴9aを貫通しなければ問題ない。かかる場合においては、小束固定部材4bおよび棒状の突起物を一体として小束固定部材と呼ぶこととする。
【００２１】
本発明の中空糸膜モジュールにおける中空糸膜の素材は、特に限定されない。中空糸膜の素材として、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-ビニルアルコール共重合体、セルロース、酢酸セルロース、ポリフッ化ビニリデン、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン等や、これらの複合素材がある。
【００２２】
本発明の中空糸膜モジュールにおける中空糸膜の外径は、0.3乃至3mmであることが好ましい。中空糸膜の外径が小さすぎると、中空糸膜モジュールを製作する際の中空糸膜取り扱い時や、中空糸膜モジュールを使用する際の濾過、洗浄時などに、中空糸膜が折れて損傷するなどの問題が生じ易い。逆に外径が大きすぎると、同じサイズの筒状容器内に挿入できる中空糸膜の本数が減って、濾過面積が減少するなどの問題が生じる。また、中空糸膜の膜厚は、0.1乃至1mmあることが好ましい。膜厚が小さすぎると、圧力で膜が折れるなどの問題が生じ、逆に膜厚が大きいと、圧損や原料代の増加につながるなどの問題が生じる。
【００２３】
中空糸膜固定部材4aは、通常、樹脂から形成される。流動性の樹脂を多数本の中空糸膜の間に流入せしめ、その後樹脂を固化させることにより、中空糸膜を固定し、次いで端部を切断することにより、各中空糸膜の中空部が開口した状態とし、中空糸膜固定部材4aを形成する。この形成作業は、一般に、ポッティングと呼称され、広く知られている。
【００２４】
小束固定部材4bも、通常、樹脂から形成される。流動性の樹脂を中空糸膜の中空部に所望の量だけ進入させ、同じ樹脂で中空糸膜を固定するとともに小束固定部材を形成する。
【００２５】
これら、中空糸膜固定部材4a、小束固定部材4bを形成する樹脂としては、汎用品で安価であり、水質への影響も小さいエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、エポキシアクリレート樹脂などが好ましく用いられる。
【００２６】
本発明の中空糸膜モジュールは、通常、筒状容器の上部に集水キャップ5が、下部にエア導入筒7が取り付けられて、原水の濾過に用いられる。すなわち、中空糸膜モジュール1において、中空糸膜固定部材4aの中空糸膜2の中空部2aが開口している面4aF1に対し、中空糸膜2の中空部2aの開口から流出する濾過水を集水する集水キャップ5が、筒状容器3に取り付けられる。集水キャップ5は、集水された濾過水を外部に導出するための濾過水出口6を有する。筒状容器3の下端の開口3bの周囲には、エアスクラビング用のエアを筒状容器3内に導入するためのエア導入筒7が設けられる。
【００２７】
筒状容器3、集水キャップ5、エア導入筒7、及び押さえ板9は、通常、樹脂から形成される。これらを形成する樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン、ポリブテン等のポリオレフィン系樹脂や、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、パーフルオロアルコキシ（PFA）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン（FEP）、エチレン・四フッ化エチレン（ETFE）、三フッ化塩化エチレン（PCTFE）、エチレン・三フッ化塩化エチレン（ECTFE）、フッ化ビニリデン（PVDF）等のフッ素系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等の塩素系樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアリルスルホン樹脂、ポリフェニルエーテル樹脂、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体樹脂（ABS）、アクリロニトリル-スチレン共重合体樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂などが単独または混合して用いられる。
【００２８】
筒状容器3、集水キャップ5、エア導入筒7、及び押さえ板9は、樹脂以外の材料で形成されても良い。その場合の材料としては、アルミニウム、ステンレス鋼などが好ましく用いられる。更に、樹脂と金属の複合体や、ガラス繊維強化樹脂、炭素繊維強化樹脂などの複合材料を使用することも出来る。なお、筒状容器3、集水キャップ5、エア導入筒7、及び押さえ板9は、同一の材料でもそれぞれ異なる材料で形成されていても構わない。
【００２９】
本発明の中空糸膜モジュールにおいて、筒状容器3の周壁の少なくとも一部は、多孔部材からなっている。この一例を、図１及び図２を用いて説明する。
【００３０】
図２は、図１における筒状容器3の周壁の展開図である。図１及び図２において本発明の中空糸膜モジュール1の筒状容器3の周壁の少なくとも一部は、メッシュ状の開孔を有する多孔部材3cからなる。メッシュの開孔具合については、運転条件等を考慮して、例えば、筒状容器3の上半分の開孔率と下半分の開孔率とに差をつけるなど、適宜調整することも可能である。
【００３１】
図３は、筒状容器3の周壁の部分拡大図である。図３において、周壁は、開孔部分10と線材部分11とに区分される。
【００３２】
筒状容器の周壁に設置する多孔部材としては、メッシュ状、ネット状、パンチングメタル状のような多孔を有する板状部材を用いることが出来る。例えば、樹脂により成型された多孔を有する板状部材や筒状部材、金属線から構成される金属網、パンチングメタル板等がある。中でも、安価であり、水質への影響も小さい、多孔を有する樹脂成型部材を用いることが好ましい。
【００３３】
図４は、図１に示される本発明の中空糸膜モジュール１における小束固定部材4bの拡大斜視図である。図４において、小束固定部材4bは樹脂で形成された円柱体からなる。小束固定部材4bにおいて、複数本の中空糸膜2からなる小束8が、樹脂により固定され、かつ、各中空糸膜の下端部の中空部は、中空部に進入した樹脂により閉塞されている。
【００３４】
図５は、図１に示される本発明の中空糸膜モジュール１における押さえ板9の平面図である。図５において、押さえ板9は、小束8のそれぞれが貫通し、かつ、小束固定部材4bが貫通しない複数個の第１の穴9aと、小束8のそれぞれが貫通しない複数個の第２の穴9bとを有している。この構造により、エアスクラビング中に小束8が巻き上がる際、小束固定部材4bの上部が押さえ板9の下部にひっかかり、小束8の巻き上がりを防止出来る。
【００３５】
図６、図７は、図５に示す押さえ板の第１の穴9aの正面図の一例である。第１の穴9aに関しては、小束が揺れて第１の穴9aの縁に衝突する際、膜表面が損傷するのを防止する為、図６に示すような縁の角を失くしたような丸み加工が施されていたり、図７に示すような縁の角を覆うように緩衝材9ajで保護されていたりすることが好ましい。丸み加工の方法は特に制限されず、切削研磨するなど種々の方法を採用することができる。また、緩衝剤としては、シリコンゴム、天然ゴム、合成天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、ハイパロンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコンゴム及びフッ素ゴム等が使用可能である。
【００３６】
押さえ板9を設置する方法として、例えば、小束8を押さえ板9の第１の穴9aに貫通させた後に小束固定部材4bを中空糸膜2の下部に取り付ける方法が挙げられる。また、押さえ板9を筒状容器3へ固定する方法は特に限定されないが、接着剤等を用いて固定する方法が挙げられる。また、押さえ板9の設置位置は特に限定されないが、押さえ板9より下部で小束8がとぐろを巻くのを防止するため、小束固定部材4bの上部から10cm程度の位置に固定することが好ましい。
【実施例】
【００３７】
（実施例１）
図８に示す中空糸膜モジュール1の濾過水出口6に濾過水配管22を接続し、濾過水出口6が上になるようにして、原水12及び汚泥14の入った曝気槽13内に、中空糸膜モジュール1を浸漬させ、生物処理が行われた汚泥14を濾過水出口6側から濾過水ポンプ18で吸引し、圧力計17、流量計19が図８のような配置になるようにして濾過水20を通過させ、曝気槽13内の原水12の濾過を行った。また、濾過水槽21に蓄えられた濾過水20を、逆洗ポンプ24で吸引し、逆洗水配管23を通過させ逆洗を行った。なお、この間ブロワ16により散気管15からエアを吐出し中空糸膜モジュール１のエアスクラビングを行った。
【００３８】
中空糸膜モジュール１は図１に示すものを使用した。中空糸膜2としては、外径1500μｍ、内径900μｍ、小束数5、小束の径約20mm、小束固定部材4bの径約45mm、長さ約2000mmのポリフッ化ビニリデン製多孔質中空糸膜を約9000本使用した。筒状容器3としては、外径約15cm、厚さ3mmのポリプロピレン製のものを使用した。中空糸膜固定部材4a及び小束固定部材4bとしては、エポキシ樹脂を使用した。集水キャップ5、エア導入筒7としては、ABS樹脂を使用した。押さえ板9としては、図５に示すようなものを用いて、第１の穴9aの径35mm、第２の穴9bの径3mmとし、第１の穴9aの縁はＲ加工により丸み加工を施したものを使用し、第２の穴9bはそれぞれが均等な配置になるように押さえ板9中に1000個点在するものを小束固定部材4bの上部から10cmの位置に接着材を用いて筒状容器3の内壁に固定した。また、押さえ板9はポリエチレン製のものを使用した。
【００３９】
次に、活性汚泥濃度(MLSS)が5000乃至15000程度の原水が入っている槽内の汚泥を、集水キャップ5側からポンプで9分間吸引して0.6 m3 /m2 / dayの濾過水を製造し、その後その濾過水を用いて1.2 m3 /m2 / day で1分間逆洗を行い、トータルとして0.42m3 /m2 / dayの濾過水を製造し、更にその間100L/minと200L/minの２種類の圧縮エア量でエアスクラビングを行った。
【００４０】
まず、100L/minのエア量で１週間運転を行った場合、差圧上昇速度は約1.5kPa/dayで、所定の濾過流量を得る事が出来、中空糸膜モジュール１を引き上げ、中空糸膜2及び小束8の様子を確認した所、絡まり等は起こしていなかった。その後、エア量を200L/minに上げても同様の結果が得られた。
（比較例1）
押さえ板9を取り付けていない点以外は、実施例１と同様の中空糸膜モジュールを用いて、同様の運転を行った。その結果、100L/minのエア量で運転した場合は、差圧上昇速度は約1.5kPa/dayで、所定の濾過流量を得る事が出来、小束8も絡まり等は起こしていなかった。しかし、エア量を200L/minに上げて運転を行うと、差圧上昇速度は約40kPa/dayで、所定の濾過流量を得る事が出来ず、２日程度で装置の運転が停止してしまい、確認のため中空糸膜モジュール１を引き上げると、小束8がとぐろを巻いていた。このことから、押さえ板9を用いて、運転を行うと差圧上昇速度の抑制に効果があることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の中空糸膜モジュールは、下水処理等の分野において長期間に亘り、中空糸膜の濾過性能が低下せず、連続運転可能な中空糸膜モジュールとして好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１：中空糸膜モジュール
２：中空糸膜
２a：中空糸膜の中空部
３：筒状容器
３a：筒状容器の上部の開口
３b：筒状容器の下部の開口
３c：多孔部材
４a：中空糸膜固定部材
４aF1：中空糸膜の中空部が開口している面
４b：小束固定部材
４bc：小束固定部材間の間隙
５：集水キャップ
６：濾過水出口
７：エア導入筒
８：小束
９：押さえ板
９a：第１の穴
９ai：縁が丸み加工されている第１の穴
９aj：緩衝材
９b：第２の穴
１０：開孔部分
１１：線材部分
１２：原水
１３：曝気槽
１４：汚泥
１５：散気管
１６：ブロワ
１７：圧力計
１８：ろ過水ポンプ
１９：流量計
２０：濾過水
２１：濾過水槽
２２：濾過水配管
２３：逆洗水配管
２４：逆洗水ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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