JP4882173B2

JP4882173B2 - 中空糸膜モジュール

Info

Publication number: JP4882173B2
Application number: JP2001210121A
Authority: JP
Inventors: 龍夫秋本; 久昭藤野; 青児奥村; 哲夫西村
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2000-08-02
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2021-07-11
Also published as: JP2002113333A

Description

【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、さらに詳しくは、懸濁物質を効率的に排出して濾過性能を安定させるようにした中空糸膜モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に中空糸膜モジールは、内圧式の中空糸膜モジュールと外圧式の中空糸膜モジュールとに大別される。そのうち外圧式中空糸膜モジュールは、数百〜数万本の中空糸膜が束ねられた中空糸膜束を筒状のケースに収納し、その中空糸膜束の両端部を樹脂のポッティングによってケース内壁に接着している。また、このように中空糸膜束の両端部をそれぞれポッティングするに当たり、一方のポッティング端部は中空糸膜端を開口させ、他方のポッティング端部では中空糸膜端を封止し、この両ポッティング端部間に挟まれた領域に原水を加圧供給することにより多数本の中空糸膜を透過させ、その濾過水を中空糸膜端が開口したポッティング端部の外側に取り出すようにしている。
【０００３】
特開平９−２２０４４６号公報は、上記外圧式中空糸膜モジュールの一例を示している。この中空糸膜モジュールでは、原水供給口が、上記のように中空糸膜端を樹脂で封止したポッティング端部に複数本の細径の孔を貫通させるように設けられ、このような原水供給口の設置により懸濁物質の排出を良好にすると記載している。
【０００４】
しかしながら、このようにポッティング端部に複数の細径貫通孔を設けるように形成した原水供給口について本発明者らが検討した結果によれば、逆洗処理を行うと、中空糸膜表面から離脱した懸濁物質がドレンと共に上記貫通孔の原水供給口やそれよりも逆洗水流れ方向下流側の空間部を通過するとき、一部がその原水供給口の貫通孔内や空間部に蓄積されやすいことがわかった。すなわち、原水供給口や空間部に懸濁物質の一部が残ってしまうのである。
【０００５】
その結果、逆洗終了後に再び上記空間部および原水供給口を通して原水を供給すると、空間部や原水供給口の貫通孔内に蓄積されていた懸濁物質が、再び濾過域内に押し戻され、中空糸膜束の表面に付着することにより濾過性能を低下させる原因になっていた。このような不具合は、特に濾過水量の増大のためケース内周部の最小横断面積を１５０ｃｍ²以上に大型化し、中空糸膜の充填膜面積を増大する場合に一層顕著になることが判明した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述した従来の問題を解消し、懸濁物質を効率的に排出することにより濾過性能を安定化するようにした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】
上記目的を達成する本発明は、筒状ケース内に中空糸膜束を収納し、該中空糸膜束の一方の端部Ａを中空糸膜端が開口するように樹脂で接着固定すると共に前記筒状ケース内壁に接着し、他方の端部Ｂを中空糸膜端が封止するように樹脂で接着固定すると共に前記筒状ケース内壁に接着した中空糸膜モジュールにおいて、前記端部Ａ，Ｂの間に挟まれた濾過域の筒状ケース側面に、前記端部Ｂに対応して原水供給管に連結可能な原水供給口を、前記端部Ａに対応してエア排出口をそれぞれ設け、かつ前記端部Ｂに該端部Ｂを貫通するエア分散孔兼排水孔を設けたことを特徴とするものである。
【０００８】
上記のように中空糸膜束の両端部Ａ，Ｂ間に挟まれた濾過域の筒状ケース側面に原水供給口を設けたため、その原水供給口の径を十分大きくすることが可能になる。そのため、逆洗時に原水供給口に懸濁物質が蓄積することがなくなり、したがって、逆洗終了後に再び原水を供給した場合に、懸濁物質が濾過域に混入することがなく、良好な濾過性能を安定に維持することができる。
【０００９】
上記逆洗時には、排水の一部が細径の貫通孔から排出することにより、その貫通孔に懸濁物質が蓄積する場合がある。しかしながら、その懸濁物質は、エアレーションフラッシングするときに圧縮エアと共に濾過域に流入すると、エア排出口から一緒に排出されてしまうため、中空糸膜束に蓄積されることはなく、濾過性能を悪化することはない。
【００１０】
上記作用および効果は、筒状ケース内周部の最小横断面積を１５０ｃｍ²以上に大型化して中空糸膜の充填膜面積を増大し、濾過水量を増大するようにした場合であっても同様に達成することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明の実施形態からなる中空糸膜モジュールを例示したものである。
【００１２】
中空糸膜モジュール５０のモジュールケース１は、塩化ビニル樹脂等の樹脂から成形された複数の筒状ケースから組み立てられている。すなわち、モジュールケース１は、中央に長尺の本体ケース１ａを配置し、その両端部に、それぞれ中空糸膜束３の両端の端部３ｅ（Ａ）と端部３ｅ' （Ｂ）とを接着固定する保持ケース１ｂ，１ｂ' が連結され、さらに保持ケース１ｂ，１ｂ' の外側端に、それぞれキャップケース１ｃ，１ｃ' が連結されている。
【００１３】
中空糸膜束３は数百〜数万本の中空糸膜２が集束されたもので、その束ねられた状態でモジュールケース１に収納され、その両端部３ｅ，３ｅ' がそれぞれ樹脂２０によって液密に接着固定され、かつ保持ケース１ｂ，１ｂ' の内壁に接着されている。さらに、このように中空糸膜束３の端部を接着固定した樹脂２０の内側面に、シリコーン等の弾性樹脂２１が積層されている。この弾性樹脂２１により、中空糸膜２と樹脂２０との接着界面に集中する応力が緩和され、中空糸膜２の糸切れが防止されるようになっている。
【００１４】
樹脂２０により液密にポッティングされた中空糸膜束３の端部３ｅ，３ｅ' のうち、上方側の端部３ｅ（Ａ）は各中空糸膜２の端部開口が端部３ｅの外端面に開口しているが、下方側の端部３ｅ' （Ｂ）は各中空糸膜２の端部開口が樹脂で封止されている。この両端部３ｅ，３ｅ' の間に挟まれたケース内領域は、本件中空糸膜モジュール５０の濾過域４になっている。
【００１５】
この濾過域４には、端部３ｅ′に対応してその側の筒状ケース壁面に原水供給口５を設け、また端部３ｅに対応してその側の筒状ケース壁面にエア排出口６を設けている。このエア排出口６は、エアおよびそのエアに同伴するオーバフロー水を排出するものであると共に、濃縮水排出口を兼ねている。原水供給口５が設けられた箇所のモジュールケース１（保持ケース１ｂ′）内面には、その内周を１周に渡り覆うように整流筒１５が設けられ、この整流筒１５に設けられた多数の分散孔１５ａから、原水が均等に濾過域４内へ供給されるようになっている。また、エア排出口６の箇所にも、同様にモジュールケース１（保持ケース１ｂ）の内周面に１周に渡るように整流筒１５が設けられ、濾過処理後に懸濁物質で濃縮された濃縮水またはエアレーションフラッンシング後のエアが、その整流筒１５を介して排出されるようになっている。
【００１６】
端部３ｅ（Ａ）の外側（上方側）には、キャップケース１ｃに囲まれた濾過水取出室７が設けられている。この濾過水取出室７は、中空糸膜束３の端部３ｅ上面が底面となり、多数の中空糸膜２の端部が開口し、この多数の開口から濾過水が濾過水取出室７内に流入する。また、キャップケース１ｃの壁面に濾過水出口８が設けられ、濾過水取出室７内の濾過水（精製水）をモジュールの外側へ送り出すようにしている。
【００１７】
他方、端部３ｅ' （Ｂ）には、濾過域４から外側に貫通する複数の貫通孔１１が設けられ、その外側（下方側）に空室９がキャップケース１ｃ' に囲まれるように設けられている。これら貫通孔１１は端部３ｅ' 内の中空糸膜２と実質的に平行に設けられ、互いに干渉しないようになっている。複数の貫通孔１１はエア分散孔兼排水孔として設けられたもので、エアレーションフラッシングの際には、圧縮エアを濾過域４に吹き込むエア分散孔になり、また原水供給時或いは逆洗時には、濾過域４から生ずるドレンを排出する排水孔になる。
【００１８】
空室９には、キャップケース１ｃ' の側壁に排水口１０が設けられ、また下端の隔壁にエア供給口１２が設けられている。排水口１０は、原水を濾過処理するとき、或いは逆洗操作するとき、空室９に流出したドレンを排水するためのものである。また、エア供給口１２は、エアレーションフラッシングの際に圧縮エアを吹き込むための吹込口である。
【００１９】
上記エア供給口１２には絞り孔１３と逆止弁１４が設けられている。そのうち絞り孔１３は、図３に例示するように、大量の原水を濾過処理するため多数の中空糸膜モジュール５０を並列に連結して使用する場合、エアレーションフラッシング時に、複数の各モジュールにエアの量を均等に分配する作用を行う。絞り孔１３の径は、ここで生ずる圧損が配管での圧損よりも高くなるようにしてあればよく、例えば５ｋＰａ以上、特に１０〜３０ｋＰａ程度高くなるようになっていることが好ましい。
【００２０】
また、逆止弁１４の方は、エア供給方向の流れだけを許容し、排水が空室９側からエア供給口１２側へ逆流するのを阻止する作用をする。
【００２１】
上述した本発明の中空糸膜モジュール５０により原水を濾過処理するときは、原水を原水供給口５から濾過域４内へ加圧供給する。濾過域４に供給された原水は、図２に示すように、中空糸膜束３の各中空糸膜２の表面に多数存在する微細な径（０．０１〜１μｍ程度）の濾過孔２ａを透過し、その時原水中の懸濁物質ｍを外側に残し、水だけを通過させて精製される。多数本の中空糸膜２によって精製された濾過水は、それぞれ中空糸膜束３の端部３ｅへ流れて濾過水取出室７に集められ、さらに濾過水取出室７から濾過水出口８を経てモジュール外へ送り出される。
【００２２】
原水の濾過処理を長時間続けていると、中空糸膜２の表面に懸濁物質ｍが蓄積して濾過性能が低下していく。そのため原水の濾過処理運転の途中に一定のインターバルで逆洗やエアレーションフラッシングを行うことにより、中空糸膜２の表面から懸濁物質ｍを除去し、濾過性能を回復させることができる。
【００２３】
逆洗は、原水供給口５およびエア排出口６を閉鎖し、濾過水出口８から精製水を逆方向に加圧供給し、各中空糸膜２の濾過孔２ａを内側から外側へ通過させることにより、膜表面の懸濁物質ｍを剥離させ、それを貫通孔１１を通して排水口１０から排出する操作である。
【００２４】
また、エアレーションフラッシングは、逆洗工程の前後において、原水供給口５は閉に、エア排出口６は開の状態にし、下部のエア供給口１２から圧縮エアを供給し、複数の貫通孔１１（エア分散孔兼排水孔）から濾過域４に吹き込んでエア排出口６から排出させ中空糸膜束３の各中空糸膜２を揺り動かすことにより、その表面の懸濁物質ｍを剥離させたのち、逆洗水と共に排出口１０から排出する操作である。
【００２５】
上述したように本発明の中空糸膜モジュールによれば、中空糸膜束３の両端部３ｅ，３ｅ′（Ａ，Ｂ）の間に挟まれた濾過域４の筒状ケース側面に原水供給口５を設けているので、逆洗水の排出口１０と原水供給口５とが分離されている。そのため懸濁物質ｍを含む排水が空室９に滞留していたとしても、逆洗終了後に原水供給口５から再び原水を供給するとき、その原水に排水が混入することはなく、濾過性能を安定に維持することができる。
【００２６】
上記逆洗によって、懸濁物質ｍが細径の貫通孔１１内に蓄積されることもあるが、貫通孔１１はエア分散孔兼排水孔であるから、エアレーションフラッシングのとき圧縮エアが貫通孔１１を通過して濾過域４に吹き込まれる際に、懸濁物質ｍも濾過域４に一旦吹き込まれるが、エア／水の混合水と共にエア排出口６から排出されてしまうため濾過域４に残留することはない。したがって、再び原水を濾過処理するときの濾過性能を阻害することはない。
【００２７】
本発明の中空糸膜モジュールによれば、従来の中空糸膜モジュールにおいて濾過性能の低下が顕著であった筒状ケース内周部の最小横断面積が１５０ｃｍ²以上、特に２００ｃｍ²以上に大型化した場合においても、上述した優れた性能を発揮することができる。中でも、濾過処理能率および濾過性能を共に高くするため、中空糸膜の充填率を４０〜７０％にした場合に良好である。中空糸膜の充填率が４０％よりも低い場合には、濾過処理能率が十分に得られず、また７０％よりも高いと、中空糸膜の相互の間隔が密になりすぎて、懸濁物質が各中空糸膜の相互相に溜まりやすくなり、濾過性能が低下する。
【００２８】
なお、本発明において、中空糸膜の充填率は、中空糸膜の横断面の外輪郭面積の合計面積が、筒状ケースの内周部の最小横断面積に占める割合として算出される。ここで横断面積とは、筒状ケースの軸方向に直交する断面をとったときの横断面積であり、最小横断面積とは、筒状ケース内部の横断面積が軸方向に変化するとき、その値が最も小さくなる部分の横断面積のことをいう。
【００２９】
本発明おいて、中空糸膜の素材としては、ポリアクリロニトリル、ポリスルホン、ポリフッ化ビニリデン等の従来から中空糸膜用として公知の重合体をいずれも使用することができる。中でもポリアクリロニトリルやポリフッ化ビニリデンからなり、膜表面の微細孔の径を１μｍ以下、特に０．００５〜０．５μｍにしたものが好ましく、微粒子や懸濁物質を効率よく除去するほか、菌類やウィルスに対しても高い阻止性能を発揮することができる。
【００３０】
中空糸膜束の端部を樹脂のポッティングで接着固定するために使用する樹脂としては、低粘度のエポキシ樹脂が好ましい。さらに具体的には、室温時の粘度が１００〜５，０００ｍＰａ・ｓ、室温下の硬化時間（ポリマーの架橋に要する時間）が４８時間以内であるエポキシ樹脂がよい。このようなエポキシ樹脂により、静置ポッティング法であっても、中空糸膜束の接着固定部にボイドを作ることなく、樹脂を均一充填して接着固定することができる。もちろん、本発明において、遠心ポッティング法により樹脂の充填を行うことを妨げるものではない。
【００３１】
また、中空糸膜束の端部をポッティングした樹脂部の内側には、図１に例示したように弾性樹脂層を積層させることが好ましい。すなわち、中空糸膜と接着樹脂との接着界面に弾性樹脂層を積層すると、その積層により中空糸膜の糸切れを低減することができるからである。この弾性樹脂としてはシリコーンが好ましい。特に、主剤と硬化剤とで硬化する二液硬化性のシリコーンが好ましく、硬化触媒としてチタン系若しくは白金系（要加熱）を使用し、粘度が室温で１００〜５，０００ｍＰａ・ｓ、硬化時間が１〜４８時間であるものを使用するとよい。
【００３２】
本発明の中空糸膜モジュールは、１本だけを単独で使用してもよいが、図３のように、複数本の中空糸膜モジュール５０を並列に連結して使用するようにすることができる。
【００３３】
図３では、複数の列状に並べた中空糸膜モジュール５０の各原水供給口５を１本の原水供給管３０に連結し、この原水供給管３０から原水を各中空糸膜モジュール５０に同時に供給し、また複数の中空糸膜モジュール５０の各濾過水出口８を同様に１本の濾過水出口管３１に連結し、濾過水を同時に取り出すようにしている。圧縮エアのエア供給管３２、ドレンの排水管３３およびエアおよびオーバーフロー水の排出管４８についても同様の構成になっており、それぞれの管３２、３３および４８に複数の中空糸膜モジュール５０の各エア供給口１２、各排水口１０および各エア排出口６を連結するようにしている。
【００３４】
また、本発明において、中空糸膜束３の端部３ｅ（Ａ）の外側に設けた濾過水取出室７は、濾過水取出管を取り外すことなく開閉可能な構成にすることが好ましい。濾過水取出室７を開閉可能にすると、原水の濾過処理中に中空糸膜２の一部が糸切れした場合、その補修作業を中空糸膜モジュールを基台に据え付け状態のままで実施することができ、操業性を向上することができる。
【００３５】
図１の実施形態では、濾過水取出室７の隔壁３４を、キャップケース１ｃとは別体になるようにＯリング３５でシールされた樹脂板３６とステンレス鋼等の金属板３７とから構成し、これら樹脂板３６と金属板３７を割リング３８の係脱により着脱自在にしている。すなわち、割リング３７を外すと、樹脂板３６と金属板３７からなる隔壁３４を簡単に取り外すことができ、また逆に装着することができるようになっている。
【００３６】
したがって、原水の濾過処理中に中空糸膜２のいずれかが糸切れしたとき、モジュールへの原水供給を停止して隔壁３４を外すと中空糸膜束３の端部３ｅの外端面が露出するので、その外端面に開口している中空糸膜２のうち、糸切れした中空糸膜２の開口端だけを樹脂等で封止すれば、簡単に濾過水中に原水が混入しないように補修することができる。また、このような補修作業を、濾過水取出管を取り外さずに、かつ中空糸膜モジュール５０を基台から取り外すことなく、据え付け状態のままで簡単に作業することができる。
【００３７】
また、上記隔壁３４には、必要により吊下げフック３９を固定するとよい。この吊下げフック３９を利用して重機で吊り下げるようにすれば搬送を容易にするため、複数本の中空糸膜モジュール５０を組み付けるとき、或いは運搬車への積卸しなどの作業を容易にすることができる。
【００３８】
このような着脱自在にした隔壁は、図１に示すように、中空糸膜束３の端部３ｅ' 側に設けた空室９の隔壁３４' にも設けることができる。隔壁３４' は、Ｏリング３５' でシールされた樹脂板３６' とステンレス鋼等の金属板３７' とから構成され、これら樹脂板３６' と金属板３７' を割リング３８' の係脱により着脱されるようになっている。
【００３９】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、中空糸膜束の両端部Ａ，Ｂの間に挟まれた濾過域のケース側面に原水供給口を設けているため、原水供給口と逆洗時の排水口とを分離でき、原水が通る部分に懸濁物質が蓄積しないようにすることができる。したがって、逆洗終了後に再び原水を供給した場合、懸濁物質が濾過域に混入することがなく、濾過性能を安定に維持することが可能になる。
【００４０】
また、上記の逆洗により、その貫通孔に懸濁物質が蓄積する場合があるが、その懸濁物質は、エアレーションフラッシングの際に圧縮エアと共に濾過域に流入すると、エア排出口から一緒に排出されてしまうため、中空糸膜束に蓄積されることはなく、濾過性能を悪化することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の中空糸膜モジュールの実施形態を示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）はＸ−Ｘ矢視断面図である。
【図２】中空糸膜による濾過作用を示す説明図である。
【図３】本発明の中空糸膜モジュールを複数本並列に組み立てた場合を示す斜視図である。
【符号の説明】
１モジュールケース
１ａ本体ケース
１ｂ，１ｂ' 保持ケース
１c ，１c' キャップケース
２中空糸膜
３中空糸膜束
３ｅ（中空糸膜束の）端部Ａ
３ｅ' （中空糸膜束の）端部Ｂ
４濾過域
５原水供給口
６エア排出口
７濾過水取出室
８濾過水出口
９空室
１０排水口
１１貫通孔（エア分散孔兼排水孔）
１２エア供給口
１３絞り孔
１４逆止弁
２０樹脂

Claims

筒状ケース内に中空糸膜束を収納し、該中空糸膜束の一方の端部Ａを中空糸膜端が開口するように樹脂で接着固定すると共に前記筒状ケース内壁に接着し、他方の端部Ｂを中空糸膜端が封止するように樹脂で接着固定すると共に前記筒状ケース内壁に接着した中空糸膜モジュールにおいて、前記端部Ａ，Ｂの間に挟まれた濾過域の筒状ケース側面に、前記端部Ｂに対応して原水供給管に連結可能な原水供給口を、前記端部Ａに対応してエア排出口をそれぞれ設け、かつ前記端部Ｂに該端部Ｂを貫通するエア分散孔兼排水孔を設けた中空糸膜モジュール。
前記端部Ａの外側に設けた濾過水取出室を開閉可能にした請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
前記端部Ｂの外側に設けた空室に、絞り孔と逆止弁を備えたエア供給口を接続した請求項１又は２に記載の中空糸膜モジュール。
前記筒状ケース内の最小横断面積が１５０ｃｍ²以上であり、前記中空糸膜の充填率が４０〜７０％の範囲である請求項１〜３のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。