JP4934978B2 - Hollow fiber membrane module - Google Patents
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Description
本発明は、上水処理用途などに好適に用いられる浸漬型中空糸膜モジュールに関し、さらに詳しくは、当該浸漬型中糸膜モジュールの内部欠陥を発生させず、中空糸膜束の偏りを抑え、かつ生産効率向上に好適な浸漬型中空糸膜モジュールを提供することにある。 The present invention relates to a submerged hollow fiber membrane module suitably used for water treatment applications and the like, and more specifically, does not generate internal defects of the submerged medium yarn membrane module, suppresses the bias of the hollow fiber membrane bundle, An object of the present invention is to provide a submerged hollow fiber membrane module suitable for improving production efficiency.
従来から、上水用の浸漬型中空糸膜モジュールは、上水用、産業水用途などに広く利用されており、幾多の実施形態と多種多様の用途が広く知られている。一般に浸漬型中空糸膜モジュールは、例えば特許文献1にも示され、図7に示すように、透水可能な開放型の筒状ケース3内に複数本の中空糸膜2を収納して構成されている。
Conventionally, submerged hollow fiber membrane modules for clean water have been widely used for clean water and industrial water applications, and many embodiments and a wide variety of applications are widely known. In general, the immersion type hollow fiber membrane module is also disclosed in, for example,
図7に示す浸漬型中空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜2の一方の端部(上端部)は、端面が開口された状態で筒状ケース3に樹脂4で固定され、一方、中空糸膜2の他方の端部(下端部)は、端面が閉塞された状態で筒状ケース3に樹脂4で固定されている。これらの浸漬型中空糸膜モジュールを用いる場合、通常、垂直に配置し、上部キャップ5の流入口から吸引しながら、原水(被処理水)を開放型の筒状ケース3から投入し、中空糸膜を透過し中空部に達した濾過水を上部のキャップ5から外部に取り出している。このとき、濾過を進行させると、中空糸膜外表面に原水中の懸濁物質が付着し濾過抵抗が大きくなり膜透過流速(FLUX)が徐々に低下する。そこで、濾過抵抗を元の低い状態に回復させるため、原水の供給を停止し、濾過水を上キャップ5側から所定量供給するいわゆる逆洗を行うと共に、下部に設けられた流入口7から空気を吹き込んでエアースクラビングを行い、懸濁物質を落脱せしめ下キャップ6や筒状ケース3の開口部から筒状ケース内の水と共に外部へ排出する。
In the immersion type hollow fiber membrane module shown in FIG. 7, one end portion (upper end portion) of the
通常、浸漬型中空糸モジュールは中空糸膜束の少なくとも片端部を樹脂で接着固定するとともに前記ケース内面に接着した構成になっているため、濾過工程時やエアースクラビング時に液流動により揺れを生じた中空糸膜と筒状ケース内面との擦過が大きく、糸損傷が発生しやすくなる。さらに筒状ケースの壁面は、ネットや格子状の開放型の筒状ケースで、実質的に中空糸膜が外部に露出しているため、運搬時や据付時に筒状ケースや中空糸膜を損傷させる問題があった。 Usually, the immersion type hollow fiber module has a structure in which at least one end portion of the hollow fiber membrane bundle is bonded and fixed with a resin and bonded to the inner surface of the case. Scratching between the hollow fiber membrane and the inner surface of the cylindrical case is large, and yarn damage is likely to occur. Furthermore, the wall surface of the cylindrical case is an open cylindrical case with a net or lattice, and the hollow fiber membrane is substantially exposed to the outside, so that the cylindrical case and the hollow fiber membrane are damaged during transportation and installation. There was a problem to make.
また、この中空糸膜モジュールを水平において回転させながら接着する遠心接着法により製造する場合には、中空糸膜束自身の自重で中空糸束がケースの下方に偏って接着されたり、中空糸膜がケース内壁面近傍に孤立して接着され、モジュール運搬時の衝撃や使用時の液流動により糸切れが発生したり、運転時に供給される原水やエアースクラビング時のエアーの流れが不均一になり、部位によって膜の濾過性能が大きく異なり、濾過性能の低下をきたすという問題が発生する。
本発明は、上述した従来の問題を解消し、安価で製作が容易な中空糸膜モジュールを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a hollow fiber membrane module that solves the above-described conventional problems and is inexpensive and easy to manufacture.
本発明は前記目的を達成するものである。すなわち本発明は、
(1)複数本の中空糸膜が開放型の筒状ケース内に配置され、該筒状ケースの端部には端筒が配置され、前記端筒は、筒状ケースの外径よりも大きい内径の筒状の第1部分と、該第1部分の筒状ケース長手方向の外側に前記筒状ケースの内径よりも小さい内径であって前記第1部分に連続する筒状の第2部分とからなり、かつ、前記複数本の中空糸膜および前記筒状ケースは前記端筒の内部で、樹脂により前記端筒に固定されていることを特徴とする中空糸膜モジュール。
The present invention achieves the above object. That is, the present invention
(1) A plurality of hollow fiber membranes are arranged in an open cylindrical case, an end cylinder is arranged at an end of the cylindrical case , and the end cylinder is larger than an outer diameter of the cylindrical case A cylindrical first portion having an inner diameter , and a cylindrical second portion that is smaller than the inner diameter of the cylindrical case on the outer side of the cylindrical case in the longitudinal direction of the first portion and that is continuous with the first portion. The hollow fiber membrane module comprising the plurality of hollow fiber membranes and the cylindrical case fixed to the end tube by a resin inside the end tube .
(2)前記端筒の第1部分の円周上に、貫通孔を有してなることを特徴とする(1)に記載の中空糸膜モジュール。
(2) The hollow fiber membrane module according to (1), wherein a through-hole is provided on a circumference of the first portion of the end tube.
(3)前記端筒の第2部分の内周面の稜部が、前記端筒の中心軸方向に凸の曲面形状で構成されていることを特徴とする(1)または(2)に記載の中空糸膜モジュール。
(3) The ridge portion of the inner peripheral surface of the second portion of the end tube is configured by a curved surface shape that is convex in the central axis direction of the end tube. (1) or (2) Hollow fiber membrane module.
(4)前記端筒の第2部分の内周面の稜部が、実質的に前記端筒の中心軸上に頂点を有する円錘の側面の一部で構成されていることを特徴とする(1)または(2)に記載の中空糸膜モジュール。
(4) The ridge portion of the inner peripheral surface of the second portion of the end tube is substantially constituted by a part of a side surface of a cone having a vertex on the central axis of the end tube. The hollow fiber membrane module according to (1) or (2) .
(5)前記端筒の第1部分の内周面が、前記筒状ケースが延在する方向に向かってその内法が拡大するテーパ形状の面であることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
(5) the inner peripheral surface of the first portion of said end tube, characterized in that said tubular case is a surface tapered to expand its clear width in the direction extending (1) - ( The hollow fiber membrane module according to any one of 4) .
請求項1に記載の発明によれば、キャップと接続する第1部分と、第1部分に連続する第2部分とからなる端筒において、第2部分の内周面が、筒状ケース内周面よりも内側にあるので、中空糸膜が筒状ケースと接触しないように集束することができ、濾過工程時やエアースクラビング時に液流動により揺れを生じた中空糸膜が筒状ケースに擦過することを軽減でき、糸損傷を発生させることがない。また、端筒の第1部分の内周面が筒状ケース外周面よりも外側にあるので筒状ケースや中空糸膜同士を接触させることなく運搬や据付を行うことができる。また、ポッティング時に上記端筒が樹脂により筒状ケースと一体化することができ、後工程で端筒を取り付けるといったような手間が省け加工工程を簡略化できる。
According to the first aspect of the present invention, in the end cylinder composed of the first part connected to the cap and the second part continuous to the first part, the inner peripheral surface of the second part is the inner periphery of the cylindrical case. Since it is inside the surface, the hollow fiber membrane can be focused so that it does not come into contact with the cylindrical case, and the hollow fiber membrane that has been shaken by liquid flow during the filtration process or air scrubbing rubs against the cylindrical case This can be alleviated and does not cause yarn damage. Moreover, since the inner peripheral surface of the 1st part of an end cylinder exists on the outer side rather than a cylindrical case outer peripheral surface, it can convey and install, without making a cylindrical case and hollow fiber membranes contact. Further, the end cylinder can be integrated with the cylindrical case by resin at the time of potting, and it is possible to simplify the machining process by eliminating the trouble of attaching the end cylinder in a subsequent process.
また、端筒の第2部分が中空糸膜束を筒状ケースより中央方向へ集束して密集させるので、中空糸膜モジュールを水平において回転させながら接着する遠心接着法により製造する場合でも、中空糸膜束自身の自重で中空糸膜束がケースの下方に偏って接着されたり、中空糸膜がケース内壁面近傍に孤立して接着されたりすることがなくなる。これにより、モジュール運搬時の衝撃や使用時の液流動により糸切れが発生せず、水やエアーの流れを比較的均一にでき、濾過性能や洗浄性能を向上できる。
In addition, since the second portion of the end tube converges the hollow fiber membrane bundle in the central direction from the cylindrical case, the hollow fiber membrane module is hollow even when manufactured by the centrifugal bonding method in which the hollow fiber membrane module is bonded while rotating horizontally. The hollow fiber membrane bundle is not biased and adhered to the lower part of the case by its own weight, and the hollow fiber membrane is not adhered to the vicinity of the inner wall surface of the case. As a result, thread breakage does not occur due to impact during module transportation or liquid flow during use, the flow of water or air can be made relatively uniform, and filtration performance and cleaning performance can be improved.
請求項2に記載の発明によれば、端筒の第1部分の円周上に貫通孔を設けることで、ポッティング時には封止剤としての樹脂注入孔として使用でき、さらに濾過運転時には原水の流入孔として兼用することができる。
According to the second aspect of the present invention, by providing a through hole on the circumference of the first portion of the end tube , it can be used as a resin injection hole as a sealant during potting, and further, inflow of raw water during filtration operation It can also be used as a hole.
請求項3、4に記載の発明によれば、端筒の第2部分の内周面の稜部を、端筒の中心方向に凸の曲面形状とするか、端筒の中心軸上に頂点を有する円錘の側面の一部とすることで中空糸膜束挿入時に中空糸膜への損傷を防ぐことができる。
According to the third and fourth aspects of the present invention, the ridge portion of the inner peripheral surface of the second portion of the end tube is formed into a curved shape that is convex in the center direction of the end tube, or the apex on the center axis of the end tube When the hollow fiber membrane bundle is inserted, damage to the hollow fiber membrane can be prevented.
請求項5に記載の発明によれば、端筒を筒状ケースに取り付ける際にスムーズに挿入でき、組立てを容易なモジュールとすることができる。
According to invention of
本発明に係る中空糸膜モジュールを、以下、上水濾過に用いられる浸漬型中空糸膜モジュールを例にとって説明する。なお、本発明は、上水用の浸漬型中空糸膜モジュールに限定されるものでなく、産業用水、下水用など中空糸膜モジュールにも適用することができる。 The hollow fiber membrane module according to the present invention will be described below by taking an immersion hollow fiber membrane module used for water filtration as an example. In addition, this invention is not limited to the immersion type hollow fiber membrane module for clean water, It can apply also to hollow fiber membrane modules, such as for industrial water and sewage.
先ず、本発明の中空糸膜モジュールの構成について、図を参照しながら説明する。図1は本発明の浸漬型中空糸膜モジュールの概略縦断面図、図2は図1の端筒10近傍の部分拡大図である。
First, the structure of the hollow fiber membrane module of this invention is demonstrated, referring a figure. FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of an immersion type hollow fiber membrane module of the present invention, and FIG. 2 is a partially enlarged view of the vicinity of the
浸漬型中空糸膜モジュール1は、図1に示すように原水が通水可能な開放系である筒状ケース3の両端部に端筒10a、10bを有し、該端筒を有する筒状ケース3に複数本の中空糸膜2を収納し、中空糸膜2の両端部を上方の端部は、端面を開口状態としつつ、筒状ケース3の両端に端筒10aと共に樹脂4で液密に固定し、下方の端部は中空糸束内部に空気を導入できる構造を有し、端筒10bと共に樹脂4で液密に固定している。
As shown in FIG. 1, the submerged hollow
そして、筒状ケース3の上部の端筒10aに濾過液出口9を有する上キャップ5を、筒状ケース3の下部の端筒10bにはエアーの流入口8を有する下キャップ6を液密に接続している。なお、液密にする手段として特に限定しないが、パッキンを挟み込みサニタリクランプなどで取り付ければよい。下キャップ6の流入口8には、エアー源に接続したエアー導入バルブ(図示せず)と排水路に接続した第1排水バルブ(図示せず)を接続している。また上キャップ5の濾過液出口9には、濾過液導出路に接続した吸引ポンプ(図示せず)と濾過液バルブ(図示せず)を接続している。
The
筒状ケース3や端筒10a,10bの材質としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等のポリオレフィンやポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、4フッ化エチレンパーフルオロアルコキシエチレン共重合体(PFA)、4フッ化エチレン6フッ化プロピレン共重合体(FEP)、4フッ化エチレンエチレン共重合体(ETFE)、3フッ化エチレン樹脂(PCTFE)、エチレンクロロトリフロロエチレン(ECTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等のフッ素系樹脂、そしてポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等の塩素樹脂、さらにポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアリルスルホン樹脂、ポリフェニルエーテル樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体樹脂(ABS)、アクリロニトリル-スチレン共重合体樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂などが単独もしくは混合で用いられる。また、樹脂以外ではアルミニウム、ステンレス鋼などが好ましく、さらに、樹脂と金属の複合体や、ガラス繊維強化樹脂、炭素繊維強化樹脂などの複合材料を使用してもかまわない。また、筒状ケース3の形状はネット状、格子状など通水が可能で、中空糸膜に原水が供給されるような構造であればよい。
Examples of the material of the
中空糸膜2の素材は特に限定されず、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−ビニルアルコール共重合体、セルロース、酢酸セルロース、ポリフッ化ビニリデン、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレンなどが挙げられ、また、これらの複合でもかまわない。
The material of the
中空糸膜2、筒状ケース3、および端筒10を該端筒10の内部で固定する樹脂4としては、エポキシ樹脂やポリウレタン樹脂が例示される。
Examples of the
次に、図1に示す中空糸膜モジュールの使用手順について説明する。 Next, the procedure for using the hollow fiber membrane module shown in FIG. 1 will be described.
まず、原水を濾過する工程においては、エアー導入バルブと第1排水バルブを閉じ、濾過液バルブを開けた状態で吸引ポンプを駆動し、中空糸膜モジュール1を囲う浸漬タンク(図示せず)に満たされた原水を筒状ケース3から流し込み、濾過液を濾過液出口9から濾過液導出路に導出する。
First, in the process of filtering the raw water, the suction pump is driven with the air introduction valve and the first drain valve closed and the filtrate valve opened, and the soaking tank (not shown) surrounding the hollow
このとき、図1に示す中空糸膜モジュールと同様に濾過を進行させるに従い中空糸膜外表面に原水中の懸濁物質が付着し濾過抵抗が大きくなり膜透過流速が低下する。そこで、逆洗とエアースクラビングを行う。 At this time, as the filtration proceeds as in the hollow fiber membrane module shown in FIG. 1, suspended substances in the raw water adhere to the outer surface of the hollow fiber membrane, the filtration resistance increases, and the membrane permeation flow rate decreases. Therefore, backwashing and air scrubbing are performed.
逆洗は、吸引ポンプを停止し、第1排水バルブを閉じ、濾過液バルブを所定時間開け、中空糸内部から逆に水を透過せしめる。 In backwashing, the suction pump is stopped, the first drain valve is closed, the filtrate valve is opened for a predetermined time, and water is allowed to permeate from the inside of the hollow fiber.
また、エアースクラビングは、吸引ポンプを停止し、第1排水バルブと濾過液バルブを閉じ、エアー導入バルブを所定時間開け、中空糸膜モジュール1内にエアーを導入する。
In the air scrubbing, the suction pump is stopped, the first drain valve and the filtrate valve are closed, the air introduction valve is opened for a predetermined time, and air is introduced into the hollow
このように、逆洗とエアースクラビングを行った後排水を行うが、排水時には、吸引ポンプを停止し、第1排水バルブおよび、浸漬タンクに設けられた処理水出口から浸漬タンクの外部に排出する。 In this way, drainage is performed after backwashing and air scrubbing, but at the time of drainage, the suction pump is stopped and discharged from the first drain valve and the treated water outlet provided in the immersion tank to the outside of the immersion tank. .
以上説明してきた本発明でいう端筒とは、中空糸膜と筒状ケースを離間させ、接触しないようする機能をもつスリーブを意味する。ここでスリーブとはキャップや配管を接続するコネクターを意味する。前記端筒は、筒状ケースの外径よりも大きい内径の筒状の第1部分と、該第1部分の筒状ケース長手方向の外側に前記筒状ケースの内径よりも小さい内径であって前記第1部分に連続する筒状の第2部分を備えていることを必要とする。ここで、端筒の第1部分の内径20、端筒の第2部分の内径17とは、端筒の両底面部のうち、第1部分に属する側の内径を端筒の第1部分の内径20、第2部分に属する側の内径を端筒の第2部分の内径17とそれぞれ定義する(図2参照)。なお、中空糸膜と筒状ケースを離間でき、濾過工程時やエアースクラビング時に液流動により揺れを生じた中空糸膜が筒状ケースに擦過することを軽減でき、糸損傷を発生させることがなく、筒状ケースや中空糸膜同士を接触させることなく運搬や据付を行うことができ、かつ、ポッティング時に上記端筒が樹脂により筒状ケースと一体化することができる、という本発明の効果を十分に発現させるためには、端筒の第2部分において、端筒の第2部分の内周面の全てが筒状ケース内周面よりも内側にあり、かつ、端筒の第1部分において、端筒の第1部分の内周面の全てが筒状ケース外周面よりも外側にあることが好ましい。
The end cylinder in the present invention described above means a sleeve having a function of separating the hollow fiber membrane and the cylindrical case so as not to contact each other. Here, the sleeve means a connector for connecting a cap or piping. Said end sleeve has a larger inner diameter tubular first portion than the outer diameter of the cylindrical case, a smaller inner diameter than the inner diameter of the tubular casing outside the cylindrical case longitudinal first portion It is necessary to provide a cylindrical second portion that is continuous with the first portion . Here, the
かかる端筒の形状については、第2部分12の開口(内径17)は、例えば筒状ケース3の全長が1m、外径150mmの場合、筒状ケースの開口(内径18)よりも半径方向に4〜40mm内側(端筒の中心軸方向)の範囲内にあることが好ましい。より好ましくは、10〜20mmの範囲内とすることである。かかる範囲内にすることにより、濾過工程時やエアースクラビング時に液流動により揺れを生じた中空糸膜が筒状ケースに擦過することをより低減でき、かつ、中空糸膜束挿入面積も大きくとれるので、膜の充填率を高くすることができるからである。第1部分11の開口(内径20)は、筒状ケースの断面の外周(外径19)よりも半径方向に0.5〜5mm外側(端筒の中心軸と反対方向)の範囲にあればよい。かかる範囲内にすることにより、端筒の筒状ケースへの挿入が容易となるだけでなく、筒状ケースに端筒を取り付けた際にそれぞれの中心軸同士が偏心しにくく、かつ端筒内面と筒状ケース外面との間に確実に樹脂が含浸できるからである。
With respect to the shape of the end cylinder, the opening (inner diameter 17) of the
さらに、図5の15に示す第1部分の内周面は、筒状ケースが延在する方向に向かってその内法が拡大するテーパ形状の面であることが、端筒を筒状ケースに容易に挿入することが可能となり好ましい。端筒の長手方向の長さはポッティング用の樹脂部長さ13よりも5〜50mm長いものが好ましく、さらに好ましくは10〜30mm長くすることである。かかる場合には、貫通孔の加工も容易となり、筒状ケースの露出面積も多くとれ、好都合だからである。そして、ポッティング用の樹脂部の界面近傍に、直径5〜20mmの貫通孔14を設けることが好ましい。かかる貫通孔14はポッティング時には樹脂の注入口として、また、濾過運転時には原水の流入孔としても兼用することができる。このようにして設けられる貫通孔の孔数は、端筒の第1部分の円周上に1〜12個、さらに2〜4個を均一に分散させて配置するのが好ましい。かかる理由は、ポッティング時には1つの孔から樹脂を含浸させるので、その際にその他の孔をシリコン栓などで閉塞する手間が省け、均一に貫通孔を設けることで濾過運転時には円周方向にバランスよく原水を流入でき、中空糸膜の濾過のばらつきが低減できるからである。
Further, the inner peripheral surface of the first portion shown in 15 of FIG. 5 is a tapered surface whose inner method expands in the direction in which the cylindrical case extends, so that the end tube is changed to the cylindrical case. This is preferable because it can be easily inserted. The length of the end tube in the longitudinal direction is preferably 5 to 50 mm longer than the
また、第1部分に連続する第2部分の内周面の稜部16をなめらかに曲線状に加工、または面取りを施すことにより、例えば、図5に示すように、端筒の第2部分の内周面の第1部分側端部を該端筒の中心軸方向に凸の曲面形状としたり、図6に示すように、端筒の第2部分の内周面の稜部16を実質的に該端筒の中心軸上に頂点を有する円錘の側面の一部で構成したりすることができる。このような加工、面取りを施すことで、中空糸膜束を挿入するときに中空糸がひっかかり、中空糸膜へ傷が生じることを防ぐことができるのである。
Further, by smoothly processing or chamfering the
そして、端筒10を筒状ケース3に取付けた後、中空糸膜を挿入して、この貫通孔14より、ポッティング用樹脂を遠心法で含浸させることで筒状ケースと中空糸束を離間させ、樹脂により中空糸膜、筒状ケース、および端筒が一体化されたモジュールを製造することができるので、後工程で端筒を取り付けるといったような手間が省け、加工工程を簡略化できる。
And after attaching the
また第2部分12の内径17を小さくすることで中空糸膜束を筒状ケースのより中央方向へ集束させるので膜束を遠心接着法によりポッティングする場合において、膜充填率の小さい中空糸膜束でも中空糸膜束自身の自重で中空糸膜束がケースの下方に偏って接着されたり、中空糸膜がケース内壁面近傍に孤立して接着されることがなくなる。これによりモジュール運搬時の衝撃や使用時の液流動により糸切れが発生せず、水やエアーの流れを比較的均一にでき、濾過性能や洗浄性能を向上できる。
Further, since the hollow fiber membrane bundle is converged in the central direction of the cylindrical case by reducing the
1 :浸漬型中空糸膜モジュール
2 :中空糸膜
3 :筒状ケース(開放系)
4 :樹脂
5 :上キャップ
6 :下キャップ
7 :散気孔
8 :流入口
9 :濾過液出口
10、10a,10b:端筒
11:端筒の第1部分
12:端筒の第2部分
13:樹脂部長さ
14:貫通孔
15:端筒の第1部分の内周面
16:端筒の第2部分の内周面の稜部
17:端筒の第2部分の内径
18:筒状ケースの内径
19:筒状ケースの外径
20:端筒の第1部分の内径
A:筒状ケースの長手方向の外側
B:端筒の中心軸
C:端筒の中心軸上に存在する円錐の頂点
D:端筒の中心軸上に頂点を有する円錐の側面
1: Submerged hollow fiber membrane module 2: Hollow fiber membrane 3: Cylindrical case (open system)
4: Resin 5: Upper cap 6: Lower cap 7: Aeration hole 8: Inlet 9:
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