(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の中空糸膜が束ねられた中空糸膜束と、中空のハウジングとを有し、
中空糸膜束が、その少なくとも一方の端部がハウジングの挿入孔からハウジング内に挿入された状態で固定用樹脂によってハウジングに固定されており、
固定用樹脂を堰き止める堰き止め部材が、ハウジング内の中空部に位置する中空糸膜束に設けられていることを特徴とする中空糸膜モジュール。
【請求項２】
前記堰き止め部材が、中空糸膜束の各中空糸膜を拘束する糸条であることを特徴とする請求項１記載の中空糸膜モジュール。
【請求項３】
複数本の中空糸膜が束ねられた中空糸膜束の少なくとも一方の端部を、中空のハウジングの挿入孔からハウジング内に挿入し、ハウジングの挿入孔に固定用樹脂を注入してハウジングに中空糸膜束を固定する中空糸膜モジュールの製造方法において、
固定用樹脂を堰き止める堰き止め部材を、中空糸膜束をハウジングの挿入孔からハウジング内に挿入した際に中空糸膜の開口端部からハウジングの挿入孔の開口部までの間に堰き止め部材が位置するように、中空糸膜束にあらかじめ設けておくことを特徴する中空糸膜モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記堰き止め部材が、中空糸膜束の各中空糸膜を拘束する糸条であることを特徴とする請求項３記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
【請求項５】
請求項１または請求項２記載の中空糸膜モジュールの複数個と、内部に濾液を導く集水路を有する集水ヘッダーとを具備してなり、
中空糸膜モジュールが、中空糸膜モジュールのハウジング内部と集水ヘッダー内部の集水路とが連通するように、集水ヘッダーに接続、固定されていることを特徴とする中空糸膜モジュールユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体のろ過を行う中空糸膜モジュール、これを用いた中空糸膜モジュールユニットおよび中空糸膜モジュールの製造方法に関し、詳しくは、汚濁性（殊に有機物の汚濁物質による）の高い液体をろ過するのに適した中空糸膜モジュール、これを用いた中空糸膜モジュールユニットおよび中空糸膜モジュールの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、中空糸膜モジュールは、無菌水、飲料水、高度純水の製造、空気の浄化等の数多くの用途で使用されてきた。これらの用途に加えて、近年では、下水処理場における２次処理、３次処理や、浄化槽における固液分離、産業廃水中のＳＳ（懸濁物質）の固液分離など、高汚濁性水の処理用途に用いられるようになっている。
【０００３】
高汚濁性水濾過の用途に好適に用いられる中空糸膜モジュールとしては、特開平５−２６１２５３号公報、特開平６−３４２号公報、特開平６−３４０号公報等に開示されているような、矩形のハウジング内部にシート状の中空糸膜束の端部を収容し、固定用樹脂を用いて固定してなる中空糸膜モジュールが提案されている。
これら中空糸膜モジュールの製造は、ハウジング内に固定用樹脂を注入して、中空糸膜束の端部を固定用樹脂により固定した後、該中空糸膜の端部が開口するように固定用樹脂の一部をカットすることにより行われる。
【０００４】
また、固定用樹脂の一部をカットする工程を必要としない製造方法としては、複数本の中空糸膜が束ねられた中空糸膜束の端部を、ハウジングの側壁に形成された比較的幅の狭いスリット状の挿入孔に挿入し、該挿入孔に液状の樹脂を注入してハウジングに中空糸膜束を固定する方法が知られている。
このような製造方法においては、固定用樹脂のハウジング内部への流入による中空糸膜の開口端部の閉塞を防止することにより、得られる中空糸膜モジュールおよび該モジュールを用いた中空糸膜モジュールユニットの濾過性能を発現することが可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した中空糸膜モジュールの製造方法においては、固定用樹脂がハウジング内部に流入して中空糸膜端部に到達することに起因する中空糸膜の開口端部の閉塞を積極的に防止する方策はとられていない。そのため、固定用樹脂がハウジング内部に流入し、中空糸膜の開口端部を閉塞させた場合、中空糸膜モジュールの濾過性能を低下させるおそれがあった。
【０００６】
よって、本発明の目的は、中空糸膜の開口端部が固定用樹脂で閉塞して濾過性能を低下させることがない中空糸膜モジュール、固定用樹脂がハウジング内部に流入しても中空糸膜の開口端部を閉塞させることがない中空糸膜モジュールの製造方法、およびこの中空糸膜モジュールを用いた中空糸膜モジュールユニットを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の中空糸膜モジュールは、複数本の中空糸膜が束ねられた中空糸膜束と、中空のハウジングとを有し、中空糸膜束が、その少なくとも一方の端部がハウジング内の中空部に挿入された状態で固定用樹脂によってハウジングに固定されており、固定用樹脂を堰き止める堰き止め部材が、ハウジング内の中空部に位置する中空糸膜束に設けられていることを特徴とする。
また、前記堰き止め部材は、中空糸膜束の各中空糸膜を拘束する糸条であることが望ましい。
【０００８】
また、本発明の複数本の中空糸膜モジュールの製造方法は、中空糸膜が束ねられた中空糸膜束の少なくとも一方の端部を、中空のハウジングの挿入孔からハウジング内に挿入し、ハウジングの挿入孔に固定用樹脂を注入してハウジングに中空糸膜束を固定する中空糸膜モジュールの製造方法において、固定用樹脂を堰き止める堰き止め部材を、中空糸膜束をハウジングの挿入孔からハウジング内に挿入した際に中空糸膜の開口端部からハウジングの挿入孔の開口部までの間に堰き止め部材が位置するように、中空糸膜束にあらかじめ設けておくことを特徴する。
また、前記堰き止め部材は、中空糸膜束の各中空糸膜を拘束する糸条であることが望ましい。
【０００９】
また、本発明の中空糸膜モジュールユニットは、本発明の中空糸膜モジュールの複数個と、内部に濾液を導く集水路を有する集水ヘッダーとを具備してなり、中空糸膜モジュールが、中空糸膜モジュールのハウジング内部と集水ヘッダー内部の集水路とが連通するように、集水ヘッダーに接続、固定されていることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の中空糸膜モジュール、その製造方法、および中空糸膜モジュールユニットについて詳細に説明する。
図１は、本発明の中空糸膜モジュールの一例を示す斜視図であり、図２および図３は、図１の中空糸膜モジュールにおける中空糸膜束の固定部分の断面図である。
この中空糸膜モジュール１は、ハウジング２と、複数本の中空糸膜３が糸条１１（堰き止め部材）によってシート状に束ねられた中空糸膜束４とを有して概略構成されるものであり、中空糸膜束４が、その両端部がハウジング２内に挿入された状態で固定用樹脂５によってハウジング２に固定されたものである。
【００１１】
ハウジング２は、内部に内部路６（中空部）が形成された断面Ｕ字形の筒状体である。すなわち、ハウジング２をこのような断面Ｕ字形の筒状とすることは、中空糸膜モジュール１を複数枚積層してユニット化する際に、ハウジング２間の距離を適正範囲内に一定に保持することを可能とし、集積率を高くすることができる。なお、本発明におけるハウジングの形状は、同様の性能を有するものであれば、図示例のものに限定されるものではない。
【００１２】
ハウジング２の少なくとも一端には、内部路６に連通し、外部に開口した接続口７が設けられている。
また、ハウジング２の側面には、中空糸膜束４の端部を内部路６に収納するための挿入口となるスリット状の挿入孔８が形成され、この挿入孔８の周囲を囲むように、固定用樹脂５の垂れ防止のための堰９がハウジング２と一体になって形成されている。そして、この堰９に囲まれた部分が、固定用樹脂５を注入するための樹脂注入部１０となっている。
【００１３】
ハウジング２の材質としては、機械的強度および耐久性を有するものであればよく、例えば、ポリカーボネート、ポリスルフォン、ポリオレフィン、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、変性ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）等を用いることができる。使用後に焼却処理が必要な場合には、燃焼により有毒ガスを出さずに、完全燃焼させることのできるポリオレフィン等の炭化水素系の樹脂を材質とするのが好ましい。
【００１４】
ハウジング２の堰９の高さは、注入される固定用樹脂５が中空糸膜モジュール１に求められる耐圧性、中空糸膜束４の固定部の安定性を満足できる程度の厚みを形成できる範囲であればよく、特に限定されないが、例えば１〜５０ｍｍの範囲内とされる。
【００１５】
ハウジング２に設けられた挿入孔８のスリットの幅は、ハウジング２の外側から中空糸膜束４を挿入でき、かつ中空糸膜３が潰れない程度の圧着力で中空糸膜３を保持できる幅であることが望ましい。挿入孔８の最適なスリット幅は、当然、使用される中空糸膜３の外径によって異なり、特に限定はされないが、例えば、０．３〜５ｍｍの範囲内とされる。
【００１６】
中空糸膜３としては、種々のものが使用でき、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、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）系、ポリスルフォン系など、各種材料からなる中空糸膜が使用可能である。中でも、ポリエチレン等の強伸度の高い材質からなる中空糸膜を用いることは好ましい。
なお、濾過膜として使用可能な中空糸膜であれば、その孔径、空孔率、膜厚、外径等は、特に限定されるものではないが、例えば、その外径は２０〜２０００μｍ、孔径は０．０１〜１μｍ、空孔率は２０〜９０％、膜厚は５〜３００μｍの範囲であり、これらは用途に応じ適宜選定されることが好ましい。
【００１７】
中空糸膜束４としては、中空糸膜３を単にひき揃えたものが好ましく、中空糸膜３を緯糸として用いて編み地としたもの、またはこの編み地を複数枚積層して積層体としたものが中空糸膜モジュール１の加工性の面からさらに好ましい。
ここでいう編み地を複数枚積層した中空糸膜束は、編み地を切断せずに適当な長さに折り畳み重ねた形態でもよい。これら編み地の積層枚数は、編み地の厚さ、すなわち中空糸膜３の太さや編み地を編成する際の中空糸膜３の合糸本数により選定することが好ましく、作業性の面から１〜５枚の範囲が好ましい。
【００１８】
糸条１１は、図２および図３に示されるように、中空糸膜３の開口端部１２からハウジング２の挿入孔８の開口部１３までの間の所定の位置、すなわち中空糸膜束４がハウジング２内の内部路６に露出している位置でチェーンステッチ（鎖編み）により各中空糸膜３を拘束するものである。また、この糸条１１は、中空糸膜モジュール１を製造する際に、挿入孔８に注入される液状の固定用樹脂５が中空糸膜３の開口端部１２に流れ着かないように、液状の固定用樹脂５を堰き止めるものである。この糸条１１は、ハウジング内部に流入した固定用樹脂の偏在を防止するという点で、挿入孔８の開口部１３に対して略平行になるように設けることが好ましい。
【００１９】
図示例では、固定用樹脂の堰き止め部材として糸条を用いているが、この他に、テープ、樹脂、蝋など液状の樹脂を堰き止める効果を有するものを用いることができる。中でも、中空糸膜束４を形成する際の拘束糸条と兼用できることから、糸条を用いることが好ましい。
【００２０】
糸条１１を構成する繊維の種類としては、ポリエステル繊維など耐水性を有する合成繊維製のマルチフィラメント糸や紡績糸を用いることができ、使用条件などにより適宜選択することが望ましい。糸条の最適な本数は、中空糸膜の洗浄時等における振動等の負荷よって異なり、特に限定はされないが、例えば、２〜５本の範囲内とされる。
【００２１】
固定用樹脂５としては、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、シリコーン系充填材、各種ホットメルト樹脂等を用いることができ、適宜選定することが可能である。また、固定前における液状の固定用樹脂５の粘度も、特に限定はされないが、所定量がハウジング２の樹脂注入部１０に留まり、かつ中空糸膜間の含浸が良好な範囲としては５００〜５０００ｍＰａ・ｓが好ましく、より好ましくは２０００〜３０００ｍＰａ・ｓの範囲である。
【００２２】
該固定用樹脂５は、幅の狭い挿入孔８と、幅の広い樹脂注入部１０に形成されることによって、その断面は凸字状となっている。固定用樹脂５の断面をこのような凸字状とすることで、中空糸膜３がハウジング２に接触することによる外傷の発生を防止することを可能とする。
【００２３】
このような中空糸膜モジュール１にあっては、ハウジング２内の内部路６に位置する中空糸膜束４に、固定用樹脂５を堰き止める糸条１１が設けられているので、中空糸膜モジュール１の製造の際に、液状の固定用樹脂５が中空糸膜３の開口端部１２に到達することがなく、中空糸膜３の開口端部１２が固定用樹脂５で閉塞して濾過性能が低下することがない。
【００２４】
次に、中空糸膜モジュール１の製造方法について説明する。
まず、複数の中空糸膜３を糸条１１（堰き止め部材）によってシート状に束ねて、中空糸膜束４を作製する。この際、糸条１１は、中空糸膜束４をハウジング２の挿入孔８に挿入した際、中空糸膜３の開口端部１２からハウジング２の挿入孔８の開口部１３までの間に位置するように、かつ開口端部１２に対して略平行になるように、中空糸膜束４に設けられる。
また、中空糸膜束４を構成している各中空糸膜３の端部をあらかじめカットして開口させておく。
【００２５】
中空糸膜３の端部がカットされた中空糸膜束４の端部を、ハウジング２の挿入孔８からハウジング２内に、中空糸膜３の開口端部１２がハウジング２の内部路６に位置するように挿入する。ここで、挿入孔８のスリット幅がせまく中空糸膜束４を挿入しにくい場合には、挿入時に挿入孔８を広げる手段を併用してもよい。
【００２６】
次いで、中空糸膜３の端部の開口状態を保ったまま、液状の固定用樹脂５をハウジング２の外側から挿入孔８およびその周辺の樹脂注入部１０に充填し、これを固化させて、中空糸膜束４をハウジング２に固定し、中空糸膜モジュール１を得る。
【００２７】
このような中空糸膜モジュール１の製造方法によれば、固定用樹脂５を堰き止める糸条１１を、中空糸膜束４をハウジング２の挿入孔８に挿入した際に中空糸膜３の開口端部１２からハウジング２の挿入孔８の開口部１３までの間に糸条１１が位置するように、中空糸膜束４にあらかじめ設けているので、液状の固定用樹脂５がハウジング２内部に流入しても、固定用樹脂５が中空糸膜３の開口端部１２に到達することがない。そのため、中空糸膜３の開口端部１２が固定用樹脂５で閉塞することがなく、得られる中空糸膜モジュール１の濾過性能を低下させることもない。
【００２８】
図４は、本発明の中空糸膜モジュールユニットの一例を示したものである。中空糸膜モジュールユニット２０は、上述の中空糸膜モジュール１を複数個配置し、これらのハウジング２が集水ヘッダー２１によって連接されることによって一体化してなるものである。
【００２９】
図５は、上記中空糸膜モジュールユニット２０の集水ヘッダー２１の一例を示したものである。集水ヘッダー２１は、中空糸膜モジュール１,１・・・の内部路６の接続口７と連結するための複数の連設孔２２を有し、その内部に濾液を通す集水路２３を有する角筒状のもので、その連設孔２２において複数個の中空糸膜モジュール１,１・・・に連接するとともに、それらを固定一体化している。また、上記集水路２３は集水ヘッダー２１の外部に連絡し、吸水ポンプ（図示略）と接続している。
なお、集水ヘッダー２１形状としては、中空糸膜モジュール１を複数個まとめて簡易に接続し、固定できるマニホールドタイプのものが好ましが、中空糸膜モジュール１,１・・・から濾液が取り出せる構造であれば特に限定されない。
【００３０】
また、図４に示す中空糸膜モジュールユニット２０は、各中空糸膜モジュール１,１・・・のハウジング２の片端部を集水ヘッダー２１により一体化したものであるが、ハウジング２の両端部を集水ヘッダー２１により固定するものであってもよい。
このような中空糸膜モジュールユニット２０にあっては、上述の中空糸膜モジュール１を複数個配置し、集水ヘッダー２１により積層、一体化させたものであるので、集積率を高く設計できると共に、簡便に中空糸膜モジュールの交換を行うことができる。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明を実施例を示して詳しく説明する。
（実施例１）
図１に示すような、中空糸膜モジュールを作製した。
中空糸膜モジュールの製造方法は以下の通りである。
まず、１インチあたり９６本の割合で中空糸膜が配置され、各中空糸膜の開口端部から２ｍｍの位置で、堰き止め部材である拘束糸条により一体化された中空糸膜束を用意した。中空糸膜の端部はあらかじめ開口されているものを使用した。また、用いた中空糸膜は、三菱レイヨン（株）製ポリエチレン中空糸膜（分画性能０．１μｍ、外径４１０μｍ）であり、拘束糸条は三菱レイヨン（株）製ポリエステル糸（１５０デニール、７５フィラメント）であった。
【００３２】
この中空糸膜束を、スリット幅が１ｍｍ、全長が６００ｍｍのスリットパイプ（ハウジング）の挿入孔からハウジング内に挿入した。このとき、中空糸膜の開口端部から挿入孔の開口部までの中空糸膜の長さが１０ｍｍとなるように、中空糸膜束を挿入した。ついで、スリットパイプの両端部を、一方は通水可能とした状態でキャップ状物で封止した。
ついで、液状の固定用樹脂（二液硬化型ウレタン樹脂）を高さが５ｍｍになるように挿入孔およびその周辺の樹脂注入部に注入し、中空糸膜モジュールを得た。
５０本のサンプルを作製した後、ハウジングを長手方向に沿って切断し、中空糸膜の開口端部の状態を確認した。固定用樹脂が中空糸膜の開口端部に到達したサンプルは１本もなかった。
【００３３】
（比較例１）
中空糸膜束に堰き止め部材を設けないこと以外は、実施例１と同様にして５０本の中空糸膜モジュールのサンプルを得た。
これらについて同様に、中空糸膜の開口端部の状態を確認した。固定用樹脂が中空糸膜の開口端部に到達したサンプルが５０本中１６本あった。これら１６本のサンプルについて、中空糸膜の開口端部を（株）ニコン製光学顕微鏡（ＳＭＺ−２Ｔ）にて観察したところ、全てのサンプルで固定用樹脂による中空糸膜の海王端部の閉塞が確認された。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の中空糸膜モジュールは、ハウジング内の中空部に位置する中空糸膜束に、固定用樹脂を堰き止める堰き止め部材が設けられているので、中空糸膜の開口端部が固定用樹脂で閉塞して濾過性能を低下させることがない。
また、前記堰き止め部材が、中空糸膜束の各中空糸膜を拘束する糸条であれば、中空糸膜束を形成する際の拘束糸条と兼用が可能となる。
【００３５】
また、本発明の複数本の中空糸膜モジュールの製造方法は、中空糸膜が束ねられた中空糸膜束の少なくとも一方の端部を、中空のハウジングの挿入孔からハウジング内に挿入し、ハウジングの挿入孔に固定用樹脂を注入してハウジングに中空糸膜束を固定する中空糸膜モジュールの製造方法において、固定用樹脂を堰き止める堰き止め部材を、中空糸膜束をハウジングの挿入孔からハウジング内に挿入した際に中空糸膜の開口端部からハウジングの挿入孔の開口部までの間に堰き止め部材が位置するように、中空糸膜束にあらかじめ設けておくので、固定用樹脂がハウジング内部に流入しても中空糸膜の開口端部を閉塞させることがない。
【００３６】
また、本発明の中空糸膜モジュールユニットは、本発明の中空糸膜モジュールの複数個と、内部に濾液を導く集水路を有する集水ヘッダーとを具備してなり、中空糸膜モジュールが、中空糸膜モジュールのハウジング内部と集水ヘッダー内部の集水路とが連通するように、集水ヘッダーに接続、固定されているので、濾過性能に優れ、さらに、集積率を高く設計できると共に、簡便に中空糸膜モジュールの交換を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の中空糸膜モジュールの一例を示す斜視図である。
【図２】  図１の中空糸膜モジュールにおける中空糸膜束固定部分の断面図である。
【図３】  図２の中空糸膜モジュールのIII-III断面図である。
【図４】  本発明の中空糸膜モジュールユニットの一例を示す斜視図である。
【図５】  図４の中空糸膜モジュールユニットに用いられる集水ヘッダーを示す斜視図である。
【符号の説明】
１  中空糸膜モジュール
２  ハウジング
３  中空糸膜
４  中空糸膜束
５  固定用樹脂
６  内部路（中空部）
８  挿入孔
１１  糸条（堰き止め部材）
１２  開口端部
１３  開口部
２０  中空糸膜モジュールユニット
２１  集水ヘッダー
２３  集水路
【図１】
0004498557.tif 000002
【図２】
0004498557.tif 000003
【図３】
0004498557.tif 000004
【図４】
0004498557.tif 000005
【図５】
0004498557.tif 000006