JP2002113333A

JP2002113333A - 中空糸膜モジュール

Info

Publication number: JP2002113333A
Application number: JP2001210121A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Akimoto; 龍夫秋本; Hisaaki Fujino; 久昭藤野; Seiji Okumura; 青児奥村; Tetsuo Nishimura; 哲夫西村
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2000-08-02
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2002-04-16
Anticipated expiration: 2021-07-11
Also published as: JP4882173B2

Abstract

(57)【要約】【課題】懸濁物質を効率的に排出して濾過性能を安定
するようにした中空糸膜モジュールを提供する。【解決手段】ケース１内に中空糸膜束３を収納し、該
中空糸膜束３の一方の端部Ａを中空糸膜２の端部が開口
するように樹脂２０で接着固定すると共に前記ケース内
壁に接着し、他方の端部Ｂを中空糸膜２の端部が封止す
るように樹脂２０で接着固定すると共に前記ケース内壁
に接着した中空糸膜モジュール５０であって、前記端部
Ａ，Ｂの間に挟まれた濾過域４のケース側面に、前記端
部Ｂに対応して原水供給口５を、前記端部Ａに対応して
エア排出口６をそれぞれ設け、かつ前記端部Ｂに該端部
Ｂを貫通するエア分散孔兼排水孔１１を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は中空糸膜モジュール
に関し、さらに詳しくは、懸濁物質を効率的に排出して
濾過性能を安定させるようにした中空糸膜モジュールに
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に中空糸膜モジールは、内圧式の中
空糸膜モジュールと外圧式の中空糸膜モジュールとに大
別される。そのうち外圧式中空糸膜モジュールは、数百
〜数万本の中空糸膜が束ねられた中空糸膜束を筒状のケ
ースに収納し、その中空糸膜束の両端部を樹脂のポッテ
ィングによってケース内壁に接着している。また、この
ように中空糸膜束の両端部をそれぞれポッティングする
に当たり、一方のポッティング端部は中空糸膜端を開口
させ、他方のポッティング端部では中空糸膜端を封止
し、この両ポッティング端部間に挟まれた領域に原水を
加圧供給することにより多数本の中空糸膜を透過させ、
その濾過水を中空糸膜端が開口したポッティング端部の
外側に取り出すようにしている。

【０００３】特開平９−２２０４４６号公報は、上記外
圧式中空糸膜モジュールの一例を示している。この中空
糸膜モジュールでは、原水供給口が、上記のように中空
糸膜端を樹脂で封止したポッティング端部に複数本の細
径の孔を貫通させるように設けられ、このような原水供
給口の設置により懸濁物質の排出を良好にすると記載し
ている。

【０００４】しかしながら、このようにポッティング端
部に複数の細径貫通孔を設けるように形成した原水供給
口について本発明者らが検討した結果によれば、逆洗処
理を行うと、中空糸膜表面から離脱した懸濁物質がドレ
ンと共に上記貫通孔の原水供給口やそれよりも逆洗水流
れ方向下流側の空間部を通過するとき、一部がその原水
供給口の貫通孔内や空間部に蓄積されやすいことがわか
った。すなわち、原水供給口や空間部に懸濁物質の一部
が残ってしまうのである。

【０００５】その結果、逆洗終了後に再び上記空間部お
よび原水供給口を通して原水を供給すると、空間部や原
水供給口の貫通孔内に蓄積されていた懸濁物質が、再び
濾過域内に押し戻され、中空糸膜束の表面に付着するこ
とにより濾過性能を低下させる原因になっていた。この
ような不具合は、特に濾過水量の増大のためケース内周
部の最小横断面積を１５０ｃｍ²以上に大型化し、中空
糸膜の充填膜面積を増大する場合に一層顕著になること
が判明した。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した従来の問題を解消し、懸濁物質を効率的に排出する
ことにより濾過性能を安定化するようにした中空糸膜モ
ジュールを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、ケース内に中空糸膜束を収納し、該中空糸膜束の
一方の端部Ａを中空糸膜端が開口するように樹脂で接着
固定すると共に前記ケース内壁に接着し、他方の端部Ｂ
を中空糸膜端が封止するように樹脂で接着固定すると共
に前記ケース内壁に接着した中空糸膜モジュールにおい
て、前記端部Ａ，Ｂの間に挟まれた濾過域のケース側面
に、前記端部Ｂに対応して原水供給口を、前記端部Ａに
対応してエア排出口をそれぞれ設け、かつ前記端部Ｂに
該端部Ｂを貫通するエア分散孔兼排水孔を設けたことを
特徴とするものである。

【０００８】上記のように中空糸膜束の両端部Ａ，Ｂ間
に挟まれた濾過域のケース側面に原水供給口を設けたた
め、その原水供給口の径を十分大きくすることが可能に
なる。そのため、逆洗時に原水供給口に懸濁物質が蓄積
することがなくなり、したがって、逆洗終了後に再び原
水を供給した場合に、懸濁物質が濾過域に混入すること
がなく、良好な濾過性能を安定に維持することができ
る。

【０００９】上記逆洗時には、排水の一部が細径の貫通
孔から排出することにより、その貫通孔に懸濁物質が蓄
積する場合がある。しかしながら、その懸濁物質は、エ
アレーションフラッシングするときに圧縮エアと共に濾
過域に流入すると、エア排出口から一緒に排出されてし
まうため、中空糸膜束に蓄積されることはなく、濾過性
能を悪化することはない。

【００１０】上記作用および効果は、ケース内周部の最
小横断面積を１５０ｃｍ²以上に大型化して中空糸膜の
充填膜面積を増大し、濾過水量を増大するようにした場
合であっても同様に達成することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明の
実施形態からなる中空糸膜モジュールを例示したもので
ある。

【００１２】中空糸膜モジュール５０のモジュールケー
ス１は、塩化ビニル樹脂等の樹脂から成形された複数の
筒状ケースから組み立てられている。すなわち、モジュ
ールケース１は、中央に長尺の本体ケース１ａを配置
し、その両端部に、それぞれ中空糸膜束３の両端の端部
３ｅ（Ａ）と端部３ｅ' （Ｂ）とを接着固定する保持ケ
ース１ｂ，１ｂ' が連結され、さらに保持ケース１ｂ，
１ｂ' の外側端に、それぞれキャップケース１ｃ，１
ｃ' が連結されている。

【００１３】中空糸膜束３は数百〜数万本の中空糸膜２
が集束されたもので、その束ねられた状態でモジュール
ケース１に収納され、その両端部３ｅ，３ｅ' がそれぞ
れ樹脂２０によって液密に接着固定され、かつ保持ケー
ス１ｂ，１ｂ' の内壁に接着されている。さらに、この
ように中空糸膜束３の端部を接着固定した樹脂２０の内
側面に、シリコーン等の弾性樹脂２１が積層されてい
る。この弾性樹脂２１により、中空糸膜２と樹脂２０と
の接着界面に集中する応力が緩和され、中空糸膜２の糸
切れが防止されるようになっている。

【００１４】樹脂２０により液密にポッティングされた
中空糸膜束３の端部３ｅ，３ｅ' のうち、上方側の端部
３ｅ（Ａ）は各中空糸膜２の端部開口が端部３ｅの外端
面に開口しているが、下方側の端部３ｅ' （Ｂ）は各中
空糸膜２の端部開口が樹脂で封止されている。この両端
部３ｅ，３ｅ' の間に挟まれたケース内領域は、本件中
空糸膜モジュール５０の濾過域４になっている。

【００１５】この濾過域４には、端部３ｅ' に対応して
その側のケース壁面に原水供給口５を設け、また端部３
ｅに対応してその側のケース壁面にエア排出口６を設け
ている。このエア排出口６は、エアおよびそのエアに同
伴するオーバフロー水を排出するものであると共に、濃
縮水排出口を兼ねている。原水供給口５が設けられた箇
所のモジュールケース１（保持ケース１ｂ' ）内面に
は、その内周を１周に渡り覆うように整流筒１５が設け
られ、この整流筒１５に設けられた多数の分散孔１５ａ
から、原水が均等に濾過域４内へ供給されるようになっ
ている。また、エア排出口６の箇所にも、同様にモジュ
ールケース１（保持ケース１ｂ）の内周面に１周に渡る
ように整流筒１５が設けられ、濾過処理後に懸濁物質で
濃縮された濃縮水またはエアレーションフラッンシング
後のエアが、その整流筒１５を介して排出されるように
なっている。

【００１６】端部３ｅ（Ａ）の外側（上方側）には、キ
ャップケース１ｃに囲まれた濾過水取出室７が設けられ
ている。この濾過水取出室７は、中空糸膜束３の端部３
ｅ上面が底面となり、多数の中空糸膜２の端部が開口
し、この多数の開口から濾過水が濾過水取出室７内に流
入する。また、キャップケース１ｃの壁面に濾過水出口
８が設けられ、濾過水取出室７内の濾過水（精製水）を
モジュールの外側へ送り出すようにしている。

【００１７】他方、端部３ｅ' （Ｂ）には、濾過域４か
ら外側に貫通する複数の貫通孔１１が設けられ、その外
側（下方側）に空室９がキャップケース１ｃ' に囲まれ
るように設けられている。これら貫通孔１１は端部３
ｅ' 内の中空糸膜２と実質的に平行に設けられ、互いに
干渉しないようになっている。複数の貫通孔１１はエア
分散孔兼排水孔として設けられたもので、エアレーショ
ンフラッシングの際には、圧縮エアを濾過域４に吹き込
むエア分散孔になり、また原水供給時或いは逆洗時に
は、濾過域４から生ずるドレンを排出する排水孔にな
る。

【００１８】空室９には、キャップケース１ｃ' の側壁
に排水口１０が設けられ、また下端の隔壁にエア供給口
１２が設けられている。排水口１０は、原水を濾過処理
するとき、或いは逆洗操作するとき、空室９に流出した
ドレンを排水するためのものである。また、エア供給口
１２は、エアレーションフラッシングの際に圧縮エアを
吹き込むための吹込口である。

【００１９】上記エア供給口１２には絞り孔１３と逆止
弁１４が設けられている。そのうち絞り孔１３は、図３
に例示するように、大量の原水を濾過処理するため多数
の中空糸膜モジュール５０を並列に連結して使用する場
合、エアレーションフラッシング時に、複数の各モジュ
ールにエアの量を均等に分配する作用を行う。絞り孔１
３の径は、ここで生ずる圧損が配管での圧損よりも高く
なるようにしてあればよく、例えば５ｋＰａ以上、特に
１０〜３０ｋＰａ程度高くなるようになっていることが
好ましい。

【００２０】また、逆止弁１４の方は、エア供給方向の
流れだけを許容し、排水が空室９側からエア供給口１２
側へ逆流するのを阻止する作用をする。

【００２１】上述した本発明の中空糸膜モジュール５０
により原水を濾過処理するときは、原水を原水供給口５
から濾過域４内へ加圧供給する。濾過域４に供給された
原水は、図２に示すように、中空糸膜束３の各中空糸膜
２の表面に多数存在する微細な径（０．０１〜１μｍ程
度）の濾過孔２ａを透過し、その時原水中の懸濁物質ｍ
を外側に残し、水だけを通過させて精製される。多数本
の中空糸膜２によって精製された濾過水は、それぞれ中
空糸膜束３の端部３ｅへ流れて濾過水取出室７に集めら
れ、さらに濾過水取出室７から濾過水出口８を経てモジ
ュール外へ送り出される。

【００２２】原水の濾過処理を長時間続けていると、中
空糸膜２の表面に懸濁物質ｍが蓄積して濾過性能が低下
していく。そのため原水の濾過処理運転の途中に一定の
インターバルで逆洗やエアレーションフラッシングを行
うことにより、中空糸膜２の表面から懸濁物質ｍを除去
し、濾過性能を回復させることができる。

【００２３】逆洗は、原水供給口５およびエア排出口６
を閉鎖し、濾過水出口８から精製水を逆方向に加圧供給
し、各中空糸膜２の濾過孔２ａを内側から外側へ通過さ
せることにより、膜表面の懸濁物質ｍを剥離させ、それ
を貫通孔１１を通して排水口１０から排出する操作であ
る。

【００２４】また、エアレーションフラッシングは、逆
洗工程の前後において、原水供給口５は閉に、エア排出
口６は開の状態にし、下部のエア供給口１２から圧縮エ
アを供給し、複数の貫通孔１１（エア分散孔兼排水孔）
から濾過域４に吹き込んでエア排出口６から排出させ中
空糸膜束３の各中空糸膜２を揺り動かすことにより、そ
の表面の懸濁物質ｍを剥離させたのち、逆洗水と共に排
出口１０から排出する操作である。

【００２５】上述したように本発明の中空糸膜モジュー
ルによれば、中空糸膜束３の両端部３ｅ，３ｅ' （Ａ，
Ｂ）の間に挟まれた濾過域４のケース側面に原水供給口
５を設けているので、逆洗水の排出口１０と原水供給口
５とが分離されている。そのため懸濁物質ｍを含む排水
が空室９に滞留していたとしても、逆洗終了後に原水供
給口５から再び原水を供給するとき、その原水に排水が
混入することはなく、濾過性能を安定に維持することが
できる。

【００２６】上記逆洗によって、懸濁物質ｍが細径の貫
通孔１１内に蓄積されることもあるが、貫通孔１１はエ
ア分散孔兼排水孔であるから、エアレーションフラッシ
ングのとき圧縮エアが貫通孔１１を通過して濾過域４に
吹き込まれる際に、懸濁物質ｍも濾過域４に一旦吹き込
まれるが、エア／水の混合水と共にエア排出口６から排
出されてしまうため濾過域４に残留することはない。し
たがって、再び原水を濾過処理するときの濾過性能を阻
害することはない。

【００２７】本発明の中空糸膜モジュールによれば、従
来の中空糸膜モジュールにおいて濾過性能の低下が顕著
であったケース内周部の最小横断面積が１５０ｃｍ²以
上、特に２００ｃｍ²以上に大型化した場合において
も、上述した優れた性能を発揮することができる。中で
も、濾過処理能率および濾過性能を共に高くするため、
中空糸膜の充填率を４０〜７０％にした場合に良好であ
る。中空糸膜の充填率が４０％よりも低い場合には、濾
過処理能率が十分に得られず、また７０％よりも高い
と、中空糸膜の相互の間隔が密になりすぎて、懸濁物質
が各中空糸膜の相互相に溜まりやすくなり、濾過性能が
低下する。

【００２８】なお、本発明において、中空糸膜の充填率
は、中空糸膜の横断面の外輪郭面積の合計面積が、ケー
スの内周部の最小横断面積に占める割合として算出され
る。ここで横断面積とは、ケースの軸方向に直交する断
面をとったときの横断面積であり、最小横断面積とは、
ケース内部の横断面積が軸方向に変化するとき、その値
が最も小さくなる部分の横断面積のことをいう。

【００２９】本発明おいて、中空糸膜の素材としては、
ポリアクリロニトリル、ポリスルホン、ポリフッ化ビニ
リデン等の従来から中空糸膜用として公知の重合体をい
ずれも使用することができる。中でもポリアクリロニト
リルやポリフッ化ビニリデンからなり、膜表面の微細孔
の径を１μｍ以下、特に０．００５〜０．５μｍにした
ものが好ましく、微粒子や懸濁物質を効率よく除去する
ほか、菌類やウィルスに対しても高い阻止性能を発揮す
ることができる。

【００３０】中空糸膜束の端部を樹脂のポッティングで
接着固定するために使用する樹脂としては、低粘度のエ
ポキシ樹脂が好ましい。さらに具体的には、室温時の粘
度が１００〜５，０００ｍＰａ・ｓ、室温下の硬化時間
（ポリマーの架橋に要する時間）が４８時間以内である
エポキシ樹脂がよい。このようなエポキシ樹脂により、
静置ポッティング法であっても、中空糸膜束の接着固定
部にボイドを作ることなく、樹脂を均一充填して接着固
定することができる。もちろん、本発明において、遠心
ポッティング法により樹脂の充填を行うことを妨げるも
のではない。

【００３１】また、中空糸膜束の端部をポッティングし
た樹脂部の内側には、図１に例示したように弾性樹脂層
を積層させることが好ましい。すなわち、中空糸膜と接
着樹脂との接着界面に弾性樹脂層を積層すると、その積
層により中空糸膜の糸切れを低減することができるから
である。この弾性樹脂としてはシリコーンが好ましい。
特に、主剤と硬化剤とで硬化する二液硬化性のシリコー
ンが好ましく、硬化触媒としてチタン系若しくは白金系
（要加熱）を使用し、粘度が室温で１００〜５，０００
ｍＰａ・ｓ、硬化時間が１〜４８時間であるものを使用
するとよい。

【００３２】本発明の中空糸膜モジュールは、１本だけ
を単独で使用してもよいが、図３のように、複数本の中
空糸膜モジュール５０を並列に連結して使用するように
することができる。

【００３３】図３では、複数の列状に並べた中空糸膜モ
ジュール５０の各原水供給口５を１本の原水供給管３０
に連結し、この原水供給管３０から原水を各中空糸膜モ
ジュール５０に同時に供給し、また複数の中空糸膜モジ
ュール５０の各濾過水出口８を同様に１本の濾過水出口
管３１に連結し、濾過水を同時に取り出すようにしてい
る。圧縮エアのエア供給管３２、ドレンの排水管３３お
よびエアおよびオーバーフロー水の排出管４８について
も同様の構成になっており、それぞれの管３２、３３お
よび４８に複数の中空糸膜モジュール５０の各エア供給
口１２、各排水口１０および各エア排出口６を連結する
ようにしている。

【００３４】また、本発明において、中空糸膜束３の端
部３ｅ（Ａ）の外側に設けた濾過水取出室７は、濾過水
取出管を取り外すことなく開閉可能な構成にすることが
好ましい。濾過水取出室７を開閉可能にすると、原水の
濾過処理中に中空糸膜２の一部が糸切れした場合、その
補修作業を中空糸膜モジュールを基台に据え付け状態の
ままで実施することができ、操業性を向上することがで
きる。

【００３５】図１の実施形態では、濾過水取出室７の隔
壁３４を、キャップケース１ｃとは別体になるようにＯ
リング３５でシールされた樹脂板３６とステンレス鋼等
の金属板３７とから構成し、これら樹脂板３６と金属板
３７を割リング３８の係脱により着脱自在にしている。
すなわち、割リング３７を外すと、樹脂板３６と金属板
３７からなる隔壁３４を簡単に取り外すことができ、ま
た逆に装着することができるようになっている。

【００３６】したがって、原水の濾過処理中に中空糸膜
２のいずれかが糸切れしたとき、モジュールへの原水供
給を停止して隔壁３４を外すと中空糸膜束３の端部３ｅ
の外端面が露出するので、その外端面に開口している中
空糸膜２のうち、糸切れした中空糸膜２の開口端だけを
樹脂等で封止すれば、簡単に濾過水中に原水が混入しな
いように補修することができる。また、このような補修
作業を、濾過水取出管を取り外さずに、かつ中空糸膜モ
ジュール５０を基台から取り外すことなく、据え付け状
態のままで簡単に作業することができる。

【００３７】また、上記隔壁３４には、必要により吊下
げフック３９を固定するとよい。この吊下げフック３９
を利用して重機で吊り下げるようにすれば搬送を容易に
するため、複数本の中空糸膜モジュール５０を組み付け
るとき、或いは運搬車への積卸しなどの作業を容易にす
ることができる。

【００３８】このような着脱自在にした隔壁は、図１に
示すように、中空糸膜束３の端部３ｅ' 側に設けた空室
９の隔壁３４' にも設けることができる。隔壁３４'
は、Ｏリング３５' でシールされた樹脂板３６' とステ
ンレス鋼等の金属板３７' とから構成され、これら樹脂
板３６' と金属板３７' を割リング３８' の係脱により
着脱されるようになっている。

【００３９】

【発明の効果】上述したように本発明によれば、中空糸
膜束の両端部Ａ，Ｂの間に挟まれた濾過域のケース側面
に原水供給口を設けているため、原水供給口と逆洗時の
排水口とを分離でき、原水が通る部分に懸濁物質が蓄積
しないようにすることができる。したがって、逆洗終了
後に再び原水を供給した場合、懸濁物質が濾過域に混入
することがなく、濾過性能を安定に維持することが可能
になる。

【００４０】また、上記の逆洗により、その貫通孔に懸
濁物質が蓄積する場合があるが、その懸濁物質は、エア
レーションフラッシングの際に圧縮エアと共に濾過域に
流入すると、エア排出口から一緒に排出されてしまうた
め、中空糸膜束に蓄積されることはなく、濾過性能を悪
化することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の中空糸膜モジュールの実施形態を示
し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）はＸ−Ｘ矢視断面図であ
る。

【図２】中空糸膜による濾過作用を示す説明図である。

【図３】本発明の中空糸膜モジュールを複数本並列に組
み立てた場合を示す斜視図である。

【符号の説明】

１モジュールケース１ａ本体ケース１ｂ，１ｂ' 保持ケース１c ，１c' キャップケース２中空糸膜３中空糸膜束３ｅ（中空糸膜束の）端部Ａ３ｅ' （中空糸膜束の）端部Ｂ４濾過域５原水供給口６エア排出口７濾過水取出室８濾過水出口９空室１０排水口１１貫通孔（エア分散孔兼排水孔）１２エア供給口１３絞り孔１４逆止弁２０樹脂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者奥村青児滋賀県大津市園山１丁目１番１号東レ株式会社滋賀事業場内 (72)発明者西村哲夫滋賀県大津市園山１丁目１番１号東レ株式会社滋賀事業場内Ｆターム(参考） 4D006 GA06 GA07 HA04 HA19 JA02B JA13A JA16A JA20Z JA27A JB20 KA41 KC03 MA01 MC29 MC39 MC62 PA01 PB02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ケース内に中空糸膜束を収納し、該中空
糸膜束の一方の端部Ａを中空糸膜端が開口するように樹
脂で接着固定すると共に前記ケース内壁に接着し、他方
の端部Ｂを中空糸膜端が封止するように樹脂で接着固定
すると共に前記ケース内壁に接着した中空糸膜モジュー
ルにおいて、前記端部Ａ，Ｂの間に挟まれた濾過域のケ
ース側面に、前記端部Ｂに対応して原水供給口を、前記
端部Ａに対応してエア排出口をそれぞれ設け、かつ前記
端部Ｂに該端部Ｂを貫通するエア分散孔兼排水孔を設け
た中空糸膜モジュール。
【請求項２】前記端部Ａの外側に設けた濾過水取出室
を開閉可能にした請求項１に記載の中空糸膜モジュー
ル。
【請求項３】前記端部Ｂの外側に設けた空室に、絞り
孔と逆止弁を備えたエア供給口を接続した請求項１又は
２に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項４】前記ケース内の最小横断面積が１５０ｃ
ｍ²以上であり、前記中空糸膜の充填率が４０〜７０％
の範囲である請求項１〜３のいずれかに記載の中空糸膜
モジュール。