(57)【要約】  本発明の一態様に係る濾過モジュールは、一方向に引き揃えられた状態で保持される複数本の中空糸膜と、この複数本の中空糸膜の両端部を固定する一対の保持部材とを備える濾過モジュールであって、上記保持部材での引き揃え方向と垂直方向における上記複数本の中空糸膜の存在領域が長方形状であり、この存在領域の長辺方向の平均長さの短辺方向の平均長さに対する比が１０以上５０以下であり、上記中空糸膜の平均外径が１ｍｍ以上６ｍｍ以下であり、上記存在領域の短辺方向の平均長さに対する上記中空糸膜の上記保持部材間の平均有効長さの比が４０以上２００以下である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に引き揃えられた状態で保持される複数本の中空糸膜と、この複数本の中空糸膜の両端部を固定する一対の保持部材とを備える濾過モジュールであって、
上記保持部材での引き揃え方向と垂直方向における上記複数本の中空糸膜の存在領域が長方形状であり、
この存在領域の長辺方向の平均長さの短辺方向の平均長さに対する比が１０以上５０以下であり、
上記中空糸膜の平均外径が１ｍｍ以上６ｍｍ以下であり、
上記存在領域の短辺方向の平均長さに対する上記中空糸膜の上記保持部材間の平均有効長さの比が４０以上２００以下である濾過モジュール。
【請求項２】
上記存在領域における中空糸膜の充填面積率が２０％以上６０％以下である請求項１に記載の濾過モジュール。
【請求項３】
上記複数本の中空糸膜が上記存在領域の長辺方向及び短辺方向に行列状に配置され、
上記存在領域における中空糸膜の長辺方向の平均ピッチが短辺方向の平均ピッチよりも大きい請求項１又は請求項２に記載の濾過モジュール。
【請求項４】
上記中空糸膜の平均外径に対する短辺方向の平均ピッチの比が１以上１．５以下である請求項３に記載の濾過モジュール。
【請求項５】
上記中空糸膜の上記保持部材間の平均有効長さが１ｍ以上６ｍ以下である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の濾過モジュール。
【請求項６】
上記中空糸膜が、ポリテトラフルオロエチレンを主成分とする支持層と、この支持層の表面に積層され、ポリテトラフルオロエチレンを主成分とする濾過層とを有する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の濾過モジュール。
【請求項７】
上記濾過層が、支持層を構成する延伸ポリテトラフルオロエチレンチューブに延伸ポリテトラフルオロエチレンシートを巻き付け、焼結することで形成されている請求項６に記載の濾過モジュール。
【請求項８】
上記一対の保持部材の少なくとも一方が、上記複数本の中空糸膜の端部が挿入される中空ケーシングを有し、この中空ケーシングの側壁内面と中空糸膜の外周面との間に、エポキシ樹脂又はウレタン樹脂を主成分とする樹脂組成物が充填されている請求項６又は請求項７に記載の濾過モジュール。
【請求項９】
請求項１に記載の濾過モジュールと、この濾過モジュールを収容する濾過槽と、上記濾過モジュールの下方に気泡を供給する気泡供給器とを備える濾過装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、濾過モジュール及び濾過装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
汚水処理や医薬等の製造工程における固液分離処理装置として、複数本の中空糸膜を集束した濾過モジュールを有する濾過装置が用いられている。この濾過モジュールとしては、中空糸膜の外周面側を高圧にして被処理液を中空糸膜の内周面側に透過する外圧式、浸透圧又は内周面側の負圧により被処理液を内周面側に透過する浸漬式、及び中空糸膜の内周面側を高圧にして被処理液を中空糸膜の外周面側に透過する内圧式がある。【０００３】
上記濾過モジュールのうち外圧式及び浸漬式は、使用に伴い各中空糸膜の表面が被処理液に含まれる物質の付着等によって汚染されるため、そのままでは濾過能力が低下する。
そこで、濾過モジュールの下方から気泡を送り、各中空糸膜の表面を擦過し、さらに各中空糸膜を振動させて付着物を除去する洗浄方法（エアースクラビング）が従来から用いられている（特開２０１０−４２３２９号公報参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−４２３２９号公報
【０００５】
上記中空糸膜表面洗浄用の気泡は、中空糸膜表面を清浄に保つため連続的に供給されることが一般的である。そのため、気泡による中空糸膜表面の洗浄効率が低下すると、洗浄用気泡の供給に必要なエネルギーが増大し、濾過コストの増大を招来するおそれがある。
この濾過コスト低減策として、複数の濾過モジュールを縦に連設する手段があるが、中空糸膜の保持部材（濾過モジュールの連接部）において気泡が拡散し、上部の中空糸膜表面に気泡が接触せず、結果洗浄能力が低下するおそれがある。【０００６】
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、中空糸膜表面の洗浄効率に優れ、かつ優れた濾過能力を有する濾過モジュール及び濾過装置を提供することを課題とする。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る濾過モジュールは、一方向に引き揃えられた状態で保持される複数本の中空糸膜と、この複数本の中空糸膜の両端部を固定する一対の保持部材とを備える濾過モジュールであって、上記保持部材での引き揃え方向と垂直方向における上記複数本の中空糸膜の存在領域が長方形状であり、この存在領域の長辺方向の平均長さの短辺方向の平均長さに対する比が１０以上５０以下であり、上記中空糸膜の平均外径が１ｍｍ以上６ｍｍ以下であり、上記存在領域の短辺方向の平均長さに対する上記中空糸膜の上記保持部材間の平均有効長さの比が４０以上２００以下である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様に係る濾過モジュールは、中空糸膜表面の洗浄効率に優れ、かつ優れた濾過能力を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態の濾過モジュールを示す模式的斜視図である。
【図２】図２は、図１の濾過モジュールの保持部材の模式的端面図である。
【図３】図３は、図１の濾過モジュールの中空糸膜の模式的断面図である。
【図４】図４は、図１の濾過モジュールの模式的部分断面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態の濾過装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００１０】
１  濾過モジュール
２  中空糸膜
２ａ  支持層
２ｂ  濾過層
３  上部保持部材
３ａ  中空ケーシング
３ｂ  樹脂組成物
４  下部保持部材
１１  濾過槽
１２  気泡供給器
１３  排出管
１４  吸引ポンプ
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［本発明の実施形態の説明］
本発明の一態様に係る濾過モジュールは、一方向に引き揃えられた状態で保持される複数本の中空糸膜と、この複数本の中空糸膜の両端部を固定する一対の保持部材とを備える濾過モジュールであって、上記保持部材での引き揃え方向と垂直方向における上記複数本の中空糸膜の存在領域が長方形状であり、この存在領域の長辺方向の平均長さの短辺方向の平均長さに対する比が１０以上５０以下であり、上記中空糸膜の平均外径が１ｍｍ以上６ｍｍ以下であり、上記存在領域の短辺方向の平均長さに対する上記中空糸膜の上記保持部材間の平均有効長さの比が４０以上２００以下である。
【００１２】
当該濾過モジュールは、引き揃え方向と垂直方向における複数本の中空糸膜の存在領域について、長辺方向の平均長さの短辺方向の平均長さに対する比が上記範囲内であることによって、短辺方向の長さを小さくしつつ、中空糸膜の総本数ひいては濾過面積を確保できる。加えて当該濾過モジュールは、存在領域の短辺方向の長さを小さくすることによって、存在領域から延出する中空糸膜の束の上記短辺方向の厚さを小さくし、中空糸膜の束の内部まで気泡が入り込み易くなる。さらに当該濾過モジュールは、存在領域の短辺方向の長さを小さくすることによって、中空糸膜の束の厚さが短辺方向に増加するように各中空糸膜がたわむことができ、中空糸膜の搖動が容易となる。また、当該濾過モジュールは、中空糸膜の平均外径が上記範囲内であることによって、中空糸膜が十分な強度と可撓性とを有し、エアースクラビングに耐える強度を有しながら、エアースクラビングにより中空糸膜が引き揃え方向と垂直方向にたわむように振動することでスクラビング効果を促進できる。さらに当該濾過モジュールは、上記存在領域の短辺方向の平均長さに対する上記中空糸膜の上記保持部材間の平均有効長さの比が上記範囲内であることによって、中空糸膜が気泡の擦過によって十分に搖動し、中空糸膜間に気泡を入り込ませる隙間を形成して、上記存在領域内側に位置する中空糸膜への気泡の供給を助けることにより、洗浄効果を促進できる。このように、当該濾過モジュールは、中空糸膜表面の洗浄効率に優れ、かつ優れた濾過能力を有する。
【００１３】
上記存在領域における中空糸膜の充填面積率としては、２０％以上６０％以下が好ましい。このように、上記存在領域における中空糸膜の充填面積率が上記範囲内であることによって、存在領域内側の洗浄効果を確保しつつ、設置面積当たりの濾過流量を大きくすることができる。
【００１４】
上記複数本の中空糸膜が上記存在領域の長辺方向及び短辺方向に行列状に配置され、上記存在領域における中空糸膜の長辺方向の平均ピッチが短辺方向の平均ピッチよりも大きいとよい。このように、中空糸膜の長辺方向の平均ピッチが短辺方向の平均ピッチよりも大きいことにより、中空糸膜の搖動により短辺方向に気泡が進入できるような隙間が中空糸膜間に生じ易くなるので、存在領域内側への気泡の進入を促進できる。
【００１５】
上記中空糸膜の平均外径に対する短辺方向の平均ピッチの比としては、１以上１．５以下が好ましい。このように、中空糸膜の平均外径に対する短辺方向の平均ピッチの比が上記範囲内であることによって、短辺方向に気泡が進入できる隙間の形成効率を保ったまま、中空糸膜の短辺方向の密度を高くすることで濾過面積を大きくできるので、設置面積当たりの濾過流量を大きくすることができる。
【００１６】
上記中空糸膜の上記保持部材間の平均有効長さとしては、１ｍ以上６ｍ以下が好ましい。このように、中空糸膜の平均有効長さが上記範囲内であることによって、中空糸膜がたわみ易くなることで存在領域の内側へと気泡を導く隙間形成を促進すると共に、振動等による中空糸膜の断裂を防止することができる。
【００１７】
上記中空糸膜が、ポリテトラフルオロエチレンを主成分とする支持層と、この支持層の表面に積層され、ポリテトラフルオロエチレンを主成分とする濾過層とを有するとよい。
このように、中空糸膜が、ポリテトラフルオロエチレンを主成分とする支持層及び濾過層を有することによって、十分な機械的強度を有する。
【００１８】
上記濾過層が、支持層を構成する延伸ポリテトラフルオロエチレンチューブに延伸ポリテトラフルオロエチレンシートを巻き付け、焼結することで形成されているとよい。このように延伸ポリテトラフルオロエチレンチューブに延伸ポリテトラフルオロエチレンシートを巻き付けて焼結することによって中空糸膜を形成することで、中空糸膜の空孔の形状や大きさの調整が容易となると共に、支持層と濾過層との空孔を連通させて透水性を向上させることができる。
【００１９】
上記一対の保持部材の少なくとも一方が、上記複数本の中空糸膜の端部が挿入される中空ケーシングを有し、この中空ケーシングの側壁内面と中空糸膜の外周面との間に、エポキシ樹脂又はウレタン樹脂を主成分とする樹脂組成物が充填されているとよい。このように、中空ケーシングの側壁内面と中空糸膜の外周面との間に、エポキシ樹脂又はウレタン樹脂を主成分とする樹脂組成物が充填されていることによって、中空ケーシングと中空糸膜との間の隙間を封止して、中空糸膜の外側と内側とを確実に分離することができると共に、気泡の接触による振動が大きくても中空糸膜を脱落させずに保持することができる。
【００２０】
本発明の一態様に係る濾過装置は、当該濾過モジュールと、この濾過モジュールを収容する濾過層と、上記濾過モジュールの下方に気泡を供給する気泡供給器とを備える。
【００２１】
当該濾過装置は、中空糸膜表面の洗浄効率に優れ、かつ優れた濾過能力を有する当該濾過モジュールを備え、気泡供給器によりエアースクラビングして中空糸膜を洗浄できるため、濾過能力が大きく、稼働率を高くすることができる。
【００２２】
ここで、「存在領域」とは、中空糸膜の引き揃え方向から見て全ての中空糸膜を包含する仮想凸多角形（全ての内角が１８０°未満である多角形）のうち最も面積の小さいものを意味する。「長方形」とは、縦と横とで長さが異なる方形であり、正方形を含まない。
中空糸膜の「平均有効長さ」とは、中空糸膜の保持部材間で露出する部分の長さの平均値を意味する。また、「充填面積率」とは、中空糸膜の外周面の内側の面積割合を意味し、中空糸膜の内腔の面積を含む占有率をいう。
【００２３】
［本発明の実施形態の詳細］
以下、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ詳説する。
【００２４】
［濾過モジュール］
図１の濾過モジュール１は、一方向に引き揃えられた状態で保持される複数本の中空糸膜２と、この複数本の中空糸膜２の両端部を固定する一対の保持部材、つまり上部保持部材３及び下部保持部材４とを備える。
【００２５】
＜中空糸膜＞
中空糸膜２は、水を透過させる一方、被処理液に含まれる粒子の透過を阻止する多孔性の膜を管状に成形したものである。
【００２６】
中空糸膜２としては、熱可塑性樹脂を主成分とするものを用いることができる。この熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリスチレン、ポリサルホン、ポリビニルアルコール、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等を挙げることができる。これらの中でも耐薬品性、耐熱性、耐候性、不燃性等に優れ、多孔質性であるＰＴＦＥが好ましく、１軸又は２軸延伸したＰＴＦＥがより好ましい。なお、中空糸膜の形成材料には、他のポリマー、潤滑剤などの添加剤等が適宜配合されていてもよい。
【００２７】
中空糸膜２は、図２に示すように上部保持部材３（及び下部保持部材４）での引き揃え方向と垂直方向における存在領域Ａが長方形状である。中空糸膜２は、好ましくは、この存在領域Ａの長辺方向及び短辺方向に行列状に配列される。
【００２８】
この存在領域Ａの長辺方向の平均長さＬａの短辺方向の平均長さＬｂに対する比（Ｌａ／Ｌｂ）の下限としては、１０であり、１５が好ましく、２０がより好ましい。一方、存在領域Ａの長辺方向の平均長さＬａの短辺方向の平均長さＬｂに対する比の上限としては、５０であり、４５が好ましく、４０がより好ましい。長辺方向の平均長さＬａの短辺方向の平均長さＬｂに対する比が上記下限に満たない場合、短辺方向の長さが大きくなり過ぎて中空糸膜の束の中心部まで気泡を供給できないおそれや、存在領域Ａの面積が小さくなり十分な濾過面積を得られない場合がある。逆に、存在領域Ａの長辺方向の平均長さＬａの短辺方向の平均長さＬｂに対する比が上記上限を超える場合、当該濾過モジュールが上記長辺方向に過度に長くなり、取り扱いが容易でなくなるおそれがある。
【００２９】
存在領域Ａの短辺方向の平均長さＬｂに対する中空糸膜２の平均有効長さＬｔの比（Ｌｔ／Ｌｂ）の下限としては、４０であり、５０が好ましく、６０がより好ましい。一方、存在領域Ａの短辺方向の平均長さＬｂに対する中空糸膜２の平均有効長さＬｔの比の上限としては、２００であり、１５０が好ましく、１２０がより好ましい。存在領域Ａの短辺方向の平均長さＬｂに対する中空糸膜２の平均有効長さＬｔの比が上記下限に満たない場合、中空糸膜２のたわみが過度に小さくなり、気泡の擦過による中空糸膜２の搖動が不足して、存在領域Ａの中央に位置する中空糸膜２まで気泡を供給できないおそれがある。逆に、存在領域Ａの短辺方向の平均長さＬｂに対する中空糸膜２の平均有効長さＬｔの比が上記上限を超える場合、中空糸膜２のたわみが過度に大きくなり中空糸膜２同士の絡み合い等により、濾過効率及び洗浄効率が低下するおそれがある。
【００３０】
存在領域Ａにおける中空糸膜２の充填面積率の下限としては、２０％が好ましく、３０％がより好ましい。一方、存在領域Ａにおける中空糸膜２の充填面積率の上限としては、６０％が好ましく、５５％がより好ましい。中空糸膜２の充填面積率が上記下限に満たない場合、単位面積あたりの中空糸膜２の本数が少なくなり、十分な濾過効率が得られないおそれがある。逆に、中空糸膜２の充填面積率が上記上限を超える場合、中空糸膜２間の隙間が過度に小さくなり、存在領域Ａの内側の中空糸膜２に気泡を供給できないおそれがある。
【００３１】
中空糸膜２の上記長辺方向の平均ピッチＰａは、上記短辺方向の平均ピッチＰｂよりも大きいことが好ましい。中空糸膜２の上記長辺方向の平均ピッチＰａの上記短辺方向の平均ピッチＰｂに対する比（Ｐａ／Ｐｂ）の下限としては、１．２が好ましく、１．５がより好ましい。一方、中空糸膜２の上記長辺方向の平均ピッチＰａの上記短辺方向の平均ピッチＰｂに対する比の上限としては、２．５が好ましく、２がより好ましい。中空糸膜２の上記長辺方向の平均ピッチＰａの上記短辺方向の平均ピッチＰｂに対する比が上記下限に満たない場合、中空糸膜２間の隙間に、存在領域Ａの短辺方向に十分に気泡を導入できないおそれがある。逆に、中空糸膜２の上記長辺方向の平均ピッチＰａの上記短辺方向の平均ピッチＰｂに対する比が上記上限を超える場合、上記長辺方向の中空糸膜２の密度が小さくなり、濾過能力が不十分となるおそれがある。
【００３２】
存在領域Ａにおいて短辺方向に配列される中空糸膜２の本数の下限としては、８本が好ましく、１２本がより好ましい。一方、短辺方向に配列される中空糸膜２の本数の上限としては、５０本が好ましく、４０本がより好ましい。短辺方向に配列される中空糸膜２の本数が上記下限に満たない場合、配設面積当たりの濾過面積を十分確保できないおそれがある。逆に、短辺方向に配列される中空糸膜２の本数が上記上限を超える場合、中空糸膜２の束の短辺方向中央部まで気泡を供給することが困難となり、十分な洗浄効果が得られないおそれがある。
【００３３】
中空糸膜２の平均外径に対する上記短辺方向の平均ピッチＰｂの比の下限としては、１が好ましい。一方、中空糸膜２の平均外径に対する上記短辺方向の平均ピッチＰｂの比の上限としては、１．５が好ましく、１．４がより好ましい。中空糸膜２の平均外径に対する上記短辺方向の平均ピッチＰｂの比が上記下限に満たない場合、中空糸膜２が径方向に押し潰された状態で配置されることになるので製造が困難となるおそれがある。逆に、中空糸膜２の平均外径に対する上記短辺方向の平均ピッチＰｂの比が上記上限を超える場合、上記長辺方向の中空糸膜２の密度が小さくなることによって濾過能力が不十分となるおそれがある。
【００３４】
中空糸膜２の平均外径の下限としては、１ｍｍであり、１．５ｍｍが好ましく、２ｍｍがより好ましい。一方、中空糸膜２の平均外径の上限としては、６ｍｍであり、５ｍｍが好ましく、４ｍｍがより好ましい。中空糸膜２の平均外径が上記下限に満たない場合、中空糸膜２の機械的強度が不十分となるおそれがある。逆に、中空糸膜２の平均外径が上記上限を超える場合、中空糸膜２の可撓性が不足することにより気泡の接触による中空糸膜２の振動乃至搖動が不十分となる。そして中空糸膜２間の隙間を拡げて気泡を存在領域Ａの内部に位置する中空糸膜２まで案内することができないおそれや、中空糸膜２の断面積に対する表面積の比が小さくなって濾過効率が低下するおそれがある。
【００３５】
中空糸膜２の平均内径の下限としては、０．３ｍｍが好ましく、０．５ｍｍがより好ましく、０．９ｍｍがさらに好ましい。一方、中空糸膜２の平均内径の上限としては、４ｍｍが好ましく、３ｍｍがより好ましい。中空糸膜２の平均内径が上記下限に満たない場合、中空糸膜２内の濾過済液を排出する時の圧損が大きくなるおそれがある。逆に、中空糸膜２の平均内径が上記上限を超える場合、中空糸膜２の厚さが小さくなって機械的強度及び不純物の透過阻止効果が不十分となるおそれがある。
【００３６】
中空糸膜２の平均外径に対する平均内径の比の下限としては、０．３が好ましく、０．４がより好ましい。一方、中空糸膜２の平均外径に対する平均内径の比の上限としては、０．８が好ましく、０．６がより好ましい。中空糸膜２の平均外径に対する平均内径の比が上記下限に満たない場合、中空糸膜２の厚さが必要以上に大きくなって中空糸膜２の透水性が低下するおそれがある。逆に、中空糸膜２の平均外径に対する平均内径の比が上記上限を超える場合、中空糸膜２の厚さが小さくなって機械的強度及び不純物の透過阻止効果が不十分となるおそれがある。
【００３７】
中空糸膜２の平均有効長さの下限としては、１ｍが好ましく、２ｍがより好ましい。一方、中空糸膜２の平均有効長さの上限としては、６ｍが好ましく、５ｍがより好ましい。
中空糸膜２の平均有効長さが上記下限に満たない場合、気泡の擦過による中空糸膜２の搖動が不十分となり、中空糸膜２間の隙間を拡げて存在領域内側に位置する中空糸膜２まで気泡を導入できないおそれがある。逆に、中空糸膜２の平均有効長さが上記上限を超える場合、中空糸膜２の自重によって中空糸膜２のたわみが大きくなり過ぎるおそれや、当該濾過モジュール１の設置時等における取り扱い性が低下するおそれがある。
【００３８】
中空糸膜２の平均外径に対する平均有効長さの比（アスペクト比）の下限としては、１５０が好ましく、１０００がより好ましい。一方、中空糸膜２のアスペクト比の上限としては、６０００が好ましく、５０００がより好ましい。中空糸膜２のアスペクト比が上記下限に満たない場合、中空糸膜２の束の短辺方向の厚さが大きくなり、中空糸膜２が搖動することにより中空糸膜２の束の内部に短辺方向に気泡を導入する効果が不十分となるおそれがある。逆に、中空糸膜２のアスペクト比が上記上限を超える場合、中空糸膜２が極度に細長となるため上下に張った際の機械的強度が低下するおそれがある。
【００３９】
中空糸膜２の気孔率の下限としては、７０％が好ましく、７５％がより好ましい。一方、中空糸膜２の気孔率の上限としては、９０％が好ましく、８５％がよりに好ましい。中空糸膜２の気孔率が上記下限に満たない場合、透水性が低下し、当該濾過モジュール１の濾過能力が低下するおそれがある。逆に、中空糸膜２の気孔率が上記上限を超える場合、中空糸膜２の機械的強度及び耐擦過性が不十分となるおそれがある。なお、気孔率とは、中空糸膜２の体積に対する空孔の総体積の割合をいい、ＡＳＴＭ−Ｄ−７９２に準拠して中空糸膜２の密度を測定することで求めることができる。
【００４０】
中空糸膜２の空孔の面積占有率の下限としては、４０％が好ましい。一方、中空糸膜２の空孔の面積占有率の上限としては、６０％が好ましい。空孔の面積占有率が上記下限に満たない場合、透水性が低下し、当該濾過モジュール１の濾過能力が低下するおそれがある。逆に、空孔の面積占有率が上記上限を超える場合、中空糸膜２の表面強度が不十分となり、気泡の擦過によって中空糸膜２の破損等が生じるおそれがある。なお、空孔の面積占有率とは、中空糸膜２の表面積に対する中空糸膜２の外周面（濾過層表面）における空孔の総面積の割合を意味し、中空糸膜２の外周面の電子顕微鏡写真を解析することで求めることができる。
【００４１】
中空糸膜２の空孔の平均径の下限としては、０．０１μｍが好ましい。一方、中空糸膜２の空孔の平均径の上限としては、０．４５μｍが好ましく、０．１μｍがより好ましい。中空糸膜２の空孔の平均径が上記下限に満たない場合、透水性が低下するおそれがある。逆に、中空糸膜２の空孔の平均径が上記上限を超える場合、被処理液に含まれる不純物の中空糸膜２内部への透過を阻止できないおそれがある。なお、空孔の平均径とは、中空糸膜２の外周面（濾過層表面）の空孔の平均径を意味し、細孔直径分布測定装置（例えばＰｏｒｏｕｓ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社の「多孔質材料自動細孔径分布測定システム」）により測定することができる。
【００４２】
中空糸膜２の引張強度の下限としては、５０Ｎが好ましく、６０Ｎがより好ましい。中空糸膜２の引張強度が上記下限に満たない場合、気泡による表面洗浄に対する耐久性が低下するおそれがある。一方、中空糸膜２の引張強度の上限は一般に１５０Ｎである。なお、引張強度とは、ＪＩＳ−Ｋ７１６１（１９９４）に準拠し、標線間距離１００ｍｍ、試験速度１００ｍｍ／ｍｉｎで引張試験を行った際の最大引張応力を意味する。
【００４３】
また、中空糸膜２は、多層構造とすることが好ましい。例えば、中空糸膜２は、図３に示すように、円筒状の支持層２ａと、この支持層２ａの表面に積層される濾過層２ｂとを有するものとされる。このように、中空糸膜２を多層構造とすることによって、透水性及び機械的強度を両立させ、さらに気泡による表面洗浄効果を効果的にすることができる。
【００４４】
上記支持層２ａ及び濾過層２ｂを形成する材料はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を主成分とするとよい。このように上記支持層２ａ及び濾過層２ｂの形成材料の主成分をＰＴＦＥとすることで、中空糸膜２は、機械的強度に優れ、気泡の擦過による中空糸膜表面の損傷等を受け難いものとなる。
【００４５】
支持層２ａ及び濾過層２ｂのＰＴＦＥの数平均分子量の下限としては、５０万が好ましく、２００万がより好ましい。一方、支持層２ａ及び濾過層２ｂのＰＴＦＥの数平均分子量の上限としては、２０００万が好ましい。ＰＴＦＥの数平均分子量が上記下限に満たない場合、気泡の擦過によって中空糸膜２の表面が損傷するおそれや、中空糸膜２の機械的強度が低下するおそれがある。逆に、ＰＴＦＥの数平均分子量が上記上限を超える場合、中空糸膜２の空孔の成形が困難になるおそれがある。
【００４６】
上記支持層２ａは、例えばＰＴＦＥを押出成形して得られるチューブを用いることができる。このように支持層２ａとして押出成形チューブを用いることで、支持層２ａに機械的強度を持たせることができると共に、空孔も容易に形成することができる。なお、このチューブは軸方向に５０％以上７００％以下、周方向に５％以上１００％以下の延伸率で延伸することが好ましい。
【００４７】
上記延伸における温度は、チューブ素材の融点以下、例えば０℃以上３００℃以下とすることが好ましい。比較的空孔の径が大きい多孔質体を得るには低温での延伸がよく、比較的空孔の径が小さい多孔質体を得るには高温での延伸がよい。延伸した多孔質体は、両端を固定し延伸した状態を保って２００℃以上３００℃以下の温度で例えば１分以上３０分以下熱処理することで高い寸法安定性が得られる。また、延伸温度や延伸率等の条件を組み合わせることにより、多孔質体の空孔のサイズを調整することができる。
【００４８】
支持層２ａを形成するチューブは、例えばＰＴＦＥファインパウダーにナフサ等の液状潤滑剤をブレンドし、押出成形等によりチューブ状とした後に延伸することで得ることができる。また、チューブをＰＴＦＥファインパウダーの融点以上の温度、例えば３５０℃以上５５０℃以下に保った加熱炉中で、数１０秒から数分程度保持し焼結することにより、寸法安定性を高めることができる。
【００４９】
支持層２ａの平均厚さとしては、０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下が好ましい。支持層２ａの平均厚さを上記範囲内とすることで、中空糸膜２に機械的強度及び透水性をバランスよく付与することができる。
【００５０】
上記濾過層２ｂは、例えばＰＴＦＥ製のシートを上記支持層２ａに巻き付けて焼結することで形成することができる。このように濾過層２ｂの形成材料としてシートを用いることで、延伸を容易に行うことができ、空孔の形状や大きさの調整が容易となると共に、濾過層２ｂの厚さを小さくすることができる。また、シートを巻き付けて焼結することで、支持層２ａと濾過層２ｂとが一体化され、両者の空孔を連通させて透水性を向上させることができる。この焼結温度としては、支持層２ａを形成するチューブと濾過層２ｂを形成するシートの融点以上が好ましい。
【００５１】
上記濾過層２ｂを形成するシートは、例えば（１）樹脂の押出により得られる未焼結成形体を融点以下の温度で延伸しその後焼結する方法、（２）焼結された樹脂成形体を徐冷し結晶化度を高めた後に延伸する方法等を用いることができる。なお、このシートは長手方向に５０％以上１０００％以下、短手方向に５０％以上２５００％以下の延伸率で延伸することが好ましい。特に短手方向の延伸率を上記範囲とすることで、シートを巻き付けた際に周方向の機械的強度を向上させることができ、気泡による表面洗浄に対する耐久性を向上させることができる。
【００５２】
また、支持層２ａを形成するチューブにシートを巻き付けることで濾過層２ｂを形成する場合、チューブの外周面に微細な凹凸を設けるとよい。このようにチューブの外周面に凹凸を設けることで、シートとの位置ずれを防止できると共に、チューブとシートとの密着性を向上させ、気泡による洗浄で支持層２ａから濾過層２ｂが剥離することを防止できる。なお、シートの巻き付け回数はシートの厚さによって調整することができ、１回又は複数回とすることができる。また、チューブに複数のシートを巻き付けてもよい。シートの巻き付け方法としては特に限定されず、チューブの円周方向に巻き付ける方法の他、らせん状に巻き付ける方法を用いてもよい。
【００５３】
上記微細な凹凸の大きさ（高低差）としては２０μｍ以上２００μｍ以下が好ましい。
上記微細な凹凸はチューブ外周面全体に形成されることが好ましいが、部分的又は断続的に形成されていてもよい。また、上記微細な凹凸をチューブ外周面に形成する方法としては、例えば火炎による表面処理、レーザー照射、プラズマ照射、フッ素系樹脂等のディスパージョン塗布等を挙げることができるが、チューブ性状に影響を与えず容易に凹凸を形成できる火炎による表面処理が好ましい。
【００５４】
また、チューブ及びシートとして未焼成のものを用い、シートを巻き付けた後に焼結することでこれらの密着性を高めてもよい。
【００５５】
濾過層２ｂの平均厚さとしては、５μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。濾過層２ｂの平均厚さを上記範囲内とすることで、中空糸膜２に容易かつ確実に高い濾過性能を付与することができる。
【００５６】
＜上部保持部材＞
上部保持部材３は、複数本の中空糸膜２の上端部を保持する部材であり、複数本の中空糸膜２の内腔と連通し、濾過済液を収集する排出部（集水ヘッダ）を有する。この排出部には排出管が接続され、複数本の中空糸膜２の内部に浸透した濾過済液を排出する。上部保持部材３の外形は特に限定されず、断面形状は例えば多角形状、円形状等とすることができる。
【００５７】
上部保持部材３は、図４に示すように、下方が開放され、下側から複数本の中空糸膜２の上端部分が挿入される中空ケーシング３ａを有する。そして、上部保持部材３は、中空ケーシング３ａの側壁内面と中空糸膜２の外周面との間に、上記排出部を形成する内部空間を残すように樹脂組成物３ｂが充填されている。より詳しくは、複数本の中空糸膜２の上端部分を予め樹脂組成物３ｂによって接着した束が中空ケーシング３ａに挿入され、樹脂組成物３ｂの間及び樹脂組成物３ｂと中空ケーシング３ａの内壁との間へのさらなる樹脂組成物３ｂの充填により、中空糸膜２が中空ケーシング３ａに対して固定されている。
上記中空糸膜２の束は、複数に分けて形成されてもよい。
【００５８】
中空ケーシング３ａの材質としては、例えばＰＴＦＥ、塩化ビニル、ポリエチレン、ＡＢＳ樹脂等を主成分とする樹脂組成物が挙げられる。
【００５９】
樹脂組成物３ｂとしては、中空糸膜２及び中空ケーシング３ａに対して高い接着性を有し、中空ケーシング３ａ内で硬化できるものであればよい。特に中空糸膜２としてＰＴＦＥ製のものを使用する場合、樹脂組成物３ｂの主成分としては、ＰＴＦＥに対して高い接着性を有し、中空糸膜２の脱落を確実に防止できるエポキシ樹脂及びウレタン樹脂が好ましい。中空ケーシング３ａに樹脂組成物３ｂを充填することにより、中空糸膜２と中空ケーシング３ａの側壁との間の空間を気密に封止することができる。その結果、上部保持部材３内の排出部と中空糸膜２の外側とを確実に区分することができ、濾過された濾過済液に濾過されていない被処理液が混入することを防止できる。
【００６０】
樹脂組成物３ｂの中空糸膜２の引き揃え方向の平均充填厚さの下限としては、２０ｍｍが好ましく、３０ｍｍがより好ましい。一方、樹脂組成物３ｂの平均充填厚さの上限としては、６０ｍｍが好ましく、５０ｍｍがより好ましい。上記樹脂組成物３ｂの平均充填厚さが上記下限未満の場合、中空糸膜２と中空ケーシング３ａの側壁との間を十分に封止できないおそれや、樹脂組成物３ｂの層から中空糸膜２が抜け落ちるおそれがある。逆に、上記樹脂組成物３ｂの平均充填厚さが上記上限を超える場合、上部保持部材３が不必要に大型化及び重量化するおそれがある。
【００６１】
下部保持部材４は、複数本の中空糸膜２の下端部を保持する部材である。下部保持部材４は、上部保持部材３と同様の構成としてもよく、中空糸膜２の下端部を封止する排出部を有しない構成としてもよい。この下部保持部材４の材質としては、上部保持部材３と同様とすることができる。
【００６２】
また、下部保持部材４は、１本の中空糸膜２をＵ字状に湾曲させて折り返す構成としてもよい。この場合、上部保持部材３は、中空糸膜２の両端を保持する。
【００６３】
また、当該濾過モジュール１の取り扱い（運搬、設置、交換等）を容易にするために、上部保持部材３と下部保持部材４とは連結部材で連結してもよい。この連結部材としては、例えば金属製の支持棒や、樹脂製のケーシング（外筒）等を用いることができる。
【００６４】
［利点］
当該濾過モジュール１は、一方向に引き揃えられた状態で保持される複数本の中空糸膜２と、この複数本の中空糸膜２の両端部を固定する一対の保持部材である上部保持部材３，下部保持部材４とを備える。また、当該濾過モジュール１は、上部保持部材３，下部保持部材４での引き揃え方向と垂直方向における複数本の中空糸膜２の存在領域Ａが長方形状であり、この存在領域Ａの長辺方向の平均長さＬａの短辺方向の平均長さＬｂに対する比が１５以上５０以下であり、中空糸膜２の平均外径が１ｍｍ以上６ｍｍ以下であり、存在領域Ａの長辺方向の平均長さＬｂに対する中空糸膜２の上部保持部材３，下部保持部材４間の平均有効長さＬｔの比が４０以上２００以下である。このため、当該濾過モジュール１は、存在領域Ａにおける中空糸膜２の充填面積率を大きくして濾過面積を大きくしても、短辺方向の平均長さＬｂが小さく、かつ中空糸膜２の平均有効長さＬｔが大きいので、気泡によって中空糸膜２がたわむように搖動して隙間を拡大し、中空糸膜２の束の内部まで気泡を供給して、大きなエアースクラビング効果を得ることができる。従って、当該濾過モジュール１は、中空糸膜２の表面の洗浄効率に優れ、かつ優れた濾過能力を有する。
【００６５】
［濾過装置］
続いて、図１の当該濾過モジュール１を備える濾過装置について説明する。
【００６６】
図５の濾過装置は、複数の当該濾過モジュール１と、この複数の濾過モジュール１を収容する濾過槽１１と、濾過モジュール１の下方に気泡を供給する気泡供給器１２とを備える。また、当該濾過装置は、各濾過モジュール１の排出部に接続される排出管１３を介して中空糸膜２によって濾過された処理済液を吸引する吸引ポンプ１４を備える。
【００６７】
濾過装置において、複数の濾過モジュール１は、短辺方向に間隔を空けて並べて配置される。つまり、図５は、濾過装置を濾過モジュール１の長辺方向から見た図である。
【００６８】
＜濾過槽＞
濾過槽１１は、濾過モジュール１が浸漬されるよう、被処理液を貯留する。
【００６９】
この濾過槽１１内には、濾過モジュール１及び気泡供給器１２を支持するために、金属等で形成されるフレームが配置されてもよい。濾過槽１１の材質としては、例えば樹脂、金属、コンクリート等を用いることができる。
【００７０】
＜気泡供給器＞
気泡供給器１２は、上記濾過モジュール１の下方から、中空糸膜２の表面を洗浄する気泡Ｂを供給する。この気泡Ｂは、中空糸膜２の表面を擦過しながら上昇することで中空糸膜２の表面を洗浄する。
【００７１】
気泡供給器１２は上記濾過モジュール１と共に被処理液を貯留した濾過槽１１に浸漬されており、圧縮機等から給気管（図示せず）を通して供給される気体を連続又は間欠的に吐出することで気泡Ｂを供給する。
【００７２】
このような気泡供給器１２としては特に限定されず、公知の散気装置を用いることができる。散気装置としては、例えば樹脂又はセラミックス製の板又は管に多数の空孔を形成した多孔板又は多孔管を用いた散気装置、ディフューザーやスパージャーなどから気体を噴射する噴射流式散気装置、間欠的に気泡を噴射する間欠気泡噴射式散気装置、水流に気泡を混合して噴射するバブリングジェットノズル等を挙げることができる。
【００７３】
間欠気泡噴射式散気装置としては、圧縮機等から給気管（図示せず）を通して連続的に供給される気体を内部に貯留し、一定体積になった気体を間欠的に吐出することで気泡を供給する装置と、供給される気泡を細分化するメッシュ等の部材との組み合わせが挙げられる。
【００７４】
なお、気泡供給器１２から供給する気泡を形成する気体としては不活性のものであれば特に限定されないが、ランニングコストの観点から空気を用いることが好ましい。
【００７５】
［利点］
当該濾過装置は、当該濾過モジュール１と、この濾過モジュール１を収容する濾過槽１１と、当該濾過モジュール１の下方に気泡を供給する気泡供給器１２とを備えるので、濾過槽１１に貯留した被処理液を濾過モジュール１により濾過することができる。また、気泡供給器１２によって濾過モジュール１に気泡が供給されるので、当該濾過モジュール１の中空糸膜２がエアースクラビングされて濾過能力を維持する。特に、当該濾過モジュール１は、上述のように気泡による洗浄効果が高いため、濾過能力が大きく、稼働率を高くすることもできる。
【００７６】
［その他の実施形態］
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【００７７】
当該濾過モジュールは、上述の浸漬吸引方式の濾過装置だけでなく、例えば加圧クロスフロー方式の濾過装置等の多様な濾過装置に適用できる。
【００７８】
当該濾過モジュールにおいて、上部保持部材が中空糸膜を封止し、下部保持部材が排出部を有してもよい。
【００７９】
当該濾過装置において、濾過モジュールの数は１以上の任意の数とすることができる。
当該濾過装置が複数の濾過モジュールを備える場合、それぞれの濾過モジュールの下方に対応する気泡供給器を１つずつ配設してもよいし、複数の濾過モジュールに気泡を供給可能な気泡供給器を配設してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
当該濾過モジュール及び当該濾過装置は、固液分離処理装置として種々の分野で好適に用いることができる。
【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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【国際調査報告】
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