JP3249094B2 - 中空糸膜モジュール - Google Patents

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、特に汚濁性（殊に有機物の汚濁性）の高い液体
を濾過するのに適した中空糸膜モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、中空糸膜モジュールは、無菌水、
飲料水、高純度水の製造や、空気の浄化といったいわゆ
る精密濾過の分野において多く使用されてきたが、近
年、下水処理場における二次処理、三次処理や、浄化槽
における固液分離等の高汚濁性水処理用途に用いる検討
が様々な形で行われている。

【０００３】しかしながら、これらの分野で用いられて
いる中空糸膜モジュールも、従来の精密濾過の分野にお
いて用いられてきた円形状や同心円状に中空糸膜を収束
して配置した円筒形タイプのものがほとんどであった。
また、改良が施されるとしても、中空糸膜の充填率や充
填形態を変えるだけのものが多かった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の中空糸膜モジュールを用いて高汚濁性水（例
えば、ＳＳ≧５０ｐｐｍ，ＴＯＣ≧１００ｐｐｍ）の濾
過処理を行った場合には、使用に伴ない中空糸膜表面に
付着した有機物等の堆積物を介して、中空糸膜同士が固
着（接着）して一体化されることにより、モジュール内
の中空糸膜の有効膜面積が低下し、濾過流量の急激な減
少がみられた。特に、この現象は円筒形モジュールの中
心部の中空糸膜において著しく、大型のもの程顕著であ
った。

【０００５】また、このようにして中空糸膜同士が固着
して一体化した中空糸膜モジュールを定期的に膜面洗浄
や逆洗を行う場合も、一旦固着一体化したモジュールの
機能回復は容易ではなく、洗浄効率の低下がみられた。

【０００６】本発明の目的は、高汚濁性水の濾過に使用
しても、モジュール内の中空糸膜が固着一体化しにく
く、また、モジュール内に逆洗時の気泡供給手段を有
し、使用により低下した濾過機能の回復処理が容易に、
かつ効率よく実施できる中空糸膜モジュールを提供する
ことにある。

【０００７】すなわち、本発明は、中空糸膜の少なくと
も片端が、その端部を開口状態に保ちつつ、固定部材で
固定されてなる中空糸膜モジュールであって、該中空糸
膜は固定部材において近接した状態で固定された小集束
体の集合体として構成されるとともに、中空糸膜として
疎水性中空糸膜と親水化中空糸膜が配設されており、固
定部材の中空糸膜に垂直な断面の形状が細長いほぼ矩形
であることを特徴とする中空糸膜モジュールである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の中空糸膜モジュー
ルにつき図面を参照しつつより詳細に説明する。

【０００９】図１は、本発明の中空糸膜モジュールの一
例を示す斜視図であり、図２はその断面図である。本発
明の中空糸膜モジュールは、基本的にはハウジング１
と、固定部材２と、２種類の中空糸膜３とを有して構成
される。これらに加え、分散手段４等の各種の付属部材
が付設されてもよい。

【００１０】ハウジング１は、中空糸膜モジュール全体
を支持する部材として機能し、細長いほぼ矩形の開口部
を有する。その材質としては機械的強度および耐久性を
有す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、ポリプロピレン、アクリル樹脂、ＡＢＳ
樹脂、変成ＰＰＥ樹脂等が例示される。使用後に焼却処
理が必要な場合には、燃焼により有毒ガスを出さずに完
全燃焼させることのできる炭化水素系の樹脂を材質とす
るのが好ましい。

【００１１】ハウジング１の開口部は、そこに中空糸膜
を伴って充填固定される固定部材の中空糸膜に垂直な断
面の形状が細長いほぼ矩形となるようなものであること
が必要であり、この矩形の短辺の長さが３０ｍｍ以下と
なることが好ましく、１５ｍｍ以下となることが特に好
ましい。このように、中空糸膜の配設態様を平坦なシー
ト状として展開することで、中空糸膜束全体が一本の棒
状に固着一体化して、中空糸膜の有効膜面積が急激に低
下するのを防止することができる。また、たとえ中空糸
膜同士が固着したとしても、中空糸膜の固着部の厚みは
薄く、中空糸膜がシート状として配設されているので容
易にその固着状態を回復処理することができる。なお、
矩形の長辺の長さについては特に限定はないが、余り短
いと一つの中空糸膜モジュール内に配設できる中空糸膜
の本数が減少するので好ましくなく、一方余り長いと製
造が困難になるので好ましくない。通常、長辺の長さは
１００〜２０００ｍｍ程度とされる。

【００１２】固定部材２は、ハウジング１の開口部に充
填固定され、多数の中空糸膜３の各端部を開口状態を保
ったまま集束して固定するとともに、かつこの中空糸膜
を濾過膜として機能させるために、被処理水と処理水と
を液密に仕切る部材として機能する。固定部材２は、通
常エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタ
ン等の液状樹脂を硬化させて形成される。

【００１３】中空糸膜３としては、疎水性中空糸膜と親
水化中空糸膜の２種類が用いられ、これらが同一のモジ
ュール内に配設される。疎水性中空糸膜および親水化中
空糸膜の材質としては種々のものが使用でき、例えばセ
ルロース系、ポリオレフィン系、ポリビニルアルコール
系、ＰＭＭＡ系、ポリスルホン系等からなるものが使用
できる。ただし、編地への加工のしやすさなどを考える
とポリエチレン等の強伸度の高い材質のものが好まし
い。なお、濾過膜として使用可能なものであれば、孔
径、空孔率、膜厚、外径等には特に制限はない。

【００１４】親水化中空糸膜としては、一次親水化膜お
よび恒久親水化膜のいずれも使用できるが表面に親水基
等を持ついわゆる恒久親水化膜であることが望ましい。
恒久親水化膜の製法としては、ポリビニルアルコール系
のような親水性高分子で中空糸膜を製造する方法、又は
疎水性高分子膜の表面を親水化する方法等公知の方法が
使用できる。例えば親水性高分子を膜面に付与し疎水性
中空糸膜を親水化する際の親水性高分子の例としては、
エチレン−酢酸ビニル系供重合体ケン化物、ポリビニル
ピロリドン等を挙げることができる。別の手法による膜
面親水化の例としては、親水性モノマーの膜面重合方式
があり、このモノマーの例としてはジアセトンアクリル
アマイド等を挙げることができる。また、他の手法とし
ては疎水性高分子（例えばポリオレフイン）に親水性高
分子をブレンドして紡糸製膜する手法を挙げることがで
き、使用する親水性高分子の例としては上述したものが
挙げられる。

【００１５】中空糸膜３を、ハウジング１の細長いほぼ
矩形の開口部に収納するには、中空糸膜を例えば経糸と
して用いて編地としたものを数枚積層した積層体を使用
するのが好適である。従来の円筒型モジュールの場合に
は、綛取りして集束した中空糸膜を円筒型ハウジング内
に収納するのに困難はなかった。しかし、細長い矩形の
開口部に綛取りした中空糸膜を収納するのは困難だが、
編地は容易に収納することができる。また、中空糸膜の
編地の積層に際しては、性能の異る中空糸膜編地を用い
ることもできる。例えば疎水性中空糸膜の編地を親水化
処理された中空糸膜の編地でサンドイッチ状に挟んで積
層したものを用いて中空糸膜モジュールを作製した場合
には、疎水性中空糸膜層を逆洗時の気泡の供給手段とし
て使用することができる。

【００１６】また、編地を数枚積層したものを使用する
代わりに、中空糸膜の編地をジグザグ状に細長く折り畳
んだ（蛇行状に配置した）折り畳み編地を使用してもよ
い。この収納法を採用すると、中空糸膜の充填密度が比
較的低い場合の固定部材への中空糸膜の配設部位の偏在
を防止することができる。

【００１７】本発明の中空糸膜モジュールにおいては、
中空糸膜をＵ字状に束ね、そのＵ字状の中空糸膜が、中
空糸膜の小集束体の集合体として構成されていることが
好ましい。ここで、小集束体とは、以下に規定する状態
を満たす中空糸膜の集りをいうものとする。すなわち、
一つの小集束体に包含される中空糸膜は、そのＵ字形の
根本に当る両固定部が、固定部材において近接した状態
（好ましくは１cm²の範囲内）で固定されており、同一
の小集束体属する中空糸膜とは容易に集束（引き揃え）
することができるが、他の小集束体に属する中空糸膜と
は近傍の他の中空糸膜が邪魔をして集束することが困難
な状態にある。より具体的には、一つの綛に巻き取って
収束した中空糸膜だけを一つのハウジングに収納して固
定した場合には、モジュール内の全中空糸膜は同一の集
束体に包含されていることになる。一方、例えば１０本
の合糸した中空糸膜を緯糸として使用した中空糸膜編地
を用いてこれをハウジングに収納し固定した場合には、
予め合糸されていた中空糸膜の全体が一つの集束体を構
成し、一つの集束体に包含される中空糸膜の本数は１０
本となる。

【００１８】したがって、Ｕ字状の中空糸膜が中空糸膜
の小集束体の集合体として構成されている場合には、中
空糸膜を小集束体毎に集束してこれを他の小集束体から
容易に分離できるので、中空糸膜モジュールの使用に際
して、中空糸膜膜の強制的な均一分散固定が容易に行な
える。小集束体の一つに含まれる中空糸膜の本数は、中
空糸膜の太さにも依存するが、１００本以下であること
が好ましく、５０本以下であることがより好ましい。

【００１９】本発明の中空糸膜モジュールの製造方法
は、特に限定されるものではないが、以下の方法による
のが好ましい。まず、図３に示されるような中空糸膜を
緯糸とする編地を作製する。この具体的な方法について
は、例えば特開昭６２−５７９６５号公報、特開平１−
２６６２５８号公報に開示されている。このシート状の
編地を適当な長さに切断したものを数枚積層する。な
お、ここでいう編地の積層には、編地を切断せずに適当
な長さに折り畳み重ねたものをも包含する。編地の積層
（折り畳み）枚数は、編地の厚さ、すなわち中空糸膜の
太さや編地を編成する際の中空糸膜の合糸本数によって
も変化するが、通常は２〜５枚程度であり、前述した固
定部材の矩形断面の短辺の長さの制限を満たすように構
成するのが好ましい。この編物の積層体の一辺を、細長
いほぼ矩形の開口部を有するハウジング内に収納し、該
収納部を液状樹脂で硬化固定（以下、ポッティングと呼
ぶ）した後、中空糸膜の開口端部が現われるよう硬化樹
脂を切断する。なお、前述したように、中空糸膜を緯糸
とする編地をジグザグ状に細長く折り畳んだ折り畳み編
地を形成し、この折り畳み編地の一辺をハウジングの開
口部に収納してもよい。中空糸膜モジュールの製造にお
いて、液状樹脂を中空糸膜間に隙間なく充填する方法と
しては、一般には遠心力を利用する方法が採用されてい
る。しかし、細長い矩形の開口を有するハウジング内に
中空糸膜をポッティングする場合には、遠心ポッティン
グに用いられるバケット等の形状として大型かつ特殊な
形状のものが要求される。したがって、ハウジングの大
きさや形状に影響されることの少ない、以下に説明する
振動法を用いたポッティングによることが好ましい。す
なわち、中空糸膜の編地をハウジング内に収納し、そこ
に液状樹脂を充填する。その際、従来の中空糸膜モジュ
ールの製造方法の場合と同様に、中空糸膜束の端部を封
止して液状樹脂が中空糸膜の中空部へ侵入しないように
処理した後に行うことは言うまでもない。液状樹脂は、
１０００〜２５００センチポイズ程度の粘度を有するも
のが最適である。液状樹脂が流動性を有している間に、
中空糸膜束と液状樹脂とを収納したハウジングに機械的
振動を与えて樹脂の充填を均一にする。その振動数は、
５００〜１２０００サイクル程度が適当であるが、超音
波領域の振動を付与してもよい。振動法によるポッティ
ングの詳細は、特開平３−１１４５１５号公報に開示さ
れている。このポッティング法を用いることにより液状
樹脂をハウジング内に均一に分散させ、中空糸膜と硬化
樹脂（固定部材）の間の剥離や、固定部材での濾過流体
のリークの発生が防止される。液状樹脂が硬化した後の
端面のカット（中空糸膜の開口端の形成）等は一般的な
中空糸膜モジュールの加工法に準じて実施できる。

【００２０】本発明の中空糸膜モジュールの使用にあた
っては、モジュールを密閉容器に配設して、被処理水を
加圧して中空糸膜を透過させるいわゆる加圧濾過法も採
用できるが、活性汚濁槽や沈澱槽等に中空糸膜モジュー
ルを配設し、中空糸膜を透過した処理水を回収するサイ
ドを吸引する吸引濾過法で使用することが好ましい。特
に、周期的に一時吸引を停止する、いわゆる間欠吸引運
転方法を採用することにより、膜面堆積物が膜面内部へ
入り込むのを効率的に防止することができ、中空糸膜モ
ジュールの機能回復処理頻度を低下させることができ
る。

【００２１】吸引濾過法における被処理水の流れは、中
空糸膜の配設方向（繊維軸方向）に対してほぼ垂直に流
れるようにして、中空糸膜の膜面の洗浄効果をアップさ
せることが好ましい。

【００２２】本発明の中空糸膜モジュールの好ましい使
用方法の一つとして、前述した中空糸膜の小集束体５毎
に、Ｕ字状の頂部の各々を、拡げて保持固定する分散手
段４で保持しつつ濾過を実施する図４に示される態様が
挙げられる。その際、中空糸膜編地を形成した際の経糸
によるＵ字状の頂部の仮固定６をそのまま利用して、Ｕ
字状頂部を分散手段４に係合させる図５に示される態様
が簡便で好ましい。もちろん、仮固定用の編地編成時の
経糸は、中空糸膜モジュールから除去されてもよい。分
散手段４は、中空糸膜モジュールと別途に設けてもよい
し、中空糸膜モジュールに一体化させて配設してもよ
い。また、分散手段は図に示されるようなフック状のも
のに限定されず、仕切分配板を有する棒状形態のもので
もよいし、多数の紐を有し、この紐でＵ字状頂部を縛っ
て固定するようなものでもよい。この分散手段を配設す
ることにより、高汚濁性水の濾過に本発明の中空糸膜モ
ジュールを使用しても中空糸膜の高度な分散性をより長
期間保つことができる。

【００２３】また、本発明の中空糸膜モジュールの好ま
しい使用方法の一つとして、回転体にこのモジュールを
配設してモジュールを回転移動させつつ濾過を実施する
方法が挙げられる。回転体へのモジュールの取り付け方
法としては、モジュールのハウジングを回転体を中心に
して水平方向に放射状に延ばして配設し、中空糸膜はそ
れぞれのハウジングから下方に垂らす態様や、鉛直方向
に配設された回転体を軸にして複数個のモジュールのハ
ウジングがそれぞれ鉛直方向に向くように配設し、これ
ら各モジュールから中空糸膜が水平方向に放射状に延び
る態様が挙げられる。

【００２４】本発明の中空糸膜モジュールは、特に高汚
濁性水の濾過に適しており、具体的な利用分野として
は、河川水の濾過、工業用水濾過、下水の固液分離、排
水処理（例えば合併浄化槽での処理）等が挙げられる。

【００２５】本発明の中空糸膜モジュールの機能回復処
理方法としては、通常のモジュールの場合と同様、逆洗
法が簡便に実施でき、その際に処理水回収側から中空糸
膜モジュールへ空気を送ることにより、疎水性中空糸膜
から中空糸膜モジュール洗浄用の気泡を発生させること
ができる。また、他の機能回復処理方法として、スポン
ジボール等を用いて膜面を物理的に洗浄する方法や、超
音波等を使用する方法がモジュールの物理的形態に起因
して効率的に実施できる。

【００２６】

【発明の効果】本発明の中空糸膜モジュールは、より多
くの中空糸膜が直接被処理水と接触するので、中空糸膜
間への有機物の堆積が抑えられ、中空糸膜間の固着一体
化が防止され、特に高汚濁性水の濾過において、長期に
亘って高い濾過効率を保つことが可能である。また、疎
水性中空糸膜が逆洗時の気泡の供給手段として働くため
洗浄による濾過機能回復処理も効率的に実施できる。

【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例を示す斜視
図である。

【図２】図１のモジュールの断面図である。

【図３】本発明の中空糸膜モジュールの製造に用いるの
に適した中空糸膜編地を示す平面図である。

【図４】本発明の中空糸膜モジュールの使用法の一例を
示す斜視図である。

【図５】本発明の中空糸膜モジュールの使用状態の一例
を示す部分拡大図である。

【図６】本発明の中空糸膜モジュールを排水処理に用い
た際の排水処理フローを示す図である。

【符号の説明】

１ ハウジング ２ 固定部材 ３ 中空糸膜 ４ 分散手段 ５ 小集束体 ６ 仮固定 ７ フック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 星出 明 東京都中央区京橋二丁目３番19号 三菱 レイヨン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−232208（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−106306（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−87702（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−171511（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−171509（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−171508（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−171507（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 1/00 - 71/82 510 C02F 1/44

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空糸膜の少なくとも片端が、その端部
   を開口状態に保ちつつ、固定部材で固定されてなる中空
   糸膜モジュールであって、該中空糸膜は固定部材におい
   て近接した状態で固定された小集束体の集合体として構
   成されるとともに、中空糸膜として疎水性中空糸膜と親
   水化中空糸膜が配設されており、固定部材の中空糸膜に
   垂直な断面の形状が細長いほぼ矩形であることを特徴と
   する中空糸膜モジュール。
2. 【請求項２】 前記小集束体が固定部材において１ｃｍ
   ² の範囲内で近接した状態で固定されてなる請求項１記
   載の中空糸膜モジュール。