JP2008296136A - 中空糸膜モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】モジュールケース内に収容した中空糸膜束の下端を固定端とすると共に上端を自由端とする中空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜同士の絡み合いを抑制してモジュールケース内での目詰まりを防止する。
【解決手段】中空糸膜１２を二つ折りにして中空糸膜対１２Ａとし、該中空糸膜対１２Ａを同一向きで複数束ねて中空糸膜束１１とすると共に、前記中空糸膜対１２Ａにおける前記中空糸膜１２の末端側を前記固定端側、前記中空糸膜１２の折り返し側を前記自由端側とし、かつ前記中空糸膜束１１における前記自由端から所定長さの範囲をモジュールケース１３の外側に出した。
【選択図】図３

Description

この発明は、生活廃水や産業廃水等の下水処理を行う水処理装置に好適な中空糸膜モジュールに関する。

従来、上記下水等の汚濁性の高い被処理水を活性汚泥と共に水槽内に貯留すると共に、該被処理水内には中空糸膜モジュールを浸漬し、前記水槽内で曝気を行いながら前記被処理水を汚泥と処理水とに固液分離する膜分離活性汚泥法が知られている。
前記中空糸膜モジュールにおいては、複数の中空糸膜を束ねてなる中空糸膜束と、縦方向の両端を開口させるモジュールケースとを備え、前記中空糸膜束をその長手方向が前記縦方向に沿うように前記モジュールケース内に収容し、該中空糸膜束の下端を固定端とすると共に上端を自由端とすることで、中空糸膜に付着するし渣（廃水中の細かい繊維状屑）をその自由端側に除去し易くしたものがある（例えば、特許文献１，２参照。）。
特開平１１−１２８６９２号公報 特開平１１−３４２３２１号公報

ところで、上記中空糸膜モジュールにおいては、水処理装置の運転時に中空糸膜同士が絡み合い易いという問題がある。中空糸膜同士が絡み合うと、当該部位に被処理水中の前記し渣等が絡み付き易く、かつ該絡み付いたし渣等には別途水中の汚れや活性汚泥等が付着し堆積してしまうため、モジュールケース内での目詰まりを誘発し、被処理水の流れを阻害して水処理性能を低下させるという問題がある。
そこでこの発明は、モジュールケース内に収容した中空糸膜束の下端を固定端とすると共に上端を自由端とする中空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜同士の絡み合いを抑制してモジュールケース内での目詰まりを防止することを目的とする。

上記課題の解決手段として、請求項１に記載した発明は、複数の中空糸膜を束ねてなる中空糸膜束と、縦方向の両端を開口させるモジュールケースとを備え、前記中空糸膜束をその長手方向が前記縦方向に沿うように前記モジュールケース内に収容し、該中空糸膜束の下端を固定端とすると共に上端を自由端とする中空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜を二つ折りにして中空糸膜対とし、該中空糸膜対を同一向きで複数束ねて前記中空糸膜束とすると共に、前記中空糸膜対における前記中空糸膜の末端側を前記固定端側、前記中空糸膜の折り返し側を前記自由端側とし、かつ前記中空糸膜束における前記自由端から所定長さの範囲を前記モジュールケースの外側に出したことを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、前記モジュールケースの縦方向と略直交する断面における該モジュールケースの内部空間の断面積が、前記縦方向位置と共に変化することを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、前記中空糸膜対における前記中空糸膜の折り返し部が疎水性を有することを特徴とする。

本発明によれば、中空糸膜を二つ折りにして中空糸膜対とし、その折り返し部を自由端側に配置することで、ループ状に湾曲する折り返し部が対をなす中空糸膜同士を離間させるように作用し、中空糸膜同士が吸引し合ったり被処理水の上昇流速の増加に伴い中空糸膜同士が引き合ったりすることによる中空糸膜同士の絡み合いを抑制する。これにより、中空糸膜へのし渣等の絡み付きが抑制されると共に中空糸膜束の密集化も抑制され、モジュールケース内での目詰まりが防止されて水処理性能を良好に保つことができる。
また、比較的し渣等が絡み付き易い前記折り返し部をモジュールケースの外側に出したことで、折り返し部にし渣等が絡み付いたとしてもこれがモジュールケース内の目詰まりの原因にならず、かつ該し渣等が水槽内の被処理水の旋回流に乗って除去され易くなる。

さらに、モジュールケースの内部空間の断面積が縦方向位置と共に変化することで、モジュールケース内の被処理水の上昇流に乱流を起こし易くなり、曝気によるスクラビング効果を高めることができる。
また、中空糸膜対の折り返し部を疎水性とすることで、中空糸膜内にエアが混入した場合にも、該エアを中空糸膜対の上端部である折り返し部から膜外に逃がし易くなり、エアの噛み込みによるポンプ負荷の増大を防止できる。

以下、この発明の実施例について図面を参照して説明する。なお、説明都合上、図中矢印ＦＲは前方を、矢印ＬＨは左方を、矢印ＵＰは上方をそれぞれ示す。

図１に示す水処理装置１は、生活廃水や産業廃水等の下水処理に用いられるもので、被処理水Ｗを貯留した水槽２内に中空糸膜モジュール１０を浸漬し、該中空糸膜モジュール１０の透過側をポンプ４で吸引することで、被処理水を廃水処理用の活性汚泥等と処理水とに膜分離する。水槽２内では、好気性の微生物である活性汚泥の飼育のための曝気が行われると共に、該曝気により水槽２内に生じる被処理水Ｗの旋回流を利用して、中空糸膜モジュール１０の中空糸膜１２の膜面に付着した汚れのかき取りを行う。

図２，３を併せて参照し、中空糸膜モジュール１０は、上下方向に沿って起立する厚板状の外観を有し、正面視（前面視）で縦長の矩形状とされる。中空糸膜モジュール１０は、複数の中空糸膜１２を束ねてなる中空糸膜束１１と、縦方向の両端（上下端）を開口させるモジュールケース１３とを備え、前記中空糸膜束１１がその長手方向を前記縦方向（上下方向）に沿わせて前記モジュールケース１３内に収容された基本構成を有する。中空糸膜束１１の下端は、モジュールケース１３に対して揺動が規制された固定端とされ、中空糸膜束１１の上端は、モジュールケース１３に対して自由に揺動可能な自由端とされる。

中空糸膜束１１は、その下端部がポッティング樹脂１４ａを介してブロック状に一体化された固定部１４とされる。固定部１４の下面には各中空糸膜１２の下端開口が臨み、該各中空糸膜１２の内側を下方に開口させている（図示略）。固定部１４は、同様のポッティング樹脂１４ａを用いて中空の集水器１５に液密に取り付けられ、該集水器１５の内側と各中空糸膜１２の内側とを互いに連通させる。集水器１５の吸水口１５ａは、導水経路５を介して前記ポンプ４に接続され（図１参照）、該ポンプ４の作動により各中空糸膜１２の膜面に圧力差が生じ、該各中空糸膜１２内に被処理水Ｗから活性汚泥等を固液分離した処理水を得る。
集水器１５には、中空糸膜モジュール１０の外観を形成するモジュールケース１３の下端が取り付けられ、これら集水器１５、モジュールケース１３及び中空糸膜束１１により、一体の中空糸膜モジュール１０が構成される。

中空糸膜１２の材質としては、例えばポリオレフィン、セルロース、ポリビニルアルコール、ポリスルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化エチレン、ポリアクリロニトリル、セラミックス等の各種材料及びその複合物からなるものが用いられる。中空糸膜１２は、濾過膜として使用可能なものであれば、孔径、空孔率、膜厚、外径等に特に制限はない。

集水器１５の材質としては、被処理水Ｗに対する耐久性を有して濾過処理時の圧力に耐えうるものであればよく、例えばポリカーボネート、ポリスルフォン、ポリオレフィン、変性ポリフェニレンエーテル、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル等が挙げられる。

ポッティング樹脂１４ａとしては、各中空糸膜１２を集水器１５に固定すると共に、被処理水Ｗと中空糸膜１２を透過した処理水とを液密に仕切り、かつ被処理水Ｗ中での使用に際して耐久性に問題がなければ制限がなく、例えばエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコン樹脂等の熱硬化性樹脂、各種の熱可塑性樹脂等が挙げられる。

図１に示すように、中空糸膜モジュール１０は、水槽２底部に立設された架台３上に前記起立状態で固定される。架台３内側には、水槽２内に泡状の曝気エアＢを発生させる散気装置６が配設される。散気装置６は、エア供給経路７を介してブロワ（送風機）８に接続され、該ブロワ８の作動により中空糸膜モジュール１０のモジュールケース１３内に曝気エアＢが供給されると、該曝気エアＢの上昇に伴いモジュールケース１３内に被処理水Ｗの上昇流が生じ、各中空糸膜１２の膜面に付着した汚れがかき取られると共に、付着したし渣（廃水中の細かい繊維状屑）等が中空糸膜１２の上端側（自由端側）に除去される。なお、図１中矢印Ｒは、前記上昇流に伴い水槽２内に生じる被処理水Ｗの旋回流を示す。

ここで、図３に本発明の中空糸膜モジュール１０の構成の一例を示す。中空糸膜束１１は、一本の中空糸膜１２を二つ折りにして中空糸膜対１２Ａとし、該中空糸膜対１２Ａを同一向きにして複数束ねることで構成される。中空糸膜対１２Ａにおける中空糸膜１２の末端側は、中空糸膜束１１の下端側すなわち固定端側に位置し、中空糸膜対１２Ａにおける中空糸膜１２の折り返し側は、中空糸膜束１１の上端側すなわち自由端側に位置する。以下、中空糸膜対１２Ａにおける中空糸膜１２の末端側の端部を末端部（図示略）、中空糸膜１２の折り返し側の端部を折り返し部１２ｂとする。
これら中空糸膜１２の折り返し部１２ｂにおいては、一本の中空糸膜１２を二つ折りにしても良いし、複数本の中空糸膜１２の小束を二つ折りにしても構わない。これら中空糸膜１２の本数は、中空糸膜１２間の洗浄性を良好にする点で、十本以内が好ましく、五本以内とすることがさらに好ましい。

中空糸膜対１２Ａにおける前記末端部は、前記固定部１４において揺動不能に固定され、中空糸膜対１２Ａの折り返し部１２ｂは、何にも拘束されることなく自由に揺動可能とされる。折り返し部１２ｂは、前記末端部側（固定端側）に開放する逆Ｕ字状（ループ状）とされ、一つの中空糸膜対１２Ａにおいて並列に配された中空糸膜１２間や、上述の中空糸膜１２の小束間を離間させるように作用し、もって中空糸膜１２同士の絡み合いをその全長に渡って抑制する。

またここで、中空糸膜束１１の上端側は、前記折り返し部１２ｂから所定長さの範囲（後述の突出量Ｌ２に相当、図５参照）が、モジュールケース１３の上端開口から該モジュールケース１３の外側に（上端開口よりも上方に）突出するように設けられる。これにより、被処理水Ｗの上昇流と共に中空糸膜束１１の自由端側に移動したし渣等が、被処理水Ｗの旋回流に乗って中空糸膜モジュール１０の外周側（水平方向外側）に除去され易くなる。
すなわち、比較的し渣等が絡み付き易い折り返し部１２ｂにおいてし渣等が絡み付き難くなり、仮に絡み付いたとしても折り返し部１２ｂ周辺がモジュールケース１３の外側に配置されることで、モジュールケース１３内での目詰まりを生じさせずに水処理装置１の長期に渡る安定運転を可能とする。

ところで、中空糸膜１２は水中でろ過を行うため、その表面が親水性であることが公知である。水中でろ過を行った後の中空糸膜モジュール１０のメンテナンス時には、これを一旦水上に引き上げてチェック後、中空糸膜１２の膜面が濡れている状態で再度水中に浸漬する。このとき、中空糸膜１２内にエアが混入し易く、この状態で水処理装置１の運転を再開すると、前記ポンプ４による処理水を吸引する力が過剰に必要になる場合がある。

そこで、本発明の中空糸膜モジュール１０は、前記中空糸膜対１２Ａの折り返し部１２ｂすなわち上端部のみを疎水性としている。このため、前述の如く一旦水上に上げた中空糸膜モジュール１０を再度水中に浸漬する際、中空糸膜対１２Ａにおける疎水性の上端部から膜内のエアが膜外に抜け易くなり、水処理装置１の運転再開を容易にしている。前記折り返し部１２ｂに疎水性をもたせる方法には様々なものがあるが、その中でも簡便な方法として、折り返し部１２ｂに疎水性樹脂を塗布しておくという方法がある。前記疎水性樹脂としては、公知のウレタン樹脂やシリコン樹脂、エポキシ樹脂等がある。

図４（ａ）に示すように、モジュールケース１３は、その縦方向（上下方向）すなわち中空糸膜１２の長手方向と直交する断面（水平断面）において、その内部空間の断面積を縦方向位置と共に変化させる。具体的には、例えばモジュールケース１３の上下方向中間部には、その内部空間の横方向の寸法（例えば前後厚さ）を狭める絞り部１３ａが設けられる。これにより、曝気エアＢと共に上昇する被処理水Ｗに乱流が生じ易くなり、中空糸膜１２の膜面に付着した汚れやし渣等の除去性能が向上する。なお、絞り部１３ａが複数設けられた構成でもよい。

図４（ｂ）は、上下方向に沿って起立する円筒状の外観を有する中空糸膜モジュール１１０を示す。中空糸膜モジュール１１０は、中空糸膜束１１１をモジュールケース１１３内に収容した基本構成を有する。中空糸膜束１１１の下端は固定端とされ、中空糸膜束１１１の上端は自由端とされる。中空糸膜束１１１下側の固定部１１４は中空円盤状の集水器１１５に取り付けられ、該集水器１１５の吸水口１１５ａが前記導水経路５を介してポンプ４に接続される。中空糸膜束１１１においても、前記中空糸膜対１２Ａを複数束ねることで構成される。
この中空糸膜モジュール１１０の外観を形成するモジュールケース１１３においても、例えばその縦方向中間部に内部空間の横幅を狭める絞り部１１３ａを設けた構成としてもよい。

以下、本発明の中空糸膜モジュール１０の一実施例を示す。
〔構成概要〕
中空糸膜１２は、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）製、外径２．８ｍｍ、有効長さ１３００ｍｍのものを約８００本用意した。
モジュールケース１３は、ＰＶＣ製、上下高さ１０００ｍｍ×左右幅５５０ｍｍ×前後厚４５ｍｍ、外壁板厚３ｍｍのものを用意した。
集水器１５は、ＡＢＳ製、上下高さ７５ｍｍ×左右幅６５０×前後厚３０のものを用意した。

〔中空糸膜モジュールの製作〕
まず、各中空糸膜１２を個別に（又は小束毎に）二つ折りにして中空糸膜対１２Ａを形成した後、所定数の中空糸膜対１２Ａを各中空糸膜１２間のピッチが３．２ｍｍとなるように並べ、これに仮固定用の糸を編み込む等によってシート状膜体を形成する。
このシート状膜体を五枚作成し重ねて中空糸膜束１１とし、その下端側（前記中空糸膜対１２Ａにおける中空糸膜１２の末端側）を前記固定部１４形成用の樹脂容器内に挿入し、該樹脂容器内にウレタン等のポッティング樹脂１４ａを充填する。
そして、硬化したポッティング樹脂１４ａを所定厚さにカットすることで、中空糸膜束１１の下端部をブロック状に一体化した前記固定部１４を形成し、該固定部１４の下面に各中空糸膜１２の端面を開口させる。

固定部１４は集水器１５内に挿入し、該集水器１５内に前記ポッティング樹脂１４ａを充填してこれを硬化させる。その後、前記固定糸を除去し、中空糸膜束１１にモジュールケース１３を被せてその下端を集水器１５に接着等により部分的に固定することで、一体の中空糸膜モジュール１０の製作が完了する。
モジュールケース１３内には、曝気エアＢ通過用の間隙が適宜形成される。また、モジュールケース１３の前後厚さは集水器１５の前後厚さよりも大きく、該集水器１５とモジュールケース１３下端との間の隙間からは、前記散気装置６からの曝気エアＢが被処理水Ｗと共にモジュールケース１３内に供給され、該モジュールケース１３内でのスクラビング効果により中空糸膜束１１の膜面の汚れがかき取られると共に付着したし渣等が除去される。

〔曝気状況確認〕
上記中空糸膜モジュール１０を三つ用意し、これらをその前後厚さ方向で隙間無く並べた状態で、前記水槽２内の架台３上に固定する。各中空糸膜モジュール１０を隙間無く並べることで、これらの下方から供給される曝気エアＢがモジュールケース１３内に供給され易くなる。
水槽２内には被処理水Ｗ及び活性汚泥を貯留し、中空糸膜モジュール１０は被処理水Ｗ内に浸漬させ、前記散気装置６は水槽２底部に沈殿した活性汚泥内に浸漬させる。そして、前記ブロワ８を作動させ１０ｍ^３／ｍｉｎでエアを供給して曝気を開始すると共に、前記ポンプ４を作動させて被処理水Ｗの吸引ろ過を開始する。
一週間後、水処理装置１の運転状況に異常は見られなかった。また、中空糸膜モジュール１０を水上に引き上げてし渣等の堆積状況を確認したところ、中空糸膜対１２Ａの折り返し部１２ｂに若干のし渣の堆積が見られたが、モジュールケース１３の外部であり、モジュールケース１３と中空糸膜束１１との間のクリアランス（曝気エアＢの流路）は確保されていた。

図５に示すように、被処理水Ｗ中に浸漬した中空糸膜モジュール１０において、その上端（モジュールケース１３上方に突出した中空糸膜束１１の上端）と被処理水Ｗの水面との間の距離Ｌ１は、少なくとも１０ｍｍ以上が確保される。これは、前記距離Ｌ１が１０ｍｍ未満では、曝気によりモジュールケース１３の上方に至った水がモジュールケース１３の外周側に流れ難くなり、水槽２内の旋回流が起こり難くなるばかりではなく、モジュールケース１３内での上昇流も阻害されるからである。水槽２内の旋回流を安定的に得るためには、前記距離Ｌ１は１００ｍｍ以上が好ましく、より好ましくは３００ｍｍ以上である。

また、モジュールケース１３上端からの中空糸膜束１１の突出量（モジュールケース１３上端と前記折り返し部１２ｂとの間の距離）Ｌ２は、前記折り返し部１２ｂにし渣等が付着した場合においても、折り返し部１２ｂ間並びに折り返し部１２ｂとモジュールケース１３との間の被処理水Ｗの流路を確保するために、少なくとも１０ｍｍ以上が確保される。また、前記流路を長期的に確保するには、前記突出量Ｌ２は３０ｍｍ以上が好ましい。なお、前記突出量Ｌ２は、５００ｍｍ以下、好ましくは３００ｍｍ以下とされる。これは、前記突出量Ｌ２が過度に大きいと、モジュールケース１３から突出した中空糸膜１２が、水槽２内の旋回流に乗ってモジュールケース１３の外周側で下方に湾曲し、その中間部がモジュールケース１３上端の角部に接触して磨耗し破損することが考えられるからである。

以上説明したように、上記実施例における中空糸膜モジュール１０は、複数の中空糸膜１２を束ねてなる中空糸膜束１１と、縦方向の両端を開口させるモジュールケース１３とを備え、前記中空糸膜束１１をその長手方向が前記縦方向に沿うように前記モジュールケース１３内に収容し、該中空糸膜束１１の下端を固定端とすると共に上端を自由端とするものにおいて、一本又は複数本の中空糸膜１２を二つ折りにして中空糸膜対１２Ａとし、該中空糸膜対１２Ａを同一向きで複数束ねて前記中空糸膜束１１とすると共に、前記中空糸膜対１２Ａにおける前記中空糸膜１２の末端側を前記固定端側、前記中空糸膜１２の折り返し側を前記自由端側とし、かつ前記中空糸膜束１１における前記自由端から所定長さの範囲を前記モジュールケース１３の外側に出したものである。

この構成によれば、中空糸膜１２を二つ折りにして中空糸膜対１２Ａとし、その折り返し部１２ｂを自由端側に配置することで、ループ状に湾曲する折り返し部１２ｂが対をなす中空糸膜１２同士を離間させるように作用し、中空糸膜１２同士が吸引し合ったり被処理水Ｗの上昇流速の増加に伴い中空糸膜１２同士が引き合ったりすることによる中空糸膜１２同士の絡み合いを抑制する。これにより、中空糸膜１２へのし渣等の絡み付きが抑制されると共に中空糸膜束１１の密集化も抑制され、モジュールケース１３内での目詰まりが防止されて水処理性能を良好に保つことができる。
また、比較的し渣等が絡み付き易い前記折り返し部１２ｂをモジュールケース１３の外側に出したことで、折り返し部１２ｂにし渣等が絡み付いたとしてもこれがモジュールケース１３内の目詰まりの原因にならず、かつ該し渣等が水槽２内の被処理水Ｗの旋回流に乗って除去され易くなる。

また、上記中空糸膜モジュール１０においては、前記モジュールケース１３の縦方向と略直交する断面における該モジュールケース１３の内部空間の断面積が、前記縦方向位置と共に変化することで、モジュールケース１３内の被処理水Ｗの上昇流に乱流を起こし易くなり、曝気によるスクラビング効果を高めることができる。

さらに、上記中空糸膜モジュール１０においては、前記中空糸膜対１２Ａにおける前記中空糸膜１２の折り返し部１２ｂが疎水性を有することで、中空糸膜１２内にエアが混入した場合にも、該エアを中空糸膜対１２Ａの上端部である折り返し部１２ｂから膜外に逃がし易くなり、エアの噛み込みによるポンプ負荷の増大を防止できる。

なお、この発明は上記実施例に限られるものではなく、例えば、曝気エアをモジュールケース内に下方から取り込む構成ではなく、モジュールケースの外壁にエア供給口を設けた構成としてもよい。またこのとき、前記エア供給口が被処理水のモジュールケース内への導入口を兼ねた構成としてもよい。
そして、上記実施例における構成はこの発明の一例であり、下水処理用の水処理装置への適用に限定されないことはもちろん、当該発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

本発明の実施例における水処理装置の概要を示す正面図である。 上記水処理装置に用いる中空糸膜モジュールの斜視図である。 上記中空糸膜モジュールの要部の一例を示す斜視図である。 上記中空糸膜モジュールの応用例を示す斜視図であり、（ａ）は矩形状の中空糸膜モジュールを、（ｂ）は円筒状の中空糸膜モジュールをそれぞれ示す。 上記中空糸膜モジュールに係る主要な寸法を示す図１に相当する正面図である。

符号の説明

１ 水処理装置
１０ 中空糸膜モジュール
１１ 中空糸膜束
１２ 中空糸膜
１２Ａ 中空糸膜対
１２ｂ 折り返し部
１３ モジュールケース

Claims (3)

1. 複数の中空糸膜を束ねてなる中空糸膜束と、縦方向の両端を開口させるモジュールケースとを備え、前記中空糸膜束をその長手方向が前記縦方向に沿うように前記モジュールケース内に収容し、該中空糸膜束の下端を固定端とすると共に上端を自由端とする中空糸膜モジュールにおいて、
   中空糸膜を二つ折りにして中空糸膜対とし、該中空糸膜対を同一向きで複数束ねて前記中空糸膜束とすると共に、前記中空糸膜対における前記中空糸膜の末端側を前記固定端側、前記中空糸膜の折り返し側を前記自由端側とし、かつ前記中空糸膜束における前記自由端から所定長さの範囲を前記モジュールケースの外側に出したことを特徴とする中空糸膜モジュール。
2. 前記モジュールケースの縦方向と略直交する断面における該モジュールケースの内部空間の断面積が、前記縦方向位置と共に変化す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。
3. 前記中空糸膜対における前記中空糸膜の折り返し部が疎水性を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の中空糸膜モジュール。
   

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