(57)【要約】【課題】両端を接着固定した浸漬型中空糸膜モジュールを縦置きした場合にも、原水水質および運転方法に応じて、効果的に洗浄をすることができる中空糸膜モジュールを提供することにある。【解決手段】複数本の中空糸膜からなる中空糸膜束の両端を接着固定した接着固定部同士がステーで連結されてなり、膜ろ過運転を行うに際して前記両端の接着固定部が略鉛直方向に配置して用いられる中空糸膜モジュールであって、前記ステーを調整することにより、前記両端の接着固定部の間の距離を変えることができるように構成されている中空糸膜モジュール。【選択図】  図４
2007044666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の中空糸膜からなる中空糸膜束の両端を接着固定した接着固定部同士がステーで連結されてなり、膜ろ過運転を行うに際して前記両端の接着固定部が略鉛直方向に配置されるように用いられる中空糸膜モジュールであって、前記ステーの調整により、前記両端の接着固定部の間の距離を変えることができるように構成されている中空糸膜モジュール。
【請求項２】
前記両端の接着固定部の間の距離を変えることにより、弛み率ｒ［％］＝［（Ｌ−Ｄ）／Ｄ］×１００を、
０＜ｒ≦１０
の範囲内で変えることができるように構成されている、請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
（但し、Ｌ：両端の接着固定部の間の中空糸膜の長さ、Ｄ：両端の接着固定部の間の長さ。）
【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の構造に関するものであり、さらに詳しくは、複数本の中空糸膜からなる中空糸膜束の両端の接着固定部同士を連結するステーの調整をすることにより、前記両端の接着固定部の間の距離を変えることができる中空糸膜モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
膜分離法は、省エネルギー、省スペース、省力化および製品の品質向上等の特徴を有するため、様々な分野での使用が拡大している。例えば、精密ろ過膜や限外ろ過膜を河川水や地下水や下水処理水から工業用水や水道水を製造する浄水プロセスへの適用があげられる。
【０００３】
さらに中空糸膜モジュールは、単位体積あたりの膜面積が大きく確保可能であることから、多数の流体処理分野、たとえば、限外ろ過膜による酵素の濃縮・脱塩、注射用水の製造、電着塗料の回収、超純水のファイナルフィルトレーション、下廃水処理、河川水・湖沼水・伏流水の除濁、精密ろ過膜による薬品精製、除菌、除濁等に適用されている。
【０００４】
しかし、原水を膜ろ過すると、原水に含まれる濁質や有機物等の除去対象物が膜面に蓄積し、膜の閉塞現象が起こるため、膜のろ過抵抗が上昇し、やがてろ過を行うことができなくなる。そこで膜ろ過性能を維持するため、膜の洗浄を行う必要がある。膜の洗浄は、膜ろ過を停止し、水中にある中空糸膜に気体を供給して、中空糸膜を振動させることにより、膜表面に付着した汚れを剥ぎ取るエアスクラビングや、中空糸膜のろ過方向とは逆方向からろ過水あるいは清澄水をポンプ等で逆流させる逆流洗浄を行い、エアスクラビングや逆流洗浄によって剥がれた濁質を効率良くモジュール系外に排出するために、モジュール内の水の全量をモジュール系外に排出したり、一定量の原水を供給したりすることによって濁質を系外に押し出す方法が行われている。前記原水を膜ろ過する工程をろ過工程と呼び、エアスクラビングや逆流洗浄、ならびに濁質の排出等全ての洗浄操作を一連の工程として１つにまとめたものを洗浄工程と呼ぶ。ろ過工程と洗浄工程を１回ずつ行うことを１サイクルと呼び、通常中空糸膜モジュールの運転では、このサイクルを繰り返し自動的に行うことが一般的である。
【０００５】
また、中空糸膜モジュールには、大きく分けて加圧型中空糸膜モジュールと浸漬型中空糸膜モジュールが存在する。加圧型中空糸膜モジュールは、多数本の多孔質中空糸膜束を耐圧性の筒状ケース内に装填し、膜束の両端および筒状ケースを接着固定し、接着固定部を切断して中空糸膜の内部を開口した構造となっており、加圧した原水をモジュール内に導入し、中空糸膜面によってろ過を行う膜モジュールである。一方、浸漬型膜モジュールは、中空糸膜束の両側端部を接着剤で接着固定し、接着固定部を切断して中空糸膜の内部を開口した構造となっており、大気開放された原水中に膜モジュールを浸漬させ、透過側を吸引してろ過する吸引ろ過方式を採用する膜モジュールである。
【０００６】
加圧型中空糸膜モジュールは、浸漬型に比べろ過圧力をより大きく設定できることから、膜面積あたりの処理量が増加し、そのため処理に必要な膜本数を減らせる、設置面積を小さくできる等の長所を持つ。一方浸漬型中空糸膜モジュールは、筒状ケースが無く処理原水中に膜を浸漬させているだけであることから、膜間に詰まる濁質の排出性に優れ、高濁質の原水でも膜ろ過が行えるという長所がある。またろ過方法が単純であり、付帯配管も少ないことから、設備費を低減できる長所もある。
【０００７】
一般に、両端を接着固定した浸漬型中空糸膜モジュールを縦置き、すなわち、両端の接着固定部を鉛直方向に配置してろ過運転する場合、中空糸膜モジュールは、下端接着固定部の重さによって中空糸膜が破断しないように、上部接着固定部と下部接着固定部をステーによって連結した構造となっている。そしてそのステーの長さはモジュール作成時に決定され、以後不変である。そのため、中空糸膜の弛み具合もモジュール作成時に決定され、以後不変である。
【０００８】
しかしながら、中空糸膜モジュールの運転を行う上で、上述した中空糸膜の弛み具合は重要なノウハウであり、加圧型中空糸膜モジュールの場合、効率的なエアスクラビングを実施するために、式［（Ｌ−Ｄ）／Ｄ］×１００（但し、Ｌ：両端の接着固定部の間の中空糸膜の長さ、Ｄ：両端の接着固定部の間の長さ。）で定義される弛み率を０．０４〜０．４％に設定することに関する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。加圧型中空糸膜モジュールの場合、一般的に、エアスクラビング時において、弛み量が少ない場合には、中空糸膜の自由なゆらぎが妨げられ洗浄効果が低下し、また弛み量が多すぎる場合には、エアスクラビング中に気泡によって持ち上げられた中空糸膜が筒状ケースに複数回接触して蛇行状態となり、やはり自由な動きが妨げられるため洗浄効果が低下するとされている。
【０００９】
一方、浸漬型中空糸膜モジュールの場合においても、弛み率を０〜３％に設定することに関する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。一般的に、エアスクラビング時において、弛み量が少ない場合には、加圧型と同様、中空糸膜の自由なゆらぎが妨げられ洗浄効果が低下してしまう問題が生じ、弛み量が多すぎる場合には、水中では中空糸膜は浮力を受けて大きく揺動するが、より多くのエア量が必要であり、またその中空糸膜の大きな揺動により中空糸膜集束端部を固定するポッティング樹脂硬化部と個々の中空糸膜の基部における座屈による応力が大きくなり、界面部分の強度が低下する結果、樹脂硬化部付近で中空糸膜の亀裂や切損が生じ、短期間の使用でモジュール機能を消滅させる原因となる等の問題が生じるとされている。また、エアスクラビング等の物理洗浄によって、膜面から剥がれた濁質を膜間から排出する際には、同充填率の場合、弛み量が大きいほど濁質が膜間から排出され易いが、運転に必要なスペースは大きくなり、かつ必要なエア量も増加するとされている。
【００１０】
以上の背景から、原水が高濁質の場合および時期には、膜の弛み量を大きくすることにより、エアスクラビングの洗浄性および濁質の排出性を高め、原水が清澄な場合および時期には、膜の弛み量を小さく設定することによって、設置スペースを減少させ、またエア量も低減させることが理想的である。また、運転方式においても、高回収率で運転する場合や単位膜面積当たりのろ過量を大きく設定する高膜ろ過流束での運転時等、膜ろ過条件が厳しい場合には膜の弛み量を大きく設定し、低回収率で運転する場合や低膜ろ過流束で運転する場合には膜の弛み量を小さく設定することが理想的ある。
【００１１】
つまり、原水水質および運転方式毎に最適な弛み量が存在するが、上述の通り、両端を接着固定した浸漬型中空糸膜モジュールを縦置きしてろ過運転する場合、中空糸膜モジュールは、上部接着固定部と下部接着固定部をステーによって連結した構造となっており、そのステーの長さ、および両接着固定部間の距離はモジュール作成時に決定され、以後不変であるため、中空糸膜の弛み具合もモジュール作成時に決定され、以後不変となってしまうのが実情であった。
【００１２】
一方、両端を接着固定した浸漬型中空糸膜モジュールを横置き、すなわち、両端の接着固定部を水平方向に配置してろ過運転する場合には、両接着固定部を連結するステーは必ずしも必要とせず、そのため原水水質および運転方式毎に最適な弛み量に設定することができ、さらには、弛み量を変化させながら膜ろ過運転を実施することも可能であった（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平１０−３３９号公報
【特許文献２】特開平１１−９７０３４号公報
【特許文献３】特開平９−２０６５６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、両端の接着固定部をステーで連結せずに横置きしてろ過運転する場合には、ステーで連結し縦置きにしてろ過運転する場合に比べ、取扱いにより慎重さが必要であり、また設置面積が増加し、そのため洗浄に必要なエア量も増加するといった問題点があった。
【００１４】
すなわち、本発明は、両端を接着固定した浸漬型中空糸膜モジュールを縦置きした場合にも、原水水質および運転方法に応じて、効果的に洗浄をすることができる中空糸膜モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するための本発明は、以下の構成からなる。
【００１６】
（１）複数本の中空糸膜からなる中空糸膜束の両端を接着固定した接着固定部同士がステーで連結されてなり、膜ろ過運転を行うに際して前記両端の接着固定部が略鉛直方向に配置されるように用いられる中空糸膜モジュールであって、前記ステーの調整により、前記両端の接着固定部の間の距離を変えることができるように構成されている中空糸膜モジュール。
【００１７】
（２）両端の接着固定部の間の距離を変えることにより、弛み率ｒ［％］＝［（Ｌ−Ｄ）／Ｄ］×１００を、
０＜ｒ≦１０
の範囲内で変えることができるように構成されている、前記中空糸膜モジュール。
（但し、Ｌ：両端の接着固定部の間の中空糸膜の長さ、Ｄ：両端の接着固定部の間の長さ。）
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、縦置きして用いられる中空糸膜モジュールの接着固定部同士を連結するステーを調整することにより、前記両端の接着固定部の間の距離を変えることができるように構成されているので、中空糸膜の弛み量を原水水質および運転方式に応じて最適な弛み量に設定することができ、必要最低限のエア量で充分な洗浄ができ、また、より長期間安定運転を実施することが可能となる。
【００１９】
また、接着固定部同士を複数本のステーにより連結した場合、局所的膜充填率のばらつきが存在し、エア流れに偏りが存在した際には、各々のステーを調整し、エア流れの少ない側の両接着固定部間の距離をエア流れの多い側比べて長くすることにより、エア流れの偏りを是正でき、少ないエア量で充分な洗浄ができ、より長期間安定運転を実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、膜ろ過運転を行うに際して両端の接着固定部を略鉛直方向に配置されるように用いられる、複数本の中空糸膜からなる中空糸膜束の両端を接着固定した接着固定部同士がステーで連結されてなる中空糸膜モジュールである。
【００２１】
膜ろ過運転を行うに際して両端の接着固定部を略鉛直方向に配置するとは、本発明の中空糸膜モジュールを用いてろ過工程、洗浄工程を含む一連の工程からなる膜ろ過運転を行うに際し、当該中空糸膜モジュールを縦置き、すなわち、当該中空糸膜モジュールを構成する両端の接着固定部が実質的に鉛直方向に並ぶように設置することを意味する。ここで、実質的に鉛直方向に並ぶように設置するとは、望ましくは鉛直方向に並ぶように設置することであるが、本発明の中空糸膜モジュールを設置してエアスクラビングをした際に、中空糸膜束が伸びている方向に沿って気泡が上昇するように配置していれば良いということを意味する。
【００２２】
なお、本発明は、該ステーを調整することにより、前記両端の接着固定部の間の距離を変えることができるように構成されていることを必須としている。かかる構成とすることにより、中空糸膜の弛み量を任意に設定することができるので、原水水質および運転方式に応じて、最適な中空糸膜弛み量に設定することができ、必要最低限のエア量で充分な洗浄ができ、またより長期間安定運転を実施することが可能となるのである。
【００２３】
また、本発明では、該ステーを調整することにより、弛み率ｒ［％］＝［（Ｌ−Ｄ）／Ｄ］×１００を、０＜ｒ≦１０の範囲内で変えることができるように構成されていることが好ましく、０．０１≦ｒ≦３の範囲内で変えることができるよう構成されていることがより好ましい。ここで、Ｌは中空糸膜モジュール両端の接着固定部の間の中空糸膜の長さ、Ｄは中空糸膜モジュール両端の接着固定部の間の長さを意味する。弛み率が限りなく０％に近い場合には、エアスクラビング時の中空糸の振動が制約され、洗浄効果が低下し、弛み率が１０％を越えると、膜の弛み量がいたずらに大きくなるため、気泡との接触面積が低下し洗浄効果が低下し、また、中空糸膜集束端部を固定する接着固定部と個々の中空糸膜の接着部における座屈応力が非常に大きくなり、界面部分の強度が低下する結果、接着固定部付近で中空糸膜の亀裂や切損が生じる可能性が非常に高くなるからである。
【００２４】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を用いてさらに詳細に説明をする。ただし、本発明の範囲がこれらに限られるものではない。
【００２５】
図１は本発明に係る浸漬型中空糸膜モジュールの一実施態様を示す断面図、図２は中空糸膜モジュール下部接着固定部の構成を説明するための拡大図である。図１において、本発明では、中空糸膜束１の上部はカートリッジヘッド２内に一体的に結合され、接着固定されている。カートリッジヘッド２側の中空糸膜１は端部が開口されている。また、中空糸膜束１の下部はスカート３内に一体的に接着固定され、スカート３側の中空糸膜１の端部は封止されている。スカート３は、図２に例示するように、散気管より放出された空気を中空糸膜束内部に導入し、各中空糸膜外周面に効果的に接触させるため複数の貫通孔３ｂが形成されている。
【００２６】
本発明の中空糸膜モジュールに使用する中空糸膜としては、多孔質の中空糸膜であれば、特に限定しないが、ポリアクリロニトリル、ポリフェニレンスルフォン、ポリフェニレンスルフィドスルフォン、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスルホン、ポリビニルアルコール、酢酸セルロースやセラミック等の無機素材からなる群から選ばれる少なくとも１種を含んでいると好ましく、さらに膜強度の点からポリフッ化ビニリデンを含んでいるとより好ましい。中空糸膜表面の細孔径についても特に限定されないが、０．００１μｍ〜１μｍ  の範囲内で便宜選択することができる。また、中空糸膜の外径についても特に限定されないが、中空糸膜の揺動性が高く、洗浄性に優れるため、２５０μｍ〜２０００μｍの範囲内であると好ましい。また、中空糸膜束の両側端部を接着剤で接着固定する接着剤については、特に限定されないが、好ましくはエポキシ樹脂、ウレタン樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。
【００２７】
カートリッジヘッド２は、中空糸膜カートリッジを漬浸型濾過装置に懸垂する際の固定部となり、また、原水と濾水を分離するシール部となるため、カートリッジヘッド２は懸垂、固定、シール機能を併せ持った形状となる。例えば、外周部に段差を設けたり、溝を設けたり、径方向外側に突き出したツバ部を設けたりしてもよい。また、カートリッジヘッド２の径方向の断面形状は、円形のほか、四角形、六角形、楕円形等であってもよいが、カートリッジヘッド２と接着固定部とのシール性や濾過タンクの製作の容易さから円形が好ましい。
【００２８】
本発明のスカート側の下部接着固定部３ａに設けられた貫通孔３ｂは、接着固定部自体に開けられた孔で、モジュールの断面積にもよるが、通常この貫通孔は下部接着固定部に２〜３００個配置しており、例えば、接着固定部の断面積０．０１ｍ２あたり５〜２０個配置するのが好ましい。かかる貫通孔の個々の開口面積は、中空糸膜径および貫通孔数にもよるが、３〜８００ｍｍ２の範囲から選ばれ、例えば中空糸膜の直径が１〜１．５ｍｍ、接着固定部の断面積０．０１ｍ２あたりの貫通孔数が５〜２０個の場合、貫通孔個々の開口面積は２０〜１５０ｍｍ２であることが好ましい。また開口の形状は、三角形、四角形、六角形等の多角形、円形、楕円形、扇形、Ｃ字形または星形などから選ばれる。貫通穴の位置は、ある接着固定断面について見れば、例えば多重円と放射状線との交点、格子の交点、または、多数の正三角形の頂点の位置などに、接着固定断面上に分散するように設けることが好ましく、特に中空糸膜束の中心部に多く設けることが好ましい。
【００２９】
本発明では、スカート３は、好ましくは中空糸膜束１の端部より突き出して中空糸膜束と接着固定され、接着固定部とスカートで囲まれた空気室３ｃを形成する。スカート３の中空糸膜端面から突き出した長さは、カートリッジの直径、供給される気体量や、貫通孔の直径と数によるが、気体の散逸を防ぐためには５ｍｍ〜２００ｍｍであることが好ましい。スカート３の径方向の断面形状は、円形のほか、四角形、六角形、楕円形等であってもよいが、濾過タンクにカートリッジを装着する場合は、カートリッジヘッドの形状と同じ形状にすることが好ましく、特に円形が好ましい。
【００３０】
本発明の中空糸膜モジュールは、カートリッジヘッド２側の接着固定部（上部接着固定部）と、スカート３側の接着固定部（下部接着固定部）をステー４にて連結固定し、なおかつ、両接着固定部を略鉛直方向に配置して膜ろ過運転を行う中空糸膜モジュールである。連結固定用のステー４については、ステンレス、塩化ビニル等その材質は特に限定されない。またステー４の形状についても、接着固定部同士の中心点を断面積３〜７００ｍｍ２から選ばれる好ましくは円筒形の１本のステーで連結する構造、膜束および接着固定部の外周部分に断面積３〜７００ｍｍ２から選ばれる好ましくは円筒形のステーを、好ましくは２〜３０本配置し、両端接着固定部を連結する構造、ネット等の編み目状素材を接着固定部の外周部分に巻き付け、両端接着固定部を連結する構造等、その構造に関しても特に限定されない。
【００３１】
本発明は、上述の通り、複数本の中空糸膜からなる中空糸膜束１の両端を接着固定し、上部接着固定部２および下部接着固定部３をステー４で連結した中空糸膜モジュールであって、膜ろ過運転を行うに際し、上部接着固定部２および下部接着固定部３を略鉛直方向に配置して用いられる中空糸膜モジュールであり、前記ステーを調整することにより、前記両端の接着固定部の間の距離を変えることができるように構成されている中空糸膜モジュールである。
【００３２】
ステー４を調整する方法としては、
（１）ステー４の両端をねじ式にし、上部接着固定部２および下部接着固定部３の一部にねじ口を設け、上部接着固定部２と下部接着固定部３の間のステー４の長さを調節する（例えば図３に示す通り）
（２）ステー４を上部接着固定部２にのみ固定し、下部接着固定部３を貫通したステー４を下部接着固定部３の下からナット５等で固定、調節する（例えば図４に示す通り）
（３）長さ調節可能なステー４を両端接着固定部に固定する（例えば図５に示す通り）
等の方法がある。なお、上部接着固定部２と下部接着固定部３の間のステー４の長さを調整することにより、弛み率ｒ［％］を０＜ｒ≦１０の範囲とする手段としては、上部接着固定部２と下部接着固定部３の間のステー４の長さを調整する部分、例えば、ナット５の可動範囲や、長さ調節可能なステー４を用いる場合には、ステー自体の可動範囲を、弛み率０％から１０％の範囲となるようステーの上下にストッパーを設置することなどが挙げられる。
【００３３】
上記いずれかの方法により両端の接着固定部の間の距離を調整することができるステーを備えていることにより、仮に、局所的に膜充填率のばらつきが存在し、エア流れに偏りが存在するモジュールが作成されてしまった場合においても、各々のステーを調整し、エア流れの少ない側の両端の接着固定部間の距離を、エア流れの多い側に比べて長く設定することにより、エア流れの偏りを是正でき、少ないエア量で充分な洗浄ができ、またより長期間安定運転を実施することができるのである。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、浸漬型中空糸膜モジュールを用いた上水処理に限らず、浸漬型中空糸膜モジュールを用いた下水処理や産業排水処理などにも応用することができるが、その応用範囲が、これらに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の好ましい一実施様態を示す断面図である。
【図２】本発明の好ましい一実施態様を示す、下部接着固定部における拡大図である。
【図３】本発明の好ましい一実施態様を示す模式図である。
【図４】本発明の好ましい一実施態様を示す模式図である。
【図５】本発明の好ましい一実施態様を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    中空糸膜束
２    カートリッジヘッド
３    スカート
３ａ  下部接着固定部
３ｂ  貫通孔
３ｃ  空気室
４    ステー
５    ナット
【図１】
2007044666.tif 000003
【図２】
2007044666.tif 000004
【図３】
2007044666.tif 000005
【図４】
2007044666.tif 000006
【図５】
2007044666.tif 000007