(57)【要約】【課題】高温での使用に耐え、広範な種類の洗浄液が使用可能な濾過モジュールを提供する。【解決手段】  懸濁物質を含有する被処理液の固液分離を行なう中空糸膜；該中空糸膜を収納し、前記被処理液が供給される供給口及び前記被処理液の濾過残渣液を排出する排出口を有し、電子線架橋されたポリプロピレン又は繊維強化ポリプロピレンで構成されたハウジング；並びに前記中空糸膜内の濾過水が該ハウジング外に排出されるように、前記中空糸膜の一端を保持する集水用保持部を備えている。好ましくは、電子線架橋されたポリプロピレン又は繊維強化ポリプロピレンの引張り弾性率が２２００ＭＰａ以上、８０℃における引張り弾性率が１１００ＭＰａ以上である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
懸濁物質を含有する被処理液の固液分離を行なう中空糸膜；
該中空糸膜を収納し、前記被処理液が供給される供給口及び前記被処理液の濾過残渣液を排出する排出口を有し、電子線架橋されたポリプロピレン又は繊維強化ポリプロピレンで構成されたハウジング；並びに
前記中空糸膜内の濾過水が該ハウジング外に排出されるように、前記中空糸膜の一端を保持する集水用保持部を備えた濾過モジュール。
【請求項２】
前記電子線架橋されたポリプロピレン又は繊維強化ポリプロピレンの引張り弾性率は２２００ＭＰａ以上である請求項１に記載の濾過モジュール。
【請求項３】
前記電子線架橋されたポリプロピレン又は繊維強化ポリプロピレンの８０℃における引張り弾性率は１１００ＭＰａ以上である請求項２に記載の濾過モジュール。
【請求項４】
前記ハウジングは、肉厚５〜１０ｍｍで、外径１５０〜３００ｍｍ、長さ１５００〜２５００ｍｍである請求項１〜３のいずれかに記載の濾過モジュール。
【請求項５】
前記中空糸膜は、フッ素樹脂の多孔質膜で構成されている請求項１〜４のいずれかに記載の濾過モジュール。
【請求項６】
油性物質を含有する水の濾過用である請求項１〜５に記載の濾過モジュール。
【請求項７】
７０℃以上の被処理液の濾過用である請求項１〜６のいずれかに記載の濾過モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空糸膜を用いて懸濁物質を含む被処理液の濾過を行なう濾過モジュールに関し、特に高温の被処理液や懸濁物質として油性物質を含む水の濾過に適し、濾過後、酸、アルカリ、有機溶剤などによる中空糸膜の洗浄が可能な濾過モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、細菌、砂、微粒子などの懸濁物質を含む液体の濾過方法として、多孔質膜で構成されたチューブ（中空糸膜）を利用した濾過装置が実現されつつある。
中空糸膜を、懸濁物質を含む液体に曝すと、懸濁物質が中空糸膜を通過できず、液体だけが透過して中空糸膜内に流入できる。このような中空糸膜の固液分離機能を利用して、河川水、廃液、産業廃水等の高汚濁水を浄化することができる。
【０００３】
高汚濁水を浄化する濾過装置に用いられる濾過モジュールとしては、例えば、図１に示すように、円筒状のハウジング１内に、固液分離を行なう多数の中空糸膜２を集束した中空糸束が収納されていて、前記中空糸膜２の一端は閉塞するように、ハウジング１底面側の保持部材３に取付けられ、中空糸膜２の他端はハウジング１外に連通するようにハウジング１上面の保持部材４に挿通されている。ハウジング底面側の保持部材３には、多数の貫通孔３ａが開設されていて、懸濁物質、微粒子などを含んだ被処理液を、ハウジング１の底面からハウジング１内に供給できるようになっている。中空糸膜２を透過した濾過水は、ハウジング１上面の保持部材４を通って、ハウジング１上部の開口部から取水できるようになっている。
【０００４】
中空糸膜としては、要求される濾過性能等によるが、一般に、特開２０００−４２３７５号公報（特許文献１）の段落番号００１８に記載されているように、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン、ナイロン、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスルフォン、セルロース系、ポリビニルアルコール系、ポリイミド系の中空糸膜が用いられる。あるいは特開平５−９６１３６号公報（特許文献２）の段落番号００１１に記載されているように、ポリオレフィン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリビニルアルコール、セルロースアセテート、ポリアクリロニトリルなどを用いることもできる。
【０００５】
ハウジングは、一般に、特開２０００−４２３７５号公報（特許文献１）の段落番号００３７に記載されているように、機械的強度及び耐久性を有する材料で構成され、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ナイロン、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ等の樹脂材料、ステンレススチール等の金属材料が用いられる。被処理液に有機溶剤を使用する場合、耐溶剤性に優れたポリプロピレン、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦなどが好適に用いられる。また、特開平５−９６１３６号公報（特許文献２）の段落番号００１２、特開平７−１３６４６９号公報（特許文献３）の段落番号００１８では、ハウジング材料として、金属、プラスチック類の適当な材質とあり、好ましい材料として、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリスルホン、変性ポリフェニレンオキサイド、ポリカーボネート樹脂が例示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−４２３７５号公報
【特許文献２】特開平５−９６１３６号公報
【特許文献３】特開平７−１３６４６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ハウジングの構成材料も、中空糸膜の材料と同様に、上記材料のうち、要求される性能に応じて、適宜選択される。要求される特性としては、まず、被処理液に対して耐蝕性のある材料でなければならない。また、産業廃水、河川水などの浄化装置に使用される場合、モジュールの高さ１．５〜２．５ｍといった大型の濾過モジュールを用いることが多いため、機械的強度も重要となる。
【０００８】
近年、さらに濾過装置の用途が拡大し、例えば、高温で運転されたボイラーのドレン水、油田採掘に使用された水の濾過に対する利用も検討されるようになってきている。
高温で運転されるボイラーのドレン水では、７０℃以上の液体がハウジングに供給されることになるため、高温下でも機械的強度を保持できるハウジングを使用する必要がある。  
【０００９】
また、戸外で使用される濾過モジュールの場合、特に砂漠地帯での石油採掘に使用した水の濾過装置に用いる場合、装置が設置される環境温度の高低差が大きいため、高温時・低温時の温度サイクルに耐える強度が要求される。しかしながら、上記のようなプラスチック材料で、このような要件を充足させることは難しいのが実情である。
【００１０】
また、濾過モジュールは、連続運転により、濾過残渣が中空糸膜表面に付着し、やがては中空糸膜の空孔が閉塞されて、濾過性能の低下をもたらしてしまう。この場合、濾過性能が低下してきた時点で、洗浄液を濾過装置に流し入れ、中空糸膜を洗浄することで、一般に対処している。
【００１１】
油性物質を含む被処理液の場合、アセトン、メチルエチルケトン等の有機溶剤で中空糸膜を洗浄することが有効である。従って、中空糸膜として有機溶剤に対して耐性を有する材料を使用することは勿論であり、ハウジングの材料についても、有機溶剤に対して耐久性ある材料を使用することが望まれる。しかしながら、上記特許文献に例示されているようなプラスチック材料で構成されるハウジング内に、大量の有機溶剤を洗浄用に供給し、長時間曝すと、ハウジングを構成しているプラスチックの分解が促進され、ハウジングの強度低下、耐久性の低下をもたらしてしまう。上記特許文献１には、耐有機溶剤性に優れるＰＰ、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦを用いることが開示されているが、上記のような大型濾過モジュールでは、強度の点で満足できない。一方、ステンレス等の金属材料は、有機溶剤に対して耐久性を有する。しかしながら、油田採掘現場に使用する水の場合、シリカ等の無機物の付着も多く、このような無機物は、有機溶剤では除去できない。無機物を除去するためには、酸で洗浄することが効率的であるが、金属製ハウジングを大量の酸に長時間曝すといった洗浄操作は、金属材料の腐食をもたらす。
【００１２】
さらに、近年、洗浄の方法として、濾過モジュール内に空気を供給して、中空糸膜束を振動、或いは気泡により膜表面に付着した汚染物質を除去する方法が提案されている。例えば、前述の特許文献２では、中空糸膜束の中心に細孔を有するパイプを設置し、パイプから洗浄用空気を供給することが提案されている。あるいは、被処理液に、気泡を含有させ、ハウジング内に供給する場合もある。いずれの場合も、ハウジング内には、被処理液の供給による内圧だけでなく、洗浄用気泡による内圧も加わるため、ハウジングに要求される強度は、さらに厳しくなり、上記のような材料で充足するものを見出すことはできないのが現状である。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高温ボイラーのドレン水や油田採掘現場の処理水のように、大型の濾過装置において、高温での使用に耐え、しかも油性物質や無機物の洗浄も行えるように、広範な種類の洗浄液が使用可能な濾過モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、大型の濾過モジュールにおいては、種々の被処理液、種々の条件で供給する場合について、ハウジングにかかる負荷を検討し、本発明に到達した。
【００１５】
すなわち、本発明の濾過モジュールは、懸濁物質を含有する被処理液の固液分離を行なう中空糸膜；該中空糸膜を収納し、前記被処理液が供給される供給口及び前記被処理液の濾過残渣液を排出する排出口を有し、電子線架橋されたポリプロピレン又は繊維強化ポリプロピレンで構成されたハウジング；並びに前記中空糸膜内の濾過水が該ハウジング外に排出されるように、前記中空糸膜の一端を保持する集水用保持部を備えている。
【００１６】
前記電子線架橋されたポリプロピレン又は繊維強化ポリプロピレンの引張り弾性率は２２００ＭＰａ以上であることが好ましく、より好ましくは８０℃における引張り弾性率が１１００ＭＰａ以上である。
【００１７】
前記ハウジングは、肉厚５〜１０ｍｍで、外径１５０〜３００ｍｍ、長さ１５００〜２５００ｍｍであることが好ましい。また、前記中空糸膜は、フッ素樹脂の多孔質膜で構成されていることが好ましい。
【００１８】
本発明の濾過モジュールは、油性物質を含有する水の濾過用として、あるいは７０℃以上の被処理液の濾過用に好適である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の濾過モジュールは、酸、アルカリ、高温に耐えることができる電子線架橋ポリプロピレン又は繊維強化ポリプロピレンで、ハウジングを構成しているので、中空糸膜の濾過性能、濾過寿命に応じて、酸・アルカリによる洗浄が必要な被処理液や高温水の濾過に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の濾過モジュールの一実施形態について、図１を参照しつつ、説明する。
図１に示す濾過モジュールは、円筒状のハウジング１上面に取付けられた集水用保持部材４に、固液分離を行なう多数の中空糸膜２を集束した中空糸膜束の一端がハウジング２外に連通するように挿通され、前記中空糸膜２の他端は閉塞するように保持部材３に取付けられた状態で、中空糸膜束がハウジング１内に収納されている。ハウジング１底面側の保持部材３には、多数の貫通孔３ａが開設されていて、懸濁物質、微粒子などを含んだ被処理液を、ハウジング１底面からハウジング１内に供給できるようになっている。中空糸膜２を透過した濾過水は、ハウジング上面の保持部材４を通って、ハウジング上部の開口部から取水できるようになっている。また、濾過残渣で濃縮された被処理液（濃縮液）は、ハウジング１上方の壁面に開設された排出口５から排出される。
【００２１】
本発明の濾過モジュールは、ハウジングが、電子線架橋されたポリプロピレン、又は繊維強化ポリプロピレンで構成されているという特徴を有している。
ハウジングのサイズは特に限定しないが、大量の被処理液を濾過するために、戸外に設備される濾過装置、工場内に備え付けられる濾過装置に用いられる濾過モジュールにおいては、肉厚５〜１０ｍｍ、外径１５０〜３００ｍｍ、全長１５００〜２５００ｍｍであることが好ましい。
【００２２】
架橋ポリプロピレンとは、放射線照射等により、架橋させた３次元構造を有するポリプロピレンである。一般に、ポリプロピレンに放射線等を照射すると、架橋反応と分子切断反応とがほぼ同じ確率で進行するため、機械的物性の改善が困難であるが、多官能性モノマーを添加した状態で放射線照射することにより、分子切断反応よりも架橋反応が優先的に起り、機械的物性が向上した架橋ポリプロピレンを得ることができる。
【００２３】
多官能性モノマーとしては、トリメチロールプロパントリメタクリレート等の分子内に二重結合を複数個持つモノマーが好ましく用いられる。このような多官能性モノマーは、ポリプロピレン１００質量部に対して６〜２０質量部の割合で混合されることが好ましい。
【００２４】
ポリプロピレンとしては、ホモポリマー、ランダムポリマー、ブロックポリプロピレンなどのいずれを用いることもできるが、好ましくはランダムポリプロピレンである。一般に、非晶部分の多いランダムコポリマー、結晶化度の低いポリプロピレンの方が架橋しやすいためと思われる。
【００２５】
また、架橋のための放射線は、γ線や電子線（β線）、Ｘ線などを用いることができるが、工業的生産にはコバルト６０によるγ線や電子線加速器による電子線が好ましい。また、照射量としては、数十ｋＧｙ以上あれば架橋できるが、２００ｋＧｙ以上にすることが好ましい。
【００２６】
このような架橋ポリプロピレンは、引張り弾性率２２００ＭＰａ以上とすることができ、好ましくは８０℃での引張り弾性率１１００ＭＰａ以上である。また、熱変形率（厚み１ｍｍのサンプルに７０℃で１００ｇの荷重をかけた場合）１％以下とすることができる。
【００２７】
このような架橋ポリプロピレン製ハウジングは、多官能性モノマーをポリプロピンに所定割合で混合したポリプロピン組成物で所定形状のハウジングを成形した後、放射線照射して、架橋すればよい。
【００２８】
繊維強化ポリプロピレンに用いられる繊維としては、通常、繊維強化プラスチックに用いられる公知の繊維を使用することができる。具体的には、ガラス繊維、炭素繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、金属繊維などが挙げられる。
このような繊維は、ポリプロピレン１００質量部あたり２０質量部含有されることが好ましい。
【００２９】
上記所定割合で、強化繊維を混合したポリプロピレン組成物を、射出成形機、押出成型機などを用いて、所定形状に成形してもよいし、分割された部材をまず成形し、各部材を組合わせて熱溶接、高周波溶接、超音波溶接などによって所定形状にしてもよい。
【００３０】
このような繊維強化ポリプロピレンは、引張り弾性率２２００ＭＰａ以上とすることができ、好ましくは８０℃での引張り弾性率１１００ＭＰａ以上である。
【００３１】
架橋ポリプロピレン、繊維強化ポリプロピレンは、いずれも、上記のように、ポリプロピン本来の化学的物性を損なうことなく、機械的物性が改善されている。従って、架橋ポリプロピレン、繊維強化ポリプロピレン製ハウジングは、酸、アルカリ、有機溶剤に対する耐薬品性を有していて、これらと直接、長時間接触するような状況に曝されても、初期の優れた機械的強度を維持することが可能である。
【００３２】
また、本発明の濾過モジュールに用いられているハウジングは、肉厚５〜１０ｍｍ、外径１５０〜３００ｍｍ、円筒の高さ１５００〜２５００ｍｍのサイズで、８０℃においても耐圧性０．５ＭＰａを確保することが可能である。このことは、上記サイズを有する図１に示すような濾過モジュールを、縦型に用いて、下方から被処理液を供給した場合、ハウジングの自重、被処理液の重量、被処理液の供給圧力、さらには洗浄用気泡等により、特にハウジング下方にかかる内圧にも耐えることを意味する。
【００３３】
中空糸膜の構成材料としては、多孔質膜で構成されたチューブ（中空糸膜）を形成できる樹脂であれば特に限定せず、ポリエチレン、ポリプロピレン、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、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ＰＶＤＦ等のフッ素化ポリオレフィンなどが用いられる。中空糸膜を構成する多孔質膜としては、膜を適宜処理により多孔質構造としたものであってもよいし、延伸により形成される繊維（フィブリル）構造で、フィブリル間間隙が空孔となったものであってもよいし、多孔質膜をらせん状に重ね合わせてチューブ構造を形成したものであってもよい。また、中空糸膜を構成する多孔質膜は、単層であってもよいし、適宜製法を組合わせた複数層構造であってもよい。
【００３４】
中空糸膜のサイズは特に限定しないが、中空糸膜のチューブ内径０．３〜１２ｍｍ、外径０．８〜１４ｍｍ、膜厚０．２〜１ｍｍ、多孔質膜の空孔径１０ｎｍ〜１０００ｎｍ、空孔率５０〜９０％、膜間差圧０．１〜１．０ＭＰａの耐圧性を備えたものが好ましく用いられる。
【００３５】
中空糸膜の構成材料は、上記材料から、被処理液の種類に応じて適宜選択すればよいが、被処理液が、高温のドレン水や石油採掘水の場合には、フッ素樹脂で構成されることが好ましく、特に、延伸ＰＴＦＥ等の延伸により繊維構造となったフッ素樹脂の多孔質膜が好ましく用いられる。
【００３６】
ハウジングの上面を構成する保持部材（集水用保持部材）は、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂等の液状樹脂を硬化させて成型するか、あるいはＰＦＡ、ＰＰ、ＰＥ樹脂などの熱溶融性プラスチック素材に中空糸膜の外径サイズの貫通孔を形成し、孔に中空糸膜を納めて、そのまま熱溶融させて作製することができる。
【００３７】
ハウジング底面を構成する保持部材は、上面の集水用保持部材と同様の材料で構成でき、汚濁水が通過できる貫通孔が多数開設された円盤で、中空糸膜の一端が保持するための凹部が設けられている。この凹部に中空糸膜の一端を差し込み、接着剤で固着すればよい。
【００３８】
以上のような構成を有する濾過モジュールは、ハウジング底面から被処理液水が供給される。ハウジング内に供給された被処理液は、中空糸膜と接触して、水、又は水溶液だけが中空糸膜内に流入する。中空糸膜内に流入した濾過水は、上部の固定部材を通過してハウジング外で取水されることができる。一方、中空糸膜の濾過作用で被処理液中に含まれる懸濁物質や油分の濃度が高くなった液は、適宜、排出口からハウジング外へ排出される。このようにして、濾過モジュールで、被処理液の濾過が行なわれる。
【００３９】
ここで、中空糸膜表面には、被処理液に含まれていた油分、被処理液中の混入していた懸濁物質などが付着している。これらを放置しておくと、中空糸膜の濾過性能は低下し、ついには濾過装置としての役目を果たせなくなくなるので、定期的に洗浄する必要がある。本発明の濾過モジュールでは、そのサイズから、分解は容易でなく、また石油採掘現場や工場内に備え付けてしまっている場合には、分解掃除する事自体ができない。この場合、通常、被処理液に代えて、洗浄液をハウジング内に供給し、あるいは取水口から中空糸膜内に洗浄液を供給して、ハウジング内を洗浄液で満たすようにする（逆洗）ことで、洗浄することになる。付着した油性物質にはアセトン、メチルエチルケトン等の有機溶剤、シリカなどの無機物が付着しているおそれがある場合には、酸を用いて洗浄することが好ましい。
架橋ポリプロピレン、又は繊維強化ポリプロピン製ハウジングは、有機溶剤、酸による洗浄が行なわれても、所期の機械的物性を維持することができる。従って、使用する洗浄液を制限することなく、中空糸膜に付着した物質の種類に応じて、洗浄液を適宜選択できる。
【００４０】
本発明の濾過モジュールは、このように化学的、機械的に優れた特性を有するので、厳しい使用環境にも耐えることができ、濾過性能のメインテナンスを行なうことにより、長期運転が可能である。
【００４１】
本発明が対象とする被処理液は、特に限定しないが、上記のように、７０℃以上の高温に曝されるような条件でも耐久性を確保することが可能であり、また、中空糸膜の洗浄に酸、アルカリ、有機溶剤を用いる必要があるような懸濁物質を含む被処理液の使用も可能である。従って、ボイラーのドレン水のように、７０℃以上の汚濁水や、石油採掘に利用された水の濾過に用いることができる。特に砂漠の油田に設置されるような石油採掘水の濾過装置の場合、使用環境の温度サイクルの高低差が大きく、被処理液には、油性物質だけでなく、シリカ成分が混入している場合もあるが、このような被処理液の濾過にも対応することができ、固定構造物として、長期運転に耐えることができる。
【００４２】
尚、図１に示す濾過モジュールは、底面を被処理液の供給口、上面を濾過水の取水口としたが、これに限定しない。被処理液を下方から供給し、上方から取水するものであったが、本発明の濾過モジュールはこれに限定されず、被処理液を上方から供給して下方から取水するものであってもよいし、あるいはハウジングを横型に設置して、使用してもよい。
横型、あるいは被処理液を上方から供給するタイプのモジュールの場合、被処理液供給側の保持部材３は、ハウジング１に固定されていてもよい。
【００４３】
また、図１に示す濾過モジュールでは、中空糸膜の両端を、ハウジングの上面及び底面にそれぞれ取付けられた保持部材に固定した、いわゆるＩ字型濾過モジュールであったが、本発明の濾過モジュールはこの構成に限定しない。中空糸膜束をＵ字に折り曲げて、その両端をハウジングの上面又は底面に固定された保持部材に固定してもよい。この場合、中空糸膜束のＵ字状を保持するために、Ｕ字状頂部を適宜支持部材で支持するようにしてもよい。
【００４４】
さらに、図１の態様では、中空糸膜の一端を固定保持した底面の固定部材に汚濁水の供給口が開設されていたが、供給口を、中空糸膜の保持部材と兼用する必要がない。ハウジング壁面に被処理液の供給口が別途開設されていてもよい。
【００４５】
さらにまた、洗浄用気泡を被処理液に混入して供給してもよいし、中空糸膜束の中心に気泡を放出する散気管を備え付けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】濾過モジュールの一実施形態の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  ハウジング
２  中空糸膜
３  保持部材
４  集水用保持部材
５  排出口
【図１】
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