JP4699788B2

JP4699788B2 - 中空糸膜モジュール

Info

Publication number: JP4699788B2
Application number: JP2005100847A
Authority: JP
Inventors: 和久熊見
Original assignee: Daicen Membrane Systems Ltd
Current assignee: Daicen Membrane Systems Ltd
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2025-03-31
Also published as: JP2006281016A

Description

本発明は、各種水処理分野で使用される中空糸膜モジュールに関する。

液出入口を有するケースハウジング内に所要数の中空糸膜束を収容し、ケースハウジング内への液（原水、透過水等）の出入りを前記液出入口のみにより行うタイプの中空糸膜モジュールがあり、このようなタイプのものは、比較的大型のモジュールに適用されることが多い。

しかし、このようなタイプの中空糸膜モジュールを用いて濾過運転するとき、液出入口から逆圧洗浄水等が出入りすることなるため、液出入口に面した位置にある中空糸膜束のみが、逆圧洗浄水等の出入りに伴う圧力を受け続ける結果、複数の中空糸膜束が揺れて、互いに衝突を繰り返すことになる。

中空糸膜束は、外径が１ｍｍ前後〜数ｍｍ程度の中空糸膜を数百〜数千本束ねたものであることから、上記のような衝突を繰り返した場合、断線等の破損が生じることがあり、これを放置しておくと、濾過性能が低下する。

特許文献１は、液の出入口の中空糸膜を保護するための円筒体を取り付け、特許文献２は、液の出入口の中空糸膜を保護するための環状体突起を取り付けたものであり、これらによって中空糸膜の断線等の破損を防止するものである。
特開昭６２−２０４８０４号公報特開昭６２−１４４７０９号公報

本発明は、長期間、濾過運転を継続した場合であっても、中空糸膜の断線等が生じ難い中空糸膜モジュールを提供することを課題とする。

本発明は、課題の解決手段として、
側面に液出入口を有する縦長のケースハウジング内に、所要束数の中空糸膜束が収容された中空糸膜モジュールであり、
前記液出入口の開口面積（Ａ）が、液の最大流量のときに前記液出入口における、液の線速度が１２０cm／sec以下となる面積である、中空糸膜モジュールを提供する。

本発明は、課題の他の解決手段として、
側面に液出入口を有する縦長のケースハウジング内に、所要束数の中空糸膜束が収容された中空糸膜モジュールであり、
前記液出入口と、前記液出入口に正対する前記中空糸膜束との間には空間が存在しており、
前記空間が、液出入口の開口面積（Ａ）の大きさの両端面を有し、前記液出入口と前記中空糸膜束との間隔を高さとする円柱状空間であるとするとき、前記円柱状空間の周面積（Ｂ）が、前記円柱状空間を流れる液の最大流量のときに前記円柱状空間の周面における、液の線速度が１２０cm／sec以下となる面積である、中空糸膜モジュールを提供する。

本発明は、課題の他の解決手段として、前記液出入口の開口面積（Ａ）と前記円柱状空間の周面積（Ｂ）との比率（Ｂ／Ａ）が０．８〜１．５である、請求項２記載の中空糸膜モジュールを提供する。

また、液出入口の開口面積（Ａ）が、線速度が１２０cm／sec以下となる面積であり、かつ円柱状空間の周面積（Ｂ）が、線速度１２０cm／sec以下となる面積であることが好ましい。

本発明において最大流量とは、濾過運転時又は逆圧洗浄時において、液出入口を通過する流量のうち、最大の流量をいう。

本発明の中空糸膜モジュールは、長期間、濾過運転を継続した場合でも中空糸膜の断線等が生じることが防止される。

図１、図２により、本発明の中空糸膜モジュールを説明する。図１は、一般的な中空糸膜モジュールの縦断面図である。図２（ａ）は図１の部分拡大図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）における液出入口１５と正対する中空糸膜束１８との間に存在する空間を説明するための図である。

中空糸膜モジュール１０は、両端が開口した筒状ハウジング１１と、筒状ハウジング１１の両端開口部を覆う上部キャップ１２と、下部キャップ１３とからなるケースハウジングを有している。

筒状ハウジング１１の側面の高さ方向の中央部には、透過液、逆圧洗浄水、濃縮液、原水等の出入口となる液出入口１５が設けられている。なお、液出入口１５の高さ方向における取付位置は制限されるものではなく、上部キャップ１２に近い位置や下部キャップ１３に近い位置に取り付けることもできる。特に、液出入口の端側が接着剤層の端面と隣接する位置にある場合には、中空糸膜が接着剤層の端面のところで切れる可能性が高くなるので、この場合、特に本発明は有効である。

上部キャップ１２には、透過液、逆圧洗浄水、濃縮液、原水等の出入口となる液出入口１６が設けられており、下部キャップ１３には、透過液、逆圧洗浄水、濃縮液、原水等の出入口となる液出入口１７が設けられている。

筒状ハウジング１１内部には、複数本の中空糸膜束１８が収容されている。中空糸膜束１８は、数百から数千本の中空糸膜からなるものであり、中空糸膜束１８の両端部はウレタン樹脂系接着剤等の接着剤層２１、２２で一体化されている。中空糸膜束１８は、保護のためのネットで覆われていてもよい。

図１、図２に示すとおり、液出入口１５（開口部３１ｂ）と、液出入口１５に正対する中空糸膜束１８との間には、円柱状空間３０が存在している。

液出入口１５の開口部３１ｂ（＝開口部３１ａ）の開口面積（Ａ）（図２（ｂ）参照）は、液出入口１５（開口部３１ｂ）を開口部３１ｂに対して垂直方向に通過する液（逆圧洗浄水等）の最大流量のときに、前記方向の線速度が１２０cm／sec以下となる面積であり、好ましくは１００cm／sec以下となる面積であり、より好ましくは９０cm／sec以下となる面積である。

円柱状空間３０は、液出入口１５の開口面積（Ａ）の大きさの両端面を有し、液出入口１５と正対する中空糸膜束１８との間隔（＝筒状ハウジング１１の内周面と中空糸膜束１８との間隔）Ｈを高さＨとする円柱状空間である。このとき、円柱状空間３０の周面３２の周面積（Ｂ）（図２（ｂ）の斜線部分）が、円柱状空間３０の周面３２を周面３２に対して垂直方向に流れる液の最大流量のときに、前記方向の線速度が１２０cm／sec以下となる面積であり、好ましくは１００cm／sec以下となる面積であり、より好ましくは９０cm／sec以下となる面積である。なお、間隔Ｈは、中空糸膜束１８が保護ネットで覆われているときは、筒状ハウジング１１の内周面とネットとの間隔になる。

中空糸膜モジュール１０では、液出入口１５の開口面積（Ａ）と円柱状空間３０の周面積（Ｂ）との比率（Ｂ／Ａ）が、０．８〜１．５が好ましく、０．９〜１．５がより好ましく、１〜１．５が更に好ましい。

上記のとおり、液出入口１５の開口面積（Ａ）とそこを出入りする液の線速度、円柱状空間３０の周面積（Ｂ）とそこを出入りする液の線速度の両方又は一方を関連づけることにより、更には比率（Ｂ／Ａ）を所定範囲に設定することにより、中空糸膜の損傷防止効果を高めることができる。このような中空糸膜の損傷防止効果は、特に液出入口１５が上部キャップ１２又は下部キャップ１３に近接して設けられている場合に顕著に発現される。

中空糸膜モジュールでは、通常、濾過と逆圧洗浄の繰り返しによって中空糸膜が破損しやすいが、本発明の中空糸膜モジュールでは中空糸膜の破損は生じ難い。よって、本発明の中空糸膜モジュールは、濾過と逆圧洗浄を繰り返す用途に最適である。

図１に示す中空糸膜モジュールを作製した。但し、液出入口（ノズル）１５は、その端側が接着剤層２１の端面と隣接するような位置に設けた（図１中の破線で示した位置）。中空糸膜モジュールの詳細を以下に示す。
（筒状ハウジング１１）
長さ１ｍ、外径１６５ｍｍ、内径１５５ｍｍのアクリル樹脂製のものである。
（液出入口１５）
内径３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍ又は６０ｍｍで、高さ（長さ）が５０ｍｍの４種のものである。
（中空糸膜束１８）
外径１２５ｍｍのポリエチレン製ネット又は外径１３５ｍｍのポリエチレン製ネット中に所定本数の中空糸膜を装入したものである。ポリエチレン製ネット（外径１３５ｍｍ）を用いたものは、中空糸膜５５００本を装入し、両端をウレタン樹脂接着剤で固定したもので、中空糸膜の有効長さ９０ｃｍ、有効膜面積１２．４ｍ^２、Ｈ＝１．０ｃｍである。外径１２５ｍｍのポリエチレン製ネットを用いたものは、中空糸膜４７００本を装入し、両端をウレタン樹脂接着剤で固定したもので、中空糸膜の有効長さ９０ｃｍ、有効膜面積１０．６ｍ^２、Ｈ＝１．５ｃｍである。
（中空糸膜）
酢酸セルロース製中空糸膜ＦＵＣ1582（ダイセン・メンブレン・システムズ（株）製）。

このような中空糸膜モジュールを用いて、図３に示す濾過装置にて濾過運転した。図３中、１は原水槽、２は透過液槽、実線はパイプ、Ｐはポンプ、ＡＶはバルブ、Ｆは流量計を示す。

濾過運転は、全量濾過と逆圧洗浄を３０秒ごとに繰り返し、これを１回として行い、ノズル１５に正対する中空糸膜が破断するまでの回数を求めて、耐久性（中空糸膜が破損を生じるまでの回数）を評価した。なお、濾過運転時には、Ｐ_１、ＡＶ_１、ＡＶ_３をＯＮにし、他はＯＦＦにした。逆圧洗浄時には、Ｐ_２、ＡＶ_２、ＡＶ_４をＯＮにし、他はＯＦＦにした。結果を表１に示す。表中、「流量」は逆圧洗浄時の流量である。

表１から、液出入口における液の線速度が１２０cm／sec以下であると、耐久性が高いことが分かる。また、円柱状空間の周面における線速度が１２０cm／sec以下であると、耐久性が高くなる。

中空糸膜モジュールの縦断面図。（ａ）は図１の部分拡大図、（ｂ）は（ａ）の説明図。中空糸膜モジュールを用いた濾過処理装置の概念図。

符号の説明

１０中空糸膜モジュール
１１筒状ハウジング
１２上部キャップ
１３下部キャップ
１５液出入口
１８中空糸膜束

Claims

側面に液出入口（15）を有しており、両端側が上部キャップ（12）と下部キャップ（13）で閉塞された縦長のケースハウジング（11）内に、所要束数の中空糸膜束（18）が収容された中空糸膜モジュール（10）であり、
中空糸膜束（18）の両端側が接着剤層（21，22）を有し、液出入口（15）が、その端が上部キャップ（12）側の接着剤層（21）の端面又は下部キャップ（13）側の接着剤層（22）の端面と隣接するような位置に設けられており、
前記液出入口（15）と、前記液出入口（15）に正対する前記中空糸膜束（18）との間には空間が存在しており、
前記液出入口の（15）開口面積（Ａ）が、液の最大流量のときに前記液出入口（15）における、液の線速度が１２０cm／sec以下となる面積であり、
前記空間が、液出入口（15）の開口面積（Ａ）の大きさの両端面を有し、前記液出入口（15）と前記中空糸膜束（18）との間隔を高さとする円柱状空間（30）であるとするとき、前記円柱状空間（30）の周面積（Ｂ）が、前記円柱状空間（30）を流れる液の最大流量のときに前記円柱状空間（30）の周面における、液の線速度が１２０cm／sec以下となる面積であり、
前記液出入口（15）の開口面積（Ａ）と前記円柱状空間（30）の周面積（Ｂ）との比率（Ｂ／Ａ）が０．８〜１．５である、中空糸膜モジュール。
側面に液出入口（15）を有しており、両端側が上部キャップ（12）と下部キャップ（13）で閉塞された縦長のケースハウジング（11）内に、所要束数の中空糸膜束（18）が収容された中空糸膜モジュール（10）であり、
液出入口（15）が、開口径が４０ｍｍ又は５０ｍｍであり、筒状ハウジング（11）の側面の高さ方向の中央部に設けられており、
前記液出入口（15）と、前記液出入口（15）に正対する前記中空糸膜束（18）との間には空間が存在しており、
前記液出入口の（15）開口面積（Ａ）が、液の最大流量のときに前記液出入口（15）における、液の線速度が１２０cm／sec以下となる面積であり、
前記空間が、液出入口（15）の開口面積（Ａ）の大きさの両端面を有し、前記液出入口（15）と前記中空糸膜束（18）との間隔を高さとする円柱状空間（30）であるとするとき、前記円柱状空間（30）の周面積（Ｂ）が、前記円柱状空間（30）を流れる液の最大流量のときに前記円柱状空間（30）の周面における、液の線速度が１２０cm／sec以下となる面積であり、
前記液出入口（15）の開口面積（Ａ）と前記円柱状空間（30）の周面積（Ｂ）との比率（Ｂ／Ａ）が０．８〜１．５である、中空糸膜モジュール。