(57)【要約】【課題】本発明は、中空糸膜の洗浄時に懸濁物質が排出されやすく、かつ、中空糸膜の耐久性も向上した中空糸膜モジュールを提供することを目的とする。【解決手段】複数の中空糸膜が、散気導入口を有するハウジングを含む少なくとも一つのハウジングにポッティング剤で固定された中空糸膜モジュールであって、前記中空糸膜の少なくとも一端部は前記散気導入口の周囲に、前記散気導入口から外方に向かって傾斜してポッティング剤で固定されていることを特徴とする。【選択図】図１
2010279912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の中空糸膜が、散気導入口を有するハウジングを含む少なくとも一つのハウジングにポッティング剤で固定された中空糸膜モジュールであって、
前記中空糸膜の少なくとも一端部は前記散気導入口の周囲に、前記散気導入口から外方に向かって傾斜してポッティング剤で固定されている、中空糸膜モジュール。
【請求項２】
前記散気導入口は前記ハウジングの中央又は断面中心上に配置される、請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項３】
前記ハウジングは円筒状であり、前記中空糸膜は該ハウジングの中央から外方に向かって傾斜して固定される、請求項１又は２に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項４】
前記ハウジングは矩形状であり、前記中空糸膜は該ハウジングの短手方向断面中心から外方に向かって傾斜して固定される、請求項１又は２に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項５】
前記中空糸膜の両端部はそれぞれ上部ハウジングと下部ハウジングに固定されており、
少なくとも前記下部ハウジングが前記散気導入口を有する、請求項１乃至４のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
【請求項６】
前記中空糸膜の端部は、前記散気導入口に対して対称方向に固定される、請求項１乃至５のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
【請求項７】
前記中空糸膜の両端部は一つの前記散気導入口を有するハウジングに固定されており、前記両端部が前記散気導入口に対して対称位置に、対称方向に固定される、請求項１乃至４のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
【請求項８】
前記中空糸膜の前記ポッティング剤からなるポッティング部表面に対する傾斜角度は、４５〜８５°の角度である、請求項１乃至７のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
【請求項９】
複数の中空糸膜を、散気導入口を有するハウジングを含む少なくとも一つのハウジングに、ポッティング剤で固定する中空糸膜モジュールの製造方法であって、
少なくとも前記散気導入口の周囲に前記中空糸膜の少なくとも一端部を配置する工程と、
前記中空糸膜間に形成される空間に萎んだ状態の中空バッグを装填する工程と、
該中空バッグを膨らませることにより前記中空糸膜を内側から外側に押して傾けた状態にて前記中空糸膜と前記ハウジングとをポッティング剤で固定する工程と、
前記中空バッグを除去する工程と、
を有する、中空糸膜モジュールの製造方法。
【請求項１０】
前記中空糸膜の両端部はそれぞれ、上部ハウジングと、前記散気導入口を有する下部ハウジングに配置され、
前記中空バッグは前記中空糸膜の間に形成される空間であって前記散気導入口の上側に装填される、請求項９に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
【請求項１１】
前記中空糸膜の両端部は一つの前記散気導入口を有するハウジングに、前記散気導入口に対して対称位置に配置され、
該配置により形成される中空糸膜間に形成される空間の中に前記中空バッグが配置される、請求項９に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
【請求項１２】
前記中空バッグは、液体あるいは気体を該中空バッグ内に充填して膨らませる、請求項９乃至１１のいずれかに記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
【請求項１３】
前記固定後の前記中空糸膜と前記ポッティング剤の表面の角度が４５〜８５°である、請求項９乃至１２のいずれかに記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空糸膜モジュール及びその製造方法にする。より詳しくは、上水処理用途などに用いられる中空糸膜モジュール及びその製造方法にする。
【背景技術】
【０００２】
中空糸膜には例えば逆浸透膜や限外濾過膜、精密濾過膜があり、これらの中空糸膜を用いた膜分離技術は海水・かん水の脱塩や、半導体洗浄用の超純水の製造又は食品の分離または濃縮等のように高品位な水が必要とされる用途を中心に研究が進められてきた。また、最近では、水質保全の観点から排水処理にも膜分離技術を適用しようとする研究が進められている。
【０００３】
排水処理の多くは沈殿処理を伴うため、その代替として膜分離技術が実施できれば、広大な沈殿池の省略あるいは縮小を図ることができ、スペースメリットが非常に大きい。排水処理プロセスでは、溶解性の有機物の分解を目的として、微生物により排水中の有機物を分解した後、フロック化した微生物と処理水を分離する活性汚泥処理プロセスが一般に行われている。このプロセスでは、膜分離技術を使用することで、微生物濃度を高めて分解処理効率を向上することができ、また、活性汚泥と処理水の分離を効率よく行うことができるようになる。
【０００４】
このような観点から、高濃度（ＭＬＳＳ５０００〜１５０００ｍｇ／Ｌ）活性汚泥水の固液分離の用途に向けて、膜分離技術の研究が行われている。分離膜は主に平膜、管状膜、中空糸膜等があり、これらを使用して実際に使用する形となる膜モジュールが製造される。特に中空糸膜は単位容積当たりの膜面積が大きく取れるため、装置化の際に非常にコンパクトであり、また、大量処理にも適している。また、膜分離技術では、処理する原水の性状によって、膜の性能が大きく影響を受け、例えば、雑多な成分を含有する排水中での使用は膜の目詰まりが懸念される。活性汚泥処理の面から考えると、被ろ過物である活性汚泥の濃度が高いほど処理効率の向上を図ることが可能である、一方、膜分離プロセスではその活性汚泥の濃度が高いと膜の目詰まりが進行しやすい。
【０００５】
従来、分離膜の洗浄方法としては多くの方法が実用化或いは提案されており、大別すると；
（１）逆洗によりろ過抵抗を回復させる方法、
（２）分離膜表面を界面活性剤等の洗浄液を用いて洗浄する方法、
（３）分離膜の下方より曝気を行って分離膜表面の付着物又は堆積物を剥離・除去する方法、等が挙げられる。
【０００６】
これらのなかでも、上記（３）に示す曝気洗浄方法は、好気性雰囲気下で生物処理を行いながら膜分離を行う処理槽の場合、散気装置を膜洗浄に兼用することができ、しかも、必ずしも薬液が要らないこともあり、簡便性及び洗浄性に優れている。これによって中空糸膜は常に揺動し、汚れ物質による中空糸膜間の閉塞は抑えられる。気泡を発生させる曝気装置としては、ブロワーと配管で接続された散気管を膜ユニットの下方に設け、散気管から空気を吐出するようにしたものがよく知られている。
【０００７】
しかし、曝気洗浄方法では、膜間に排出すべき懸濁物質が堆積していき、やがては中空糸膜表面を広く覆うとともに、固化して大きな塊になり、容易に除去できなくなってしまう場合がある。結果として、中空糸膜のろ過面積減少による圧損の上昇や、固化した懸濁物質が一部の貫通孔に詰まり、原水や空気の供給が偏るなど中空糸膜モジュールの性能低下につながる。
【０００８】
そこで、中空糸膜モジュールの洗浄性を高めるためにいくつかの方法が開示されている。特許文献１には、中空糸膜束間にスペーサーを配置することで洗浄性を高めた中空糸膜モジュールが開示されている。また、特許文献２には、中空糸膜束を弛緩させた中空糸膜モジュールが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３１３７８１１号明細書
【特許文献２】特開２００３−２４９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載の中空糸膜モジュールでは、中空糸膜束間を広げる目的で配置したスペーサーとの摩擦により中空糸膜が損傷する可能性がある。
【００１１】
また、特許文献２において、ポッティング後全長を調整するのみでは面の根本付近で屈曲を起こし、膜損傷の原因となる可能性がある。また、中空糸膜束を構成する中空糸膜の長さにばらつきがあると、短い中空糸膜に下端接着部の樹脂の重量が集中することになり、その中空糸膜が切れ易くなる場合がある。
【００１２】
そこで、本発明は、中空糸膜の洗浄時に懸濁物質が排出されやすく、かつ、中空糸膜の耐久性も向上した中空糸膜モジュール及びその製造方法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】
【００１３】
本発明の中空糸膜モジュールは、複数の中空糸膜が、散気導入口を有するハウジングを含む少なくとも一つのハウジングにポッティング剤で固定された中空糸膜モジュールであって、前記中空糸膜の少なくとも一端部は前記散気導入口の周囲に、前記散気導入口から外方に向かって傾斜してポッティング剤で固定されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の中空糸膜モジュールの製造方法は、複数の中空糸膜を、散気導入口を有するハウジングを含む少なくとも一つのハウジングに、ポッティング剤で固定する中空糸膜モジュールの製造方法であって、少なくとも前記散気導入口の周囲に前記中空糸膜の少なくとも一端部を配置する工程と、前記中空糸膜の間に萎んだ状態の中空バッグを装填する工程と、該中空バッグを膨らませることにより前記中空糸膜を内側から外側に押して傾けた状態にて前記中空糸膜と前記ハウジングとをポッティング剤で固定する工程と、前記中空バッグを除去する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、少なくとも散気導入口が形成されたハウジング側において、ポッティング剤表面に対して外方に傾斜して固定されることで、洗浄性及び耐久性に優れる中空糸膜モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る中空糸膜モジュールの一実施形態を示す概略断面図である。
【図２】図１における上部ハウジング付近の拡大断面図である。
【図３】図２における下部ハウジング付近の拡大断面図である。
【図４】中空糸膜とポッティング部表面の角度の概念を説明するための図である。
【図５】本発明に係わる中空糸膜モジュールの一実施形態を示す概略断面図である。
【図６】中空糸バッグを用いて中空糸膜モジュールを製造する方法を説明するための概略工程図である。
【図７】本発明に係わる中空糸膜モジュールの一実施形態の外観を表す概略図である。
【図８】本発明に係わる中空糸膜モジュールの一実施形態の外観を表す概略図である。
【図９】従来の中空糸膜モジュールを示す概略縦断面図である。
【図１０】従来の中空糸膜モジュールの上部ポッティング付近の概略縦断面図である。
【図１１】円筒状の下部ハウジングの構成例を示す図である。
【図１２】矩形状の下部ハウジングの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、複数の中空糸膜がハウジングにポッティング剤で固定された中空糸膜モジュールに関するものである。前記ハウジングの少なくとも一つは散気導入口を有し、この散気導入口周囲に中空糸膜の少なくとも一端部が配置され、散気導入口から外方に向かって傾斜してポッティング剤により固定される。
【００１８】
このような構成とすることにより、中空糸膜モジュールの中空糸膜の束の中に空間を設けることができる。この空間は特に稼動時に形成されやすく、空間があることにより洗浄性を向上させることができる。より具体的に説明すると、洗浄時や運転時に、ハウジングに設けた散気導入口から気泡が入ると、その気泡は前記空間を上昇し、中空糸膜束の間を抜けて、中空糸膜モジュールの外に出て行く。この気泡の流れにより大きな水流が発生し、中空糸膜に堆積物が付着するのを防止する、又は付着した堆積物を洗浄することができる。
【００１９】
また、本発明に係る中空糸膜モジュールでは、中空糸膜の少なくとも一端部を散気導入口の周囲に配置し、散気導入口から外方に向かって傾斜させてポッティング剤により固定することにより、中空糸膜束を構成する中空糸膜の長さや弛緩率のばらつきを抑制することができる。したがって、長さのばらつきによって生じる短い中空糸膜に張力が集中することもなく、耐久性に優れている。また、予め傾斜をつけて中空糸膜をポッティング剤で固定するため、中空糸膜の根本付近での屈曲を防ぐことができ、膜損傷を抑制することができる。また、中空糸膜が散気導入口付近で外側に傾斜して配置されることで、散気の拡散に伴う中空糸膜の広がりによる損傷を防ぐことも出来る。
【００２０】
以下、本発明の構成要素について説明する。
【００２１】
（ハウジング）
ハウジングは、中空糸膜を支持し、中空糸膜の内側に吸引濾過された濾液を集める部材として機能する。ハウジングは、例えば、ステンレス、鋼などの金属、フッ素樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリオレフィン樹脂、塩化ビニール樹脂等の樹脂から作られていてもよい。
【００２２】
少なくとも一つのハウジングには、中空糸膜束内の空間に気泡を導入するための散気導入口が設けられる。散気導入口の形状、大きさ又は数は適宜選択することができる。
【００２３】
ハウジングが上部及び下部ハウジングからなる場合、散気導入口は、少なくとも下部ハウジングに設けられる。なお、散気導入口は、上部及び下部ハウジングの両方に設けてもよく、下部のハウジングだけに設けてもよい。
【００２４】
散気導入口は、ハウジングの断面中心上に設けられることが好ましい。ハウジングの形状としては、特に制限されるものではなく、例えば、矩形、円筒形（円柱状）、球形、円錐形や角錐形などが挙げられる。例えば、ハウジングの形状が円筒形の場合、散気導入口はその中央部にハウジングを貫通するように設けることができ、中空糸膜はその散気導入口の周囲に配置される。また、例えば、ハウジングの形状が矩形の場合、散気導入口はその短手方向断面の中心線に沿って、長手方向に等間隔に複数設けてもよく、長手方向全長に設けてもよい。また、散気導入口はハウジングの一部として形成されていることが好ましい。
【００２５】
少なくとも散気導入口が設けられる下部ハウジングには中空糸膜の先端部を挿入しポッティング剤で固定するためのポッティング凹部が設けられる。図１１に、円筒状の下部ハウジングの構成例を示す。図１１（ａ）は上方図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＡＡ’線における断面図である。図１１に示す例のように、下部ハウジングは中央に散気導入口８を有し、その周囲に中空糸膜を固定する空間となるポッティング凹部１４を有する。このような散気導入口を有するハウジングは一体形成されることが、安価に大量に作製できる点で好ましい。また、矩形状の下部ハウジングの例を図１２に示す。図１２（ａ）は上方図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＢＢ’線における断面図である。矩形状の下部ハウジングとしては、図１２に示すように、短手方向の中央に長手方向に沿って散気導入口８を有する構成のものが例として挙げられる。
【００２６】
気泡を発生させる散気手段は、一般に中空糸膜モジュールの下方に設けられる。
【００２７】
（中空糸膜）
本発明では、中空糸膜の少なくとも一端部は散気導入口を有するハウジングに固定され、散気導入口から外方に向かって傾斜して固定される。上述のように、散気導入口はハウジングの断面中心線に沿って設けられることが好ましく、この場合、散気導入口の周囲に中空糸膜が配置されることになる。このような構成とすることにより、中空糸膜の間に空間を好ましく作ることができる。
【００２８】
本発明の中空糸膜は、濾過膜として利用可能なものならば特に制限されずに使用することができ、例えば所定の孔径を有する多孔質膜を使用することができる。
【００２９】
中空糸膜としては、例えばセルロース系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリビニールアルコール系樹脂、ポリスルフォン系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、フッ素系樹脂など、分離膜の形状に成形可能なものであれば各種材料から形成することができる。より具体的には、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリ四フッ化エチレン樹脂、又はポリスルホン樹脂等が挙げられる。特に多孔質膜の表面特性として、疎水性の強い樹脂を用いることが好適であり、より好ましくはフッ素系樹脂である。フッ素系樹脂の中でも、膜への賦形性と耐薬品性などからフッ化ビニリデリン樹脂を用いることがより好ましい。ここでフッ化ビニリデリン樹脂としては、フッ化ビニリデリンのホモポリマーの他、フッ化ビニリデリンとフッ化ビニリデリンと共重合可能な単量体との共重合体等が挙げられる。上記共重合可能な単量体としては、例えばフッ化ビニル、四フッ化エチレン、三フッ化エチレン、ヘキサフルオロプロピレンなどがある。
【００３０】
また、濾過膜として使用可能のものであれば、孔径、空孔率、膜厚、外径等には特に制限はないが、濾過の対象となるものによって適宜選択される。具体的な孔径による種類としては、精密濾過膜（ＭＦ）、限外濾過膜（ＵＦ）、又はナノ濾過膜（ＮＦ）等の分離膜のいずれであってもよい。更に、有機物やウイルスの除去を目的とする場合には分画分子量数万から数十万の限外濾過膜を用いる場合もある。
【００３１】
多孔質膜は複数の細孔を有し、細孔は疎水性多孔質膜の表面及び裏面を貫通する連続孔であることが好ましい。細孔の孔径は、目的によって任意に選択できるが、例えば、０．０１〜５μｍ、好ましくは０．１〜１μｍであることが適当である。また、疎水性を有する多孔質膜は、一方の表面の孔径が小さく、他方の表面の孔径が大きい、非対称構造であることが好ましい。非対称構造の場合、一方の表面の孔径が、他方の表面の孔径の１倍より大きく１００倍以下、好ましくは２倍〜１０倍であることが適当である。
【００３２】
また、中空糸膜の外径は、例えば０．１〜１０ｍｍ、好ましくは０．５〜５ｍｍであることが適当である。本発明の中空糸膜は、純水に対する透液性能を示す純水透過係数が、１０〜２５０ｍ3／ｍ2／ｈｒ／ＭＰａ、好ましくは２０〜１５０ｍ3／ｍ2／ｈｒ／ＭＰａであることが適当である。なお、純水透過係数は、以下の式より求めることができる。
【００３３】
純水透過係数＝［純水透過量（ｍ3）］／［多孔質膜の表面積（ｍ2）］／［透過時間（ｈｒ）］／［純水の圧力（ＭＰａ）］
【００３４】
素材の強度面としては、外力に対する強度が３００〜７００ｇ／ｍｍ2程度であることが好ましい。また、脆いと使用が困難であるため３０〜９０％程度の伸度を有していることが好ましい。中空糸膜形状面でも中空糸膜外径に対して１〜３割程度の膜厚を有していることが好ましい。しかし、揺動性を損なわないのであれば強度や膜厚等は特に限定するものではない。
【００３５】
中空糸膜はしなやかに揺動するようにするため、十分な強度と柔軟性を有することが好ましい。また、中空糸膜は編織物として固定されていてもよい。
【００３６】
中空糸膜２は散気導入口に対して対称方向に傾斜して固定されることが好ましい。また、中空糸膜の洗浄性を高め、耐久性を向上させる観点から、中空糸膜とポッティング部の表面とが成す角度（図４のａ）は、４５〜８５°の範囲であることが好ましく、５５〜８０°の範囲であることがより好ましい。従来のようにほぼ９０°の角度となるように固定したのでは、ポッティング面付近の中空糸膜に懸濁物質が堆積しやすく、長時間の運転により中空糸膜モジュールの性能低下をきたす可能性がある。また、５５°以上とすることにより、中空糸膜２の固定部付近に気泡が過度にあたることを防ぐことができ、中空糸膜の強度低下を防ぎ易い。なお、中空糸膜の両端部を上下２つのハウジングで固定保持し、下部ハウジングにのみ散気導入口を形成する場合、散気導入口の無い上部ハウジングにおける中空糸膜の固定方法は特に制限されないが、同様に外方に傾斜して固定されることがより好ましい。
【００３７】
（ポッティング部）
中空糸膜のポッティングには、特に限定するのもではないが、一般の中空糸膜モジュールの製作と同様に静置法を用いることができる。また、固定方法は、揺動性を損なわないような方法であることが望ましい。
【００３８】
例えばポッティング部ではポッティング剤として、例えばエポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂を用いて中空糸膜間を接着固定する。ポッティング剤としてはウレタン系樹脂を用いることが好ましい。ウレタン系樹脂であれば硬化後も柔らかく、切断が容易であり、後の作業が易化される。また、ポッティング部は、型枠の中でポッティング剤とともに中空糸膜間を固定し、硬化後型枠を外し、形成してもよい。また、予め用意した固定部材内で中空糸膜を接着固定するのもよい。固定部材の有無については特に限定するものではない。
【００３９】
（散気手段）
【００４０】
散気手段は、例えば、下水処理装置の生物反応槽に浸漬された中空糸膜モジュールの下方に所定数設置することができる。また、洗浄効率を高めるために、散気手段は、例えば中空糸膜モジュールの下部ハウジングに設けた散気導入口の直下に気体噴出口を配するように設置することが好ましい。
【００４１】
噴出された気泡は大きなエネルギーを持っており、これにより作られる上昇水流は高速の乱流となり、これらは膜表面にせん断力だけでなく衝撃力としても作用し、膜を振動させる。したがって、中空糸膜表面の付着物をよく剥離することができ、また、中空糸膜に堆積物が付着するのを防ぐことができる。
【００４２】
散気導入口から中空糸膜束の内側に生成した空隙に入った気泡は、中空糸膜の上側に上昇するに従って広がる傾向がある。そして、気泡は中空糸膜を外側に押し広げ、中空糸膜束の内側に生成した空隙を広げながら上昇する。また、気泡は中空糸膜束の間を抜けて少しずつモジュールの外部に排出されるが、多くの気泡は中空糸膜の上端部近傍の中空糸膜間から抜け、モジュールの外部に排出される。このため、中空糸膜の上端部近傍では、中空糸膜束の内側の空隙からモジュール外部への大きな流れが生じる。通常、中空糸膜の上端部近傍に懸濁物質が多く堆積するが、上記のような流れを生じさせることで、中空糸膜の上端部近傍に懸濁物質が堆積するのを有効に防止することができる。
【００４３】
通常の装置は水槽中で使用され、中空糸膜モジュールが配置でき、且つ処理する排水量に見合った水槽であれば特に限定するものではない。活性汚泥処理槽内に直接浸漬するのもよいし、別途膜分離槽を設けて、中空糸膜モジュールを運転するのも好ましい。
【００４４】
散気手段はコンプレッサーやブロアなどが好ましいが、安価に気体供給が行えれば手段は特に限定するものではない。
【００４５】
（処理対象とする原水）
処理対象とする原水としては、特に制限されないが、例えば、下水、し尿、農業集落排水、生活廃水、凝集排水があげられる。また、清澄な水のろ過に用いることも好ましい。
【００４６】
（運転方法）
濾過水取得手段としては、浸漬される水槽の水位での圧力を０としたときにそれに対して透過水取得位置を負圧とするものであれば特に限定をするものではなく、ポンプ等も好ましく、エゼクタ等であれば省エネルギーであり更に好ましい。
【００４７】
装置の運転には、ろ過、停止を周期的、あるいは定期的に実施し、膜面への汚れの付着量を低く抑えるのが好ましい。また、中空糸膜であるため透過水を逆向きに流し、膜面から透過水を吹き出させ汚れを除去する逆圧洗浄を実施し、ろ過圧力を回復させる運転を実施するのも好ましい。逆圧洗浄に関しては周期的に実施することが好ましく、ろ過差圧よりも高い圧力で水を押し戻すことが好ましい。更に好ましくは定期的に水槽内を水に置換してすすぎ洗浄を実施することであり、これによって膜面に付着する物質をほとんど除去でき効果的である。これらの運転方法が実施可能な装置構成であることが好ましいが、どの運転方法を実施するかは原水の状況により適宜選定することが好ましく。特に限定するものではない。
【００４８】
また装置は水位が所定の位置より低下した際には停止する構造であるものが好ましい。
（離型剤）
【００４９】
本発明において、中空糸膜２のポッティング面付近に、予め離型剤を塗布してもよい。離型剤を塗布した中空糸膜を用いることで、中空糸膜のポッティング付近でポッティング剤のはい上がりを防止することができ、中空糸膜のそれぞれが独立して揺れやすく、中空糸膜表面に付着した懸濁物質が剥離しやすくなる。
【００５０】
離型剤としては、固化・乾燥が早く、中空糸膜同士の接着を防止できるモノであれば、特に限定されない。シリコン系離型剤又はフッ素樹脂系の離型剤が好ましく、シリコン系離型剤であることがより好ましい。また、離型剤の種類としては、紫外線硬化型、熱硬化性エアゾル型なども挙げられ、離型剤の層を中空糸膜表面に形成するのに乾燥速度を上げる方法としてそれらを用いても良い。
【００５１】
また、離型剤の塗布時に中空糸膜同士が離型剤により接着することは好ましくないので、気散性の高い溶剤に分散させた離型剤が好ましい。具体的には、トルエン等の芳香族炭化水素系溶剤、アセトン等のケトン系溶剤、酢酸エチル等のエステル系溶剤、セロソルブ等のエーテル系溶剤、アセトニトリル等のニトリル系溶剤などが知られている。
【００５２】
また、離型剤の種類としては、紫外線硬化型、熱硬化性エアゾル型なども挙げられ、離型剤の層を中空糸膜表面に形成するのに乾燥速度を上げる方法としてそれらを用いても良い。
【００５３】
離型剤の塗布範囲としては、中空糸膜内部への毛管吸引力（表面張力により中空糸膜内にポッティング剤が浸み上がる現象）によるはい上がり量を顧慮し、端部から１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲に塗布することが好ましい。１０ｍｍ以上とすることで、ポッティング剤が離型剤塗布層を越えてはい上がる可能性を低くすることができる。また１００ｍｍ以下とすることで、膜の有効膜面積の減少を小さくすることができる。
【００５４】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００５５】
図１及び図５に、本発明の中空糸膜モジュールの実施形態をそれぞれ示す。図１は上部ハウジングと下部ハウジングを有する構成例であり、図５は１つのハウジングを有する構成例である。
【００５６】
（実施形態１）
まず、図１に示した実施形態から説明する。
【００５７】
図１は本発明の一実施形態の中空糸膜モジュールの概略断面図である。図１の中空糸膜モジュール１では、例えば数百本〜数万本の中空糸膜２が上部ハウジング３及び下部ハウジング４に固定されている。
【００５８】
図２に上部ハウジング３付近の拡大断面図を示す。上部ポッティング部５において、中空糸膜２の端面は開口し、上部ハウジング３の内部と連通した状態で液密に固定されている。図２における上部ハウジング３は、外形が円柱状であって、内部に上部ポッティング部５を有し、さらに、中空糸膜２によりろ過されたろ過液を集水する集水口７を有する。また、中空糸膜２は、上部ハウジング３のポッティング面に対して外周方向に傾斜して固定されている。つまり、中空糸膜２は、上部ハウジング３（又は上部ポッティング部５）の中央から外側に向かって傾いて固定されている。また、例えば図１では、中空糸膜２は、上部ハウジング８の中心を通る垂線（点線）を中心にそれぞれ対向するように配されている。また、中空糸膜２は上部ハウジングの中心を通る垂線を中心に対して対称方向に傾斜して固定されている。
【００５９】
また、図３に下部ハウジング４付近の拡大断面図を示す。図３における下部ハウジング４はドーナツ状であって中央部に散気導入口８を有する。下部ハウジング４において、中空糸膜はその端面が閉塞された状態で下部ポッティング部６で固定されている。また、中空糸膜２は下部ハウジング４の中心を通る垂線（点線）を中心にそれぞれが対向するように配されるとともに、下部ハウジング４のポッティング面に対して外周方向に傾斜して固定されている。つまり、中空糸膜２は散気導入口の周囲に配されて、下部ハウジング４の中央から外側に向かって傾いて固定されている。また、中空糸膜２は散気導入口に対して対称方向に傾斜して固定されている（図３参照）。また、散気導入口８は下部ハウジング４及び下部ポッティング部６を貫通するように形成されている。
【００６０】
なお、上部ハウジング３又は下部ハウジング４の形状としては、特に制限されるものではなく、例えば、矩形、円筒形（円柱状）、球形、円錐形や角錐形など任意である。例えばハウジングとして円柱状のもの（水平方向が円形）を選択した場合、完成後の中空糸膜モジュールの側面図は図７のようになる。また、例えば、ハウジングとして矩形又は円筒形を選択した場合、中空糸膜モジュールの側面図は図８（短手方向（ａ）、長手方向（ｂ））のようになる。
【００６１】
以下に、本発明の効果についてより具体的に説明する。下部ハウジング４においては、例えば数十本〜数万本の中空糸膜２が固定されるが、数十本〜数万本の中空糸膜の中で他よりろ過領域が短い中空糸膜が存在したとすると、例えば、濾過時の散気により中空糸膜が押し上げられた時に、ろ過領域が最も短い中空糸膜にその引っ張りの張力が集中してしまう。その結果、ろ過領域が最も短い中空糸膜が痛みやすく、折れた場合、そのクラック部から中空糸膜内のろ過水側に原水が直接流れ込むなどの問題が生じる。張力が短い中空糸膜に集中するのを防ぐため、構成する数十本〜数千本からなる中空糸膜のろ過領域の長さがすべて同一になるように中空糸膜モジュールを製造することは、現実問題として容易なことではない。そこで、本発明によれば、中空糸膜モジュールを構成する中空糸膜の弛緩率のばらつきを低減させることが出来る。
【００６２】
さらに、中空糸膜の束の中に設けられた空間に散気導入口から気泡が入り、その気泡の流れにより大きな水流を発生することができ、中空糸膜に堆積物が付着するのを防止又は付着した堆積物を洗浄することができる。
【００６３】
なお、中空糸膜の弛緩率は、例えば［（Ｌ−Ｄ）／Ｄ］×１００（但し、Ｌ：上部ポッティング部５と下部ポッティング部６の間の中空糸膜の長さ、Ｄ：上部ポッティング部５と下部ポッティング部６の距離）で表すことができる。例えば、原水の濁度が高い条件下で使用される膜モジュールの場合は、弛緩率を大きめに設定し、エアスクラビング時などにおける中空糸膜の揺れを大きくすることで、中空糸膜表面に付着した懸濁物質を剥離しやすくすることが好ましい。
【００６４】
本実施形態においては、しさなどの繊維状物を含むような排水処理でのしさを起点とするクロッギングを防止する観点から、弛緩率は５％〜２０％の範囲にすることが好ましく、１０％前後にすることがより好ましい。中空糸膜束の形状としては、枠体にカセ取りして端部を開いたバンドル形状、あるいは、例えば特開昭６２−５７９６５号公報、特開平１−２６６２５８号公報に開示されているような方法による編織物が挙げられる。
【００６５】
（実施形態２）
次に、図５に示した実施形態について説明する。
【００６６】
本実施形態は、中空糸膜２の両端部が同一のハウジング１０にポッティング部１１にて固定されており、両端部の間に散気導入口が位置している。ハウジング１０は中空糸膜２により濾過された濾過水を集めるための集水口１３を有する。図５において、散気導入口８は点線で示されており、ハウジング１０を貫通するように設けられている。なお、ハウジング１０の形状は、特に制限されるものでなく、円筒状でも矩形状でもよい。また、散気導入口８と集水口１３の配置は適当に選択することができる。
【００６７】
本実施形態の構成も中空糸膜束の中に設けた空間により洗浄性が向上され、また、中空糸膜が散気導入口の周囲に外側に傾いて固定されることで、散気の拡散に伴う中空糸膜の広がりによる損傷を防ぐことができる。
【００６８】
（実施形態３）
本実施形態では、中空バッグを用いた固定化方法について図６を用いて説明する。中空バッグを用いることにより、本発明の中空糸膜モジュールを容易に作製することができる。
【００６９】
図６は、実施形態１で説明した中空糸膜モジュールを中空バッグを用いて作製するための工程図である。
【００７０】
まず、中空糸膜の下端部を下部ハウジング４であって散気導入口８の周囲に中空糸膜を配置する。また、中空糸膜の上端部を上部ハウジング３に配置する。また、中空糸膜２の間に形成される空間内であって散気導入口８の上側に萎んだ状態の中空バッグを装填する（図６（ａ））。
【００７１】
次に、中空バッグを膨らませ、中空糸膜２を中空バッグで外側に押し、外側に傾斜をつける。さらに、この状態で中空糸膜とハウジングとをポッティング剤で固定する。
【００７２】
なお、ポッティング剤は、図６（ａ）のように、中空糸膜を配置した際に注入しておくことが好ましいが、中空バッグ９を膨らませて中空糸膜に傾きをつけた後で注入してもよい。ポッティング剤を硬化させるのは、中空糸膜を外側に傾けた状態で行う。
【００７３】
本発明で用いる中空バッグは、収縮時には比較的厚みの無いものが好ましい。これはポッティング時は膨張させて使用するが、ポッティング剤の固化後には除去する必要があるためである。
【００７４】
中空バッグを用いることで、中空糸膜をポッティング面に対して一定の角度で容易に傾斜させることができ、弛緩率を均一にすることができる。
【００７５】
中空糸膜束２の内部に形成したい空隙形状により、中空バッグは適宜選択できる。例えば、膨張時の形状がシート型、円柱型など、適したものを用いればよい。
【００７６】
また、その材質についても特に限定されないが、一般的にはナイロン、フッ素ゴム、天然ゴム、ラテックスなどが挙げられる。また、膨張させる手段についても、特には限定されないが、除去時に収縮させる必要が有ることから、空気あるいは窒素、不活性気体などの気体のほか、水などの液体が挙げられる。
【００７７】
特に空気注入式のものであれば一般には、３Ｍ（株）空気注入式緩衝材  エアークッションバッグ（ＡＣＰ）「商品名」や川上産業（株）空気緩衝材  楽くうき「商品名」などが挙げられる。
【００７８】
中空バッグは、少なくとも散気導入口８の形成される下部ハウジング側の中空糸膜固定端部を外方に傾斜するように膨らませることが出来る大きさであれば良く、また、中空糸膜固定両端部の中央付近で最大幅に膨らませることで、上下のハウジングの両端部を外方に傾斜して固定することが出来る。例えば膨張時に中空糸膜の全長の８０％程度となることが好ましい。
【００７９】
中空バッグの設置の際に、中空糸膜の分散性を維持するために、中空バッグにガイドあるいは非粘着性のテープなどを設け、これにより中空糸膜束の外周部を拘束しても良い。
【００８０】
なお、従来技術のように、９０°の角度となるように固定した後に上下のハウジング間隔を狭めたのでは、ポッティング付近の中空糸膜の根元に負荷がかかり、その部分で中空糸膜が破損する可能性がある。そのため、本実施形態のように、中空バッグを利用して、希望する角度で固定することが好ましい。
【００８１】
中空糸膜とポッティング部の表面の角度（図４のａ）は、例えば中空バッグの形状や膨らます程度を調整することにより、調整することができる。
【００８２】
また、中空バッグを用いて中空糸膜モジュールを作製する方法としては、例えば、以下のようにすることもできる。まず、中空糸膜２をその長さ方向が鉛直となるように配し、下端部を散気導入口を有するハウジングに挿入する。対向する中空糸膜間に中空バッグを装填した後、中空バッグに空気を注入し、所定の大きさになるように膨らませる。その後、ポッティング剤をハウジングに注ぎ込み、硬化するまで放置する。硬化した後、中空バッグの空気を抜き、中空バッグを取り除く。このような方法で本発明の中空糸膜モジュールを容易に作製可能である。
【実施例】
【００８３】
（実施例１）
中空糸膜には、ポリエステル製組紐を支持体とするＰＶＤＦ膜（三菱レイヨン・エンジニアリング（株）製  孔径０．４μｍ  外径２．８ｍｍ）を用いた。
【００８４】
本実施例では図８に示す形態の中空糸膜モジュールを図６に示す方法によって製造した。
【００８５】
下部ハウジングとしては、水平方向の断面形状がドーナツ状のハウジングであって中央部に散気導入口を有するハウジングを用いた。ポッティング部においては、中空糸膜端面が閉塞された状態で散気導入口に対して中空糸膜が対向するように配し、中空糸膜とポッティング部の表面の角度は８０°とし、ポッティング剤としてウレタン系樹脂を用い、ポッティングを行った。また、中空糸膜は散気導入口に対して対称方向に傾斜するように固定した。
【００８６】
上部ハウジングとしては、水平方向の断面形状が円形状で、濾過水をハウジング内部から取り出す集水口７を有するハウジングを用いた。ポッティング部においては、中空糸膜が対向するようにドーナツ状に配し、中空糸膜とポッティング表面の角度は８０°とした。中空糸膜端面が開口された状態で上部ハウジングの内部と連通するように液密にポッティング剤で固定した。
【００８７】
ポッティングは、中空糸膜の束の内側であって長さ方向の中心に中空バッグを配置して膨張させた後、ポッティング剤を注入して硬化させることにより行った。その際に中空バッグには円筒形状をした空気緩衝材を用いた。空気により中空バッグ３を膨張させた状態で、膜の弛緩率が７％となるように固定した。樹脂の硬化後、中空バッグの空気を抜き取り、中空バッグを除去し、中空糸膜モジュールを作製した。
【００８８】
得られた中空糸膜モジュールは、弛緩率のばらつきが少なく、中空糸膜の長さのばらつきも少なかった。また、中空糸膜端部を外側に傾斜させることで濾過時にもほぼ均一に中空糸が外側に分散するようになり、洗浄性が向上した。
【００８９】
下排水を原水として、曝気を行いながら、ろ過、逆洗浄および排水操作を繰り返し行い、透過水を得た。その結果、中空糸膜とポッティング下端固定部分付近おける懸濁物質の堆積や散気口の詰まりが抑制され、ろ過差圧が２０ｋＰａに上昇するまでに約１００日間を要した。
【００９０】
（実施例２）
実施例１と同一の中空糸膜２を使用した。
【００９１】
上部及び下部ハウジングは、図８に示すような、矩形のものを用いた。中空糸膜としては、端部のみを径糸で拘束した編み状物を配置した。また、下部ハウジングとしては図１２に示す構成のものを用いた。
【００９２】
中空糸膜とポッティング表面の角度は８０°とし、中空バッグとして３Ｍ（株）空気注入式緩衝材エアークッションバッグ（ＡＣＰ）を用いた。中空バッグは、中空糸膜編み状物の積層方向のほぼ中間に配置し膨張させた状態でポッティングを行った。膜の弛緩率は７％となるように固定した。ポッティング剤の固化後、中空バッグ中の空気を抜き取り、中空バッグを除去し、中空糸膜モジュールを作製した。
【００９３】
下排水を原水として、曝気を行いながら、ろ過、逆洗浄および排水操作を繰り返し行い、透過水を得た。その結果、中空糸膜とポッティング下端部付近や上端部付近おける懸濁物質の堆積や散気孔の詰まりが抑制され、ろ過差圧が２０ｋＰａに上昇するまでに約１００日間を要した。
【００９４】
（実施例３）
中空糸膜の端部にポッティング部との界面から５０ｍｍに渡って離型剤（信越シリコーン（株）のＫＳ７０７）を塗布した以外は実施例２と同じ方法により中空糸膜膜モジュールを作製した。離型剤を用いることでポッティング部との界面付近におけるポッティング剤のはい上がりを防止することができ、さらに中空糸膜同士の接着も防止できた。
【００９５】
下排水を原水として、曝気を行いながら、ろ過、逆洗浄および排水操作を繰り返し行い、透過水を得た。その結果、中空糸膜とポッティング下端固定部分付近おける懸濁物質の堆積や散気孔の詰まりが抑制され、ろ過差圧が２０ｋＰａに上昇するまでに約１２０日間を要した。
【符号の説明】
【００９６】
１  中空糸膜モジュール
２  中空糸膜
３  上部ハウジング
４  下部ハウジング
５  上部ポッティング部
６  下部ポッティング部
７  集水口
８  散気導入口
９  中空バッグ
１０  ハウジング
１１  ポッティング部
１３  集水口
１４  ポッティング凹部
【図１】
2010279912.tif 000003
【図２】
2010279912.tif 000004
【図３】
2010279912.tif 000005
【図４】
2010279912.tif 000006
【図５】
2010279912.tif 000007
【図６】
2010279912.tif 000008
【図７】
2010279912.tif 000009
【図８】
2010279912.tif 000010
【図９】
2010279912.tif 000011
【図１０】
2010279912.tif 000012
【図１１】
2010279912.tif 000013
【図１２】
2010279912.tif 000014