JP2003144860A

JP2003144860A - 中空糸膜モジュール

Info

Publication number: JP2003144860A
Application number: JP2001347379A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Akimoto; 龍夫秋本; Tetsuo Nishimura; 哲夫西村
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2001-11-13
Filing date: 2001-11-13
Publication date: 2003-05-20

Abstract

(57)【要約】【課題】中空糸膜の目詰まり等により交換の際、廃棄物
の量を削減できる中空糸膜モジュールを提供する。【解決手段】ケース内に挿入された中空糸膜束の片端が
開孔された接着固定端であり、当該中空糸膜他端が閉塞
された固定端もしくはＵ字端である構造を有する中空糸
膜エレメントと、当該膜エレメントを収納するモジュー
ル容器と、前記中空糸膜エレメントとモジュール容器と
を液密にシールする弾性シール材とを有し、前記中空糸
膜エレメントがモジュール容器から着脱可能な構造にさ
れているとともに、前記中空糸膜エレメントの開孔固定
端と閉塞固定端もしくはＵ字端とがステーで連結された
構造を有することを特徴とする中空糸膜モジュール。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は中空糸膜モジュール
に関し、さらに詳しくは、膜が目詰まりして廃棄する際
にもモジュール容器を再使用でき、かつ逆洗時の排水量
の少ない中空糸膜モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、加圧型中空糸膜モジールの形態
は容器一体型とタンク型に大別される。容器一体型モジ
ュールは、例えば実開昭５８−１０８１１３号に示され
るように、数百〜数千本の中空糸膜が束ねられた中空糸
膜束を筒状の耐圧性を有するモジュール容器に収納し、
その中空糸膜束の少なくとも片端部を樹脂で接着固定し
た状態にして前記容器内壁に接着したモジュール構造を
有している。また、タンク型モジュールは、例えば特開
昭６２−１９１００４号公報に示されるように、前記中
空糸膜束を筒状のケースに収納し、その中空糸膜束の少
なくとも片端部を樹脂で前記ケース内壁に接着開口して
膜エレメントとし、複数個の前記膜エレメントを耐圧タ
ンク内の仕切板に設けた開孔部に差込み液密シールした
モジュール構造である。

【０００３】このように中空糸膜束の少なくとも片端部
を接着固定するに当たり、一方の端部は中空糸膜端を開
口させ、他方の端部をＵ字状に折り返したり中空糸膜端
を接着封止させるようにして、この両端部間に挟まれた
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
に透過させて濾過し、その濾過水を中空糸膜端が開口し
た端部に集めて取り出すようになっている。

【０００４】しかしながら、上記の容器一体型モジュー
ルでは、中空糸膜束の少なくとも片端部を樹脂によりモ
ジュール容器に接着固定しているため、膜が目詰まりし
て使用不可能となった場合にはモジュール容器毎廃棄す
る必要があり、大規模な浄水施設では廃棄物量が膨大と
なる問題が顕在化してきている。

【０００５】一方、タンク型モジュールは、膜目詰まり
においては膜エレメントのみの交換で済むが、原水をタ
ンク内に供給し中空糸膜外から膜内に通過することによ
り濾過されるまでの原水域が、タンク内の多大な部分を
デッドスペースとして占めるため、逆洗による膜洗浄を
実施した後の洗浄水を排出するための排水量が必然的に
多量となり、原水供給量に対する透過処理水量の割合、
すなわち透過水回収率が低レベルである欠点を有してい
た。

【０００６】その結果、特に膜モジュールが大型化する
程、容器一体型においては、製作コストに占める耐圧容
器としてのモジュール容器のコスト比率が大きくなり、
膜の目詰まり毎に廃棄するには、コスト的にも地球環境
上も問題を有していた。また、タンク型モジュールにお
いては、タンクサイズを大型化する程デッドスペースの
比率が大きくなり、逆洗排水量が増加する欠点を有して
いた。また、膜エレメントの本数を増やし収納する耐圧
タンクを大型化する程、タンク製作費用が急激に高価と
なる欠点もある。

【０００７】

【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、膜が目詰まりして廃棄する際
にもモジュール容器を再使用でき、かつまたデッドスペ
ースが少なく透過水回収率の高い中空糸膜モジュールを
提供することにあり、さらにまた、本発明の目的は、中
空糸膜エレメントがその濾過圧や逆洗圧の作用によりケ
ース等が座屈することを防止する中空糸膜モジュールを
提供することにある。

【０００８】

【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、ケース内に挿入された中空糸膜束の片端が開孔さ
れた接着固定端であり、当該中空糸膜他端が閉塞された
固定端もしくはＵ字端である構造を有する中空糸膜エレ
メントと、当該膜エレメントを収納するモジュール容器
と、前記中空糸膜エレメントとモジュール容器とを液密
にシールする弾性シール材とを有し、前記中空糸膜エレ
メントがモジュール容器から着脱可能な構造にされてい
るとともに、前記中空糸膜エレメントの開孔固定端と、
閉塞固定端もしくはＵ字端とが、ステーで連結された構
造を有することを特徴とする中空糸膜モジュールであ
る。

【０００９】さらにまた、前記中空糸膜エレメントのケ
ース内濾過域におけるケース側面の一部に、全周に渡っ
て形成された複数個の貫通孔と、モジュール容器内壁と
の間に設けられた２ｍｍ以上の空隙とで構成された整流
部を有する構造である上記記載の中空糸膜モジュールで
ある。

【００１０】上記のように、ケース内に挿入された中空
糸膜束の片端が開孔された接着固定端であり、当該中空
糸膜他端が閉塞された固定端もしくはＵ字端である構造
を有する１本の中空糸膜エレメントと、当該膜エレメン
トを収納するモジュール容器と、前記膜エレメントとモ
ジュール容器とを液密にシールする弾性シール材とで構
成され、前記膜エレメントがモジュール容器から着脱可
能な中空糸膜モジュール構造とすることにより、膜エレ
メントが目詰まりして使用不可能になった場合は、モジ
ュール容器から中空糸膜エレメントのみ脱着交換して、
モジュール容器はそのまま継続再使用することができ
る。

【００１１】また、タンク型モジュールに比較してデッ
ドスペースが少ないので、逆洗排水量が少なく透過水回
収率も大幅に向上する。

【００１２】また、前記中空糸膜エレメントの開孔固定
端と閉塞固定端もしくはＵ字端を、ステーで連結した上
記記載の中空糸膜モジュール構造とすることにより、濾
加圧に対するケースの圧縮強度不足を補強して座屈を防
止できる。

【００１３】さらにまた、前記中空糸膜エレメントのケ
ース内濾過域におけるケース側面の一部に、全周に渡っ
て形成された複数個の貫通孔と、モジュール容器内壁と
の間に設けられた２ｍｍ以上の空隙とで構成された整流
部を有する構造である上記記載の中空糸膜モジュール構
造としたことにより、スクラビングエアやそれに同伴す
る濃縮水を中空糸膜にダメージを与えることなくスムー
ズに排出可能である。前記貫通孔寸法はφ２〜１０ｍｍ
程度、孔数としては膜エレメント直径によっても異なる
が２０〜４００個程度が、中空糸膜へダメージを与える
ことなく排気エアを整流する点から好ましい。また、前
記空隙は３ｍｍ以上あることが同様の点でさらに好まし
い。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、ケース内に挿入された中
空糸膜束の片端が開孔された接着固定端であり、他端が
閉塞された固定端からなる本発明の実施態様の中空糸膜
モジュールを例示したものである。

【００１５】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ケース１６
に収納され、その両端部３ｅ，３ｅ' がそれぞれ樹脂２
０によって液密に接着固定され、かつ前記ケース１６の
内壁に接着されて膜エレメント２１を構成している。さ
らに、この１本の膜エレメント２１を耐圧性を有するモ
ジュール容器１に収納し、Ｏリング１９で液密にシール
して中空糸膜モジュール５０を構成している。

【００１６】樹脂２０により液密に接着固定された中空
糸膜束３の端部３ｅ，３ｅ' のうち、上方側の端部３ｅ
は各中空糸膜２の端部が端部３ｅの外端面に開口してい
るが、下方側の端部３ｅ' は各中空糸膜２の端部が樹脂
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。また、両端部３ｅ，３ｅ' は、濾
過圧によりケース１６が座屈を生じないようステー１７
により接着部同士を連結するものである。

【００１７】本ステー１７は、金属やプラスチック等剛
性を有する材質からなり、断面形状としては円形、パイ
プ状等特に限定されない。本ステー１７で当該接着部同
士を連結することにより、濾過圧に対するケース１６の
圧縮強度不足を補強して座屈を防止する作用がある。

【００１８】上記端部３ｅ' に近い側のケース１６壁面
には原水供給口５を設け、また端部３ｅに近い側のモジ
ュール容器１壁面に透過水出口８を設けている。また、
ケース１６の濾過域４内上端側端部近傍には、エア排出
口６を設けている。このエア排口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ためのもので
あるとともに、濃縮水排出口を兼ねるようになっていて
も差し支えない。エア排出口６の位置に該当するケース
１６側面には、全周に渡って形成された多数の貫通孔１
５と、その外周とモジュール容器１内壁との間に設けら
れた２ｍｍ以上、より好ましくは５ｍｍ以上の空隙１８
とからなる整流部を設け、濾過処理後に懸濁物質で濃縮
された濃縮水またはスクラビング後のエアが、その整流
部１５から空隙部１８を介して、エア排出口６へ排出さ
れるようになっている。

【００１９】端部３ｅの濾過水取出側（上方側）には、
モジュール容器１と端板３４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３ｅ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内に流入するようになっている。また、モジュール容
器１の側面に濾過水出口８が設けられ、濾過水取出室７
内の濾過水（精製水）を中空糸膜モジュール５０の系外
へ送り出すようにしている。

【００２０】端板３４は、割リング３８によりモジュー
ル容器１にセットされ、該端板３４の弾性シール材であ
るＯリング３５およびケース１６の弾性シール材である
Ｏリング１９により濾過取出室７を液密シールしてい
る。また、抑えリング２５を介して膜エレメント２１が
濾過圧により上部へ押し上げられるのを防止する役目も
有している。前記弾性シール材は、Ｏリングやゴムパッ
キンで対応可能である。

【００２１】他方、端部３ｅ' 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がモジュール容器１と端板３４'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は濾過
域４への原水通過孔、エア分散孔兼排水孔として設けら
れたもので、原水供給口５から供給された原水は、この
貫通孔１１を介して濾過域４へ供給されるとともに、エ
アスクラビングの際には、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。

【００２２】空室９には、モジュール容器１の側壁に原
水供給口５が設けられ、また下端の隔板に排水口兼エア
供給口１０が設けられている。排水口兼エア供給口１０
は、逆洗操作する時、空室９に流出したドレンを排水す
るための排水口であり、また、エアスクラビングの際に
圧縮エアを吹き込むための吹込口でもある。

【００２３】上記中空糸膜モジュール５０により原水の
濾過処理を行うときは、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
３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。

【００２４】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が蓄積することにより濾過
機能が低下していく。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スクラビングを行
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、濾過性を回復させることができる。

【００２５】逆洗は、原水供給口５およびエア排出口６
を閉鎖して、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から排出するように
する操作である。

【００２６】また、エアスクラビングは、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
状態にして、下部の排水口兼エア供給口１０から圧縮エ
アを供給し、複数の貫通孔１１を介して濾過域４に吹き
込みエア排出口６から排出させるようにして中空糸膜束
３の各中空糸膜２を揺り動かし、その表面の懸濁物質ｍ
を剥離させたのち、逆洗水と共に排水口兼エア供給口１
０から排出するようにする操作である。

【００２７】図２は、ケース内に挿入された中空糸膜束
をＵ字状に折り返し、片端（上端）が開孔された接着固
定端からなる本発明の他の実施態様の中空糸膜モジュー
ルを例示したものである。

【００２８】中空糸膜束３は数百〜数万本の中空糸膜２
が集束され、ステー１７を介してＵ字状に折り返したも
ので、その束ねられた状態でケース１６に収納され、そ
の片端部３ｅが樹脂２０によって相互に接着固定され、
かつケース１６の内壁に液密に接着されて膜エレメント
２１を構成している。さらに、この膜エレメント２１を
耐圧性を有するモジュール容器１に収納し、Ｏリング１
９で液密にシールして中空糸膜モジュール５０を構成し
ている。

【００２９】樹脂２０により液密に接着固定された中空
糸膜束３の上方側の端部３ｅは、各中空糸膜２の端部が
端部３ｅの外端面に開口しているが、下方側の端部は図
１の態様とは異なり、Ｕ字状に折り返しているため各中
空糸膜２の下端は閉塞されている。このため、中空糸膜
下端部の接着固定による封止の必要がない。この態様の
場合は、上端部３ｅとＵ字状折り返し下端の間に挟まれ
たケース１６内領域が、本件中空糸膜モジュール５０の
濾過域４に該当する。

【００３０】その他の構成については、図１を用いて前
述した実施態様と同一である。また、その作用について
も図３を用いて説明した通りである。

【００３１】上述したように、本発明によれば、割リン
グ３８を除去し、端板３４、抑えリング２５を取り外せ
ば、膜エレメント２１をモジュール容器１と分離脱着す
ることが可能となる。すなわち、中空糸膜２が目詰まり
し薬液洗浄によっても濾過機能が回復しない場合は、膜
モジュールの寿命と見なし取り替える必要があるが、本
発明の膜モジュールは、膜エレメント２１をモジュール
容器１と分離することが可能であるため、膜エレメント
２１のみ取り外して交換すればよいので廃棄物量を削減
できる。また、膜エレメント２１の交換に際しても、中
空糸膜モジュール５０と給排水配管、エア配管等への接
続配管を脱着することなく容易に交換できる利点があ
る。

【００３２】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０．００
５〜０．５μｍ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ので好ましい。

【００３３】中空糸膜束の端部を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１００〜５，０
００ｍＰａ・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。

【００３４】本発明において、中空糸膜の充填率、すな
わち中空糸膜横断面の外輪郭面積の合計が、ケース内壁
の横断面積に占める割合として定義される中空糸膜の充
填率は、特に限定されないが、４０〜７０％の範囲にす
るのが好ましい。充填率が４０％よりも低いと、濾過処
理能率が十分に得られず、また７０％よりも高いと、中
空糸膜が密になりすぎて懸濁物質が中空糸膜相互相に溜
まりやすくなり、濾過性が低下するようになる。

【００３５】また、本発明において、中空糸膜束３の端
部３ｅの濾過水取出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。

【００３６】図１の実施形態では、濾過水取出室７の端
板３４を、モジュール容器１とは別体になるようにＯリ
ング３５で液密シールされた構造とし、端板３４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、端板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。

【００３７】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、中空糸膜モジュール５
０への原水供給を停止して端板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。

【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の端板３４' にも設けることができる。端板３４'
は、Ｏリング３５' でシールされ、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】なお、本発明においては、前記ケースの内
部最小横断面積が１５０ｃｍ²以上であることが好まし
い。

【００４０】

【発明の効果】上述したように本発明によれば、ケース
内に挿入された中空糸膜束の片端が開孔された接着固定
端であり、当該中空糸膜他端が閉塞された固定端もしく
はＵ字端である構造を有する１本の中空糸膜エレメント
と、当該膜エレメントを収納するモジュール容器と、前
記膜エレメントとモジュール容器とを液密にシールする
弾性シール材とで構成され、前記膜エレメントがモジュ
ール容器から着脱可能な構造を有する中空糸膜モジュー
ルとしたことにより、中空糸膜が目詰まりし膜モジュー
ルの寿命と見なし取り替える必要がある場合、本発明の
中空糸膜モジュールは、膜エレメントのみ取り外して交
換すればよいので廃棄物量を削減できる。

【００４１】また、前記接着部同士をステーで連結する
ことにより、濾過圧に対するケースの圧縮強度不足を補
強して座屈を防止する作用がある。

【００４２】さらにまた、膜モジュールのデッドスペー
スが小さいので、透過水回収率が高い。さらにまた、膜
エレメントの交換に際しても、中空糸膜モジュールと給
排水配管、エア配管等への接続配管を脱着することなく
容易に交換できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の中空糸膜モジュールの一実施態様例を
示す縦断面図である。

【図２】本発明の中空糸膜モジュールの他の実施態様例
を示す縦断面図である。

【図３】中空糸膜による濾過作用を示す説明図である。

【符号の説明】

１：モジュール容器２：中空糸膜３：中空糸膜束３ｅ，３ｅ'：（中空糸膜束の）端部４：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１６：ケース１７：ステー１９、３５、３５' ：Ｏリング２０：樹脂２１：中空糸膜エレメント３４、３４'：端板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ケース内に挿入された中空糸膜束の片端が
開孔された接着固定端であり、当該中空糸膜他端が閉塞
された固定端もしくはＵ字端である構造を有する中空糸
膜エレメントと、当該膜エレメントを収納するモジュー
ル容器と、前記中空糸膜エレメントとモジュール容器と
を液密にシールする弾性シール材とを有し、前記中空糸
膜エレメントがモジュール容器から着脱可能な構造にさ
れているとともに、前記中空糸膜エレメントの開孔固定
端と閉塞固定端もしくはＵ字端とがステーで連結された
構造を有することを特徴とする中空糸膜モジュール。
【請求項２】前記中空糸膜エレメントのケース内濾過域
におけるケース側面の一部に、全周に渡って形成された
複数個の貫通孔と、モジュール容器内壁との間に設けら
れた２ｍｍ以上の空隙とで構成された整流部を有する構
造であることを特徴とする請求項１に記載の中空糸膜モ
ジュール。
【請求項３】前記開孔固定端の濾過水取出側のモジュー
ル容器に設けた濾過水取出室を開閉可能な構造にしたこ
とを特徴とする請求項１または２に記載の中空糸膜モジ
ュール。
【請求項４】前記ケースの内部最小横断面積が１５０ｃ
ｍ²以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれ
かに記載の中空糸膜モジュール。