JP2001113139A

JP2001113139A - 中空糸膜モジュールおよびその製造方法

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Publication number: JP2001113139A
Application number: JP29416099A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Marui; 一成丸井; Yoichi Matsui; 洋一松井; Atsuo Kumano; 淳夫熊野
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 1999-10-15
Publication date: 2001-04-24
Anticipated expiration: 2019-10-15
Also published as: JP4277147B2

Abstract

(57)【要約】【課題】モジュール内の中空糸膜の充填密度を非透過
液体の流れ方向に対して変化させ、膜面の液流量が液体
出口になるにしたがい減少しても流れ抵抗および膜表面
の液体速度の分布を小さくし、高回収率を要求される水
処理においても中空糸膜を高充填率にて容器に充填する
ことなく、偏流を生じさせずに均一な流れを生じさせる
構造を有し、中空糸膜全体を膜分離に有効に活用するこ
とで長期連続運転の安定性と洗浄性に優れた膜モジュー
ルおよび製造方法を提供する。【解決手段】膜モジュールの液供給部から非透過液排
出部の間の液流量変化に対応し、膜表面の液体速度の分
布が小さくなるように中空糸膜の充填密度を変化させ、
高回収率運転時にも分離性能を発現できる膜モジュー
ル。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は河川水や地下水など
の自然水の浄水処理、あるいは水道水の高度浄水処理に
使用される中空糸膜モジュールおよびその製造方法に関
する。本発明によって得られる中空糸膜モジュールは、
特に高回収率運転や長期連続運転が要求され、物理洗浄
等によりモジュール性能の回復を要求される水処理分野
に使用することができる。

【０００２】

【従来の技術】水道水の高度浄水処理方法として、また
河川水や地下水等の自然水の凝集沈殿に代わる浄水処理
方法として膜分離技術を適用する処理方法が注目され、
転換が進められてきている。特に中空糸膜を利用した膜
分離モジュールは、容器の形状にこだわらずに容器に装
着でき、物理洗浄し易いことから浄水処理用として多く
採用されてきている。

【０００３】浄水処理に使用するモジュールは、供給液
を最大限に回収処理し有効利用するために、高回収率
（回収率＝透過液と供給液の流量比率）のモジュール設
計が要求される。高回収率の運転ではモジュール内の膜
の一次側が高濃度なるのみならず、逆浸透膜やナノ濾過
膜の場合は膜モジュール内の一次側の流量が非常に少な
く、膜表面での液体速度が非常に低い状態となる。特
に、中空糸膜および中空糸膜束が液供給部から非透過液
排出部間で流路距離をもって分布している場合、液供給
部付近での膜表面の液体速度と非透過液排出部付近での
膜表面の液体速度は大きく異なる。この状態では、中空
糸膜面の全域に偏流を生じさせずに供給液を均一に分配
供給させる事は外圧型のモジュールの場合非常に困難で
ある。また、モジュール内で偏流が生じると分離に寄与
する膜が減少し有効に膜が利用出来ない。さらに偏流に
より膜面の濃度分極が助長され、膜面濃度が非常に高濃
度となり分離効率が著しく低下する。また、モジュール
内の膜の１次側に非常に低速で高濃度の液体が流れる
と、膜表面にスケール成分が濃縮し、ファウラントが付
着沈降し易くなり、分離に寄与する膜表面を被覆・劣化
させ著しく分離能力が低下する。

【０００４】従来のモジュールでは、偏流を抑制するた
めに極端に高い充填率で中空糸膜を束ねることで中空糸
膜の均一配置をはかり、モジュールに均一分配流を生じ
させたモジュール設計がなされている。また、片端を樹
脂で容器に固定し反対の中空糸膜端部をループ状にし抵
抗体として均一分配流を生じさせたモジュール設計がな
されている。

【０００５】また、偏流を抑制するために中空糸膜を交
差配列で捲き上げて中空糸膜束とし、中空糸膜束中に筒
状物を設け中空糸膜束の断面方向の中央部への流れを生
じさせたり、軸方向の流れを持たせたモジュール構造を
有する中空糸膜モジュールが特開昭５２ー４９９８７号
公報、特開昭５２ー６３１７９号公報、特公昭５４ー５
７９６号公報、特開昭６３ー１４０４号公報に開示され
ている。

【０００６】また、容器内に中空糸膜束を数束配列し中
空糸膜束群とし、両端を樹脂で固定した中空糸膜モジュ
ールが、特開昭６１ー１０３５０３号公報、特開平９ー
２０６５６３号公報に開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、液供給
部付近での膜表面の液体速度と非透過液排出部付近での
膜表面の液体速度は異なるため、この状態では中空糸膜
面の全域に偏流を生じさせずに供給液を均一に分配供給
させることは外圧型のモジュールでは非常に困難であ
る。特に、流れ方向に対して中空糸膜が液供給部から非
透過液排出部間で距離をもって分布している場合、液供
給部付近での膜表面の液体速度と非透過液排出部付近で
の膜表面の液体速度は大きく異なる。特に、多孔芯材に
中空糸膜束を交差配置して捲き上げた円筒状のモジュー
ルでは、モジュール円筒断面の中心、芯材部より液を供
給（センターフィード）した場合、液供給部から非透過
液排出部間の液流路すべてにおいて均一分配流を生じさ
せることは困難である。また、非透過液排出部付近は膜
表面の液体速度が非常に小さくなり膜表面の液体が高濃
度となって性能低下、ファウリングの発生場所となる可
能性が非常に高い。さらに非透過液排出部付近はセンタ
ーフィードの場合、中空糸膜束群の外周部が該当するた
め有効に活用されない中空糸膜の比率は増加し性能に影
響する。また、芯材の一部に孔を設けて中空糸膜束を交
差配置で捲き上げ、軸方向の流れを持たせたモジュール
においても、非透過液排出部付近の膜表面の液体速度が
非常に小さくなり膜表面の液体が高濃度となり性能低
下、ファウリングの発生場所となる。また、軸方向流れ
のみでの送液では流れ方向に中空糸膜の交差する部位が
あることにより高濃度に濃縮された非透過液によりファ
ウリングの沈着堆積、スケールが生じやすくなる。その
結果、透過液量の低下、長期連続運転が困難となる。さ
らに、ファウラントを物理洗浄する場合は、均一分配流
が生じないため、十分なファウラント洗浄や排除ができ
ず洗浄効率を低下させる。

【０００８】片端を樹脂で容器に固定し反対の中空糸膜
端部をループ状にしたモジュールでは、均一分配流を生
じさせる抵抗体としてループ端部を装備させる場合が多
い。その場合、非透過液排出部の中空糸膜の充填密度は
低くなり、膜表面の液体速度をかえって低くさせてしま
うことになる。また、高回収率時にはさらに膜表面での
液体速度が低くなり膜表面の液体濃度が高くなりモジュ
ール性能が低下する。また、中空糸膜束が平行になった
部分では充填率が低く完全な均一分配流を生じさせるこ
とは困難である。ループ状中空糸膜端部分では、高濃度
に濃縮された非透過液のためファウリングが生じやすく
なる。さらに、ファウラントを物理洗浄する場合、片端
にループを持った中空糸膜束群の形状が損なわれやすく
再現できない。

【０００９】一様な分布で極端に高い充填率で中空糸膜
を束ねたモジュールにおいても、液供給部から非透過液
排出部にかけての中空糸膜の充填密度は一定のため、非
透過液排出部付近は膜表面の液体速度が非常に小さくな
り、その結果、中空糸膜が有効に活用されず分離効率が
悪くなる。特に、高回収率を要求される浄水処理では、
高濃度に濃縮された膜の一次側が、非透過液排出部付近
でさらに高濃度となるため高充填率では、中空糸膜表面
のみならず中空糸膜の間隙もファウリングが生じやすく
なり、透過液量の低下で長期連続運転が困難となる。

【００１０】容器内に中空糸膜束を数束配列し一定の間
隔をもたせて中空糸膜束群とし、両端を樹脂で固定した
中空糸膜モジュールでは、中空糸膜束の内層部で有効に
中空糸膜が活用されず、中空糸膜束群全体を有効に膜分
離に寄与させることは困難である。結果的にモジュール
性能の低下、また、膜面の液体速度が低いため中空糸膜
束の中空糸膜間隙にファウラントを蓄積し易くさせるこ
ととなり、透過液量の低下で長期連続運転が困難とな
る。さらに、ファウラントを物理洗浄する場合は洗浄液
流れが主に中空糸膜束間の空間に流れ、中空糸膜束中の
ファウラントの洗浄除去性が低下する。

【００１１】高回収率を要求される浄水処理において、
液の供給部付近から非透過液排出部付近にわたって膜表
面の液体速度が極端に変化する場合、有効に膜を分離に
寄与させ、モジュール性能を最大限に引き出すことは非
常に重要である。

【００１２】本発明は上記に鑑み提案されたもので、高
回収率を要求される浄水処理において、モジュール内の
中空糸膜の充填密度を非透過液体の流れ方向に対して変
化させ、膜面の液流量が液体出口になるにしたがい減少
しても流れ抵抗および膜表面の液体速度の分布を小さく
し、極端に高充填率に中空糸膜を充填することなく、中
空糸膜を損傷させることなく容器に挿入することがで
き、また、モジュール洗浄性にも優れた中空糸膜モジュ
ールおよびその製造方法を提供する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的に鑑
み、鋭意研究の結果、芯材より中空糸膜束外周に流れる
ラジアルフロー構造において、膜モジュールの液供給部
から非透過液排出の間の液流量変化に対応し、膜表面の
液体速度の分布が小さくなるように中空糸膜束の径が増
加するにしたがい中空糸膜の充填密度を増加させ、高回
収率運転時にも分離性能を発現できる膜モジュールおよ
び製造方法である。

【００１４】具体的には下記のものである。（１）芯材の回りに配置された中空糸膜束群からなる捲
上体を容器に装着し、片端もしくは両端部を樹脂で固定
した中空糸膜モジュールであって、中空糸膜束の中空糸
膜の配列が、中空糸膜束群の捲上軸線と角度をもって配
置され、中空糸膜束ごとに交互にクロスする交差配列を
持つ中空糸膜モジュールにおいて、芯材から中空糸膜束
群外周に向かって流れる非透過液体の流れ方向に対して
中空糸膜の充填密度が増加した中空糸膜束構造をもつこ
とを特徴とする中空糸膜モジュール。（２）中空糸膜が交差するクロスポイント部の数が、捲
き径が増加するにしたがい増加する中空糸膜束配列をも
つ上記（１）に記載の中空糸膜モジュール。（３）中空糸膜束間のピッチが、捲き径が増加するにし
たがい減少する中空糸膜束配列をもつ上記（１）または
（２）に記載の中空糸膜モジュール。（４）中空糸膜の充填率が４０％〜８０％である上記
（１）ないし（３）のいずれかに記載の中空糸膜モジュ
ール。（５）交差配列された中空糸膜束の角度が中空糸膜束の
捲上軸線に対して５〜７５度の傾きを持つ上記（１）な
いし（４）のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。（６）芯材の回りに配置された中空糸膜束群からなる捲
上体を容器に装着し、片端もしくは両端部を樹脂で固定
した中空糸膜モジュールの製造方法であって、中空糸膜
束の中空糸膜の配列を、中空糸膜束群の捲上軸線と角度
をもって配置し、中空糸膜束ごとに交互にクロスする交
差配列を有する中空糸膜モジュールの製造方法におい
て、芯材から中空糸膜束群外周に向かって流れる非透過
液体の流れ方向に対して中空糸膜の充填密度を増加させ
ることを特徴とする中空糸膜モジュールの製造方法。（７）中空糸膜が交差するクロスポイント部の数を捲き
径が増加するにしたがい増加させて中空糸膜束配列を形
成させる上記（６）に記載の中空糸膜モジュールの製造
方法。（８）中空糸膜束間のピッチを捲き径が増加するにした
がい減少させて中空糸膜束配列を形成させる上記（６）
または（７）に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。（９）中空糸膜の充填率を４０％〜８０％にした上記
（６）ないし（８）のいずれかに記載の中空糸膜モジュ
ールの製造方法。（１０）交差配列された中空糸膜束の角度が中空糸膜束
の捲上軸線に対して５〜７５度の傾きを持たせる上記
（６）ないし（９）のいずれかに記載の中空糸膜モジュ
ールの製造方法。

【００１５】本発明における中空糸膜とは、中空糸状の
分離膜であって、その膜素材、膜構造および膜ディメン
ジョンは特に限定されない。たとえば酢酸セルロース
系、ポリアミド系の非対称膜やポリアミド系、ポリスル
ホン系などの複合膜が挙げられる。

【００１６】本発明における中空糸膜束とは、複数の中
空糸膜が同方向に束ねられたものであれば良く、好まし
くは数十〜数百本の中空糸膜が束ねられたもの、より好
ましくは３０〜２００本の中空糸膜が束ねられたもので
ある。

【００１７】本発明における中空糸膜束群とは、中空糸
膜を複数本集合させた中空糸膜束の捲上集合体であっ
て、中空糸膜束群からなる捲上体とは、中空糸膜束およ
び中空糸膜の配列が中空糸膜束群の捲上軸線と角度をも
って配置され、中空糸膜束ごとに交互にクロスする交差
配列をもった構造を有す構造体である。

【００１８】中空糸膜束間のピッチとは、芯材に捲き上
げられる中空糸膜束の同じ方向に捲き上げられる中空糸
膜束センターの円周方向のズレ距離であり、中空糸膜束
間のピッチが大きすぎた場合や中空糸膜束が重なるマイ
ナスピッチが大きすぎた場合は中空糸膜の充填率が低く
なりモジュール容積当たりの膜面積が低下する。また、
中空糸膜束間のピッチが小さすぎた場合は、中空糸膜束
中のファウラントの洗浄除去性が低下する。このため、
中空糸膜束間のピッチは−１０ｍｍから３０ｍｍ、より
好ましくは−５ｍｍから２０ｍｍがとられる。

【００１９】本発明における中空糸膜束の充填率は次式
で定義される。該充填率は高すぎるとファウラントが沈
着堆積しモジュール洗浄が困難となり、また低すぎると
膜面の液体速度が低下し高回収率において性能低下する
ため、４０〜８０％が適用され、より好ましくは５０〜
７５％が適用される。充填率（% ）＝（中空糸膜外径²×π／４×中空糸膜本
数×中空糸膜長さ）／（容器空塔の中空糸膜束群部の容
積）×１００

【００２０】交差配列された中空糸膜束の角度は、膜面
積を大きくすべく充填率を高くするためには小さい角度
が適するが、ファウラントの沈着堆積やモジュール洗浄
を考慮すると大きい角度が適する。この双方を満足する
ため交差配列された中空糸膜束の角度は、中空糸膜束の
捲上軸線に対して５〜７５度の傾き、より好ましくは２
０〜６０度の傾きを持つ。

【００２１】本発明における樹脂とは、中空糸膜を液密
にシールできれば特に限定されない。例えば、ポリウレ
タン樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などの熱硬化性
樹脂が使用できるが、必要により熱可塑性樹脂を用いる
こともできる。

【００２２】本発明における中空糸膜モジュールの製造
方法における端部封止剤に使用される樹脂、例えばエポ
キシ樹脂の硬化条件は、エポキシ樹脂および硬化剤、硬
化促進剤や中空糸膜束と容器およびその他部材の種類に
より任意に決定できる。たとえば常温から130 ℃の範囲
内で、一段もしくは多段階に温度ステージを変更させて
硬化させる。雰囲気条件は、湿度3%〜90% の空気もしく
は窒素雰囲気下などが挙げられる。さらに温水下もしく
は高温雰囲気下などでのポストキュアを施しても良い。

【００２３】本発明における中空糸膜モジュール接着時
の端部封止剤の充填方法は特に限定されないが、中空糸
膜束を充填したケース内に端部封止剤の位置エネルギー
による充填方法、空気などの媒体を使用した加圧充填方
法、遠心力を利用した充填した接着方法などが挙げら
れ、また充填に長時間を要すると特にポットライフが短
い場合充填中に端部封止剤の粘度が上昇し、中空糸膜間
の間隙に充填できなくなる。これらのことより、短時間
に中空糸膜間の間隙に充填できる方法が好ましい。

【００２４】本発明における容器とは、中空糸膜束を収
納するものであって、その材質や形状は特に限定されな
い。たとえば中空糸膜束を効率よく充填可能とするよう
な円筒状容器、小ユニットより組合せを容易にするよう
な箱状容器などが挙げられる。容器の材質はポリカーボ
ネイト、塩化ビニル、ポリスルホン、ポリプロピレン、
ポリエチレン、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂などが挙げら
れ、より好ましくは端部封止樹脂と熱膨張係数の近い材
質が良い。

【００２５】本発明における芯材とは、中空糸膜または
中空糸膜束を捲き取る軸芯であって管の内外に貫通の孔
を持ち液体分配機能を兼ねるものであれば形状、材質等
は特に限定されないが、形状は芯材の軸方向に均一に流
れを分散させるために、円筒状の管に円孔が千鳥配列に
なったものが好ましい。材質は、たとえばポリカーボネ
イト、塩化ビニル、ポリスルホン、ポリプロピレン、ポ
リエチレン、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂などが挙げら
れ、より好ましくは容器と同一材質および／または端部
封止樹脂と熱膨張係数の近い材質が良い。

【００２６】本発明における中空糸膜モジュールとは、
河川水や地下水など自然水の浄水処理あるいは水道水の
高度浄水処理に使用される中空糸膜モジュールであっ
て、ナノろ過、逆浸透、限外ろ過、精密ろ過などに分類
される中空糸膜を具備する。流れの形態は特に限定され
ないが、カウンターフローやクロスフロー、コカレント
フローが好ましい。図１に本発明の中空糸膜モジュール
の一例を示すが、これに限定されるものではない。図１
により中空糸膜モジュールの水処理の概要を説明する
と、供給部３１より処理水を加圧供給し、芯材３より中
空糸膜モジュール軸方向に処理水を分配しラジアル方向
に流れを発生させる。中空糸膜に対してクロスフローを
生じさせ非透過液を非透過液排出部３２より排出させ、
中空糸膜を透過し端部封止部５’で開口した中空部より
流出した透過液を透過液排出部３３より排出させ回収す
るものである。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図面に基づき中空糸膜モジュールの詳細およびその製
造方法について説明するが、特に該製造方法に限定され
るものではない。図１に本発明の中空糸膜モジュールの
模式図、図２に中空糸膜束群からなる捲上体の製造方法
の説明図を示す。

【００２８】本発明の中空糸膜モジュールは、図１に示
すように供給液が入る供給部３１をもつ容器１と容器１
内に装着された中空糸膜束群からなる捲上体２および処
理された透過液と非透過液を排出する透過液排出部３
３、非透過液排出部３２を有する。そして、この中空糸
膜束群からなる捲上体２は図１から２に示すように、捲
上軸線１０にポリカーボネイト製の芯材( 外径φ２２ｍ
ｍ、内径φ２０mm、孔φ８×２個／２２．５mmピッチ、
千鳥配列) を２本、クロスポイントが芯材端部に位置す
るようにスペーサーを挟みセットする。9 本〜１２本の
中空糸膜を４束合わせて中空糸膜束として、捲き始めか
ら捲き上げ完了まで段階的に捲取り回転に対してトラバ
ースの比率を変化させる。たとえば、捲き始めから１層
目までを１トラバースに対して捲取り回転２回の比率
で、２層目までを１トラバースに対して捲取り回転５．
８回の比率で、３層目までを１トラバースに対して捲取
り回転７．２回の比率で、４層目までを１トラバースに
対して捲取り回転７．７回の比率で、最外層までを１ト
ラバースに対して捲取り回転７．８回の比率で捲き上げ
るなどを行う。また、同時に捲取り回転とトラバースの
位相差を調整し、捲き上げ径が大きくなるにしたがい中
空糸膜束間のピッチを大きくさせる。たとえば、−５ｍ
ｍから２０ｍｍに連続的に変化させる。トラバース幅１
２００ｍｍで外径φ７４mmまで捲取り、再外層の中空糸
膜束の角度が捲上軸線に対して約２２度、中空糸膜の充
填率は６９．７% となるように交差配列を持つ中空糸膜
束群からなる捲上体を作製する。中空糸膜束群からなる
捲上体の外周に目開き１．２mmのポリエステル製保護織
布を捲き付ける。そして、容器に装着した中空糸膜束群
からなる捲上体を遠心脱液、次いで、加熱した除湿空気
で通風し絶乾近くまで乾燥する。そして、端部封止とし
て中空糸膜開口端部を閉口するために端部封止剤を遠心
力により充填し硬化させる。２段目端部封止剤として中
空糸膜束を容器に接着、端部封止するために同じ端部封
止剤を遠心力にて充填し硬化させる。そして、中空糸膜
の中空部を開口させるために、端部封止部を75℃のホッ
トプレート上に1 時間接触させ、倍力装置( 倍力率２〜
３) を使い人力（約４kg）によるスライスカッターにて
中空糸膜束を固定した容器の端部封止部を切削する。そ
して、液供給部および非透過液排出部にＯリングでシー
ルするキャップを取り付ける。

【００２９】以上の製造工程により、膜モジュールの液
供給部から非透過液排出部の間の液流量変化に対応し、
膜表面の液体速度の分布を小さくし、高回収率運転時に
も分離性能を発現できる、均一分配流を生じさせること
ができる中空糸膜モジュールが得られる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明す
るが本発明はこれらに限定されるものではない。

【００３１】実施例ポリアミド系ナノ濾過複合中空糸膜（中空糸膜外径３５
０μm 、中空糸膜内径２００μm 、ポリスルホンベース
膜外表面上にポリピペラジンアミド架橋薄膜を形成した
もの）を、ポリカーボネイト製の芯材（外径φ２２ｍ
ｍ、内径φ２０mm、孔φ８×２個／２２．５mmピッチ、
千鳥配列）に、9 本〜１２本の中空糸膜を４束に合わせ
て中空糸膜束として、捲き始めから１層目までを１トラ
バースに対して捲取り回転２回の比率で、２層目までを
１トラバースに対して捲取り回転５．８回の比率で、３
層目までを１トラバースに対して捲取り回転７．２回の
比率で、４層目までを１トラバースに対して捲取り回転
７．７回の比率で、最外層までを１トラバースに対して
捲取り回転７．８回の比率で捲き上げた。また、同時に
捲取り回転とトラバースの位相差を調整し、捲き上げ径
が大きくなるにしたがい中空糸膜束間のピッチが−５ｍ
ｍから２０ｍｍに連続的に変化するようにした。トラバ
ース幅１２００ｍｍで外径φ７４mmまで捲取り、交差配
列を持つ中空糸膜束群からなる捲上体を作製した。中空
糸膜の本数は２４８４０本とした。中空糸膜束群からな
る捲上体の外周に目開き１．２mmのポリエステル製保護
織布を捲き付け、中空糸膜束群からなる捲上体を４００
mmの長さにカットし、ポリカーボネイト製容器（最狭内
径φ７４mm）に挿入した。そして、容器に装着した中空
糸膜束群からなる捲上体を室温にて６００rpm で3 分
間、遠心脱液を実施し中空糸膜外表面および中空部内の
水分を除去した。次いで、露点５℃に調整した除湿空気
を５０℃に加熱し、風量０．１３m ³/minで１２時間、
容器に装着した中空糸膜束に通風し絶乾近くまで乾燥さ
せた。そして、端部封止として中空糸膜開口端部を閉口
するために端部封止剤を遠心力（回転数４００ｒｐｍ）
により充填、硬化させ、２段目端部封止剤として中空糸
膜束を容器に接着、端部封止するために同じ端部封止剤
を遠心力（回転数６００ｒｐｍ）にて充填、硬化させ
た。この時の端部封止剤として水添ビスフェノールA 型
エポキシ樹脂を使用した。そして、中空糸膜の中空部を
開口させるために、端部封止部を75℃のホットプレート
上に1 時間接触させ、倍力装置( 倍力率２〜３) を使い
人力（約４kg）により、刃幅３００mmの刃物を使いスラ
イスカッターにて中空糸膜束を固定した容器の端部封止
部（直径φ１００mm）の切削した。液供給方向は図１と
同様とした。この中空糸膜モジュールの膜面積は１３m²
で、層毎の充填密度は芯材部より中空糸膜束外周にわた
って０．８８から０．９６であった。また、供給圧力
０．３MPa 、回収率５０％、温度２５℃の条件で膜面の
液体速度を計算したところ芯材部より中空糸膜束外周に
わたって１．７から１．８ｃｍ／ｓの間となり、最大値
と最小値の偏差は０．０９であった。（表１、図３参
照）偏差＝（膜面液体速度最大値―膜面液体速度最小値）／
第１層の膜面液体速度充填密度＝中空糸膜束の容積／中空糸膜束が占有してい
る空塔容積膜面液体速度＝膜面流量／流路断面積充填密度比＝各層の充填密度／第１層の充填密度膜面液体速度比＝各層の膜面液体速度／第１層の膜面液
体速度

【００３２】実施例で作製した中空糸膜モジュールを用
いて、濃度１０００mg/Lのシュクロース水溶液を使用し
供給圧力０．３MPa 、温度２５℃、ｐＨ６の条件で性能
評価したところ、回収率８０％での透過液量は１．７７
m ³/D、溶質の除去率は９１．９％、回収率２０％、膜
面液体速度３．３m/min での透過液量は２．８m ³/D、
溶質の除去率は９６．５％であった。回収率２０％と８
０％の除去率の比率は０．９７であった。回収率＝（透過液量／供給液量）×１００（% ）除去率＝（１−（透過液濃度／供給液濃度））×１００
（% ）

【００３３】比較例実施例の中空糸膜束群からなる捲上体の製造方法におい
て、中空糸膜束間ピッチを等間隔としクロスポイント数
を3 箇所に固定した他は、実施例と同様の方法で中空糸
膜モジュールを製造した。この中空糸膜モジュールの膜
面積は９m²で、層毎の充填密度は芯材部より中空糸膜束
外周にわたって０．８８から０．５３であった。また、
供給圧力０．３MPa 、回収率５０％、温度２５℃の条件
で膜面液体速度を計算したところ芯材部より中空糸膜束
外周にわたって１．２３から０．０９ｃｍ／ｓで、最大
値と最小値の偏差は０．９３であった。（表１、図３参
照）

【００３４】比較例で作製したモジュールを用いて濃度
１０００mg/Lのシュクロース水溶液を使用し供給圧力
０．３MPa 、温度２５℃、ｐＨ６の条件で性能評価した
ところ、回収率８０％、膜面液体速度０．４m/min での
透過液量は１．６m ³/D 、溶質の除去率は８０．０％、
回収率２０％での透過液量は１．９５m ³/D 、溶質の除
去率は９６．７％であった。回収率２０％と８０％の除
去率の比率は０．８５であった。

【００３５】実施例および比較例１、２の結果の一覧を
表１、２に示す。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】

【発明の効果】本発明の中空糸膜モジュールは、河川水
や地下水などの自然水の浄水処理あるいは水道水の高度
浄水処理に、特に高回収率が要求される水処理分野にお
いて、膜面の液流量が液体出口になるにしたがい減少
し、特に高回収率条件運転でモジュール内の膜面液体速
度が低くなった場合においても、均一分配流れを供給部
から濃縮排水出口に渡って実現し、偏流を起こさずに膜
を有効利用し分離効率を高めることができ、連続安定運
転、洗浄性向上することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る中空糸膜モジュールの一例を示し
た模式図である。

【図２】中空糸膜束群からなる捲上体の製造方法の説明
図である。

【図３】モジュール内充填密度比および膜面液体速度比
を示すグラフである。

【図４】除去率の回収率依存性グラフである。

【符号の説明】

１容器２中空糸膜束群からなる捲上体３芯材４保護布５、５’ 端部封止部６、６’ Ｏリング７マニホールド部８クロスポイント９中空糸膜束１０捲上軸１１トラバーズガイド３１供給部３２非透過液排出部３３透過液排出部

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】芯材の回りに配置された中空糸膜束群か
らなる捲上体を容器に装着し、片端もしくは両端部を樹
脂で固定した中空糸膜モジュールであって、中空糸膜束
の中空糸膜の配列が、中空糸膜束群の捲上軸線と角度を
もって配置され、中空糸膜束ごとに交互にクロスする交
差配列を持つ中空糸膜モジュールにおいて、芯材から中
空糸膜束群外周に向かって流れる非透過液体の流れ方向
に対して中空糸膜の充填密度が増加した中空糸膜束構造
をもつことを特徴とする中空糸膜モジュール。
【請求項２】中空糸膜が交差するクロスポイント部の
数が、捲き径が増加するにしたがい増加する中空糸膜束
配列をもつ請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項３】中空糸膜束間のピッチが、捲き径が増加
するにしたがい減少する中空糸膜束配列をもつ請求項１
または２に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項４】中空糸膜の充填率が４０％〜８０％であ
る請求項１ないし３のいずれかに記載の中空糸膜モジュ
ール。
【請求項５】交差配列された中空糸膜束の角度が中空
糸膜束の捲上軸線に対して５〜７５度の傾きを持つ請求
項１ないし４のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
【請求項６】芯材の回りに配置された中空糸膜束群か
らなる捲上体を容器に装着し、片端もしくは両端部を樹
脂で固定した中空糸膜モジュールの製造方法であって、
中空糸膜束の中空糸膜の配列を、中空糸膜束群の捲上軸
線と角度をもって配置し、中空糸膜束ごとに交互にクロ
スする交差配列を有する中空糸膜モジュールの製造方法
において、芯材から中空糸膜束群外周に向かって流れる
非透過液体の流れ方向に対して中空糸膜の充填密度を増
加させることを特徴とする中空糸膜モジュールの製造方
法。
【請求項７】中空糸膜が交差するクロスポイント部の
数を捲き径が増加するにしたがい増加させて中空糸膜束
配列を形成させる請求項６に記載の中空糸膜モジュール
の製造方法。
【請求項８】中空糸膜束間のピッチを捲き径が増加す
るにしたがい減少させて中空糸膜束配列を形成させる請
求項６または７に記載の中空糸膜モジュールの製造方
法。
【請求項９】中空糸膜の充填率を４０％〜８０％にし
た請求項６ないし８のいずれかに記載の中空糸膜モジュ
ールの製造方法。
【請求項１０】交差配列された中空糸膜束の角度が中
空糸膜束の捲上軸線に対して５〜７５度の傾きを持たせ
る請求項６ないし９のいずれかに記載の中空糸膜モジュ
ールの製造方法。