WO1993015827A1 - Hollow yarn membrane module - Google Patents

Description

明 細 書 中空糸膜モジュール

技 術 分 野

本発明は、 中空糸膜モジュールおよびこ のモ ジ ュ一 ルを用 い た濾過方法に関 し、 特に汚濁性 （殊に有機物 の汚濁性） の高い液体を濾過するのに適 し た中空糸膜 モ ジ ュールおよび濾過方法に関する。

背 景 技 術

従来、 中空糸膜モジュールは、 無菌水、 飲料水、 高 純度水の製造や、 空気の浄化と いっ たいわゆ る精密濾 過の分野において多く 使用されて き たが、 近年、 下水 処理場における二次処理、 三次処理や、 浄化槽におけ る 固液分離、 産業廃水中の s s (浮遊懸濁物質） の固 液分離、 浄水場における河川水の直接濾過、 工業用水 道水の濾過、 プール水の濾過等の高汚濁性水処理用途 に用 いる検討が様々 な形で行われている 。

しか し ながら、 これらの分野で用い られて い る 中空 糸膜モ ジ ュールも、 従来の精密濾過の分野において用 い られて き た円形状や同心円状に中空糸膜を集束 して 配置 し た円筒形タイ プのものが殆どであ っ た。 ま た、 改良が施さ れる と して も、 中空糸膜の充塡率や充塡形 態を変え る だけの ものが多かっ た。

しか し ながら、 このよ う な従来の中空糸膜モ ジ ュ一 - - ルを用いて高汚濁水 （例えば、 s s ≥ 5 0 p p m 、 T 0 C ≥ 1 0 0 p p m ) の濾過処理を行っ た場合には、 使用 に伴い中空糸膜表面に付着し た有機物等の堆積物 を介 して 、 中空糸膜同士が固着 （接着） して一体化さ れる こ と に よ り 、 モジュール内の中空糸膜の有効膜面 積が低下 し 、 濾過流量の急激な減少が見 られた。 特に こ の現象は円筒形モジュールの中心部の中空糸膜にお いて著 し く 、 大型のもの程顕著であっ た。

ま た、 こ のよ う に して中空糸膜同士が固着 して一体 化 し た中空糸膜モジュールを定期的に膜面洗浄や逆洗 を行 う 場合も、 一旦固着一体化し たモジ ュ ールの機能 回復は容易ではな く 、 洗浄効率の低下が見 られた。

発 明 の 開 示

本発明の 目的は、 高汚濁水の濾過に使用 して も 、 モ ジ ュール内の中空糸膜が固着一体化し に く く 、 かつ、 中空.糸膜の膜面洗浄が濾過と並行 して効率よ く 実施で き 、 濾過機能の低下が生じ に く い中空糸膜モ ジ ュール を提供す る こ と にある 。

ま た、 本発明の他の目的は、 工業規模で効率的に生 産す る こ と が可能な中空糸膜モジ ュールを提供す る こ と にあ る 。

即ち、 本発明の要旨は、 中空糸膜と 、 該中空糸膜の 端部を開口状態に保ちつつ固定する 固定部材 と 、 該固 定部材を支持収納する構造材と を有 して な り 、 断続的 も し く は連続的に中空糸膜の膜面洗浄を行いつつ、 表 面か ら内部へ吸引濾過する水濾過用の中空糸膜モ ジュ ールであっ て、 該中空糸膜が中空糸膜を緯糸 と す る編 織物か らな り 、 該固定部材の中空糸膜に垂直な断面の 形状が細長いほぼ矩形である中空糸膜モ ジ ユ ールであ ' り 、 ま た、 も う 一つの本発明の要旨は、 中空糸膜 と 、 該中空糸膜の端部を開口状態に保ちつつ固定す る 固定 部材 と 、 該固定部材を支持収納する構造材 と を有 し、 - 該中空糸膜が中空糸膜を緯糸 と する編織物か らな り 、 該固定部材の中空糸膜に垂直な断面の形状が細長いほ ぼ矩形であ る 中空糸膜モ ジ ュールを被処理水中に浸漬 して濾過を行う 方法であっ て、 断続的も し く は連続的 ' に中空糸膜の膜面洗浄を行いつつ、 表面か ら内部へ吸 引濾過する こ と を特徴とする濾過方法であ る 。

図面の簡単な説明

図 1 は、 本発明の中空糸膜モ ジ ュールの一例を示す 斜視図である。

図 2 は、 本発明の他の態様の中空糸膜モ ジ ュールの 一部切 り 欠き斜視図である。

図 3 は、 本発明の中空糸膜モ ジ ュールの製造に用い る 中空糸膜編地を示す平面図である 。

図 4 は、 本発明の中空糸膜モ ジ ュールの使用法の一 例を示す斜視図である。

図 5 は、 本発明の中空糸膜モ ジ ュールの使用状態の 一 一

—例を示す部分拡大図である。

図 6〜 9 は、 本発明の中空糸膜モジ ュールの他の態 様例を示す斜視図である。

図 1 0 は、 本発明の中空糸膜モジュールの更に他の 態様例を示す平面図である。

図 1 1 は、 本発明の中空糸膜モジュールの好ま しい 使用状態例を示す斜視図である。

図 1 2 は、 本発明の中空糸膜モジュールの他の態様 を示す斜視図であ り 、 図 1 3 は、 その構造材'間の距離 を短く し た状態を示す斜視図である。

図 1 4 は、 本発明の中空糸膜モジュールを排水処理 に用 いた際の排水処理フ ローを示す図であ る 。

図 1 5 は、 本発明の中空糸膜モジ ュールを排水処理 に用 いた際の中空糸膜モジュールの濾過流量の測定結 果を示すグラ フである 。

図 1 6 は、 比較例 1 で用いた従来の円筒形モ ジ ュ一 ルの斜視図である。

図 1 7 は、 比較例 1 での中空糸膜モジ ュールの濾過 流量の測定結果を示すグラ フ である 。

図 1 8 は、 実施例 2 の試験を行っ た際の フ ロ ー図で ある 。

発明を実施する ための最良な形態

本発明の中空糸膜モジ ュールは、 図 1 お よび 2 に示 さ れる よ う に、 基本的には構造材 1 、 固定部材 2 、 中 空糸膜 3 で構成される。 これらに加え、 分散手段 4等 の各種の付属部材が付設されて も よい。

構造材 1 は、 中空糸膜モジュール全体を支持する部 材 と して機能し、 細長いほぼ矩形の開口部を有する。 その材質 と しては機械的強度および耐久性を有する も のであれば良く 、 例えばポ リ カーボネー 卜 、 ポ リ スル フ ォ ン 、 ポ リ プロ ピ レ ン 、 ア ク リ ル樹脂、 A B S 樹 脂、 変成 P P E樹脂等が例示される 。 使用後に焼却処 理が必要な場合には、 燃焼によ り 有毒ガス を出さずに 完全燃焼させる こ と のでき る炭化水素系の樹脂を材質 と す る のが好ま しい。

構造材 1 の開口部は、 そ こ に中空糸膜を伴っ て充塡 固定される固定部材の中空糸膜に垂直な断面の形状が 細長いほぼ矩形と なる よ う なものである こ と が必要で あ り 、 こ の矩形の短辺の長さが 3 O m m以下 と なる こ と が好ま し く 、 1 5 m m以下と なる こ と が特に好ま し い。 こ のよ う に、 中空糸膜の配設態様を平坦な シ一 卜 状 と して展開する こ と で、 中空糸膜束全体が一本の棒 状に固着一体化して、 中空糸膜の有効膜面積が急激に 低下す る のを防止する こ と ができ る 。 ま た、 例え中空 糸膜同士が固着 した と して も、 中空糸膜の固着部の厚 みは薄 く 、 中空糸膜がシ一 卜状 と して配設さ れている ので容易にその固着状態を前述し た手法に よ り 回復処 理す る こ と ができ る 。 なお、 矩形の長辺の長さ につい て は特に限定はないが、 余 り 短い と一つの中空糸膜モ ジ ュール内に配設でき る中空糸膜の本数が減少す るの で好ま し く な く 、 一方余 り長い と製造が困難になるの で好ま し く ない。 通常、 長辺の長さ は 1 0 0 〜 2 0 0 0 m m程度 と される。

固定部材 2 は、 構造材 1 の開口部に充塡固定され、 多数の U字状中空糸膜 3 の各端部を開口状態を保っ た ま ま集束 して固定する と共に、 こ の中空糸膜を濾過膜 と して機能させる ために、 被処理水 と処理水 と を液密 に仕切る部材と して機能する 。 固定部材 2 は、 通常ェ ポキ シ樹脂、 不飽和ポ リ エステル樹脂、 ポ リ ウ レ タ ン 等の液状樹脂を硬化させて形成される 。

中空糸膜 3 と しては、 種々 の ものが使用で き 、 例え ばセルロ ース系、 ポ リ オ レフ イ ン系、 ポ リ ビニルアル コ ール系、 P M M A系、 ポ リ スルフ ォ ン系等の各種材 料か らな る ものが使用でき る 。 ただ し、 編地への加工 の しやすさ な どを考える と ポ リ エチ レ ン 、 ポ リ プロ ピ レ ン等の強伸度の高い材質の ものが好ま し い。 なお、 濾過膜 と し て 使用可能な も のであれば、 孔径、 空孔 率、 膜厚、 外径等には特に制限はないが、 除去対象物 や容積当 た り の膜面積の確保および中空糸膜の強度等 を考え る と 、 好ま しい例 と しては、 孔径 0 . 0 1 〜 1 μ m , 空孔率 2 0〜 9 0 %、 膜厚 5 〜 3 0 0 μ ιη、 外 径 2 0 〜 2 O O O w mの範囲を挙げる こ と がで き る 。 ま た、 バ ク テ リ ア の除去を 目 的 と す る場合の孔怪は 0 . 2 μ ηι以下である こ と が必須 と な り 、 有機物ゃゥ ィ ルスの除去を目的 と する場合には分画分子量数万か ら数十万の限外濾過膜を用いる場合もある 。

中空糸膜の表面特性と しては、 表面に親水基等を持 ついわゆる恒久親水化膜である こ とが望ま し い。 表面 が疎水性の中空糸膜である と 、 被処理水中の有機物と 中空糸膜表面と の間に疎水性相互作用が働き膜面への 有機物吸着が発生し、 それが膜面閉塞につなが り 濾過 寿命が短 く なる。 ま た、 吸着由来の目詰ま り は膜面洗 浄に よ る濾過性能回復も一般には難しい。 恒久親水化 膜を用 いる こ と によ り 有機物と 中空糸膜表面と の疎水 性相互作用 を減少させる こ と ができ 、 有機物の吸着を 抑え る こ と ができ る。

ま た、 疎水性の膜をエタ ノ ールある いは界面活性剤 等で親水化 （一次親水化 ： 恒久的でない親水化） を行 い使用 し た際、 エアーバブ リ ング等で膜面を洗浄する 場合に、 膜面が乾燥状態になる こ とがある 。 疎水性の 膜は表面の疎水状態は基質そのま まのため、 一度乾燥 する と親水性が失われ、 再度親水化する には上記親水 化操作が必要と なる ため、 バブ リ ング洗浄を併用 しつ つ長期にわ たっ て濾過を行っ た場合、 濾過に関与でき ない部分が多 く な り 濾過効率の低下を招 く 。

恒久親水化膜の製法と しては、 ポ リ ビニルアルコ ー ル系の よ う な親水性高分子で中空糸膜を製造す る方 法、 又は疎水性高分子膜の表面を親水化す る方法等公 知の方法が使用でき る 。 例えば親水性高分子を膜面に 付与 し疎水性中空糸膜を親水化する際の親水性高分子 の例 と しては、 エチ レ ン一酢酸ビニル系共重合体ケ ン ィ匕物、 ポ リ ビニル ピ ロ リ ド ン等を挙げる こ と がで き る 。 別の手法によ る膜面親水化の例 と しては、 親水性 モ ノ マーの膜面重合方式があ り 、 こ のモ ノ マーの例 と して は ジアセ ト ン アク リ ルァマイ ド等を挙げる こ と が

- で き る 。 ま た、 他の手法と しては疎水性高分子 （例え ばポ リ オ レ フ イ ン ） に親水性高分子をブ レ ン ド して紡 . 糸製膜す る手法を挙げる こ と がで き 、 使用す る親水性 高分子の例 と しては上述し たものが挙げ られる 。

中空糸膜 3 ·を、 構造材 1 の細長いほぼ矩形の開口部 に収納す る には、 中空糸膜を緯糸 と して用 いて編地と し た も のを 1 枚、 ま たは数枚積層 し た積層体を使用す る のが好適である 。 従来の円筒形モ ジ ュ ールの場合に は、 総取 り して集束し た中空糸膜を円筒形構造材内に 収納す る の に困難はなかった。 しか し細長い矩形の開 口部に総取 り し た中空糸膜を収納する のは困難だが、 編地は容易に収納する こ と ができ る。 ま た、 中空糸膜

' ' の編地の積層に際しては、 性能の異なる 中空糸膜編地 を用 い る こ と もで き る。 例えば疎水性中空糸膜の編地 でサ ン ド ィ ツ チ状にはさ んで積層 し たものを用 いて中 空糸膜モ ジ ュールを作製した場合には、 疎水性中空糸 膜編地層を逆洗時の気泡の供給手段と して使用する こ と も で き る 。

ま た 、 編地を数枚積層 し た も のを使用 す る 代わ り に、 中空糸膜の編地をジグザグ状に細長 く 折 り 畳んだ (蛇行状 に配置 し た ） 折 り 畳み編地を使用 し て も よ い。 こ の収納法を採用する と 、 中空糸膜の充塡密度が 比較的低い場合の固定部材への中空糸膜の配設部位の 偏在を防止する こ と ができ る。

本発明の中空糸膜モジュールに於いて は、 U字状の 中空糸膜が中空糸膜の小集束体の集合体 と して構成さ れている こ と が好ま しい。 こ こで、 小集束体 と は、 以 下に規定す る状態を満たす中空糸膜の集ま り を言う も の と す る 。 即ち、 一つの小集束体に包含さ れる 中空糸 膜は、 その U字形の根本に当たる両固定部が、 固定部 材において近接し た状態 （好ま し く は 1 c m ² の範囲 内） で固定されてお り 、 同一の小集束体に属す る 中空 糸膜 と は容易 に集束 （ 引 き 揃え ） す る こ と がで き る が、 他の小集束体に属する中空糸膜と は近傍の他の中 空糸膜が邪魔を し て集束す る こ と が困難な状態に あ る 。 よ り 具体的には一つの総に巻き取っ て集束 し た中 空糸膜だけを一つの構造材に収納して固定 し た場合に は、 モ ジ ュール内の全中空糸膜は同一の集束体に包含 さ れてい る こ と になる 。 一方、 例えば 1 0 本の合糸 し た中空糸を緯糸と して使用 し た中空糸膜編地を用 いて こ れを構造材に収納し固定し た場合には、 予め合糸さ れて いた中空糸膜め全体が一つの集束体を構成 し、 一 つの集束体に包合される中空糸膜の本数は 1 0 本 と な る 。

従っ て 、 u字状の中空糸膜が中空糸膜の小集束体の 集合体 と して構成されている場合には、 中空糸膜を小 集束体毎に集束して これを他の小集束体か ら容易に分 離で き る ので、 中空糸膜モジュールの使 に際 して、 中空糸膜の強制的な均一分散固定が容易に行え る 。 小 集束体の一つに合まれる中空糸の本数は、 中空糸の太 さ に も依存す るが、 1 0 0 本以下である こ と が好ま し く 、 5 0 本以下である こ と がよ り 好ま し い。 基本的に は一本の中空糸が一つの小集束体を形成す る こ と が均 一分散固定のためには理想的である が、 用途目 的に応 じて適宜選択でき る。

本発明の中空糸膜モ ジュールの製造方法は、 特に限 定される も のではないが、 以下の方法に よ る のが好ま し い。 先ず、 図 3 に示される よ う な中空糸膜を緯糸 と し 、 通常糸を経糸とする編地 （中空糸が複数本合糸さ れた も のでな く 1 本の場合には織物） を作製す る 。 経 糸に用 い られる通常糸の種類と して は通常の編物や織 物の経糸に用い られる もの全てを用いる こ と がで き る が、 編物の製造時や取扱い時に中空糸膜を傷めないた めに経糸は硬く ないこ と が好ま し く 、 マルチ フ ィ ラ メ ン 卜 、 紡績糸又は加工糸等が好ま し く 用い られる 。 材 質に も特に制限はな く ポ リ エステル、 ナイ ロ ン 、 ビニ ロ ン等を始め と して、 一般に用い られる も の全てが使 用で き る 。 編地の作製方法は、 例えば特閧昭 6 2 - 5 7 9 6 5 号公報、 特開平 1 一 2 6 6 2 5 8 号公報に開 示さ れてい る。 このシー ト状の編地を適当な長さ に切 断 し た も のを 1 枚で用いるか数枚積層 し た も のを用い る 。 なお、 こ こでい う 編地の積層には、 編地を切断せ ずに適当な長さ に折 り 畳み重ねた ものを も包含す る 。

編地の積層 （折 り 畳み） 枚数は、 編地の厚さ'、 即ち中 空糸膜の太さや編地を編成する際の中空糸膜の合糸本 . 数に よ っ て も変化するが、 通常は 5 枚程度迄であ り 、 前述し た固定部材の矩形断面の短辺の長さ の制限を満 たす よ う に構成するのが好ま しい。 この編地の積層体 の一辺を、 細長いほぼ矩形の開口部を有す る構造材内 に収納 し 、 該収納部を液状樹脂で硬化固定 （以下、 ポ ッ テ ィ ング と呼ぶ） し た後中空糸膜の開口端部が現れ る よ う 硬化樹脂を一切断する。 なお、 前述 し たよ う に、 中空糸膜を緯糸と する編地をジグザグ状に細長 く 折 り 畳んだ折 り 畳み編地を形成し、 この折 り 畳み編地の一 辺を構造材の開口部に収納して も よい。

ま た .、 編地の経糸は一般には緯糸であ る 中空糸の両 端にのみ存在するが、 ある一定間隔で緯糸の中程に存 在 して も よ い。 中程に経糸の存在しないモ ジ ュ ールの 場合、 水流やパブ リ ン グ に よ り 中空糸膜を洗浄 し た 際、 中空糸の均一分散を維持で き ない場合があ る 。 中 程 に経糸の存在す る モ ジ ュ ールは、 そ の よ う な場合 に、 均一分散を維持する効果がある。

中空糸膜モジュールの製造に於いて 、 液状樹脂を中 空糸膜間に隙間な く 充塡する方法と して は、 一般には 遠心力を利用する方法が採用されている 。 しか し 、 細 長い矩形の開口を有する構造材内に中空糸膜をポ ッ テ イ ン グす る場合には、 遠心ポ ッ テ ィ ングに用 レヽ られる バケ ツ 卜 等の形状と して大型かつ特殊な形状の も のが 要求さ れる 。 従っ て、 構造材の大ぎさや形状に影響さ れる こ と の少ない、 振動法を用いたポ ッ テ イ ン ク によ る こ と が好ま しい。 即ち、 中空糸膜の編地を構造材内 に収納 し 、 そ こ に液状樹脂を充填する 。 その際、 従来 の中空糸膜モ ジ ュールの製造方法の場合 と 同様に、 中 空糸膜束の端部を封止して液状樹脂が中空糸膜の中空 部へ侵入 し ないよ う に処理し た後に行う こ と は言 う ま で も ない。 液状樹脂は、 1 0 0 0〜 2 5 0 0 セ ン チポ ィ ズ程度の粘度を有す る ものが最適であ る 。 液状樹脂 が流動性を有 している間に、 中空糸膜束 と 液状樹脂 と を収納 し た構造材に機械的振動を与えて樹脂の充塡を 均一にす る 。 その振動数は、 5 0 0 〜 1 2 0 0 0 サイ ク ル/秒程度が適当であるが、 超音波領域の振動を付 与 して も よ い。 振動法によ る ポ ッ テ ィ ングの詳細は、 特開平 ' 3 — 1 1 4 5 1 5号公報に開示さ れて い る 。 こ のポ 、ソ テ ィ ング法を用いる こ と によ り 液状樹脂を構造 材内 に均一分散さ せ、 中空糸膜 と 硬化樹脂 （固定部 材） の間の剝離や、 固定部材の濾過流体の リ ーク の発 生が防止される。 液状樹脂が硬化し た後の端面のカ ツ 卜 （中空糸膜の開口端の形成） 等は一般的な中空糸膜 モ ジ ュールの加工法に準じて実施で き る 。

中空糸膜モ ジ ュールを用いた高汚濁水の濾過におい て は膜面に多 く の s s や有機物が堆積す る 。 そのため に、 膜面を水流やエアー、 振動、 超音波等を用 いて堆 積物を剝離させ洗浄する必要がある 。 洗浄を行わない 場合には膜面に堆積し た有機物が膜の閉塞の原因 と な り 濾過寿命の低下を招 く 。 具体的な洗浄方法 と し て は、 膜面に平行に水流を流すいわゆる ク ロ ス フ ロー濾 過、 膜モ ジ ュール浸漬槽にポンプ又はモー タ一等で水 流を発生させる方法、 エアーの上昇流を利用 し たパブ リ ング法、 モジュール自身を振動させる方法、 被処理 水を超音波によ り 振動させる方法等が挙げられる 。 本 発明の中空糸膜モ ジ ュールは、 これらの膜面洗浄を濾 過 と並行 して実施するのに適し た形態を して いる 。 し たがっ て 、 本発明の中空糸膜モジュールを用 い る にあ たっ ては、 中空糸膜の膜面の洗浄は濾過 と 並行 して実 施す る が、 膜面の閉塞の進行具合に応じて 、 連続的に 行っ て も よ い し断続的に行っ て も よい。

本発明の中空糸膜モジュールを用いて濾過を実施す る にあたっ ては、 モジュールを密閉容器に配設 して、 被処理水を加圧して中空糸膜を透過させる いわゆ るカロ 圧濾過法も採用でき るが、 活性汚泥槽ゃ沈殿槽等に中 空糸膜モ ジュールを浸漬し、 中空糸膜を透過 し た処理 水を回収す る中空糸膜内部側を吸引する 吸引濾過法で 使用す る こ と が適当である。

一般に濾過時における膜面閉塞は、 膜間差圧の上昇 に よ っ てモニタ一される。 膜間差圧の上昇 し たモ ジ ュ —ルは膜面に多く の目詰ま り 物質が堆積し てお り 、 よ つ て洗浄操作等によ る濾過機能の回復も困難な場合が 多い。 吸引濾過法に於いては、 膜面の閉塞状態をモニ ターす る ための膜間差圧の測定は、 吸引サイ ド に真空 計を設置 して吸引圧を測定する こ と に よ り 行われる 。 吸引圧は、 O c m H g から真空 （ 7 6 c m H .g ) ま で の範囲で特に限定はないが、 吸引 ラ イ ン 中の気泡の発 生を抑え る意味からは、 4 0 c m H g 以下であ る こ と が好ま し く 、 膜の-細孔内部への目詰ま り 物質の入 り 込 みを抑え る面からは、 1 0 c m H g以下であ る こ と が 好ま し く 、 さ らには 5 c m H g 以下であ る こ と がよ り 好ま し い。.

特に 、 周期的に一時吸引を停止す る 、 いわゆ る 間欠 吸引運転方法を採用する こ と によ り 、 膜面堆積物が膜 面内部へ入 り 込むのを効率的に防止する こ と がで き、 中空糸膜モジュールの機能回復処理頻度を低下させる こ と がで き る。 間欠吸引の間欠間隔は、 被処理水の汚 濁度に よ っ て最適範囲は異なっ て く る ため、 明確な範 囲は規定で き ないが、 M L S S 5 0 0 0 p p m程度の 活性汚泥を対象にする場合の例 と しては、 吸引時間 1 〜 3 0 分、 停止時間 1 0 秒〜 1 5分の範囲を望ま しい 例 と し て挙げる こ と ができ る。

ま た、 吸引濾過法を採用す る こ と によ り 、 濾過時に おいて被処理水を槽内で循環させた り 、 エア一パブ リ ングを行っ て膜面を洗浄し た り する こ と が行いやす く な る 。 特にエアーバブ リ ングによ る洗浄方法は、 前述 し た膜面堆積物が膜面内部へ入 り 込むのを効率的に防 止す る こ と ができ る間欠吸引運転方法と 組み合わせる こ と に よ っ て よ り 一層の洗浄効果を発揮す る 。

吸引濾過時における被処理水の流れは、 中空糸膜の 配設方向に対してほぼ垂直に流れる よ う に して、 中空 糸膜の膜面の洗浄効果を ァ ッ プさ せ る こ と が好ま し い o

本発明の中空糸膜モジュールの好ま し い使用方法の —つ と し て 、 前述し た中空糸膜の小集束体 5 毎に、 U 字状の頂部の各々 を、 広げて保持固定す る分散手段 4 で保持 しつつ濾過を実施する図 4 に示さ れる態様があ げ られる 。 その際、 中空糸膜編地を形成 し た際の経糸 に よ る U字状の頂部の仮固定 6 をそのま ま利用 して、 U字状頂部を分散手段 4 に係合させる図 5 に示される 態様が簡便で好ま しい。 勿論、 仮固定用の編地編成時 の経糸は、 中空糸膜モ ジ ュ ールか ら除去さ れて も よ い。 分散手段 4 は、 中空糸膜モジュール と 別途に設け て も よ い し 、 中空糸膜モジュールに一体化させて配設 して も よ い。 ま た、 分散手段は図に示さ れる よ う なフ ッ ク状の も の 7 に限定されず、 仕切分配板を有す る棒 状形態の も のでも よい し、 多数の紐を有 し 、 こ の紐で U字状頂部を縛っ て固定する よ う な も ので も よ い。 こ ' の分散手段を配設する こ と に よ り 、 高汚濁水の濾過に 本発明の中空糸膜モジュールを使用 して も 中空糸膜の 高度な分散性をよ り 長期間保つこ と がで き る 。

ま た、 本発明の中空糸膜の好ま しい使用方法の一つ と し て 、 回転体に このモジュールを配設 し てモ ジュ一 ルを回転移動させつつ濾過を実施す る方法が挙げ られ る 。 回転体へのモジ ュールの取付方法 と し て は、 モ ジ ユールのハ ウ ジングを回転体を中心に し て水平方向に 放射状に延ばして配設し、 中空糸膜はそれぞれのハ ウ ジ ン グか ら下方に垂らす態様や、 鉛直方向に配設され た回転体を軸に して複数個のモジ ュールか ら中空糸膜 が水平方向に放射状に延びる態様が挙げ られる 。

本発明の中空糸膜モジュールは、 特に高汚濁水の濾 過に適 してお り 、 具体的な利用分野と して は、 河川水 の濾過、 工業用水道水濾過、 下排水の固液分離、 排水 処理 （例えば合併浄化槽での処理） 等が挙げられる。

本発明の中空糸膜モジュールを用いる に際 しての濾 過 と並行実施される膜面洗浄以外の機能回復処理方法 と して は、 通常のモジュールの場合 と 同様、 逆洗法が 簡便に実施で き る 。 ま た、 スポン ジボール等を用 いて 膜面を物理的に洗浄する方法や、 超音波等を使用する 方法も モ ジ ュールの物理的形態に起因 して効率的に実 施で き る 。

以上、 図 1 に示すよ う な固定部材が中空糸膜編地の 一辺 （片端） に配設され、 中空糸膜が u字状に折 り 曲 げ られて な る 中空糸膜モ ジ ュールについて説明 し た が、 図 6 に示すよ う な中空糸膜編地の対向す る辺に固 定部材お よ び構造材がそれぞれ配設された中空糸膜モ ジ ュ一ノレついて も全く 同様に用いる こ と がで き る 。 な お、 9 は処理水出口を表わす。

中空糸膜編地の対向する辺に二つの固定部材が配設 さ れた態様においては、 経糸が中空糸膜編地か ら完全 に除去さ れ た状態で構成さ れて いて も よ い。 す なわ ち、 中空糸膜モ ジ ュールの製造過程においては、 中空 糸膜編地が使用されたが、 編地の対向二辺をポ ッ テ ィ ングす る 際に経糸が固定部材内に含有さ れた り 、 中空 糸膜の開口端形成の際に固定部材の廃棄部 と と も に切 'り 落さ れて も よい （ し たがっ て、 緯糸 と しての中空糸 膜のみが多数本平行にシ一 卜 用の状態で配設さ れてい る 。 ） 。 ま た、 この態様においては二つの構造材の位 置関係を例えば支持棒などの支持手段で一定に保っ て 固定す る こ と に よ り 、 取扱いが容易 に な る 利点があ る 。 こ のよ う な支持手段と しては、 図 7 に示す支持棒 8 の他に、 以下のよ う な種々 の態様が考え られる 。

図 8 は支持棒の代わ り に金網のみを使用 して二つの 構造材間の距離を固定し た中空糸膜モ ジ ュ ールの構成 例を示す も ので、 こ こ では中空糸膜 3 の上下左右に金 綱 1 0 が配設されている。 ま た、 図 9 に示す よ う に中 空糸膜 3 の下方ま たは上方のみに金網 1 0 を配設して も構成 し て も よ い。 こ の よ う に、 金網 1 0 を配設する こ どに よ り 取扱いが容易になる利点に加え 、 更に中空 糸膜の損傷を防ぐ保護効果やモ ジ ュールを積層 して使 用す る場合に中空糸膜同士の固着を防ぐスぺ一サ一機 能も果さ せ る こ と がで き る 。 ま た、 金網を使用す る代 わ り に多孔板を使用 して も同様の効果が得 られる 。 ま た、 図 1 0 は、 支持棒の代わ り に導水管 1 1 を使用 し て二つの構造材間の距離を固定し た例を示す平面図で あ る 。 図中、 導水管 1 1 に設けた取水口 1 2 は両サイ ド に設け て も よ レヽ。

図' 1 1 に示すよ う に多数の中空糸膜モ ジ ュ ールを積 層す る よ う な状態で使用する こ と もで き る 。 図 1 1 は 積層の一態様を示 し た ものであ り 、 積層法は こ れに限 定す る ものではない。 例えば、 中空糸膜モ ジュールを 水平ではな く 角度をつけて積層 し た り 、 中空糸の並び 方向を変えて積層 した り する こ と によ り 、 よ り 効果的 な膜面洗浄を行う こ と ができ る 。 ま た、 モ ジ ユ ールを 積層 して使用する よ う な場合には、 エア一パブ リ ング に よ る洗浄を行う と上層に存在するモジ ュールになれ ばな る ほ どエア一はモジュールの外側に逃げ、 膜面と エ アーの接触量は減少す る 。 そ の現象を防 ぐ ため に は、 必要に応じ、 外枠等でモジュールを覆いかつ積層 時には外枠 と外枠と が隙間な く 重なる よ う な構造を取 る こ と に よ り エア一が逃げる現象を防止す る こ と がで . き る 。

ま た、 分散固定時の中空糸膜の弛緩状態は、 少な く と も分散固定の効果がモジュール中央部において も十 分に発揮さ れる程度に張力を持っ た状態であ る こ と が 望 ま し い 。 即 ち 、 余 り に も 弛緩の大き い場合であ る と 、 先端を固定して も中央では中空糸がフ リ ーに なつ て し ま い固定の効果は半減して し ま う 。

ま た、 図 1 2 、 1 3 に示すよ う に可動支柱が伸縮可 能であ り 、 構造材間の距離を変化させる こ と ので き る 中空糸膜モ ジ ュールと して構成す る こ と もで き る 。 膜 面の洗浄時に中空糸膜の弛緩を高める こ と に よ り パブ リ ング時の中空糸の振動を高め、 よ り 効果的 に洗浄を 行 う こ と がで き る 。 固定部材間の支持枠の長さ は、 中空糸が過度に緊張 し ない程度であればよ く 、 通常はその範囲内でで き る だけ長 く し て使用される。 しか し、 モ ジ ュール自体を 振動させて膜面洗浄を行う 場合等に於いて は、 中空糸 が固着一体化し た場合のよ う に固定部材間の距離を縮 めて弛緩させる こ と が望ま しい場合もあ り 、 必要に応 じ て適宜選択で き る。

以下、 本発明を実施例に従い説明す る 。

実施例 1

ポ リ エチ レ ン多孔質中空糸膜 （ E H F 2 7 0 T ： 商 品名 、 内怪 2 7 0 μ ιη、 外径 3 8 0 μ ιη、 三菱 レ イ ョ ン （株） 製） を 8本合糸 し た ものを緯糸 と して用 いた 編地を 4 枚積層 し た積層体を、 1 O m m X 3 0 O m m の開口 を有す る ハウ ジングに内に収納 し 、 こ の収納部 を ゥ レ タ ン樹脂で振動ポ ッ テ ィ ング法に よ り 硬化固定 し図 1 の よ う な構造の中空糸膜モ ジ ュールを作製 し た 。 ループを形成す る一本の中空糸膜の長さ は 7 6 0 m mで、 有効濾過面積 5 m ² であっ た。

こ のモ ジ ュールを用いて図 1 4 に示さ れる フ ロ ーに おけ る排水処理を実施した。 中空糸膜モ ジ ュ ールは、 吸引圧力 0 . 2 k g / c m ² 、 吸引サイ ク ル （ 9 分吸 引 1 分停止） の条件で運転した。 なお、 爆気槽容量は 8 0 0 1 、 T O C容積負荷は 0 . 2 k g Z m ³ - d a y 、 M L S S は約 5 0 0 ◦ p p mであっ た。 3 0 日間の排水処理を実施した際の中空糸膜モ ジ ュ ールの濾過流量の測定結果を図 1 5 に示 し た。

比較例 1

ポ リ エチ レ ン多孔質中空糸膜 （ E H F 2 7 0 T ： 商 品名 、 内径 2 7 0 μ ιη、 外径 3 8 0 μ ηι、 三菱 レイ ョ ン （株） 製） を用いて、 端部を ウ レタ ン樹脂で固め図 1 6 のよ う な構造の円筒型モジュールを作製 し た。 ル ープを形成する一本の中空糸膜の長さ 7 6 0 m m、 有 効濾過面積は 5 m ² であっ た。

こ の円筒型モジュールを用いた こ と を除いて は、 実 施例 1 と 全 く 同様に して排水処理を行っ た。 中空糸膜 モ ジ ュ ールの濾過流量の測定結果を図 1 7 に示 し た。

図 1 5 と 図 1 7の比較か ら明 らかなよ う に、 本発明 の中空糸膜モジュールは、 円筒型モジュールに比べて 高汚濁性水の濾過において、 高流量、 長寿命である こ と が判 る 。

実施例 2

ポ リ エチ レ ン多孔質中空糸膜 （ E H F 2 7 0 T ： 商 品名、 内径 2 7 0 μ ηι、 外径 3 8 0 μ πι、 三菱 レイ ョ ン （株） 製） の膜表面にエチ レ ン一酢酸 ビニル系共重 合体ケ ン化物を被覆 し膜面に恒久親水性を付与 し た中 空糸膜を用 いて実施例 1 と 同様の中空糸膜モ ジ ュール を作製 し た。 そのモジュールを用いて 、 図 1 8 に示さ れる フ ロ ーにおける濾過試験を実施 し た。 濾過原液は 乾燥酵母を純水中に 2 0 0 p p mの濃度で懸濁させた ものを用いた。

L V = 0 · 0 1 mノ h 、 間欠間隔 ： 5 分吸引 5 分停 止、 ノ ブ リ ン グ量 ： 3 5 N 1 ノ m i n で濾過を行つ た。

比較例 2

実施例 2 と 同様のモ ジュールを用いて、 バブ リ ング を行わない以外は実施例 2 と 全く 同条件で濾過を行つ た。

実施例 3

. 実施例 2 と 同様のモジュールを用いて 、 間欠吸引で な く 連続吸引を行う 以外は実施例 2 と全 く 同 じ条件で 濾、過を行つ た。

実施例 4

実施例 2 と 同様の中空糸膜編地を用いて図 6 に示す よ う な両端を樹脂で固定し たモ ジ ュ ールを作製 し た。 モ ジ ュ ールの有効膜面積、 有効中空糸長等は実施例 2 と 同様であ っ た。 そのモジュールを用いて実施例 2 と 全 く 同 じ条件で濾過を行っ た。

実施例 5

実施例 1 と 同様のモジュールを用いて、 実施例 2 と 全 く 同 じ.条件で濾過を行つ た。

以上の実施例 2 乃至比較例 4 の結果を 、 表 1 に示 し た。 表 1

表 1 か ら明 らかなよ う に、 恒久親水化膜を用 いてモ ジ ュールを作製 し、 バブ リ ング洗浄を行いなが ら間欠 吸引 を行 う こ と によ り 、 よ り 長期安定し た濾過を行う こ と がで き る。 ま た、 両端に開口端部を有す る モ ジュ ールの方が吸引圧の少ない状態で運転する こ と ができ る 。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 中空糸膜と 、 該中空糸膜の端部を開口状態に 保ちつつ固定する固定部材と 、 該固定部材を支持収納 す る構造材 と を有してな り 、 断続的も し く は連続的に 中空糸膜の膜面洗浄を行いつつ、 表面か ら内部へ吸引 濾過す る水濾過用の中空糸膜モ ジ ュールであ っ て 、 該 中空糸膜が中空糸膜を緯糸 と する編織物か らな り 、 該 固定部材の中空糸膜に垂直な断面の形状が細長いほぼ 矩形である 中空糸膜モジュール。

2 . 中空糸膜が恒久親水化膜である請求の範囲 1 記載の中空糸膜モ ジ ュール。

3 . 前記矩形の短辺が 3 0 m m以下であ る請求の 範囲 1 記載の中空糸膜モ ジュール。

4 . 前記編織物の一辺に固定部材が配設さ れたも のであ る請求の範囲 1 記載の中空糸膜モ ジ ュ ール。

5 . 前記編織物の対向する二辺に固定部材お よび 構造材がそれぞれ配設されたものである請求の範囲 1 記載の中空糸膜モージユール。

6 . 前記編織物が経糸を有さ ないも のであ る請求 の範囲 5 記載の中空糸膜モ ジ ュール。

7 . 二つの構造材間の間隔を一定に保つ支持手段 が更に ffi設されてなる請求の範囲 5 記載の中空糸膜モ ジ ュ ール。

8 . 前記支持手段が、 伸縮可能に形成されてなる 請求の範囲 7記載の中空糸膜モジュール。

9 . 中空糸膜と 、 該中空糸膜の端部を開口状態に 保ちつつ固定する固定部材と 、 該固定部材を支持収納 す る構造材 と を有し、 該中空糸膜が中空糸膜を緯糸と する編織物からな り 、 該固定部材の中空糸膜に垂直な 断面の形状が細長いほぼ矩形である中空糸膜モ ジ ュ一 ノレを被処理水中に浸漬して濾過を行う 方法であ っ て、 断続的 も し く は連続的に中空糸膜の膜面洗浄を行いつ つ、 表面か ら内部へ吸引濾過する こ と を特徴 と す る濾 過方法。

1 0 . 前記膜面洗浄がエア一パブ リ ング法に よ る も のであ る請求の範囲 9記載の濾過方法。

1 1 . 前記吸引濾過を、 周期的に一時吸引 を停止す る 間欠吸引 によ り 行う 請求の範囲 9 記載の濾過方法。