(57)【要約】【課題】中空糸膜の接着固定端部での水流の流動応力による切断や損傷を防止し、濾過装置のコンパクト化や高性能化を図る際にも、優れた濾過性能を維持できるようにした中空糸膜モジュールの構造を提供する。【解決手段】複数本束ねた中空糸膜の両端部を互いに接着固定して中空糸膜束を筒状ケースに収容し、該筒状ケースの内外を連通する開口穴を通して導入された被処理水を各中空糸膜の外面側から内面側へと透過させて濾過する中空糸膜モジュールにおいて、前記開口穴を、その端部と前記中空糸膜同士の接着固定部の端部とが１０ｍｍ以上離間するように配置したことを特徴とする中空糸膜モジュール。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本束ねた中空糸膜の両端部を互いに接着固定して中空糸膜束を筒状ケースに収容し、該筒状ケースの内外を連通する開口穴を通して導入された被処理水を各中空糸膜の外面側から内面側へと透過させて濾過する中空糸膜モジュールにおいて、前記開口穴を、その端部と前記中空糸膜同士の接着固定部の端部とが１０ｍｍ以上離間するように配置したことを特徴とする中空糸膜モジュール。
【請求項２】
塔内に設けられたモジュール懸架用板に懸架され、前記開口穴が、前記モジュール懸架用板からも１０ｍｍ以上離間した位置に配置されている、請求項１の中空糸膜モジュール。
【請求項３】
前記開口穴における水流の線流速が０．９ｍ／秒以下に設定されている、請求項１または２の中空糸膜モジュール。
【請求項４】
前記開口穴の端部と前記中空糸膜同士の接着固定部の端部との離間距離が１０〜１００ｍｍの範囲内にある、請求項１〜３のいずれか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、中空糸膜モジュールの構造に関し、とくに、中空糸膜モジュールを塔内に懸架して被処理水を濾過処理する濾過装置に用いる場合に好適な中空糸膜モジュールの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
中空糸膜フィルタはポリエチレン、ポリスルフォン等のポリマーを多孔体構造で中空糸膜状に形成したものであり、被処理水をポリマーの中空糸膜の外面側から内面側（もしくはこの逆もある）に透過させることにより、被処理水中に含まれる膜孔径以上の微粒子を膜外面側表面で物理的に濾過し被処理水を清浄にするものである。通常、多数の中空糸膜を束ね、それら中空糸膜の両端部を互いに接着固定して筒状ケース内に収容した中空糸膜モジュールの形態で使用され、該中空糸膜モジュールが複数、濾過塔内に懸架されて使用されることが多い（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
このような中空糸膜モジュールを用い濾過を継続して行うと、被処理水中の微粒子等は中空糸膜外面側表面に堆積層を形成し、次第に堆積層が増加する。この堆積層は、被処理水が通過する時に流動抵抗となり、一定の濾過水量を得る運転を継続した場合、中空糸膜モジュールの圧力損失が次第に上昇する。
【０００４】
中空糸膜モジュールの圧力損失が上昇すると、中空糸膜の外面側と内面側との間の圧力差が大きくなり、中空糸膜が圧力差に耐え切れず、潰れて濾過不可能となることがある。また、中空糸膜が潰れないとしても、一定流量を得る為にポンプ吐出圧を上昇させる必要が生じ、安定した用水確保の効率が低下する。
【０００５】
この為、通水停止後、中空糸膜モジュールを濾過塔内に垂直に懸架して使用している場合、中空糸膜モジュールの筒状ケースの下部より空気を中空糸膜モジュール内部に導入し、中空糸膜モジュール内部を気液混合状態として中空糸膜を振動させる方法により、中空糸膜表面に堆積した微粒子層を剥離する。この操作を空気逆洗と呼ぶが、空気逆洗後、濾過塔内並びに中空糸膜モジュール内部には、中空糸膜に堆積していた微粒子が空気逆洗で剥離し、高濃度で存在することになる。
【０００６】
これらの高濃度微粒子含有液体を濾過塔内並びに中空糸膜モジュール内から排出する為に、濾過塔内の前記液体を排出し、濾過塔内並びに中空糸膜モジュール内を清浄にして再び運転を行う操作を繰り返している。中空糸膜表面に堆積した微粒子層を効率よく空気逆洗で剥離し、且つ、剥離後の微粒子を中空糸膜モジュール内から効率よく排出する為に、中空糸膜モジュールの筒状ケースには、中空糸膜の上下の接着固定部の端部に対応する位置に、中空糸膜モジュール内外を連通する開口穴を設けている。
【０００７】
この開口穴を中空糸膜の端部に対応する位置に設ける理由は、中空糸膜モジュールを濾過塔内に垂直に懸架して使用する場合、中空糸膜上端部側の開口穴をモジュール上端部の中空糸膜接着固定部直近に配置し、モジュール内で可能な限り上部濾過部まで気液混合状態とし、中空糸膜の上端部まで微粒子層の剥離をさせることで効率的な逆洗を行えるようにする為である。また、中空糸膜下端部側の開口穴はモジュール下端部の中空糸膜接着固定部直近に配置し、空気による逆洗後の高濃度微粒子含有液体を効率よく中空糸膜モジュール外に排出することで効率的な逆洗を行えるようにする為である。
【特許文献１】特開平９−１５５１６５号公報
【特許文献２】特開２００２−３３６６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、中空糸膜のモジュールを用いた濾過装置の省スペース化（コンパクト化）や高性能化を図る為、中空糸膜モジュールの被処理水の濾過能力を上昇させようとすると、一般に、濾過処理時における上記開口穴から中空糸膜モジュール内部への水流の流動応力が上昇する。このとき、モジュール上下に位置する中空糸膜の接着固定部では、接着剤の中空糸膜への染込みにより物理的強度が弱くなっていることがあり、且つ、接着固定により、中空糸膜の接着固定部の中空糸膜は可動範囲が少なくなり、流動応力が緩和されにくい状態にある。従って、中空糸膜モジュールの濾過能力向上の為に、開口穴から中空糸膜モジュール内部への水流の流動応力を上昇させると、中空糸膜が接着固定端部で多数切断あるいは損傷し、却って濾過性能が低下する減少が生じるおそれがある。
【０００９】
そこで本発明の課題は、上記のような問題点に着目し、中空糸膜の接着固定端部での水流の流動応力による切断や損傷を防止し、濾過装置のコンパクト化や高性能化を図る際にも、優れた濾過性能を維持できるようにした中空糸膜モジュールの構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係る中空糸膜モジュールは、複数本束ねた中空糸膜の両端部を互いに接着固定して中空糸膜束を筒状ケースに収容し、該筒状ケースの内外を連通する開口穴を通して導入された被処理水を各中空糸膜の外面側から内面側へと透過させて濾過する中空糸膜モジュールにおいて、前記開口穴を、その端部と前記中空糸膜同士の接着固定部の端部とが１０ｍｍ以上離間するように配置したことを特徴とするものからなる。この形態は、中空糸膜の一端側にのみ採用することも可能であるが、好ましくは、中空糸膜の両端部においてこの形態を採用する。
【００１１】
このような中空糸膜モジュールは、例えば所定の複数本、塔内に設けられたモジュール懸架用板に懸架されて濾過装置として構成することができる。この際には、各中空糸膜モジュールの前記開口穴が、前記モジュール懸架用板からも１０ｍｍ以上離間した位置に配置されていることが好ましい。このような開口穴の配置によって、被処理水が開口穴を通してモジュール内へと流入する際、モジュール懸架用板に当たり方向転換された直後の流速の速い水流が直接開口穴を通して流入することを回避でき、モジュール内の中空糸膜に過大な流動応力が加わることが防止される。
【００１２】
また、上記開口穴における水流の線流速としては、０．９ｍ／秒以下に設定されていることが好ましい。この線流速の設定によって、流動応力が過大になることが防止され、流動応力の低減を図ることができる。線流速の設定は、単位時間当たりの処理水量、開口穴のサイズ、個数等を勘案して、さらには塔内の水流の流動解析の結果等を参照して決めればよい。
【００１３】
上記開口穴の端部と上記中空糸膜同士の接着固定部の端部との離間距離は、１０ｍｍ以上であればよいが、あまり長い距離離間させると、空気逆洗時にモジュール内から空気が抜けにくくなったり、微粒子含有液体がモジュール内から排出されにくくなったりするので、上記離間距離は１０〜１００ｍｍの範囲内にあることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る中空糸膜モジュールによれば、濾過運転時に被処理水のモジュール内への導入穴となる開口穴を、その端部が中空糸膜同士の接着固定部の端部に対して１０ｍｍ以上離間するように設置したので、被処理水導入に伴い中空糸膜の端部、とくに、接着固定部の端部にかかる流動応力が小さく抑えられ、中空糸膜の接着固定端部での水流の流動応力による切断や損傷の発生が防止される。したがって、モジュール内の各中空糸膜が所定の形態、所定の性能に維持され、処理水質の長期維持が可能となる。また、各中空糸膜の切断や損傷が防止されるので、容易に中空糸膜モジュール、ひいては濾過装置全体のコンパクト化や高性能化を図ることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る中空糸膜モジュールを適用した濾過装置の一例を示している。図１において、１は濾過塔を示しており、濾過塔１内は、モジュール懸架用板２によって上室３と下室４とに区画されている。モジュール懸架用板２には中空糸膜モジュール５の上端が懸架されており、中空糸膜モジュール５は、上端がモジュール懸架用板２に固定された状態で下室４内に垂設されている。図１には１本の中空糸膜モジュール５のみを示してあるが、濾過塔１内には多数本の中空糸膜モジュール５が垂設されている。６は、中空糸膜逆洗時のスクラビング用気体導入、分配機能と通水時の原水（被処理水）整流機能を有する下部仕切板であり、この仕切板６に各中空糸膜モジュール５の懸架数に等しい数のスクラビング用気体噴出口（図示略）が設けられているとともに、各中空糸膜モジュール５の下端が固定されている。７は濾過塔１内への原水（被処理水）の入口を示しており、下室４に流入された原水は各中空糸膜モジュール５で濾過された後上室３へ流出され、出口８を通して所定の行先へと送られるようになっている。９はドレン管、１０はスクラビング用気体の導入口、１１は、下室４を満水にした状態でスクラビングを行ったときの気体排出のためのベント口を示している。
【００１６】
各中空糸膜モジュール５においては、図２に示すように、多数の中空糸膜２１が束ねられ、筒状ケース２２内に平行に延びるように収容されている。束ねられた中空糸膜２１は、その両端部が筒状ケース２２内で接着用樹脂を用いて互いに接着固定されている。これら接着固定部２３ａ、２３ｂは上側（モジュール懸架用板２側）、下側とに形成されるが、各接着固定部は、２層に構成されてもよい（例えば、いわゆるポッティング部と緩衝層部の２層）。中空糸膜２１の束を収容した筒状ケース２２には、該筒状ケース２２の内外を連通する開口穴２４ａ、２４ｂが設けられ、これら開口穴２４ａ、２４ｂを通して導入された被処理水が各中空糸膜２１の外面側から内面側へと透過されて濾過される。上側の開口穴２４ａおよび下側の開口穴２４ｂは、筒状ケース２２の周方向に複数配置されており、それぞれ、一列に設けられていてもよく、複数列（二列以上）の形態に設けられていてもよい、図示例は、二列配置を示しており、モジュール長手方向中央側の開口穴列を二点鎖線で示してある。
【００１７】
上記開口穴２４ａ、２４ｂが、その端部と前記接着固定部２３ａ、２３ｂの端部とが１０ｍｍ以上離間するように配置されている。より詳しくは、上側の開口穴２４ａの端部と上側の接着固定部２３ａの端部との離間距離Ｌ１、下側の開口穴２４ｂの端部と下側の接着固定部２３ｂの端部との離間距離Ｌ２が、それぞれ１０ｍｍ以上離間される。これら離間距離の上限についてはとくに限定されないものの、上側については、逆洗時の空気（気体）の抜けやすさを考慮して、下側については、逆洗後の微粒子含有液体の排出されやすさ（残留のしにくさ）を考慮して決定すればよい。この面からは、上記離間距離としては１０〜１００ｍｍの範囲内、好ましくは２５〜５０ｍｍの範囲内から設定することができる（例えば、上側の離間距離Ｌ１が５０ｍｍ、下側の離間距離Ｌ２が２５ｍｍ程度に設定されることが好ましい）。
【００１８】
また、濾過塔１内から開口穴を通して被処理水が筒状ケース２２内に流入する際に、とくにモジュール懸架用板２付近では、モジュール懸架用板２に当たった水流が方向転換した後直接開口穴２４ａを通して流入すると、水流が速くなりすぎるおそれがあるので、モジュール懸架用板２と開口穴２４ａの端部との離間距離Ｌ３も、１０ｍｍ以上に設定されていることが好ましい。
【００１９】
上記各開口穴２４ａ、２４ｂのサイズ（径）や個数、さらにはそれらの配置位置は、各開口穴部分における水流の線流速が０．９ｍ／秒以下（つまり、最高でも０．９ｍ／秒以下）になるように設定されていることが好ましい。これによって、過大な流動応力が中空糸膜２１に加わることが防止される。
【００２０】
上記のように構成された中空糸膜モジュール５においては、濾過運転時に被処理水のモジュール５内への導入穴となる開口穴２４ａ、２４ｂが、それらの端部が接着固定部２３ａ、２３ｂの端部に対して１０ｍｍ以上離間するように設置されているので、接着固定部２３ａ、２３ｂにより位置、姿勢が固定されている各中空糸膜２１の接着固定部２３ａ、２３ｂ直近部において、開口穴２４ａ、２４ｂを通して導入されてくる被処理水の流動応力に起因した、局部的に過大な応力（過大な曲げや引っ張り応力）が加わることが防止され、過大応力発生に伴う中空糸膜２１の切断や損傷の発生が防止される。すなわち、開口穴２４ａ、２４ｂの端部と接着固定部２３ａ、２３ｂの端部とが１０ｍｍ以上離間しているので、ポリマーからなる中空糸膜２１のこの部分に、十分な応力の緩和代が与えられ、切断や損傷を発生させるような過大な局部応力の発生が防止される。その結果、中空糸膜モジュール５内の各中空糸膜２１が所定の形態、所定の性能に維持され、処理水質の長期維持が可能となる。また、各中空糸膜２１の切断や損傷が防止されるので、容易に中空糸膜モジュール５、ひいては濾過装置全体のコンパクト化や高性能化を図ることができるようになる。
【００２１】
上記の開口穴の端部と接着固定部の端部との離間距離に関して、以下のような比較試験を行った。実施例、比較例の開口穴−接着固定部離間距離と、開口穴数の条件を表１、表２に示す。実施例、比較例とも、モジュールの上下部における開口穴の配置は、モジュール周方向に複数、一列配置とした。筒状ケースは、内径１２３．４ｍｍ、長さ２５００ｍｍのものを使用し、中空糸膜は、ポリスルホン製で、上下の接着固定部の有効長さが２２００ｍｍのものを、７５００本／１モジュールにて使用した。被処理水の通水流速は、各開口穴における最大値が０．７８５ｍ／秒になるように設定して、１モジュール当たりの通水時間と中空糸膜の糸切れ本数との関係を測定した。結果を図３に示す。
【００２２】
図３から明らかな如く、離間距離を１０ｍｍとした実施例では、離間距離が０ｍｍの比較例に比べて、糸切れ本数が大幅に減少し、安定した形態、性能を長時間維持できることが分かった。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
【表２】
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【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明に係る中空糸膜モジュールは、開口穴を備えたあらゆる中空糸膜モジュールに適用可能であり、とくに、濾過塔内に多数懸架されて使用される中空糸膜モジュールに公的なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施態様に係る中空糸膜モジュールを適用した濾過装置の一例を示す概略縦断面図である。
【図２】図１の中空糸膜モジュールの半断面図である。
【図３】比較試験の結果を示す通水時間と糸切れ本数との関係図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  濾過塔
２  モジュール懸架用板
３  上室
４  下室
５  中空糸膜モジュール
６  下部仕切板
７  原水（被処理水）の入口
８  濾過水出口
９  ドレン管
１０  スクラビング用気体の導入口
１１  ベント口
２１  中空糸膜
２２  筒状ケース
２３ａ、２３ｂ  接着固定部
２４ａ、２４ｂ  開口穴
Ｌ１、Ｌ２  開口穴の端部と接着固定部の端部との離間距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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