JP2008100137A - 浸漬濾過方式の中空糸膜モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 中空糸膜束の交換作業が容易な浸漬濾過方式の中空糸膜モジュールの提供。
【解決手段】 中空糸膜束30の両端は上部集水キャップ31と下部集水キャップ35に固定され、上部集水キャップ31のみが、接続部材40を介して第１枝管21、第２枝管に着脱自在に接続されている。接続部材40と共に上部集水キャップ31のみを外すことで、中空糸膜束30を外すことができるので、交換作業が容易である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、処理対象となる原水が入った水槽等に浸漬して使用する浸漬濾過方式の中空糸膜モジュールに関する。

中空糸膜は、一般に紡糸原液（製膜溶液）となるポリマー溶液を二重紡糸口金から押し出した後、凝固・乾燥させることにより製造されるもので、食品分野、医薬品分野、電子工業分野、水処理分野等の各種分野において汎用されている。

中空糸膜を比較的濁度の低い水処理分野に適用する場合は、例えば、所要数を束ねた中空糸多孔質膜をケースハウジング内に収容し、膜モジュールとして利用されている。しかしながら、比較的濁度の高い水処理分野に適用する場合は、浸漬濾過方式として適用するケーシングフリーの膜モジュール（ケーシングを使用せず、中空糸膜が露出した状態の膜モジュール）として利用されている。
特開平１−３０７４０８号公報 特開平１０−１９２６６１号公報

ケーシングフリーの膜モジュールの場合、中空糸膜束を保持する支持体が必要であり、中空糸膜から集水するための集水管や中空糸膜を洗浄するための散気管も必要となることから、膜モジュール全体が重くなるという課題がある。その他、中空糸膜束の交換を容易にすること、集水時における圧力損失の低減等も重要な課題となる。

本発明は、構造を簡略化することで全体を軽量化することができると共に、中空糸膜束の交換も容易であり、安定した濾過運転ができる、浸漬濾過方式の中空糸膜モジュールを提供することを課題とする。

本発明は、課題の解決手段として、
支持体と、前記支持体で支持されている１又は２以上の中空糸膜束、外部集水管及び散気管を有する浸漬濾過方式の中空糸膜モジュールであって、
前記中空糸膜束が、上部集水キャップと下部集水キャップの間に内部集水管が架け渡され、所望本数の中空糸膜が、前記上部集水キャップと下部集水キャップにより両端が固定され、かつ前記内部集水管の周囲に配置されたものであり、
前記上部集水キャップのみが、支持体で支持された外部集水管に対して着脱自在に接続されており、前記上部集水キャップ側と前記下部集水キャップ側の両方から集水するものであり、
前記散気管が、前記下部集水キャップ側に配置されているものである、浸漬濾過方式の中空糸膜モジュールを提供する。

本発明で用いる支持体は、１又は２以上の中空糸膜束、外部集水管及び散気管を支持できるものであれば、どのような形状及び構造のものでもよい。支持体への外部集水管及び散気管の取付方法は特に制限されるものではなく、例えば、Ｕ字状乃至Ｖ字状の固定具を用いて固定する方法、針金を用いて固定する方法を適用することができる。

本発明で用いる中空糸膜は、公知のものであり、親水性のものでもよいし、疎水性のものでもよい。中空糸膜束は、両端側が上部集水キャップと下部集水キャップに差し込まれた状態で、開口端面から一定部分が接着剤（例えば、公知のウレタン系接着剤やエポキシ系接着剤）により、上部集水キャップの内壁面と下部集水キャップの内壁面に固定されている。中空糸膜束は、必要に応じてネットで包み込んだり、伸縮性の帯状部材、環状部材等で所望位置を結束したりしてもよい。中空糸膜束の数や配列状態は、中空糸膜モジュールを設置する原水槽の容量及び形状等に応じて決定される。

外部集水管は外から見える状態で配置されている管であり、内部集水管は外から見えない状態で配置されている管である。

上部集水キャップと下部集水キャップは、中空糸膜束の両端を固定すると共に、それぞれの内部空間が、中空糸膜より濾過された透過液の上部集水室及び下部集水室として機能するものである。内部集水管は、両端の開口部が前記した上部集水室と下部集水室の両方に接続されている。

上部集水キャップを外部集水管に着脱自在に固定する方法は特に制限されるものではなく、差し込み方式やねじ込み方式等を適用できる。

本発明では、上部集水キャップのみで中空糸膜束が固定されているため、浸漬された中空糸膜モジュールを引き上げることなく、或いは上部集水キャップが水面近く乃至は水面上に出る程度まで引き上げることにより、容易に中空糸膜束を交換することができる。このため、従来のように、中空糸膜束を交換する際、中空糸膜モジュール全体を水から完全に引き上げ、床面上に移動させる必要がなくなるため、作業負担が大きく軽減される。

本発明では、中空糸膜束の両端側が上部集水キャップと下部集水キャップで固定されると共に、中空糸膜束の内側に内部集水管が配置されていることから、内部集水管自体が中空糸膜束を支持するように作用するため、中空糸膜束の支持強度が高められている。このため、濾過運転中における中空糸膜の損傷が防止され、安定した濾過運転ができる。

本発明では、中空糸膜束の外径が、少なくとも下部集水キャップの外径よりも小さくなるように設定することにより、濾過運転時に中空糸膜束が揺れた場合でも、下部集水キャップ同士が衝突することで、隣接する中空糸膜束同士の接触が防止されるので好ましい。このため、濾過運転中における中空糸膜の損傷が防止され、安定した濾過運転ができる。

本発明では、中空糸膜束は、隣接する下部集水キャップ同士が接触した状態であるか、近接した状態になるように配置されていることが望ましい。このような状態で配置されていると、濾過運転時に原水槽内の液流を受けても、中空糸膜束同士が激しくぶつかることが防止される。このため、濾過運転中における中空糸膜の損傷が防止され、安定した濾過運転ができる。

本発明では、中空糸膜により濾過された透過液は、上部集水キャップに入った後に外部集水管内に流入して集められると共に、下部集水キャップに入った後に中空糸膜束内の内部集水管を通り、上部集水キャップを経て外部集水管内に流入して集められる。

本発明は、課題の他の解決手段として、前記外部集水管が、一端部側において２以上の枝管を有するものであり、前記上部集水キャップが接続部材を介して前記枝管に着脱自在に接続されている、請求項１記載の浸漬濾過方式の中空糸膜モジュールを提供する。

外部集水管が枝管を有する構造にすることにより、中空糸膜束の配置密度を高めることができる。

本発明は、課題の他の解決手段として、前記外部集水管が、一端部側において２以上の枝管を有するものであり、前記上部集水キャップが接続部材を介して前記枝管に着脱自在に接続されており、
前記接続部材が、ソケット部とスタッド部からなる嵌め込み方式のもので、前記ソケット部と前記スタッド部が着脱自在のものである、請求項１又は２記載の浸漬濾過方式の中空糸膜モジュールを提供する。

このようにソケット部（受け部）とスタッド部（差し込み部）からなる嵌め込み方式の接続部材を用いると、ソケット部からスタッド部を外したり、ソケット部にスタッド部を嵌め込んだりすることで、容易に中空糸膜束を交換することができる。

本発明は、課題の他の解決手段として、前記支持体が、複数本の棒部材又は管部材を組み合わせることにより、全体として直方体形状が形成されたものであり、１又は２以上の中空糸膜束、外部集水管及び散気管が前記直方体形状内に収容されている、請求項１〜３のいずれかに記載された浸漬濾過方式の中空糸膜モジュールを提供する。

このような形状にすることにより、支持体自体の強度を高めることができるので、外部集水管及び散気管の固定強度も高めることができるほか、設置時における中空糸膜モジュールの設置作業も容易になる。

本発明の中空糸膜モジュールは、中空糸膜束の交換作業が容易であり、従来の膜モジュールと比べると、交換作業の負担が大きく軽減される。

図１〜図４により、本発明を説明する。図１は、本発明の浸漬濾過方式の中空糸膜モジュール１０の正面図、図２は図１の平面図（但し、図１とは中空糸膜束の配置状態を変えている）、図３は図１の底面図（但し、図１とは中空糸膜束の配置状態を変えている）、図４は図１で用いた接続部材の使用方法の説明図である。なお、中空糸膜束の表示は一部を省略している。

支持体１１は、全体として直方体状のものであり、複数本の金属製の棒部材又は管部材が直方体の各辺を形成するように組み合わされてなるものである。

外部集水管２０は、一端側が透過液ラインに接続されているものであり、図示している他端側は、第１枝管２１と第２枝管２２の２つに分かれている。図示する二股の第１枝管２１と第２枝管２２に代えて、三ツ股又は四つ股以上の枝管を有するようにしてもよい。

中空糸膜束３０は、数百乃至数千本の中空糸膜の集合体であり、一端側が上部集水キャップ３１に固定され、他端側が下部集水キャップ３５に固定されている。

中空糸膜束３０の一端側は、上部集水キャップ３１の上部取付室３２に差し込まれた状態にて、上部取付室３２の内壁面に接着剤で固定されている。上部取付室３２と一体になった空間が上部集水室３３であり、上部取付室３２内に位置する中空糸膜束３０の端部は開口しており、開口端部は上部集水室３３内に面している。

中空糸膜束３０の他端側は、下部集水キャップ３５の下部取付室３６に差し込まれた状態にて、下部取付室３６の内壁面に接着剤で固定されている。下部取付室３６と一体になった空間が下部集水室３７であり、下部取付室３６内に位置する中空糸膜束３０の端部は開口しており、開口端部は下部集水室３７内に面している。

図１に示すように、隣接する上部集水キャップ３１同士が接触した状態になるように配置され、同様に隣接する下部集水キャップ３５同士が接触した状態になるように配置されている。なお、図２、図３に示すように、隣接する上部集水キャップ３１同士と隣接する下部集水キャップ３５同士は、接触せずに近接した状態になるように配置されていてもよい。

上部集水キャップ３１と下部集水キャップ３５には、内部集水管３８が架け渡されている。内部集水管３８は、周囲が中空糸膜束３０で包囲された状態で、一端側が中空糸膜束３０の端部と共に上部取付室３２内において固定されており、他端側が中空糸膜束３０の端部と共に下部取付室３６内において固定されている。内部集水管３８の両端開口部は、それぞれ上部集水室３３と下部集水室３７に面している。

中空糸膜束３０と内部集水管３８は、内部集水管３８を芯として、その周囲が中空糸膜束３０からなる鞘で覆われたような構造となっている。

図１に示すとおり、上部集水キャップ３１と下部集水キャップ３５の外径は同じであり、それらの外径は、中空糸膜束３０の外径よりも大きくなるように設定されている。なお、中空糸膜束３０の長さ方向の中央部付近は、外側に膨らむことを防止するため、伸縮性かつ透水性の部材で結束されていてもよいし、中空糸膜束３０の全体又は部分がネットで被覆されていてもよい。

上部集水キャップ３１は、接続部材４０を介して、第１枝管２１と第２枝管２２に着脱自在に接続されている。中空糸膜束３０は、上部集水キャップ３１のみを介して、第１枝管２１と第２枝管２２に取り付けられており、下部集水キャップ３５は固定されていない。

接続部材４０は、図４に示すようなソケット部４１とスタッド部４２からなるもので、ソケット部４１とスタッド部４２は着脱自在のものである、例えば、商品名ワンタッチソケット（ワモト（株）製）等を用いることができる。ソケット部４１とスタッド部４２の内部には貫通孔が形成されており、ソケット部４１をスタッド部４２に差し込んだとき、通液可能な貫通孔が存在している。

ソケット部（受け部）４１は、螺子穴部４１ａを有しており、螺子穴部４１ａが上部集水キャップ３１の螺子穴に螺子合わされることで接続されている。

スタッド部（差し込み部）４２は、螺子穴部４２ａを有しており、螺子穴部４２ａが第１枝管２１及び第２枝管２２がそれぞれ有する螺子穴に螺子合わされることで接続されている。

接続部材４０は、ソケット部４１にスタッド部４２を嵌め込んで一体にするもので、一体になったソケット部４１とスタッド部４２は回転自在であり、ソケット部４１からスタット部４２を容易に取り外すことができる。

通気管２５は、一端部側が大気中に開放されているか又は空気供給源に接続されているものであり、他端側は散気管２６に接続されている。散気管２６は、下部集水キャップ３５の下に位置するもので、下部集水キャップ３５側の面に複数の散気穴２７（図２では一部のみを表示している）を有するものである。

次に、中空糸膜モジュール１０の濾過運転時の動作について説明する。中空糸膜モジュール１０は、浸漬濾過方式のものであるから、原水槽内に浸漬して使用する。このとき、外部集水管２０の一端側は図示していない透過液ラインとなる管に接続されており、通気管２５の一端側は大気中に開放されているか、空気供給源に接続されている。

透過液ラインに接続されたポンプを作動させ、第１枝管２１と第２枝管２２を経て、上部集水キャップ３１側から吸引しながら濾過運転する。

上部集水キャップ３１側からの吸引により、中空糸膜束３０により濾過された透過液は、中空糸膜の端部開口が面した上部集水室３３内及び下部集水室３７内に流入する。

上部集水室３３内に流入した透過液は、接続部材４０内の貫通孔を通って第１枝管２１と第２枝管２２に入り、外部集水管２０を経て透過液ラインに至る。

一方、下部集水室３７内に流入した透過液は、内部集水管３８を通って上部集水室３３内に流入し、接続部材４０内の貫通孔を通って第１枝管２１と第２枝管２２に入り、外部集水管２０を経て透過液ラインに至る。

このように中空糸膜モジュール１０では、中空糸膜束３０の両端側から吸引しながら濾過運転するため、一方向のみから吸引濾過した場合と比べると、中空糸膜の長さ方向における圧力損失が小さい。

濾過運転を継続した場合、膜面の汚れにより濾過性能が低下するため、定期的に中空糸膜モジュールの透過側から洗浄水を用いて逆圧洗浄する。

更に、濾過運転中、逆圧洗浄中又はその両方において、散気により、中空糸膜束２０の膜面を洗浄する。この散気による洗浄は、次の手順で行う。通気管２５に接続されたポンプを作動させることで空気を送り、散気管２６の散気穴２７から空気を放出させると、放出された空気（泡）は、中空糸膜束３０の表面に接触する。この中空糸膜束３０の表面と泡の接触により、膜面の汚れが除去される。

このような濾過運転及び散気において、原水槽内の原水が揺動するため、これを受けて中空糸膜束３０も揺動するが、上部集水キャップ３１は、第１枝管２１と第２枝管２２に固定されており、かつ隣接する上部集水キャップ３１同士と隣接する下部集水キャップ３５同士は接触している（図１）か、或いは近接している（図２、図３）ため、中空糸膜束３０同士が衝突を繰り返して損傷することが防止される。

長期間の運転継続後、中空糸膜束３０を交換するときは、そのままの状態にて又は中空糸膜モジュール１０を少しだけ引き上げた状態にて、作業員が接続部材４０のスタッド部４２からソケット部４１を取り外すことで、ソケット部４１、上部集水キャップ３１、下部集水キャップ３５と共に中空糸膜束３０を容易に取り外すことができる。新しい中空糸膜束は、逆の手順で取り付けることができる。

中空糸膜モジュールの正面図。 図１の平面図。 図１の底面図。 図１で用いた接続部材の嵌め込み説明図。

符号の説明

１０ 中空糸膜モジュール
１１ 支持体
２０ 外部集水管
２１ 第１枝管
２２ 第２枝管
２５ 通気管
２６ 散気管
３０ 中空糸膜束
３１ 上部集水キャップ
３５ 下部集水キャップ
４０ 接続部材

Claims (4)

1. 支持体と、前記支持体で支持されている１又は２以上の中空糸膜束、外部集水管及び散気管を有する浸漬濾過方式の中空糸膜モジュールであって、
   前記中空糸膜束が、上部集水キャップと下部集水キャップの間に内部集水管が架け渡され、所望本数の中空糸膜が、前記上部集水キャップと下部集水キャップにより両端が固定され、かつ前記内部集水管の周囲に配置されたものであり、
   前記上部集水キャップのみが、支持体で支持された外部集水管に対して着脱自在に接続されており、前記上部集水キャップ側と前記下部集水キャップ側の両方から集水するものであり、
   前記散気管が、前記下部集水キャップ側に配置されているものである、浸漬濾過方式の中空糸膜モジュール。
2. 前記外部集水管が、一端部側において２以上の枝管を有するものであり、前記上部集水キャップが接続部材を介して前記枝管に着脱自在に接続されている、請求項１記載の浸漬濾過方式の中空糸膜モジュール。
3. 前記外部集水管が、一端部側において２以上の枝管を有するものであり、前記上部集水キャップが接続部材を介して前記枝管に着脱自在に接続されており、
   前記接続部材が、ソケット部とスタッド部からなる嵌め込み方式のもので、前記ソケット部と前記スタッド部が着脱自在のものである、請求項１又は２記載の浸漬濾過方式の中空糸膜モジュール。
4. 前記支持体が、複数本の棒部材又は管部材を組み合わせることにより、全体として直方体形状が形成されたものであり、１又は２以上の中空糸膜束、外部集水管及び散気管が前記直方体形状内に収容されている、請求項１〜３のいずれかに記載された浸漬濾過方式の中空糸膜モジュール。
   
   

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