JP2006198495A - Hollow fiber membrane module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種分野において水処理用として用いられる中空糸膜モジュールに関する。 The present invention relates to a hollow fiber membrane module used for water treatment in various fields.
中空糸膜モジュールには様々なタイプのものが知られており、例えば、ハウジング(又はケース若しくはケースハウジング)内に、数百本程度の中空糸膜の集合体である中空糸膜束が複数束装入されたものが用いられている。 Various types of hollow fiber membrane modules are known. For example, a plurality of hollow fiber membrane bundles, which are aggregates of several hundred hollow fiber membranes, are contained in a housing (or case or case housing). The charged one is used.
複数の中空糸膜束間が密着していると、液の流れが悪くなり、中空糸膜の濾過性能を十分に発揮できなくなる場合がある。特許文献1では、中空糸膜束をネット製の保護筒内に装入することで、前記問題を解決している。
本発明は、簡単な構造により、濾過性能を高めることができる中空糸膜モジュールを提供することを課題とする。 This invention makes it a subject to provide the hollow fiber membrane module which can improve filtration performance with simple structure.
本発明は、課題の解決手段として、筒状ハウジング内に複数の中空糸膜束を装入してなる中空糸膜モジュールであり、複数の中空糸膜束の少なくとも一端側において、膜束同士及び膜束とハウジングが接着層により一体化され、かつ、中空糸膜束間にスペーサーが介在されており、スペーサーの径方向の長さがハウジング直径の半分以下である、中空糸膜モジュールを提供する。 The present invention is a hollow fiber membrane module in which a plurality of hollow fiber membrane bundles are inserted into a cylindrical housing as means for solving the problem, and at least one end side of the plurality of hollow fiber membrane bundles, Provided is a hollow fiber membrane module in which a membrane bundle and a housing are integrated by an adhesive layer, and a spacer is interposed between the hollow fiber membrane bundles, and the radial length of the spacer is not more than half of the housing diameter. .
本発明は、課題の他の解決手段として、膜束間に介在するスペーサーが、ハウジングの径方向に複数配置され、その径方向の長さの合計がハウジング直径の半分以下のものである、請求項1記載の中空糸膜モジュールを提供する。 In another aspect of the present invention, a plurality of spacers interposed between the membrane bundles are arranged in the radial direction of the housing, and the total length in the radial direction is less than half of the housing diameter. A hollow fiber membrane module according to Item 1, is provided.
中空糸膜束間にスペーサーを介在させることにより、中空糸膜束間に間隙を確保することができるため、液の移動が円滑になされ、濾過性能が高められる。更に、スペーサーの占める体積が少ない分、接着剤量を増やすことができ、接着強度を高めることができる。 By interposing a spacer between the hollow fiber membrane bundles, a gap can be secured between the hollow fiber membrane bundles, so that the liquid can move smoothly and the filtration performance can be improved. Furthermore, since the volume occupied by the spacer is small, the amount of adhesive can be increased, and the adhesive strength can be increased.
本発明は、課題の他の解決手段として、中空糸膜束が透水性の保護筒内に装入されており、保護筒間にスペーサーが配置されている、請求項1又は2記載の中空糸膜モジュールを提供する。 The hollow fiber according to claim 1 or 2, wherein the hollow fiber membrane bundle is inserted in a water-permeable protective cylinder and a spacer is disposed between the protective cylinders. A membrane module is provided.
本発明は、課題の他の解決手段として、平面形状が扇形である4束の中空糸膜束が装入されており、4束の中空糸膜束間において、一方向に2つずつ、計4つのスペーサーが配置されている、請求項1〜3のいずれかに記載の中空糸膜モジュールを提供する。 As another means for solving the problems, the present invention includes four bundles of hollow fiber membranes having a fan-shaped planar shape, and each of the two bundles of hollow fiber membranes is measured in two in one direction. The hollow fiber membrane module according to any one of claims 1 to 3, wherein four spacers are arranged.
このようにして4つのスペーサーを用いることにより、例えば、4束の中空糸膜束間(平面視で十字状の隙間ができる)に十字状のスペーサーを用いた場合に比べて、全体の質量増加を抑制できる。 By using four spacers in this way, for example, the total mass is increased compared to the case where cross spacers are used between four bundles of hollow fiber membranes (a cross-like gap is formed in plan view). Can be suppressed.
本発明の中空糸膜モジュールは、複数の中空糸膜束間に複数のスペーサーが介在されているため、中空糸膜束間に十字状の間隙を確保することができる。このため、液の流れが良くなるので濾過性能が向上され、かつ、接着剤量を増加できるので、スペーサーと膜束の接着強度を高めることができる。 In the hollow fiber membrane module of the present invention, since a plurality of spacers are interposed between a plurality of hollow fiber membrane bundles, a cross-shaped gap can be secured between the hollow fiber membrane bundles. For this reason, since the flow of the liquid is improved, the filtration performance is improved and the amount of the adhesive can be increased, so that the adhesive strength between the spacer and the film bundle can be increased.
以下、図面により説明する。図1は、中空糸膜モジュールの斜視図、図2は、図1で用いたスペーサーの斜視図、図3は、図1で用いた保護筒の斜視図、図4は、図1の中空糸膜モジュールの組立工程を説明するための図である。 Hereinafter, it demonstrates with drawing. 1 is a perspective view of a hollow fiber membrane module, FIG. 2 is a perspective view of a spacer used in FIG. 1, FIG. 3 is a perspective view of a protective cylinder used in FIG. 1, and FIG. 4 is a hollow fiber of FIG. It is a figure for demonstrating the assembly process of a membrane module.
図1に示すとおり、中空糸膜モジュール10は、筒状ハウジング11内に、平面形状(幅方向の断面形状)が扇形である4束の中空糸膜束15が装入されている。
As shown in FIG. 1, the hollow
4束の中空糸膜束15は、それぞれ4つの保護筒21a、21b、21c、21d内に装入され、4つの保護筒21a等が筒状ハウジング11内に装入されているが、保護筒21a等はなくてもよい。その場合には、各中空糸膜束15をバンド等で結束して束ねたものを筒状ハウジング11に装入してもよい。
The four hollow
4束の中空糸膜束15間には、一端側から他端側まで平面形状が十字状の間隙35が生じており、その十字状の間隙35にスペーサー30が配置されている。スペーサー30は、図2に示すとおり、板状のもので、厚さ方向に2つの貫通孔33を有している。スペーサー30は、十字状間隙35の一方向に2つずつ、計4つ配置されており、十字状の間隙35には、スペーサー30がない部分がある。更に十字状の間隙35に接着剤を充填することで接着剤量を増加できるので、スペーサーと保護筒(膜束)の接着強度を高めることができる。
Between the four bundles of
スペーサー30は、短辺が10〜30mm、長辺が20〜50mm、厚さが5〜15mmであり、厚さ方向に均等間隔で2つの貫通孔(直径5〜15mm)を有しているものを用いることができる。
The
スペーサー30の長辺の長さ(L1)が径方向(ハウジング径方向)となり(以下の他の図面で示すものにおいても同じである)、この長さL1は、ハウジングの直径(D)の半分以下の長さ(1/2D≧L1)である。このようにしてL1とDの長さを調整することにより、間隙35の大きさを所望範囲に調整することができ、スペーサーと保護筒(膜束)の接着強度を高めることができる。
The length (L 1 ) of the long side of the
次に、中空糸膜モジュールの組立方法の一実施形態を工程ごとに説明する。 Next, an embodiment of a method for assembling the hollow fiber membrane module will be described step by step.
(第1工程)
第1工程で、筒状ハウジング11内に、液体透過性の4つの保護筒21aを組み合わせて装入する。
(First step)
In the first step, the four liquid-permeable
筒状ハウジング11は、一端側又は両端側が開口しており、側面に原水入口、透過液出口又は濃縮液出口となるポート12、13を備えている。筒状筒状ハウジング11の大きさ及び高さは、設置場所や濾過性能等を考慮して決定されるものである。
The
筒状ハウジング11の材質は特に制限はなく、供給原水等の処理対象液や設置環境等により適宜選択することができる。筒状ハウジング11の材質は、ポリスルホン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリメチルメタクリレート系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、AS樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素含有樹脂、鉄、ステンレススチール、セラミックス、ガラス等を挙げることができ、これらを組み合わせた多層構造であっても良い。
There is no restriction | limiting in particular in the material of the
保護筒21a等は図3に示すようなものであり、液体透過性のネット22から形成されている。図3の保護筒21a等の大きさ及び高さは、ハウジングの大きさ(内径の大きさ)及び高さと関連して設定する。
The
保護筒21a等は、原水又は透過水等の液体に対する透過性を有するものであり、その透過性は使用する中空糸膜の濾過性能を損なわない程度であることが好ましい。保護筒21a等が液体透過性を有することにより、原水又は透過水がハウジング内を自由に移動することができる。
The
保護筒21a等は、図示したネットのほか液体透過性を有するものであれば良く、表面に細孔を有する多孔体等からなるものでもよい。保護筒21a等の材質は、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリサルホン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリアミド系樹脂、フッ素含有樹脂、AS樹脂、ABS樹脂、ステンレス等の金属、セラミックス等を使用することができる。保護筒21は、ポリオレフォン系樹脂製のものが安価で加工性も良いため好ましく、厚さが0.5〜8mm程度のネット状のものが保護筒として適度な強度を有するので好ましい。
The
また、この工程においては、図4に示すとおり、保護筒21a等を装入する際、保護筒21a等の上端及び下端に、それぞれ4つのスペーサー30を配置した状態で筒状ハウジング11内に装入する。このように保護筒21a等間にスペーサー30を配置して、各保護筒の間に間隙を設けることで、原水又は透過水の移動をより円滑にすることができるので、濾過性能が向上する。
In this step, as shown in FIG. 4, when the
また、4つの保護筒21aとスペーサー30が一体になるように、着脱自在の結束手段(ゴムバンド、4つの保護筒全体を包むことができる大きさの他の保護筒等)で結束することもできる。
In addition, the four
スペーサー30の材質は特に制限されないが、接着強度を高める観点から、後工程で使用する熱硬化性接着剤と同じ樹脂を使用することが好ましい。
The material of the
(第2工程)
次の工程は、多数本の中空糸膜からなる中空糸膜束15を保護筒21a等内に装入する工程である。なお、この工程において、中空糸膜束15の装入後、中空糸膜束15(好ましくは、中空糸膜束の端部を切り揃える)及びスペーサー30の端部を熱硬化性接着剤で接着封止する仮止めをすることもできる。このとき、必要に応じて、筒状ハウジング11の内壁面にずれ防止治具を取り付けて、保護筒21a等がずれることを防止しても良い。ずれ防止治具は、筒状ハウジング11の内壁面と保護筒21a等の外周面との間に挿入でき、保護筒21a等を押圧固定できるようなものである。
(Second step)
The next step is a step of inserting the hollow
中空糸膜は、通常使用されているものでよく、材質にも特に制限はない。例えば、酢酸セルロース系樹脂、セルロース系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリアクリルニトリル系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリメチルメタクリレート系樹脂、フッ素系含有樹脂等を挙げることができる。 The hollow fiber membrane may be a commonly used one, and the material is not particularly limited. For example, cellulose acetate resin, cellulose resin, polyether sulfone resin, polysulfone resin, polyacrylonitrile resin, polyvinyl alcohol resin, polyolefin resin, polymethyl methacrylate resin, fluorine-containing resin, etc. Can do.
中空糸膜束15の大きさには特に制限はない。一般的には、各中空糸膜の外径にも依存するが、100〜100,000本程度の中空糸膜から構成されることが好ましい。また、中空糸膜束の長さは10〜200cmが好ましい。中空糸膜束15の太さは特に制限はなく、上記した中空糸膜の使用本数により決定されるが、膜断面積が3〜3000cm2であれば中空糸膜束の封止において操作性がよく、より好ましくは10〜1000cm2の範囲である。
There is no particular limitation on the size of the hollow
(第3工程)
第3工程は、両端側に熱硬化性接着剤を注入し、筒状ハウジング11の内周面、保護筒21a等、スペーサー30及び中空糸膜束15の端部を接着する工程である。なお、手順としては、まず一端側を接着剤で固定した後、他端側を接着剤で固定する。
(Third step)
The third step is a step of injecting a thermosetting adhesive into both ends, and bonding the inner peripheral surface of the
第3工程においては、熱硬化性接着剤を1段で注入してもよいし、又は2段以上に分割して注入してもよい。2段以上に分割注入するときの各段の接着剤の注入は、前段の接着剤注入後、接着剤の硬化反応時の発熱ピーク温度を経過した後、次段の接着剤を注入することで接着剤の硬化反応時における発熱ピーク温度を抑制する方法を適用することが好ましい。 In the third step, the thermosetting adhesive may be injected in one stage, or may be injected in two or more stages. The injection of the adhesive at each stage when dividing and injecting into two or more stages is performed by injecting the adhesive at the next stage after the exothermic peak temperature at the time of the curing reaction of the adhesive has elapsed after the injection of the adhesive at the previous stage. It is preferable to apply a method for suppressing the exothermic peak temperature during the curing reaction of the adhesive.
熱硬化性接着剤を2段又は3段に分割して注入する場合は、前段(1段又は2段)の接着剤注入後、接着剤の硬化反応時の発熱ピーク温度を経過した後に次段(2段又は3段)の接着剤の注入を行う。接着剤の注入量は、各段において均等量でも良いし、各段ごとに減少させたり、増加させたりすることもできる。4段以上の場合も同様である。 When the thermosetting adhesive is divided into two or three stages and injected, the next stage after the exothermic peak temperature during the adhesive curing reaction has elapsed after the injection of the previous stage (one or two stages) of adhesive. (2 steps or 3 steps) adhesive is injected. The injection amount of the adhesive may be equal in each step, or may be decreased or increased for each step. The same is true for four or more stages.
この工程の処理では、ハウジング11の内周面、保護筒21a等、スペーサー30(面31及び面31の裏面)及び中空糸膜束15のそれぞれ両端部が接着剤により封止固定される。
In the process of this process, both the inner peripheral surface of the
このように、熱硬化性接着剤(図1中の16は、硬化後の接着剤層を示す)を2段以上に分けて注入することにより、全量を一度に注入した場合に比べて、接着剤の硬化反応時における発熱ピーク温度を抑制することができるため、中空糸膜の濾過性能に悪影響を及ぼすことがなく、接着剤層16の熱による歪みを防ぐこともできる。
In this way, the thermosetting adhesive (16 in FIG. 1 indicates the cured adhesive layer) is injected in two or more stages, so that the entire amount is bonded compared to the case where the entire amount is injected at once. Since the exothermic peak temperature during the curing reaction of the agent can be suppressed, the filtration performance of the hollow fiber membrane is not adversely affected, and distortion of the
発熱温度の制御は、接着工程において接着剤硬化時の温度を測定しながら行うこともできる。また、予備実験により、各段で注入する接着剤量を予め決定しておくことで、発熱温度を制御することもできる。 The exothermic temperature can be controlled while measuring the temperature at which the adhesive is cured in the bonding step. In addition, the heat generation temperature can be controlled by preliminarily determining the amount of adhesive to be injected at each stage through preliminary experiments.
第3工程においては、中空糸膜の分離性能に悪影響を及ぼさない観点から、発熱ピーク温度を110℃以下に維持することが望ましい。 In the third step, it is desirable to maintain the exothermic peak temperature at 110 ° C. or lower from the viewpoint of not adversely affecting the separation performance of the hollow fiber membrane.
また、図2に示すとおり、スペーサー30は貫通孔33を有しているため、注入した接着剤は、貫通孔33を通って隣接する保護筒21a等及び中空糸膜束15に移動するので、作業効率が向上する。
Further, as shown in FIG. 2, since the
熱硬化性接着剤(常温硬化型又は加熱硬化型を含む)としては、尿素樹脂接着剤、メラミン樹脂接着剤、フェノール樹脂接着剤、レソルシノール樹脂接着剤、エポキシ樹脂接着剤、ポリウレタン接着剤、ビニルウレタン接着剤を挙げることができ、これらの中でもポリウレタン接着剤が好ましい。 As thermosetting adhesives (including room temperature curing type or heat curing type), urea resin adhesive, melamine resin adhesive, phenol resin adhesive, resorcinol resin adhesive, epoxy resin adhesive, polyurethane adhesive, vinyl urethane An adhesive can be mentioned, and among these, a polyurethane adhesive is preferable.
第3工程においては、公知の遠心接着法(遠心成型法)(特開昭51−93788号公報、特開昭52−38797号公報、特開昭61−171503号公報、特開昭61−171504号公報等)を適用して接着することができる。 In the third step, a known centrifugal bonding method (centrifugal molding method) (Japanese Patent Laid-Open Nos. 51-93788, 52-38797, 61-171503, 61-171504). No. gazette etc.) can be applied and bonded.
第3工程の終了後、接着剤で封止された中空糸膜束15の端部を接着剤層16と共に切断して、開口させる。なお、開口のための切断方法は、スライサーのような刃物、エンドミルによる削り取り、回転盤による切断等を適用できる。スライサーは、削りかすが端面に残ることなく切断でき、エンドミルや回転盤では切断スピードが速いという利点があるため、これらを組み合わせて切断する方法が好ましい。
After completion of the third step, the end portion of the hollow
以上の方法により、図1で示す中空糸型膜モジュール10が得られる。なお、中空糸型膜モジュール10は、実用時においては、開放状態にある筒状ハウジング11の端部がキャップ等で閉塞される。
By the above method, the hollow
次に、図5、図6、図7により、他の実施形態について説明する。図5、図6、図7は、いずれも中空糸膜モジュールの平面図である。図面を見やすくする理由から、スペーサーには斜線を付している。なお、図1と同一番号の部分は同一のものであることを意味する。 Next, another embodiment will be described with reference to FIGS. 5, 6, and 7. 5, 6, and 7 are all plan views of the hollow fiber membrane module. The spacers are hatched to make the drawing easier to see. It should be noted that parts having the same numbers as those in FIG. 1 are the same.
図5の中空糸膜モジュール50では、4つの保護筒21a、21b、21c、21d間に十字状スペーサー55が配置され、2つの保護筒間には、それぞれ板状スペーサー56、57、58、59が配置されている。
In the hollow
十字状スペーサー55は、図2に示すような同じ長さの2つの板状スペーサーを十字状に組み合わせたものであり、厚さ方向に複数の貫通孔33を有している。
The
十字状スペーサー55の一方向の長さ(径方向の長さ)(L2)、スペーサー56の径方向の長さ(L3)及びスペーサー58の径方向の長さ(L4)の合計(L2+L3+L4)は、ハウジングの直径(D)の半分以下の長さ(1/2D≧L2+L3+L4)である。そして、十字状スペーサー55,板状スペーサー57、59とハウジングの直径も同様の関係を有している。
The sum of the length in one direction (the length in the radial direction) (L 2 ), the length in the radial direction of the spacer 56 (L 3 ), and the length in the radial direction of the spacer 58 (L 4 ) ( L 2 + L 3 + L 4 ) is a length less than half of the diameter (D) of the housing (1 / 2D ≧ L 2 + L 3 + L 4 ). The
このようにしてL2+L3+L4とDの長さを調整することにより、間隙35の大きさを所望範囲に調整することができ、スペーサーと保護筒(膜束)の接着強度を高めることができる。
By adjusting the lengths of L 2 + L 3 + L 4 and D in this way, the size of the
中空糸膜モジュール50では、中央部に配置された十字状スペーサー55を介して4つの保護筒21a〜21dが一体化されているため、固定強度が高められる。更に分離された4箇所の間隙35内に接着剤が充填できるため、接着剤量を増加でき、スペーサーと膜束の接着強度を高めることができる。
In the hollow
図6の中空糸膜モジュール60では、2つの保護筒21a、21b間には、間隙35が形成されるように板状スペーサー61、62が間隔をおいて配置され、2つの保護筒21b、21c間には、間隙35が形成されるように板状スペーサー63、64が間隔をおいて配置され、2つの保護筒21c、21d間には、間隙35が形成されるように板状スペーサー65、66が間隔をおいて配置され、2つの保護筒21d、21a間には、間隙35が形成されるように板状スペーサー67、68が間隔をおいて配置されている。中央部には、十字状の間隙35が形成されている。
In the hollow
板状スペーサー61、62、65、66の径方向の長さの合計は、ハウジングの直径の半分以下の長さであり、板状スペーサー63、64、67、68の径方向の長さの合計は、ハウジングの直径の半分以下の長さである。このようにして板状スペーサーの径方向の長さとハウジング直径を調整することにより、間隙35の大きさを所望範囲に調整することができ、スペーサーと保護筒(膜束)の接着強度を高めることができる。
The total radial length of the
中空糸膜モジュール60では、計5箇所の分離された間隙35内に接着剤が充填できるため、接着剤量を増加でき、スペーサーと膜束の接着強度を高めることができる。
In the hollow
図7の中空糸膜モジュール70では、4つの保護筒21a、21b、21c、21d間に十字状スペーサー75が配置されており、4つの間隙35が形成されている。
In the hollow
十字状スペーサー75は、図2に示すような同じ長さの板状スペーサーを十字状に組み合わせたものであり、厚さ方向に複数の貫通孔33を有している。
The
十字状スペーサー75の一方向の長さ(径方向の長さ)は、ハウジングの直径の半分以下の長さである。このようにして十字状スペーサーの径方向の長さとハウジング直径を調整することにより、間隙35の大きさを所望範囲に調整することができ、スペーサーと保護筒(膜束)の接着強度を高めることができる。
The length in one direction (the length in the radial direction) of the
中空糸膜モジュール70では、中央部に配置された十字状スペーサー75を介して4つの保護筒21a〜21dが一体化されているため、固定強度が高められる。更に分離した4箇所の間隙35内に接着剤が充填できるため、接着剤量を増加でき、スペーサーと膜束の接着強度を高めることができる。
In the hollow
図5、図6、図7に示す中空糸膜モジュールは、図1の中空糸膜モジュールと同様にして組み立てることができる。 The hollow fiber membrane module shown in FIGS. 5, 6, and 7 can be assembled in the same manner as the hollow fiber membrane module of FIG.
本発明の中空糸型膜モジュールは、河川水、湖水の濾過、原子力発電、火力発電用水の濾過、復水の濾過、水の除菌、廃液の濾過回収、食品製造過程における濾過、有機溶剤の濾過や分離、液体の脱ガス、液液抽出等の用途に利用できる。これらの中では、膜の洗浄や、殺菌を定期的に行う必要のある用途、例えば河川水や湖水の濾過、水の除菌等に特に適している。 The hollow fiber membrane module of the present invention includes river water, lake water filtration, nuclear power generation, thermal power generation water filtration, condensate filtration, water sterilization, waste liquid filtration and recovery, filtration in food production processes, organic solvent It can be used for applications such as filtration and separation, liquid degassing, and liquid-liquid extraction. Among these, it is particularly suitable for applications that require periodic membrane cleaning and sterilization, such as river water and lake water filtration, and water disinfection.
10 中空糸型膜モジュール
11 ハウジング
15 中空糸膜束
16 接着剤層
21a〜21d 保護筒
30 スペーサー
DESCRIPTION OF
Claims (4)
4 bundles of hollow fiber membranes having a fan-shaped planar shape are inserted, and a total of four spacers are arranged between the four bundles of hollow fiber membranes, two in one direction. The hollow fiber membrane module in any one of -3.
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