JP3508874B2 - 中空糸膜モジュール組立体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中空糸膜モジュール組
立体に関し、特に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、空気の浄化といった所謂精密
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、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】このような用途に用いる中空糸膜モジュー
ルは、濾過処理時における中空糸膜の目詰まりが大きい
ために、一定時間濾過処理後、空気を送って中空糸膜を
振動させて膜表面を洗浄したり、濾過処理と逆方向に処
理水を通水するなどの膜面洗浄を繰り返し行っている。

【０００４】これらの分野で用いられている中空糸膜モ
ジュールは、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集束して配置した円
筒形タイプのものが殆どであった。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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】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≧５０ｍｇ／
Ｌ、ＴＯＣ≧１００ｍｇ／Ｌ）の濾過処理を行った場合
には、使用に伴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
積が減少し、濾過流量の急激な低下がみられた。

【０００６】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。

【０００７】この問題の解決策として、集束型の中空糸
膜モジュールに換えて、中空糸膜をシート状に配置し、
中空糸膜の片端部或は両端部が、一つ或は異なる二つの
ハウジング内の固定部材でそれぞれ開口状態を保ちつつ
固定されてなる中空糸膜モジュールであって、固定部材
の中空糸膜に垂直な断面の形状がいずれも細長いほぼ矩
形である中空糸膜モジュールが提案されている（特開平
５−２２０３５６号公報）。

【０００８】このようなシート状の平型の中空糸膜モジ
ュールは、中空糸膜を層間隔を設けて均等に配置させる
ことが可能となり、膜面洗浄の際、中空糸膜表面を均等
に洗浄することが極めて容易となるので、これまでのよ
うな濾過効率の低下を抑えることができるなど、高汚濁
性水の濾過に適したモジュールである。

【０００９】このようなモジュールの使用にあたって、
大量の水を処理する場合には、膜面積を広げる必要があ
るが、１個のモジュールで膜面積を広げるには、取扱い
が困難、スクラビング洗浄がモジュール全体に効率良く
行われない、処理槽が必要以上に大きくなるなどの問題
があり、１個のモジュールで無制限に膜面積を大きくす
ることはできない。

【００１０】また、膜面積を増やすために複数のモジュ
ールを並列させて処理槽に装着する場合においても、１
個１個のモジュールをそれぞれ適切な位置に配列、固定
する作業は煩雑であり、更に、各モジュールに対して均
等にエアースクラビングが行えるように配置するのは困
難である。

【００１１】そこで、シート状の平型の中空糸膜モジュ
ールが、集水管を介して濾液を導く導水管を内部に有す
るマニホールドに複数個接続されてなる中空糸膜モジュ
ールが提案されている。このような中空糸膜モジュール
組立体は、大きい膜面積でありながらコンパクトな構造
になっており、且つ、より多くの中空糸膜が直接被処理
水と接触するので、中空糸膜間の固着一体化が防止さ
れ、長期にわたって高い濾過効率を保つことができる。

【００１２】然乍、このような中空糸膜モジュール組立
体を用いて運転・処理を行っている途中で、不慮の事故
によって組立体の中のいずれかのモジュール或は中空糸
膜に損傷が生じた場合、菌類の漏出や急激な除濁性能の
低下が起こり、中空糸膜モジュール組立体全体の機能の
低下、損失を招くことがある。

【００１３】この時点で、組立体そのものを交換するこ
とは、処理コストを大幅に増加させることとなるため好
ましくない。また、組立体中のあるモジュールにおいて
汚れが他のモジュールより著しいことが確認された場
合、そのモジュールだけの洗浄を行うことは非常に困難
である。

【００１４】本発明は、コンパクトなモジュールユニッ
トに大きい膜面積を有し、モジュールユニットの装着、
脱着が容易であり、モジュールユニット内の中空糸膜全
体にスクラビング洗浄が効率よく実施でき、且つ、中空
糸膜やモジュールの損傷があった場合には、該当するモ
ジュールのみを取り除く、更には交換することができる
中空糸膜モジュール組立体を提供することを目的とす
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は次の通り
である。

【００１６】（１）シート状中空糸膜の端部が開口状態
を保った状態で、端部の形状が細長いほぼ矩形となるよ
うに、両端部が固定部材で２本の集水管に固定された中
空糸膜モジュールが、該２本の集水管の両端部にてマニ
ホールドに複数個接続されると共に、該マニホールドの
うち、上方に設けられるマニホールドの内部には濾液を
集める管が設けられてなる中空糸膜モジュール組立体に
於て、該中空糸膜モジュールが、シート面を垂直にし
て、シート間の間隔が５〜６０ｍｍの範囲となるように
横方向に複数並列して配置されると共に、個々の中空糸
膜モジュールがそれぞれ別個に脱着することができるこ
とを特徴とする中空糸膜モジュール組立体。

【００１７】（２）前記マニホールドのうち、下方に設
けられるマニホールドは、前記集水管の片端を閉じてい
る上記１記載の中空糸膜モジュール組立体。

【００１８】以下に本発明を図面に従い詳細に説明す
る。図１は、シート状の平型中空糸膜モジュールを７個
用いて、シート面を垂直に中空糸膜の糸長方向を水平に
し、それぞれのモジュールを集水管開口部において脱着
可能なマニホールドに固定した本発明の中空糸膜モジュ
ール組立体の斜視図である。

【００１９】１は中空糸膜、２は集水管、３、３’はマ
ニホールド、４は導水管、５は濾液取り出し口をそれぞ
れ示している。中空糸膜１は、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、ポリスルフ
ォン系等の各種材料からなるものが使用でき、特にはポ
リエチレン、ポリプロピレンなどの強伸度の高い材質の
ものが好ましい。

【００２０】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
が、除去対象物や容積当たりの膜面積の確保及び中空糸
膜の強度等を考えると、好ましい例としては、孔径０．
０１〜１μｍ、空孔率２０〜９０％、膜厚５〜３００μ
ｍ、外径２０〜２０００μｍの範囲を挙げることができ
る。

【００２１】また、バクテリアの除去を目的とする場合
の孔径は０．２μｍ以下であることが必須となり、有機
物やウイルスの除去を目的とする場合には分画分子量数
万から数十万の限外濾過膜を用いる場合もある。

【００２２】中空糸膜の表面特性としては表面に親水性
基等を持つ所謂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、または
疎水性高分子膜の表面を親水化する方法など公知の方法
が使用できる。

【００２３】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−酢酸ビニル共重合体の鹸化物、ポリビニルピ
ロリドン等を挙げることができる。

【００２４】別の方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ミド等を挙げることが
できる。また、他の方法としては疎水性高分子（例えば
ポリオレフィン）に親水性高分子をブレンドして紡糸製
膜する方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。

【００２５】表面が疎水性の中空糸膜であると、被処理
水中の有機物と中空糸膜表面との間に疎水性相互作用が
働き膜面への有機物吸着が発生し、それが膜面閉塞につ
ながり濾過寿命が短くなる。

【００２６】また、吸着由来の目詰まりは膜面洗浄によ
る濾過性能回復も一般には難しい。恒久親水化膜を用い
ることで有機物と中空糸膜表面との疎水性相互作用を減
少させることができ、有機物の吸着を抑えることができ
る。更に、疎水性膜では使用中のスクラビング洗浄にお
いて、そのバブリングエアーによって乾燥、疎水化が生
じ、フラックスの低下を招くことがあるが、恒久親水化
膜では乾燥してもフラックスの低下を招くことがない。

【００２７】集水管２は平型の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。この集水管２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をしたものである。

【００２８】マニホールド３、３’は平型の中空糸膜モ
ジュールの集水管を固定し、複数のモジュールを並列一
体化する際の固定部材である。モジュールの上方のマニ
ホールド３はそれぞれの集水管から得られた濾液を集め
ることができるようにマニホールドの中央を管が通る構
造になっている。

【００２９】下方のマニホールド３’も複数のモジュー
ルを固定する部材であり、このマニホールド３’をもっ
て集水管の片端を閉じている。なお、本発明の中空糸膜
モジュール組立体は、組立体中の中空糸膜モジュールが
それぞれ個々に取り外すことが可能である。

【００３０】モジュールの取り外し及び交換の際には、
マニホールド３全体をそれぞれの集水管端部より外した
後、取り除くべきモジュールを取り去り、新しいモジュ
ールをそこへ取り付け再びマニホールド３でそれぞれの
モジュールを固定する方法が挙げられる。

【００３１】マニホールド３及び３’は、集水管開口部
との接続が脱着可能でモジュール固定時は集水管と外部
は液密が保たれている。導水管４は、濾液が流れるパイ
プであり、濾液取り出し口５につながる。

【００３２】本発明の中空糸膜モジュール組立体は、缶
体や処理槽をコンパクトにするため並びにエアースクラ
ビングを効率よく行うことを考慮すると、隣接するシー
トの間隔は小さい方が好ましいが、間隔を狭めすぎると
シート間にエアーバブルが通り難くなることが考えられ
る。

【００３３】更に、シート間を等間隔に配設することで
全ての中空糸膜シートに均等なバブリングが行われる。
シート間の間隔は適切な間隔が要求され、その間隔は５
〜６０ｍｍの範囲が適当である。実際にはモジュールの
大きさ、シート枚数、集水管の径、エアースクラビング
等の逆洗条件を考慮してシート間の間隔を選択すること
ができる。

【００３４】本発明の中空糸膜モジュール組立体の使用
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所謂加圧濾過方法
も採用できるが、活性汚泥槽や沈澱槽等に中空糸膜モジ
ュール組立体を配設し、中空糸濾過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。

【００３５】特に周期的に所定時間吸引を停止する、所
謂間欠吸引運転方法を採用することにより、膜面堆積物
が内部の細孔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。

【００３６】間欠吸引の間欠間隔は、被処理水の汚濁度
によって最適範囲は異なってくるため、明確な範囲は規
定できないが、ＭＬＳＳ５０００ｍｇ／Ｌ程度の活性汚
泥を対象にする場合の例としては、吸引時間１〜３０
分、停止時間２秒〜１５分の範囲を望ましい例として挙
げることができる。

【００３７】また、吸引濾過法を採用することにより、
濾過時に処理水を槽内で循環させたり、エアーバブリン
グを行って膜面を洗浄したりすることが行いやすくな
る。特にエアーバブリングによる洗浄方法は、上記に示
したように、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る間欠吸引運転方法と組み合わ
せることによって、より一層の洗浄効果を発揮する。

【００３８】吸引濾過法での被処理水の流れは、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。

【００３９】高汚濁水の濾過においては膜面に多くのｓ
ｓや有機物が堆積する。そのために膜面を水流、エア
ー、振動、超音波等を用いて堆積物を剥離させ洗浄する
必要がある。洗浄を行わない場合には膜面に堆積した有
機物が膜の閉塞の原因となり濾過寿命の低下を招く。

【００４０】具体的な洗浄方法としては、膜面に平行に
水を流す所謂クロスフロー濾過、膜モジュール浸漬槽に
ポンプ又はモーター等で水流を起こす方法、エアーの上
昇流を利用したバブリング法、モジュール自身を振動さ
せる方法、被処理液を超音波により振動させる方法等が
挙げられる。これらの洗浄は、膜面閉塞の進行具合に応
じて、連続的に行っても良いし、断続的に行っても良
い。

【００４１】エアーバブリングによるスクラビング洗浄
を併用しながら運転する場合には、バブリングを行うた
めの散気管が必要となる。適切なエアーバブリングを行
うためには散気管とモジュールの位置関係が重要である
が、モジュールと散気管を別々に固定するのは煩雑な作
業であり、また、運転中にモジュールが移動してしまっ
た場合、運転途中において適切なスクラビング洗浄を行
うことができなくなる問題点がある。

【００４２】この対策として、本発明のモジュールに散
気管を固定一体化することにより、缶体或は処理槽への
装着が容易になり、運転中に適切なスクラビング洗浄が
継続できるようになる。

【００４３】本発明の中空糸膜モジュールは、特に高汚
濁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、工業用水道水の濾過、下排水の固液分
離、排水処理（例えば合併浄化槽での処理）等が挙げら
れる。

【００４４】

【発明の効果】本発明の中空糸膜モジュール組立体は大
きい膜面積でありながらコンパクトな構造になってお
り、且つ、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、長期にわたり高い濾過効率を保
つことが可能である。

【００４５】更に組立体中のモジュールをそれぞれ別個
に取り外すことが可能であるので、中空糸膜或はモジュ
ールの損傷等が生じた場合、該当するモジュールのみを
除去交換することができ、モジュール組立体としての濾
過寿命の低下を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の中空糸膜モジュール組立体の一例を示
す斜視図である。

【符号の説明】

１ 中空糸膜 ２ 集水管 ３、３’ マニホールド ４ 導水管 ５ 濾液取り出し口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古川 智行 愛知県名古屋市東区砂田橋四丁目１番60 号 三菱レイヨン株式会社商品開発研究 所内 (72)発明者 木下 育男 愛知県名古屋市東区砂田橋四丁目１番60 号 三菱レイヨン株式会社商品開発研究 所内 (56)参考文献 特開 平６−342（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−129094（ＪＰ，Ａ) 実開 昭52−100850（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シート状中空糸膜の端部が開口状態を保
   った状態で、端部の形状が細長いほぼ矩形となるよう
   に、両端部が固定部材で２本の集水管に固定された中空
   糸膜モジュールが、該２本の集水管の両端部にてマニホ
   ールドに複数個接続されると共に、該マニホールドのう
   ち、上方に設けられるマニホールドの内部には濾液を集
   める管が設けられてなる中空糸膜モジュール組立体に於
   て、該中空糸膜モジュールが、シート面を垂直にして、
   シート間の間隔が５〜６０ｍｍの範囲となるように横方
   向に複数並列して配置されると共に、個々の中空糸膜モ
   ジュールがそれぞれ別個に脱着することができることを
   特徴とする中空糸膜モジュール組立体。
2. 【請求項２】 前記マニホールドのうち、下方に設けら
   れるマニホールドは、前記集水管の片端を閉じている請
   求項１記載の中空糸膜モジュール組立体。