JP3909042B2 - 中空糸膜モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液体の濾過を行う中空糸膜モジュールに係り、特に汚濁性（殊に有機物の汚濁物質による）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ものである。
【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数多く使用されてきたが、近年においては、これら中空糸膜モジュールを、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、産業廃水中のｓｓ（浮遊懸濁物質）の固液分離、浄水場における河川水の直接濾過、工業用水道水の濾過、プール水の濾過等高汚濁性水の処理用途に用いる検討が行われている。
【０００３】
高汚濁性水濾過の用途に好適に用いられる中空糸膜モジュールとしては、特開平５−２６１２５３号公報、特開平６−３４２号公報、特開平６−３４０号公報等に示されるような、矩形のハウジング（集水管）を有する中空糸膜モジュールが挙げられる。
これら矩形のハウジングを有する中空糸膜モジュールは、これを複数個結合して中空糸膜モジュールユニットとして高汚濁性水の濾過処理を行う際、そのハウジングを縦方向に支持した状態で、濾過槽内に浸漬し、ユニットの下方に配設した散気管よりエアースクラビング洗浄を行いながら、吸引濾過を行うことにより、長期安定して濾過処理を行うことが可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した公報に記載される中空糸膜モジュールにおいては、図６にそのハウジング部分の断面図を示した如く、その製造は、中空糸膜の端を固定用樹脂により封入固定した後、樹脂をカットすることにより中空糸膜端部を開口させるため、径の大きなハウジングを用いる必要があり、耐圧性が低下するとともに、この中空糸膜モジュールを用いて中空糸膜モジュールユニットに組み立てる際、中空糸膜モジュールの単位堆積当たりの積層率が低下するといった不都合があった。
【０００５】
特に近年においては、ＦＲＰにより成型した浄化槽をマンホール内に配設るケースが増加している。この様な浄化槽は、マンホールの上方からメンテナンスを行うこととなるため、中空糸膜モジュールユニットを用いて濾過処理を行う場合には大きさの制約を受けることとなるため、高い集積率で中空糸膜モジュールを集積させることができる中空糸膜モジュールユニットが必要となる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、これらの不都合に鑑みてなされたものであり、耐圧性が高く、特にマンホール等に配設された浄化槽における濾過処理に好適に用いられる中空糸膜モジュール及びこれを用いた中空糸膜モジュールユニットの提供を目的としてなされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち本発明の要旨は、平面状に展開した複数の中空糸膜の少なくとも一方の端部を開口させ、堰を有するハウジングに設けたスリットに該端部を挿入し、該堰の内部及び該スリットに固定用樹脂を充填し固化させて、該中空糸膜の開口部を塞ぐことなく、該中空糸膜と該ハウジングとを液密に固定する中空糸膜モジュールの製造方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の中空糸膜モジュールの製造方法について詳細に説明する。
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る。
本発明により製造される中空糸膜モジュールは、ハウジング１、固定用樹脂２、中空糸膜３から構成される。
【０００９】
ハウジング１は、筒状の形態を有するとともに、細長いスリット状の開口部を有する。ハウジングの材質としては機械的強度及び耐久性を有するものであれば良く、ポリカーボネート、ポリスルフォン、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、変成ＰＰＥ樹脂等を用いることができる。
中空糸膜モジュールの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事のできる炭化水素系の樹脂を材質とするのが好ましい。
【００１０】
ハウジング１に設けられたスリット６は、外方から中空糸膜を挿入でき、かつ中空糸が潰れない程度の圧着力で中空糸を保持できる幅であることが望ましい。
最適なスリット幅は当然使用する中空糸膜の外径によって異なるが、０．３ｍｍ〜５ｍｍの範囲内とすることが好ましい。
スリット幅が狭く中空糸が挿入しにくい場合には、挿入時にスリットを広げるような手段を併用しても良い。
【００１１】
図１においては、丸パイプ状のハウジングを例示しているが、角パイプ状のハウジングを用いることもできる。
ハウジングは、少なくともその片端が開口した集水口５となっており、中空糸膜モジュールユニットを作成する際には、ハウジングの集水口を、マニホールドに接続し、マニホールドを吸引することにより濾過処理を行う。
この際、ハウジングの両端に集水口を有する構造とし、ハウジングの両端をマニホールドに接続して固定する構造としてもよい。
【００１２】
中空糸膜３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、ポリスルフォン系等の各種材料からなるものが使用できるが、ポリエチレン等の強伸度の高い材質のものを用いることが好ましい。
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。
【００１３】
中空糸膜３をスリットに挿入するためには、中空糸膜をひき揃え挿入していっても良いが、中空糸膜を例えば緯糸として用いて編地としたものを一枚、または編地を数枚積層した積層体を使用するのが加工性の面から好適である。
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、即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５枚程度までが良い。
また、中空糸膜の膜壁の一部分を隣り合う中空糸膜の側壁に接着させた、中空糸膜シート状物を一枚、または複数枚積層したものをスリットに挿入しても良い。
【００１４】
中空糸膜は、スリットからハウジング内に挿入する側の中空糸膜端部を、その挿入前に予めカットして開口させておくことにより、工程数を削減させることができる。
図１に示される如く、中空糸膜の両端部を別々のハウジングに固定した中空糸膜モジュールとする場合や、中空糸膜の両端部を同一のハウジングに固定した中空糸膜モジュールとする場合には、中空糸膜の両端をあらかじめ開口させておく。
【００１５】
中空糸膜の少なくとも一端を、スリットからハウジング内に挿入した後に、図２に示される如く、中空糸膜の固定に用いる粘弾性の比較的高い固定用樹脂を、ハウジングの外方からスリット部分に塗り込んで中空糸膜を開口状態で固定化させることにより、ハウジングと中空糸膜とを液密に固定する。
固定用樹脂２は、中空糸膜間及びスリットに含浸し固化することにより、被処理水と処理水とを液密に仕切り、中空糸膜を濾過膜として機能させることができる。
固定用樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン系充填材、各種ホットメルト樹脂等を用いることができる。
【００１６】
固定用樹脂によるハウジングと中空糸膜との固定は、図３にその断面図を示す如く、堰４を有するハウジングを用いて、堰の内部に固定用樹脂を溜めて固化する方法を用いてもよい。
【００１７】
この様に、予め端部を開口させた中空糸膜をスリットからハウジング内に挿入た後にスリット部分の樹脂固定を行うことにより、従来法において必要であった、ハウジング内部での、中空糸端部開口のための樹脂固定部のカットが必要なく、ハウジングの径を細く設計することができるため、耐圧性を向上させることができる。
また、ハウジングの細径化により、中空糸膜モジュールを積層して中空糸膜モジュールユニットとして使用した際の集積率を高めることができるため、濾過能力が高く、かつコンパクトな中空糸膜モジュールユニットとすることができる。
【００１８】
更に、前述したカットの必要がないため、ハウジングの長さをも長く設計することが可能となり、膜面積の高い中空糸膜モジュールもしくは中空糸膜モジュールユニットとすることができる。
【００１９】
本発明の製造方法による中空糸膜モジュールを使用した中空糸膜モジュールユニットは、前述した中空糸膜モジュールの複数個を、固定具を用いて林立させていっても良いが、図５に示すような複数の開口部を有し、その内部に開口部から流入する濾過水を連通させる導水管を有するマニホールドを用いて、その開口部にハウジングを挿入することにより中空糸膜モジュールを集積させていくと、集積率を高く設計できるとともに、簡便に中空糸膜モジュールの交換を行うことができる。
マニホールドに中空糸膜モジュールを挿入した中空糸膜モジュールユニットの斜視図を図４に示す。
【００２０】
本発明の製造方法による中空糸膜モジュールを用いた中空糸膜モジュールユニットは、中空糸膜モジュールの集積率を高く設計できるため、ユニットの大きさの制限を受ける様な場所での濾過処理、特にマンホール内に配設された浄化槽での濾過処理を好適に行うことができる。
【００２１】
本発明の製造方法による中空糸膜モジュールを用いた中空糸膜モジュールユニットによってマンホール内の浄化槽での濾過処理を行う場合、そのハウジング長を３０ｍｍ〜２０００ｍｍとした中空糸膜モジュールを用いることが好ましい。
ハウジングの直径に関しては、中空糸膜モジュールの集積率（単位容積当たりに充填できる膜面積）を高く採るためには、ハウジング材に要求される強度を持ち、ハウジング内部を流れる流体への抵抗が少なく、加工に大きな支障の無い範囲で、できる限り細いことが好ましく、５〜３０ｍｍの直径を有する中空糸膜モジュールを用いることが好ましい。
ハウジング材の肉厚に関しても上記条件を満たしていれば特に制限はない。
有効中空糸長の範囲は、有効中空糸長が２００〜１０００ｍｍの範囲内にある中空糸膜モジュールを用いると、マンホール内での濾過処理を好適に行うことができる。
【００２２】
本発明の製造方法による中空糸膜モジュールを用いた中空糸膜モジュールユニットによって、例えば５人槽の浄化槽の濾過処理を行う場合、標準的な排水量は１ｍ^３／ｄａｙである。例えば０．２ｍ／ｄａｙ（ｍ^３／ｍ^２・ｄａｙ）の濾過能力を有する中空糸膜を用いた場合には、その膜面積が５ｍ^２のとなるよう、モジュールを集積化し、中空糸膜モジュールユニットの作成を行う。
また、膜洗浄用散気管との現場での位置合わせの手間を省くために、予め中空糸膜モジュールユニットの下方に散気管を取り付けておいても良い。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の中空糸膜モジュールの製造方法は、平面状に展開した複数の中空糸膜の少なくとも一方の端部を開口させ、堰を有するハウジングに設けたスリットに端部を挿入し、堰の内部及びスリットに固定用樹脂を充填し固化させて、中空糸膜の開口部を塞ぐことなく、中空糸膜とハウジングとを液密に固定するので、ハウジングを細く設計することができ、その耐圧性を向上させることができるとともに、中空糸膜モジュールユニットを作成する場合に、中空糸膜モジュールの集積率の高いユニットとすることができる。
さらに、中空糸膜として編み織物とした中空糸膜を用いると、中空糸膜モジュールへの加工を簡易に行うことができる。
【００２４】
また、本発明の中空糸膜モジュールユニットは、前述した中空糸膜モジュールの複数個を、その内部に濾液を導く導水管を有するマニホールドに接続固定したので、耐圧性、濾過処理能力に優れる。
また、その直径が５〜３０ｍｍ、長さが３０〜２０００ｍｍである２つのハウジングに、有効中空糸膜長が２００ｍｍ〜１０００ｍｍとなるよう、中空糸膜の両端部をそれぞれ固定した中空糸膜モジュールを用ることにより、マンホール内に設置された浄化槽内での高汚濁水の濾過処理を好適に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明によって製造される中空糸膜モジュールの一例を示す斜視図である。
【図２】図２は本発明によって製造される中空糸膜モジュールの一例であり、ハウジング部分の断面構造を示す断面図である。
【図３】図３は本発明によって製造される中空糸膜モジュールの、ハウジング部分の断面構造の他の一例を示す断面図である。
【図４】図４は本発明によって製造される中空糸膜モジュールを用いた中空糸膜モジュールユニットの一例を示す斜視図である。
【図５】図５は、本発明によって製造される中空糸膜モジュールを用いた中空糸膜モジュールユニットに用いるマニホールドの一例を示す斜視図である。
【図６】図６は、従来の中空糸膜モジュールの一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１；ハウジング
２；固定用樹脂
３；中空糸膜
４；堰
５；集水口
６；スリット
７；導水管

Claims (4)

1. 平面状に展開した複数の中空糸膜の少なくとも一方の端部を開口させ、堰を有するハウジングに設けたスリットに該端部を挿入し、該堰の内部及び該スリットに固定用樹脂を充填し固化させて、該中空糸膜の開口部を塞ぐことなく、該中空糸膜と該ハウジングとを液密に固定する中空糸膜モジュールの製造方法。
2. 前記端部の挿入時に、前記スリット幅を広げてから前記端部を挿入する請求項１記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
3. 前記ハウジングの直径が５〜３０ｍｍ、長さが３０〜２０００ｍｍである請求項１又は２に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。
4. 前記スリットの幅が０．３ｍｍ〜５ｍｍである請求項１〜３のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールの製造方法。

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