(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体分離用の中空糸型選択透過性膜を複数の噴出口を設けた芯管を中心に巻角度５０〜６０°にて捲き上げ、一方の端部がチューブシートリングを設けた中空糸開口面、他方の端部が樹脂による閉塞面にて構成される膜素子において、中央部に設置される芯管が複数の噴出口と空間保持作用を持つリブ付き第１芯管と、リブ最外周に多孔性管からなる第２芯管を設けることでリブ付き第１芯管と第２芯管との間隙を一定間隔で保持できる２重構造として構成される芯管を使用したことを特徴とする中空糸型選択透過性膜素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は中空糸型選択透過性膜を利用した液体分離用中空糸型選択透過性膜素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液体分離用の膜素子には中空糸型と平膜型がある。形状に関わらず共に原水中の濁質成分濃度は各製品での許容値以下に調整した供給液を膜素子に供給しなければ、膜素子内でのファウリングやスケーリングや堆積等が発生し流路閉塞や膜表面濃度更新不良を発生させ性能低下を引き起こしてしまう。
【０００３】
中空糸膜を使用する液体分離用膜素子には簾状、平行糸集束体、芯管捲上体などの形状がある。特開平11-104466 では中空糸膜をシート状に形成した膜素子が開示されており、この膜素子を被処理液に浸漬して液体処理を行うことで中空糸膜間に濁質が堆積しにくくなっている。また特開平10-192661 では中空糸膜を平行糸集束体に形成した膜素子が開示されており、膜素子内への濁質成分の堆積を抑え、長期に渡る圧力損失上昇や流量低下を抑えることを目的としている。上記のように濁質成分の堆積を抑制し排除しやすい膜素子形状については既に開示されているが、膜素子中心に芯管を配置した芯管捲上体においては濁質成分の堆積や排除に対する改善された構造は提案されていない。
【０００４】
芯管捲上体形状の膜素子には供給液を中空糸膜束に均一に供給するために複数の噴出口を有した芯管が膜素子中心部に設置されており、単位容積当りの性能を効率良く発現させることを目的とした膜素子形状である。しかしながら濁質成分を含んだ供給液が供給された場合、膜素子への濁質成分の蓄積や中空糸膜間間隙の閉塞が発生してしまう問題がある。
【０００５】
芯管捲上体形状の膜素子において、濁質成分付着対策は順流フラッシング洗浄が一般的である。ここでフラッシング洗浄とは液体分離させない程度の圧力にて膜素子内に清浄水を順流供給させ水流の力にて濁質成分を排除させるものである。しかしながら濁質成分を含んだ被処理液が供給された膜素子では濁質成分の急激な堆積が発生し芯管噴出口の閉塞を引き起こし分離性能を低下させてしまいフラッシング洗浄の効果が上がらない問題がある。このように膜素子洗浄方法だけでは濁質成分排除に限界があり、芯管捲上体形状の膜素子における耐濁質構造への改善が必要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、中空糸型選択透過性膜素子の芯管を複数の噴出口を設けた第１芯管と多孔性管からなる第２芯管の間隙に空間保持材を設けた２重構造の芯管を使用することで膜素子中空糸束への濁質成分の堆積を防止しかつ洗浄による排出が容易な中空糸膜素子を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下のものである。
液体分離用の中空糸型選択透過性膜を複数の噴出口を設けた芯管を中心に巻角度５０〜６０°にて捲き上げ、一方の端部がチューブシートリングを設けた中空糸開口面、他方の端部が樹脂による閉塞面にて構成される膜素子において、中央部に設置される芯管が複数の噴出口と空間保持作用を持つリブ付き第１芯管と、リブ最外周に多孔性管からなる第２芯管を設けることでリブ付き第１芯管と第２芯管との間隙を一定間隔で保持できる２重構造として構成される芯管を使用したことを特徴とする中空糸型選択透過性膜素子。
【０００８】
【作用】
芯管捲上体形状の液体分離用中空糸型膜素子において、一般的に内部に設置された芯管より均一に被処理液が中空糸膜束へと供給されるのだが、濁質成分を含んだ被処理液が膜素子に供給されると芯管での噴出口近傍の中空糸膜束に濁質成分が付着し最終的には中空糸膜束にまで付着する。そのため中空糸膜間隙へは部分的に閉塞状態が発生し流路阻害のため膜素子内で圧力損失が増大する。中空糸膜間隙に堆積した濁質成分は順流フラッシング洗浄方法や供給液流れを逆にした逆流フラッシング洗浄方法では排除することは極めて困難である。また中空糸型限外濾過膜や精密濾過膜の様に中空糸内径が大きなものであれば中空糸膜内部からの逆洗にて膜外表面での付着物排除には大きな効果が期待されるが、液体分離用中空糸型膜のうち特に淡水化用途中空糸膜においては内径が７０μｍ以下と極めて小さいため中空糸内部への逆洗水注入に困難をきたし逆洗での効果は期待できない。
【０００９】
芯管捲上体形状の膜素子における濁質成分付着状況を確認すると、最も多く濁質成分が付着している部位は芯管噴出口近傍の中空糸膜束であった。噴出口は直径が5mm 〜10mm程度のものであるが、その噴出口が濁質成分付着による堆積によって閉塞状態に陥ると急激に分離性能が低下してしまう。そこで噴出口を従来直径よりも大きくするか、又は濁質成分に最初に接触する面積を大きくさせ均一に濁質成分を補足させることで急激な性能低下が抑えられることを見出した。また更に従来からの洗浄方法である逆流フラッシング洗浄方法を定期的に導入することで芯管近傍に付着した濁質成分を逆流流れによって芯管内へと排出させることで性能低下を抑止する効果を見出した。
【００１０】
本発明では従来の芯管を空孔率の高い多孔性管内部に挿入し２管の空間を保持するために空間保持材を導入した。導入の結果、被処理液は従来芯管より均一に分散されそのまま多孔性管より中空糸膜束へ供給され分離性能を発現できた。また多孔性管を導入したことで濁質成分は多孔性管近傍の中空糸膜表面に付着させ逆流フラッシング洗浄方法にて容易に中空糸膜表面から脱落させることが可能となり、更に空間保持材にて空間が確保されているため脱落した濁質成分を再度付着させず容易に膜素子から排除することができる。
【００１１】
ここで中空糸膜束との接触面積を高めるために空孔率の高い多孔性管を第２芯管として導入した。この多孔性管の素材はポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、塩化ビニル等があるが特にこれらに限定するものではない。また多孔性管の空孔率は６０％以上がよく、好ましくは８０％以上である。これは空孔率が６０％以下であると多孔性管と中空糸膜との間に濁質成分が堆積し逆流フラッシングを実施しても排除できないためである。
【００１２】
また供給液が最初に供給され均一に分散させる芯管を第１芯管として導入するが、膜素子の構造を維持するための強度を有していなければならない。そのため第１芯管の素材は強化ガラス繊維樹脂体、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、塩化ビニル等があるが特にこれらに限定するものではないが構造保持の必要強度を有していなければならない。また、この芯管の空孔率は３０％以下が良い。これは３０％以上になると複数の噴出口より屈曲や座屈が発生し強度低下により構造維持が困難になるためである。
【００１３】
第１芯管と第２芯管の空間を維持するために空間保持材を導入した。空間保持材の素材は強化ガラス繊維樹脂体、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、塩化ビニル等があるが特にこれらに限定するものではない。また、空間保持材と第１芯管が一体となったリブ付き第１芯管においても同様の作用がある。
【００１４】
本発明にて使用する中空糸型選択透過性膜の素材は酢酸セルロース、三酢酸セルロース、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアクリロニトリルなど特にこれらに限定するものではない。中空糸膜形状は外径５０μm 〜４００μm 、内径１０μm 〜２００μm である。
【００１５】
本発明での濁質成分の含んだ供給液とは、濁質指標であるファウリング・インデックス（以下ＦＩ値）の値が４以上の液体のことである。ＦＩ値は０．４５μｍのメンブレンフィルターを５００ｍＬ通過する時間を開始時と１５分後の２回計測し時間比率にて求められる。
【００１６】
【実施例】
以下に本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらに限定するものではない。実施例及び比較例の結果を表1 に記す。本発明での実施例、比較例は淡水化における液体分離を取り上げて実施した。一般的な液体分離システムフロー図は図１に記す。
【００１７】
先ず原水は取水口１から取水され、殺菌剤と凝集剤の添加が行われ、スタティックミキサー２にて混合され砂ろ過３に供給される。砂ろ過３にてろ過されたろ過液は更にポリッシャー４に供給されろ過される。ポリッシャー４からろ過されたろ過液はろ過液タンク５に蓄えられ、ろ過液はカートリッジフィルター６を通り高圧ポンプ７にて昇圧された後に被処理液として膜素子８に供給され淡水化される。本発明での実施例、比較例においては、液体分離システムフロー図中の砂ろ過３とポリッシャー４とろ過液タンク５を省きスタティックミキサー２から直接カートリッジフィルター６へ接続されたシステムにて実施した。
【００１８】
（実施例１）  図２には本発明の中空糸型選択透過性膜素子における概略断面図の１例を示す。第1 芯管１２と第２芯管１１に中空糸膜を捲きつけ端部はチューブシートリング９を設け中空糸開口面を設け、他方の端部はエポキシ樹脂にて中空糸閉塞端面１４を設けた。また、第1 芯管には開口面側にプラグ１０を取りつけた。
【００１９】
図３には実施例１にて使用した芯管構造概略図を記す。空間保持材１５にて第1 芯管１２と第２芯管１１の空隙を確保している。
【００２０】
本発明の膜素子を圧力容器に挿入し、第1 芯管より前処理を行っていない海水を供給し、供給圧力55kg/cm2G 、回収率30% での淡水化運転を1 ヶ月間連続で実施した。実施期間中、逆流フラッシングは３日に1 回の頻度で実施した。結果、1 ヶ月後の性能は運転初期と比べて透過水量は９％低下し透過水水質は７％上昇したことを確認した。
【００２１】
このときの供給液のFI値は６．４である。
【００２２】
（実施例２）  構造は実施例１と同等構造であり、図４に記した芯管構造の芯管を使用した。空間保持材と第1 芯管が一体となったリブ付き第1 芯管１６と第２芯管１１にて構成している。
【００２３】
本発明の膜素子を圧力容器に挿入し、第1 芯管より前処理を行っていない海水を供給し、供給圧力55kg/cm2G 、回収率30% での淡水化運転を1 ヶ月間連続で実施した。実施期間中、逆流フラッシングは３日に1 回の頻度で実施した。結果、1 ヶ月後の性能は運転初期と比べて透過水量は１０％低下し透過水水質は８％上昇したことを確認した。
【００２４】
このときの供給液のFI値は６．３である。
【００２５】
（比較例）  中空糸膜素子の構造は実施例１及び２と同等構造であるが、芯管部は第１芯管のみの形態であり、従来型形状である。
【００２６】
従来型の膜素子を圧力容器に挿入し、実施例と同様に芯管より前処理を行っていない海水を供給し、供給圧力55kg/cm2G 、回収率30% での淡水化運転を1 ヶ月間連続で実施した。実施期間中、逆流フラッシングにおいても実施例と同条件にて実施した。結果、1 ヶ月後の性能は運転初期と比べて透過水量は２４％低下し透過水水質は８０％上昇したことを確認した。
【００２７】
このときの供給液のFI値は６．４である。
【００２８】
【表１】
0004423525.tif 000002
【００２９】
【発明の効果】
本発明の中空糸型選択透過性膜素子によれば、膜素子内への濁質成分の堆積による分離性能低下を効果的に防止することができ、液体分離において膜素子前で行う濁質成分排除の簡略化又は無し化が可能となり、その工業的効果は極めて優れているものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の液体分離システムフロー図面である。
【図２】本発明に実施の形態にかかる中空糸型選択透過性膜素子の概略断面図である。
【図３】本発明での請求項１にかかる芯管構造の一例概略図である。
【図４】本発明での請求項２にかかる芯管構造の一例概略図である。
【符号の説明】
１．取水口
２．スタティックミキサー
３．砂ろ過
４．ポリッシャー
５．ろ過水タンク
６．カートリッジフィルター
７．高圧ポンプ
８．中空糸型選択透過性膜モジュール
９．チューブシートリング
１０．プラグ
１１．第２芯管
１２．第１芯管
１３．中空糸膜束
１４．中空糸閉塞端面
１５．空間保持材
１６．芯管噴出口
１７．リブ付き第１芯管
【図１】
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【図２】
0004423525.tif 000004
【図３】
0004423525.tif 000005
【図４】
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