JPS601766Y2 - 膜汚染の少ない中空糸エレメント - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は中空糸エレメントの改良に係り、特に一端部が
接着剤で固定され、他端では各中空糸間に接着のない、
いわゆる自由端中空糸エレメントの改良に関する。

選択透過性膜として、中空糸が透析、超精密濾過、限外
濾過又は逆浸透用途に広く使われつつある。

これら各用途に適した中空糸エレメントの構造及び中空
糸エレメントを含んだ装置について種々発明考案がなさ
れている。

超精密濾過、限外濾過又は逆浸透においては、被処理溶
液が加圧下に中空糸膜面に供給され、透過性物質と非透
過性物質とに分離されるのであるが、非透過性物質が運
転につれて膜面上に付着し、いわゆるスケールを形威し
、有効膜面積が減少して処理効率が低下する。

か）る膜汚染は中空糸膜に限らす平膜、管状膜にも共通
した問題とされ、その解決に多大の努力が払われている
。

その一方法として、該被処理液を膜面と平行にスケール
をかきとるように高速で流して循環せしめることが行わ
れている。

該方法は平膜、管状膜、中空糸膜のいずれの場合でも有
効とされているが、自由端中空糸エレメントを用いて膜
の外側に被処理液が加圧子供給される外圧方式において
は被処理液のスケールが多い場合中空糸束の内側部にお
いてスケールが徐々に付着し遂には処理効率が低下して
くる。

また別の方法として、平膜や管状膜に対してはスポンジ
ボールの如ぎ比較的柔軟な物体を連続的又は間欠的に膜
面上に流過せしめ、該物体との接触により機械的にスケ
ールを剥落させることが行なわれている。

該方法は平膜、管状膜のように単位構成体が比較的大き
い場合実施出来るが、中空糸のように単位構成体が小さ
くそれらが密に配置して用いられるものには使用出来な
い。

また別の方法として、膜面に透過液を逆方向に加圧子透
過せしめるいわゆる透過液逆洗によりスケールを剥落さ
せることが行なわれている。

該方法はせっかく透過した液を逆洗に使用してしまうの
で効率がわるくなる。

従って逆洗１回に使用する透過液量を少なくするととも
に、逆洗頻度を出来るだけ少なくするべきである。

さらに別の方法として自由端中空糸エレメントを用いる
場合中空糸内側より空気を出させ、膜面より微少な気泡
を多数発生させると同時に中空糸に振動を生ぜしめこれ
らの相乗作用により、膜面上のスケールを剥落させる方
法いわゆる空気逆洗法が提案された（特開昭５３−１０
８８８２）。

該方法はかなりの処理液に有効であることが確認された
が、発泡性物質を含む液たとえばエマルジョンなどでは
発泡が激しく使用出来ないことがわかった。

またスケールの多い処理液を自由端中空糸エレメントで
処理する場合、空気逆洗法を用いてもスケールの剥落が
充分に行なえず、特に液流のよりい中空糸エレメントの
内側部にスケールが堆積し、ついには多数の中空糸を一
体に固着するほどになる場合がある。

以上より、自由端中空糸エレメントを用いて外圧全濾過
方式或いは外圧循環方式で処理する膜分離法は特にスケ
ールの多い被処理液を中空糸膜特有のコンパクトな装置
で効率的に処理可能な点できわめて優れた方法であるが
、特に工業用の大型エレメントの場合、空気逆洗法や透
過液逆洗法を用いてもエレメントの内側にスケールが堆
積し完壁な洗滌を行ないえない場合があるという問題が
あった。

本考案者らはか）る問題を解決すべく鋭意検討の結果、
自由端中空糸エレメントの中空糸配置を改良し、中空糸
エレメントの中央部に通液部分を設けることにより大き
く改善できることを見い出し、本考案を完成した。

すなわち本考案は多数の中空糸の一端が接着剤で集束固
定され、他端は各中空糸の開口部のみが封止された外圧
濾過型の中空糸エレメントにおいて、該多数の中空糸の
ほぼ中心部にプラスチック製のネットからなる長さが中
空糸の長さの半分以上から中空糸より少し長い程度で、
かつ一端が接着剤中に埋没固定された透過性の筒状の芯
体を中空糸と平行に設けたことを特徴とする膜汚染の少
ない中空糸エレメントである。

本考案で用いる中空糸は、その目的、用途に応じて各種
のものが用いられる。

具体例としては、セルロースエステル系、ポリビニルア
ルコール系、ポリアクリロニトリル系、メタクリル酸エ
ステル系、ポリアミド系、ポリエステル系、ポリオレフ
ィン系ポリマー等から得られる中空糸が使用できる。

中空糸は外径３００〜３０００μ、膜厚５０〜５００μ
程度のものが好ましく、数百〜数十百本を束ねて、単位
エレメントとする。

上述したように本考案は特に工業用の大型エレメントに
対して有効であり、中空糸束の直径として２ｃｔｒ１以
上、好ましくは４ｃｍ以上のエレメントに対して、特に
有効である。

中空糸膜の構造については、特に限定されず、その用途
に応じて透析用の均質ゲル膜、濾過用の均質微孔膜、活
性層を膜面上にもつ異方性膜、逆浸透用の異方性膜が用
いられる。

特に上述の問題が生ずるのは濾過用途であり、該用途用
の均質微孔膜や異方性膜を用いる場合に有効である。

これらの膜の具体例としては本出願人が開発したポリビ
ニルアルコール系の均質微孔中空糸膜、セルロースエス
テル及びポリアクリロニトリル系ポリマーからなる均質
微孔膜や異方性膜がある。

中空糸は後述するプラスチック製のネットからなる透過
性の芯体のまわりになるべく均一になるように配置され
るのが通常であるが、場合によってはブロック的に配置
される。

また中空糸は一端をエポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、
シリコーン樹脂等の接着剤により接着固定される。

接着剤の付与、固化方法は各種公知のものが使われるが
、遠心力を用いる方法が有利である。

本考案においては、自由端中空糸エレメントとする点が
一つの要点であり、中空糸の一端を中空糸間の接着はせ
ずに開口部のみ封止するのが重要である。

か）る構造は中空糸開口端部を接着剤中にけ、接着剤を
加圧して中空糸開口部に圧入するか又は中空糸他端より
減圧吸引して中空糸開口部は接着剤を流入せしめ固化後
、中空糸外部に接着剤がない部位で切断するか、又は本
出願人が別に出願した（特願昭５２−１４６７６７）遠
心接着機を用いて接着剤の上に第２の液を供給し、遠心
力により接着剤を中空糸開口部に圧入する方法により、
好適に作製できる。

本考案で用いるプラスチック製のネットからなる透過性
の筒状芯体は中空糸エレメントのほぼ中心部に中空糸に
に対し平行となるように設置する必要がある。

この筒状芯体を中空糸エレメントの中心部からあまり偏
心して設けると、中空糸の配置に厚い部分と薄い部分と
ができて、特に中空糸の厚い部分ではスケール防止が十
分でなくなり筒状芯体を設けた効果が減少する。

筒状芯体を中空糸エレメントのほぼ中心に設け、その周
囲に中空糸束をブロック的に配置するとスケール防止に
さらに効果的な場合がある。

この透過性の筒状芯体は中空糸膜外側より流入する被処
理液体が筒状芯体を形成するネットにさえぎられること
なく容易に筒状芯体の内部に侵入して筒状芯体の内部を
流下するように透過性が優れ（開孔率が大きい）、かつ
円筒状の形態が保持されるのに充分な強度を有していな
ければならない。

具体的にはポリエチレン、ポリプロピレンなどのプラス
チック製のネット状の筒状体が用いられる。

このネット状の筒状体は比較的不溶解物の少ない溶液の
処理に用いる中空糸エレメントの場合に特に有効である
。

プラスチック製のネットからなる透過性の筒状芯体の断
面形状は円形又は多角形等にすることができるが、通常
は円形としてその周囲に中空糸を均一またはブロック的
に配置することが好ましい。

プラスチック製のネットからなる筒状芯体の長さは中空
糸の長さに対し任意のものを用いることができるが、中
空糸エレメントの中心部のスケール防止効果を奏するた
めには少くとも中空糸の長さの半分以上から、中空糸よ
り少々長い程度にすることが必要である。

本考案にて用いるプラスチック製のネットからなる透過
性の筒状芯体は、該筒状芯体を被処理液の供給又は排出
機構として用いる従来の装置（例えば実開昭４９−５３
０５夢など）とは異なるものである。

本考案のプラスチック製のネットからなる透過性の筒状
芯体の液体流通口と連結することはなく、単に中空糸エ
レメントの内側部に通液部分を設けるものである。

被処理液は中空糸エレメントを収容する筐体の上部側壁
に設けられた流入口により供給される。

従って本考案によるエレメントは中空糸膜外側に被処理
液が加圧下に供給される外圧全濾過方式又は外圧循環方
式に用いられる。

以下図面によりさらに説明する。

第１図は本考案による中空糸エレメントの構造の１例を
示す断面図である。

多数の中空糸１がその一端を接着剤固定端２で端部開口
されるように接着され、他端３は自由端となるよう開口
部のみシールされている。

中空バンドルのはＳ゛中心部に中空糸と実質的に平行と
なるよう筒状芯体４が一部を接着剤固定端に侵入して固
定されて設置される。

本例の筒状芯体は夏型の開口を有するネット状の筒状体
で、中空バンドルも円筒状に形成される。

第２図は正方形の開口を有するネットからなる筒状芯体
の例である。

第２図は多孔性の筒状体の１例を示し、第３図はスパイ
ラル体を示し、第４図は２本の棒体５，５′をスパイラ
ル棒６で固定してなる構造を示す。

上図の他に、当業者が必要に応じ各種のプラスチック製
のネットからなる透過性の筒状芯体を工夫することは、
本考案の範囲から外れないものである。

上述のように、本考案によれば、スケールの多い液体を
外圧全濾過又は外圧循環方式の装置に用いると、液が中
空糸エレメントの中心部の通液部を通って流動するため
中空糸間のスケール付着の防止が非常にすぐれ１、膜の
運転時間を大巾に延長することができる。

また被処理液と直接接触する中空糸が筒状芯体のない場
合より大幅に増加するため効率がよくなり透過速度にも
優れるというメリットもある。

以下実施例により本考案を説明する。

実施例及び比較例 超精密濾過に用いるポリビニルアルコール系中空繊維３
００吐を遠心接着して、一端は接着剤で整束固定して開
口するとともに、他端は各中空糸の開口部のみを封止し
、かつ中空糸束の中心部に第１図に示すように３メツシ
ユのポリエチレン製のネットを外径３４１ｒｒ！ｎの円
筒状に成形した市販の筒状芯体（大日本プラスチック株
式会社製、商品名：ネトロンパイプ）を中空糸（長さ１
ｒｒＬ）の自由端より２０ｃｍ短くなるよう取付けて芯
体入り自由端中空糸エレメントを製作した。

該エレメントを内径７０ｍｍの巨体に装着し、中空糸外
側を１ｒｒＬＩＳｅＣの線速度で不溶解物を０．１％含
有する被処理液を外圧循環方式で１ケ月間行なった。

但し一日一回空気逆洗を実施した。１ケ月後でも透過速
度はあまり落ちておらず、エレメントを巨体より取り出
して調べた所中空糸束の内側部でのスケールの堆積は全
く見当らなかった。

一方芯体を有していないエレメントを同一条件で使用し
た所１ケ月後で透過速度が１１５に低下し、中空糸束の
内側部にはベラトリとスケールが付着し、多数の中空糸
が１本に固着されていた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による装置の１例を示す断面図であり、
第２図は本考案に用いられるプラスチック酸のネットか
らなる筒状芯体の他の構造を示す図である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 多数の中空糸の一端が接着剤で集束固定され、他端は各
   中空糸の開口部のみが封止された外圧濾過型の中空糸エ
   レメントにおいて、該多数の中空糸のほぼ中心部にプラ
   スチック製のネットからなる長さが中空糸の長さの半分
   以上から、中空糸より少し長い程度で、かつ一端が接着
   剤中に埋没固定された透過性の筒状芯体を中空糸と平行
   に設けたことを特徴とする膜汚染の少ない中空糸エレメ
   ント。