(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空糸膜編織物からなる濾過スクリーンと、
該濾過スクリーンの上端を該中空糸膜編織物を構成する各中空糸膜の上端の開口状態を保ちつつ固定する上部固定部材と、
該濾過スクリーンの下端を該中空糸膜編織物を構成する各中空糸膜の下端の開口状態を保ちつつ固定する下部固定部材と、
これら上部固定部材と下部固定部材を貫通し、該上部固定部材の各中空糸膜の上端が開口する側と前記下部固定部材の各中空糸膜の下端が開口する側とを連通する導水管と、
該下部固定部材の該上部固定部材側の面近傍に設けられた空気放出手段と、
該上部固定部材の縁部側面に設けられた空気供給口に連通し、前記下部固定部材側に開口を有する気体通路と、
該気体通路の前記下部固定部材側の開口と前記空気放出手段とを接続し、前記空気供給口から前記空気放出手段へ通気するための通気管と
該下部固定部材の各中空糸膜の下端が開口する側の面を含む領域を仕切り、下部処理水室を形成するための仕切り部材と、
を有する濾過エレメントを、缶体容器内に挿入配置することで、
該缶体容器内に、前記上部固定部材の各中空糸膜が開口する側の面を含み、処理水出口と連通するとともに、前記下部処理水室と前記導水管で連通する上部処理水室と；これら上部処理水室及び下部処理水室に対して分離された領域として形成され、前記中空糸膜編織物を構成する各中空糸膜の側面が位置し、被処理水供給口及び空気出口とに連通した被処理水室；とを構成し、
かつ前記空気供給口を該缶体容器外に向けて開口するように前記上部固定部材を配置した
ことを特徴とする中空糸膜濾過モジュール。
【請求項２】
前記空気放出手段が、空気吐出孔を有する円盤状部材に、該円盤状部材の半径方向に対して垂直に該円盤状部材を貫通するスリットを設けた構造を有し、該スリット内に前記濾過スクリーンを挿通させて配置したものである請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項３】
前記上部固定部材の縁部側面が、前記缶体容器の外壁面の一部を構成し、かつ、該縁部側面に前記空気供給口が配置されている請求項１または２に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項４】
前記濾過スクリーンの複数を、所定の間隔で平行に配置した請求項１〜３のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、河川水や湖沼水の濾過、工業用水の濾過、排水処理など汚濁性の高い液体の濾過のほか、砂濾過後の高次処理等に好適に用い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、高純度水、飲料水の製造や、空気の浄化といった精密濾過の分野に用いられるほか、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等の高汚濁性水処理の分野にも適用されている。
【０００３】
高汚濁性水処理においては、濾過時における目詰りが大きい場合が多く、その場合には濾過処理を一定時間行った後に、モジュール底部より空気を送って中空糸膜を振動させて膜表面を洗浄するスクラビング操作や、濾過方向とは逆方向に通水する逆洗浄等の膜洗浄が繰り返し行われる。
【０００４】
しかし、従来の精密濾過に用いられる円柱状や同心円状に中空糸膜編織物を収束して配置した中空糸膜モジュールを高汚濁性水処理に用いた場合には、処理時間の経過に伴い膜表面に付着した有機物等の堆積物により中空糸膜同士が固着してしまい、モジュール内の中空糸膜の有効面積が減少し、濾過流量の急激な低下が生じ、定期的に膜洗浄を行っても膜機能が容易に回復しなくなり濾過効率の著しい低下が生じる場合があった。
【０００５】
この有効面積の減少と洗浄効率の低下といった問題の解決策としては、中空糸膜編織物を濾過スクリーン状に広げた状態で、その一端または両端の中空糸膜を開口状態を保って枠に固定した断面が矩形状の平型の中空糸膜モジュールが提案され、この中空糸膜モジュールの複数を適切な間隔で配置することにより膜表面の洗浄が容易となり、濾過効率の低下を抑えることが可能となった。
【０００６】
この平型の中空糸膜モジュールでは、濾過膜の二次側を吸引し濾過操作を行うことが多く、より高い濾過性能を得るためには中空糸膜モジュールを円筒状容器などの耐圧容器に収納し、濾過膜の一次側を更に加圧して濾過が行われる。
【０００７】
しかし、平型の中空糸膜モジュールを円筒状容器に収容すると、中空糸膜以外の部分が占める比率が高くなるため、容積効率が悪くなり、角形容器に収納するときには耐圧構造を得るために補強部材を必要とする等容器費用が割高となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の容積効率にかかる課題を解決するための構造としては、複数の平型の中空糸膜編織物を平行に配列したり、ジグザグ状に折り畳んで中空糸膜モジュールとなし、空気ヘッダーから供給された空気によりスクラビングを行うことによって、長期にわたり高い濾過機能を維持することができる中空糸膜モジュールが、特開平９−１４１０６３号公報に提案されている。
【０００９】
しかしながら、当該中空糸膜モジュールにおいては、供給された空気が各中空糸膜編織物間に均一に流れず、偏流が生じたり、複数の空気泡が上昇中に一緒になり大きな泡として上昇したりすることがあった。この現象により中空糸膜の全表面が洗浄されないため濾過機能のより均一な回復が十分に達成できなかったり、必要以上の空気を供給してやる必要が生じていた。
【００１０】
このような問題を解決するために、垂直方向において平行に配列した中空糸膜編織物の下部固定部材の上面近傍の各積層体間に散気ノズルを配設し、中空糸膜編織物間に確実に空気を供給することにより洗浄性を改善した中空糸膜モジュールが特願平９−１５８４１６号により出願されている。この散気ノズルを配設した構造を採用することで、長期にわたり高い濾過機能を維持することが可能となった。しかしながら、缶体へ各部品を装着する際に、散気ノズルへの空気配管の接続操作が必要となることや、缶体に当該接続作業用の開口部や下部の処理水出口配管が必要なため缶体構造が複雑となるなど、濾過コストの更なる低減を行う場合における改良すべき問題があった。
【００１１】
本発明の目的は、缶体容器内に中空糸膜編織物からなる濾過スクリーンを設けた構造を有する中空糸膜モジュールにおいて、スクラビング用空気を中空糸膜編織物からなる濾過スクリーン間に確実に供給することにより、更に均一で効率的な洗浄が行え、かつ構造が簡易で、各部品の着脱作業が容易であり、取扱性や維持管理における作業効率も良好な中空糸膜モジュールを提供することにある。
【００１２】
【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、
中空糸膜編織物からなる濾過スクリーンと、
該濾過スクリーンの上端を該中空糸膜編織物を構成する各中空糸膜の上端の開口状態を保ちつつ固定する上部固定部材と、
該濾過スクリーンの下端を該中空糸膜編織物を構成する各中空糸膜の下端の開口状態を保ちつつ固定する下部固定部材と、
これら上部固定部材と下部固定部材を貫通し、該上部固定部材の各中空糸膜の上端が開口する側と前記下部固定部材の各中空糸膜の下端が開口する側とを連通する導水管と、
該下部固定部材の該上部固定部材側の面近傍に設けられた空気放出手段と、
該上部固定部材の縁部側面に設けられた空気供給口に連通し、前記下部固定部材側に開口を有する気体通路と、
該気体通路の前記下部固定部材側の開口と前記空気放出手段とを接続し、前記空気供給口から前記空気放出手段へ通気するための通気管と
該下部固定部材の各中空糸膜の下端が開口する側の面を含む領域を仕切り、下部処理水室を形成するための仕切り部材と、
を有する濾過エレメントを、缶体容器内に挿入配置することで、
該缶体容器内に、前記上部固定部材の各中空糸膜が開口する側の面を含み、処理水出口と連通するとともに、前記下部処理水室と前記導水管で連通する上部処理水室と；これら上部処理水室及び下部処理水室に対して分離された領域として形成され、前記中空糸膜編織物を構成する各中空糸膜の側面が位置し、被処理水供給口及び空気出口とに連通した被処理水室；とを構成し、
かつ前記空気供給口を該缶体容器外に向けて開口するように前記上部固定部材を配置した
ことを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、中空糸膜編織物の濾過スクリーンに対するスクラビング用空気の供給を均一かつ確実に行うことが可能となる上に、構成が簡易化されており、また各部品も効率良く配置されていることで、良好な操作性や作業性が得られる。
【００１４】
本発明の中空糸膜モジュールにおける空気放出手段を、空気吐出孔を有する円盤状部材に、その表面から裏面に貫通するスリット部を設けた構造とし、このスリット内に中空糸膜編織物の濾過スクリーンを挿通させた状態で、下部固定部材の上面近傍に組み込むことで、より効果的な通気効果を得ることが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って詳細に説明する。図１は、本発明の中空糸膜モジュールの一例を示す模式断面図である。この中空糸膜モジュールは、主に缶体３とキャップ４とにより構成される缶体容器内に、中空糸膜編織物からなる濾過スクリーン１の複数を所定間隔をおいて平行に配置した構成を有する。中空糸膜編織物を構成する各中空糸膜の上端及び下端は、開口状態を保って上部固定部材２ｂ及び下部固定部材２ａにそれぞれ固定されている。これらの固定部材は、各中空糸膜の開口端が開口する側の面を含む処理水室１４、１５と、各中空糸膜の側面が位置する空間からなる被処理水室１６とを分離する仕切壁の一部として機能する。下部の処理水室１５は、下部固定部材２ａと仕切り部材としてのエレメントキャップ１１とによって区画され、各中空糸膜の開口下端が開口する領域として構成されている。
【００１６】
２つの固定部材間には、これら固定部材を貫通し、上下に配置された処理水室１４、１５間を連通する導水管１２が設けられており、この導水管１２によって下部の処理水室１５の処理水は上部の処理水室１４へ誘導され、最終的に処理水出口６からモジュール外へ取り出されるようになっている。
【００１７】
上部固定部材２ｂは、缶体３とキャップ４と同じ外径の縁部を有し、その縁部側面には空気供給口８が開口している。空気供給口８は、下部固定部材側に開口を有する気体通路１７と連通しており、気体通路１７と、下部固定部材２ａの上面近傍に設けられた空気放出手段９とを接続する通気管（エアー管）１３を介して空気放出手段９に通気できるようになっている。空気放出手段９は、空気吐出孔を有するスリット状の貫通孔を有し、この貫通孔中に各濾過スクリーン１が挿通されている。
【００１８】
図１に示す構造の中空糸膜モジュールでは、濾過スクリーン１、固定部材２ａ、２ｂ、空気放出手段９、エレメントキャップ１１、導水管１２、エアー管１３等からなる組立体（エレメント）は、缶体３に上方から挿入され上部をキャップ４によって閉じるように固定される。このように、エレメントを缶体容器内に収納する前に予め完成された状態で組立可能として供給することで、組立完了後のエレメントを缶体３内に配置してキャップ４で固定するという極めて簡便な操作で中空糸膜モジュールの組立を完了することができ、また、エレメントの定期交換等の作業も作業性良く行うことができる。このような良好な取扱性や作業性は、２つの固定部材に対して、エアー管１３、導水管１２、空気放出手段９等を効率良く配置したコンパクトなエレメント構造により達成されるものである。
【００１９】
一方、缶体３には、被処理水供給口５、堆積物出口７、空気出口１０が、キャップ４には処理水出口６がそれぞれ設けられている。
【００２０】
図２は、空気放出手段の一例の構造を示す模式的平面図であり、図３はその断面図である。なお、説明のため図３におけるスリットと空気吐出孔の位置関係は図２とは異る。
【００２１】
図２、３において、空気放出手段９は下部固定部材２ａに対応する外径の円盤状形状を有し、その内部に設けられた内空部（空洞部；図２では破線で示されている）２０が空気分散器としての機能を有する。各スリット２１内にはそれぞれ濾過スクリーン１の根本部分が挿通され、これに向ってスリット２１内に設けられた空気吐出孔１９が開口している。
【００２２】
図１〜３に示す構造の中空糸膜モジュールにおける被処理水の処理は例えば以下のようにして行うことができる。まず、空気出口１０及び堆積物出口７を適当な手段で閉じておき、被処理水供給口５から被処理水を被処理水室１６内へ導入する。被処理水室内１６に導入された被処理水は濾過スクリーン１を構成する中空糸膜編織物中の中空糸膜の側面と接触し、中空糸膜内へ通過することで固形物が濾過処理される。濾過処理済みの処理水は、中空糸膜の中空部から、処理水室１４、１５へ流れ、また、処理水室１５内の処理水は導水管１２を介して処理水室１４に誘導され、最終的に処理水出口６からモジュール外へ取り出される。必要に応じて、処理水出口６側からの吸引や被処理水供給口５側からの加圧を併用することもできる。
【００２３】
また、濾過スクリーン１の洗浄操作は例えば以下のようにして行うことができる。所定時間の濾過処理を行ったところで、処理水の供給を停止し、被処理水室１６内に被処理水が充填された状態で、空気出口１０を解放してから、空気供給口８よりスクラビング用空気を供給する。供給された空気は、気体通路１５、エアー管１３を通って、空気放出手段９により各濾過スクリーン１の根本部分に向って噴射される。噴射されたスクラビング用空気は気泡を形成し、濾過スクリーン１間を濾過スクリーン１を構成する中空糸膜編織物の表面を洗浄しながら上昇し、空気出口１０から系外に排出される。このスクラビング操作により各中空糸膜の表面より剥離した固形物は、缶体３の下部に沈降して堆積物を形成する。この堆積物は堆積物出口７から系外に排出させることができる。
【００２４】
本発明に用いられる中空糸膜編織物を構成する中空糸膜としては、ポリオレフィン系、セルロース系、ポリビニルアルコール系、ポリスルフォン系、ポリメチルメタクリレート系等の各種材料及びその複合物からなるものを用いることができ、編織物への編織物性、スクラビング用空気による揺れへの対応の点で強伸度の高いポリエチレン等のオレフィン系中空糸膜が好ましく用いられる。また、中空糸膜は濾過膜として使用可能なものであれば、孔径、空孔率、膜厚、外径等は特に制限はない。
【００２５】
中空糸膜編織物は、中空糸膜が縦糸および緯糸の一方に配され、濾過膜としての機能が保持されるならば、どのような編成方法、織成方法に拠ったものであってもよい。
【００２６】
中空糸膜編織物はスクリーン状に展開されて濾過スクリーン１を形成しており、その複数枚が平行となるように配置されている。各濾過スクリーン間のピッチは、３〜５０ｍｍが好ましく、５〜２０ｍｍがより好ましい。３ｍｍ以下のピッチでは、スクラビング後の堆積物の排出時等において、中空糸膜側面から剥離した固形物が濾過スクリーン間にひっかかりそこに残存する確率が高くなる場合があり、また、５０ｍｍ以上のピッチでは中空糸膜モジュール内に収納できる膜面積を十分にとることができない場合がある。
【００２７】
上部固定部材２ａ、２ｂは、中空糸膜編織物を固定するとともに、被処理水と処理水を液もれなく仕切る部材として機能するもので、例えば、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等により形成することができる。これらの固定部材への中空糸膜の固定化は常法により行うことができる。
【００２８】
上部固定部材２ｂは、先に述べたように、その外周部（縁部）が缶体３とキャップ４に挟まれることによってエレメントを固定する機能を有する。なお、これらの固定には、例えば図示したようなフランジ構造を利用して、ボルトとナットの組合せ等の各種の固定手段で固定することができる。
【００２９】
また、先に述べた通り、上部固定部材２ｂは、スクラビング用空気を供給する空気供給口８をその外周側壁に有し、空気供給口８と連通する気体通路１５のエアー管１３との接続口が中空糸膜の側面側の被処理水室に向けて設けられている。このスクラビング用空気の供給構造により、従来の構造で行われていたエレメントを缶体内に装着する際の缶体外から空気放出手段への空気配管接続作業が不要となりエレメントの装着作業が大幅に簡略化されるとともに、缶体の接続作業用開口部を省略することができる。
【００３０】
下部固定部材２ａには、エレメントキャップ１１が外部と液もれなく固定されて、これらの部材によって処理水室１５が形成されている。中空糸膜により濾過処理された処理水で処理水室１５に集水した部分は導水管１２により上部の処理水室１４に導かれる。
【００３１】
各固定部材の厚さは、固定部材を構成する材料の強度や補強部材の併用等に応じて選択することができるが、固定部材径をＲとして０．１Ｒ〜１Ｒが好ましく、０．２〜０．６Ｒがより好ましい。０．１Ｒ未満では耐圧性の確保が困難な場合があり、また１Ｒを超えると必要以上の量の樹脂等の構成材料が必要となる場合がある。
【００３２】
エレメントキャップ１１は、耐圧性、耐水性、耐腐食性、耐溶出性等を考慮して、樹脂、金属等の材料から構成することができ、固定部材２ａと接着あるいはＯ−リング等の公知の部材を用いて液もれなく固定される。
【００３３】
導水管１２は、耐圧性、耐水性、耐腐食性、耐溶出性、固定部材との接着性等を考慮して樹脂、金属等の材料から構成することができ、処理する液量に応じてその孔径や設置本数を適宜選択することができる。
【００３４】
空気放出手段９は、耐圧性、耐水性、耐腐食性、加工性等を考慮して、樹脂、金属等の材料から構成することができ、その固定位置はスクラビングによる良好な洗浄効果が得られる位置とされ、例えば、下部固定部２ａの上面近傍とすることができる。また、空気放出手段９の位置の固定には各種の固定手段が利用可能であるが、図示したように、導水管１２との固定部分を介してその配置位置を固定する方法が、エレメントの構造を簡易化する上で好ましい。
【００３５】
空気放出手段９に設けられるスリットの形状や大きさは、濾過スクリーン１の形状や配列ピッチ、更にはその洗浄効果を考慮して設定することができる。また、空気吐出孔の位置は、スクラビングによる良好な洗浄処理が可能となる位置であれば特に制限されない。濾過スクリーン１への空気供給の均一性、スリット中に堆積した固形物の処理等を考慮した場合、図２、３に示すようにスリット内側壁に設けるのが好ましい。図２、３のようにスリット内側壁に設ける場合における空気吐出孔１９の配置ピッチは、気泡形成の均一性を考慮して１０ｍｍ〜７０ｍｍが好ましい。１０ｍｍより小さいと、気泡供給が過剰になる場合があり、また、７０ｍｍより大きいと気泡による中空糸編織物の洗浄における洗浄むらが生じる場合がある。なお、空気吐出孔１９に関しては、被処理水の濁度、濁質特性、洗浄条件等により、その孔数、孔径、ピッチ等を設定することができ、例えば孔径は０．５〜５ｍｍ、より好ましくは１〜３ｍｍとすることができる。０．５ｍｍ未満では目詰りしやすくなる場合があり、５ｍｍを超えると各孔間の吐出量バランスが取り難く、過剰なスクラビング空気が必要となる場合がある。
【００３６】
主に缶体３とキャップ４から構成される容器は、耐圧性の確保から円筒状の部分を有することが好ましく、耐圧性、耐水性、耐腐食性、耐溶出性等を考慮して樹脂、金属等の材料から構成することができる。また、缶体３は適宜部分で分離可能な構造としてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の中空糸膜モジュールは、スクラビング用空気を中空糸膜編織物からなる濾過スクリーン間に確実かつ均一に供給することにより、均一で効率的な洗浄が行え、長期にわたって高い濾過効率を維持できるとともに、缶体容器内への濾過スクリーン等を有するエレメントの着脱が容易であり、かつ缶体容器自体の構造も簡易化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の一例を示す模式断面図である。
【図２】本発明に用い得る空気放出手段の一例の模式平面図である。
【図３】本発明に用い得る空気放出手段の一例の模式断面図である。
【符号の説明】
１    濾過スクリーン
２ａ    下部固定部材
２ｂ    上部固定部材
３    缶体
４    キャップ
５    被処理水供給口
６    処理水出口
７    堆積物出口
８    空気供給口
９    空気放出手段
１０    空気出口
１１    エレメントキャップ
１２    導水管
１３    エアー管
１４    上部処理水室
１５    下部処理水室
１６    被処理水室
１７    気体通路
１８    エアー管接続部
１９    空気吐出孔
２０    空洞部
２１    スリット
【図１】
0004230569.tif 000002
【図２】
0004230569.tif 000003
【図３】
0004230569.tif 000004