(57)【要約】【課題】中空糸膜を水平方向に配置した中空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜を均一に空洗するための技術の提供。【解決手段】略水平方向に配設された中空糸膜と、前記中空糸膜の上方に該中空糸膜に当接し得るように配設され、該中空糸膜の鉛直方向上方への撓みを制限する規制部材と、を有する中空糸膜モジュールを提供する。【選択図】図２
2019030843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略水平方向に配設された中空糸膜と、
前記中空糸膜の上方に該中空糸膜に当接し得るように配設され、該中空糸膜の鉛直方向上方への撓みを制限する規制部材と、
を有する中空糸膜モジュール。
【請求項２】
請求項１記載の中空糸膜モジュールと、
前記中空糸膜の下方に配設された散気管と、
を有する、中空糸膜ユニット。
【請求項３】
前記規制部材の前記中空糸膜への当接位置が、前記中空糸膜の両端の位置よりも鉛直方向下方である、請求項１記載の中空糸膜モジュール。
【請求項４】
前記規制部材の前記中空糸膜への当接位置が、前記中空糸膜の両端の位置よりも鉛直方向下方である、請求項２記載の中空糸膜ユニット。
【請求項５】
略水平方向に配設された中空糸膜を、該中空糸膜の下方に配設された散気管によって空洗する方法であって、
前記中空糸膜の鉛直方向上方への撓みを、該中空糸膜の上方に該中空糸膜に当接し得るように配設された規制部材によって制限する手順を含む、中空糸膜モジュールの洗浄方法。
【請求項６】
前記手順において、前記規制部材は、前記中空糸膜への当接部位を、前記中空糸膜の両端の位置よりも鉛直方向下方に保持する、請求項５記載の洗浄方法。
【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洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
膜ろ過技術は、被処理液をMF膜やUF膜等で濾過して固液分離する方法であり、飲料用水、工業用水及び産業用水等の製造や、生活排水の浄化、並びに産業排水処理といった下排水処理分野で利用されている。
【０００３】
膜の形状としてはスパイラル膜、平膜、チューブラー膜及び中空糸膜等がある。このうち中空糸膜は、集積度が高く、コンパクト性に特に優れている。
膜モジュールとしては、膜をケーシング容器に収容するケーシング型モジュールと、膜を浸漬槽に浸漬して用いる浸漬型モジュールがある。
【０００４】
膜ろ過技術では、被処理液中の不純物が膜の表面や細孔内に付着し、膜が閉塞していく問題がある。膜が閉塞すると、ろ過抵抗が増大して透水性能が低下する。膜の閉塞を防止するため、ろ過とは逆方向に水を送液することで膜に付着した不純物を取り除く逆洗や、膜モジュールの下方から連続的又は間欠的に散気を行って、膜の揺動と気泡の上昇流によるせん断力によって膜に付着した不純物を取り除く空洗が実施されている。
【０００５】
中空糸膜を用いた中空糸膜モジュールでは、中空糸膜を水平方向に配置した場合、鉛直方向に設置した場合に比して、設備を低水深化できるため、膜閉塞等のトラブル時にモジュールを引き上げて対処することが容易となる。
一方で、中空糸膜を水平方向に配置した場合、空洗する際に、空気の上昇流と中空糸膜の糸長方向が略垂直となるため、中空糸膜が鉛直上方向に撓んでしまい、撓んだ中空糸膜に沿うようにして空気が上昇していくため、散気が中空糸膜の中央に偏ってしまうという問題があった（特許文献１の図１参照）。
【０００６】
この問題を解決するため、特許文献１には、散気管の散気孔を中空糸膜の中央下方に比べて両端下方でより密に配置する技術が提案されている。この技術では、散気量を適切に調整しないと、中空糸膜の両端での散気量が過多となってしまい、中空糸膜の中央での散気が少なくなってしまう場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５８３７９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、中空糸膜を水平方向に配置した中空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜を均一に空洗するための技術を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題解決のため、本発明は、以下の［１］〜［７］を提供する。
［１］  略水平方向に配設された中空糸膜と、
前記中空糸膜の上方に該中空糸膜に当接し得るように配設され、該中空糸膜の鉛直方向上方への撓みを制限する規制部材と、
を有する中空糸膜モジュール。
［２］  ［１］の中空糸膜モジュールと、
前記中空糸膜の下方に配設された散気管と、
を有する、中空糸膜ユニット。
［３］  前記規制部材の前記中空糸膜への当接位置が、前記中空糸膜の両端の位置よりも鉛直方向下方である、［１］の中空糸膜モジュール又は［２］の中空糸膜ユニット。
［４］  前記規制部材の前記中空糸膜への当接位置と、前記中空糸膜の両端の位置との間の鉛直方向距離Ｖが以下の範囲である、［３］の中空糸膜モジュール又は中空糸膜ユニット。
【数１】
2019030843.tif 000003
（式中、Ｌは、前記中空糸膜の両端を固定するハウジング間の前記中空糸膜の長さを示し、
Ｈは、該ハウジング間の直線距離を示す。）
【００１０】
［５］  略水平方向に配設された中空糸膜を、該中空糸膜の下方に配設された散気管によって空洗する方法であって、
前記中空糸膜の鉛直方向上方への撓みを、該中空糸膜の上方に該中空糸膜に当接し得るように配設された規制部材によって制限する手順を含む、中空糸膜モジュールの洗浄方法。
［６］  前記手順において、前記規制部材は、前記中空糸膜への当接部位を、前記中空糸膜の両端の位置よりも鉛直方向下方に保持する、［５］の洗浄方法。
［７］  前記規制部材の前記中空糸膜への当接位置と、前記中空糸膜の両端の位置との間の鉛直方向距離Ｖが以下の範囲である、［６］の洗浄方法。
【数２】
2019030843.tif 000004
（式中、Ｌは、前記中空糸膜の両端を固定するハウジング間の前記中空糸膜の長さを示し、
Ｈは、該ハウジング間の直線距離を示す。）
【００１１】
また、本発明は、一側面において、以下の［８］〜［１３］を提供する。
［８］  中空糸膜と該中空糸膜の両端を固定して収容するハウジングとを有する中空糸膜エレメントを、前記中空糸膜が略水平方向になるように保持し、かつ、前記中空糸膜エレメントの下方に空洗のための散気管を有する中空糸膜モジュールであって、
前記中空糸膜の最上部の可動域を制限するように規制部材が配されることを特徴とする、中空糸膜モジュール。
［９］  前記規制部材の下端部が、前記ハウジングに接着固定された前記中空糸膜の両端の最上部以下になるように配されることを特徴とする、［８］の中空糸膜モジュール。
［１０］  前記規制部材の下端部の位置と、前記ハウジングに接着固定された前記中空糸膜の両端の最上部の位置との鉛直方向距離Ｖが以下の範囲である、［９］の中空糸膜モジュール。
【数３】
2019030843.tif 000005
（式中、Ｌは、前記ハウジング間の前記中空糸膜の長さを示し、
Ｈは、該ハウジング間の直線距離を示す。）
【００１２】
［１１］  中空糸膜と該中空糸膜の両端を固定して収容するハウジングとを有する中空糸膜エレメントを、前記中空糸膜が略水平方向になるように保持し、かつ、前記中空糸膜エレメントの下方に空洗のための散気管を有する中空糸膜モジュールの洗浄方法であって、
前記中空糸膜の最上部の可動域を制限するように規制部材が配されることを特徴とする、中空糸膜モジュールの洗浄方法。
［１２］  前記規制部材の下端部が、前記ハウジングに接着固定された前記中空糸膜の両端の最上部以下になるように配されることを特徴とする、［１１］の洗浄方法。
［１３］  前記規制部材の下端部の位置と、前記ハウジングに接着固定された前記中空糸膜の両端の最上部の位置との鉛直方向距離Ｖが以下の範囲である、［１２］の洗浄方法。
【数４】
2019030843.tif 000006
（式中、Ｌは、前記ハウジング間の前記中空糸膜の長さを示し、
Ｈは、該ハウジング間の直線距離を示す。）
【発明の効果】
【００１３】
中空糸膜を水平方向に配置した中空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜を均一に空洗するための技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る中空糸膜モジュールが備える中空糸膜エレメントの一例を示す正面図である。
【図２】本発明に係る中空糸膜モジュールの一例を示す斜視図である。
【図３】規制部材７の配設位置を説明する図である。
【図４】規制部材７の配設態様の一例を示す図である。
【図５】規制部材７の配設態様の他の一例を示す図である。
【図６】実施例における散気流量の測定位置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。
【００１６】
本発明に係る中空糸膜モジュールは、中空糸膜と該中空糸膜の両端を固定して収容するハウジングとを有する中空糸膜エレメントを、前記中空糸膜が略水平方向になるように保持する。また、本発明に係る中空糸膜ユニットは、中空糸膜モジュールに加えて、前記中空糸膜エレメントの下方に空洗のための散気管を有する。本発明に係る中空糸膜モジュールは、前記中空糸膜の最上部の可動域を制限するように規制部材が配されることを特徴とする。
【００１７】
＜中空糸膜エレメント＞
図１に、本発明に係る中空糸膜モジュールが備える中空糸膜エレメントを示す。
中空糸膜エレメント１は、シート状に配列された複数本の中空糸膜束２と、中空糸膜束２の長さ方向の両端部を保持する２本のハウジング３ａ、３ｂとを備えている。
「ハウジング」とは、中空糸膜束の端部を収容して固定するものであり、ケーシング部材と、ポッティング樹脂等の中空糸膜を接着固定するための固定部材、及び該固定部材と中空糸膜との界面を保護するための保護部材とを含んでなる。
【００１８】
＜中空糸膜モジュール／ユニット＞
図２に、本発明に係る中空糸膜モジュール及び中空糸膜ユニットを示す。
中空糸膜モジュール４は、互いに平行に揃えられた複数の中空糸膜エレメント１を保持するフレーム５と、中空糸膜束２の鉛直上方向の可動域を制限する規制部材７と、を有する。中空糸膜モジュール４に、中空糸膜エレメント１を空洗するための散気管６を付設したものを中空糸膜ユニットと称する。
【００１９】
フレーム５は、中空糸膜束２が略水平方向になるように、中空糸膜エレメント１を保持する。中空糸膜エレメント１は、中空糸膜束２が弛緩した状態となるように、フレーム５に保持される。
弛緩率は好ましくは０．３％〜１．５％、より好ましくは０．５％〜１．０％である。０．３％以上とすると、空洗時に中空糸膜束２が揺動することができ、洗浄効果を高めることができる。１．５％を超えると、ハウジング３ａ、３ｂにおける中空糸膜束２の固定端の屈曲が大きくなり、膜破断を引き起こすリスクが増大する。
【００２０】
なお、弛緩率は、以下の式によって算出される。
弛緩率（％）＝（膜有効長Ｌ−ハウジング間距離Ｈ）×１００／膜有効長Ｌ
膜有効長Ｌ：ハウジング間の中空糸膜の長さ
ハウジング間距離Ｈ：ハウジング間の直線距離
（図３に膜有効長Ｌとハウジング間距離Ｈを示す）
【００２１】
散気管６は、中空糸膜束２の糸長方向に沿って、中空糸膜束２の下方に配設される。散気管６は、空気が均一に吐出されるものであれば、特に限定されない。例としては、内径５ｍｍ〜４０ｍｍ程度の丸パイプに、２ｍｍ〜５ｍｍ程度の散気孔を複数設けたものが挙げられる。
【００２２】
規制部材７は、中空糸膜束２の上方に、中空糸膜束２に当接し得るように配設され、中空糸膜束２の鉛直方向上方への撓みを制限するように機能する。規制部材７は、中空糸膜束２のうち少なくとも最上部の中空糸膜と接触し得る。
規制部材７の形状としては、中空糸膜束２に接触した際に中空糸膜束２を傷つけないように、中空糸膜束２との接触部に凸を有さない形状が好ましい。規制部材７の形状の例としては、丸棒や丸パイプが挙げられ、外径は、膜有効長Ｌの１００分の１以上、４分の１以下が好ましく、表面粗さ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１−２００１、算術平均粗さ）は、０．０１５以下が好ましい。
規制部材７の材質は、特に限定されないが、耐食性の観点からＰＶＣ、ＡＢＳ等の樹脂、及びステンレス鋼等が挙げられる。
【００２３】
規制部材７は、規制部材７の下端部が、ハウジング３ａ、３ｂに接着固定された中空糸膜束２の両端の最上部以下になるように配される。
図３を参照して説明する。規制部材７の中空糸膜束２への当接位置Ａは、中空糸膜束２の両端の位置Ｂ（中空糸膜エレメント１内の最上部の中空糸膜の両端がハウジング３ａ、３ｂに固定される位置）よりも鉛直方向下方とされる。
好ましくは、規制部材７の中空糸膜束２への当接位置Ａと、中空糸膜束２の両端の位置Ｂとの間の鉛直方向距離Ｖは、以下の範囲に設定される。
【００２４】
【数５】
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膜有効長Ｌ：ハウジング間の中空糸膜の長さ
ハウジング間距離Ｈ：ハウジング間の直線距離
【００２５】
規制部材７は、複数設置してもよい。複数設置する場合、図４に示すように、各規制部材７の鉛直方向高さが異なってもよいが、空洗を均一に行うためには、中空糸膜モジュール４の中心に対して対称に配置するのが望ましい。
規制部材７は、中空糸膜モジュール４と一体化されてもよいが、図５のように浸漬水槽８と一体化し、複数の中空糸膜モジュールと共通化してもよい。
【００２６】
＜洗浄方法＞
中空糸膜束２の洗浄は、散気管６から連続的又は間欠的に散気し、中空糸膜束２の揺動と気泡の上昇流によるせん断力によって中空糸膜束２に付着した不純物を取り除くことよって行う。
【００２７】
中空糸膜モジュール４では、規制部材７によって中空糸膜束２の鉛直上方向への撓みが規制され、中空糸膜束２の中央に散気が偏るのを緩和できるため、中空糸膜束２を均一に空洗できる。その結果、中空糸膜モジュール４では、長期に渡って安定したろ過運転が可能とされる。
【実施例】
【００２８】
［実施例１］
中空糸膜エレメント（三菱ケミカル社製のステラポアー７７Ｅ０００５ＳＭ、膜面積５ｍ2）を５枚有し、中空糸膜が略水平方向で各中空糸膜エレメントが互いに平行になるように保持する中空糸膜モジュールを用いた。
中空糸膜モジュールの膜有効長（Ｌ）は９００ｍｍ、ハウジング間距離（Ｈ）は８９１ｍｍ、弛緩率１．０％であった。
散気管は２０Ａのステンレスパイプに４ｍｍの散気孔を１３０ｍｍ間隔で下向きに７箇所有するものを、中空糸膜エレメントの最下部の中空糸膜の１００ｍｍ下方に１本設置した。
規制部材としては、ＰＶＣパイプ（ＶＰ１３、外径２６ｍｍ）１本をハウジング間距離Ｈの中心位置に、水平かつ中空糸膜に対して垂直になるよう設置した。設置位置は、中空糸膜への当接位置Ａと、中空糸膜エレメント内の最上部の中空糸膜の両端がハウジングに固定される位置Ｂ、との鉛直方向の距離Ｖが６０ｍｍとなるように設置した。
【００２９】
中空糸膜モジュールを水深１ｍの水道水中に浸漬し、散気管に０．１Ｎｍ3／分で空気を送り、膜モジュールを空洗した際の散気流量の偏りを計測した。散気流量は、図６に示した測定位置３箇所に、メスシリンダー（サンプラテック製ケミカルメスシリンダー、容量１０００ｍＬ、外径７２ｍｍ、高さ４３２ｍｍ）の中心がくるように設置し、水上置換によって、単位時間あたりに流入する空気量を計測することで求めた。
【００３０】
［実施例２］
規制部材の位置を実施例１から３０ｍｍ上方に上げた（Ｖ＝３０）以外は、実施例１と同様の条件に設定して、散気流量の偏りを計測した。
【００３１】
［実施例３］
規制部材の位置を実施例１から５５ｍｍ上方に上げた（Ｖ＝５）以外は、実施例１と同様の条件に設定して、散気流量の偏りを計測した。
［比較例］
規制部材を設置しなかった点以外は、実施例１と同様の条件に設定して、散気流量の偏りを計測した。
【００３２】
結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
2019030843.tif 000008
【００３４】
規制部材を設置しなかった比較例においては、中空糸膜の中央付近に散気が偏ったが、規制部材部材を設置した実施例１〜３においては、散気の偏りが緩和された。規制部材による中空糸膜の鉛直上方向への撓みの規制が、散気の偏りを緩和するために有効であることが示された。
【符号の説明】
【００３５】
１：中空糸膜エレメント、２：中空糸膜束、３ａ、３ｂ：ハウジング、４：中空糸膜モジュール、５：フレーム、６：散気管、７：規制部材、８：浸漬水槽、９：散気流量の測定位置（１）、１０：散気流量の測定位置（２）、１１：散気流量の測定位置（３）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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