(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数本の中空糸膜からなり両端部が接着固定された糸束と、一方の糸束端部外周に液密に固定されたカートリッジヘッドと、他方糸束端部外周に液密に固定されたスカートとを有する中空糸膜カートリッジにおいて、濾過装置に懸垂する際の固定部となるカートリッジヘッドと内部にエアーバブリングのための気体を貯めるスカートが分離されており、スカートは中空糸膜端面より突き出して中空糸膜外周に固定され、中空糸膜カートリッジの外周に中空糸膜全体を覆う外筒ケースがなくカートリッジヘッド側の中空糸膜端部の中空部は開口し、接着剤により中空糸膜同士がカートリッジヘッド内に一体的に結合され、スカート側の中空糸膜端部の中空部は封止され、接着剤により中空糸膜同士がスカート内に一体的に結合され、かつスカート側接着固定層に複数の貫通穴が設けられていることを特徴とする中空糸膜カートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タンク型濾過装置あるいはラック型濾過装置に装着される中空糸膜を用いた濾過カートリッジに係わる。さらに詳しくは、河川水、湖沼水、地下水、海水、生活排水、あるいは工場排水等を原水として大量に除濁・除菌を行う濾過装置に用いられる中空糸膜カートリッジに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の中空糸膜を用いたカートリッジの例としては、特開昭６１−１５３１０４号公報に、図３に示すような、複数の中空糸膜が外筒内に収容され、中空糸膜の両端が上部接着固定部及び下部接着固定部でそれぞれ外筒に固定され、外筒が中空糸膜の上下両端まで一体に形成された構造のものが記載されている。このカートリッジの上部接着固定部には多数本の中空糸膜の中空部が開口しているが、下部接着固定部では中空部が封止されており、かつ、接着剤層に複数の貫通穴が設けられている。また、外筒の下部には下部接着固定部の下方に延びるスカート部が形成されている。
【０００３】
この中空糸膜カートリッジは、外圧濾過用であり濾過塔に装着されて使用されるが、非透過物が膜の外表面に堆積すると膜の濾過性能が低下するため、一定時間の濾過を行ったのちは、膜面の堆積物を取り除く洗浄操作が行われる。
洗浄方法として、濾過塔内に原水を満たした状態で中空糸膜カートリッジの下部から空気を流入し、気液混合流体により中空糸膜に振動を与えて膜面の堆積物を剥離するエアーバブリングという方法が用いられる。
【０００４】
しかしながら、この中空糸膜カートリッジでは、中空糸膜の両端部が外筒と固定されているため、中空糸膜の振動が制限され、エアーバブリングによる洗浄が十分に行われないことがある。特にカートリッジの径が大きくなるとこの現象が顕著であり、長期間濾過運転する場合に支障をきたす事がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、エアーバブリング運転時に、各中空糸膜の振動振幅を最大限許容して中空糸膜の外表面に堆積した懸濁物を剥離しやすくすると共に、剥離した懸濁物を中空糸膜カートリッジ外に容易に排出できる中空糸膜カートリッジを提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するものである。すなわちこの発明は、多数本の中空糸膜からなり両端部が接着固定された糸束と、一方の糸束端部外周に液密に固定されたカートリッジヘッドと、他方糸束端部外周に液密に固定されたスカートとを有する中空糸膜カートリッジにおいて、濾過装置に懸垂する際の固定部となるカートリッジヘッドと内部にエアーバブリングのための気体を貯めるスカートが分離されており、スカートは中空糸膜端面より突き出して中空糸膜外周に固定され、中空糸膜カートリッジの外周に中空糸膜全体を覆う外筒ケースがなくカートリッジヘッド側の中空糸膜端部の中空部は開口し、接着剤により中空糸膜同士がカートリッジヘッド内に一体的に結合され、スカート側の中空糸膜端部の中空部は封止され、接着剤により中空糸膜同士がスカート内に一体的に結合され、かつスカート側接着固定層に複数の貫通穴が設けられていることを特徴とする中空糸膜カートリッジに関するものである。
【０００７】
上記構成によれば、中空糸膜カートリッジの外周に中空糸膜全体を覆う外筒ケースがないので、各中空糸膜を許容範囲内で最大限振動振幅させる事ができる。その結果、エアーバブリング運転時に、中空糸膜の外表面に堆積した懸濁物が剥離されやすくなると共に、剥離された懸濁物が中空糸膜カートリッジ外に排出されやすくなるので、濾過性能を長期間安定に維持でき、さらにエアーバブリング運転も良好に実施できる。
【０００８】
また、中空糸膜カートリッジのスカート内部にエアーバブリングのための気体を貯めることができるので、スカート側の接着固定層に設けられた貫通穴により各中空糸膜に気体を効率良く導くことが出来る。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図により本発明に係る中空糸膜カートリッジの実施の形態の例を説明する。
図１はタンク型濾過装置に懸垂して支持された本発明に係る中空糸膜カートリッジの一実施態様を示す断面説明図、図２は中空糸膜カートリッジのスカート部の構成を説明するための要部拡大図である。
【００１０】
図１において、本発明の中空糸膜カートリッジ４は、多数本の中空糸膜３、接着固定層１１、カートリッジヘッド１２、接着固定層１４、およびスカート１３とから構成されている。束ねられた中空糸膜３の一方の端部は、接着剤により中空糸膜同士が一体的に結合されるとともにカートリッジヘッド１２内に一体的に結合され、接着固定層１１が構成されている。そして、カートリッジヘッド１２側の中空糸膜３は端部が開口されている。
【００１１】
中空糸膜３の他方の端部は、接着剤により中空糸膜同士が一体的に結合され、スカート１３内に一体的に結合されて接着固定層１４が構成されているが、中空糸膜３の端部は封止されている。そして、接着固定層１４には、図２に例示するように、原水及び洗浄用の気体を中空糸膜束の内部に導入し、中空糸膜外周面に効果的に接触させるための複数の貫通穴１４ａが形成されている。
【００１２】
中空糸膜カートリッジ４の直径は、３０ｍｍ〜８００ｍｍで、好ましくは、１００ｍｍ〜８００ｍｍに適用される。中空糸膜カートリッジの長さは、３００ｍｍ〜３０００ｍｍの範囲から選ばれる。
本発明では、カートリッジヘッドとスカートが分離しているので、カートリッジヘッド１２とスカート１３の間の中空糸膜３束外周には従来のような外筒ケースがなく、この間の中空糸膜はほぼ全長に亘って裸のまま露出している。
【００１３】
本発明に用いられる中空糸膜３の孔径としては、逆浸透膜、及び、限外濾過膜から精密濾過膜まで用いる事が出来る。また、中空糸膜３の素材は、特に限定されず、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリー４メチルペンテン、セルロース、酢酸セルロース、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンーテトラフルオロエチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン等が挙げられる。またはこれらの複合素材膜も使用できる。また、中空糸膜の形状としては、内径５０μｍ〜３０００μｍで、内／外径比が０．３〜０．８の範囲の膜が使用出来る。
【００１４】
本発明に用いられる接着剤としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、エポキシアクリレート樹脂、シリコン樹脂等の高分子材料が挙げられる。接着方法としては、遠心接着法や静置接着法等の公知の方法が用いられる。接着剤の硬化収縮や強度を改善したい場合は、上記接着剤にガラスファイバー、カーボンファイバー等の繊維状物、カーボンブラック、アルミナ、シリカ等の微粉体を含有させても良い。
【００１５】
本発明に用いられるカートリッジヘッド１２及びスカート１３の素材は、特に限定されず、また、同一でも異なっていてもよいが、熱可塑性樹脂やステンレス鋼が好ましく用いられる。
カートリッジヘッド１２は、中空糸膜カートリッジ４をタンク型濾過装置あるいはラック型濾過装置に懸垂する際の固定部となるため、カートリッジヘッドの形状は懸垂・固定の構造に合わせて作製される。例えば、外周部に段差を設けたり、溝を設けてもよい。
【００１６】
本発明のスカート側接着固定層１４に設けられた貫通穴１４ａは、接着固定層自体に開けられた穴で、貫通穴の大きさは、相当直径が２ｍｍ〜３０ｍｍの範囲から選ばれる。貫通穴の形状は、三角形、四角形、六角形等の多角形、円形、楕円形、扇形、Ｃ字型または星形などから選ばれる。また、その穴数は、カートリッジの断面積や糸本数にもよるが、２〜３００個開口させる事が出来る。貫通穴の位置は、接着固定層断面のたとえば多重円と放射状線との交点、格子の交点、あるいは、多数の正三角形の頂点の位置など、接着固定層断面に均等に分散して設ける事が好ましい。
【００１７】
本発明では、スカート１３は、好ましくは中空糸膜の端面より突き出して中空糸膜束外周に固定される。端面から突き出した長さは、カートリッジの直径や、供給される空気量や、貫通穴の径と数によるが、空気の散逸を防ぐためには５ｍｍ〜２００ｍｍであることが好ましい。長すぎるとカートリッジの全長が長くなり無駄なスペースが出来るので好ましくない。短すぎると、カートリッジに供給された空気が有効に貫通穴へ導かれず、横方向に散逸するため好ましくない。
【００１８】
本発明の中空糸膜カートリッジの製造方法は、一方の端部中空部を目止めした中空糸膜束を、カートリッジヘッド１２に挿入し、接着剤を流し込んで中空糸膜同士、及び、カートリッジヘッド１２を液密的に接着固定し、中空糸膜と接着固定層を同時に切断して、中空糸膜端面を開口させる。他方の中空糸膜端部は、中空部を目止めせずにスカート１３内に挿入し、さらに中空糸膜束内に貫通穴１４ａを形成するための所定の棒、又は、板をセットする。そして、スカート１３内に接着剤を流し込んで中空糸膜同士、及び、スカート１３を接着固定する。この時、中空糸膜端部の中空部は、同時に接着剤により封止される。その後、貫通穴１４ａ形成用の棒、又は、板を、接着固定層から取り出して貫通穴１４ａを形成する。また、中空糸膜束内に貫通穴１４ａ形成用の棒、又は、板をセットして接着固定し、貫通穴１４ａ形成用治具を取り出した後で、接着固定層の外周にスカートを接着、又は、溶接より固定しても良い。
【００１９】
以下、本発明に係る中空糸膜カートリッジを懸垂・固定したタンク型濾過装置の例（図１）を説明する。
図１において、１は原液を供給して濾過を行うタンク型濾過装置であり、例えば、河川水、湖沼水、地下水、海水、あるいは、生活排水、工場排水等を原水として大量に除濁・除菌する水処理に適用可能である。
【００２０】
タンク型濾過装置１の濾過タンク２は、タンク本体２ａと蓋２ｂとから構成され、タンク本体２ａの内壁部の所定高さ位置に分離板５、仕切板６がそれぞれ溶接等により液密的に固着されている。タンク本体２ａの下部と分離板５により形成された空間により供給室７が形成され、タンク本体２ａの中部と分離板５と仕切板６とにより形成された空間により供給室８が形成される。また、仕切板６と蓋２ｂとにより形成された空間により処理室１０が形成される。
【００２１】
濾過タンク２の内部は、上記のように濾過タンク２に固定された分離板５と仕切板６によって３室に分割され、仕切板６に本発明に係る中空糸膜カートリッジ４の一端が支持されて供給室８内に懸垂している。
分離板５には、供給室８内に懸垂した中空糸膜カートリッジ４の下方に、供給室７と供給室８を連通させる穴が設けられる。穴は、図１に例示するようなノズルの形状であっても良い。
【００２２】
中空糸膜カートリッジ４を懸垂して支持する仕切板６は、中空糸膜カートリッジと水圧による荷重に対抗し得る強度を有する所定の厚さで構成され、中空糸膜カートリッジ４が挿通される複数の貫通穴６ａが所定位置に形成されている。
仕切板６の貫通穴６ａの下部には該貫通穴６ａの径方向内側に突出する突出部６ｂが形成され、該突出部６ｂに中空糸膜カートリッジ４の上端外周部に設けられたカートリッジヘッド１２の下端部が当接して該中空糸膜カートリッジ４を懸垂して支持するようになっている。
【００２３】
なお、仕切板６の貫通穴６ａの壁面に設けられた溝部６ｃにはＯリング１５が嵌入されており、このＯリング１５にカートリッジヘッド１２の外部壁面が圧接することによりカートリッジヘッド１２が仕切板６に対して液密的に取り付けられる。なお、Ｏリング１５を嵌合する溝部をカートリッジヘッド１２側に設けても良い。
【００２４】
また、カートリッジヘッド１２の上端面は仕切板６の貫通穴６ａの壁面に対して着脱可能に設けられた係止部材１６により係止され、これによってカートリッジヘッド１２が仕切板６に固定され、中空糸膜カートリッジ４が安定して濾過タンク２内部に収容されている。
上記構成において、タンク型濾過装置１による濾過運転時には、図示しないポンプにより濾過タンク２のタンク本体２ａの下部に設けられた供給水入口２ｃから供給水室７に供給された原水は、分離板５のノズル５ａから供給水室８に供給されて該供給水室８に充満すると共に、中空糸膜束の端部外周に設けられたスカート１３から接着固定層１４の貫通穴１４ａを通って各中空糸膜３の外周側面に導かれる。
【００２５】
各中空糸膜３の外周部近傍の原水は、中空糸膜３の外部から内部に加圧濾過され、その濾水は中空糸膜３の開口された上端部から処理水室１０に導かれる。処理水室１０に収容された濾水は、蓋２ｂの上部に設けられた処理水取出口２ｄから濾過タンク２の外部に取り出される。
中空糸膜３を濾水により逆洗する場合は、処理水取出口２ｄから濾水を供給して供給水室８に逆流させ、中空糸膜３外壁に蓄積した懸濁物質（非透過物）を排除してノズル５ａから供給水室７へ導き、供給水入口２ｃから濾過タンク２の外部に排出する。
【００２６】
また、中空糸膜３をエアーバブリングする場合は、供給水室８に原水を満たした状態で、まずタンク本体２ａの下部に設けられた空気供給口２ｆから供給水室７に空気を供給する。供給水室７において調圧された空気は分離板５に設けられたノズル５ａから原水が満たされた供給水室８の内部に気泡状となって流入し、各スカート１３から接着固定層１４の貫通穴１４ａを通過して各中空糸膜３の外周側面に導かれ、各中空糸膜３束内の水を攪拌すると共に各中空糸膜３を振動させて中空糸膜３の表面に付着している懸濁物を剥離する。なお、供給水室８の上部に溜まる空気は、タンク本体２ａの上部に設けられた空気排出口２ｇから濾過タンク２の外部に排出される。
【００２７】
上記エアーバブリング運転では、例えば、まず、供給水室８内に原水を張った状態、即ち、供給水室８内で原水が静止して滞留した状態で、空気又は窒素ガスを供給する。そして、エアーバブリング後、前述した逆洗運転を行い、処理水取出口２ｄから供給された濾水によって、上述のように剥離した懸濁物質を押し流す。剥離した懸濁物質を含む濾水は、分離板５に形成したノズル５ａから供給水室７を通って供給水入口２ｃから濾過タンク２の外部に排出され、図示しない廃液タンクに収容される。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の中空糸膜カートリッジ４は、その外周に外筒ケースを取り付けていないので、各中空糸膜３の振動振幅を最大限許容することができる。これにより、エアーバブリング運転時に中空糸膜３の外表面に堆積した懸濁物を剥離する作用を大きくすることができると共に、剥離された懸濁物を中空糸膜カートリッジ４外に容易に排除できる。
【００２９】
また、中空糸膜カートリッジ４の下端部に、中空糸膜３の端部より突き出したスカート１３が設けられているので、供給される気体を効率よく中空糸膜束内に導くことができる。
したがって、この発明のカートリッジを用いれば、エアーバブリング運転が効率よく実施されるため、濾過装置の濾過性能を長期間安定に維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】タンク型濾過装置に懸垂して支持された本発明に係る中空糸膜カートリッジの実施形態の一例を示す断面説明図である。
【図２】中空糸膜カートリッジのスカート部の構成を示す要部拡大図である。
【図３】公知の中空糸膜カートリッジの概略図である。
【符号の説明】
１  ・・・タンク型濾過装置
２  ・・・濾過タンク
２ａ・・・タンク本体
２ｂ・・・蓋
２ｃ・・・供給水入口
２ｄ・・・処理水取出口
２ｆ・・・空気供給口
２ｇ・・・空気排出口
３  ・・・中空糸膜
４  ・・・中空糸膜カートリッジ
５  ・・・分離板
５ａ・・・ノズル
６  ・・・仕切板
６ａ・・・貫通穴
６ｂ・・・突出部
６ｃ・・・溝部
７，８・・供給水室
９  ・・・パッキン
１０  ・・・処理水室
１１  ・・・接着固定層
１２  ・・・カートリッジヘッド
１３  ・・・スカート
１４  ・・・接着固定層
１４ａ・・・貫通穴
１５  ・・・Ｏリング
１６  ・・・係止部材
【図１】
0004107453.tif 000002
【図２】
0004107453.tif 000003
【図３】
0004107453.tif 000004