JP3628383B2

JP3628383B2 - 熱水の濾過処理用中空糸膜モジュール及びその製造方法

Info

Publication number: JP3628383B2
Application number: JP17649795A
Authority: JP
Inventors: 信也末吉; 真澄小林; 賢治本城; 勝行矢ノ根
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1995-07-12
Filing date: 1995-07-12
Publication date: 2005-03-09
Anticipated expiration: 2015-07-12
Also published as: JPH0924252A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、汚濁度の高い廃液を濾過するのに適した中空糸膜モジュールに関するものであり、特に高温の汚濁水、有機溶媒、アルカリ性廃液等の濾過に適した中空糸膜モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
汚濁度の高い廃液の濾過処理には、一般的に、容積あたりの膜面積を大きくすることが可能な中空糸膜を使用した、中空糸膜モジュールが用いられている。
しかしながら、複数本の中空糸膜を集積し、中空糸膜の開口端群の形が円形となるように、円筒形容器内に配設固定した円筒型中空糸膜モジュールでは、濾過処理期間が長くなるに従って、中空糸膜間に汚濁物質の堆積が起こり、中空糸膜が固化するため、長期間安定的に汚濁性の高い廃液の濾過処理を行うことが困難である。
【０００３】
本発明者らはこの様な不都合のない中空糸膜モジュールを開発することを目指して検討を行い、特開平５−２６１２５３号公報に示されるような、複数本の中空糸膜を集積し、その開口端群の形がほぼ矩形となるように、複数の中空糸膜を平板状に配列した中空糸膜モジュールを発案した。
この様な形態の中空糸膜モジュールは、円筒型中空糸膜モジュールに比較して、濾液中で中空糸膜をバブリング等の手法によって揺らすことにより、膜表面への汚濁物質の堆積を少なくすることができるため、長期間安定的に汚濁水の濾過処理を行うことが可能であるという大きな利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
中空糸膜集積物の開口端群の形がほぼ矩形となるように、複数本の中空糸膜を平板状に配置した中空糸膜モジュールの端部は、図６に示す如く、基本的に中空糸膜端部が開口状態を保ちながらポッティング樹脂により、濾過された液体が集水される通液部材２に集束固定された構成とされている。
【０００５】
この型の中空糸膜モジュールの製造は、中空糸膜１をウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂によりポッティングした後、中空糸膜端部の開口を行うために端面をカットした樹脂固定部材５と、側面に開口溝を有する通液部材２とを別々に製造し、通液部材２の開口溝から外に中空糸膜が出るように樹脂固定部５と通液部材２とをはめ込み、樹脂固定部材５と通液部材２とを、ウレタン樹脂等により接着固定することにより作られる。
【０００６】
しかしながら、このような方法により製造された中空糸膜モジュールは、樹脂固定部材と通液部材とが異なる材質のものにて構成されているため、ウレタン樹脂によりそれぞれの部材を接着固定した界面を有している。
この中空糸膜モジュールを用いて熱水の濾過処理を繰り返すと、固定部材と通液部材の熱による膨張率の差から、その接着界面に剥離が生じ、液漏れを起こしやすいという不都合があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明はこの様な不都合に鑑のない平型中空糸膜モジュールを開発することを目的として検討した結果、汚濁度の高い液体の濾過処理を行うのに好適であり、長時間の熱水の濾過処理にも耐えうる中空糸膜モジュールを得ることに成功し、本発明を完成した。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨とするところは、複数本の中空糸膜の片端部もしくは両端部の開口端がほぼ矩形となるように、通液部材を構成する樹脂により固定されると共に、通液部材を構成する樹脂と、中空糸膜のみから構成されてなることを特徴とする熱水の濾過処理用中空糸膜モジュールにある。
【０００９】
また、本発明の熱水の濾過処理用中空糸膜モジュールの製造方法の要旨は、開口部を有する分割可能な円筒形の割型内に、その外周面に凹部を有する円柱形チューブを、前記開口部と前記凹部とが一致するように挿入し、開口部から複数本の中空糸膜を、凹部に挿入し、割型とチューブとの間に通液部材を構成する樹脂を注入、硬化させた後に割型とともにチューブを取り外し、通液部材内の凹部に対応する突起部をカットすることにより、中空糸膜端の開口を行うことを特徴とする。
【００１０】
【作用】
本発明の中空糸膜モジュールは、複数本の中空糸膜の片端部もしくは両端部が開口状態を保ち、開口端群の形がほぼ矩形となるように平板状に配列されて通液部材に固定されている。
通液部材は、円管状の形態を有しており、複数の中空糸膜により濾過された液体が、それぞれの中空糸膜の開口端より通液部材内に集水される。
また、中空糸膜は通液部材における開口端群の形がほぼ矩形となるように、平板状に配列されて通液部材に固定される。
【００１１】
本発明の中空糸膜モジュールは、中空糸膜が通液部材に一体的に固定された構造を有する。
本発明の中空糸膜モジュールは、中空糸膜の開口端が、通液部材を構成する樹脂により、通液部材に一体的に固定されており、従来の中空糸膜モジュールの如く、中空糸膜の開口端と通液部材とが、樹脂固定部材を介して接合される構造を取っていない点に大きな特徴を有する。
【００１２】
即ち、本発明の中空糸膜モジュールは図２の断面図に示す如く、通液部材２と中空糸膜１のみから構成されており、通液部材とは材質の異なる中空糸膜の樹脂固定部を有しておらず、よって中空糸膜の樹脂固定部と通液部材との貼り合わ接着せ界面が存在しない。そこで本発明の中空糸膜モジュールは、熱水処理を繰り返し行っても、これら部材の膨張率の差に基づく接着界面の剥離という不都合を起こすことがなく、中空糸膜モジュールを長期間の使用することが可能となるのである。
【００１３】
通液部材を構成する樹脂としては、機械的強度及び耐久性を有するものであれば特に限定されないが、中空糸膜を通液部材中に包埋することを考慮すると、エポキシ系樹脂のような熱硬化性樹脂や、ポリエチレン、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂を用いることができる。
【００１４】
エポキシ系樹脂を用いて作成した本発明の中空糸膜モジュールは、繰り返し熱水の濾過処理を行っても、モジュールの熱劣化が少なく、更にアルカリ廃液等の処理を行った場合にも、モジュールのアルカリ溶液による加水分解等が起こりにくい。また、この型のモジュールは有機溶剤の濾過処理を行った場合にも優れた耐溶剤性を示す。
【００１５】
本発明を実施するに際して、用いるエポキシ系樹脂には、可塑剤を含有させることが好ましい。可塑剤を加えたエポキシ系樹脂を用いて本発明の中空糸膜モジュールを作成すると、中空糸膜を通液部材に固定した後、中空糸膜端部の通液部材への開口を行う際のカット性を、可塑剤未添加のエポキシ樹脂を用いて作成したモジュールに比べて向上させることができるとともに、固定後の中空糸膜とエポキシ系樹脂との耐剥離性を向上させることができる。
【００１６】
また、可塑剤の添加量を調節したエポキシ系樹脂を用いることにより、その際の急激な発熱を抑止できるため、中空糸膜の破損を押さえることができる。
更に、中空糸膜モジュール製造に際して用いる割型、チューブから、中空糸膜モジュールの通液部材を離型する際の離型性も向上する。
【００１７】
本発明に用いる中空糸膜としては、セルロース系、ポリオレフィン系、ポリビニールアルコール系、ポリメチルメタクリレート系、ポリスルホン系等種々の材質の多孔質膜を使用することができるが、モジュールへの加工の容易さ等からはポリオレフィン系中空糸膜を、また、耐熱性の観点からはポリスルホン系中空糸膜が好ましい。
【００１８】
本発明の中空糸膜モジュールは、中空糸膜の片端のみが通液部材に開口状態を保って固定され、他端が封止された構造のものでも、中空糸膜の両端部が開口状態を保って通液部材に固定された構造のものでもよいが、中空糸膜の両端部が通液部材に開口した構造のものの方が、高い濾過速度の中空糸膜モジュールとすることができるので好ましい。
【００１９】
本発明に実施するのに用いる中空糸膜の長さは、中空糸膜モジュールの濾過能力等を考慮して決めるのが好ましく、例えば中空糸膜の両端部に通液部材が配置された中空糸膜モジュールの場合、通液部材間の中空糸膜の長さは、中空糸膜の圧損を考慮すると、１０〜２０００ｍｍ程度が好適である。
【００２０】
また、本発明の中空糸膜モジュールは、多数本の中空糸膜が、通液部材に固定してあるが、中空糸膜集積端面の形がほぼ矩形となるように、平板状に通液部材に固定される。この様な形態の中空糸膜モジュールとすることにより、中空糸膜の被処理液への接触面積が大きく、膜表面への汚濁物質の堆積が起こりにくく、長期間安定的な濾過処理を行うことが可能な中空糸膜モジュールとすることができる。
【００２１】
本発明の中空糸膜モジュールを使用するにあたっては、中空糸膜モジュールを密閉容器内に配設して、被処理液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、活性汚泥槽や沈殿槽に中空糸膜モジュールを浸漬し、通液部を吸引により減圧して、透過した処理水を回収する吸引濾過法を使用することもできる。
特に、中空糸膜モジュールの運転を、周期的に所定期間吸引濾過を停止し、所定期間吸引濾過を繰り返す、いわゆる間欠吸引運転法を採用することにより、膜面堆積物が中空糸膜の細孔内部に入り込むのを効率的に防止することができる。
【００２２】
本発明の中空糸膜モジュールを製造するにあたっては、割型とチューブとを用いる。
割型は、通液部材の外壁面を形成させる部材であり、分割可能な中空の円筒形状を有するとともに、円筒形の軸方向に沿って、外部から中空糸膜を挿入する開口部を有する。
その材質は、特に限定されるものではないが、塩化ビニル樹脂等を用いることができる。
【００２３】
チューブは、通液部材の内壁面を形成させるための部材であり、前記割型の内径より直径の小さい、円柱形状を有し、その外周面の円柱形の軸方向に沿って、中空糸膜を揃えて通液部材に固定する凹部を有する。
チューブを構成する材質は、特に限定されるものではないが、ポリエチレン樹脂等を用いることができる。
【００２４】
まず、割型を閉じて、この割型の内部にチューブを挿入する。割型の内周面とチューブの外周面との間は、通液部材が形成される空間部分であるので、チューブは割型に、同心円状に挿入し、固定する。また、この際チューブの挿入は、割型の開口部方向と、チューブの凹部の方向とが一致するように配設する。
【００２５】
次に割型の開口部から、チューブの凹部に、多数本の中空糸膜の先端部の一端を挿入させる。続いて割型とチューブとの間に、通液部材を構成する樹脂を注入し、この固化を行う。
その後割型を取り除いて割型を開いて取り外すとともに、チューブを取り外し、中空糸膜が通液部材の内部に突出して固化された部分（チューブの凹部に対応して固化された部分）をカットすることにより中空糸膜の開口を行う。
【００２６】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
なお、中空糸膜モジュールの耐熱及び耐圧性能の評価は、下記の方法により測定した。
【００２７】
（１）耐熱性試験
中空糸膜モジュールを、７０℃の熱水に１０分間浸漬した後、２５℃の水に５分間浸漬する。これを１サイクルとして、何サイクルで中空糸膜にリークが発生するかを観察した。
【００２８】
（２）耐久性試験
中空糸膜モジュールを、７０℃の温浴中に浸漬し、３．５ｋｇ／ｃｍ^２で１０秒間の加圧を行い、その後大気圧に戻して１０秒間放置する。これを１サイクルとして何サイクルで中空糸膜モジュールに破損が発生するかの測定を行った。
【００２９】
［実施例１］
図１は、本発明の一実施例である中空糸膜モジュールを示す斜視図である。
本実施例の中空糸膜モジュールは、図３に示す割型と、図４及び図５に示すチューブとを使用して作成した。
【００３０】
割型３は、塩化ビニル樹脂からなり、２つに分割可能な中空の円柱形状を有するとともに、円筒形の軸方向に沿って、外部から中空糸膜を挿入する開口部３１を有している。
チューブ４はポリエチレン樹脂からなっており、円柱形状を有するとともに、その外周面の円柱形の軸方向に沿って、中空糸膜を揃えて通液部材に固定する凹部４１を有する。
【００３１】
まず、割型を閉じてその内部にチューブを同心円状に挿入し、固定部材により固定する。またこの際、チューブの挿入は、割型の開口部方向と、チューブの凹部の方向とが一致するように配設した。
次に、割型の開口部から、チューブの凹部に、多数本のポリエチレン製中空糸膜をラッセル編みした編地で中空糸繊維の先端部を引き揃えた編地の一端を挿入させる。
【００３２】
次に割型とチューブとの間に、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル系エポキシ樹脂（油化シェル（株）製エピコート８３４）を６４重量部と、可塑剤としてポリサルファイド樹脂（東レチオコール（株）製ＬＰ−２）２６重量部とアミン系硬化剤（日本化薬（株）製Ｃ−９５０）１０重量部との混合物とを用いた。
上記組成物を割型とチューブの間に注入した後、常温で２時間静置した後、８０℃で６時間放置して、エポキシ系樹脂を硬化させた。
【００３３】
その後、割型を開いて取り外すとともに、硬化したエポキシ系樹脂管内のチューブを取り除き、中空糸膜が通液部材の内部に突出して固化された部分をカットし、図２の断面図に示す如く中空糸膜が通液部材内部に開口するとともに、通液部材に一体的に固定された本発明の中空糸膜モジュールを得た。
【００３４】
本実施例の中空糸膜モジュールでは耐熱性試験を、１０サイクル繰り返してもリークは発生しなかった。
また、耐久性試験を、４００００サイクル以上行っても中空糸膜モジュールの破損は起きなかった。
【００３５】
［比較例］
通液部材として塩化ビニル樹脂、中空糸膜固定部材としてウレタン樹脂、中空糸膜としてポリエチレン中空糸膜を用い、通液部材と中空糸膜固定部を、ウレタン樹脂により接着固定し、図６の断面図す如き平板状中空糸膜モジュールを作成し、このモジュールを用いて同様の試験を行った。
【００３６】
耐熱性試験では１サイクル目で、固定部材と通液部の界面部分が剥離し、リークを起こした。
また、耐久性試験においては５００サイクル目で固定部材にクラックが発生した。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の中空糸膜モジュールは、中空糸膜が通液部材に一体的に固定されているので、熱水の濾過処理を行っても十分に耐えることができ、また、長期間安定的に濾過処理を行うことが可能である。
また、平型中空糸膜モジュールであるため、汚濁度の高い廃液の濾過処理を行っても、その濾過効率は極めて高いものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の中空糸膜モジュールの一実施例を示す斜視図である。
【図２】図２は実施例１の中空糸膜モジュールの部分断面図である。
【図３】図３は、本実施例の中空糸膜モジュールの作成に用いた割型の斜視図である。
【図４】図４は、本実施例の中空糸膜モジュールの作成に用いたチューブの斜視図である。
【図５】図５は、本実施例の中空糸膜モジュールの作成に用いたチューブの断面図である。
【図６】図６は、従来の中空糸膜モジュールの一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１：中空糸膜
２：通液部材
３：割型
３１：開口部
４：チューブ
４１：凹部
５：樹脂固定部
５１：接着界面

Claims

複数本の中空糸膜の片端部もしくは両端部の開口端がほぼ矩形となるように、通液部材を構成する樹脂により固定されると共に、通液部材を構成する樹脂と、中空糸膜のみから構成されてなることを特徴とする熱水の濾過処理用中空糸膜モジュール。
通液部材が、エポキシ系樹脂にて構成されていることを特徴とする請求項１記載の熱水の濾過処理用中空糸膜モジュール。
開口部を有する分割可能な円筒形の割型内に、その外周面に凹部を有する円柱形チューブを、前記開口部と前記凹部とが一致するように挿入し、開口部から複数本の中空糸膜を凹部に挿入し、割型とチューブとの間に通液部材を構成する樹脂を注入、硬化させた後に割型とともにチューブを取り外し、通液部材内の凹部に対応する突起部をカットすることにより、中空糸膜端の開口を行うことを特徴とする、通液部材を構成する樹脂と、中空糸膜のみから構成される熱水の濾過処理用中空糸膜モジュールの製造方法。