JPS631404A - 中空糸型膜分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、膜壁が流体Ｋ対して選択透過性を有する中空
糸よりなる流体分離装置に関し、被処理流体の流速を増
大させ、膜性能の長期間の安定維持を可能とした中空糸
型膜流体分離装置に関するものである。

（従来の技術） 選択透過性を有する中空糸膜を束ねてその少なくとも一
端を接合固化し樹脂壁を形成させてなる中空糸膜組立体
は、従来より液体の透過、透析、限外濾過、逆浸透分離
、ガス分離などに広く活用されている。

この種の流体分離装置においては、被処理流体を中空糸
膜面へよどみなく均一に分配供給することが、分離効率
を高める上で重要な要件となる。

即ち、中空糸膜による流体分離においては、一般の固液
分離などで採用される全濾過方式を採ることはまれで、
クロスフロ一方式と称して、被処理流体の全てを濾過す
るのではなく、膜表面でａ縮された溶解物質や懸濁物質
の一部を流し出す方式が採用される。その為、クロスヅ
ロ一方式においては、従来の分離操作で要求される以上
に、被処理流体を膜面へ均一に分配流通させなければな
らない。しかし、膜面での流れが不均一になると膜組立
体の一部でよどみを生じることになるが、このよどみ部
分では膜面における被処理流体の更新が不十分となる為
、溶解物質や懸濁物質が局部的に濃縮されて該膜面上へ
析出し、膜の分離性能を著しく劣化させる。

従来の中空糸型膜分離装置の一例では、中空糸が筒状ケ
ーシ／グ内には寸均一に充填され、かつ夫々の中空糸は
両側の樹脂壁を貫通してその外便に開口しており、処理
流体は筒状ケーシングに設けられた入口および出口より
供給排出される構造となっている。しかし、この構造の
装置では被処理流体が中空糸層の中心部まで浸透せず、
その大部分が中空糸層の外層、換言すれば筒状ケーシン
グの内壁近傍に沿って流れてしまう欠点があり、有効Ｋ
膜分離を行なう膜面積が小さく、装置容積あたりの透過
能力が小さい欠点があった。

特開昭５２−６３１７９号公報、特開昭５４−１１０１
８３号公報Ｋは、上記膜分離装置とは！同じ円筒軸方向
流が主体の被処理流体流路型式をとる型で、上記膜分離
装置の不均一流を改良した例が示されている。しかしな
がら、この２つの例では被処理流体入出口流路を確保す
るための構造にまだ改良の余地を残している。すなわち
、特開昭５２−６３１７９号公報では、開口接着部のみ
で中央糸束を接着固化させ、他端は無接着とし、この部
位を被処理流体入口としている。従って、中空糸束の配
置が被処理液体の流速いかんでは、固定されず、収縮や
ずれが生じて、不均一流が発生する構造である。

また特開昭５４−１１０１８３号公報では複数本の柱体
を円筒状中空糸束の両端部近傍に接着樹脂壁と平行に中
空糸束内へ挿入させ、被処理流体人出口を確保している
。しかしながら、この例では、中空糸東内へ柱体を挿入
する工程で、中空糸を著しく損傷させ、膜分離性能を悪
化させる欠点を有している。

従来の中空糸型膜分離装置の他の一例では、多数の孔を
穿った中空管の周りに中空糸を密に、かつ均一に配置し
、中空管に供給された被処理流体は多数の孔から放出さ
れて中空糸層を横切って流れるようになっている。この
構造は被処理流体が中空糸層が全域にわたって均一に分
散される点で前述のものよりも優れているが、被処理流
体が柱状の中空糸層の長さ方向および半径方向に分散し
て流れるために、中空糸層を通過する被処理流体の流速
が小さく、中空糸層における中空糸密度のわずかな斑に
よって被処理流体が偏流し、溶解物質や懸濁物質が局部
的に濃縮されて膜面上へ析出し、分離能を低下させてし
まう欠点があった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は上記の様な事情に看目してなされたものであっ
て、中空糸膜組立体の円筒部内にあける被処理流体の流
れを均一化し、しかも中空糸層を流れる被処理流体の流
速をできる限り大きくして、局部的偏流やよどみによっ
て生じる膜分離効率の低下を解消することのできる技術
を提供しようとするものである。

（問題点を解決するための手段） 即ち、本発明に係る中空糸型膜分離装置は、被処理流体
の供給ないし排出管路をコア中央部に有する円筒型の選
択透過性中空糸膜組立体において、その供給ないし排出
管路が、少くともその一端部で中空糸屑に開口しており
、かつ該中空糸膜組立体の外周円筒部が被処理流体，を
透過させない非透過性フィルムで被われた構造をなして
いる。また、被処理流体を均一、円滑に流す目的より、
中空糸の配置法を限定するものである。すなわち、中空
糸が中空糸膜組立体の円筒軸に対して、６０度以下に配
置される中空糸膜組立体よりなる。

以下、実施例図面を参照しつつ、本発明の具・体的な構
成及び作用について説明する。

第１図は、本発明に係る中空糸型膜分離袋置のー具体例
を示す断面図であり、１は中空糸膜組立体、２は中空糸
膜組立体を収容する円筒容器、３および４は端板である
。中空糸膜組立体１は中空糸層５、芯管６、樹脂壁７、
８から構成され、中空糸Ｊｆｋ５の外周面は樹脂壁７の
近傍１２を除き非透過性フィルム９で被われ、更にその
上を強化支持部材１０で補強されている。芯管６には中
空糸屑５内の端部で孔１１が設けられている。樹脂壁７
では中空糸群は該先端部を開口した状態でそのまわりを
樹脂で一体的に固着される一方、樹脂壁８では中空糸群
は閉鎖固着されている。端板３は中空糸の内部流路に連
絡する透過流体出口１３を持ち、樹脂壁７との間に流体
室１４を形成している。一方、端板４は、中空糸ＷＩ５
の中心部に通じる供給流体入口１５および濃縮流体出口
１６を有している。第１図に例示した中空糸型膜分離装
置を用いて逆浸透法による流体分離を行なう場合、被処
理流体は供給流体入口１５から、供給流体導管１７を経
て、芯管６に設けられた孔１１を通して、中空糸層５へ
導入される。中空糸層５内部での被処理流体の流れは、
先づ、樹脂壁８近傍を半径方向に分配され、次いで芯管
軸方向へ流れ、樹詣壁７近傍で再度半径方向の流れとな
り、非透過性フィルムで被われない外周部位１２より排
出される。この間、逆浸透操作により中空糸膜を透過し
た流体は流体室１４にて集水され、透過流体排出口１３
より糸外へ抜き出される。一方前述の外周部位１２を出
たａｗ３流体は、円筒容器２の内面と中空糸膜組立体１
の外周面で囲まれる環状流路１９を流れ、濃縮流体出口
ｌ６を通って系外へ排出される。

第２図は、被処理流体の中空糸東人出口での半径方向の
分配効果を更に向上させた本発明に係る他の具体例であ
る。すなわち両端の樹脂壁近傍の中空糸束間に空隙を設
ける目的で、ガーゼ状布２１を被数層に挿入した態様の
中空糸繰分離装置である。この装置では中空糸束人出口
での被処理流体の半径方向分配をより効果的行なえる。

この中空糸束間に空隙を設ける部材としては、ガーゼ状
布に限定されるものでなく、目付けの粗い織布、不織布
や線状物を粗く捲回することでも目的を達せられる。該
空隙部材は、被処理流体の中空糸層内人出口部で軸方向
に長さ２０〜３００諺、厚さ０．１〜３■、半径方向ピ
ッチ１〜２０■に配置されるのが良好である。また該空
隙部材の容積空隙率は大きいほど良好であるが、下限は
２Ｘ位である。

また、該空隙部材は一端部で樹脂壁に挿入され、固着さ
れることが望ましいが、樹脂壁に挿入されずとも被処理
流体の半径方向の分配が長期にわたり良好に行える状況
であればこの限りではない。

第３図、第４図は、被処理流体入出口が、前記事例と異
なる他の態様を示すものである。ｇＩＪ３図では芯管６
に設けた孔１１は、開口樹脂壁７近傍にあシ、非透過性
フィルムで被われない外周部位１２は他端の樹脂壁８近
傍に設置されている。第４図では、樹脂壁７、８の近傍
の芯管６に孔２２、２３が設けられ、被処理流体の中空
糸束内への入出口が形成されている。また、芯管６には
プラグ２４がなされ、被処理流体の芯管６内の貫流が防
止されている。

この態様の中空糸型膜分離装置では、中空糸束外周全域
に渡り、非透過性フィルムが配備される。

被処理流体は、供給流体入口１５から膜分離装置内部に
入り、芯管６に設けた孔２２から、中空糸束内を半径方
向へ分配され、しかる後、軸方向に流れて、他端の孔２
３へと流出していく。第１図から第４図までの墨例の膜
分離装〃において、被処理流体の入出口を全く逆にして
も差しつかえない。

本発明による中空糸型膜分離装置では、従来のような、
多孔芯管全域より放射方向に被処理流体を分配する方式
の膜分離装置に比較して、３〜８０倍に被処理流体線速
を増大させることが可能である。大きな流速は、中空糸
層内での流体の偏流やよどみを減じるぱかυか、膜分離
操作に特有の膜面近傍での濃度分極層厚みを低減させて
、膜分離効率を上昇させる。また、本発明における中空
糸の配置方法は、中空糸膜組立体の軸心に対する角度で
６０度以下に保持されていることが望ましい。

この場合、被処理流体中Ｋ含まれる懸濁物質や微粒子が
、中空糸膜面や中空糸間隙が捕束されずに、そのまます
り抜けて系外へ排出されやすくなる。

従って、該物質の膜面への析出自体やそれによる二次的
な不溶解成分の析出などが抑制され、長期間にわたり膜
分離性能が安定に維持されることになる。特に、中空糸
と軸心との角度が４５度以下の場合、その効果は著しい
。

本発明で使用される中空糸膜としては、従来より中空糸
型膜分離装置用として知られたすべての選択透過性中空
糸膜が挙げられるが、最も一般的な形状特性は外径が１
０〜１０００μ外、中空率が３〜８０％で、その膜壁が
流体に対して選択透過性を示すものであり、これらの中
空糸膜はセルロース系、セルロースエステル系、セルロ
ースエーテル系、ボリアミド系、シリコン系、ビニール
系等の重合体より装置される。

本発明において樹脂壁を構成する樹脂は、硬化前に流動
性のある液体であって硬化によって固化して硬い樹脂と
なるものが好ましく、例えばエボキシ樹脂、シリコーン
樹脂、ポリウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポ
リエステルアクリレート樹脂などが用いられる。

本発明で用いる非透過性フィルムは、被処理流体を実質
的に透過しないフィルム状材料であれば特に限定はない
が、市販のプラスチック製フィルム、ゴム製シート、目
の小さな布などを用いるのが好ましい。該非透過性フィ
ルムの上に巻きつける支持部材には、天然繊維、合成高
分子繊維、無機Ｗ＆維などの線状物または織物自体が使
われるか、これらに接着剤を付着させた形のものが使用
される。この支持部材によって中空糸膜組立内部とその
外部との圧力差が維持される。

（発明の効果） 本発明の中空糸型膜分離装置によれば、被処理流体は樹
脂壁近傍で中空糸層断面全体に渡って供給されたのち、
中空糸層内を該層表面部、芯部を問わず均一に中空糸束
の円筒軸方向へ流れる。この方式では、流速がかなり大
きくとれるため、短絡流や死空間を生じることがなく、
また、被処理流体中に含有される微細な懸濁物質も中空
糸層内に滞留することなく、押し流してしまう、自浄効
果がある。この自浄効果は、中空糸が膜組立体円筒軸に
対して６０度以下に配置されている場合に特に効果があ
る。

（実施例） 以下に実施例を示して、本発明の有効性を示す。

実施例 直径１６５μｍ、中空率２３％の選択透過性を有するセ
ルローストリアセテート製の中空糸膜を、一端部のみ円
周上に孔を設けた芯管の外周側に円筒状に軸心に対し巻
角度３０〜５０度で配置し、外径１２０■の中空糸膜層
を形成し、更にその外周側にポリエチレン製非透過フィ
ルムを置き、その上をエボキシ樹脂を含潰させたガラス
クロスを巻きつけて強化した。該中空糸膜組立体の両端
をエボキシ樹脂により接着固化して、一方端側は各中空
糸膜の先端を閉鎖し、他方端側は各中空糸膜の先端を開
口させ、中空糸膜組立体を製作した。この中空糸膜組立
体を筒状ケーシングに収納して、第１図に示す様な構造
の中空糸型膜分離装置を製作した。この中空糸型膜分離
装置を使用し、下記の条件で膜分離操作を行なった。

被処理流体：シリカ１２ｐｐｍ，炭酸カルシウムイオン
６０ｐｐｍを含む水溶液 操作圧力　：３メガパスカル 回収率　　：６８％ 温度　　　：１９υ ６ケ月間の連続運転を行ったところ、塩除去率は初期の
９８％を維持していた。また透過水量け膜圧密化現象の
ため初期値より６％減じていたにすぎず、中空糸膜組立
体内にあける難溶解物の析出現象は認められなかった。

比較例１ 多数の孔を穿った中空管の周りに中空糸を配置し、被処
理流体が、該複数孔よシ中空糸層に向かって放射状に分
配される従来の中空糸型膜分離装置について、実施例と
同様の膜分離装置によれば、７００時間を経過した時点
で、すでに装貨内の被処理液の流動抵抗が初期の２倍と
なり、塩除去率は初期値より、１４％低下していた。ま
た、透過液墓は初期値よーり１０％減少した。そこで運
転を中止して、中空糸膜組立体を点検したところ、中空
糸膜層の随所に炭酸カルシウムおよびシリヵの析出が認
められた。

比較例２ 中空糸の円筒状中空糸膜組立体軸心に対する角度が７５
〜８５度に中！糸を配置した外は、実施例と全く同様の
仕様で製作された中空糸型膜分離装置において、実施例
と同じ条件での膜透過運転を実施した。６ケ月間の連続
運転の結果、塩除去率は、初期値９８％が９６％になり
、透過水量は、１０％減少した。中空糸膜組立体を点検
したところ、第１図の樹脂壁７の近傍で中空糸に対して
平行、線状に付着した少童の炭酸カルシウムの析出物が
認められた。中空糸の軸心に対する稜角によっては、膜
性能の長期安定性が減ずる例としてここに挙げた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す断面図、第２図、第３図
、第４図は本発明Ｋ係る他の具体例を示す断面図である
。 １：中空糸膜組立体 ２：円筒容器 ３、４：端板 ５：中空糸層 ６：芯管 ７、８：樹脂壁 ９：非透過性フィルム １０：強化支持部材 １１：孔 特許出願人　　　東洋紡績株式会社 −Ｓ　　　　　″

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被処理流体の供給ないし排出管路をコア中央部に
   有する円筒型の選択透過性中空糸膜組立体において、そ
   の供給ないし排出管路が少なくともその一端部で中空糸
   層に開口しており、かつ該中空糸膜組立体の外周円筒部
   が、被処理流体を透過させない非透過性フィルムで被わ
   れたことを特徴とする中空糸型膜分離装置。
2. （２）該選択透過性中空糸膜組立体の樹脂壁近傍の被処
   理流体の供給ないし排出部位に空隙部材を挿入、設置し
   てなる特許請求の範囲第１項記載の中空糸型膜分離装置
   。
3. （３）該選択透過性中空糸が、中空糸膜組立体の軸心に
   対する角度で６０度以下に配置されてなる特許請求の範
   囲第１項記載の中空糸型膜分離装置。