JP2013150967A

JP2013150967A - スパイラル膜モジュール及び水処理用膜モジュールユニット

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Publication number: JP2013150967A
Application number: JP2012162059A
Authority: JP
Inventors: Takuji Cho; 拓治長; Makoto Naito; 誠内藤; Koichi Hayafune; 浩一早船
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2011-12-29
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2013-08-08
Anticipated expiration: 2032-07-20
Also published as: JP6062672B2

Abstract

【課題】外装容器をなくして構造の簡素化及び軽量化を図り得るスパイラル膜モジュールの提供。スパイラル膜モジュールを複数本使用し、その寸法精度管理を簡素化できユニット全体の変形が生じることがなくマニホールドとの間の接続状態を長期に亘って安定して維持できる水処理用膜モジュールユニットの提供。
【解決手段】スパイラル膜モジュール2は、集水管21と外周に巻回された複数の封筒状膜22とを有するスパイラル膜20における巻回状態の封筒状膜22の外周に、補強用繊維に合成樹脂を含浸させてなる合成樹脂被膜26が一体に被覆形成されている。水処理用膜モジュールユニットは、膜モジュール2の両端部に開口部を有するマニホールドを備え、両端部に一端が合成樹脂被膜26に接続され、他端がマニホールドに接続される接続用筒状体を有し、接続用筒状体の他端側がマニホールドの開口部と嵌合することにより膜モジュール2とマニホールドとがそれぞれ接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、スパイラル膜モジュール及び水処理用膜モジュールユニットに関し、詳しくは、構造簡単なスパイラル膜モジュール、このスパイラル膜モジュールとマニホールドとの接続構造が改良された水処理用膜モジュールユニットに関する。

従来、水処理用の膜モジュールとしてスパイラル膜を用いたスパイラル膜モジュールが知られている。スパイラル膜モジュールを用いて大量の原水を処理する場合、複数本のスパイラル膜モジュールが処理量に応じて用いられる。

近年、船舶バラスト水中の微生物を膜処理することによって除去する試みがなされている。スパイラル膜モジュールによってバラスト水を処理する場合、膨大な量のバラスト水を短時間で処理する必要がある。特にタンカーのような巨大船舶では、バラストタンクの容量も巨大となるため、船舶内に膨大な数のスパイラル膜モジュールを備える必要がある。

このため、本願出願人は、原水の流路を構成するマニホールドに対して複数本のスパイラル膜モジュールを接続した構造とすることにより、多数本のスパイラル膜モジュールを使用しても全体としてコンパクトに構成することができる水処理用膜モジュールユニットを提案している（特許文献１）。

スパイラル膜モジュールは、集水管の外周に複数の封筒状膜が巻回されたスパイラル膜を外装容器の内部に収容した構造を有しており、複数本のスパイラル膜モジュールの端部を一つのマニホールドに原水の流出入が可能となるように接続することで、一つの水処理用膜モジュールユニットを構成している。

図９に、この水処理用膜モジュールユニットの要部断面図を示す。図中、１００はスパイラル膜モジュール、２００はスパイラル膜モジュール１００の一方端部に接続された第１マニホールド、３００はスパイラル膜モジュール１００の他方端部に接続された第２マニホールドである。

スパイラル膜モジュール１００は、一端が閉鎖され他端のみが開口する集水管１０３を中心軸としてその周囲に複数の封筒状膜１０２が巻回されてなるスパイラル膜が、集水管１０３の長さ方向が外装容器１０１の長さ方向と一致するように外装容器１０１内に収容されている。

第１マニホールド２００は、内部に複数のスパイラル膜モジュール１００に共通のバラスト原水室２０１を有しており、壁面にバラスト原水が導入される原水導入口２０２と、スパイラル膜モジュール１００の外装容器１０１の一端を接続するための複数の取付け開口部２０３とが形成されている。

第２マニホールド３００は、内部に複数のスパイラル膜モジュール１００に共通の洗浄排液室３０１と、この洗浄排液室３０１に対して区画され、複数のスパイラル膜モジュール１００に共通のバラスト処理水室３０２とを有している。各スパイラル膜モジュール１００の集水管１０３の開口端は、バラスト処理水室３０２と接続されている。壁面にはバラスト処理水室３０２内のバラスト処理水を排出する処理水排出口３０３と、洗浄排液室３０１内の排液を排出する排液排出口３０４と、スパイラル膜モジュール１００の外装容器１０１の他端を接続するための複数の取付け開口部３０５とが形成されている。

これら第１マニホールド２００及び第２マニホールド３００とスパイラル膜モジュール１００の合成樹脂被膜１０１との接続部分は、Ｏリング等のシール部材を介して嵌合し、例えば接着剤によって固着したり、第１マニホールド２００と第２マニホールド３００とに亘ってボルト（図示せず）を架け渡したりすることによって接続するようにしている。

このような水処理用膜モジュールユニットによれば、処理量に応じてユニット数を適宜増やすことにより、大量の原水の膜処理を並列して行うことができて極めて効率的であり、省スペース化を図ることができる等の数々の利点を有している。

特開２０１１−９２８２４号公報

スパイラル膜モジュールの外装容器は、原水の流入圧に耐え得るだけの耐圧性を有する必要があるため、一般にステンレス等の金属製の耐圧容器（ベッセル）が用いられている。このためスパイラル膜モジュール単体での重量が嵩み、ユニット全体の重量増を招いてしまう問題があった。ユニットの重量増は、特にユニットが貨物船に搭載される場合、積荷量の減少につながってしまい、重大な問題である。

また、スパイラル膜モジュール単体での重量が嵩むことで、ユニットの組立てやスパイラル膜モジュールの交換作業時の問題もある。すなわち、ユニットが船舶内のような狭小スペースに設置される場合、機械を用いてスパイラル膜モジュールの吊り上げ作業を行うことが困難であることが多く、人手による作業が強いられることに加え、作業スペースも極めて狭小であることによって、ユニットの組立てやスパイラル膜モジュールの交換作業が極めて重労働となる問題がある。

そこで、本発明者は、このような従来のスパイラル膜モジュールの構造の簡素化及び軽量化を図るため、外装容器を合成樹脂を用いて形成することを検討した。しかし、合成樹脂製の外装容器は寸法管理が難しく、マニホールド間に接続される各スパイラル膜モジュール同士で長さ寸法が一致しない場合があるという問題がある。マニホールド間の距離やスパイラル膜モジュールの取付け開口部の開口径は一定であるため、外装容器の長さ寸法にばらつきがあると、スパイラル膜モジュール毎にマニホールドとの接続状態にばらつきが生じてしまう。

また、ユニットを船舶内に設置する場合、その設置場所は、スペースの関係上、船底付近の機関室近傍であることが多く、スパイラル膜モジュールは少なからずこの機関室からの熱の影響を受ける。このため、外装容器を合成樹脂製とすると、長さ方向の伸縮が発生する問題もある。この熱の影響はユニット内の各スパイラル膜モジュールで同一であるとは限らず、機関室に近い側と遠い側、ユニットの外側と内側のそれぞれのスパイラル膜モジュール毎に異なる場合がある。このため外装容器の長さ寸法のばらつきに、これら熱の影響による伸縮が加わることで、ユニット全体に変形が生じ、接続部位から漏水が発生するおそれがある。

本発明は、このような従来事情に鑑みてなされたものであり、第１の課題は、外装容器をなくして構造の簡素化及び軽量化を図り得るスパイラル膜モジュールを提供することにある。

また、本発明の第２の課題は、外装容器のない構造簡素で軽量なスパイラル膜モジュールを複数本使用し、その寸法精度管理を簡素化でき、また、熱の影響によるユニット全体の変形が生じることがなく、マニホールドとスパイラル膜モジュールとの間の接続状態を長期に亘って安定して維持することのできる水処理用膜モジュールユニットを提供することを課題とする。

また、本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

（請求項１）
集水管と該集水管の外周に巻回された複数の封筒状膜とを有するスパイラル膜における巻回状態の前記封筒状膜の外周に、補強用繊維に合成樹脂を含浸させてなる合成樹脂被膜が一体に被覆形成されていることを特徴とするスパイラル膜モジュール。

（請求項２）
請求項１記載のスパイラル膜モジュールと、
前記スパイラル膜モジュールの両端部にそれぞれ配置され、該スパイラル膜モジュールと接続される開口部を有するマニホールドとを備え、
前記スパイラル膜モジュールにおける前記合成樹脂被膜と前記封筒状膜との間と前記マニホールドの内部とで原水の流出入を可能とした水処理用膜モジュールユニットであって、
前記スパイラル膜モジュールは、前記合成樹脂被膜の両端部に、一端が該合成樹脂被膜に接続されると共に他端が前記マニホールドに接続される接続用筒状体を有し、
前記接続用筒状体の他端側が前記マニホールドの前記開口部と嵌合することにより、前記スパイラル膜モジュールと前記マニホールドとがそれぞれ接続されていることを特徴とする水処理用膜モジュールユニット。

（請求項３）
前記接続用筒状体は、前記合成樹脂被膜と固着される筒状体本体と、該筒状体本体の内側に、前記スパイラル膜モジュールの前記集水管の端部を挿通させて支持する支持環部と、前記筒状体本体と前記支持環部との間に設けられ、前記スパイラル膜モジュールにおける巻回状態の前記封筒状膜の端面に当接することにより、該封筒状膜の軸方向ズレを防止する軸方向ズレ防止部とを有していることを特徴とする請求項２記載の水処理用膜モジュールユニット。

（請求項４）
前記マニホールドは、前記開口部と同心状に前記接続用筒状体の他端側の外周を囲むように所定高さで突出する筒状フランジ部を有し、
前記合成樹脂被膜から突出する前記接続用筒状体の外周面と前記筒状フランジ部の内周面との間がシール部材によって密封されていることを特徴とする請求項２又は３記載の水処理用膜モジュールユニット。

（請求項５）
前記原水が船舶バラスト水であることを特徴とする請求項２、３又は４記載の水処理用膜モジュールユニット。

本発明に係るスパイラル膜モジュールによれば、外装容器をなくして構造の簡素化及び軽量化を図り得るスパイラル膜モジュールを提供することができる。

また、本発明に係る水処理用膜モジュールユニットによれば、外装容器のない構造簡素で軽量なスパイラル膜モジュールを複数本使用し、その寸法精度管理を簡素化でき、また、ユニット全体の変形が生じることがなく、マニホールドとスパイラル膜モジュールとの間の接続状態を長期に亘って安定して維持することができる。

本発明に係るスパイラル膜モジュールを一部破断分解して示す斜視図スパイラル膜に合成樹脂被膜を形成する様子を説明する斜視図水処理用膜モジュールユニットの斜視図スパイラル膜モジュールにおける集水管の閉鎖端部側に接続用筒状体を取り付けた状態を示す部分斜視図（ａ）は接続用筒状体の正面図、（ｂ）は側面図スパイラル膜モジュールと第１マニホールドとの接続部分を示す断面図スパイラル膜モジュールと第２マニホールドとの接続部分を示す断面図本発明に係る水処理用膜ユニットを使用したバラスト水処理の方法の一例を説明する図従来の水処理用膜モジュールユニットの断面図

以下、本発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本発明に係るスパイラル膜モジュール（以下、単に膜モジュールという。）を一部破断分解して示す斜視図である。

膜モジュール２は、処理水を集める集水管２１の外周に多数の封筒状膜２２が巻回されてなるスパイラル膜２０と、巻回状態の封筒状膜２２の外周に一体に被覆形成された合成樹脂被膜２６とを有している。

集水管２１は、一方端が閉鎖された閉鎖端部２１ａであり、他方端が処理水を排出するために開口した開口端部２１ｂとされた直管によって形成されている。

各封筒状膜２２内には、それぞれ封筒状膜２２の張設状態を維持し、該封筒状膜２２の内側に透過した処理水のためのスペースを形成する透過側スペーサ２３が設けられている。封筒状膜２２の内部は集水管２１の内部と連通しており、封筒状膜２２を透過した処理水を集水管２１内に移送可能としている。

各封筒状膜２２は集水管２１の外周面に放射状に取り付けられている。隣接する封筒状膜２２の間には、封筒状膜２２同士が密着して膜面積が狭くなることを防止すると共に、集水管２１と合成樹脂被膜２６との間で、隣接する封筒状膜２２間に原水流路２４を形成するための原水スペーサ２５が挿設されている。そして、内部に透過側スペーサ２３を有する多数の封筒状膜２２と、封筒状膜２２間の多数の原水スペーサ２５とが、集水管２１の外周に一緒に巻回されて高密度に巻き付けられることによって、全体として集水管２１を軸とする略円柱状を呈するスパイラル膜２０を構成している。

なお、このように封筒状膜２２内の透過側スペーサ２３及び封筒状膜２２間の原水スペーサ２５も封筒状膜２２と一緒に巻回状態とされているが、本発明において、これら封筒状膜２２、透過側スペーサ２３及び原水スペーサ２５が集水管２１の外周に一緒に巻回状態とされたものを指称する場合、単に巻回状態の封筒状膜２２という。すなわち、本発明において巻回状態の封筒状膜２２という場合、封筒状膜２２以外にこれら透過側スペーサ２３及び原水スペーサ２５も含むものとする。

合成樹脂被膜２６は、補強用繊維に合成樹脂を含浸させることによって巻回状態の封筒状膜２２の外周に一体に被覆形成されたＦＲＰ製の被膜であり、補強用繊維２６ａによって補強されていることにより、膜モジュール２全体に剛性及び強度を付与している。ここで一体に被覆形成されているとは、合成樹脂被膜２６の合成樹脂と巻回状態の封筒状膜２２の外周面とが少なくとも一部において密着し、固化した合成樹脂と一体化していることをいう。

このような合成樹脂被膜２６は、図２に示すように、巻回状態の封筒状膜２２の上から補強用繊維２６ａを巻回していき、巻回された補強用繊維２６ａに図示しない合成樹脂を塗布して含浸させ、合成樹脂を固化することによって形成することができる。補強用繊維２６ａと合成樹脂の塗布、含浸作業は、合成樹脂被膜２６が所定の厚み、強度となるように複数回繰り返し行われる。

合成樹脂被膜２６がこのように補強用繊維２６ａに合成樹脂を含浸させることによって形成されることで、巻回状態の封筒状膜２２の外周面の少なくとも一部と合成樹脂被膜２６を形成する合成樹脂とが固着して一体化する。合成樹脂被膜２６と固着一体化された封筒状膜２２の部分は膜としての機能を果たし得ないが、合成樹脂被膜２６と接触する部分は各封筒状膜２２の先端部分の極く一部に限られるため、膜処理に実質的に影響を与えるものではない。

補強用繊維２６ａとしては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等が挙げられる。これら繊維は長尺な線条体であり、その長尺な線条体の形態のまま巻回状態の封筒状膜２２の外周に巻回してもよいし、線条体を用いて形成された織布又は不織布等の布状繊維の形態とし、その布状繊維を巻回状態の封筒状膜２２の外周に巻回してもよい。図２では、補強用繊維２６ａとして帯状の布状繊維を巻回する例を示している。

合成樹脂被膜２６を形成する合成樹脂としては、一般に熱硬化性樹脂が用いられる。具体的にはエポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。

この膜モジュール２によれば、従来の耐圧容器としての外装容器を用いなくても、補強用繊維２６ａによって補強された合成樹脂被膜２６によって剛性及び強度を確保できるため、従来の外装容器を不要として構造を簡素化できると共に、外装容器が不要であることから膜モジュール２の軽量化と低コスト化が図られる。一般に船舶バラスト水を処理水する場合、膜モジュール２の設置本数は極めて膨大な数となるため、膜モジュール２の１本当たりの重量が軽くなることにより膜モジュール２の集合体である膜モジュールユニット１、更には膜モジュールユニット１の集合体であるバラスト水処理装置全体の重量を大幅に軽量化できる。特に船舶がコンテナ船のような荷役船である場合、バラスト水処理装置全体の軽量化により、その分より多くの荷物を搭載することが可能となる。

合成樹脂被膜２６は、従来の耐圧容器としての外装容器の代わりにスパイラル膜２０における巻回状態の封筒状膜２２の外周を被覆、保護するものであり、それ自体で膜モジュール２全体の剛性及び強度を確保している。この合成樹脂被膜２６の厚みは、スパイラル膜２０の外径にもよるが、５ｍｍ〜２０ｍｍとすることが好ましい。

合成樹脂被膜２６がこのような厚みを有することによって、外装容器がなくても膜モジュール２全体の剛性及び強度を確保できて原水流路２４の変形がなく、円滑な原水の流れを確保できるといった効果の他に、全ての膜モジュール２に一定の水が流れるので、膜の劣化が一様になり、膜モジュール２全体の寿命を延ばすことができ、また、膜モジュール２の交換時の作業性も向上させることができるといった顕著な効果を得ることができる。

図３は、このような膜モジュール２を複数本用いて構成される一つの水処理用膜モジュールユニットの斜視図である。

水処理用膜モジュールユニット１（以下、単にユニット１という。）は、複数本の膜モジュール２と、これら複数本の膜モジュール２に共通の第１マニホールド３及び第２マニホールド４からなる２つのマニホールドとを有している。

膜モジュール２は、第１マニホールド３と第２マニホールド４との間に２本以上並設されればよい。その数は限定されるわけではないが、好ましくは３〜２０本の範囲であり、より好ましくは４〜１５本であり、さらに好ましくは５〜１０本である。本実施形態では６本の膜モジュール２を並設している。

第１マニホールド３は、内部に複数の膜モジュール２に共通の原水室を有している。一方、第２マニホールド４は、内部に複数の膜モジュール２に共通の洗浄排液室（原水濃縮液室）と、この洗浄排液室に対して区画され、複数の膜モジュール２に共通の処理水室とを有している。図３において、３１は第１マニホールド３に設けられた原水導入口であり、第１マニホールド３内の原水室と連通している。４１は第２マニホールド４に設けられた処理水排出口であり、処理水室と連通している。４２は排液排出口であり、洗浄排液室と連通している。

本実施形態では、第１マニホールド３及び第２マニホールド４の内部構成は、図９に示した従来の第１マニホールド２００及び第２マニホールド３００と同一であるため詳細な説明は省略する。

次に、膜モジュール２と第１マニホールド３及び第２マニホールド４との接続構造について図４〜図７を用いて説明する。

図４は、膜モジュール２の端部に接続用筒状体を設けた状態を示す部分斜視図、図５は、接続用筒状体の構造を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、図６は、膜モジュール２と第１マニホールド３との接続部分を示す断面図、図７は、膜モジュール２と第２マニホールド４との接続部分を示す断面図である。

接続用筒状体５は、金属、合成樹脂、金属と合成樹脂との複合材料、ＦＲＰ等によって形成され、円筒形状の筒状体本体５１の外周に複数条のフランジ部５２、５３、５４ａ、５４ｂが互いに所定の間隔をおいて突設されている。筒状体本体５１は、図５（ｂ）に示すフランジ部５２よりも図示左側に突出しており、この突出部分が、第１マニホールド３及び第２マニホールド４にそれぞれ設けられた膜モジュール取付け用の開口部３２、４３と嵌合される接続部５１ａとされている。

また、筒状体本体５１は、図５（ｂ）に示すフランジ部５３よりも図示右側にも突出しており、このフランジ部５３よりも突出した部分が、膜モジュール２の合成樹脂被膜２６の端部と接続される接続部５１ｂとされている。

筒状体本体５１の一方の接続部５１ａの外径は、第１マニホールド３及び第２マニホールド４にそれぞれ設けられた膜モジュール取付け用の開口部３２、４３の内径と同一又はやや小径となるように形成されており、他方の接続部５１ｂの外径は、巻回状態の封筒状膜２２の外径と同程度となるように形成されている。従って、接続部５１ｂの外周面から突出するフランジ部５４ａ、５４ｂの外径は、巻回状態の封筒状膜２２の外径よりもやや大きくなるように形成されている。

なお、フランジ部５４ａ、５４ｂの外径は、フランジ部５２、５３の外径よりもやや小さくなるように形成されている。また、本実施形態では、フランジ部５２、５３の外径は合成樹脂被膜２６の外径と同一又は大きく形成されている。

筒状体本体５１の内側には、膜モジュール２の集水管２１の端部を挿通させて支持する環状の支持環部５６が配置されており、この支持環部５６の外周面と筒状体本体５１の内周面との間が、放射状に延びる複数本の連結腕５７によって連結されている。この連結腕５７によって、支持環部５６は接続用筒状体５の中央に筒状体本体５１と同心状に位置している。この支持環部５６の内径は、膜モジュール２の集水管２１の外径とほぼ同一とされている。

連結腕５７は、本実施形態では放射状に６本設けられているが、複数本あればよく、特に限定されない。また、筒状体本体５１と支持環部５６との間で直線状に形成されるものに限らず、曲線状に形成されていてもよい。

この接続用筒状体５は、合成樹脂被膜２６が形成される前のスパイラル膜２０に対して、支持環部５６を集水管２１の外周に嵌合すると共に筒状体本体５１の接続部５１ｂ側の端面を巻回状態の封筒状膜２２の端面に突き当てるようにして、巻回状態の封筒状膜２２の両端部にそれぞれ配置される。このとき、各連結腕５７も巻回状態の封筒状膜２２の端面に当接する。

そして、この状態で、両端部の接続用筒状体５の各フランジ部５３よりも内側の接続部５１ｂと巻回状態の封筒状膜２２の外周とに亘って、前述したように補強用繊維２６ａを巻回すると共に合成樹脂を含浸させ、合成樹脂を固化することによって合成樹脂被膜２６を一体に被覆形成する。合成樹脂被膜２６の端部は、それぞれ接続用筒状体５のフランジ部５３、５４ａ、５４ｂの間に形成される溝部分に食い込むことによって、接続用筒状体５と強固に固着一体化され、水密状態とされる。

これによって各接続用筒状体５と膜モジュール２とは一体化される。膜モジュール２は、集水管２１の一方の閉鎖端部２１ａが、図６に示すように、支持環部５６内に挿入され、他方の開口端部２１ｂが、図７に示すように、支持環部５６内に挿入されることで、両端が接続用筒状体５によって支持された状態となる。各膜モジュール２は、集水管２１の閉鎖端部２１ａ側の接続用筒状体５の筒状体本体５１が第１マニホールド３の開口部３２に対して嵌合し、集水管２１の開口端部２１ｂ側の接続用筒状体５の筒状体本体５１が第２マニホールド４の開口部４３に対して嵌合し、それぞれ接続されるため、合成樹脂被膜２６に対して直接的な荷重負荷を与えることはない。

筒状体本体５１の封筒状膜２２側の端面と連結腕５７の封筒状膜２２側の端面とは面一状となるように形成されているので、各連結腕５７は、巻回状態の封筒状膜２２の端面に対して径方向に沿って当接する。この連結腕５７の当接により、巻回状態の封筒状膜２２は、その軸方向（図６、図７に示す左右方向）のズレ（テレスコープ現象）が防止される。従って、この連結腕５７は封筒状膜２２の軸方向ズレ防止部として機能している。また、接続用筒状体５は、封筒状膜２２の軸方向ズレの発生を防止するための軸方向ズレ防止部材（ＡＴＤ）を兼用している。このため、第１マニホールド３及び第２マニホールド４との接続のための部材の他に軸方向ズレ防止部材を別途設ける必要がなく、部品点数が削減されることにより、コンパクト化、軽量化及び低コスト化を図ることができる。

このように両端部にそれぞれ接続用筒状体５が取り付けられた膜モジュール２と第１マニホールド３との接続は、図６に示すように、接続用筒状体５の筒状体本体５１における接続部５１ａを、第１マニホールド３の開口部３２内に、接着も螺着もせずに、単なる嵌合状態で取り付けることによって行われる。これにより、第１マニホールド３の内部（原水室）と膜モジュール２の内部（原水流路２４）とが、隣接する連結腕５７、５７間を通って連通し、第１マニホールド３から膜モジュール２への原水の流入が可能となる。

また、膜モジュール２と第２マニホールド４との接続も、図７に示すように、接続用筒状体５の筒状体本体５１における接続部５１ａを、第２マニホールド４の開口部４３内に、接着も螺着もせずに、単なる嵌合状態で取り付けることによって行われる。その後、第１マニホールド３と第２マニホールド４とに亘って不図示のボルトが架け渡されることで、両者間に複数本の膜モジュール２を保持した状態で連結される。これにより、第２マニホールド４の内部（洗浄排液室）と膜モジュール２の内部（原水流路２４）とが、隣接する連結腕５７、５７間を通って連通し、膜モジュール２から第２マニホールド４への原水の流出が可能となる。また、膜モジュール２の集水管２１の開口端部２１ｂは、第２マニホールド４内に区画形成された処理水室と接続されることで、処理水を処理水室に排出可能とされる。

このようにして膜モジュール２が接続用筒状体５を介して第１マニホールド３及び第２マニホールド４と接続されるようにしたので、ユニット１は、従来のユニットのような各膜モジュールの耐圧容器としての外装容器がなくなり、ユニット１全体の構成が簡素化されると共に軽量化、低コスト化を図ることができる。

また、膜モジュール２の荷重を、接続用筒状体５の筒状体本体５１（接続部５１ａ）で受けることができ、膜モジュール２の合成樹脂被膜２６に全く荷重集中させることなく第１マニホールド３及び第２マニホールド４と接続することができる。これにより、膜モジュール２と第１マニホールド３及び第２マニホールド４との間の接続状態を長期に亘って安定して維持することができる。

更に、膜モジュール２毎の合成樹脂被膜２６に長さ寸法のばらつきが生じていても、接続用筒状体５の接続部５１ａの各開口部３２、４３への侵入度合によって吸収することができる。また、膜モジュール２毎に合成樹脂被膜２６の外径寸法にばらつきがあっても、合成樹脂被膜２６を第１マニホールド３及び第２マニホールド４に直接接続しないので、膜モジュール２と第１マニホールド３及び第２マニホールド４との間の接続状態に影響を与えることはない。これにより膜モジュール２の寸法精度管理を簡素化することができる。

しかも、熱の影響によって合成樹脂被膜２６に長さ寸法の伸縮が生じても、接続用筒状体５の接続部５１ａが開口部３２、４３内を軸方向に移動することで吸収できるため、ユニット１全体の変形が生じることはない。

このように筒状体本体５１の接続部５１ａが開口部３２、４３内を軸方向に好ましく移動できるようにするため、接続部５１ａのフランジ部５２からの突出長さＡ（図５（ｂ）参照）は、第１マニホールド３及び第２マニホールド４の開口部３２、４３の内周面の壁厚Ｂ（図６、図７参照）よりも十分に大きくすることが好ましい。開口部３２、４３の外側周縁（膜モジュール２側の周縁）と接続用筒状体５のフランジ部５２との間に隙間Ｓが形成するように筒状体本体５１の接続部５１ａを開口部３２、４３内に十分に侵入させて嵌合させることにより、膜モジュール２に軸方向の大きな伸縮が生じても、接続用筒状体５の接続部５１ａが開口部３２、４３内を軸方向に移動することによって十分に緩衝することができる。

第１マニホールド３及び第２マニホールド４の各開口部３２、４３には、図６、図７に示すように、該開口部３２、４３と嵌合した接続用筒状体５の外周（フランジ部５２、５３の外周）を更に覆うように、該開口部３２、４３を囲むように所定高さで突出する筒状フランジ部３３、４４がそれぞれ形成されている。そして、合成樹脂被膜２６の端部から突出している接続用筒状体５のフランジ部５２、５３の間に形成される溝部５５内に、ゴムパッキン等の弾性体からなるシール部材６が装着され、このシール部材６によって、接続用筒状体５の外周面と筒状フランジ部３３、４４の内周面との間がシールされて水密状態とされている。

このように第１マニホールド３、第２マニホールド４にそれぞれ筒状フランジ部３３、４４を形成し、この内面において接続用筒状体５との間のシールを行うようにすることで、接続用筒状体５と第１マニホールド３の開口部３２及び第２マニホールド４の開口部４３との間で水密を確保する必要がない。フランジ部５２、５３の外径は膜モジュール２の合成樹脂被膜２６の外径と同一又は大きく形成されているため、これらフランジ部５２、５３の外側を被覆する筒状フランジ部３３、４４は、自由にその突出高さを設定できる。このため、シール部材６が潰れることによって形成されるシール面積を軸方向に広く確保することができるようになり、より確実なシールを行うことができる。

しかも、シール部材６はフランジ部５２、５３間で保持されることで軸方向に必要以上に潰れることが阻止されるため、シール部材６が許容量以上に潰れてシール効果を損なってしまうようなことは生じない。

また、筒状フランジ部３３、４４が所定高さで突出していることで、合成樹脂被膜２６に軸方向の伸縮が生じることによって接続用筒状体５の接続部５１ａが開口部３２、４３内で軸方向に移動した時に、シール部材６も筒状フランジ部３３、４４の内周面を軸方向に摺動することができ、水密状態を維持することができる。特に、筒状フランジ部３３、４４を合成樹脂被膜２６の外側を覆う程度まで突出させることで、シール部材６が軸方向のいずれの方向に移動しても、シール部材６による確実な水密状態を得ることができる。

このように構成されるユニット１は、処理量に応じて複数ユニット組み合わされることによって各種の水処理に供される。このユニット１によってバラスト水を処理する際は、ユニット１が多数ユニット組み合わされ、船舶内に搭載される。

次に、このユニット１を用いてバラスト水を処理するバラスト水処理装置を構成した場合の処理方法の一例を図８に示す。

この場合の原水Ｗは一般に海水であり、バラストポンプ７０によって船舶内に汲み上げられ、原水吸込み管７１を介して各ユニット１の第１マニホールド３内に供給される。７１ａは原水吸込み管７１に設けられる開閉弁である。

各ユニット１の第２マニホールド４の処理水排出口４１は処理水管７２と接続され、該処理水管７２を介してバラストタンク７４と連通している。７２ａは処理水管７３に設けられた開閉弁である。

また、第２マニホールド４の排液排出口４２は原水流出管（洗浄排液放流管）７３と接続され、該原水流出管７３を介して例えば海へ放流する。７３ａは原水流出管７３に設けられた開閉弁である。

バラスト水の処理は、例えば原水Ｗを各ユニット１に供給して処理水を得る膜処理と膜洗浄を交互に行う。膜処理では、デッドエンド方式による全量ろ過が行われる。この方式は、原水流出管７３に設けられた開閉弁７３ａを閉じ、処理水管７２の開閉弁７２ａを開けて、バラストポンプ７０を始動して原水Ｗを汲み上げ、各ユニット１の第１マニホールド３に供給して、その全量を各膜モジュール２の原水流路２４（図１参照）を通過させることによって行われる。膜処理によって生じた処理水は、処理水排出口４１から処理水管７２に送られ、バラストタンク７４に供給される。

また、バラスト水をバラストタンク７４に移送する漲水時において、上記の全量ろ過と交互に膜面平行流による膜洗浄（この洗浄をクロスフロー方式による膜洗浄といい、単に方式を指称する場合は、クロスフロー方式という場合がある）を行うことが好ましい。このクロスフロー方式は、原水流出管７３に設けられた開閉弁７３ａを開けて、バラストポンプ７０を始動して原水Ｗを汲み上げ、各ユニット１の第１マニホールド３に供給して、各膜モジュール２内の原水流路２４（図１参照）を通過させて排液排出口４２から排出させる。膜モジュール２内を流れる原水Ｗは、膜モジュール２の封筒状膜２２の膜面と平行な流れによって、膜表面の付着物質を剥離させる。排出された付着物質を含む原水（洗浄排液）は、原水流出管７３を介して例えば海へ放流されてもよいし、あるいはその洗浄排液を新たに導入される原水Ｗ側（原水導入口３１）に戻して洗浄排液を濃縮液として循環させてもよい。

上記膜面平行流による膜洗浄の際には、処理水管７２の開閉弁７２ａを開いて、膜洗浄と共に原水Ｗをろ過して処理水を得てもよいし、反対に、開閉弁７２ａを閉じて、処理水を得ないようにしてもよい。

１：水処理用膜モジュールユニット（ユニット）
２：スパイラル膜モジュール（膜モジュール）
２０：スパイラル膜
２１：集水管
２１ａ：閉鎖端部
２１ｂ：開口端部
２２：封筒状膜
２３：透過側スペーサ
２４：原水流路
２５：原水スペーサ
２６：合成樹脂被膜
２６ａ：補強用繊維
３：第１マニホールド
３１：原水導入口
３２：開口部
４：第２マニホールド
４１：処理水排出口
４２：排液排出口
４３：開口部
５：接続用筒状体
５１：筒状体本体
５１ａ、５１ｂ：接続部
５２、５３、５４ａ、５４ｂ：フランジ部
５５：溝部
５６：支持環部
５７：連結腕
６：シール部材
Ｓ：隙間

Claims

集水管と該集水管の外周に巻回された複数の封筒状膜とを有するスパイラル膜における巻回状態の前記封筒状膜の外周に、補強用繊維に合成樹脂を含浸させてなる合成樹脂被膜が一体に被覆形成されていることを特徴とするスパイラル膜モジュール。
請求項１記載のスパイラル膜モジュールと、
前記スパイラル膜モジュールの両端部にそれぞれ配置され、該スパイラル膜モジュールと接続される開口部を有するマニホールドとを備え、
前記スパイラル膜モジュールにおける前記合成樹脂被膜と前記封筒状膜との間と前記マニホールドの内部とで原水の流出入を可能とした水処理用膜モジュールユニットであって、
前記スパイラル膜モジュールは、前記合成樹脂被膜の両端部に、一端が該合成樹脂被膜に接続されると共に他端が前記マニホールドに接続される接続用筒状体を有し、
前記接続用筒状体の他端側が前記マニホールドの前記開口部と嵌合することにより、前記スパイラル膜モジュールと前記マニホールドとがそれぞれ接続されていることを特徴とする水処理用膜モジュールユニット。
前記接続用筒状体は、前記合成樹脂被膜と固着される筒状体本体と、該筒状体本体の内側に、前記スパイラル膜モジュールの前記集水管の端部を挿通させて支持する支持環部と、前記筒状体本体と前記支持環部との間に設けられ、前記スパイラル膜モジュールにおける巻回状態の前記封筒状膜の端面に当接することにより、該封筒状膜の軸方向ズレを防止する軸方向ズレ防止部とを有していることを特徴とする請求項２記載の水処理用膜モジュールユニット。
前記マニホールドは、前記開口部と同心状に前記接続用筒状体の他端側の外周を囲むように所定高さで突出する筒状フランジ部を有し、
前記合成樹脂被膜から突出する前記接続用筒状体の外周面と前記筒状フランジ部の内周面との間がシール部材によって密封されていることを特徴とする請求項２又は３記載の水処理用膜モジュールユニット。
前記原水が船舶バラスト水であることを特徴とする請求項２、３又は４記載の水処理用膜モジュールユニット。