(57)【要約】【課題】  安定した濾過運転ができる中空糸膜モジュールの提供。【解決手段】  複数本の中空糸膜束１６の全体は、１つの帯状結束手段２６で結束されている。濾過運転時、透過水出入り口２０から逆圧洗浄水を供給した場合でも、結束手段２６が中空糸膜束１６全体を結束し、更に出入り口２０に正対しているので、中空糸膜束１６が揺れたり、衝突したりすることがない。よって、濾過運転時における中空糸膜の損傷が防止できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液出入口を有する縦長のケースハウジング内に複数の中空糸膜束が収容され、
前記中空糸膜束が複数本の中空糸膜の一端又は両端が接着剤で一体化されたものであり、
更に前記複数の中空糸膜束の全部又は一部（但し、複数の中空糸膜束）が結束手段により一体に結束された中空糸膜モジュールであり、
前記結束手段が、両面が互いに着脱自在な構造である帯状の結束手段であり、
前記複数の中空糸膜束の全部又は一部が、それらの周囲に巻かれた帯状の結束手段の両端部同士が接着されることで着脱自体に一体化されたものである中空糸膜モジュール。
【請求項２】
前記複数の中空糸膜束の一部が結束手段により一体に結束されているとき、結束される一部の中空糸膜束が、ケースハウジング側面に設けられた液出入り口に面した位置にある複数の中空糸膜束を含むものである、請求項１記載の中空糸膜モジュール。
【請求項３】
前記結束手段が、中空糸膜束の長さ方向中央部付近と、ケースハウジング側面に設けられた液出入り口に対向する位置の少なくとも一方において中空糸膜束を結束している、請求項１又は２記載の中空糸膜モジュール。
【請求項４】
前記複数の中空糸膜束の全部又は一部が帯状の結束手段で着脱自在に一体化されているとき、前記帯状の結束手段の両端部同士が接着された部分の長さが、前記複数の中空糸膜束全体の接触円の円周の５０％以上の長さである、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、水処理用途に使用する中空糸膜モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
液出入口を有するケースハウジング内に所要数の中空糸膜束を収容し、ケースハウジング内への液（原水、透過水等）の出入りを前記液出入口のみにより行うタイプの中空糸膜モジュールがあり、このようなタイプのものは、比較的大型のモジュールに適用されることが多い。
【０００３】
しかし、このようなタイプの中空糸膜モジュールを用いて濾過運転するとき、液出入口から原水等が出入りすることなるため、液出入口に面した位置にある中空糸膜束のみが、原水等の出入りに伴う圧力を受け続ける結果、複数の中空糸膜束が揺れて、互いに衝突を繰り返すことになる。
【０００４】
このような事態が生じた場合、中空糸膜束を構成する中空糸膜の断線等の破損が生じやすく、中空糸膜束の内、特定部位の中空糸膜の交換頻度が高くなるという問題があり、交換作業による濾過運転の中断、運転コストの上昇等の問題が生じる。
【特許文献１】特開２００４−８９８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には、１つの中空糸膜束を結束手段で結束すると共に、複数の中空糸膜束の全体を、Ｏリングや樹脂又はゴムチューブで結束することが開示されている。
【０００６】
しかし、Ｏリングを用いた場合は、リング内に中空糸膜束を押し込む作業が繁雑であり、外側の中空糸膜が損傷する場合があること、Ｏリング内に密に中空糸膜束を押し込んでいるため、Ｏリングの取り外しが困難であり、取り外し時に中空糸膜が損傷するおそれがある。
【０００７】
また、樹脂又はゴムチューブを用いた場合は、長期間の経過と共にチューブ自体が解けてしまうおそれがあり、固く縛り過ぎた場合には、チューブと接触する外側の中空糸膜が損傷する場合がある。
【０００８】
本発明は、上記したような課題を解決し、中空糸膜束の取付構造等を改善することにより、長期間継続して安定した濾過運転ができる中空糸膜モジュールを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、課題の解決手段として、
液出入口を有する縦長のケースハウジング内に複数の中空糸膜束が収容され、
前記中空糸膜束が複数本の中空糸膜の一端又は両端が接着剤で一体化されたものであり、
更に前記複数の中空糸膜束の全部又は一部（但し、複数の中空糸膜束）が結束手段により一体に結束された中空糸膜モジュールであり、
前記結束手段が、両面が互いに着脱自在な構造である帯状の結束手段であり、
前記複数の中空糸膜束の全部又は一部が、それらの周囲に巻かれた帯状の結束手段の両端部同士が接着されることで着脱自体に一体化されたものである中空糸膜モジュールを提供する。
【００１０】
複数の中空糸膜束の一部が結束手段により一体に結束されている場合の「一部」は、例えば、全部で１０束の中空糸膜束があるとき、一部とは２〜９束の中空糸膜束を意味する。なお、結束手段により中空糸膜束を結束するときは、整束状態の中空糸膜束を結束することが望ましい。
【００１１】
結束手段は、両面が互いに着脱自在な構造である帯状のものであるから、同じ面同士及び異なる面同士が互いに着脱自在になっている。着脱自在な構造とは、例えば、再剥離性の粘着テープ、凹凸面同士を嵌め合わせる構造のものを用いることができる。
【００１２】
本発明の中空糸膜モジュールは、このような特定構造を有する帯状の結束手段を用いるため、複数の中空糸膜束の結束作業が容易であり、結束時にも余り大きな力を要さないので、中空糸膜に損傷を与えることもない。更に、長期間にわたる結束性も優れており、その上に着脱自在であるから、中空糸膜の交換作業も容易である。
【００１３】
本発明は、課題の他の解決手段として、前記複数の中空糸膜束の一部が結束手段により一体に結束されているとき、結束される一部の中空糸膜束が、ケースハウジング側面に設けられた液出入り口に面した位置にある複数の中空糸膜束を含むものである、請求項１記載の中空糸膜モジュールを提供する。
【００１４】
ケースハウジングの液出入り口付近の中空糸膜束が最も大きな影響を受けるため、少なくとも液出入り口付近にある複数の中空糸膜束を結束することで、本発明の課題を解決するものである。
【００１５】
本発明は、課題の他の解決手段として、前記結束手段が、中空糸膜束の長さ方向中央部付近と、ケースハウジング側面に設けられた液出入り口に対向する位置の少なくとも一方において中空糸膜束を結束している、請求項１又は２記載の中空糸膜モジュールを提供する。
【００１６】
複数の中空糸膜束全体のバランスを考慮すると、長さ方向の中央部付近を結束することが望ましく、最も液出入りの影響を受けることを考慮すると、液出入り口に対向する位置にある中空糸膜束を結束することが望ましい。本発明では、いずれか一方又は両方の位置を結束手段で結束することができる。
【００１７】
本発明は、課題の他の解決手段として、前記複数の中空糸膜束の全部又は一部が帯状の結束手段で着脱自在に一体化されているとき、前記帯状の結束手段の両端部同士が接着された部分の長さが、前記複数の中空糸膜束全体の接触円の円周の５０％以上の長さである、請求項１〜３のいずれかに記載の中空糸膜モジュールを提供する。
【００１８】
例えば、１０本の中空糸膜束を結束するとき、１０本全体を円を形成するように配置し、その周囲に帯状の結束手段を巻いたとき、１巻き半以上巻いた状態であると、帯状の結束手段の両端部同士が接着された部分の長さは、１０本の中空糸膜束の接触円の円周の５０％以上となる。
【００１９】
本発明でいう「中空糸膜束」は、複数の中空糸膜が束ねられたもの、又は複数の中空糸膜が接着剤で一体化された小さな束を複数束ねた集合体の意味であり、前記した小さな束同士は、接着剤で一体化されていても良く、接着剤で一体化されていなくても良い。また、１つの中空糸膜束を形成する中空糸本数は特に制限されず、作業性等を考慮して適宜決定する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の中空糸膜モジュールは、複数の中空糸膜束を結束する結束手段として、着脱自在の帯状の結束手段用いるものであるため、作業性がよく、過度の力が加わることがないので、結束手段と接する中空糸膜に損傷を与えることもない。
【００２１】
更に、長期間にわたる濾過運転においても安定した結束力を維持できるので、濾過運転時における中空糸膜の損傷が防止され、安定した濾過運転ができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１により、本発明の中空糸膜モジュールを説明する。図１は、中空糸膜モジュールの縦方向への断面図である。
【００２３】
中空糸膜モジュール１０は、筒状本体部１２と、上部キャップ１４と下部キャップ１５とから外殻（ケースハウジング）が形成されている。なお、下部キャップ１５を設けずに、筒状本体部１２の下部を閉塞して底部を設けても良い。これらの筒状本体部１２、上部キャップ１４、下部キャップ１５は、繊維強化樹脂又はステンレス製であることが好ましい。
【００２４】
上部キャップ１４には、フランジ１４ｂを有する上部出入口（濃縮液出口、透過水出口、逆圧洗浄水の供給口又は原水供給口）１４ａが設けられており、下部キャップ１５には、フランジ１５ｂを有する下部液出入口（原水供給口、濃縮液出口、透過水出口、又は逆圧洗浄水の供給口）１５ａが設けられている。
【００２５】
上部出入口１４ａには、例えば濃縮液ラインを形成するパイプ４０を接続するが、このとき、上部出入口１４ａのフランジ１４ｂと、パイプ４０のフランジ４１との間にはシール材を介在させることが望ましい。
【００２６】
下部出入口１５ａには、例えば原水供給ラインを形成するパイプ４２を接続するが、このとき、上部出入口１５ａのフランジ１５ｂと、パイプ４２のフランジ４３との間にはシール材を介在させることが望ましい。
【００２７】
筒状本体部１２の側面中央部には、前記側面から外側に突き出た状態で、筒状の透過水出入口２０（透過水出入口２０は、原水供給口又は濃縮液出口にすることができる。）が設けられている。これらの液出入口２０の開口部側には、フランジ２２を有する透過水キャップ２１が取付られている。透過水キャップ２１は、先端にフランジ４５を有する透過水ラインを形成するパイプ４４とシール材を介して接続される。
【００２８】
複数の中空糸膜束１６（例えば、本発明の中空糸膜モジュールでは、１００〜１０，０００本、好ましくは１，０００〜５，０００本の中空糸膜を束ねたものを一束として、２〜２４束、好ましくは８〜１６束を用いることができる。）は、長さ方向中央部で、かつ透過水出入口２０に対向する位置において、１つの結束手段２６により結束されている。このとき、中空糸膜束１６の全部又は一部（複数であるが、全部ではない）の中空糸膜束１６を結束手段により結束することもできる。
【００２９】
一部の中空糸膜束１６のみを結束手段で結束するときは、少なくとも透過水出入口２０に面した複数の中空糸膜束１６を含むようにして結束することが好ましい。なお、１つずつの中空糸膜束１６を結束手段（結束手段２６、Ｏリング、ゴムチューブ等）で結束したものを、更に結束手段２６で結束してもよい。
【００３０】
このようにして、結束手段２６による結束位置を調整することにより、濾過運転時、透過水出入口２０からの逆圧洗浄水等の出入りに伴う液圧により、中空糸膜束１６同士が揺れて衝突を繰り返し、破損することが防止される。
【００３１】
結束手段２６は、両面が互いに着脱自在な構造である帯状のものである。結束手段２６としては、再剥離性の両面テープ、同一面及び異なる面同士で互いに嵌合できる凹凸構造を有するもの等を用いることができ、具体的には、（株）クラレの商品名マジックテープを用いることができる。
【００３２】
結束手段２６は、透水性でかつ伸縮性を有するものであることが好ましい。透水性を有するものにすることにより、結束部分においても濾過をすることができるので、膜の有効面積を低下させることがない。更に、伸縮性を有するものにすることにより、例えば逆圧洗浄水等の液圧により中空糸膜束１６が揺れた場合においても、中空糸膜束１６同士が衝突を繰り返さない程度の結束強度を維持できるほか、揺れた場合には揺れを吸収して抑えるように作用する。
【００３３】
結束手段２６は、上記作用をなすため、幅が好ましくは２〜１３００ｍｍ、より好ましくは５〜１００ｍｍ、厚みが好ましくは０．１〜３０ｍｍ、より好ましくは２〜６ｍｍの範囲の帯状物であることが好ましい。
【００３４】
中空糸膜束１６の非結束部における最大径（端部接着層に近い部分）（ｄ１）と、結束部における最小径（ｄ２）との比（ｄ２／ｄ１）は、好ましくは０．２５〜１、より好ましくは０．５０〜０．９０、更に好ましくは０．７５〜０．８５である。
【００３５】
ｄ２／ｄ１が前記範囲内であると、結束手段２６による上記作用を高めることができると共に、結束力を適度にすることで、結束部における中空糸膜に対して過度の圧力を加えることがない。
【００３６】
更に結束手段２６は、透水性で、かつ伸縮性を有するものであり、中空糸膜モジュール１０を運転する際に生じる液圧の変化に対応して、中空糸膜束１６の結束部における径が、好ましくは最大１１０％、より好ましくは最大１１５％まで増加できるものが望ましい。
【００３７】
結束手段２６により、複数の中空糸膜束１６の全部又は一部を結束するときは、中空糸膜束１６を水に浸漬して中空糸膜を濡らし、中空糸膜同士を互いに密着させ、中空糸膜束が整束された状態（水の作用により中空糸膜同士が互いにくっつき合って、全体として１つにまとまった状態）にしたものを結束することが好ましい。中空糸膜束１６は、乾燥状態のときには嵩高くなっているため、乾燥状態で結束したものが整束状態になって嵩が減少すると、結束力が弱くなってしまう。
【００３８】
結束手段２６により、複数の中空糸膜束１６の全部又は一部を結束するときは、複数の中空糸膜束１６の周囲に帯状の結束手段２６を１回以上巻き付けた後、結束手段２６の端部同士を重ね合わせて接着させる。
【００３９】
このとき、結束手段２６を１回半以上巻き付け、結束手段２６の両端部同士が重ね合わされて接着された部分の長さが、中空糸膜束１６全体に接して形成される接触円（図２の６０。図２では、一部の中空糸膜束１６のみを表示している。）の円周の５０％以上の長さであることが好ましく、１００％以上であることがより好ましい。
【００４０】
ここで接触円６０の円周がＸであるとすると、結束手段２６としては長さが１．５Ｘを超えるものを用いる。そして、複数の中空糸膜束１６の周囲に１回半以上巻き付きたとき、結束手段２６の接着部の長さは０．５Ｘ以上であることになる。
【００４１】
このような結束手段２６を用いて複数の中空糸膜束１６の全部又は一部を結束することにより、濾過運転時、逆圧洗浄水等の液圧により中空糸膜束１６が揺れた場合においても、中空糸膜束１６同士が衝突を繰り返さない程度の結束強度を維持できるほか、揺れた場合には揺れを吸収して抑えるように作用する。
【００４２】
また、結束手段２６で結束した場合には、Ｏリングやゴムチューブを用いた場合のような問題が生じることもなく、更に結束手段２６が着脱自在であることから、中空糸膜の交換作業も容易である。
【００４３】
中空糸膜モジュール１０では、筒状本体部１２の内径（Ｄ）と、中空糸膜束１６に含まれる中空糸膜１本の外径（Ｄ１）との比（Ｄ１／Ｄ）は、好ましくは１／１２５〜１／９００、より好ましくは１／２００〜１／７００、更に好ましくは１／３００〜１／５００である。
【００４４】
中空糸膜モジュール１０では、筒状本体部１２の内径（Ｄ）と、中空糸膜束全体の外径（Ｄ２）との比（Ｄ２／Ｄ）は、好ましくは０．７８〜０．９６、より好ましくは０．８０〜０．９４、更に好ましくは０．８５〜０．９２である。
【００４５】
Ｄ１／Ｄ比又はＤ２／Ｄ比を上記範囲に設定することにより、単位面積当たりの中空糸膜の充填率（収容本数）を増加させることができ、その結果、有効膜面積を増加させることができるので、中空糸膜モジュールの濾過性能を向上させることができる。
【００４６】
図１で示す中空糸膜モジュール１０では、濾過運転時、透過水出入口２０から逆圧洗浄水を供給する際、中空糸膜束１６に対して液圧が加えられるが、中空糸膜束１６の両端側が樹脂で固定されており、更に透過水出入口２０に面した中央部が結束手段２６で結束されているので、前記液圧を受けた場合でも、中空糸膜束１６の揺れを小さくして、中空糸膜束１６同士が衝突を繰り返して損傷することを防止できる。
【実施例】
【００４７】
実施例１
図１に示すような中空糸膜モジュール１０を作製するに当たり、下記の各部材を用いた。
【００４８】
（ケースハウジング）
筒状本体部１２は、内径４５０ｍｍ（Ｄ）、外径４６５ｍｍ、長さ１１１０ｍｍのＦＲＰ製のものを用い、両端にはＳＵＳ製の上部及び下部キャップ１４、１５を取り付けた。１４ａが濃縮液出口、１５ａが原水供給口となる。
【００４９】
透過水出入口２０は、筒状本体部１２の長さ方向の中央位置に、開口径３００ｍｍのものを設けた。
【００５０】
（中空糸膜束）
内径０．８ｍｍ、外径１．３ｍｍ（Ｄ１）、長さ１１１０ｍｍの酢酸セルロース系中空糸膜を用い、２０５０本を１束とした。
【００５１】
Ｄ１／Ｄ＝１．３／４５０
以上の各部材を用い、次のようにして中空糸膜モジュールを作製した。
【００５２】
ケースハウジングの筒状本体部１２の上部内壁面及び下部内壁面に、エポキシ系接着剤を用いて補強材５０を接着固定した。
【００５３】
次に、大日本プラスチック社製のネトロン軽包装「ＨＲ３Ｌ白７０」（袋状の網からなるもの）に中空糸膜束を挿入し、中央部を含む長さ１０６０ｍｍの部分が被覆された状態で、端部を接着剤で固定した。同様にして計２４束を作製した。
【００５４】
遠心シール機（東邦機械工業（株）製，横型遠心成型機）により、筒状本体部１２の両端側に位置する中空糸膜束相互、及び中空糸膜束とケースハウジングの内周面とをウレタン系接着剤で接着封止した。接着剤の厚み（接着剤で固着一体化された中空糸膜の一端側の長さ）は５０ｍｍ（両端で１００ｍｍ）、有効膜面積は１２０ｍ２であった。
【００５５】
更に、計２４束の結束部分の中空糸膜束全体の直径（Ｄ２）が約３９０ｍｍ（Ｄ２／Ｄ＝３９０／４５０＝０．８７）になるように、（株）クラレ製のマジックテープ（両面マジックＴＭ，厚さ４．３ｍｍ，幅３０ｍｍ）を２回巻いて結束した。マジックテープの端部同士の接着部長さは、約１，２２５ｍｍであった。
【００５６】
実施例１で得た中空糸膜モジュール１０を用い、下記の条件にて、河川水を原水とした徐濁運転を行った。
【００５７】
濾過方法：全量濾過
処理能力：３ｍ／日
回収率：９５％
逆圧洗浄流量：濾過運転時の透過流量の４倍
６ヶ月の連続運転後に中空糸膜モジュールを取り出して点検したところ、結束手段であるマジックテープは緩んでいなった。その後、更に６ヶ月の連続運転を行い、同様に点検したところ、マジックテープは緩んでいなかった。
【００５８】
このように、中空糸膜モジュール１０は、各中空糸膜束１６の長さ方向中央部が結束手段で結束されている上に、中空糸膜束１６全体が１つの結束手段で結束されているため、濾過運転時の液の出入り（特に透過水出入口２０からの逆圧洗浄水の供給）に伴う液圧が加えられた場合であっても、中空糸膜束が揺れ動くことがなく、長期間（１年）にわたって中空糸膜の損傷も起こらず、安定運転ができた。
【００５９】
比較例１
中空糸膜束の結束方法として、中空糸膜束１６全体に大日本プラスチック社製のネトロン軽包装「ＨＲ３Ｌ白７０」を２回巻き、本結びにより結束したほかは実施例１と同様にして、中空糸膜モジュールを得た。
【００６０】
この中空糸膜モジュールを用い、実施例１と同様にして６ヶ月の濾過運転を行ったところ、結束手段として用いたネトロン軽包装の結び目が緩んでおり、中空糸膜束全体の結束も緩んでいた。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】中空糸膜モジュールの断面図。
【図２】結束手段による結束状態の説明図。
【符号の説明】
【００６２】
１０  中空糸膜モジュール
１２  筒状本体部
１４  上部キャップ
１５  下部キャップ
１６  中空糸膜束
１８  封止樹脂
２０  透過水出入口
２６  結束手段
【図１】
2006223975.tif 000003
【図２】
2006223975.tif 000004