JP3249095B2 - 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、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】

【課題を解決するための手段】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、中空糸膜に垂直な断面の形状が細長いほぼ矩形で
ある固定部材に、近接した状態で小集束体の集合体とし
て固定されており、該固定部材の中空糸膜開口端側に集
水部を形成するためのハウジングを、該固定部材に配設
した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、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の少なくとも片端を開口
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。したがっ
て、図２に示されるように、ハウジングの内部、すなわ
ち中空糸膜の開口端側は、処理水の集水部として機能す
る。集水部に集められた処理水の出口は図２のようにハ
ウジング開口部と対向する面に設けることもできるし、
ハウジングの長手方向の端部に設けることもできる。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、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、ポリスルホン系等の各種
材料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】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。

【００１５】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。

【００１６】本発明の中空糸膜モジュールにおいては、
中空糸膜をＵ字状に集束し、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１
０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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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】また、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るが、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】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００２７】実施例１ ポリエチレン多孔質中空糸膜（ＥＨＦ２７０Ｔ：商品
名、内径２７０μｍ、外径３８０μｍ、三菱レイヨン
（株）製）を８本合糸したものを経糸として用いた編地
を４枚積層した積層体を、１０ｍｍ×３００ｍｍの開口
を有するハウジング内に収納し、この収納部をウレタン
樹脂で振動ポッティング法により硬化固定し図１のよう
な構造の中空糸膜モジュールを作製した。ループを形成
する一本の中空糸膜の長さは７６０ｍｍで、有効濾過面
積は５ｍ² であった。

【００２８】このモジュールを用いて図６に示されるフ
ローにおける排水処理を実施した。中空糸膜モジュール
は、吸引圧力０．２ｋｇ／ｃｍ² 、吸引サイクル（９分
吸引、１分停止）の条件で運転した。なお、爆気槽容量
は８００リットル、ＴＯＣ容積負荷は０．２ｋｇ／ｍ³
・ｄａｙ、ＭＬＳＳは約５０００ｐｐｍであった。

【００２９】３０日間の排水処理を実施した際の中空糸
膜モジュールの濾過流量の測定結果を図７に示した。

【００３０】比較例１ ポリエチレン多孔質中空糸膜（ＥＨＦ２７０Ｔ：商品
名、内径２７０μｍ、外径３８０μｍ、三菱レイヨン
（株）製）を用いて、端部をウレタン樹脂で固め図８の
ような構造の円筒型モジュールを作製した。ループを形
成する一本の中空糸膜の長さ７６０ｍｍ、有効濾過面積
は５ｍ² であった。

【００３１】この円筒型モジュールを用いたことを除い
ては、実施例１と全く同様にして排水処理を行った。中
空糸膜モジュールの濾過流量の測定結果を図９に示し
た。

【００３２】図７と図９の比較から明らかなように、本
発明の中空糸膜モジュールは、円筒型モジュールに比べ
て高汚濁性水の濾過において、高流量、長寿命であるこ
とが判る。

【００３３】

【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、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。

【図７】本発明の中空糸膜モジュールを排水処理に用い
た際の中空糸膜モジュールの濾過流量の測定結果を示す
グラフである。

【図８】比較例１で用いた従来の円筒形中空糸膜モジュ
ールの斜視図である。

【図９】比較例１での中空糸膜モジュールの濾過流量の
測定結果を示すグラフである。

【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60−255155（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−111405（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−304830（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−6824（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−171511（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−171508（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 61/00 - 65/10 C02F 1/44

Claims (3)

(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、中空糸膜に垂直な断面の形状が
   細長いほぼ矩形である固定部材に、近接した状態で小集
   束体の集合体として固定されており、該固定部材の中空
   糸膜開口端側に集水部を形成するためのハウジングを、
   該固定部材に配設したことを特徴とする中空糸膜モジュ
   ール。
2. 【請求項２】 固定部材の長辺の長さが１００〜２００
   ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の中空糸膜モ
   ジュール。
3. 【請求項３】 固定部材の短辺の長さが、３０ｍｍ以下
   であることを特徴とする請求項１又は２記載の中空糸膜
   モジュール。