CN114247292A - 中空纤维膜元件、中空纤维膜组件、水处理装置及水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耐压性优良的中空纤维膜元件、中空纤维膜组件、水处理装置及水处理方法。中空纤维膜元件具有：中空纤维膜、集水管以及从所述集水管取出处理水的取出口，所述中空纤维膜与所述集水管通过浇注部固定，在所述集水管的内部具有将所述浇注部和所述集水管作为壁面的集水路，所述中空纤维膜的端部与所述集水管连通，所述集水管的与长边方向垂直的任意的集水路截面的截面积为100～350mm²。

Description

中空纤维膜元件、中空纤维膜组件、水处理装置及水处理方法

技术领域

本发明涉及一种中空纤维膜元件、中空纤维膜组件、水处理装置及水处理方法。

背景技术

中空纤维膜元件被广泛用于无菌水、饮料水、高度纯水的制造等。作为中空纤维膜元件，已知有例如这样的中空纤维膜元件(专利文献1)，在中空纤维膜的长度方向的两端部设置有集水管，并设置有在与集水管连通的状态下连接的管状支柱。

在专利文献1这样的中空纤维膜元件中，在集水管的两端部设置有与集水部连通的管状的突起部，该突起部用于嵌入连接到管状支柱的端部。在所述中空纤维膜元件的制造中，例如，在使集水管的突起部侧为上方的状态下向突起部的周围注入树脂，以突起部插入管状支柱的端部内的方式将管状支柱的端部插入集水管的端部，之后使树脂硬化。通过在将树脂注入到突起部的周围的状态下将管状支柱插入集水管的端部，从而插入到管状支柱的端部内的突起部与管状支柱的间隙也被树脂填充，由此，能够得到集水管与管状支柱的连接部分的水密性优良的中空纤维膜元件。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：中国实用新型第202006088号说明书

在中空纤维膜元件中，压力损失小的中空纤维膜元件在运行时所需的能量少这点上是优选的。

因此，在从中空纤维膜的端部经由集水管集中水的形式的中空纤维膜元件中，集水管内部的水路的截面积大的中空纤维膜元件的压力损失小，因此是优选的。

中空纤维膜元件通常使用多个中空纤维膜元件来用作中空纤维膜组件。若中空纤维膜元件的厚度薄，则容易提高膜清洗性，容易提高每单位体积的处理水量。因此，在设置地点存在限制的情况下，可能使用较薄的中空纤维膜元件。

在使用薄的中空纤维膜元件的情况下，为了不提高压力损失，通过延长集水管的底部和浇注部的与集水管的壁接触的最远离上述底部的部分之间的最大长度(高度)，从而增大集水管内部的水路的截面积。

作为中空纤维膜元件的清洗方法，已知有例如为了消除污垢而使清洗水从集水管侧向中空纤维膜流动的逆清洗法。

在增加较薄的中空纤维膜元件的集水管内部的水路的高度的情况下，在研究高压(例如，1MPa以上)下的逆清洗时，发现会因破损而发生漏水，从而在耐压性上还有改善的余地。

发明内容

本发明将提供一种耐压性优良的中空纤维膜元件和中空纤维膜组件作为课题。

用于解决课题的技术手段

本发明具有以下的结构。

[1]一种中空纤维膜元件，具有：中空纤维膜、集水管以及从所述集水管取出处理水的取出口，

所述中空纤维膜与所述集水管通过浇注部固定，

在所述集水管的内部具有将所述浇注部和所述集水管作为壁面的集水路，

所述中空纤维膜的端部与所述集水管连通，

所述集水管的与长边方向垂直的任意的集水路截面的截面积为100～350mm²。

[2]在[1]所记载的中空纤维膜元件中，所述集水路截面的所述中空纤维膜的长边方向的长度为20mm以下。

[3]在[1]或[2]所记载的中空纤维膜元件中，具有与所述集水管的壁相接的变形抑制部件和与所述集水管一体化的变形抑制部件中的至少一方。

[4]在[3]所记载的中空纤维膜元件中，所述变形抑制部件是肋。

[5]在[1]～[4]中任一项所记载的中空纤维膜元件中，所述集水管具有台阶，并且所述台阶与所述浇注部的下部接合。

[6]在[5]所记载的中空纤维膜元件中，台阶为0.5mm以上。

[7]在[1]～[6]中任一项所记载的中空纤维膜元件中，

所述集水管由第一集水管和第二集水管构成，

所述第二集水管位于所述第一集水管的所述中空纤维膜的长边方向上的相反侧，并且所述第一集水管与所述第二集水管通过支柱连接。

[8]在[7]所记载的中空纤维膜元件中，所述支柱的内部的通水路分别与所述第一集水管的第一集水路及所述第二集水管的第二集水路连通。

[9]在[8]所记载的中空纤维膜元件中，当将所述集水管的集水路的与长边方向垂直的任意的面的截面积设为b，并将所述支柱的通水路的与长边方向垂直的任意的面的截面积设为a时，满足0.5×a≤b的关系。

[10]在[9]所记载的中空纤维膜元件中，满足以下公式(1)和公式(2)：

a/b₁≥0.9···(1)

a/b₂≥0.9···(2)

其中，a是支柱的通水路的任意的截面积，

b₁是第一集水管的第一集水路的与长边方向垂直的任意的面的截面积，

b₂是第二集水管的第二集水路的与长边方向垂直的任意的面的截面积。

[11]在[9]或[10]所记载的中空纤维膜元件中，满足以下公式(3)和公式(4)：

0.5×a≤b₁···(3)

0.5×a≤b₂···(4)

其中，a是支柱的通水路的任意的截面积，

b₁是第一集水管的第一集水路的与长边方向垂直的任意的面的截面积，

b₂是第二集水管的第二集水路的与长边方向垂直的任意的面的截面积。

[12]一种中空纤维膜组件，具备多个[1]～[11]中任一项所记载的中空纤维膜元件。

[13]一种水处理装置，具备[12]所记载的中空纤维膜组件和配置于所述中空纤维膜组件的下方的散气装置。

[14]一种水处理方法，使用[13]所记载的水处理装置。

本发明还可以具有以下的其他结构。

[A1]一种中空纤维膜元件，具有：

中空纤维膜；

集水管，该集水管收集所述中空纤维膜所回收的处理水；以及

取出口，该取出口从所述集水管取出处理水，其中，

所述中空纤维膜与所述集水管通过浇注部固定，

在所述集水管的内部具有将所述浇注部和所述集水管作为壁面的集水路，

所述集水管具有与所述中空纤维膜平行地延伸的支柱，

所述支柱在内部具有与所述集水路连通的通水路，

所述集水管的与长边方向垂直的面上的所述集水路的截面积为所述通水路的截面积以下。

[A2]在[A1]所记载的中空纤维膜元件中，当将所述集水路的截面积设为b，将所述通水路的截面积设为a时，满足如下关系，

0.5×a≤b。

[A3]在[A1]或[A2]所记载的中空纤维膜元件中，将在所述集水管的短边方向上隔开间隔相对的所述集水管的壁面之间的最大长度设为W，

将从与所述壁面接触的所述浇注部中的最远离所述集水路的底面的部分到所述底面为止的、与所述集水管的长边方向垂直的所述中空纤维膜的长边方向的最大长度设为H时，满足如下关系，

H≤1.2×W。

[A4]在[A1]～[A3]中任一项所记载的中空纤维膜元件中，所述集水管具有：第一集水管，该第一集水管设置于所述中空纤维膜的长边方向的一侧且具有第一集水路；以及第二集水管，该第二集水管设置于所述中空纤维膜的长边方向的另一侧且具有第二集水路，

所述第一集水管和所述第二集水管通过所述支柱连接，所述第一集水路和所述第二集水路与所述通水路连通。

[A5]在[A1]～[A4]中任一项所记载的中空纤维膜元件中，在所述集水管的下部配置有肋。

[A6]在[A5]所记载的中空纤维膜元件中，所述肋配置为遍及所述集水路的长边方向的长度的七成以上。

[A7]一种中空纤维膜元件，具有：

中空纤维膜；

集水管，该集水管收集所述中空纤维膜所回收的处理水；以及

取出口，该取出口从所述集水管取出处理水，其中，

所述中空纤维膜与所述集水管通过浇注部固定，

在所述集水管的内部具有将所述浇注部和所述集水管作为壁面的集水路，

所述中空纤维膜的端部与所述集水管连通，并且

所述集水管的与长边方向垂直的面上的所述集水路的截面积为100～350mm²，

所述集水管的与长边方向垂直的面上的所述中空纤维膜的长边方向上的所述集水路的长度为20mm以下。

[A8]一种中空纤维膜元件，具有：

中空纤维膜；

集水管，该集水管收集所述中空纤维膜所回收的处理水；以及

取出口，该取出口从所述集水管取出处理水，其中，

所述中空纤维膜与所述集水管通过浇注部固定，

在所述集水管的内部具有将所述浇注部和所述集水管作为壁面的集水路，

所述中空纤维膜的端部与所述集水管连通，并且

所述集水管的与长边方向垂直的所述集水路的截面积为100～350mm²，

所述中空纤维膜元件具有与所述集水管的壁相接及/或一体化的抑制所述壁的变形的部件。

[A9]在[A7]或[A8]所记载的中空纤维膜元件中，作为所述集水管具有第一集水管和第二集水管，

所述第二集水管位于所述第一集水管的所述中空纤维膜的长边方向上的相反侧，所述第一集水管与所述第二集水管通过支柱连接。

[A10]在[A9]所记载的中空纤维膜元件中，位于所述支柱与所述第一集水管的内部的集水部与位于所述第二集水管的内部的第二集水部连通。

[A11]在[A10]所记载的中空纤维膜元件中，所述支柱的供水通过的部分的截面积a与所述第一集水管的供水通过的部分的截面积b₁的比a/b₁和所述支柱的供水通过的部分的截面积a与所述第二集水管的供水通过的部分的截面积b₂的比a/b₂同时满足公式(1)和公式(2)：

a/b₁≥0.9···(1)

a/b₂≥0.9···(2)。

[A12]在[A1]～[A11]中任一项所记载的中空纤维膜元件中，所述集水管的与所述浇注部的接合面的表面粗糙度为Ra6.3～25。

[A13]在[A1]～[A12]中任一项所记载的中空纤维膜元件中，所述集水管的与所述浇注部的接合面具有凹凸。

[A14]在[A1]～[A13]中任一项所记载的中空纤维膜元件中，在所述集水管的与所述浇注部的接合面的下部具有台阶。

[A15]在[A14]所记载的中空纤维膜元件中，所述台阶为0.5mm以上。

[A16]一种中空纤维膜组件，具备多个[A1]～[A15]中任一项所记载的中空纤维膜元件。

发明的效果

根据本发明，能够提供耐压性优良的中空纤维膜元件和中空纤维膜组件。

附图说明

图1是表示本发明的中空纤维膜元件的一例的立体图。

图2是图1的中空纤维膜元件的主视图。

图3是图2的中空纤维膜元件的A-A剖视图。

图3A是本发明的中空纤维膜元件的变形例。

图3B是本发明的中空纤维膜元件的变形例。

图3C是本发明的中空纤维膜元件的变形例。

图3D是本发明的中空纤维膜元件的变形例。

图3E是本发明的中空纤维膜元件的变形例。

图3F是本发明的中空纤维膜元件的变形例。

图3G是本发明的中空纤维膜元件的变形例。

图3H是本发明的中空纤维膜元件的变形例。

图4是图1的中空纤维膜元件的B-B剖视图。

图5是图4的中空纤维膜元件的C-C剖视图。

图6是本发明的中空纤维膜元件的变形例。

符号说明

1…中空纤维膜元件、10…中空纤维膜片状物、…10a第一开口端部、10b…第二开口端部、11…中空纤维膜、12…第一集水管(集水管)、13a…第一端部、13b…第二端部、14…第二集水管(集水管)、15a…第一端部、15b…第二端部、16…第一管状支柱(支柱)、17a…第一端部、17b…第二端部、18…第二管状支柱(支柱)、19a…第一端部、19b…第二端部、20a…侧壁部、20b…侧壁部、20c…底部、20d…开口部、20e…第一集水路(集水路)、20f…第二集水路(集水路)、20g…台阶、21…部件、21a…变形抑制部件、22a…浇注部、23…浇注壳体、23a…浇注部、23b…浇注部、23c…界面、24a…筒状部、24b…突起部、24c…周壁部、24d…开口、25…盖部件、26…管状套管、28…插入部分、30…树脂、32…块、33…保护层、34…块、36…第一封锁部、38…第二封锁部、40a、40b…取出口、61…通水路。

具体实施方式

在表示数值范围时使用了“～”的情况下，包含在“～”的前后所记载的数值作为下限值和上限值。

另外，在本发明中，“任意”与“至少一部分”意思相同。

1.中空纤维膜元件

以下，参照附图，对本发明的中空纤维膜元件的一例进行说明。此外，在以下的说明中示例的图的尺寸等是一例，本发明并非限定于此，而能够在不变更其主旨的范围内适当变更后实施。

1.1中空纤维膜元件的结构

如图1和图2所示，本实施方式的中空纤维膜元件1具有：中空纤维膜11、集水管以及从集水管取出处理水的取出口40a、40b。

在图1和图2所示的中空纤维膜元件1中，集水管由在内部具有第一集水路20e的第一集水管12和在内部具有第二集水路20f的第二集水管14构成。第一集水管12和第二集水管14分别配置在捆扎了多个中空纤维膜11的中空纤维膜片状物10的中空纤维膜11的长度方向的相反侧。第一集水管12和第二集水管14这两方的端部彼此通过第一管状支柱16和第二管状支柱18而分别连接。

在中空纤维膜元件1中，在第二集水管14的长边方向的两端部分别形成有取出口40a、40b。取出口只要能够将经由中空纤维膜收集于集水管的处理水取出即可，可以在任何位置，也可以存在于支柱上。

1.2中空纤维膜

中空纤维膜11通常被用作将多个中空纤维膜11捆扎为片状的中空纤维膜片状物10。第一集水管12设置于中空纤维膜片状物10的中空纤维膜11的长度方向的第一开口端部10a侧。第二集水管14设置于中空纤维膜片状物10的长度方向的在长度方向上与第一开口端部10a相反的一侧的第二开口端部10b侧。

第一管状支柱16配置于中空纤维膜片状物10的宽度方向的一侧，第一管状支柱16的第一端部17a与第一集水管12的第一端部13a连接，第一管状支柱16的第二端部17b与第二集水管14的第一端部15a连接。第二管状支柱18配置于中空纤维膜片状物10的宽度方向的另一侧，第二管状支柱18的第一端部19a与第一集水管12的第二端部13b连接，第二管状支柱18的第二端部19b与第二集水管14的第二端部15b连接。

中空纤维膜元件1能够配置为，以第一集水管12为下侧，以第二集水管14为上侧，并且中空纤维膜片状物10的各中空纤维膜11的长度方向成为铅垂方向。

中空纤维膜片状物10是将多个中空纤维膜11彼此平行地捆扎为片状而形成的。中空纤维膜片状物10中的中空纤维膜11的条数没有特别限定，例如1000～6000条、2000～5000条等，能够根据膜面积而适当设定。

该例的中空纤维膜片状物10是将多片由多个中空纤维膜11排列而成的片材层叠后的层叠体。在本发明中，中空纤维膜片状物可以是这样的多片片材的层叠体，也可以由一片片材构成。

作为中空纤维膜的材质，能够列举出例如聚砜系树脂、聚丙烯腈、纤维素衍生物、聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯等氟系树脂、聚酰胺、聚酯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯等。另外，也可以使用向这些树脂的一部分导入取代基后的材质。中空纤维膜的材质可以是一种，也可以是两种以上。

例如，使用多个中空纤维膜11，并通过日本专利第5919672号公报所记载的中空纤维膜片状物的制造方法来形成中空纤维膜片状物并使用即可。

1.3集水管

如图3所示，第一集水管12具备：相互的面彼此在第一集水管12的短边方向上相对且在第一集水管12的长边方向上延伸的尺寸较长的一对侧壁部20a、20b、以及将这些侧壁部20a、20b的一方的端部彼此(在图3中，下方的端部彼此)连接的截面半圆状的底部20c。第一集水管12的与长边方向正交的截面的形状呈U字状。在第一集水管12中的与底部20c相反的一侧形成有狭缝状的开口部20d，该开口部20d在第一端部13a与第二端部13b之间沿长边方向延伸。中空纤维膜片状物10的第一开口端部10a插入第一集水管12的开口部20d。

在底部20c的内侧形成有：在第一集水管12的短边方向上隔开间隔相对且在第一集水管12的长边方向上延伸的一对壁面50a、50b、以及将一对壁面50a、50b的下端部连接的底面50c。壁面50a与壁面50b在第一集水管12的短边方向上隔开最大长度W的间隔配置。底面50c的与第一集水管12的长边方向垂直的截面形状是半径W/2的半圆。

如图3所示，中空纤维膜片状物10的第一开口端部10a在收容于浇注壳体23且通过由浇注树脂的硬化物构成的浇注部23b固定于浇注壳体23的状态下插入第一集水管12的开口部20d。浇注壳体23通过由浇注树脂的硬化物构成的浇注部22a固定于第一集水管12。而且，中空纤维膜片状物10的第一开口端部10a中的与浇注壳体23相比靠开口部20d侧的部分通过由浇注树脂的硬化物构成的浇注部23a固定于第一集水管12。

这样，中空纤维膜11和第一集水管12通过浇注部22a、23a、23b而被固定。并且，第一集水管12内的与浇注部22a、23b相比的底部20c侧成为第一集水路20e(集水路)。即，第一集水管12在其内部具有以浇注部22a、23b和第一集水管12为壁面的第一集水路20e。

在中空纤维膜片状物10的第一开口端部10a中，各中空纤维膜11的内部与第一集水管12的第一集水路20e连通。

第一集水管12的与长边方向垂直的任意的第一集水路20e的截面的截面积是100mm²～350mm²，优选为150mm²～300mm²，更优选为250mm²～280mm²。通过截面积在该范围内，能够将流动阻力的增加抑制在能够容许的范围内，且能够确保优良的耐压性。

作为第一集水管12，优选第一集水路20e的截面积在第一集水管12的长边方向的任意位置上都位于上述范围内。但是，并没有限定，第一集水管12也可以仅第一集水路20e的长边方向的一部分的截面积在上述范围内。

第一集水管12的与长边方向垂直的集水路截面的中空纤维膜11的长度方向的长度H(也称作集水路的高度H。)优选为20mm以下，更优选为15～20mm，更加优选为16mm～20mm，特别优选为17mm～19mm。此外，如图3所示，上述长度H是第一集水管12的与长边方向垂直的截面的中空纤维膜11的长度方向上的从与壁面50a、50b接触的浇注部23b的底面50c侧的端面到底面50c的底的距离。

当集水路的高度H为20mm以下时，能够进一步提高耐压性，从而即使进行高压下的逆清洗也难以发生漏水。

壁面50a、50b中的短边方向的间隔的最大长度W与集水路的高度H优选满足H≤1.2×W的关系。通过在该范围内，抑制水的滞留变得容易。

另外，当集水路的最大长度W变大时，能够在集水管放入更多的膜，从而每单位时间能够处理的水量增加。而且，容易更新集水管内部的水，从而使积存于集水路的下部的水流出而提高水质。

如图3A～图3H所示，作为提高第一集水管12的耐压性的其他手段，也可以设置抑制第一集水管12的壁的变形的变形抑制部件21a。另外，还可以进一步设置支承变形抑制部件21a的部件21。通过变形抑制部件21a，即使在以高压进行逆清洗的情况下，也能够抑制集水路朝向外侧扩张的变形，从而进一步提高耐压性，由此，进一步使漏水难以发生。另外，通过设置变形抑制部件21a，即使中空纤维膜元件1受到撞击，也仅变形抑制部件21a破损，而集水路难以破损。

变形抑制部件21a优选配置为遍及第一集水管12的长边方向的长度的七成以上。

作为变形抑制部件21a，优选是加强用的肋，但只要能够抑制第一集水管12的壁的变形，也可以是肋以外的加强部件。

如图3A、图3B、图3F～图3H所示，变形抑制部件21a可以设置于第一集水管12的外侧，如图3C～图3E所示，变形抑制部件21a也可以设置于第一集水管12的内侧，即设置于第一集水路20e侧。

另外，变形抑制部件21a可以以作为与第一集水管12不同的部件而与集水管的壁相接的方式设置，也可以与第一集水管12连接而一体化。

如图3A～图3H所示，在第一集水管12的与长边方向垂直的截面中，变形抑制部件21a形成为不超过由一对侧壁部20a、20b的外侧的侧面彼此的距离规定的最大宽度的宽度。因此，具有变形抑制部件21a的第一集水管12不会增大整体的尺寸。例如，即使在维护作业中碰撞到，也能够因结构上被加强而抑制破损，并且由变形抑制部件21a承受碰撞时的冲击，由此能够将破损部位从集水管代替为变形抑制部件21a。

如图3所示，第一集水管12优选在一对侧壁部20a、20b的内表面具有台阶20g，并且在该台阶20g的朝向开口部20d侧的面与浇注部22a下部接合。当存在这样的台阶20g时，相对于加压时的集水路的壁想要向外侧扩张的力，剪切方向的接合范围增加，因此是优选的。另外，由于接合面积增加，接合力提高，因此集水管与浇注部的接合强度变高，从而容易抑制接合部因碰撞时的冲击而剥离。

第一集水管12的短边方向上的台阶20g的宽度优选为0.5mm以上，更优选为1.5mm以上，更加优选为2.0mm～3.0mm。

对于第一集水管12的与浇注部22a的接合面的表面粗糙度，作为由JIS B 0601：2001规定的算术平均粗糙度Ra，优选为Ra6.3～25。当上述表面粗糙度在该范围内时，第一集水管12与浇注部22a的接合强度进一步变高，中空纤维膜元件1的耐久性进一步提高，从而容易承受多次的高压逆清洗。另外，集水管与浇注部的接合强度变高，容易抑制接合部因碰撞时的冲击而剥离。

表面加粗分为对集水管主体进行的情况和对集水管的成型模具进行的情况。对集水管主体进行的情况能够列举出喷砂、锉削，对集水管的模具进行的情况能够列举出喷丸处理、药物腐蚀处理。

第一集水管12的与浇注部22a的接合面优选具有凹凸。当上述接合面具有凹凸时，第一集水管12与浇注部22a的接合强度进一步变高，中空纤维膜元件1的耐久性进一步提高，从而容易承受多次高压逆清洗。另外，集水管与浇注部的接合强度变高，容易抑制接合部因碰撞时的冲击而剥离。

接合面的凹凸能够列举出方型、波形等形状。另外，凹凸的高度(高低差)优选为0.3mm～1.0mm，更优选为0.4mm～0.6mm。当凹凸在该范围内时，能够提高涂敷在接合面的浇注液的接合力，并且容易防止注入浇注液时浇注液流入集水路，因此是优选的。

以上，在「1.3集水管」中对第一集水管12说明的内容，包含将中空纤维膜片状物的开口端部插入集水管的形态、集水路的截面积等也都对应于第二集水管14。此外，在中空纤维膜元件1中，第二集水管14在中空纤维膜片状物10的各中空纤维膜11的长度方向上的与第一集水管12侧相反的一侧以与第一集水管12上下反转的状态，即将开口部朝下的状态配置。中空纤维膜片状物10的第二开口端部10b在插入第二集水管14的狭缝状的开口部，且各中空纤维膜11的端面开口的状态下通过浇注部而被固定。

第一集水管12和第二集水管14可以是相同的形态，也可以是不同的形态，但优选是相同的形态。

作为集水管的材质，优选具有优良的机械性强度和耐久性的材质，能够列举出例如聚碳酸酯、聚砜、聚烯烃、PVC(聚氯乙烯)、丙烯酸树脂、ABS树脂、改性PPE(聚苯醚)等。集水管的材质可以是一种，也可以是两种以上。

作为形成浇注部的浇注树脂，能够列举出例如环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂、硅酮系填充材料、各种热熔性树脂。形成浇注部的浇注树脂可以是一种，也可以是两种以上。

1.4支柱

图4是图1的中空纤维膜元件的B-B剖视图。

如图4所示，第一管状支柱16在内部具有作为供水通过的部分的通水路61。位于第一管状支柱16的内部的通水路61、位于第一集水管12的内部的第一集水路20e以及位于第二集水管14的内部的第二集水路20f分别连通。同样地，第二管状支柱18在内部具有作为供水通过的部分的通水路。位于第二管状支柱18的内部的通水路、位于第一集水管12的内部的第一集水路20e以及位于第二集水管14的内部的第二集水路20f分别连通。

集水管的集水路的截面积优选为支柱的通水路的截面积以下。在集水管的集水路的截面积比支柱的通水路的截面积大的情况下，换言之，支柱的通水路的截面积比集水管的集水路的截面积小的情况下，通过吸引泵等的工作经由通水路而将中空纤维膜所回收的处理水集中到集水路时的吸引压力可能在通水路中损失而不能充分地施加于集水路，从而导致透水性降低。另一方面，在集水管的集水路的截面积为支柱的通水路的截面积以下的情况下，容易抑制通水路中的压力损失，维持透水性。

这样，通过使集水管的与长边方向垂直的面中的集水路的截面积为通水路的截面积以下，容易抑制通水路中的压力损失而维持透水性。另外，能够不改变中空纤维膜元件的尺寸，而确保集水路的截面积，并且在高度方向上的尺寸有余量，因此，容易在集水路或集水管的下部设置变形抑制部件。

将支柱的通水路的与长边方向垂直的任意的面的截面积设为a，并将集水管的集水路的与长边方向垂直的任意的面的截面积设为b，则优选满足0.5×a≤b的关系。在集水路的截面积b比0.5×a小的情况下，存在集水路中的压力损失较大从而透水性降低的可能性。因此，通过满足0.5×a≤b的关系，容易维持各中空纤维膜11的透水性。

第一管状支柱16的通水路61的截面积a与第一集水管12的第一集水路20e的截面积b₁的比a/b₁、以及第一管状支柱16的通水路61的截面积a与第二集水管14的第二集水路20f的截面积b₂的比a/b₂分别优选为0.7以上，更优选为0.9以上，并优选同时满足公式(1)和公式(2)。

a/b₁≥0.9···(1)

a/b₂≥0.9···(2)

通过使比a/b₁和比a/b₂分别为0.7以上，从而在中空纤维膜元件1中，第一管状支柱16的通水路61的压力损失更容易变小，因此是优选的。

关于第二管状支柱18的通水路的截面积与第一集水管12的第一集水路20e的截面积的比、以及第二管状支柱18的通水路的截面积与第二集水管的第二集水路20f的截面积的比也是相同的。

第一管状支柱16的通水路61的截面积a、第一集水管12的第一集水路20e的截面积b₁以及第二集水管14的第二集水路20f的截面积b₂进一步优选同时满足公式(3)和公式(4)。由此，更容易维持各中空纤维膜11的透水性。

0.5×a≤b₁···(3)

0.5×a≤b₂···(4)

作为支柱的通水路的截面积，能够设为例如150mm²～400mm²。

作为支柱的形态，没有特别的限定，能够列举出例如四边筒状、圆筒状等。

作为支柱的材质，没有特别的限定，能够列举出例如不锈钢(SUS)等。

1.5突起部

如图4和图5所示，第一集水管12的第一端部13a具备：与第一集水路20e连通的筒状部24a、设置为向筒状部24a的开口部20d侧突出的管状的突起部24b、以及设置为包围突起部24b的周围的周壁部24c。四个周壁部24c中的两个设置为在筒状部24a上的突起部24b的第一集水管12的长边方向的两侧与突起部24b分离，并彼此相对。四个周壁部24c中的其余两个设置为在筒状部24a上的突起部24b的第一集水管12的短边方向的两侧与突起部24b分离，并彼此相对，并分别成为与侧壁部20a、20b一体的连续的壁。

包围突起部24b的四个周壁部24c中的第一集水管12的长边方向的中央侧、即靠近中空纤维膜片状物10的第一开口端部10a一侧的周壁部24c的上端与侧壁部20a、20b的上端相比稍低。另外，其余的三个周壁部24c、即第一集水管12的端面侧的周壁部24c和短边方向上的相对的一对周壁部24c的上端成为与侧壁部20a、20b的上端相同的高度。

设置于第一集水管12的第一端部13a的管状的突起部24b是用于与第一管状支柱16连接的部分。突起部24b的内部与筒状部24a的内部连通。突起部24b的形状没有特别的限定，能够列举出例如四边筒状、圆筒状等。

突起部24b的高度优选为5～30mm，更优选为10～20mm。若突起部24b的高度在上述范围的下限值以上，则容易提高突起部24b与第一管状支柱16的连接强度。若突起部24b的高度在上述范围的上限值以下，则有利于成形加工性。

第一集水管12的第二端部13b的形态是与第一端部13a相同的形态，具备用于与第二管状支柱18连接的管状的突起部，优选的形态也相同。

第二集水管14的第一端部15a和第二端部15b的形态也能够列举与第一集水管12的第二端部13b相同的形态，优选的形态也相同。

1.6取出口

在第一集水管12和第二集水管14的至少一方的端面形成有取出处理水的取出口。在该例的第一集水管12的第一端部13a侧的端面中，筒状部24a的开口24d被盖部件25封闭。集水管的端面的开口也能够不被盖部件封闭，而作为取出处理水的取出口。

1.7管状套管

在图4和图5中，第一集水管12的第一端部13a的突起部24b在安装有管状套管26的状态下插入第一管状支柱16的第一端部17a内，但也能够省略管状套管26。另外，管状套管26也可以与第一集水管一体成型。

在安装有管状套管26的情况下，在第一管状支柱16的内部与第一集水管12的内部的第一集水路20e经由突起部24b和管状套管26而连通的状态下，第一管状支柱16的第一端部17a与第一集水管12的第一端部13a被连接。

同样地，也可以是，第一集水管12的第二端部13b的突起部在安装有管状套管的状态下插入第二管状支柱18的第一端部19a内，在第二管状支柱18的内部与第一集水管12的内部的第一集水路20e经由突起部和管状套管而连通的状态下，第二管状支柱18的第一端部19a与第一集水管12的第二端部13b被连接。能够省略管状套管。另外，管状套管26也可以与第二集水管一体成型。

也可以是，第二集水管14的第一端部15a的突起部在安装有管状套管的状态下插入第一管状支柱16的第二端部17b内，在第一管状支柱16的内部与第二集水管14的内部的第二集水路20f经由突起部和管状套管而连通的状态下，第一管状支柱16的第二端部17b与第二集水管14的第一端部15a被连接。

也可以是，第二集水管14的第二端部15b的突起部在安装有管状套管的状态下插入第二管状支柱18的第二端部19b内，在第二管状支柱18的内部与第二集水管14的内部的第二集水路20f经由突起部和管状套管而连通的状态下，第二管状支柱18的第二端部19b与第二集水管14的第二端部15b被连接。

1.8树脂

在第一集水管12的第一端部13a的周壁部24c的内侧的第一管状支柱16的第一端部17a的周围填充有树脂30。由此，第一管状支柱16的插入部分28以其内部和外部被隔离的方式在由树脂30水密密封的状态下被固定。

优选插入部分28中的第一管状支柱16与突起部24b的间隙被树脂30水密密封。

作为树脂30，没有特别的限定，能够没有特别限制地使用公知的硬化性树脂。作为树脂30，从与管状支柱的接合力更高，水密性优良的观点出发，优选以JIS C 2105为基准测定的邵氏A硬度为80以上的硬质树脂。在将树脂30作为硬质树脂的情况下，从树脂30的部分难以破损这点出发，优选邵氏A硬度为99以下。此外，作为树脂30，也可以使用邵氏A硬度小于80的软质树脂。

作为硬质树脂，能够列举出例如环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂、硅酮系填充材料、各种热熔性树脂。

作为软质树脂，能够列举出例如聚氨酯树脂、硅酮系填充材料、各种热熔性树脂。

突起部24b优选随着朝向顶端而变细。由此，容易插入第一管状支柱16，并且容易抑制注入到突起部24b的周围的树脂30在插入第一管状支柱16时剥落。另外，通过注塑成形来制造第一集水管12时的脱模变得容易。

第一管状支柱16的第一端部17a的外表面优选被喷砂处理。在本发明中，优选第一管状支柱和第二管状支柱的端部的外表面被喷砂处理。第一管状支柱和第二管状支柱的端部的外表面的突起部插入到它们的端部内的插入部分与树脂接触，该树脂以将插入部分的连通的内部和外部隔离的方式水密密封并固定。通过对第一管状支柱和第二管状支柱的端部的外面进行喷砂处理，能够提高管状支柱与树脂的紧贴性，提高中空纤维膜元件的强度。

喷砂处理的方法没有特别的限定。

1.9块

另外，在该例中，在第一集水管12的周壁部24c的内侧的、第一管状支柱16的第一端部17a的长边方向的两侧设置有块32、34。块32、34在埋入填充于周壁部24c的内侧的树脂30的状态下设置。由此，即使在对支柱施加负荷的情况下，也能够抑制支柱倒下而破损。

作为块的形态，没有特别的限定，能够列举出例如筒状体、柱状体等。

作为块的材质，没有特别的限定，能够列举出例如与作为集水管的材质而列举的材质相同的材质。

也可以通过一体成型加工形成将集水管的一部分设置为长方体的部件，以具有与块等同的功能。

另外，在本发明中，优选的是，在第一集水管的长边方向上的与中空纤维膜片状物的第一开口端部相比靠第一端部侧设置有第一封锁部，该第一封锁部切断通过中空纤维膜片状物的第一开口端部而流入到第一集水管的集水路的处理水向第一管状支柱流动，并且，在第二集水管的长边方向上的与中空纤维膜片状物的第二开口端部相比靠第二端部侧设置有第二封锁部，该第二封锁部切断通过中空纤维膜片状物的第二开口端部而流入到第二集水管的集水路的处理水向第二管状支柱流动。由此，能够抑制中空纤维膜片状物中的用于处理的部分出现偏差，能够将中空纤维膜片状物整体上高效地用于处理。

例如，在该例中，如图2所示，在第一集水管12的长边方向上的与中空纤维膜片状物10的第一开口端部10a相比靠第一端部13a侧和第二集水管14的长边方向上的与中空纤维膜片状物10的第二开口端部10b相比靠第二端部15b侧分别设置有第一封锁部36和第二封锁部38。并且，在第二集水管14的第一端部15a和第二端部15b的端面形成有取出处理水的取出口40a、40b。

第一封锁部36是切断通过中空纤维膜片状物10的第一开口端部10a而流入到第一集水路20e的处理水向第一管状支柱16流动的部分。第二封锁部38是切断通过中空纤维膜片状物10的第二开口端部10b而流入到第二集水路20f的处理水向第二管状支柱18流动的部分。

第一封锁部36和第二封锁部38的形态只要在能够切断处理水的流动的范围即可，没有特别的限制。

如图2所示，在这样的方式中，从中空纤维膜片状物10的各中空纤维膜11的下侧部分集中到下方的第一集水管12的第一集水路20e的处理水通过第二管状支柱18被送到上侧的第二集水管14的第二端部15b，而从取出口40b被取出。另外，从中空纤维膜片状物10的各中空纤维膜11的上侧部分集中到上方的第二集水管14的第二集水路20f的处理水被送到第二集水管14的第一端部15a，而从取出口40a被取出。由此，能够将中空纤维膜片状物10整体上高效地用于处理。

另外，例如，如图6所示，也可以构成为，在第一集水管12的长边方向上的中央设置有第一封锁部36，在第二集水管14的长边方向上的中央设置有第二封锁部38，在第二集水管14的第一端部15a与第二端部15b的端面形成取出处理水的取出口40a、40b。

在该结构中，第一封锁部36切断通过第一端部13a侧的中空纤维膜片状物10的第一开口端部10a而流入到第一集水路20e的处理水向第二端部13b侧流动，并切断通过第二端部13b侧的中空纤维膜片状物10的第一开口端部10a而流入到第一集水路20e的处理水向第一端部13a侧流动。第二封锁部38切断通过第一端部15a侧的中空纤维膜片状物10的第二开口端部10b而流入到第二集水路20f的处理水向第二端部15b侧流动，并切断通过第二端部15b侧的中空纤维膜片状物10的第二开口端部10b而流入到第二集水路20f的处理水向第一端部15a侧流动。

在这样的方式中，如图6所示，从第一端部13a侧的中空纤维膜片状物10的各中空纤维膜11的下侧部分集中到下方的第一集水管12的第一集水路20e的处理水通过第一管状支柱16被送至上侧的第二集水管14的第一端部15a，而从取出口40a被取出。另外，从第一端部13a侧的中空纤维膜片状物10的各中空纤维膜11的上侧部分集中到上方的第二集水管14的第二集水路20f的处理水被送至第二集水管14的第一端部15a，而从取出口40a被取出。

另外，从第二端部13b侧的中空纤维膜片状物10的各中空纤维膜11的下侧部分集中到下方的第一集水管12的第一集水路20e的处理水通过第二管状支柱18被送至上侧的第二集水管14的第二端部15b，而从取出口40b被取出。另外，从第二端部13b侧的中空纤维膜片状物10的各中空纤维膜11的上侧部分集中到上方的第二集水管14的第二集水路20f的处理水被送至第二集水管14的第二端部15b，而从取出口40b被取出。由此，能够将中空纤维膜片状物10整体上高效地用于处理。

此外，本发明的中空纤维膜元件不限于上述的中空纤维膜元件1。

例如，取出口的数量和位置不限于上述的数量和位置，能够适当设定。

中空纤维膜元件也可以在配置为中空纤维膜片状物的各中空纤维膜的长度方向成为水平方向的状态下被使用。

2.中空纤维膜元件的制造方法

本发明的中空纤维膜元件的制造方法没有特别的限定。以下，作为本发明的中空纤维膜元件的制造方法的一例，对上述的中空纤维膜元件1的制造方法进行说明。

作为中空纤维膜元件1的制造方法，能够列举出具有以下的工序(a)～(e)的方法。

工序(a)：将捆扎为片状的多个中空纤维膜11的第一端部和第二端部分别插入浇注壳体，注入浇注树脂并使其硬化，从而将中空纤维膜片状物固定于浇注壳体。

工序(b)：切掉固定了中空纤维膜11的浇注壳体的顶端部，从而得到中空纤维膜片状物10。

工序(c)：将第一管状支柱16和第二管状支柱18连接于第一集水管12的第一端部13a和第二端部13b的突起部。

工序(d)：将第一管状支柱16和第二管状支柱18连接于第二集水管14的第一端部15a和第二端部15b的突起部。

工序(e)：将中空纤维膜片状物10的第一开口端部10a插入第一集水管12并由浇注部固定，将中空纤维膜片状物10的第二开口端部10b插入第二集水管14并由浇注部固定。

根据需要，在集水管设置变形抑制部件。

3.中空纤维膜组件

本发明的中空纤维膜组件具备多个本发明的中空纤维膜元件。本发明的中空纤维膜组件除了具备多个本发明的中空纤维膜元件以外，能够采用公知的方式。

在本发明的中空纤维膜组件中，例如，能够将多个中空纤维膜元件以彼此的中空纤维膜片状物的面对向，且在与中空纤维膜片状物的面垂直的方向上隔开间隔排列的方式配置。另外，也可以形成多个将多个中空纤维膜元件像这样排列而成的单元，并将这些多个单元上下层叠。

4.作用效果

本发明的中空纤维膜元件通过将集水管的与长边方向垂直的面上的集水路的截面积设为100～350mm²，从而具有良好的耐压性。因此，即使在以高压进行逆清洗时对集水管内施加压力，也能够抑制集水管破损而发生漏水。

本发明的中空纤维膜元件和中空纤维膜组件的用途没有特别的限定，可以用于排水处理，也可以用于无菌水、饮料水、高度纯水等净水的制造。本发明的中空纤维膜元件具有能够承受逆清洗的优良的耐压性，因此尤其有用于净水的制造用。

5.水处理装置

本发明的水处理装置具备本发明的中空纤维膜组件、以及配置于上述中空纤维膜组件的下方的散气装置。

作为散气装置，没有特别的限定，能够没有限制地使用膜清洗用的公知的散气装置。

作为本发明的水处理装置，能够示例出例如使用于膜分离活性汚泥(MBR)法的装置、处理河川水等的净水处理装置。

6.水处理方法

本发明的水处理方法是使用本发明的水处理装置进行水处理的方法。作为本发明的水处理方法，没有特别的限定，能够示例出例如膜分离活性污泥(MBR)法、河川水等的净水处理。

实施例

以下，通过实施例对本发明进行具体的说明，但本发明不由以下的记载限定。

[实施例1]

制作了与图1～3中示例的中空纤维膜元件1相同形态的中空纤维膜元件。

将第一集水管的第一集水路的截面积b₁和第二集水管的第二集水路的截面积b₂分别设为300mm²、将第一集水路和第二集水路的高度H分别设为18mm、将比a/b₁和比a/b₂分别设为1.28。

[实施例2]

制作除了将第一集水管和第二集水管的形态变更为具有图3A中示例的变形抑制部件的形态，并如表1所示变更第一集水路和第二集水路的截面积、高度H、比a/b₁和比a/b₂以外与实施例1相同的形态的中空纤维膜元件。

[实施例3]

制作除了将第一集水管和第二集水管的形态变更为具有图3A中示例的变形抑制部件的形态，并如表1所示变更第一集水路和第二集水路的截面积、高度H、比a/b₁和比a/b₂以外与实施例1相同的形态的中空纤维膜元件。

[比较例1]

制作除了将第一集水管和第二集水管的形态变更为具有图3A中示例的变形抑制部件的形态，不设置支柱，并如表1所示变更第一集水路和第二集水路的截面积、高度H以外与实施例1相同的形态的中空纤维膜元件。

[比较例2]

制作除了如表1所示变更第一集水路和第二集水路的截面积、高度H、比a/b₁和比a/b₂以外与实施例1相同的形态的中空纤维膜元件。

[耐压实验]

在各例的中空纤维膜元件中，将各中空纤维膜在第一集水管和第二集水管各自的开口部的位置切断，并通过浇注树脂封闭这些切断部分。接着，向各集水管内供给水，使水压逐渐上升直到集水管破损而发生漏水。在表1中示出各例的中空纤维膜元件中的发生漏水的时刻的水压。

表1

如表1所示，集水管的截面积在适当的范围内的实施例1～3的中空纤维膜元件与集水管的截面积较小的比较例1和集水管的截面积较大的比较例2的中空纤维膜元件相比，发生漏水的时刻的水压较高，耐压性优良。另外，具备变形抑制部件的实施例2、3的中空纤维膜元件与不具备变形抑制部件的实施例1的中空纤维膜元件相比，耐压性更优良。

Claims (14)

1.一种中空纤维膜元件，具有：中空纤维膜、集水管以及从所述集水管取出处理水的取出口，其特征在于，

所述中空纤维膜与所述集水管通过浇注部固定，

在所述集水管的内部具有将所述浇注部和所述集水管作为壁面的集水路，

所述中空纤维膜的端部与所述集水管连通，

所述集水管的与长边方向垂直的任意的集水路截面的截面积为100～350mm²。

2.根据权利要求1所述的中空纤维膜元件，其特征在于，

所述集水路截面的所述中空纤维膜的长边方向的长度为20mm以下。

3.根据权利要求1或2所述的中空纤维膜元件，其特征在于，

具有与所述集水管的壁相接的变形抑制部件和与所述集水管一体化的变形抑制部件中的至少一方。

4.根据权利要求3所述的中空纤维膜元件，其特征在于，

所述变形抑制部件是肋。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的中空纤维膜元件，其特征在于，

所述集水管具有台阶，并且所述台阶与所述浇注部的下部接合。

6.根据权利要求5所述的中空纤维膜元件，其特征在于，

所述台阶为0.5mm以上。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的中空纤维膜元件，其特征在于，

所述集水管由第一集水管和第二集水管构成，

所述第二集水管位于所述第一集水管的所述中空纤维膜的长边方向上的相反侧，并且所述第一集水管与所述第二集水管通过支柱连接。

8.根据权利要求7所述的中空纤维膜元件，其特征在于，

所述支柱的内部的通水路分别与所述第一集水管的第一集水路及所述第二集水管的第二集水路连通。

9.根据权利要求8所述的中空纤维膜元件，其特征在于，

当将所述集水管的集水路的与长边方向垂直的任意的面的截面积设为b，并将所述支柱的通水路的与长边方向垂直的任意的面的截面积设为a时，满足0.5×a≤b的关系。

10.根据权利要求9所述的中空纤维膜元件，其特征在于，

满足以下公式(1)和公式(2)：

a/b₁≥0.9···(1)

a/b₂≥0.9···(2)

其中，a是支柱的通水路的任意的截面积，

b₁是第一集水管的第一集水路的与长边方向垂直的任意的面的截面积，

b₂是第二集水管的第二集水路的与长边方向垂直的任意的面的截面积。

11.根据权利要求9或10所述的中空纤维膜元件，其特征在于，

满足以下公式(3)和公式(4)：

0.5×a≤b₁···(3)

0.5×a≤b₂···(4)

其中，a是支柱的通水路的任意的截面积，

b₁是第一集水管的第一集水路的与长边方向垂直的任意的面的截面积，

b₂是第二集水管的第二集水路的与长边方向垂直的任意的面的截面积。

12.一种中空纤维膜组件，其特征在于，

具备多个权利要求1～11中任一项所述的中空纤维膜元件。

13.一种水处理装置，其特征在于，

具备权利要求12所述的中空纤维膜组件和配置于所述中空纤维膜组件的下方的散气装置。

14.一种水处理方法，其特征在于，

使用权利要求13所述的水处理装置。

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