JP7175578B2 - 外圧式中空糸膜モジュール - Google Patents

Description

本発明は、各種水処理分野で使用する外圧式中空糸膜モジュールに関する。

中空糸膜モジュールは、各種水処理分野において汎用されており、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（特許文献１の図１）。

多数本の中空糸膜が収容されている中空糸膜モジュールを使用して濾過運転を継続したとき、膜が目詰まりしたり、膜面に付着層が形成されたりすることで、濾過性能が低下するファウリングが生じることがある。
このようなファウリングが生じた場合には、エアースクラビング洗浄をしたり、逆圧洗浄をしたりして膜を洗浄することで濾過性能を回復させている。

特許文献２には、高さ方向における第１端と第２端とを有する筒状ケースと、前記筒状ケース内に収容される複数の中空糸膜と、前記筒状ケースの前記第１端側に位置する複数の中空糸膜の端部を開口した状態で接着する第１ポッティング部とを備え、前記中空糸膜は、破断強度が２３ＭＰａ以上であり、前記中空糸膜の充填率が４０％以上８０％以下である中空糸膜モジュールが開示されている。

特許文献３の図１には、ケース１内に中空糸膜束３を収納し、該中空糸膜束３の一方の端部Ａを中空糸膜２の端部が開口するように樹脂２０で接着固定すると共に前記ケース内壁に接着し、他方の端部Ｂを中空糸膜２の端部が封止するように樹脂２０で接着固定すると共に前記ケース内壁に接着した中空糸膜モジュール５０であって、前記端部Ａ，Ｂの間に挟まれた濾過域４のケース側面に、前記端部Ｂに対応して原水供給口５を、前記端部Ａに対応してエア排出口６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１１を設けた中空糸膜モジュールが開示されている。

特許文献４の中空糸膜モジュールは、円筒ケース内の中心部に配置された集水管の周囲に中空糸膜束が配置されており、集水管と中空糸膜束が封止用樹脂で一体化されている。そして、前記封止用樹脂で一体化された集水管と中空糸膜束が、前記集水管の端面が前記中空糸膜束の端面よりも内側に引っ込んだ状態で固定されている。
集水管の開口部付近の内周壁は、他部材、例えば、パイプ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）をしており、特許文献１の図１のような公知の中空糸膜モジュールと同様に両端側に液出入口を有するキャップを被せられることが記載されている（段落番号００１４、００１５）。

特許文献５は、上記の中空糸膜モジュールについて、円筒ケースハウジング端部に被せたキャップに対する補強機能が高められた中空糸膜モジュールが記載されている。

米国特許出願公開第２００３／０１５０８０７号明細書 特許第６２６４５０８号公報 特許第４８８２１７３号公報 特開２０１０－３６１２２号公報 特開２０１４－２２６６０７号公報

本発明は、濾過運転時において中空糸膜にファウリングが起こりにくく、中空糸膜の洗浄性も良い外圧式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、原水入口を有する第１端部と、前記第１端部と軸方向反対側の第２端部を有する円筒ケースハウジング内に多孔筒状体からなる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、少なくとも第２端部側の中空糸膜束が封止用樹脂で前記円筒ケースハウジングおよび前記集水管と共に一体化されており、
前記円筒ケースハウジングの第１端部側が原水入口を有する第１キャップで閉塞され、前記円筒ケースハウジングの第２端部側が第１液出口と第２液出口を有する第２キャップで閉塞されている中空糸膜モジュールであって、
前記集水管の前記第１キャップ側と前記第２キャップ側が開口されており、
前記中空糸膜束の前記第１キャップ側の端部が閉塞され、前記第２キャップ側の端部が開口され、両端部側が前記第１キャップ内部または前記第２キャップ内部に面しており、
前記中空糸膜束の充填率が４０％～７０％であり、
前記第１液出口と前記第２液出口のいずれか一方の液出口と前記集水管の前記円筒ケースハウジングの第２端部側の開口部が連結管で連結されている、外圧式中空糸膜モジュールを提供する。

本発明の外圧式中空糸膜モジュールは、中空糸膜面に懸濁質に由来する堆積物層が形成され難くなり、目詰まりも生じ難くなることから、ファウリングも生じ難くなる。

本発明の外圧式の中空糸膜モジュール（内側原水導入孔を有している）の軸方向（縦方向）への断面図。 図１の第２キャップ側の部分断面図。 本発明の中空糸膜モジュールで使用する集水管の部分断面図。 （ａ）は図３の集水管の部分断面図、（ｂ）は他実施形態の集水管の部分断面図。 図１の他実施形態である第１キャップ側の部分断面図。 （ａ）は図３の入口連結管の正面図、（ｂ）は入口連結管の通水孔を通る部分の半径方向の断面図。 図１の外圧式の中空糸膜モジュールにおいて、内側原水導入孔に代えて外側原水導入孔を有している外圧式の中空糸膜モジュールの軸方向（縦方向）への断面図。 図７の半径方向断面図であり、外側原水導入孔を説明するための断面図。

（１）図１、図２の中空糸膜モジュール
中空糸膜モジュール１０は、円筒状のケースハウジング１１内に多孔筒状体からなる集水管１２と中空糸膜束１３が収容されている。
またケースハウジング１１は、原水入口４１を有する第１端部１１ａと、前記第１端部１１ａと軸方向反対側の第２端部１１ｂを有し、第１端部１１ａ側が原水入口４１を有する第１キャップ４０で閉塞され、前記円筒ケースハウジングの第２端部１１ｂ側が第１液出口（ろ過水出口）５１と第２液出口（濃縮水出口）５２を有する第２キャップ５０で閉塞されている。
ケースハウジング１１の第１端部１１ａと第２端部１１ｂには、ヘッダー１５ａ又は１５ｂが取り付けられている。これらのヘッダー１５ａ又は１５ｂに対して、第１キャップ４０又は第２キャップ５０が被せられており、これらの接続は、それぞれの材質に応じて、ねじ合わせ、接着剤による接着、溶接などの方法を適用することができる。

ケースハウジング１１、集水管１２、ヘッダー１５ａ、ヘッダー１５ｂ、第１キャップ４０、第２キャップ５０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１５ａ、ヘッダー１５ｂ、第１キャップ４０、第２キャップ５０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させることができる。

ケースハウジング１１内では、集水管１２の周囲に中空糸膜束１３が配置され、少なくとも第２端部１１ｂ側の中空糸膜束１３が、樹脂封止部３５ｂにて封止用樹脂でケースハウジング１１および集水管１２と共に一体化されており、好ましくは中空糸膜束１３の第１端部１３ａ側と第２端部１３ｂ側のそれぞれが、樹脂封止部３５ａ又は３５ｂにて封止用樹脂でケースハウジング１１および集水管１２と共に一体化されている。
また中空糸膜束１３において、中空糸膜束１３の第１キャップ４０側の端部１３ａが閉塞され、第２キャップ５０側の端部１３ｂが開口され、両端部側が第１キャップ４０内部または第２キャップ５０内部に面している。

中空糸膜束１３は、数百～数千本の公知の中空糸膜が束ねられたものである。
中空糸膜は、外径が好ましくは１～３ｍｍ、より好ましくは１．３～１．６ｍｍの親水性膜（酢酸セルロースなどのセルロース系膜）または疎水性膜（ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンなど）を使用することができる。

中空糸膜は、透水性、親水性の観点から、セルロースエステル系膜を用いることが好ましい。セルロースエステル系膜としては、セルロースアセテート、セルロースプロピオネート、セルロースブチレート、及びセルロースベンゾエートから選ばれる１種以上を用いることができる。

中空糸膜束１３の第１端部１３ａ側から第２端部１３ｂ側までの長さが、中空糸膜のファウリングを防止する観点から、好ましくは２ｍ以下、より好ましくは１．５ｍ以下、そして、好ましくは０．８ｍ以上、より好ましくは１．０ｍ以上である。

中空糸膜束１３の充填率は、中空糸膜のファウリングを防止する観点から、４０％～７０％であり、好ましくは４５％～６５％であり、より好ましくは５０％～６０％である。
中空糸膜束１３の充填率が４０％以上であると、中空糸膜表面で水のせん断力が高まり、汚泥が付着し難くなる。特に、集水菅近傍の中空糸膜表面には、汚泥が付着し難くなる。
本発明において、中空糸膜束１３の充填率は、中空糸膜１本あたりの軸方向の平均断面積とケースハウジング１１内に収容される中空糸膜の本数との積から算出される中空糸膜束の断面積をＳ２、ケースハウジング１１の内周部の軸方向の最小断面積をＳ１とした場合、以下の式により算出される。
充填率［％］＝Ｓ２／Ｓ１×１００
ここで最小断面積Ｓ１は、ケースハウジング１１内周部の軸方向の最も小さくなる部分の断面積であり、かつ集水管１２などの中空糸膜束以外の部材を除いた中空糸膜が使用されている空間の断面積をいうものとする。
また断面積Ｓ２において、中空糸膜１本あたりの軸方向の平均断面積は、ケースハウジング１１内に収容される中空糸膜束から任意に合計１００本の中空糸膜を採取し、各中空糸膜の外径を測定して断面積を算出し、それらの値を平均したものを用いるものとする。

中空糸膜束１３の第１端部１１ａ側が、樹脂封止部３５ａにて封止用樹脂で前記円筒ケースハウジングおよび前記集水管と共に一体化されている場合、中空糸膜束１３の第１キャップ４０内部に面した部分は、封止用樹脂３５ａを厚さ方向に貫通して形成された複数の内側原水導入孔１４を有してもよい。
複数の内側原水導入孔１４は、封止用樹脂層３５ａを貫通して形成されているものであり、導入孔の先端部が封止用樹脂で固定されていない中空糸膜束１３の内部にまで到達されていてもよいが、封止用樹脂層３５ｂには到達していない。
内側原水導入孔１４の開口面積は特に制限されないが、中空糸膜束１３の半径方向の断面積に対して１～１５％の範囲にすることが好ましい。

中空糸膜束１３の第１端部１３ａ側と第２端部１３ｂ側は、中空糸膜束１３の間に配置された筒部材３０と共に樹脂封止部３５ａ又は３５ｂにて封止用樹脂で一体化されていてもよい。
筒部材３０を用いた場合、筒部材３０の周壁部３１の外周面３１ａ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、筒部材３０の長さをより短くすることで、集水管１２の端部と筒部材３０の両方が樹脂と接触するようにしてもよい。

筒部材３０は、周壁部３１の下方において、下部外周壁部３２ａと下部内周壁部３２ｂの間に形成された筒状溝部３３を有している。
筒部材３０の内側には、筒状溝部３３と軸方向に対向する位置に環状段差面３１ｃが形成されている。
筒部材３０と集水管１２は、筒部材３０の筒状溝部３３内に集水管１２の端部が嵌め込まれた状態で固定されている。

筒部材３０は、目視で反対側の樹脂封止部３５ａ又は３５ｂが容易に見える程度の透明性を有するものにすることができる。
筒部材３０を透明にするときは、ＰＥＴ樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂等の樹脂製のものが好ましい。

樹脂封止部３５ａ又は３５ｂ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。

集水管１２は周面に多孔を有する多孔筒状体であり、集水管１２は第１キャップ４０側と第２キャップ５０側が共に開口されている。集水管１２は、公知のパイプを使用できるほか、コルゲート管を使用することができる。
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３及び図４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２～１２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、集水管１２から通水孔２５へ原水が流出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、集水管１２から通水孔２５へ原水が流出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。

中空糸膜モジュール１０は、第１液出口（ろ過水出口）５１と第２液出口（濃縮水出口）５２の少なくとも一方の液出口と、集水管１２の第２キャップ５０側の開口部とを連結する出口連結管７０を有している。
連結管７０は、濃縮水出口または濃縮水ラインとして使用され、連結管７０と連結する液出口が濃縮水出口となる。また筒部材３０を用いる場合、出口連結管７０を筒部材３０に固定して、集水管１２と連結してもよい。

出口連結管７０は、周壁部７１と、集水管に近い開口部側に形成されたフランジ部７２を有していてもよい。
出口連結管７０は、フランジ部７２の半径方向の環状周面７３が筒部材３０の内周面３１ｂに当接されている。
また、出口連結管７０は、フランジ部の環状平面７２ａが筒部材の環状段差面３１ｃに当接された状態であってもよい。

出口連結管７０は、連結管のフランジ部７２、連結管の周壁部７１の外周面、および連結管の周壁部７１の外周面に正対する筒部材の内周面３１ｂにより形成される筒状空間（接着部６０）内に充填された接着剤により筒部材３０に対して固定されている。

また出口連結管７０の形状及び構造、並びに筒部材３０の形状及び構造は、上記とは異なる態様として、特許文献５の図３、図４に図示され、段落００３１～００３６に記載された態様のものも用いることができる。

第２キャップ５０において、第１液出口（ろ過水出口）５１と第２液出口（濃縮水出口）５２は、円筒ケースハウジング１１の軸方向、又は軸方向と異なる方向、好ましくは軸方向と直交する方向のいずれに形成されてもよいが、出口連結管７０と連結しない液出口（即ち、ろ過水出口５１）が円筒ケースハウジング１１の軸方向に形成され、出口連結管７０と連結する液出口（即ち、濃縮水出口５２）が円筒ケースハウジング１１の軸方向と異なる方向、好ましくは軸方向と直交する方向に形成されることが好ましい。

第２キャップ５０において、ろ過水出口５１が円筒ケースハウジング１１の軸方向に形成され、濃縮水出口５２が円筒ケースハウジング１１の軸方向と異なる方向、好ましくは軸方向と直交する方向に形成される場合、出口連結管７０は、円筒ケースハウジング１１の軸方向と異なる方向、好ましくは軸方向と直交する方向に形成された濃縮水出口５２と連結される。
出口連結管７０は、集水管１２の第２キャップ５０側の開口部と連結する側に、エルボ管等の屈曲管７４を用いて、円筒ケースハウジング１１の軸方向と直交する方向に形成された濃縮水出口５２と連結されてもよい。屈曲管７４は９０°のエルボ管を用いても良く、９０°以外のエルボ管を用いてもよい。
また屈曲管７４と濃縮水出口５２との間に可撓性の管（パイプ）７５を介して連結されてもよい。可撓性の管（パイプ）７５は、可撓性を有する樹脂配管を用いればよく、例えばポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリウレタン系などのエラストマー樹脂、塩化ビニル樹脂、軟質ポリエチレン樹脂等を用いることができる。

第２キャップ５０において、出口連結管７０と連結する濃縮水出口が円筒ケースハウジング１１の軸方向に形成され（例えば、第１液出口５１）、出口連結管７０と連結しない第２液出口が円筒ケースハウジング１１の軸方向と異なる方向、好ましくは軸方向と直交する方向に形成される場合（例えば、第２液出口５２）、出口連結管７０は、集水管１２の第２キャップ５０側の開口部と連結する側と反対側が、軸方向に延ばされ、第１液出口５１と連結される。

第１キャップ４０において、原水入口４１は、図１に示すように、円筒ケースハウジング１１の軸方向と異なる方向、好ましくは軸方向と直交する方向に形成されていてもよく、図３に示すように、円筒ケースハウジング１１の軸方向に形成されていてもよい。原水入口４１の位置は、取り換え容易性の観点から、取り換える内圧式の中空糸膜モジュールの原水入口の位置に応じて、上記態様を選択することができる。

第１キャップ４０において、原水入口４１が円筒ケースハウジング１１の軸方向に形成されている場合、図３、６に示すように、原水入口４１と、集水管１２の第１キャップ４０側の開口部とを入口連結管８０で連結させてもよい。入口連結管８０を用いることで、集水管１２への原水供給が効率的となり、ろ過効率もよくなる。入口連結管８０と集水管１２を連結させる態様は、上記した出口連結管７０と集水管１２を連結させる態様と同じであってよい。

入口連結管８０には、図３、６に示すように、周面に通水孔８１を有してもよい。入口連結管８０に通水孔８１が形成されると、中空糸膜束１３に封止用樹脂３５ａが厚さ方向に貫通して形成された複数の内側原水導入孔１４を有している場合に、通水孔８１を通して、原水を内側原水導入孔１４に供給することができる。集水管１２と内側原水導入孔１４へ原水が供給されることで効率の良いろ過が可能となる。

通水孔８１は、入口連結管８０の周面に等間隔で、２～１２個形成されていることが好ましく、４～８個形成されていることがより好ましい。
通水孔８１の開口部径は、入口連結管８０の大きさにより調整することができるが、５～５０ｍｍが好ましく、１０～３０ｍｍがより好ましい。なお、通水孔８１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。

本発明の中空糸膜モジュールは、円筒ケースハウジング１１内に、前記集水管を複数個配置してもよい。すなわち、本発明の中空糸膜モジュールは、円筒ケースハウジング１１内に、集水管１２の他に、１又は複数の集水管を配置してもよい。集水管１２の他に１又は複数の集水管を配置する場合、前記１又は複数の集水管（集水管１２を除く）は、集水管１２と同様に、樹脂封止部３５ｂにて、好ましくは樹脂封止部３５ｂ及び３５ａにて、ケースハウジング１１及び中空糸膜束１３と共に封止用樹脂で一体化されている。
前記１又は複数の集水管（集水管１２を除く）は、集水管１２と同様の形状であり、第１キャップ４０側の端部が開口されているが、入口連結管８０とは連結されていない。前記１又は複数の集水管（集水管１２を除く）の第２キャップ５０側の端部は、開口されている態様と閉塞されている態様のいずれでもよいが、開口されている態様の場合、出口連結管７０と連結されている。
また前記１又は複数の集水管（集水管１２を除く）の内径は、集水管１２の内径よりも小さいものが好ましい。

次に、図１に示す外圧式中空糸膜モジュールの別実施形態を図７、図８により説明する。なお、図８は、外側原水導入孔の配置状態を説明するために使用する図であり、図７の半径方向の断面図とは一致していない部分がある。
図７に示す中空糸膜モジュール１０Ａは、図１に示す中空糸膜モジュール１０が内側原水導入孔１４を有していることに代えて、外側原水導入孔２４を有していることが異なっている。
中空糸膜モジュール１０Ａは、中空糸膜束１３の第１端部１３ａ側が、封止用樹脂（封止用樹脂部３５ａ）で集水管１２と共に一体化されているが、円筒ケースハウジング１１の内周面とは一体化されていない。
中空糸膜束１３の第２端部１３ｂ側は、集水管１２と円筒ケースハウジング１１と共に封止用樹脂（封止用樹脂部３５ｂ）で一体化されている。
中空糸膜束１３の第１端部１３ａ側の外表面と円筒ケースハウジング１１の内周面の間において、円筒ケースハウジング１１の長さ方向に形成された外側原水導入孔２４を有している。
外側原水導入孔２４の幅（円筒ケースハウジング１１の内周面と中空糸膜束１３の外表面との間隔）は、円筒ケースハウジング１１の直径により異なるものであるが、円筒ケースハウジング１１の直径（外径）が２３０～３３０ｍｍであるとき、３～１０ｍｍが好ましい。

外側原水導入孔２４は、円筒ケースハウジング１１の内周面に対して周方向に間隔をおいて複数（図８では６個）が配置されたスペーサ６５により周方向に複数（図８では６個）に分離されている。
スペーサ６５は、円筒ケースハウジング１１の内周面と中空糸膜束１３の第１端部１３ａ側の外表面との間に間隔を形成できるものであればその形状は特に制限されるものでないが、例えば、平面形状が長方形、正方形などの四角形又はそれに類似する形状、円形又はそれに類似する形状にすることができる。
スペーサ６５の厚さは、外側原水導入孔２３の幅に相当する厚さである。
スペーサ６５の幅（円筒ケースハウジング１１の周方向の長さ）は１０～３０ｍｍが好ましい。
スペーサ６５の長さ（円筒ケースハウジング１１の長さ方向の寸法）は、３０～１２０ｍｍが好ましい。

スペーサ６５は、合成樹脂や金属からなる板材を貼り付けたものを使用することもできるが、円筒ケースハウジング１１の内周面に固着された接着剤層からなるものが好ましい。
接着剤層（スペーサ６５）は、耐久性を高める点から、円筒ケースハウジング１１の内周面に形成されている凹凸（多数の凹部）と接着剤が接触する（多数の凹部に接着剤が入り込む）ことで固着されているものが好ましい。前記凹凸は、接着剤層（スペーサ６５）を形成する位置に予め粗面化加工するなどの方法で形成することができる。
接着剤層（スペーサ６５）を形成するための接着剤としては、上記した封止用樹脂を使用することができる。

図１、図２に示す中空糸膜モジュール１０は、内側原水導入孔１４のみを有している（外側原水導入孔２４は有していない）実施形態であり、図７、図８に示す中空糸膜モジュール１０Ａは、外側原水導入孔２４のみを有している（内側原水導入孔１４は有していない）実施形態であるが、本発明では、図１、図２の実施形態と図７、図８の実施形態を組み合わせた内側原水導入孔１４と外側原水導入孔２５の両方を有している実施形態にすることもできる。
図７、図８における外側原水導入孔２４の総開口面積は、集水管１２および外側原水導入孔２４も含めた（内側原水導入孔１４がある場合はそれも含めた）総開口面積の３５～６５％であることが好ましく、４０～６０％であることがより好ましい。

次に図１、図２に示す中空糸膜モジュールの作製方法を説明する。
本発明の中空糸膜モジュールは、周知の遠心接着法（特開昭５１－９３７８８号公報、特開昭５２－３８７９７号公報、特開昭６１－１７１５０３号公報、特開昭６１－１７１５０４号公報等）のほか、特開２００５－５２７３６号公報の段落番号００２９～００３１に記載された製造方法、特開２００６－２８１０５１号公報の段落番号００１０～００２４に記載された製造方法を利用することで、集水管１２、中空糸膜（束）１３、ケースハウジング１１、及び筒部材３０を封止用樹脂で一体化することで製造することができる。

その後、樹脂封止部３５ｂを切断して中空糸膜（束）１３の端部を開口させる。なお、樹脂封止部３５ａは、切断により中空糸膜（束）１３の端部を開口させない。
その後、出口連結管７０を所定位置に配置した状態で、筒状空間（接着部６０）内に接着剤を充填して筒部材３０に対して固定する。

その後、第１キャップ４０及び第２キャップ５０を取り付ける。キャップ５０は、第２液出口（濃縮水出口）５２と出口連結管７０が連結するようにして、開口周縁部をヘッダー１５ｂに対して嵌め込んで取り付ける。第１キャップ４０又は第２キャップ５０とヘッダー１５ａ又は１５ｂとの接触部分にもシール部材を介在させることができる。
ここで、第２キャップ５０の第２液出口（濃縮水出口）５２が円筒ケースハウジング１１の軸方向と直交する方向に形成される場合、出口連結管７０に屈曲管７４と可撓性の管（パイプ）７５を用いると、屈曲管７４により筒部材３０により固定された出口連結管７０を軸方向から軸方向と直交する方向に向きを変更でき、また可撓性の管（パイプ）７５を介することで濃縮水出口５２と容易に連結することができる。

次に、図７、図８に示す中空糸膜モジュール１０Ａの作製方法を説明する。
中空糸膜モジュール１０Ａは,中空糸膜モジュール１０と同様にして作製することができる。
中空糸膜束１３の第１端部１３ａ側は、集水管１２と中空糸膜束１３を封止用樹脂で一体化するが、中空糸膜束１３の第１端部１３ａと半径方向外側に対向する円筒ケースハウジング１１の内周面は、外側原水導入孔２４を形成するために一体化しない。
スペーサ（接着剤層）６５は、集水管１２と中空糸膜束１３を封止用樹脂で一体化するとき、スペーサ６５を形成するためのスペーサ形成用枠体を円筒ケースハウジング１１の内表面の所定位置（凹凸が形成されているときは、前記凹凸が形成されている位置）に所定数配置して、前記封止用樹脂を前記枠体内に導入して形成することができる。
スペーサ形成用枠体は、スペーサ６５の平面形状と厚さに対応する形状の枠体であり、スペーサ６５の平面形状が長方形であるときは、一面側の長方形の開口部を円筒ケースハウジング１１の内周面に押し当て、厚さ方向反対側の他面側の長方形の開口部を中空糸膜束１３の第１端部１３ａ側の外表面に押し当てた状態で使用する。
なお、接着剤層をスペーサ６５として使用するときは、前記接着剤層が当接される円筒ケースハウジング１１の内周面の部分には、予め円筒ケースハウジング１１の素材に適した方法より粗面化加工して、凹凸（穴）を形成しておくことが好ましい。
粗面化加工の方法としては、やすり加工、レーザー加工、穿孔加工などを使用することができる。

集水管として、図３に示すようなコルゲート管を使用した図１、図２に示す内側原水導入孔１４を有する中空糸膜モジュール１０の濾過運転方法について説明する。
中空糸膜モジュール１０の運転時においては、集水管１２を通過する原水は、集水管１２の凹部２１に形成されている通水孔２５を通って、中空糸膜束１３内部に入り、ろ過される。
ここで中空糸膜束１３の第１端部１１ａ側が、樹脂封止部３５ａにて封止用樹脂で円筒ケースハウジング１１および集水管１２と共に一体化され、中空糸膜束１３に封止用樹脂３５ａを厚さ方向に貫通して形成された複数の内側原水導入孔１４を有している場合、原水が中空糸膜束１３の中心部と中心部以外の周囲にも供給されながらろ過されることから、原水流の偏りが小さくなるため、中空糸膜の表面に懸濁物質に由来する堆積物層も形成され難くなり、ろ過効率もよくなる。

次に、集水管として、図３に示すようなコルゲート管を使用した図７、図８に示す外側原水導入孔２４を有する中空糸膜モジュール１０Ａの濾過運転方法について説明する。
中空糸膜モジュール１０Ａの濾過運転方法は、中空糸膜モジュール１０の濾過運転方法と同じであるが、内側原水導入孔１４に代えて外側原水導入孔２４を有していることから、次のような異なる動作をする。
複数の外側原水導入孔２４を有している場合、集水管１２の凹部２１に形成されている通水孔２５を通って中空糸膜束１３内部に入りろ過されると共に、原水が中空糸膜束１３の外側にも供給されながらろ過される。
このため、原水流の偏りが小さくなり、中空糸膜の表面に懸濁物質に由来する堆積物層も形成され難くなり、ろ過効率もよくなる。
さらに逆圧洗浄を実施した場合には、外側原水導入孔２４の作用により洗浄水が円筒ケースハウジング１１の内周面と中空糸膜束１３の外表面の間にも導入され易くなるため、中空糸膜束１３の外表面に付着した物質（ファウリング物質）が除去され易くなるほか、洗浄時における中空糸膜からのリークも防止できる点で、内側原水導入孔１４のみが形成された中空糸膜モジュール１０と比べると優れている。

その後、中空糸膜束１３で濾過して得られたろ過水は、第２キャップ５０内の空間５３内を満たした後、第１液出口（ろ過水出口）５１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束１３の逆圧洗浄等に再利用することができる。
また透過水の生成に伴って生じる濃縮水は、集水管１２、集水管１２の端部に接続された筒部材３０、出口連結管７０および第２液出口（濃縮水出口）５２を経て排水される。

濾過運転を長期間継続して行くことで濾過性能が低下してきたときには、逆圧洗浄を実施してもよい。
逆圧洗浄は、必要に応じて薬剤を添加した逆圧洗浄水を第２液出口（濃縮水出口）５２側から圧入して実施する。
逆圧洗浄排水は、中空糸膜束１３の間を通り、逆圧洗浄水出口を兼ねる原水入口４１から排出される。

本発明の外圧式の中空糸膜モジュール１０は、中空糸膜束１３の充填率を４０％～７０％の範囲内にすることにより、中空糸膜の表面に懸濁物質に由来する堆積物層も形成され難くなることから、ファウリングが防止され、ろ過効率も良くなる。
また本発明の外圧式の中空糸膜モジュール１０は、内圧式の中空糸膜モジュールを用いた水処理システムにおいて、被処理水（原水）の濁度が高まった場合に、内圧式の中空糸膜モジュールと、原水入口、ろ過水出口及び濃縮水出口の位置が同じであるため、中空糸膜モジュール外の配管の取り付けに工夫を要せず、内圧式の中空糸膜モジュールから外圧式の中空糸膜モジュールへの取り換えが容易である。
取り換え対象となる内圧式の中空糸膜モジュールは、原水入口を有する第１端部と、前記第１端部と軸方向反対側の第２端部を有する円筒ケースハウジング内に中空糸膜束が収容されており、前記円筒ケースハウジングの第１端部側が前記原水入口を有する第１キャップで閉塞され、前記円筒ケースハウジングの第２端部側が前記ろ過水出口と前記濃縮水出口を有する第２キャップで閉塞されているものであることが、本発明の外圧式の中空糸膜モジュールへの取り換え容易性の観点から好適である。
特に特許文献１又は３に記載の内圧式の中空糸膜モジュールは、第２キャップのろ過水出口が円筒ケースハウジングの軸方向に、濃縮水出口が円筒ケースハウジングの軸方向と直交する方向に形成されており、本発明の外圧式の中空糸膜モジュール１０の第２キャップ５０において、ろ過水出口５１が円筒ケースハウジング１１の軸方向に形成され、濃縮水出口５２が円筒ケースハウジング１１の軸方向と直交する方向に形成されると、ろ過水出口と濃縮水出口の位置が同じであるため、当該内圧式の中空糸膜モジュールと本発明の外圧式の中空糸膜モジュールとの取り換えがより容易である。

実施例１
図１、図２に示す中空糸膜モジュール１０を用いて、約８ヶ月間のろ過運転を実施した。
中空糸膜モジュール１０及びろ過運転の詳細な条件は下記の通りである。

（中空糸膜モジュール１０）
中空糸膜モジュール１０：全長1,360ｍｍ、外径284ｍｍ
ケースハウジング１１：ＡＢＳ樹脂製、外径284ｍｍ、内径265ｍｍ、軸方向長さ1,116ｍｍ
集水管１２：ポリエチレン製、外径93ｍｍ、内径75ｍｍ
中空糸膜束１３：酢酸セルロース製、充填率56％（Ｓ１：48,362ｍｍ²、Ｓ２：27,077ｍｍ²、充填率は、上記に記載の方法で測定）、第１端部１３ａ側から第２端部１３ｂ側までの長さ1,124ｍｍ、中空糸外径1.3ｍｍ、中空糸内径0.8ｍｍ、膜面積80.4ｍ²
原水導入孔１４：封止用樹脂層３５ａの中空糸膜束に、開口面積が2.0ｃｍ²の原水導入孔１４を、集水管１２を中心にして等間隔に6個形成

（ろ過運転条件）
駆動ポンプを駆動させて、原水タンク内の河川水（揖斐川表流水）を送り、中空糸膜モジュール１０の原水入口４１から供給してろ過を開始した。ろ過運転の条件は下記の通りであった。
ろ過運転期間：約８ヵ月
ろ過水量：４ｍ３／時間
ろ過運転時間（逆洗浄間隔）：６０分
逆洗浄時間：６０秒／回
回収率（下記式より算出）：９５％
回収率（％）＝［（造水量－逆洗浄時使用水量）／造水量］×１００

ろ過運転終了後、中空糸膜モジュールを解体し、中空糸膜束の状況を確認したところ、中空糸膜の汚泥の付着量は比較的少なく（特に集水菅近傍の中空糸膜には汚泥の付着が無かった）、汚泥の塊の固着等も認められなかった。

実施例２
図７、図８に示す中空糸膜モジュール１０Ａを用いて、約８ヶ月間のろ過運転を実施した。
中空糸膜モジュール１０Ａの詳細な条件は下記の通りである。ろ過運転条件は、実施例１と同じである。

（中空糸膜モジュール１０Ａ）
中空糸膜モジュール１０Ａ：全長1,360ｍｍ、外径284ｍｍ
ケースハウジング１１：ＡＢＳ樹脂製、外径284ｍｍ、内径265ｍｍ、軸方向長さ1,116ｍｍ
集水管１２：ポリエチレン製、外径93ｍｍ、内径75ｍｍ
中空糸膜束１３：酢酸セルロース製、充填率56％（Ｓ１：48,362ｍｍ²、Ｓ２：27,077ｍｍ²、充填率は、上記に記載の方法で測定）、第１端部１３ａ側から第２端部１３ｂ側までの長さ1,124ｍｍ、中空糸外径1.3ｍｍ、中空糸内径0.8ｍｍ、膜面積80.4ｍ²
外側原水導入孔２４：厚み５ｍｍ、幅（周方向の長さ）２０ｍｍ、長さ５０～６５ｍｍの接着剤層（スペーサ）２４により円筒ケースハウジング１１と中空糸膜束１３の第１端部１３ａの間隙が周方向に６箇所に分離されたもの

ろ過運転終了後、中空糸膜モジュール１０Ａを解体し、中空糸膜束の状況を確認したところ、中空糸膜の汚泥の付着量は、全体的に殆どなく、内側原水導入孔を有する実施例１の中空糸膜モジュール１０と比べても非常に少なく、汚泥の塊の固着等も認められなかった。

本発明の中空糸膜モジュールは、浄水場設備、汚水処理設備、海水淡水化処理設備などで使用することができる。

１０ 中空糸膜モジュール
１１ ケースハウジング
１２ 集水管
１３ 中空糸膜（束）
１４ 内側原水導入孔
２１ 凹部
２２ 凸部
２４ 外側原水導入孔
２５ 通水孔
３０ 筒部材
３５ 樹脂封止部
４０ 第１キャップ
５０ 第２キャップ
７０ 出口連結管

Claims (6)

1. 原水入口を有する第１端部と、前記第１端部と軸方向反対側の第２端部を有する円筒ケースハウジング内に多孔筒状体からなる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、前記中空糸膜束の第１端部側が前記集水管と共に一体化され、第２端部側の中空糸膜束が封止用樹脂で前記円筒ケースハウジングおよび前記集水管と共に一体化されており、
   前記円筒ケースハウジングの第１端部側が原水入口を有する第１キャップで閉塞され、前記円筒ケースハウジングの第２端部側が第１液出口と第２液出口を有する第２キャップで閉塞されている中空糸膜モジュールであって、
   前記集水管の前記第１キャップ側と前記第２キャップ側が開口されており、
   前記中空糸膜束の前記第１キャップ側の端部が閉塞され、前記第２キャップ側の端部が開口され、両端部側が前記第１キャップ内部または前記第２キャップ内部に面しており、
   前記中空糸膜束の充填率が４０％～７０％であり、
   前記第１液出口と前記第２液出口のいずれか一方の液出口と前記集水管の前記円筒ケースハウジングの第２端部側の開口部が連結管で連結されており、
   前記中空糸膜束の外周面と前記円筒ケースハウジングの内周面の間において、前記円筒ケースハウジングの長さ方向に形成された外側原水導入孔を有しているものであり、
   前記外側原水導入孔が、前記円筒ケースハウジングの内周面に対して周方向に間隔をおいて複数が配置されたスペーサにより周方向に複数に分離されると共に、前記円筒ケースハウジングと前記中空糸膜束の第１端部側の間に間隔が形成されるものである、外圧式中空糸膜モジュール。
2. 前記スペーサが、前記円筒ケースハウジングの内周面に固着された接着剤層からなるものであり、
   前記接着剤層が、前記円筒ケースハウジングの内周面に形成されている凹凸と接着剤が接触することで固着されているものである、請求項１記載の外圧式中空糸膜モジュール。
3. 前記外側原水導入孔の開口面積が、前記集水管および前記外側原水導入孔も含めた総開口面積の３５～６５％である、請求項１又は２記載の外圧式中空糸膜モジュール。
4. 前記円筒ケースハウジング内に、前記集水管が複数個配置される、請求項１～３の何れか１項に記載の外圧式中空糸膜モジュール。
5. 前記中空糸膜束がセルロースエステル系膜である、請求項１～４の何れか1項に記載の外圧式中空糸膜モジュール。
6. 前記セルロースエステル系膜が、セルロースアセテート、セルロースプロピオネート、セルロースブチレート、及びセルロースベンゾエートから選ばれる１種以上である、請求項５に記載の外圧式中空糸膜モジュール。
   

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