(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空糸膜を一方向に配した編織物と、枠片で形成された長方形の板状枠からなり、長い枠片の少なくとも一つに設けた長手方向に延びるスリットを貫通して中空糸膜の配向と同一方向の編織物の一端が枠内に挿入され、枠内で編織物端の中空糸膜端が開口状態を維持し、スリット部で編織物が樹脂で封着されて構成された複数の中空糸膜モジュールを、該板状枠部で積層固定してなり、液流の貫通孔を有し板状枠と同形の板状補強体が該積層モジュールの板状枠間に配されたことを特徴とする中空糸膜モジュール積層体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、河川水、し尿、下水、廃水等の高汚濁水中に含まれる懸濁物質の濾過に用いる中空糸膜モジュール積層体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
中空糸膜モジュールは、無菌水、飲料水、高純度水の製造や、空気の浄化等のいわゆる精密濾過の分野で広く使用されているが、下水処理場における二次処理、三次処理や浄化槽での固液分離、産業廃水中の浮遊懸濁物質の固液分離、浄水場における河川水の直接濾過、工業用水の濾過、プール水の濾過等の高汚濁水処理の分野での使用についても種々検討されている。
【０００３】
この高汚濁水処理の分野で用いられる中空糸膜モジュールは、従来の中空糸膜を集束した円筒形タイプの他に、近年中空糸膜を配列しシート状として一端を支持体に固定したシート状タイプのものが用いられるようになってきた。このシート状タイプの中空糸膜モジュールは、濾過する場合、中空糸膜が拘束されない状態にあるため、断続的若しくは連続的にエアースクラビングで膜面洗浄を行うことにより容易に膜機能を回復させ、濾過を行うことができ、円筒形タイプの中空糸膜モジュールにおけるような膜表面に懸濁物質が堆積し、中空糸膜同士が固着して一体化し有効膜面積が減少、また濾過流量の低下を起こすというような問題を生じない。
【０００４】
一方、シート状タイプの中空糸膜モジュールにおいては、膜面積の増大、膜の寿命を延ばす逆通水洗浄、圧縮エアーによる逆圧洗浄が求められている。しかしながら、シート状タイプの中空糸膜モジュールは、中空糸膜モジュールを積層し、シート状物固定支持部の中空糸膜開口端に連通する集水部を形成させて用いるが、膜面積を増やすため積層数が多くなるほど、また洗浄効率を高めるほど集水部での耐圧性が要求される。
【０００５】
耐圧性を向上させる手段には、シート状物固定支持部の肉厚を厚くしたり、固定支持部材を高弾性率のものに変更し、集水部の変形を少なくする等の方法があるが、容積効率、部材コストの点で問題があり、モジュール重量の増加を招く欠点もある。また、モジュール積層体の外側に補強材を取り付ける方法もあるが、吸引濾過には効果がなく、また、シート状物固定支持部に補強材を取り付ける方法もなかった。さらに、集水部を小さくしたり、集水部を形成するシート状物固定支持部の孔を分割する方法は、膜面積の減少による容積効率の低下や製造工程が煩雑であることから有効ではない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、必要とする耐圧性を確保しながら、任意に膜面積を増加しうる高い容積効率を有する中空糸膜モジュール積層体を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、中空糸膜を一方向に配した編織物と、枠片で形成された長方形の板状枠からなり、長い枠片の少なくとも一つに設けた長手方向に延びるスリットを貫通して中空糸膜の配向と同一方向の編織物の一端が枠内に挿入され、枠内で編織物端の中空糸膜端が開口状態を維持し、スリット部で編織物が樹脂で封着されて構成された複数の中空糸膜モジュールを、該板状枠部で積層固定してなり、液流の貫通孔を有し板状枠と同形の板状補強体が該積層モジュールの板状枠間に配されたことを特徴とする中空糸膜モジュール積層体、にある。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明を図面に従い詳細に説明する。
図１は、本発明の中空糸膜モジュール積層体の一例の部分斜視図、図２は、図１のＡ・Ａ’線断面図、図３は、本発明における中空糸膜モジュールの一例の部分斜視図、図４は、本発明における板状補強体の一例の斜視図である。図中、１は中空糸膜配列編織物、２は固定用樹脂、３は中空糸膜開口部、４は板状枠、５はスリット、６は板状補強体、７は集水部蓋、８は押さえロッド、４１、６１はＯリング溝、４２は枠体用Ｏリング、４３、６３ははめ合い凹凸部、６４は液流貫通孔、６５はロッド挿入孔、７１は集水口、８１はロッド用Ｏリングを表す。
【０００９】
図１において、中空糸膜配列編織物１は、その中空糸膜の配向と同一方向の一端が板状枠４の長い枠片の一つに設けた長手方向に延びるスリット５を貫通して枠４の内側に挿入され、スリット部で編織物が固定用樹脂２で封着されて構成された複数の中空糸膜モジュールが、その板状枠４の部分で積層固定され、積層モジュールの板状枠間には板状補強体６が配置され、積層体の両側に集水口７１を備えた集水部蓋７を設け、押さえロッド８により集積体全体が緊密に固定されている。
【００１０】
また、図２において、複数積層された中空糸膜モジュールの各板状枠４の内側には編織物端の中空糸膜開口部３を有し、中空糸膜モジュールの積層により中空糸膜開口部３を有する板状枠４の積層部分で各枠内に連通する集水部が形成される。
【００１１】
中空糸膜モジュールは、図３に示すように、中空糸膜を一方向に配した中空糸膜配列編織物１と、枠片で形成された長方形の板状の枠４からなり、長い枠片の一つに設けた長手方向に延びるスリット５を貫通して中空糸膜の配向と同一方向の編織物の一端が枠４内に挿入され、枠４内で編織物１端の中空糸膜端が開口部３を形成し、スリット５の部分で中空糸膜を含む編織物１が固定用樹脂２で封着されて構成される。板状枠４の側面には、積層後の内圧によるズレが生じないように、はめ合い凹凸部４３が設けられ、また側面にはＯリング溝４１が設けられている。
【００１２】
また、中空糸膜モジュールは、二個の板状枠を用い、中空糸膜の配向と同一方向の編織物の両端をそれぞれの板状枠の長い枠片の一方に設けた長手方向に延びるスリットを貫通させて枠内に挿入し、枠内で編織物両端の中空糸膜端に開口部を形成し、スリットの部分で編織物を固定用樹脂で封着して構成してもよく、また、中空糸膜の配向と同一方向の編織物の一端を、一個の板状枠の長い枠片の両方に設けた長手方向に延びるそれぞれのスリットを貫通させて同一の枠内に挿入し、枠内で編織物端の中空糸膜端にそれぞれ開口部を形成し、スリットの部分で編織物を固定用樹脂で封着して構成してもよい。
【００１３】
積層された中空糸膜モジュール間に配される板状補強体は、図４に示すように、液流の貫通孔６４を有し、板状枠４と同形の外観形状を有しており、板状補強体６の側面には、板状枠４との積層後の内圧によるズレが生じないように、はめ合い凹凸部６３が設けられ、また側面にはＯリング溝６１が設けられている。また、板状補強体６には、押さえロッドの挿入孔６５を有する。液流の貫通孔６４は、板状補強体６の補強効果を損なわないような大きさ或いは数とする。
【００１４】
中空糸膜モジュールの積層は、図３に示したように、板状枠４の側面のＯリング溝４１にＯリング４２を填めて行い、はめ合い凹凸部４３にて合致させて所定の膜面積に必要なモジュール数を積層固定する。また、板状補強体６の積層された中空糸膜モジュール間への装着は、図４に示したように、板状補強体６の側面のＯリング溝６１にＯリング６２を填めて行い、はめ合い凹凸部６３にてモジュールの板状枠４に合致させて固定し、任意の所定の位置に配する。
【００１５】
板状補強体が間に配された中空糸膜モジュールの積層体の両側には、図１に示すように、集水口７１を備えた集水部蓋７が配設され、押さえロッド８により集積体全体が緊密に固定されている。集水部蓋７と積層体とは、中空糸膜モジュールの板状枠同士、或いは板状枠と板状補強体との積層面と同様に、ズレ防止のはめ合い凹凸構造とＯリングにて固定することが好ましい。
【００１６】
中空糸膜モジュールの板状枠４、板状補強体６及び集水部蓋７との積層固定は、積層部からの漏れがないことが必要であり、前記のように、はめ合い凹凸構造とＯリングにて固定することが好ましいが、前記以外の方法として、積層固定を接着剤、或いは接着剤とＯリングの組み合わせ等にて行ってもよい。
【００１７】
また、中空糸膜モジュールの板状枠４、板状補強体６及び集水部蓋７との積層固定部を、さらに押さえロッド８にてその積層体全体を、必要に応じ金属板等のあて板を用い、締め付け緊密に固定することが好ましい。押さえロッド８は、積層体の各板状枠内及び板状補強体のロッド挿入孔を貫通させ、両端の集水部蓋でロッド端部に設けたネジ部で締め付けるが、集水部からの漏れがないよう集水部蓋７のロッド挿入孔に当接するロッド部分にＯリング８１を設けてシールすることが好ましい。また、押さえロッド８の数は、積層体の構成に応じて決定されるが、モジュールの積層数が少なく、板状枠及び板状補強体との固定が十分な場合は、押さえロッドを用いなくともよい。
【００１８】
集水部蓋７に備える集水口７１は、各中空糸膜モジュールの中空糸膜で濾過された集水部の液体を適宜の吸引系で導き排出するためのもので、積層体の両端の集水部蓋７に積層体の中空糸膜モジュール構成、処理すべき廃水等に応じて必要数を備える。
【００１９】
本発明の中空糸膜モジュールの積層体においては、積層体の集水部には、吸引濾過の際の吸引圧と、逆通水洗浄や圧縮空気による逆圧洗浄の際の加圧がかかり、中空糸膜を支持する枠の変形が生じ、特に枠が長方形である場合は、長い枠片の中央部分に最大たわみが発生する。枠同士が完全に密に積層したと仮定し、枠の厚さをＷ、枠内の横幅をＤ、積層数をＮとし、Ｄ＞（Ｗ×Ｎ）の場合、枠片の厚みｔがたわみ変形量ωに比較して十分に小さいとき、微少たわみ理論によれば、
最大たわみω＝α２×（ｐ×（Ｗ×Ｎ）４）／Ｅ×ｔ３
（式中、ｐ：圧力、α２：係数、Ｅ：弾性係数）
となる。
【００２０】
ここで、押さえロッドの貫通孔が十分に小さい場合、板状補強体の圧力による変形は無視できるので、たわみ変形量は板状補強体では０とすることができる。従って、積層体の中間部に板状補強体が配された場合は、（Ｗ×Ｎ）の値は１／２となり、たわみ面の縦横比で決まる係数α２の値を同程度とすれば、最大たわみωは１／１６となる。最大たわみの式から明らかなように、たわみ量を減少させるための最も効果的な方法は、枠片の厚みｔを増やしたり、材質を高弾性率のものに変更することよりも、（Ｗ×Ｎ）の値を小さくすることである。本発明においては、板状補強体を積層体間に配することにより、全体積層数を増やし集水部の耐圧性を向上させたものである。
【００２１】
本発明において中空糸膜モジュールに用いられる中空糸膜としては、例えばセルロース系、ポリオレフィン系、ポリビニルアルコール系、ポリメチルメタクリレート系、ポリスルフォン系等の素材からなるものが挙げられ、ポリエチレン、ポリプロピレン等の強伸度の高い中空糸膜が好ましく用いられる。また、中空糸膜は、濾過膜として使用可能なものであれば、その孔径、空孔率、膜厚、外径等に特に制限はなく、濾過の対象となる懸濁物質によって適宜選択され、さらに有機物やウイルスの除去を目的とする場合は、分画分子量数万〜数十万の限外濾過膜であってもよい。
【００２２】
また、用いられる中空糸膜は、その表面がエチレン／ビニルアルコール共重合体、ポリビニルアルコール等で親水化された中空糸膜等の親水化中空糸膜であることが好ましく、親水化中空糸膜であるときは、親油性物質の吸着を抑え濾過性能を長期間維持する。
【００２３】
本発明においては、モジュールの中空糸膜は、中空糸膜を一方向に配した編織物の形態で用いられるが、かかる中空糸膜配列編織物としては、中空糸膜を緯糸に用いた織物や編地等が挙げられ、その製造方法については、例えば特開昭６２−５７９６５号公報、特開平１−２６６２５８号公報で開示されている。中空糸膜を一方向に配した編織物は、一枚でもよいが、膜面積を多くするうえで複数枚を重ねて用いることが好ましい。
【００２４】
中空糸膜モジュールは、中空糸膜の配向と同一方向の編織物の一端を板状枠の枠片に設けた長手方向に延びるスリットを貫通させて枠内に挿入させ、枠内で編織物端の中空糸膜端を開口状態とするとともに、スリットの部分で編織物が固定用樹脂で封着固定されており、枠片に設けるスリットは、単数または複数であってもよい。かかるモジュールは、例えば、特願平６−３０１３２号で出願人が提示したように、枠片のスリット部分の下方にポッティング型枠を設けて固定用樹脂をスリット部分まで満たし、編織物の一端をスリットに差し込み樹脂を硬化させ接着固定した後、ポッティング型枠を除去して固化部分を切断する方法により得ることができる。
【００２５】
固定用樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂等が用いられ、用いる際の樹脂粘度は１０００〜２５００センチポイズ程度であることが好ましい。前記型枠法を用いる場合は、ポッティング型枠の内面に固定用樹脂が接着しないよう内面に離型剤を塗布したり、型枠自体を離型性の高い材料で構成することが好ましい。
【００２６】
本発明における中空糸膜モジュールにおいては、中空糸膜が中空糸膜を一方向に配した編織物として用いられることにより、編織物組織により中空糸膜の配列密度を任意に変更しうるものであり、また固定用樹脂による充填の偏りがなく固定しうるものである。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
ポリエチレン多孔質中空糸膜（三菱レイヨン（株）製、ＥＨＦ２７０Ｔ、内径２７０μｍ、外径３８０μｍ）を１６本合糸し、エチレン／ビニルアルコール共重合体で処理して親水化した中空糸膜を緯糸に用いて幅７００ｍｍ、編み長さ３２０ｍｍの編地を編成した。
【００２８】
板状枠として、長さ４８０ｍｍ、高さ５０ｍｍ、厚さ２４ｍｍのＡＢＳ製板をくり貫き枠状体とし、長い枠片の一つに長さ３３０ｍｍ、幅５ｍｍのスリットを２本穿設した。シリコンゴム製のポッティング型枠を作製し、スリットの直下に設置した。スリットからポリウレタン樹脂を型枠内に注入し、先に作製した編地をその中空糸膜配列方向を揃え２枚重ね、中空糸膜配列方向の編地の一方の端を各スリットから型枠に当たるまで挿入した後、樹脂を硬化させた。その後、型枠を取り外し、カッターでスリット下部の固化部分を切断した。この作業を編地の他方の端でも行い、編地の両端が枠状体内にて中空糸膜の開口部を持つ、有効膜面積が約４ｍ２の中空糸膜モジュールを作製した。
【００２９】
この中空糸膜モジュールを板状枠部分でＯリングにて７個積層し、長さ４８０ｍｍ、高さ５０ｍｍ、厚さ１２ｍｍのＡＢＳ製板を補強板として積層し、さらに中空糸膜モジュールを７個積層し、積層体の両端に集水口を備えた集水部蓋をそれれぞれ装着した。得られた中空糸膜モジュール積層体は、膜面積が約５５ｍ２であり、また、中空糸膜配向編地がほぼ１２ｍｍのピッチで並び、非常に容積効率の高いものであった。この中空糸膜モジュール積層体は、集水部の内圧による変形が補強板を配しないで積層したものに比べ約１／１０以下となり、耐圧性が格段に向上したものであった。
【００３０】
【発明の効果】
本発明による中空糸膜モジュール積層体は、その積層体間に板状補強体を配したことにより、向上した耐圧性を有するものであり、所望の膜面積の中空糸膜モジュール積層体とし得、また、高容積効率を有することから、河川水、し尿、下水、廃水等の高汚濁水中に含まれる懸濁物質の濾過に有用なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の中空糸膜モジュール積層体の一例の部分斜視図である。
【図２】図１のＡ・Ａ’線断面図である。
【図３】本発明における中空糸膜モジュールの一例の部分斜視図である。
【図４】本発明における板状補強体の一例の斜視図である。
【符号の説明】
１    中空糸膜配列編織物
２    固定用樹脂
３    中空糸膜開口部
４    板状枠
４１  Ｏリング溝
４２  Ｏリング
４３  はめ合い凹凸部
６    板状補強体
６１  Ｏリング溝
６２  Ｏリング
６３  はめ合い凹凸部
６４  液流貫通孔
６５  押さえロッド挿入孔
７    集水部蓋
７１  集水口
８    押さえロッド
８１  ロッド用Ｏリング
【図１】
0003542206.tif 000002
【図２】
0003542206.tif 000003
【図３】
0003542206.tif 000004
【図４】
0003542206.tif 000005