JPH07136471A

JPH07136471A - 中空糸膜モジュール

Info

Publication number: JPH07136471A
Application number: JP28505893A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Nishimura; 哲夫西村; Hiroyuki Yamamura; 弘之山村
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1993-11-15
Filing date: 1993-11-15
Publication date: 1995-05-30

Abstract

(57)【要約】【構成】中空糸膜束が外筒の中に収納され、接着剤で中
空糸膜束の少なくとも一端を気密に接着してなる中空糸
膜モジュールであって、モジュール内の中空糸膜が固定
されている端部表面は、(A) 固定されている中空糸膜が
密に分布している表面、(B) 固定されている中空糸膜が
実質上分布していない表面、を有し、かつ、表面(A) は
表面(B) により、複数に分けられていることを特徴とす
る中空糸膜モジュール。【効果】エアースクラビングによる目詰まり除去効果が
大幅に改善された中空糸膜モジュールが提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液体のろ過操作を行な
うための中空糸膜モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般の工業用水には、多くのＳＳ成分、
微粒子、ゴミ、細菌類、藻類、などが含まれており、こ
のまま使用されると、用水配管の詰まり、細菌の増殖、
ライン中のスケール堆積などのトラブルを生じる原因と
なりやすい。従来、これらの水中混入成分を除去するた
めに、砂ろ過、凝集ろ過、凝集沈殿ろ過、カートリッジ
ろ過などの各種方法が用途に応じてて使用されてきた。
これらの一般ろ過法に変わる新規な手法として、最近は
多孔質の中空糸膜によるろ過が実用化され始めつつあ
る。中空糸膜による水処理、ろ過は、近年急速に普及
し、その適用分野も年々広くなりつつある。

【０００３】中空糸膜のろ過において、中空糸膜は何千
〜何万本を束に束ねた後に端部を接着剤で固定した形状
の商品形態に加工される。そして、これらの商品形態に
加工されたものは、中空糸膜モジュールと呼ばれてい
る。液体のろ過が可能な中空糸膜モジュールとしては従
来から多くの形態のものが提案されている。特に初期の
ものとしては、適度な前処理手段と組み合わせて使用さ
れるろ過モジュール、逆浸透ろ過を目的としたもの、透
析用途を目的としたものなどがあり、これらの用途を主
目的として、多くのモジュール形態が提案されており、
その主なものを挙げると、特公昭４８−２８３８０号公
報、特開昭４９−６９５５０号公報、特開昭５３−１０
０１７６号公報、などに記載されているものがある。こ
れらは、全て、液体のろ過を実施するにあたり、使い捨
て、あるいは、汚れが一定量以上付着した段階におい
て、清澄水または薬液水による洗浄やフラッシング処理
を実施するのが普通であった。これに対して、最近は、
中空糸膜モジュール形状に工夫をこらし、エアーにより
中空糸膜の性能回復を実施する方法が試みられている。
特開昭６１−２６３６０５号公報は、中空糸膜をＵ字型
に組み込み、容器に収納して使用するものであり、定期
的に容器の下部に設けられたエアー導入口からエアーを
導入させてエアースクラビングにより中空糸膜を振動さ
せ、膜面の堆積物の除去を試みるものである。また、特
開昭６０−２０６４１５号公報は、中空糸膜を中心パイ
プの回りに配列させた両端固定型モジュールであり、前
記同様に容器に組み込み、エアースクラビングにより中
空糸膜膜面の堆積物を除去するものである。これらの技
術は、既に実用化の検討が開始されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】中空糸膜モジュールの
製造方法において、中空糸膜を中心パイプの回りに配列
させる試みは一般によく用いられるが、現状のモジュー
ルにおいては、下記の課題が残されている。すなわち、
中空糸膜を何千〜何万本もを中心パイプの回りに均等に
配列するのは難しく、中空糸膜を中心パイプのまわりに
配列、仮止めした状態で両端を接着剤により封止した場
合、接着剤の硬化時間中に中空糸膜束が重力により下方
に落下し、中空糸膜を均等に配列された中空糸膜モジュ
ールを得ることが難しい。このため、これを防ぐ目的で
膜全体をプラスチック製のネット状のものにより覆った
り、複数個の膜束に分割しそれぞれをネット状のもので
覆い膜を均等に配列したものが一般的である。また、膜
束の長さ方向に一定間隔に整束板や支持体を設置し、膜
束を保持し乱れを押さえたモジュールも開発されている
（特開平 1-307408 , 実開平 2-28723）。

【０００５】これらの方法は、しかしながら、モジュー
ルの運転において、定期的あるいは不定期的にエアース
クラビングにより膜を揺らし、膜面に付着したゴミ、汚
れなどを揺り落とす方法が採用される場合は、ネットや
整束板により膜の揺れが規制され、付着物の除去性が悪
くなる。このため、エアースクラビングによる付着物除
去性が良く、膜束を中心パイプの回りに均等に配列でき
る手段が求められていた

【０００６】。

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、中空糸
膜束が外筒の中に収納され、接着剤で中空糸膜束の少な
くとも一端を気密に接着してなる中空糸膜モジュールで
あって、モジュール内の中空糸膜が固定されている端部
表面は、(A) 固定されている中空糸膜が密に分布してい
る表面、(B) 固定されている中空糸膜が実質上分布して
いない表面、を有し、かつ、表面(A) は表面(B) によ
り、複数に分けられていることを特徴とする中空糸膜モ
ジュールにより基本的に達成される。

【０００７】

【作用】係る構成を有することにより、つまり、中空糸
膜が膜束に分割されていることにより、エアースクラビ
ングによる付着物除去性が良く、膜束を中心パイプの回
りに均等に配列できる。しかも、モジュール内空間にネ
ット、整束板または支持体を設置する必要がないので、
中空糸膜を傷付ける恐れもないものである。

【０００８】即ち、モジュール内の中空糸膜が固定され
ている端部表面に、固定されている中空糸膜が実質上分
布していない表面(B) を有することにより、モジュール
内に、中空糸膜が実質上分布していない空間が形成され
る。それにより、中空糸膜の乱れが抑制され、かつ、エ
アースクラビングが均一に作用して、付着物除去性が向
上するものである。係る空間は、処理対象流体や、中空
糸膜が自由に運動または存在できるものであるので、エ
アースクラビングが均一に行われる。また、該空間に存
在する物質は、処理対象流体や中空糸膜等のように、中
空糸膜よりも硬度の低いものであるのでエアースクラビ
ングなどの際に、膜を傷付けることはない。係る空間を
形成するには、前記の表面(B) が両端に存在することが
好ましい。さらに好ましくは、両端部の表面(B) の形状
が同じであり、特に好ましくは、両者の対応する部分が
鏡像関係のように互いに正確に向かい合っている場合で
ある。前記対応する部分が捩じれた関係にあると、該空
間も、捩じれた形状となり、本願発明の効果が十分に発
揮できなくなる。しかし、係る不都合が生じない程度な
らば、両端部の表面(B) が、例えば面積比率で１０％程
度形状が異なっていたり、３０度以内の範囲で捩じれて
向かい合わせていても問題はない。

【０００９】また、表面(B) は、モジュール内に多少突
出または、窪んでいても良いが、余り突出していると、
エアースクラビング等で、中空糸膜が振動するのが妨げ
られたり、あるいは中空糸膜と当たって膜を傷付けたり
する恐れがある。従って、表面(B) においては、処理対
象流体や中空糸膜等以外の、整束板や支持体や構造体な
どが存在する空間は、表面(A) から測った高さで、９mm
以内とすることが好ましく、より好ましくは７mm以下で
ある。一方、表面(B) が余り窪んでいると、処理流体の
異常滞留を招き、汚染などの原因となる恐れがある。し
たがって、表面(B) が窪んでいる場合、表面(A) から測
った深さで、９mm以内とすることが好ましく、より好ま
しくは７mm以下である。もっとも好ましくは、表面(B)
は、モジュール内に突出または、窪んでいず、表面(A)
と同じ高さを有していることである。

【００１０】中空糸膜の分割数は、２〜１０程度が好ま
しく、３〜６がさらに好ましい。各分割の膜本数はモジ
ュルの大きさによって異なるが、外径１００ｍｍのモジ
ュールにおいては一束１０００本から１００００本程度
が好ましい。また、膜束内の中空糸膜の間隔は特に限定
されるものではないが、２mm以下が好ましく、より好ま
しくは１mm以下である。

【００１１】また、分割は、完全に分けられていること
が好ましいが、中央部で繋がった花弁状のように、不完
全な分割形態でも良い。ただし、その場合、分割し切れ
ずに繋がっている部分の長さ（分割されている境界部分
の境界線を分割し切れずに繋がっている部分に滑らかに
延長して仮想的に引いた線の長さ）は、他の分割されて
いる境界部分の境界線の長さの１００％以下が好まし
く、より好ましくは５０％以下である。なお、境界線の
設定方法は、表面(A) の最も外側の中空糸膜に沿って、
滑らかな線を引くことによるものとする。

【００１２】また、表面(B) の幅は、３mm以上であるこ
とが好ましく、より好ましくは４mm以上である。この場
合の幅は、最小値または平均値で評価した値で良い。平
均値としては、例えば、１つの点を通過して、表面(B)
の境界で切られる線分中の最小長さを、表面(B) 上のす
べての点について、平均することにより得られるものが
挙げられるし、または、軸線を定義してその垂線と表面
(B) の境界で切られる線分の長さの平均より求められる
ものもあげられる。

【００１３】本願は、前述のように表面(B) により分割
されるものである。つまり、中心パイプ部分以外の、接
着端部に貫通した切欠部を設けることにより、分割する
ものではない。よって、接着端部の断面（モジュールの
長軸あるいは中空糸膜の走行方向に対して垂直に切断し
た断面）の外形が単純な円またはそれに近い形状とする
ことができるので、接着端部の形成やモジュールの作成
が容易である。

【００１４】もちろん、係る形状以外の態様を排除する
ものではないが、前記の形成や作成の利点を考慮する
と、仮に中心パイプ部分以外の接着端部の貫通した切欠
部を有するとしても、その深さまたは幅は、好ましく
は、直径の５分の１以下、より好ましくは、１０分の１
以下である。また、このような、貫通した切欠以外に、
貫通していない、その他のパイプやセンサなどの穴など
も特に排除するものではない。

【００１５】本願発明にある表面(A) および表面(B) を
形成する手段は、特に限定されるものではないが、接着
剤固化部内部に、中空糸膜束を保持するための整束板を
用いることにより、表面(A) および表面(B) を形成する
方法があげられる。一旦、表面(A) および表面(B) を形
成された状態で、中空糸膜がモジュール端部に固定され
れば、もはや、係る整束板は特に必要とするものではな
いので、固定端部より、剥離または分解することによ
り、除去することもできる。しかし、係る除去作業は、
困難を伴うことが多いので、そのまま、整束板が接着剤
固化部内部に一部または全て埋没していても良い。以下
に、図面を踏まえて、特に、整束板が接着剤固化部内部
に埋没した態様を用いて、本願発明をより詳細に説明す
る本発明に関わる実施例を図１、図３および図４に示
す。

【００１６】ろ過される供給水は多孔質中空糸ろ過膜モ
ジュール（以下中空糸膜モジュールと呼ぶ）のノズル３
より供給され、中空糸膜の表面にあいている無数の微細
孔でろ過されて、ＳＳ成分や微粒子や、ごみ、細菌など
が除かれた清澄水だけが中空糸膜内部に透過し、ろ過水
出口１１からろ過水として取り出される。中空糸膜モジ
ュールのろ過においては原水圧力が大きいほどろ過水量
は大きくなるが、ろ過時間の経過と共に前記ＳＳ成分、
微粒子などが膜面に付着して多かれ少なかれ中空糸膜の
目詰まりが生じ、同一圧力あたりのろ過水量が徐々に低
下していくのが普通である。よって、中空糸膜、モジュ
ールを長期に使用続けていくためには、中空糸膜の目詰
まりが進行してろ過水量が低下した適当な時点におい
て、エアースクラビングをはじめとする洗浄操作を行な
い、目詰まり前に近いレベルにまで中空糸膜のろ過水量
を回復させることが必要となってくる。

【００１７】エアースクラビングを容器に充填された膜
全体にわたり均一に行ない、洗浄効果を上げるには、膜
の充填率を適当範囲に設定し、また、膜も容器に均一に
分散した状態でなければならなくなる。

【００１８】図２は一般的なモジュール構造であり容器
１に充填された中空糸膜１０は、中空糸膜の充填率が高
い場合は、中空糸膜相互の摩擦のためモジュール製作時
にも膜束が移動して膜束が乱れることはなかった。しか
し、エアースクラビング等により膜を洗浄し、繰り返し
使用し高寿命が必要なモジュール、特に全ろ過運転や高
回収率運転を行なうモジュールにおいては高充填率であ
れば洗浄性も悪くなり、エアースクラビングを均一に実
施することや、原水入口付近のおいての汚れ、ごみによ
る詰まりを招くことがわかった。これらを防ぐには中空
糸膜の充填率を低くせざるを得なくなるが、モジュール
製作上は、低充填率であれば、膜が乱れやすく出来上が
ったモジュールは膜が不均一に分散した状態になり、洗
浄性が悪いのみならず見た目も悪くなる。特に中心パイ
プの回りに糸束を均一に充填させる必要がある場合は特
に製作が困難であった。

【００１９】本発明者らは、この低充填率の中空糸膜モ
ジュールにおいても容器内に膜が均一に分散した状態で
成形できる方法について鋭意検討を行なった結果、本発
明を発見したものである。

【００２０】本発明による整束板を使用して、その中に
膜束を貫通させた状態において成形したモジュールは、
膜乱れもなく、整束板の形状に合った形で膜束が容器内
に均一に分散した状態において成形が可能となり、エア
ースクラビング等の洗浄操作が均一に行なうことが可能
となる。また、整束板は接着剤中に埋没させることで、
膜が直接整束板に接触することがなく中空糸膜も傷付か
ない。

【００２１】このように、整束板を付設することで膜充
填率の低いモジュールでも容器内に均一に分散したモジ
ュールを製作できることを見出だした。図１は本発明の
整束板を用いたモジュールの説明図である。中心パイプ
４の回りに中空糸膜１０を４分割にして分散させ、中心
パイプに接着した整束板５に中空糸膜を貫通させた状態
で接着剤を封入し、成形したものである。接着剤硬化
後、片側接着部のみ中空糸膜が開口する位置までカット
したもので、もう片方は、封止したままでその外側にモ
ジュールキャップ２を付ける。整束板５は接着剤に埋没
されており、中心パイプ４に開いた細孔からエアースク
ラビング用のエアー出口孔７があり、反対側には、エア
ーが抜けないように中心パイプ穴に盲栓９がはめられて
おり、ろ過水側にエアー、原水が混入しない構造になっ
ている。

【００２２】整束板は、膜の分割数によっていろんなタ
イプのものがあり、一例を図３、図４に示した。整束板
は、中空糸膜束を貫通保持するため、中空糸膜が傷付か
ないように、バリがないように加工されていることが重
要であり、中空糸膜接触部をなめらかにした射出成型品
が使用される。

【００２３】整束板の形状は、特に限定しないが円板状
であることが好ましい。円板状整束板の外径は整束板を
組み込む外筒の該当部分の内径と同寸法または小さいこ
とが必要であるが、接着剤の流動性を向上させるために
外筒内面と整束板外周との間に空間を設けることが特に
好ましい。

【００２４】さらに、整束板の仕切り部分にエアー抜き
用の貫通孔を設け、成形時の接着剤中のエアーが抜け易
い構造にすることが最も好ましい。貫通孔の大きさは、
エアーが抜ける程度の穴であればよく直径１〜５ｍｍΦ
がよく、さらに好ましくは２〜３ｍｍΦがよい。貫通口
の数はできるだけ多いほどよいが、膜の本数によって仕
切り部分の厚みが制限されるため、通常一つの仕切りに
２〜３個の穴を開けると効果がある。整束板には中心パ
イプの貫通のための中心パイプ用穴を開けておくと中心
パイプのセッティングが非常に容易であるが、本発明は
必ずしも中心パイプを有することを前提とするものでは
なく、図４のように糸束を通す穴１４とエアー抜き用の
貫通孔１３だけを、あるいは糸束を通す穴１４だけを有
するものでも良い。

【００２５】整束板の材質は、特に指定はないが、接着
剤性を考慮して容器、中心パイプと同じ材質が加工上好
ましく、一般的にはポリ塩化ビニル、ポリカーボネー
ト、ＡＢＳ樹脂、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフ
ィド、ポリエーテルエーテルケトンなどが好ましく用い
られる。

【００２６】また、本発明に使用する中空糸膜を接着す
るために使用する接着剤としては、ウレタン系接着剤、
エポキシ系接着剤、シリコン系接着剤等幅広く使用する
ことができる。

【００２７】本発明に使用する中空糸膜モジュールを構
成する中空糸膜素材としては、多孔質に中空糸膜であれ
ば特に限定しないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、
ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリビニルアル
コール、セルロースアセテート、ポリアクリロニトリ
ル、その他の材質を選択できる。この中で、特に好まし
い中空糸膜素材としては、アクリロニトリルを少なくと
も一成分とする重合体からなる中空糸膜が適当である。
アクリロニトリルを少なくとも５０モル％以上、好まし
くは６０モル％以上と該アクリロニトリルに対して共重
合性を有するビニル化合物一種または二種以上を５０％
以下、好ましくは０〜４０モル％からなるアクリロニト
リル系重合体である。また、これら、アクリロニトリル
系重合体二種以上、さらに他の重合体との混合物でもよ
い。上記ビニル化合物としては、アクリロニトリルに対
して共重合性を有する公知の化合物であればよく、特に
限定されないが、このましい共重合体としては、アクリ
ル酸、イタコン酸、アクリル酸メチル、メタクリル酸メ
チル、酢酸ビニル、アリルスルホン酸ソーダ、ｐースチ
レンスルホン酸ソーダ等を例示することができる。

【００２８】

【実施例】

実施例１外径８５０μｍ、内径３５０μｍのポリアクリロニトリ
ルの中空糸膜１００００本を２５００本、４束に分割し
た中空糸膜束を、パイプの一部に２ｍｍΦ穴が２４個開
いた長さ１１１０ｍｍの中心パイプの両端からそれぞれ
約１００ｍｍの位置に取り付けた整束板に１束づつとお
した。これを外径１１４ｍｍΦ、内径１００ｍｍΦの透
明外筒に中に充填し両端をシールした後、遠心成形機に
セットし回転中に接着剤を、外筒のノズル口から接着剤
が二分するように２５０ｇ投入し、３０分後、さらに接
着剤を５００ｇ投入した。接着剤硬化後、外筒の片方を
チップソー式切断機により２０ｍｍカットした。さら
に、外筒両側にキャップを接着しモジュールを製作し
た。製作したモジュールを構成する４束の中空糸膜束は
全く均一に配置されており、各糸束には単糸乱れは観察
されなかった。これを用い、濁度５の湖水を１５リット
ル／分の瀘過水が得られるようにモジュール評価装置を
セットしたところ、供給圧力は０．５０ｋｇ／ｃｍ^２で
あった。２４間直接通水したところ、膜面が茶色く汚れ
たのでエアースクラビングをエアー量３０リットル／分
で、５分間おこなったところ、膜面の汚れは外観上通水
前と変わらないまでに回復した。再びスタートした時の
供給圧力は０．５０ｋｇ／ｃｍ^２であった。

【００２９】比較例１中心パイプと整束板を使用しないほかは、実施例１と同
じ方法によりモジュールを製作したところ、膜束が片方
に片寄っているのがわかった。このモジュールを用いて
濁度５の湖水を１５リットル／分の瀘過水が得られるよ
うにモジュール評価装置をセットしたところ、供給圧力
は０．５０ｋｇ／ｃｍ^２であった。２４時間通水したと
ころ、膜面が茶色く汚れたのでエアースクラビングをエ
アー量３０リットル／分、５分間行なったところ、エア
ーが膜のないところを殆ど通り、膜面の汚れは殆ど落ち
なかった。再びスタートした時の供給圧力は０．６０ｋ
ｇ／ｃｍ^２であった。

【００３０】

【発明の効果】本発明により、微粒子や懸濁物質を含ん
だ液体を連続ろ過し、しかも定期的にエアースクラビン
グを行なうことで中空糸膜の目詰まりを除去することが
可能な中空糸膜モジュールが提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の整束板を使用したモジュールの構成概
略図

【図２】従来のモジュールの概略構成図

【図３】中心パイプの穴を有する整束板の一例

【図４】中心パイプの穴を有しない整束板の一例

【符号の説明】

１：外筒（容器）２：モジュールキャップ３：ノズル４：中心パイプ５：整束板６：封止剤（接着剤）７：エアー出口孔８：エアー供給口９：盲栓１０：中空糸膜１１：ろ過水出口１２：エアー抜き穴１３：中心パイプ接続穴１４：中空糸膜貫通穴

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中空糸膜束が外筒の中に収納され、接着
剤で中空糸膜束の少なくとも一端を気密に接着してなる
中空糸膜モジュールであって、モジュール内の中空糸膜
が固定されている端部表面は、(A) 固定されている中空
糸膜が密に分布している表面、(B) 固定されている中空
糸膜が実質上分布していない表面、を有し、かつ、表面
(A) は表面(B) により、複数に分けられていることを特
徴とする中空糸膜モジュール。
【請求項２】請求項１の表面(B) の幅が、３mm以上で
あることを特徴とする請求項１記載の中空糸膜モジュー
ル。
【請求項３】接着剤固化部内部に、中空糸膜束を保持
するための整束板を用いることにより、請求項１記載の
表面(A) および表面(B) を形成することを特徴とする請
求項１記載の中空糸膜モジュール。
【請求項４】請求項３記載の整束板が接着剤固化部内
部に埋没していることを特徴とする請求項３記載の中空
糸膜モジュール。
【請求項５】整束板上に中空糸膜を貫通保持するため
の空間のほかに、接着剤および空気の流通を促進するた
めの貫通孔を設けたことを特徴とする請求項３に記載の
中空糸膜モジュール。
【請求項６】中空糸膜束が複数の束に分割され、かつ
分割された中空糸膜束がパイプのまわりに配列されてい
ることを特徴とする請求項１に記載の中空糸膜モジュー
ル。
【請求項７】中空糸膜モジュールを構成する中空糸膜
が、アクリロニトリルを少なくとも１成分とする重合体
からなることを特徴とする請求項１に記載の中空糸膜モ
ジュール。