(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状中空糸膜の両端部が２つの相対するハウジングに固定され、該中空糸膜の少なくとも一端の固定部分近傍に、該中空糸膜の繊維軸方向に直交して該シート状中空糸膜のシート面を覆うように保護部材が設けられ、該シート状中空糸膜の繊維軸に直交する方向において、該シート面の端部側から中央部に向かって該保護部材の厚さが薄くなるように構成されてなる中空糸膜モジュール。
【請求項２】
前記保護部材の最も厚い部位の厚さが、最も薄い部位の厚さの２倍以上である請求項１記載の中空糸膜モジュール。
【請求項３】
前記中空糸膜の繊維軸方向から見て、前記保護部材の最も薄い部位と最も厚い部位とを結ぶ線と、前記シート面とがなす角度が５度以下である請求項１又は２記載の中空糸膜モジュール。
【請求項４】
前記シート状中空糸膜の繊維軸に直交する方向において、前記シート状中空糸膜の端部から中央部に向かって前記保護部材の幅が狭くなるように構成されてなる請求項１〜３いずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか一項に記載の中空糸膜モジュールを、横方向及び／又は縦方向に複数個並べて配置してなる中空糸膜モジュールユニット。
【請求項６】
前記中空糸膜の繊維軸が鉛直方向に配置されるとともに、前記保護部材が、前記相対するハウジングのうち、上方に位置するハウジングの前記固定部分近傍にのみ設けられてなる請求項５記載の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、液体の濾過等に好適に利用し得る中空糸膜モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
中空糸膜モジュールは、無菌水、飲料水、高純度水等の製造、或いは空気の浄化等、広範囲な分野で使用されており、近年ではこれらの精密濾過用途に加えて下水処理場における二次処理、三次処理や、浄化槽における固液分離、産業廃水中のＳＳ成分（懸濁物質）の固液分離等のように、高汚濁性水の処理用途への適用もなされつつある。
【０００３】
高汚濁性水濾過の用途に適した中空糸膜モジュールとしては、特開平４−３３４５２９号公報や特開平５−２３５５０号公報、特開平１１−１７９１６２号公報、特開２０００−２２９２２５号公報等には、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開示されている。
これらの中空糸膜モジュールの膜面に対し、被処理液の流れや気泡を当てて洗浄を行いながら濾過を行うと、膜面が閉塞することを防ぎつつ、長期間濾過を行うことができる。
【０００４】
これら中空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜固定用の樹脂と中空糸膜との境となる中空糸膜縁部で破断が発生しやすい。これらの破断は、高汚濁性水濾過時に、中空糸膜の揺動や弛緩することによる中空糸膜の折れ曲がりから起こる事が多い。
【０００５】
シート状中空糸膜を用いた中空糸膜モジュールに対し、被処理液や気泡の流れを当てて洗浄を行うにあたっては、中空糸膜の繊維軸方向に沿って被処理液や気泡の流れを当てると、中空糸膜の繊維軸に直交する方向に流れを当てる場合と比較して、中空糸膜の固定部分に発生する応力は小さくできる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、中空糸膜の繊維軸方向に沿って被処理液や気泡の流れを当てる場合、シート状中空糸膜の繊維軸に直交する方向において最端部となる部位では、流れに対する抵抗が少ないために、中央部よりも強い流れが生じることになり、その結果最端部に位置する中空糸膜が破損しやすくなるという問題がある。
【０００７】
中空糸膜の破断や折損を防止する手段として、例えば特開２０００−２２９２２５号公報には、中空糸膜束の、ポッティング剤により固定される表面の、ポッティング剤により固定される部分の縁部を少なくとも含む箇所に、弾性を有する応力緩和部材が設ける方法が記載されている。
しかしながら、特開２０００−２２９２２５号公報に記載の方法は、中空糸膜の固定部分近傍に発生する応力を緩和することを目的としており、応力の発生そのものを抑制することに関する考察はされていない。
【０００８】
本発明者らは、上記課題を解決すべく検討した結果、保護部材の形状を工夫することにより、中空糸膜の折損が発生しにくい中空糸膜モジュールを見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明の要旨は、シート状中空糸膜の両端部が２つの相対するハウジングに固定され、該中空糸膜の少なくとも一端の固定部分近傍に、該中空糸膜の繊維軸方向に直交して該シート状中空糸膜のシート面を覆うように保護部材が設けられ、該シート状中空糸膜の繊維軸に直交する方向において、該シート面の端部側から中央部に向かって該保護部材の厚さが薄くなるように構成されてなる中空糸膜モジュール、である。
【００１０】
また、前記保護部材の最も厚い部位の厚さが、最も薄い部位の厚さの２倍以上であると、バブリングによる被処理液の流れを制御する効果が高く、好ましい。
また、前記中空糸膜の繊維軸方向から見て、前記保護部材の最も薄い部位と最も厚い部位とを結ぶ線と、前記シート面とがなす角度を５度以下とすると、被処理液の流れに対する抵抗を押えつつ流れを制御することができるため好ましい。
【００１１】
また、前記シート状中空糸膜の繊維軸に直交する方向において、前記シート状中空糸膜の端部から中央部に向かって前記保護部材の幅が狭くなるようにすると、被処理液の流れを制御する効果がより高く、好ましい。
また、前記中空糸膜の長さを２００ｍｍ〜２０００ｍｍとすると、保護部材による保護効果と濾過効率が共に優れているため好ましい。
また、前記シート状中空糸膜の繊維軸に直交する方向における長さを１００ｍｍ〜１５００ｍｍとすると、取り扱い性に優れるため好ましい。
また、前記シート状中空糸膜のシートの厚さを５ｍｍ〜５０ｍｍとすると、保護部材による保護効果をより顕著にできるため好ましい。
また、前記シート状中空糸膜を構成する中空糸膜の本数を２００〜４０００本とすると、取り扱い性に優れるため好ましい。
【００１２】
本発明の第二の要旨は、前記中空糸膜モジュールを、横方向及び／又は縦方向に複数個並べて配置してなる中空糸膜モジュールユニット、である。
【００１３】
ここで、前記中空糸膜の繊維軸が鉛直方向に配置されてなると、本発明による中空糸膜の破損防止効果が顕著となる。また、前記保護部材が、前記相対するハウジングのうち、上方に位置するハウジングの前記固定部材近傍にのみ設けられていると、より少ない構成部材で確実に中空糸膜の破損を防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。図１は、本発明の中空糸膜モジュールの一例を示す正面図である。
本発明の中空糸膜モジュール１は、複数の中空糸膜３がシート状に並べられ、中空糸膜両端部が、２つの相対するハウジング２に、固定部材４同士の間隔が中空糸膜３の長さよりも短い間隔で固定されてなるものであり、中空糸膜３が若干の弛緩を持つように配置されるため、洗浄性が良好となる。弛緩間隔としては、固定部材４間距離の５％以下とすることが好ましく、３％以下とすることがより好ましい。
ハウジング２の少なくとも一端には、図示しないがハウジング２に内包される処理液通過のための内部路に連通し、外部に開口した配管が設けられている。
【００１５】
ここで、固定部材４の近傍に、中空糸膜の繊維軸に直交し、シート状中空糸膜のシート面を覆うようにして保護部材５を設ける。保護部材５は、中空糸膜の固定部、即ち中空糸膜を接着固定の際に各中空糸膜間に固定部材が浸透し、中空糸膜が接着固定されている部分、において、中空糸膜の揺動により発生する中空糸膜に対する曲げモーメントを緩和し、中空糸膜の破損を防止する効果を果たす。
【００１６】
このとき、シート状中空糸膜の繊維軸に直交する方向において、シート面の端部側から中央部に向かって保護部材５の厚さが薄くなるように構成すると、中空糸膜の繊維軸方向に向かって被処理液が流れるようにした際に、端部側に集中して被処理液が流れることを防止できるため、端部に位置する中空糸膜に応力が集中することを防止できる。
【００１７】
保護部材５は、ポリエステル、ポリエチレン等、非分解性の有機高分子が好ましい。ここでいう非分解性の材質とは、化学分解あるいは生分解性が起こりにくい材質のことであり、活性汚泥等の被処理液内に浸漬させても分解することなく、また、曲げモーメントを緩和させる機能を保持している材質のことである。
【００１８】
保護部材５の種類は、編織布、不織布、フィルム、発泡樹脂等の柔らかい部材が好ましく、シート状中空糸膜の端部を、中空糸膜繊維軸に直交する方向のシート幅全体に亘って覆うように配置する。
【００１９】
また、保護部材５の厚みは、あまり厚いと複数の中空糸膜モジュールを並べて配置する際に邪魔になるため、最も厚い部分で１０ｍｍ以下とすることが好ましく、６ｍｍ以下とすることがより好ましい。
一方あまり薄いと中空糸膜の保護効果が不十分となることから、最も薄い部分で０．５ｍｍ以上とすることが好ましく、１ｍｍ以上とすることがより好ましい。
【００２０】
保護部材５は、シート状中空糸膜の片面に配置するだけでも本発明の効果は一応得られるものの、シート状中空糸膜を挟んで両面に配置することが好ましい。
【００２１】
保護部材５を配置する際は、中空糸膜３を固定部材４で固定後、保護部材５をシート面に接着する、中空糸膜３と同時に保護部材５を固定部材４で固定する、等の方法により配置することができる。
【００２２】
保護部材５は、中空糸膜３の端部において、固定部材４が含浸し、這い上がった部分の先端部は全て覆うようにして配置することが好ましい。先端部が覆われている限り、根元部で多少露出する中空糸膜があっても構わない。
【００２３】
保護部材５は、最も厚い部位の厚さが、最も薄い部位の厚さの２倍以上となるようにすると、中空糸膜シートの端部側に集中して被処理液が流れることをより効果的に防止できるため好ましい。
【００２４】
図２は、図１の中空糸膜モジュールのハウジング部のＡ−Ａ’断面における断面図である。
中空糸膜の繊維軸方向から見て、保護部材５のもっとも薄い部位と最も厚い部位とを結ぶ線と、シート面とがなす角度は、図２に示す角度θに相当するが、これを５度以下とすると、保護部材５の厚い部位が被処理液の流れに対して過度に出っ張ることがなく、従って被処理液の流れに対する抵抗を押えつつ保護効果を達成することができるため好ましい。
このとき、保護部材５の最も厚い部位から最も薄い部位までは、厚みを直線的に変化させても良いし、曲線的に変化させても良い。
【００２５】
保護部材５の幅は、全体を同じ幅とすることもできるが、シート状中空糸膜の繊維軸に直交する方向において、シート状中空糸膜の端部から中央部に向かって保護部材５の幅が狭くなるようにすると、中空糸膜シートの端部側に集中して被処理液が流れることをより効果的に防止できるため好ましい。保護部材５の幅を変化させる場合、図３に示すように、固定部材側方向の保護部材の端部は固定部材と平行にし、その反対側の保護部材端部が固定部材に対し斜めになるようにする。
【００２６】
保護部材５の幅は、あまり狭いと中空糸膜の保護効果が小さいため、最も狭い部位で２０ｍｍ以上とすることが好ましく、２５ｍｍ以上とすることがより好ましい。一方広すぎると中空糸膜面を覆って濾過を阻害することから、最も広い部位で５０ｍｍ以下とすることが好ましく、４０ｍｍ以下とすることがより好ましい。
【００２７】
本発明に用いられる中空糸膜は、中空糸膜を単にひき揃えたものでもよいが、中空糸膜モジュールの加工性の面から好適な形態としては、中空糸膜束が枷枠体に多条に巻き取られた巻き状物や、中空糸膜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数枚積層するか、編み地を切断せずに適当な長さに折り畳み重ねて積層体としたようなものが挙げられる。積層体とする場合の編み地の積層（折り畳み）枚数は、編み地の厚さ、すなわち中空糸膜の太さや編み地を編成する際の中空糸膜の合糸本数によっても変化するが、通常は１０枚程度までが好ましい。
【００２８】
中空糸膜の長さは、長くなるほど揺れ動きやすくなるため、本発明の保護部材の効果がより顕著となるが、長すぎると濾過効率が低下するため、２００ｍｍ〜２０００ｍｍが好ましく、５００ｍｍ〜１５００ｍｍがより好ましい。
また、中空糸膜の繊維軸に直交する方向における長さは、１００ｍｍ〜１５００ｍｍが取扱い性に優れるため好ましく、３００ｍｍ〜１０００ｍｍがより好ましい。
【００２９】
本発明で用いられるシート状中空糸膜は、シートの厚さが厚すぎると、シートの内側部に存在する中空糸膜に対し、保護部材の保護効果が及び難くなるため、５０ｍｍ以下とすることが好ましく、４０ｍｍ以下とすることがより好ましい。一方、薄すぎると膜の集積効率が低下することから、５ｍｍ以上とすることが好ましく、１０ｍｍ以上とすることがより好ましい。
【００３０】
本発明で用いられるシート状中空糸膜を構成する中空糸膜の本数は、少なすぎるとモジュールあたりの膜面積が小さく効率が悪いことから、２００本以上とすることが好ましく、４００本以上とすることがより好ましい。一方多すぎると取り扱い性が悪化し、気泡等による洗浄性も低下する傾向にあることから、４０００本以下とすることが好ましく、３０００本以下とすることがより好ましい。
【００３１】
本発明で用いられる中空糸膜の材質は、ポリスルホン系樹脂、ポリアクリロニトリル、セルロース誘導体、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリフッ化ビニリデンやポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、ポリアミド、ポリエステル、ポリメタクリレート、ポリアクリレートなどを用いることができる。また、これらの樹脂の共重合体や一部に置換基を導入したものであっても良い。さらに、２種以上の樹脂を混合したものであっても良い。
これらの素材のなかで、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、ポリアクリロニトリルは、比較的強度が弱いため、本発明の保護部材の効果がより顕著に発揮される。
【００３２】
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、外径は２０〜２０００μｍ、孔径は０．００１〜５μｍ、空孔率は２０〜９０％、膜厚は５〜３００μｍの範囲が好適に用いられる。
【００３３】
本発明の中空糸膜モジュールに用いられるハウジング材質としては、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、ポリスルホン、ポリオレフィン、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、変成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。
【００３４】
本発明の中空糸膜モジュールに用いられる固定部材４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、固化前の固定部材の粘度は、固定部材が、複数の中空糸膜間に含浸しやすくなることから、固化前の固定部材の粘度は５００〜５０００ｍＰａ・ｓが好ましく、より好ましくは２０００〜３０００ｍＰａ・ｓの範囲である。
【００３５】
また、固定の際に遠心力を利用する方法や、固定部材が中空糸膜束を構成する複数の中空糸膜の間に十分に行き渡るよう、固定前に中空糸膜束にエアー等を吹き付けることで、中空糸膜束を開繊する方法を併用することがより好ましい。
【００３６】
ハウジング内で中空糸膜を、その端部の開口面を保ちつつ、開口面が内部路に連通した状態で固定する方法としては、あらかじめ中空糸膜の端部をカットして開口し、中空糸膜の端部の開口状態を保ったまま固定部材を注入する方法や、中空糸膜の端部をあらかじめカットしていない中空糸膜束の端部をハウジング内に挿入し、中空糸膜の端部をすべて覆うようにハウジングの内部まで固定部材を注入し、固化した後、固定部材を中空糸膜の端部と一緒にカットし、中空糸膜端部を開口させる方法などを用いることができる。
【００３７】
前述した本発明の中空糸膜モジュールを横方向及び／又は縦方向に複数個並べて配置した中空糸膜モジュールユニットは、濾過量を大きくできると共に、取り扱い性に優れている。
【００３８】
また、中空糸膜の配置方向を、繊維軸が鉛直方向を向くように配置すると、中空糸膜の下方よりバブリングを行うことによって、容易に中空糸膜繊維軸方向に沿った被処理液の流れを形成でき、中空糸膜のシート面に平行かつ繊維軸に直交する方向に中空糸膜が揺動し難くなるため、本発明の保護部材の保護効果がより顕著に発揮される。
【００３９】
保護部材は、中空糸膜の両端部に設けても構わないが、中空糸膜の配置方向を繊維軸が鉛直方向を向くように配置する場合、保護部材は上部に位置するハウジング側の中空糸膜固定部分近傍のみに設けると、より少ない部材で保護効果を達成することができるため好ましい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の中空糸膜モジュールによれば、シート状中空糸膜の少なくとも一端の固定部分近傍に、中空糸膜の繊維軸方向に直交して、シート状中空糸膜のシート面を覆うように保護部材を設けているため、中空糸膜の揺動により発生する中空糸膜に対する曲げモーメントを緩和し、中空糸膜の破損を防止する効果を果たすことができる。
加えて、シート状中空糸膜の繊維軸に直交する方向において、シート面の端部側から中央部に向かって保護部材の厚さが薄くなるように構成しているため、中空糸膜の繊維軸方向に向かって被処理液が流れる際に、端部側に集中して被処理液が流れることを防止できるため、端部に位置する中空糸膜に応力が集中することを防止できる。
また、本発明の中空糸膜モジュールを、横方向及び／又は縦方向に複数個並べた中空糸膜モジュールユニットは、濾過量を大きくできると共に、取り扱い性に優れている。
【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正面図である。
【図２】図１の中空糸膜モジュールのハウジングＡ−Ａ’断面における断面図である。
【図３】本発明の中空糸膜モジュールの別の一例を示す正面図である。
【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    固定部材
５    保護部材
【図１】
0004147035.tif 000002
【図２】
0004147035.tif 000003
【図３】
0004147035.tif 000004