JP5833932B2

JP5833932B2 - 中空糸膜モジュール

Info

Publication number: JP5833932B2
Application number: JP2012000902A
Authority: JP
Inventors: 勝美細野; 茂之池永
Original assignee: Daicen Membrane Systems Ltd
Current assignee: Daicen Membrane Systems Ltd
Priority date: 2012-01-06
Filing date: 2012-01-06
Publication date: 2015-12-16
Anticipated expiration: 2032-01-06
Also published as: JP2013139010A

Description

本発明は、各種水処理分野で使用する中空糸膜モジュールに関する。

中空糸型膜モジュールは、一般に流体の出入口を有したケーシング、キャップ、中空糸膜束、中空糸膜束を保護するネット及び中空糸膜束の端部を樹脂封止固定した樹脂封止部分から構成されているものが多い。
中空糸型膜モジュールにおける処理原液又は透過水の流出入は、例えば処理原液がケーシングの上端部又は下端部で樹脂封止固定された中空糸膜束から中空糸膜外側に濾過され、この濾過液はケーシングの側面に設けられた流体の出入口から流出入させるもののほか、中央部集水管に集められるもの（特許文献１〜３）等がある。

中央部集水管を備えた中空糸膜モジュールでは、集水管の周面に形成された通水孔を通って内部に透過水が流れ込むことになるが、そのときに通水孔に近接する位置にある中空糸膜が水圧を受けて扁平に変形したり、損傷したりするほか、通水孔を塞いだりするおそれもあり、改善の余地がある。

特開２０１０−５１８４４号公報特開２０１０−９４５７０号公報特開平１１−２６７４６７号公報

本発明は、集水管を備えた中空糸膜モジュールであり、高い濾過能力を有しており、濾過運転時における中空糸膜の損傷等が抑制できる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、
ケースハウジング内に集水管と中空糸膜束が収容されており、前記集水管の周囲に前記中空糸膜束が配置され、少なくとも一端側の中空糸膜束が封止用樹脂で一体化された中空糸型膜モジュールであって、
前記集水管が、周面の凹部に通水孔を有するコルゲート管である、中空糸膜モジュールを提供する。

本発明の中空糸膜モジュールによれば、高い濾過能力を維持したまま、運転時における中空糸膜の損傷を抑制することができる。

本発明の中空糸膜モジュールの軸方向への部分断面図。図１の部分拡大図（但し、保護ネット、ヘッダーは除いている）。図１、２の中空糸膜モジュールで使用したコルゲート管の部分正面図。（ａ）は図３のコルゲート管の軸方向への部分断面図であり、（ｂ）は（ａ）とは構造の異なるコルゲート管の軸方向への部分断面図。

図１〜図４により本発明の中空糸型膜モジュールの一実施形態を説明する。
中空糸型膜モジュール１０は、円筒状のケースハウジング１１内に集水管１２と中空糸膜（又は中空糸膜束）１３が収容されている。
ケースハウジング１１は、原水入口、透過水出口、濃縮水出口等を備えることができる。
ケースハウジング１１の両端には、ヘッダー１５が取り付けられている。このヘッダー１５に対して、ＵＳ２００３／０１５０８０７公報の図１のような公知の中空糸型膜モジュールと同様の両端側に液出入口を有するキャップを被せることができる。
ケースハウジング１１、集水管１２、ヘッダー１５は、ポリ塩化ビニル、ABS樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン等の樹脂製や金属製のものを用いることができる。前記の合成樹脂を使用するときは、ケースハウジング１１、集水管１２、ヘッダー１５の強度を高めたり光を遮断したりする目的で、充填剤や顔料等を含有することができるものであり、不透明なものである。

集水管１２は、コルゲート管からなるものである。集水管（コルゲート管）１２は各種分野において汎用されているものであり、図２及び図３に示すように、周方向に連続して形成された凹部２１と周方向に連続して形成された凸部２２が、それぞれ軸方向に交互に形成されたものである。

集水管（コルゲート管）１２は、図３に示すように、周面の凹部２１に通水孔２５を有しているものである。
通水孔２５は凹部２１のみに形成され、凸部２２には形成されていない。

通水孔２１は、１つの凹部２１に等間隔で３〜１０個形成されていることが好ましく、４〜１０個形成されていることがより好ましく、６〜８個形成されていることがさらに好ましい。
例えば、１つの凹部２１に１０個の通水孔２５が形成され、凹部２１が全体で１００あれば、合計で１０００個の通水孔２５が形成されていることになる。
表面が平滑な集水管の場合、余りに多くの通水孔を形成すると、集水管自体の強度が低下して実用できなくなるが、集水管１２としてコルゲート管を使用すると、凸部２２が補強用のリブとして作用することから、表面が平滑な集水管と比べるより多くの通水孔を形成することができる。

通水孔２５の開口部径は、集水管１２の大きさにより調整することができるが、２〜１０ｍｍが好ましく、３〜８ｍｍがより好ましく、４〜５ｍｍがさらに好ましい。なお、通水孔２５が円形の場合には前記開口部径は内径であり、円形以外の場合には同面積の円に換算したときの内径である。
上記したとおり、コルゲート管を使用することによって、表面が平滑な集水管と比べるとより多くの通水孔２５を形成することができるため、通水孔２５全体の総開口面積を大きくしたまま（あるいは従来と同程度に維持したまま）、開口部径を小さくすることができる。通水孔２５の開口部径を小さくすることで、通水孔２５から集水管１２内に透過水が流入するときの水圧を減少させることができるため、通水孔２５に近接する位置にある中空糸膜１３への影響を小さくできるので好ましい。

通水孔２５の総開口面積は、集水管１２の半径方向断面積の３倍以上であることが好ましく、３〜６倍であることがより好ましい。なお、集水管１２の半径方向断面積は、半径方向に正対する凹部同士間の断面積である。
前記断面積比が３以上であると、通水孔２５から集水管１２内に透過水が流入するときの水圧をより減少させることができるため好ましい。

集水管（コルゲート管）１２の凹凸部の軸方向断面形状は、図４（ａ）、（ｂ）に示すような台形状のものが好ましく、前記台形の角部分は中空糸膜１３と接触した場合でも損傷させることがないように丸みを付けたものが好ましい。
図４（ａ）は、凸部２２が閉塞面２０で閉塞されたものであり、図４（ｂ）は、閉塞面２０に相当するものがなく、凸部２２が開口したものであり、どちらの構造のものでも使用することができる。
軸方向に隣接する凸部２２同士の間隔（ｐ₁）は、軸方向に隣接する凹部２１同士の間隔と同じであるから、凹部２１に形成する通水孔２５の開口径を考慮して決定される。
凸部２２の高さ（凹部２１の深さ）（ｈ₁）は６〜８ｍｍ程度にすることができる。

中空糸膜束１３の両端側は、それらの間に配置された不透明な樹脂製リング３０と共に樹脂封止部３５にて封止用樹脂で一体化されている。
樹脂製リング３０の外周面３０ａと中空糸膜束１３が封止用樹脂で固着されており、集水管１２は樹脂と接していない。
なお、集水管１２自体の長さをより長くして、樹脂製リング３０の長さをより短くすることで、集水管１２の端部と樹脂製リング３０の両方が樹脂と接触するようにしてもよい。

樹脂製リング３０と集水管１２は、樹脂製リング３０の下部にて外周面３０ａと外周面３０ｂの間に形成された筒状溝３１内に集水管１２の端部が嵌め込まれた状態で封止樹脂を介して固着されている。
なお、樹脂製リング３０の内側に形成された環状段差面３０ｃは、図示していない透過水管の端部を差し込んだときに透過水管の開口部を当接支持するためのものである。
樹脂製リング３０の開口部付近の内周壁は、透過水管と接続できるような内部構造（例えば、ねじ込むためのねじ山、嵌め込むための段差を有している）を形成することができる。

樹脂封止部３５を形成するために用いる封止用樹脂としては、尿素樹脂接着剤、メラミン樹脂接着剤、フェノール樹脂接着剤、レソルシノール樹脂接着剤、エポキシ樹脂接着剤、ポリウレタン接着剤、ビニルウレタン接着剤を挙げることができ、これらの中でもポリウレタン接着剤が好ましい。

図１では、集水管１２の周囲を覆った状態で保護ネット４０が配置されている。
保護ネット４０は、中空糸膜束１３を包み込むようにして配置することもできる。

次に図１、図２に示す中空糸膜モジュールの運転方法を説明する。
中空糸膜モジュール１０の運転時においては、中空糸膜１３で濾過して得られた透過水は、集水管１２の凹部２１に形成されている通水孔２５を通って集水管１２内部に入る。
その後、集水管１２の端部に接続された透過水ラインを経て排水されるか、又は透過水タンクに送られて貯水される。透過水タンクに貯水された透過水は中空糸膜１３の逆圧洗浄等に再利用することができる。

本発明の中空糸膜モジュール１０では、集水管１２としてコルゲート管を使用していることから、凹部２１に形成された通水孔２５と中空糸膜１３は凸部２２の高さ分だけの間隔が存在している。
このため、公知の表面が平坦な集水管のように通水孔と中空糸膜が実質的に接触した状態にある場合と比べると、通水孔２５から集水管１２内部に透過水が流れ込むときの中空糸膜１３に対する水圧（吸引圧）の影響が緩和される。
また、通水孔２５の総開口面積を減少させることなく、１つの通水孔２５の開口径も小さくできるので、より前記水圧（吸引圧）の影響を緩和する効果が大きくなる。
そして、通水孔２５側に中空糸膜１３が引き寄せられたとしても、凸部２２の存在によって凹部２１に形成された通水孔２５が閉塞されることもない。
よって、本発明の中空糸膜モジュール１０使用して濾過運転するときは、中空糸膜１３が変形したり、損傷したりすることが防止されるほか、透過水が流れ込むときの抵抗も非常に小さくできるため、濾過能力も高いレベルで維持することができる。

実施例１及び比較例１
酢酸セルロース系樹脂からなる中空糸膜束（ダイセン・メンブレン・システムズ社製）１３と両端部にＡＢＳ製環状部材（樹脂リング３０）を取り付けた、ポリエチレン製コルゲート管の集水管１２（内径：75ｍｍ，長さ：935mm）を、ケースハウジング１１(内径：270ｍｍ，長さ：1100mm)に収容した。
その後、ポリウレン接着剤（商品名コロネード4428と商品名ニッポラン4221の混合品,日本ポリウレタン社製）を用いて両端部を接着固定した（樹脂封止部３５）。
封止された中空糸膜束１３の端部をスライサー（自動トリミング装置,コムス社製）を用いて中空糸膜束１３端部を開口させた。
中空糸膜モジュール端面中央に連結管（透過水出口）を取付け、キャップを組立て、ろ過流量測定装置に設置した。
処理水入口から所定の流量（7.5ｍ³／ｈ）を供給し、全量濾過過方式で運転して、運転開始から５分後の中空糸膜モジュールの透過流束を測定した。
なお、比較例１として、同寸法のパイプを使用したほかは同一の中空糸膜モジュールを製造し、同様に透過流束を測定した。
その結果、実施例１の中空糸膜モジュールは、比較例１の中空糸膜モジュールと比べて約１０％の圧力損失が低減された。
運転終了後、実施例１の中空糸膜モジュールを解体し中央部の中空糸膜１３、特にコルゲート管からなる集水管１２付近をサンプリングし観察したところ、圧痕や座屈、切断等の損傷は認められなかった。

１０中空糸膜モジュール
１１ケースハウジング
１２集水管（コルゲート管）
１３中空糸膜（束）
２１凹部
２２凸部
２５通水孔

Claims

ケースハウジング内に集水管と中空糸膜束が収容されており、前記集水管の周囲に前記中空糸膜束が配置され、少なくとも一端側の中空糸膜束が封止用樹脂で一体化された中空糸型膜モジュールであって、
前記集水管が、周面の凹部に等間隔で３〜１０個の通水孔を有するコルゲート管であり、
前記通水孔の開口部径が２〜１０ｍｍであり、
前記通水孔の総開口面積が、前記集水管の半径方向断面積の３倍以上である、中空糸膜モジュール。
前記集水管であるコルゲート管が、周面の凹部にのみ通水孔を有しているものである、請求項１記載の中空糸膜モジュール。
前記集水管であるコルゲート管が、凹凸部の軸方向断面形状が台形状のものである、請求項１または２記載の中空糸膜モジュール。
前記集水管と前記中空糸膜の間に保護ネットが介在されている、請求項１〜３のいずれか１項記載の中空糸膜モジュール。