JP5403156B2

JP5403156B2 - 濾過膜モジュール

Info

Publication number: JP5403156B2
Application number: JP2012517208A
Authority: JP
Inventors: 孝行宇賀神; 英也白石
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2010-05-26
Filing date: 2011-05-06
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2031-05-06
Also published as: WO2011148768A1; JPWO2011148768A1

Description

本発明は、浄水，下水，産業排水等を処理する際に用いられる濾過膜モジュールに関する。

従来から、浄水，下水，産業排水等を処理する際には、複数の管状，プレート状の濾過膜（例えば、セラミックから成るセラミック膜）で構成された濾過膜モジュールが用いられている。この濾過膜モジュールとしては、例えば、前記濾過膜の少なくとも一端側を固定して複数の濾過膜を一体化するヘッダーを備え、このヘッダーに濾過水排出口を備えたカバーを固定して構成したものが知られている（例えば、特許文献１）。また、ヘッダーが濾過水排出口を備えた濾過膜モジュールも公開されている（例えば、特許文献２）。

特許文献１の濾過膜モジュールの断面図を図７に示す。特許文献１の濾過膜モジュール１は、複数本の管状濾過膜２の一端がヘッダー３に穿設された長孔内に収納される。カバー５は、固定用樹脂４によりヘッダー３と液密に固定され、管状濾過膜２の一端開口部側を覆って、濾過水を集水する集水室６を形成すると共に、その集水室６内の濾過水をモジュール外に排出する排出口７を有している。

図８は、特許文献１における管状濾過膜２とヘッダー３との固定方法の一例を示すＡ−Ａ断面図である。図８に示すように、管状濾過膜２とヘッダー３とを固定する際には、管状濾過膜２の一端開口部側にシール部材８，組立治具部材９が用いられる。ヘッダー３に固定用樹脂を注入する際には、このシール部材８により、管状濾過膜２の一端開口部に固定用樹脂が浸入することが抑制される。

この特許文献１の濾過膜モジュール１は、管状濾過膜２をヘッダー３の長孔内に収納して固定するため、複数の管状濾過膜２から略プレート状の濾過膜を容易に形成することができる。また、ヘッダー３が平板状であるため、管状濾過膜２とヘッダー３との間に前記シール部材８を設置する作業が容易である。さらに、管状濾過膜２とヘッダー３間をシール部材８により確実にシールすることができ、管状濾過膜２の一端開口部が固定用樹脂で閉塞されることを確実に防止することが可能となる。

特許文献２の濾過膜モジュールの概略図を図９に示す。特許文献２の濾過膜モジュール１１は、プレート状に形成された複数の濾過膜１２が列設した状態でヘッダー１３形成時に一体化固定される。

前記ヘッダー１３は、一体化固定された濾過膜１２の一端側の四方（上下左右）を囲む上板１５ａ，下板１５ｂ，側板１５ｃ，１５ｃと、該上板１５ａと下板１５ｂに両端が支持され、列設された相互の濾過膜１２を隔離する仕切板１４と、前記側壁１５に穿設され濾過水を排出する排出口１７と、を備える。

前記ヘッダー１３は仕切板１４により、各濾過膜１２に対応した個別集水室１６を形成しており、各濾過膜１２で濾過された濾過水はこの個別集水室１６に流入する。前記仕切板１４の一部は切欠部１９が形成されており、この切欠部１９が個別集水室１６の濾過水を集合室１８に導く通路となっている。また、前記集合室１８は仕切板１４によって形成されており、集合室１８に流入された濾過水は前記排出口１７からモジュール外に排出される。

このように、特許文献２における濾過膜モジュール１１のヘッダー１３は、濾過膜１２の固定のみではなく、個別集水室１６，集合室１８の機能も有している。

この特許文献２の濾過膜モジュール１１は、濾過水の排出口１７がヘッダー１３の上下方向の位置（上板１５ａ，下板１５ｂ）に形成されているため、濾過膜モジュール１１を多段積みする際には、Ｏリングを介して相互の排出口１７を接続することができる。その結果、濾過膜モジュール１１を多段積みする際に、配管，コネクタ等は不要となり、濾過膜モジュール１１の多段積みを容易かつ安価に行うことが可能となる。

また、濾過水の排出口１７がヘッダー１３の上下方向の位置に形成されているため、濾過膜モジュール１１を多段積みした際、集合室１８を配管の一部として利用することが可能となる。

さらに、ヘッダーと濾過膜とを一体化する技術は特許文献３、ヘッダーが集合室を具備する技術としては特許文献４が開示されている。

しかしながら、特許文献１，２の濾過膜モジュール１，１１は下記に示す問題点があった。

特許文献１の濾過膜モジュール１は、カバー５に形成された濾過水の排出口７が濾過膜２の一端開口部と同方向に位置しているため、濾過膜モジュール１を多段積みにする際には、互いの排出口７同士を直接接続することができなかった。そのため、濾過膜モジュール１を多段積みする際には、配管と、その配管と排出口７とを接続するコネクタと、が必要となり、コストが上昇してしまうとともに、接続作業が煩雑となってしまっていた。また、カバー５とヘッダー３とは、対面接合であるため、接合強度が低下しやすかった。

特許文献２の濾過膜モジュール１１のヘッダー１３は、濾過膜１２と一体化固定されると共に、正面パネルと背面パネルと上板１５ａ，下板１５ｂ，側板１５ｃ，１５ｃとで筐体状に形成される。前記筐体状のヘッダー１３は、背面パネルから貫通して濾過膜１２を設け、前面パネル側に仕切板１４を立設して各濾過膜１２に対応した個別集水室１６および集合室１８を形成している。

そのため、集合室１８は構成が簡素であり、濾過膜モジュール１１を多段積みした際には、強度不足が懸念される。また、ヘッダー１３の強度を向上させるためには、前記ヘッダー１３の背面パネル側を堅牢にする必要があり、コストアップに繋がってしまっていた。

また、個々の濾過膜１２は、切欠部１９が形成された仕切板１４で仕切られているため、濾過膜１２を洗浄する際に、排出口１７から圧力をかけても、各濾過膜１２の流通路内へ圧力が伝達せず、洗浄効果が充分に期待できない恐れがあった。

さらに、ヘッダー１３は平板状でなく複雑な形状となっているため、注型時に、ヘッダー１３と濾過膜１２との間に、樹脂の侵入を防止するシール部材８を設ける作業が煩雑である。

例えば、図１０に示すように、仕切板１４と個別集水室１６を形成する型部材２０を用意し、この型部材２０の先端部分にシール部材８を配置し、シール部材８を介して濾過膜１２の一端開口部を型部材２０の先端部分に当接させる必要があった。

以上示したようなことから、安価かつ容易に多段積みできると共に、多段積みした際に充分な強度を有する濾過膜モジュールを提供することが主な課題となる。

特開２００６−１５２３３号公報国際公開第ＷＯ２０１０／０１５３７４号特開２００５−１２５１９８号公報特開平１０−５７７７５号公報

本発明は、前記従来の問題に鑑み案出されたもので、その一態様は、外周面に膜体を有し内部に流通路が形成された複数の濾過膜により、被処理水を濾過して濾過水をモジュール外に排出する濾過膜モジュールであって、前記複数の濾過膜の少なくとも一端側を一体化固定する平板状のヘッダーと、開口部を有する筐体状に形成され、前記ヘッダーによって該開口部が液密に密閉されることにより、濾過膜で濾過された濾過水の集合室を形成するカバーと、を備え、前記カバーは、カバーの上板と下板との間を跨いで架設する搬送水路室と、該搬送水路室の集合室側に形成された集水口と、カバーの上板と下板の搬送水路室の架設部に穿設された排出口と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明の濾過膜モジュールの別の態様は、前記ヘッダーは、射出成形，またはモールド成形，または機械加工によって、複数の貫通孔を有する平板状に形成され、前記貫通孔内に濾過膜の一端を挿入し、固定用樹脂によりヘッダーと濾過膜とを一体化固定することを特徴とする。

また、本発明の濾過膜モジュールの別の態様は、前記濾過膜の一端側に、射出成形あるいはモールド成形によって、平板状のヘッダーを成形したことを特徴とする。

また、本発明の濾過膜モジュールの別の態様は、前記搬送水路室は、その周壁の一部がヘッダーに当接し、かつ各集合室側に開口した集水口を有することを特徴とする。

また、本発明の濾過膜モジュールの別の態様は、カバー内にヘッダーを挿入し、カバーとヘッダーとを固定用樹脂により一体化固定したことを特徴とする。

また、本発明の濾過膜モジュールの別の態様は、カバー，ヘッダー，固定用樹脂はエポキシ樹脂あるいはポリウレタン樹脂から成ることを特徴とする。

本発明によれば、安価かつ容易に多段積みできると共に、多段積みした際に、充分な強度を有する濾過膜モジュールを提供することが可能となる。

本実施形態における濾過膜モジュールの一例を示す平面図。本実施形態における濾過膜とヘッダーとの接続方法の一例を説明する断面図。一体化固定された濾過膜とヘッダーとの一例を示す概略図。本実施形態におけるカバーの一例を示す背面側斜視図。ヘッダーおよび濾過膜をカバーに設置する方法の一例を示す断面図。本実施形態におけるサイドパネルをカバーに取り付ける方法の一例を示す正面側斜視図。従来の濾過膜モジュールの一例を示す断面図。従来の濾過膜とヘッダーとの固定方法の一例を示す断面図。従来の濾過膜モジュールの他例を示す正面図。従来の濾過膜モジュールにおけるシール部材の設置方法の一例を示す断面図。

以下、本実施形態における濾過膜モジュール２１を図面に基づき説明する。

図１（ａ）に、本実施形態における濾過膜モジュール２１の分解図，図１（ｂ）に本実施形態における濾過膜モジュール２１の組立平面図を示す。図１に示すように、本実施形態における濾過膜モジュール２１は、各々間隔を隔てて配置された複数の濾過膜（例えば、プレート状に形成されたセラミックから成る濾過膜）２２と、その複数の濾過膜２２の少なくとも一端に固定された平板状のヘッダー２３と、ヘッダー２３の背面（セラミック膜２２が固定されていない面）側に、前記濾過膜２２の一端開口部側を覆うように取り付けられた一対のカバー２５と、前記一体化された複数の濾過膜２２の側面側に設けられた一対のサイドパネル２６と、を備える。前記濾過膜２２は、外周面に膜体を有し、内部に流通路が形成されていれば、管状でもプレート状でもよい。

前記ヘッダー２３と濾過膜２２とを一体化固定する方法としては、例えば下記（１）〜（３）に示す３つの方法が挙げられる。

（１）ヘッダー２３は、ＰＶＣ等の平板状樹脂に貫通孔を穿設（機械加工により穿設）することにより形成される。前記貫通孔は、濾過膜２２の一端が挿入可能に形成されると共に、所定の間隔を隔てて形成される。前記貫通孔に濾過膜２２の一端を挿入し、ヘッダー２３に固定用樹脂を充填して濾過膜２２とヘッダー２３とを一体化固定する。

（２）液状の樹脂（例えば、エポキシ樹脂，ポリウレタン樹脂等）から、射出成形，モールド（鋳造）等の成形手段により、所定の間隔を隔てて形成された貫通孔（濾過膜２２の一端が挿入可能な貫通孔）を有する平板状のヘッダー２３を型成形する。この貫通孔に濾過膜２２の一端を挿入し、前記ヘッダー２３に固定用樹脂を充填して、ヘッダー２３と濾過膜２２とを一体化固定する。

（３）濾過膜２２の一端に、液状の樹脂（例えば、エポキシ樹脂，ポリウレタン樹脂等）を射出成形，モールド（鋳造）等の成形手段により（該濾過膜２２と一体に）型成形し、該濾過膜２２と一体に平板状のヘッダー２３を成形する。

ここで、上記（３）の方法に基づき、複数の濾過膜２２とヘッダー２３とを一体化固定する方法の詳細を説明する。

まず、図２に示すように、複数の濾過膜（例えば、プレート状の濾過膜）２２の間に膜間スペーサ３０を挟み、濾過膜２２と膜間スペーサ３０の外周を緊縛部材３１により緊縛する。次に、一対の型枠３２の底部内壁に、樹脂から成るヘッダー２３と接着反応しないシール部材（例えば、シリコンシート）３３を貼付する。前記シール部材３３は、濾過膜２２の一端開口部に樹脂が浸入するのを防止する機能を有する。

次に、一方の型枠３２の開口部側から濾過膜２２の一端側を収納し、型枠３２底部内壁に貼付されたシール部材３３に濾過膜２２の一端が当接した状態で濾過膜２２を載置する。また、濾過膜２２の他端上に他方の型枠３２を開口部を下向きにして載置し、他方の型枠３２に貼付されたシール部材３３と濾過膜２２の他端開口部を当接させる。

次に、例えば連結ボルト３２ａ等で一対の型枠３２を連結し、液状の樹脂（例えば、エポキシ樹脂，ポリウレタン樹脂）を下方の型枠３２内に注入して固化させ、濾過膜２２の一端にヘッダー２３を形成させる。液状樹脂の固化後、濾過膜２２と一対の型枠３２，３２を上下反転し、未注入側の型枠３２内に液状の樹脂を注入して固化させ、濾過膜２２の他端にヘッダー２３を形成させる。液状の樹脂が固化した後、緊縛部材３１および膜間スペーサ３０を濾過膜２２から取り外す。

本発明の濾過膜モジュール２１の濾過膜２２は、幅，厚み，長さ，適用枚数等は限定されるものではないが、本実施形態では、幅：１１５ｍｍ，厚み：７ｍｍ，長さ：４４０ｍｍ，適用枚数：１２枚とする。

上記の手順の結果、図３（（ａ）側面図，（ｂ）平面図）に示すように、濾過膜２２の両端にヘッダー２３が形成される。

次に、カバー２５用型枠（図示省略）に液状の樹脂（例えば、エポキシ樹脂，ポリウレタン樹脂等）を注入して、図４（背面側斜視図）に示すような開口部を有する筐体状のカバー２５を得る。

該カバー２５は、開口部を有する筐体状に形成され、前記ヘッダー２３により該開口部が液密に密閉されて濾過水の集合室２８を形成している。具体的に前記カバー２５は、図４に示すように、前記ヘッダー２３が嵌合するように縦断面矩形状に形成されたフレーム３４と、フレーム３４に画設されたカバー本体３５と、該フレーム３４の上板３４ａと下板３４ｂ間を跨いで架設する搬送水路室２９と、を有する。前記フレーム３４は、上板３４ａと下板３４ｂと一対の側板３４ｃ，３４ｃとで形成される。

前記フレーム３４とカバー本体３５との間および搬送水路室２９の周壁の一部には、ヘッダー２３と当接する当接部Ａが形成される。また、前記フレーム３４と当接面Ａとの間には固定用樹脂が注入される注入部３６としての溝が形成される。

前記フレーム３４の上板３４ａおよび下板３４ｂにおける搬送水路室２９の架設部には（搬送水路室２９の上下端には）、濾過水を外部に排出する排出口２７が形成される。

上記のように形成されたカバー２５にヘッダー２３を固定する際には、図５に示すように、ヘッダー２３の背面側（セラミック膜２２が固定されていない側）を、カバー２５内の背面側から挿入して当接面Ａに当接させる。そして、前記注入部３６から固定用樹脂を注入して固化させ、ヘッダー２３とカバー２５とを一体化固定する。なお、固定用樹脂はヘッダー２３とカバー２５と同様の樹脂を使用することが望ましい。

この時、ヘッダー２３とカバー２５とで囲まれた空間が、濾過膜２２の一端開口部から流出される濾過水の集合室２８となる。

前述したように、前記搬送水路室２９の周壁には、ヘッダー２３と当接（接着してもよい）する当接面Ａが形成されており、この搬送水路室２９の当接面Ａにより集合室２８が２つに分離される。また、搬送水路室２９の両集合室２８側には、それぞれ集水口３７が開口している。濾過膜２２から両集合室２８に流入した濾過水は、前記集水口３７を通って搬送水路室２９に流入し、搬送水路室２９を通って排出口２７より排出される。

図６は、本実施形態における濾過膜モジュール２１の正面側斜視図を示す。図６に示すように、カバー２５に一対のサイドパネル２６が取り付けられる。前記カバー２５の正面側では、カバー本体３５よりもフレーム３４が突出（例えば、８ｍｍ突出）しており、そのフレーム３４の側板３４ｃ，３４ｃ内側（カバー本体２８側）側辺には、突起部４１が形成されている。

前記サイドパネル（例えば、厚み１ｍｍのＳＵＳ材から成るサイドパネル）２６は、サイドパネル本体４２と、そのサイドパネル本体４２の両端に形成された嵌合部４３と、で形成される。前記嵌合部４３は、フレーム３４の側板３４ｃを覆うように折曲形成されると共に、突起部４１に係合する切欠部４４が形成されている。一対のサイドパネル２６をカバー２５に取り付ける際には、前記嵌合部４３をカバー２５のフレーム３４と突起部４１に嵌合させる。これにより、水流に起因する振動によってサイドパネル２６がカバー２５から脱落することを防止する。

また、図４〜図６に示すように、搬送水路室２９の排出口（上下端開口部）２７にはＯリング溝３８が形成される。濾過膜モジュール２１を多段積みする際には、このＯリング溝３８にＯリングが嵌合され、このＯリングを介して上下の濾過膜モジュール２１，２１´が接続される。これにより、搬送水路室２９が接続された状態で、上下の濾過膜モジュール２１，２１´が多段積みされる。

以下、上記構成における濾過膜モジュール２１の動作を説明する。

濾過運転時において、吸引ポンプ（図示省略）等によって排出口２７，搬送水路室２９，集合室２８とを介して各濾過膜２２の流通路に吸引圧を負荷する。これにより、被処理水の一部は、各濾過膜２２の外部から流通路に吸い込まれて濾過され、濾過水として各濾過膜２２の一端開口部から集合室２８，搬送水路室２９，集水口３７，排出口２７を通って濾過膜モジュール２１外部に排出される。

また、逆洗を行う場合には、逆洗水が排出口２７から集水口３７，集合室２８を通って一端開口部から各濾過膜２１へ供給され、各濾過膜２１の流通路から外部へ流れ出て、各濾過膜２２を洗浄する。

本実施形態の濾過膜モジュール２１は、フレーム３４と、フレーム３４に囲まれたカバー本体３５と、平板状のヘッダー２３と、で集合室２８を形成している。ここで、前記カバー２５は開口部を有する筐体状に形成され、前記平板状のヘッダー２３は、該カバー２５内に没入固定されるため、特許文献１の濾過膜モジュール１と比較して、カバー２５とヘッダー２３との液密固定が容易となると共に、カバー２５とヘッダー２３との接合強度が低下しにくいものとなる。その結果、ヘッダー２３とカバー２５との固定が容易となり、生産性の向上に寄与する。

また、ヘッダー２３は単純な平板状であることから、ヘッダー２３と濾過膜２２間にシール部材３３を配置することが容易であると共に、確実にシールすることができる。その結果、ヘッダー２３と濾過膜２２との固定が容易となり、生産性の向上に寄与する。

さらに、個々の濾過膜２２の流通路は、集合室２８側に開口し、かつ、搬送水路室２９の集合室２８側に複数の集水口３７が開口しているため、排出口２７から逆圧をかけて濾過膜２２を洗浄する際、搬送水路室２９に作用させた圧力を確実に濾過膜２２の流通路に作用させることが可能となり、高い洗浄効果が期待できる。また、搬送水路室２９に当接部Ａを形成して集合室２８を２つに分離することにより、濾過膜２２の流通路にさらに充分な圧力が伝達されやすくなり、高い洗浄効果が期待できる。

また、本実施形態の濾過膜モジュール２１は、濾過水の排出口２７がヘッダー２３の上下方向の位置に形成されている。そのため、濾過膜モジュール２１を多段積みする際には、Ｏリングを介して相互の排出口２７を接続することができる。その結果、容易に濾過膜モジュール２１，２１´を多段積みすることが可能となる。

また、本実施形態のカバー２５は、筐体状であり、さらにカバー本体３５に沿って（カバー本体３５の周囲に形成された当接面Ａによって）ヘッダー２３と一体化固定されることにより、強度が得られる。さらに、本実施形態のカバー２５には、搬送水路室２９が形成されているため、特許文献２の濾過膜モジュール１１と比較して、強度の向上が図れる。また、搬送水路室２９にヘッダー２３との当接面Ａを形成して、当接面Ａとヘッダー２３とを接着させることにより、ヘッダー２３とカバー２５間の変形が抑制される。その結果、濾過膜モジュール２１，２１´を多段積みした際には、カバー２５の強度不足の懸念が解消される。

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

Claims

外周面に膜体を有し内部に流通路が形成された複数の濾過膜により、被処理水を濾過して濾過水をモジュール外に排出する濾過膜モジュールであって、
前記複数の濾過膜の少なくとも一端側を一体化固定する平板状のヘッダーと、
開口部を有する筐体状に形成され、前記ヘッダーによって該開口部が液密に密閉されることにより、濾過膜で濾過された濾過水の集合室を形成するカバーと、を備え、
前記カバーは、
カバーの上板と下板との間を跨いで架設する搬送水路室と、
該搬送水路室の集合室側に形成された集水口と、
カバーの上板と下板の搬送水路室の架設部に穿設された排出口と、を備えたことを特徴とする濾過膜モジュール。
前記ヘッダーは、射出成形，またはモールド成形，または機械加工によって、複数の貫通孔を有する平板状に形成され、
前記貫通孔内に濾過膜の一端を挿入し、固定用樹脂によりヘッダーと濾過膜とを一体化固定することを特徴とする請求項１記載の濾過膜モジュール。
前記濾過膜の一端側に、射出成形あるいはモールド成形によって、平板状のヘッダーを成形したことを特徴とする請求項１記載の濾過膜モジュール。
前記搬送水路室は、その周壁の一部がヘッダーに当接し、かつ各集合室側に開口した集水口を有することを特徴とする請求項１に記載の濾過膜モジュール。
カバー内にヘッダーを挿入し、カバーとヘッダーとを固定用樹脂により一体化固定したことを特徴とする請求項１または４記載の濾過膜モジュール。
カバー，ヘッダー，固定用樹脂はエポキシ樹脂あるいはポリウレタン樹脂から成ることを特徴とする請求項１記載の濾過膜モジュール。