(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が封止され他端が開口された、多数の中空糸膜からなる中空糸膜束と、該中空糸膜束が収納される容器と、中空糸膜束の封止側に設けられたエアー導入口と、中空糸膜束の封止側から中空糸膜束の長手方向に向かって延びるように、中空糸膜束の中心近傍に配置された整流管とを備え、該整流管に多数の開孔が設けられ、濾過時に被処理液が該開孔を通過するように構成された中空糸膜モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数の中空糸膜の集合体を備え、河川水、井水、沼水、湖水等を浄化したり、プロセス中の高濃度、高ＳＳ成分を有する液体を濾過したりするために利用される中空糸膜モジュールに関する。本発明の中空糸膜モジュールは、液体の濾過処理を外圧方式で行う場合に、特に有効なものである。
【０００２】
【従来の技術】
中空糸膜濾過モジュールとして、従来から知られているものには、（１）多数の中空糸膜をＵ字型状に折り曲げ、ループにして揃えられた中空糸膜の両端部を樹脂により固定するとともに、中空糸膜の両端部を開口させた、いわゆるループタイプのもの、（２）多数の中空糸膜の一端が樹脂により固定され、かつ開口されているとともに、各中空糸膜の他端が１本ごとに樹脂によりシールされた、いわゆる端末フリータイプのもの、（３）多数の中空糸膜の一端が樹脂により固定され、かつ開口されているとともに、各中空糸膜の他端が樹脂により一括シールされ固定された、いわゆる一括シールタイプのもの、（４）多数の中空糸膜の長手方向の両端をそれぞれ固定し、かつ、両端を開口させて通常は内圧循環濾過に用いられる両端開口タイプを外圧で使用するものという４種類がある。
【０００３】
従来、外圧濾過装置では、この中空糸膜モジュールの洗浄方法として、モジュールの容器内で、定期的に下方より上方に向けてエアーを送入し、この送入エアーによって膜表面の堆積物をエアースクラビングする方法が公知であり、中空糸膜を振動させ、膜面にある堆積物を除去することによって中空糸膜の機能の回復が行われる（特開昭５３−１０８８８２号公報等を参照）。
【０００４】
このエアースクラビングによる膜洗浄法においては、膜の揺動により付着した堆積物と被処理水との間に剪断力が発生し、この剪断力により堆積物の剥離が促されることも洗浄作用に大きく寄与しており、中空糸膜を積極的に揺動させることが有効である。したがって、上記した４種類の中空糸膜モジュールの内、端末フリータイプは、多数の中空糸膜の一端が１本、１本ばらばらで自由に動くために、エアースクラビングによって堆積物質を剥離させる効果が最も優れている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
中空糸膜モジュールの堆積物をエアーにより除去する技術は優れた方法であるが、従来の中空糸膜モジュールにエアースクラビングによる膜洗浄法を適用した場合には、下記の課題が残されている。すなわち、洗浄時において、被処理液の流れに伴い、中空糸膜同士が絡み合い、それにより中空糸膜が切断されたり、樹脂で固定された中空糸膜の一端部に応力が集中して中空糸膜が折損されたりすることがあるのである。
【０００６】
発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、高いＳＳ成分を含んだ、粘性の高い液を濾過する場合でも、中空糸膜の切断、折損などの生じることがない中空糸膜モジュールを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する本発明の中空糸膜モジュールは、一端が封止され他端が開口された、多数の中空糸膜からなる中空糸膜束と、該中空糸膜束が収納される容器と、中空糸膜束の封止側に設けられたエアーノズルと、中空糸膜束の封止側から中空糸膜束の長手方向に向かって延びるように、中空糸膜束の中心近傍に配置された整流管とを備える。
【０００８】
上記本発明の中空糸膜モジュールにおいて、整流管に多数の開孔を設け、濾過時に被処理液が該開孔を通過するように構成しても良い。
【０００９】
本発明の中空糸膜モジュールでは、整流筒が中空糸膜束中心領域に位置している。したがって、整流筒が存在していない従来の中空糸膜モジュールを用いてエアスクラビングによる膜洗浄を行った場合のように、被処理水の流れに伴って中空糸膜が切断されたり、折損したりすることが抑制される。そして、整流筒により、中空糸膜束内部への被処理液の流動性が向上することから、中空糸膜束内部にあって、他の中空糸膜と密着するために濾過能力を発揮し難い中空糸膜をも有効に活用することができ、膜面積を実質的に増大させることができる。中空糸膜を備えた濾過装置は、所定時間の濾過処理を継続すると懸濁物が膜に付着して濾過効率が低減するため、この付着物を除かなければならない。特に懸濁物が多量にある場合には、付着物が多くなるため頻繁な膜の洗浄を要し、洗浄による水損失が大きいという問題を抱えている。本発明の中空糸膜モジュールであれば、被処理水の流れに伴って中空糸膜が切断されたり、折損したりすることが抑制されることから、膜の寿命を長くすることができる。
【００１０】
また、整流管に多数の開孔を設け、外圧濾過方式による濾過時に被処理液が該開孔を通過するように構成すれば、被処理液が中空糸膜束の中央部から外側に向かって流れるため、中空糸膜束の中央部における膜の利用効率を高めることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の中空糸膜モジュールの一例について説明する。本発明の中空糸膜モジュールの一例の概略断面図を図１に示す。図１において、１は多数の中空糸膜からなる中空糸膜束であって、中空糸膜の一端（図１に示す図番号２側）が封止され、中空糸膜束の他端（図１に示す図番号８側）は樹脂を用いて固定され、かつ中空糸膜は開口されている。中空糸膜束１は容器４に収納されている。固定部材３は、中空糸膜束１の中空糸膜の各端部の開口状態を保ったまま収束固定するとともに、かつ中空糸膜を濾過膜として機能させるために、被処理水と処理水とを液密になるように仕切る部材として機能する。固定部材３には、通常、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン等の熱硬化性樹脂が使用される。中空糸膜束１と固定部材３との接着方法としては、遠心接着法、静置接着法等が可能である。中空糸膜束１の封止側にはエアーノズル５が設けられており、エアースクラビングによる膜洗浄時にエアーノズルからエアーが中空糸膜束に対して放出される。エアーノズルがドレン抜き口を兼ねるエアー導入口に正確に設置されるように、エアーノズルにノズルをエアー導入口に挿し込むための固定具１４を設けても良い。中空糸膜束１の封止側から中空糸膜束１の長手方向に向かって延びるように、中空糸膜束１の中心近傍に整流管６が配置されており、エアースクラビングによる膜洗浄時に被処理液の流れを整える。図１に示す中空糸膜モジュールは、外圧濾過方式で用いられるものであって、図１中に示す７は原水入口、８は濾過水出口、９はエアー抜き口、１０はドレン抜き口を兼ねるエアー導入口であり、濾過時に被処理液が原水入口７から入り、中空糸膜束外周および整流管６を通って中空糸膜１により濾過され、濾過水出口８を通って中空糸膜モジュールの外に出る。エアースクラビング時には、ドレン抜き口を兼ねるエアー導入口１０から供給されたエアーがエアーノズル５で分配され、中空糸膜束１に対して放出される。
【００１２】
本発明において、中空糸膜束１を構成する中空糸膜としては、種々のものが使用できる。例えばポリスルホン系、ポリビニルアルコール系、ポリオレフィン系、セルロース系、ＰＭＭＡ系等の各種材料からなるものを用いることができる。濾過膜として使用可能なものであれば、孔径、空孔率、膜厚、外径等には特に制限はない。
【００１３】
上記容器４の材質としては、ＳＵＳ、変性ＰＰＥ、ポリ塩化ビニル、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ＡＢＳ樹脂等が用いられる。固定部材３により固定された中空糸膜束１と整流管６およびエアーノズル５とは、容器４に接着固定されていわゆる一体型モジュールを構成してもよく、固定部材３にO−リング、パッキング等を取付けて容器4に液密に装着されても良い。後者の場合、中空糸膜束１を交換して、容器4を繰り返し使用しても良い。
【００１４】
整流管６は、中空糸膜束１の中央領域で、中空糸膜束の長手方向に延設された筒状のものであり、中空糸膜束１内に少なく一部が挿入される。整流管を設ける目的は、エアースクラビングによる洗浄時における中空糸膜同士の動きを抑制することにより絡みを防止することにある。整流管を設けることにより、通常の濾過使用時においても中空糸膜同士の絡みを防止することができる。なお、整流筒の大きさ、長さ、形、柔軟性などは任意に選択できる。整流管の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスルホン、ポリエステル、ナイロン等などが挙げられる。
【００１５】
上記の整流管６の長さは、中空糸膜の長さの１／１０〜２倍の範囲にあることが、中空糸膜同士の絡みを抑制する高い効果を得、膜モジュールを嵩張らせないために好ましい。整流管の長さは、中空糸膜の長さの１／３〜１．５倍の範囲にあることがより好ましい。また、整流管の太さは、中空糸膜束の径の１／１０〜４／５倍の範囲にあることが、中空糸膜同士の絡みを抑制する高い効果を得、中空糸膜の膜面積を大きくしつつ中空糸膜モジュールのコンパクト性を保つために好ましい。整流管の太さは、中空糸膜束の径の１／５〜１／２倍の範囲にあることがより好ましい。
【００１６】
整流筒６には、図１に示すように開孔１１を多数設けても良い。この開孔の形状、開孔の位置、開孔の数は任意に選択することができる。整流管に穴を開けることにより、中空糸膜束の中央部から外側への被処理液の流れが生じ、これによって中空糸膜束の中央部での膜利用効率をより向上させることができる。また、整流筒にエアーを分配させることができるエアーノズルを設けても良い。整流管における中空糸膜の封止側にエアーノズルを設けることにより、筐体にエアースクラビング用の装置を取り付ける必要がないので、膜モジュールの構造を簡略化することができる。
【００１７】
本発明の中空糸膜モジュールの参考例の概略断面図を図２に示す。図１に示す中空糸膜モジュールと同様の構造の部分については同一の図番号を付し、その詳しい説明を省略する。図２に示す中空糸膜モジュールでは、整流管６に開孔を設けていない。本発明の中空糸膜モジュールの他の一例の概略断面図を図３に示す。図１に示す中空糸膜モジュールと同様の構造の部分については同一の図番号を付し、その詳しい説明を省略する。図３に示す中空糸膜モジュールでは、エアーノズル５が整流管６まで延設されておらず、容器４の下部に取り付けられている。
【００１８】
【実施例】
以下、具体的な実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００１９】
実施例
図１に示す構造の膜モジュールを用いて以下の濾過実験を行った。ここで、中空糸膜モジュールは縦型であって、内径が１８７ｍｍ、長さが１０６０ｍｍの容器内に、外径が１．０ｍｍ、内径が０．６ｍｍ、平均孔径が０．０２μｍのポリビニルアルコールがコートされたポリスルホン膜が１０，０００本充填されている（総膜面積は３０ｍ2である。）。整流管はポリ塩化ビニル製のパイプであり、外径が６８ｍｍ、長さが９８０ｍｍのものが固定部材に接着固定されている。整流筒には、径が１０ｍｍの開孔が、１００ｍｍ間隔になるように設けられている。この中空糸膜モジュールを用いて、前処理を行っていない河川水（濁度１〜１０）を、エアースクラビングによる膜洗浄を３０分に１回の頻度で行う定流量濾過方式により、６ヶ月間にわたり続けて濾過した。この間の膜間差圧（△Ｐ）の上昇を測定したところ１００ｋＰａ であった。
【００２０】
比較例
整流管のない以外は、実施例で用いたものと同様の構造を有する膜モジュールを使用して、同様の条件で河川水の濾過を行った。初期膜間差圧に対する圧力の上昇率を測定したところ１ヶ月で膜間差圧（△Ｐ）が３００ｋＰａにまで上昇し、試験を断念した。また、膜モジュールの中空糸膜の自由端側が絡み合っており、堆積物が膜表面に多く観察された。
【００２１】
この試験結果からも明らかなように、本発明の中空糸膜モジュールは、洗浄効果に優れており、比較例では中空糸膜の自由端の絡み合いが見られたが、実施例ではもとのままであった。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の中空糸膜モジュールによれば、中空糸膜の切断、折損などが生じることがなく、長期間の安定した濾過が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の膜モジュールの一例の概略構造図である。
【図２】本発明の膜モジュールの参考例の概略構造図である。
【図３】本発明の膜モジュールの他の一例の概略構造図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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