WO2010001680A1

WO2010001680A1 - 浸漬型中空糸膜モジュール

Info

Publication number: WO2010001680A1
Application number: PCT/JP2009/060213
Authority: WO
Inventors: 啓伸鈴木; 宏松本; 浩充金森
Original assignee: 東レ株式会社
Priority date: 2008-07-01
Filing date: 2009-06-04
Publication date: 2010-01-07
Also published as: CN102026711A; CA2729525A1; JPWO2010001680A1; AU2009264771A1; JP5359872B2; KR20110028442A; EP2295131A1; CN102026711B; TW201012539A; US20110114551A1; EP2295131A4

Abstract

　上端と下端とに開口を有し、かつ周壁の外側露出部分の上側半分のうち少なくとも一部が多孔部材からなり、かつ周壁の外側露出部分の下側半分が非開口状となっている筒状容器と、前記筒状容器内において上下方向に位置する多数本の中空糸膜からなる中空糸膜束と、前記中空糸膜の上端部に設けられ、前記中空糸膜の中空部が開口した状態で前記中空糸膜を固定し、前記筒状容器とも接着固定されている中空糸膜集束部材と、前記中空糸膜集束部材に接続された集水キャップと、前記中空糸膜の下端部に設けられ、前記中空糸膜の中空部を封止する中空糸膜封止部材と、前記中空糸膜封止部材の外側に設けられ、前記筒状容器と接着固定されている集気筒とからなる浸漬型中空糸膜モジュールであって、前記筒状容器における前記集気筒との接着部分が多孔部材からなることを特徴とする浸漬型中空糸膜モジュールにより、膜洗浄時の効率性及びモジュールの長期耐久性を向上させる。

Description

浸漬型中空糸膜モジュール

　本発明は、原水の入った処理水槽内に浸漬させ、原水を濾過処理する中空糸膜モジュール、すなわち、浸漬型中空糸膜モジュールに関する。更に詳しくは、長期間に亘り、中空糸膜の濾過性能が低下せず、かつ、中空糸膜洗浄用の空気の流量を減らしてランニングコストを低減させることができる浸漬型中空糸膜モジュールに関する。

　中空糸膜を用いた膜分離技術は、上水道における飲料用水製造分野、工業用水、工業用超純水、食品、医療といった産業用水製造分野、都市下水の浄化および工業廃水処理といった下廃水処理分野などの幅広い分野に利用されている。また、中空糸膜モジュールは、加圧型と浸漬型とに分類される。

　浸漬型中空糸膜モジュールは、浸漬槽内に浸漬設置され、吸引圧あるいは水頭差による圧力を駆動力として、中空糸膜による濾過を行うものであり、浸漬槽内の被処理水から膜濾過水を得る浸漬型膜分離手段として用いられる。この浸漬型中空糸膜モジュールは、中空糸膜の外側を加圧型モジュールで見られるようなケース等で覆わないことが多い。あるいはケースで覆う場合でも、被処理水が流通できる孔を多く設けたケースで覆われている。

　このような中空糸膜を用いた分離手段においては、被処理水を濾過するにあたって、被処理水中の水分は中空糸膜を介して透過水として取り出され、不純物は中空糸膜の表面上や多孔質部内にとどまるため、中空糸膜の目詰まりや中空糸膜間の流路閉塞が進行して、元来の透過水量が得られなくなる場合がある。

　そこで、濾過運転中に定期的に、中空糸膜の２次側（ろ過水側）から１次側（被処理水側）へ透過水を圧入させることによって中空糸膜表面に付着、蓄積した不純物層（ケーキ層）を剥離、除去する逆圧洗浄（逆洗）や、中空糸膜モジュール下部から連続的あるいは間欠的に空気を吹き込むことによって中空糸膜を揺動させたり、気泡によるせん断力によって中空糸膜表面や中空糸膜間に蓄積した不純物を剥離、除去したりする空気洗浄（空洗）で代表される物理洗浄を行う。その際に中空糸膜表面から剥離した不純物は、速やかに中空糸膜モジュール外に排出されることが好ましく、特許文献１に開示されているように、不純物が堆積しやすい中空糸膜上下端部において中空糸膜が露出していると好都合である。

　さらには、特許文献２に開示されているように、中空糸膜全体を通水可能な筒状のケースで覆うと、筒状ケースの筒周面の全面から原水が供給できるだけではなく、物理洗浄時において、不純物が筒状ケースの筒周面の全面から流出可能になり、不純物の排出性がさらに向上して好都合である。

　しかしながら、特許文献１に記載のモジュール構造では、物理洗浄時に、モジュール下方から供給された空気が、中空糸膜下端部の中空糸膜が露出している箇所からモジュール外へ流出しやすいため上端部の中空糸膜を十分に揺らすことができず、その結果、中空糸膜表面の不純物も十分に洗浄できないという問題があった。

　また、特許文献２に記載のモジュール構造についても同様に、モジュール下方から供給された空気が通水可能な筒状ケースの下方部分からモジュール外へ流出しやすく、上方の中空糸膜を十分に揺らすことができないという問題があった。その結果、上方の中空糸膜まで揺らすには空気の供給量を増やす必要があり、ランニングコストの増加につながっていた。

　そこで、これらの問題を解決するために、特許文献３や特許文献４に開示されているように、筒状容器の上側部分における周壁の平均開孔率を下側部分における周壁の平均開孔率よりも大きくすることを特徴とした中空糸膜モジュールが提案された。該中空糸膜モジュールにより、モジュール下方から供給される空洗用の圧縮空気がモジュール下方のみではなく、モジュール上方の中空糸膜の洗浄にも有効に使用されることになる。

　しかしながら、特許文献３に記載のモジュール構造では、モジュール下部で接着剤が筒状容器に直接固定されているためモジュール下部からの懸濁物質の排出性が悪く、洗浄時に中空糸膜表面から除去された懸濁物質がモジュール下部に残存しやすくなり、濾過能力を長期に亘って持続させることが困難になる。

　一方、特許文献４に記載された中空糸膜モジュールでは、モジュール下部が開放状態にあるため、懸濁物質の排出性の向上と中空糸膜の洗浄性の向上とを両立させることができ、高性能の濾過能力を長期に亘って持続させることが可能となった。しかし、筒状容器の上部開放部分を塞ぐための部材を直接筒状容器に接続させていたり、筒状容器と集気筒との接着が強固でなかったりするなどの理由から、筒状容器の物理的強度が低下したり各部材同士の接着強度が低下したりするなどの問題点が残されており、中空糸膜モジュールの長期耐久性が懸念されていた。

特開２００２－３４６３４４号公報特開２００５－２３０８１３号公報特開昭６２－２３７９０８号公報国際公開ＷＯ２００７／０８３４６０号

　本発明は、中空糸膜の洗浄時に懸濁物質が中空糸膜外表面より剥離し易く、かつ、剥離した懸濁物質が中空糸膜モジュール外に排出され易い特性に加えて、モジュールの物理的強度面における長期耐久性に優れた中空糸膜モジュールを提供することを目的とする。

　前記目的を達成するための本発明の中空糸膜モジュールは、次の通りである。
（１）上端と下端とに開口を有し、かつ周壁の外側露出部分の上側半分のうち少なくとも一部が多孔部材からなり、かつ周壁の外側露出部分の下側半分が非開口状となっている筒状容器と、前記筒状容器内において上下方向に位置する多数本の中空糸膜からなる中空糸膜束と、前記中空糸膜の上端部に設けられ、前記中空糸膜の中空部が開口した状態で前記中空糸膜を固定し、前記筒状容器とも接着固定されている中空糸膜集束部材と、前記中空糸膜集束部材に接続された集水キャップと、前記中空糸膜の下端部に設けられ、前記中空糸膜の中空部を封止する中空糸膜封止部材と、前記中空糸膜封止部材の外側に設けられ、前記筒状容器と接着固定されている集気筒とからなる浸漬型中空糸膜モジュールであって、前記筒状容器における前記集気筒との接着部分が多孔部材からなることを特徴とする浸漬型中空糸膜モジュール。
（２）前記中空糸膜集束部材の側面部分に開孔部分を有することを特徴とする（１）に記載の浸漬型中空糸膜モジュール。
（３）前記多数本の中空糸膜が、それぞれ複数本の中空糸膜から構成された複数個の小束に分割され、前記中空糸膜封止部材が、前記小束における各中空糸膜の中空部を封止するとともに、各中空糸膜を束ね、一体として固定されていることを特徴とする（１）または（２）に記載の浸漬型中空糸膜モジュール。
（４）前記小束の数が７であり、前記各小束を形成する中空糸膜の本数が８００乃至１０００であることを特徴とする（３）に記載の浸漬型中空糸膜モジュール。

　本発明によれば、従来からの中空糸膜の洗浄時に懸濁物質が中空糸膜外表面より剥離し易く、かつ、剥離した懸濁物質が中空糸膜モジュール外に排出され易い特性に加え、筒状容器の物理的強度や筒状容器と上部開放部分を塞ぐための部材との接着強度、筒状容器と集気筒との接着強度などを改善し、長期耐久性にも優れた中空糸膜モジュールを提供することができる。

図１は、本発明の中空糸膜モジュールの一実施例の概略縦断面図である。図２は、本発明において用いる中空糸膜集束部材を示す拡大側面図である。図３は、図１における筒状容器の周壁の展開図である。図４は、図１における筒状容器の周壁の部分拡大図である。図５は、本発明の中空糸膜モジュールの使用状態を示す斜視図である。

　本発明の中空糸膜モジュールを、上水を製造するために用いた場合を例にとって、図を参照しながら以下に説明する。なお、本発明の中空糸膜モジュールは、上水用の中空糸膜モジュールに限定されるものではなく、その他には産業水用、下水用などの浄水プロセス用の中空糸膜モジュールとしても使用される。

　図１は、本発明の中空糸膜モジュールの一実施例の概略縦断面図である。

　図１において、本発明の中空糸膜モジュール１は、上端と下端とに開口を有し、かつ周壁の少なくとも一部が多孔部材からなる筒状容器２と、筒状容器２内において上下方向に位置する多数本の中空糸膜３からなる中空糸膜束と、中空糸膜３の上端部に設けられ、中空糸膜３の中空部が開口した状態で中空糸膜３を固定し、筒状容器２とも接着固定されている中空糸膜集束部材４と、中空糸膜集束部材４に接続された集水キャップ５と、中空糸膜３の下端部に設けられ、中空糸膜３の中空部を封止する中空糸膜封止部材６と、中空糸膜封止部材６の外側に設けられ、筒状容器２と接着固定されている集気筒７とからなる。

　図１に示す本発明の中空糸膜モジュール１においては、多数本の中空糸膜３は、それぞれが複数本の中空糸膜３からなる複数個の小束３ａに分割されている。小束３ａはそれぞれが各中空糸膜３を束ね一体として固定する中空糸膜封止部材６に装填され、各中空糸膜３の下端部の中空部を、接着剤（図示しない）を用いて封止している。各中空糸膜封止部材６は、それぞれの間に間隙６ａを有して、互いに独立して位置している。すなわち、各中空糸膜封止部材６は、中空糸膜集束部材４から垂下する各小束３ａの下端部に、それぞれが独立した状態で設けられ、それぞれの位置が、間隙６ａを通過する流体（原液あるいは空洗用の圧縮空気）により、変動可能とされている。

　なお、本発明の中空糸膜モジュールにおいて、各中空糸膜３の下端部は、図１の中空糸膜モジュール１の中空糸膜封止部材６に装填され、接着剤（図示しない）で中空部を封止して用いられても良いし、空洗時において膜が折れることによる膜の損傷を防止するために接着剤層の上に緩衝剤層を設けてもよいが、各中空糸膜の下端部の中空部を封止し、かつ各中空糸膜を束ね一体として固定する本来の目的を達成するものであればその形態は限定されない。中でも、図１のように中空糸膜封止部材６が中空糸膜３の小束を収納する容器の形状であり、その中に中空糸膜３の小束を収納した上で、流動性の接着剤（図示しない）を中空糸膜３の中空部３ｂに所望の量だけ進入させるとともに中空糸膜３間に流入せしめ、その後接着剤を固化させることにより、中空糸膜３を固定するとともに中空糸膜３の中空部３ｂを封止する形態であることが、作業性および中空糸膜の固定化および中空部の封止を確実にする観点から好ましい。前記接着剤としては、通常樹脂が用いられるが、汎用品で安価であり、水質への影響も小さいエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、エポキシアクリレート樹脂などが好ましく用いられる。また、前述の緩衝剤層に用いられる緩衝剤（図示しない）は中空糸膜封止部材６内の中空糸膜３の損傷を防止する目的で使用され、通常は汎用品で安価であり、柔軟性に富むシリコン樹脂や低硬度のウレタン樹脂が好ましく用いられる。

　本発明の中空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜の下端部の中空部を封止する中空糸膜封止部材は、図１の中空糸膜モジュール１の中空糸膜封止部材６のように、間隔を有して独立した複数個の中空糸膜封止部材６から形成されていることが好ましい。

　中空糸膜封止部材は、一枚の端板で形成されていても良い。中空糸膜封止部材が一枚の端板で形成される場合は、端板は、筒状容器２の下端の開口２ｂを塞ぐ状態で、筒状容器２に固定され、かつ、端板には、中空糸膜３の中空部の下端部が封止されている部分を避けて、筒状容器２の内外に連通する複数本の流体流路が、端板の面において可能な限り均一な配置をもって、設けられる形態をとることができる。

　本発明の中空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜集束部材は、図１の中空糸膜モジュール１の中空糸膜集束部材４のように、接着剤（図示しない）とともに一体として用いられ、各中空糸膜の上端部の中空部を開口した状態で固定し、かつ筒状容器の上端周辺部と接着固定され、集水キャップを接続できるものである本来の目的を達成できるものであればその形態は限定されない。中でも、図１のように中空糸膜集束部材４が多数本の中空糸膜３からなる中空糸膜束を収納し、内部に筒状容器２との接着部および外部上部に集水キャップ５との接続部を有する筒状の形状であることが中空糸膜モジュールの製作容易性の観点から好ましい。図１の中空糸膜モジュールにおける中空糸膜集束部材４の周辺部を製作する一例を示すと、あらかじめ多数本の中空糸膜３を装填した筒状容器２の上端周辺部に中空糸膜集束部材４をはめ込み、中空糸膜束の先端部が少し中空糸膜集束部材４の上端面４ｃから出るようにし、流動性の接着剤（図示しない）を多数本の中空糸膜３間に流入せしめ、その後接着剤を固化させることにより、中空糸膜３を中空糸膜集束部材４内に固定し、次いで中空糸膜集束部材４の上端面４ｃから出た端部を切断することにより、各中空糸膜３の中空部が開口させる形態であることが、作業性および中空糸膜の固定化を確実にする観点から好ましい。各中空糸膜を開口状態で固定するこの作業は、一般にポッティングと呼称され、広く知られている。前記接着剤としては、通常樹脂が用いられるが、汎用品で安価であり、水質への影響も小さいエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、エポキシアクリレート樹脂などが好ましく用いられる。また、接着剤層の下部に空洗時において膜が折れることによる膜の損傷を防止するために接着剤層の下に緩衝剤層を設けてもよい。その際に用いられる緩衝剤は、通常は汎用品で安価であり、柔軟性に富むシリコン樹脂や低硬度のウレタン樹脂が好ましく用いられる。

　図２は、本発明に係る中空糸膜集束部材４のみ取り上げた図である。図２において、図１の中空糸膜モジュール１と同じ部品については同じ符号が付けられている。

　図２において、中空糸膜集束部材４の下側内部４ｂは、筒状容器の上端周辺部と接着固定される箇所である。中空糸膜集束部材４の内部には多数本の中空糸膜からなる中空糸膜束が装填された状態にあり、通常は上述のポッティング作業を経て、中空糸膜集束部材４の上端面４ｃに中空糸膜の開孔部が揃えられた状態となる。中空糸膜集束部材４の下側側面には開孔部分４ａが設けられている。また、中空糸膜集束部材４と集水キャップの接続がなされる箇所は中空糸膜集束部材４の外側上部４ｄが好ましく、接続の際には、中空糸膜集束部材４の外側上部４ｄにｏリングや平パッキン等の気密性を保てるものが取り付けられる。あるいは、中空糸膜集束部材４の外側上部４ｄに接着剤を塗布し、集水キャップと接着固定しても構わない。さらには、中空糸膜集束部材４の上端面４ｃの縁に平パッキン等の気密性が保てるものを取り付けて、集水キャップと接続しても構わない。

　本発明の中空糸膜モジュールの構造によれば、図１の中空糸膜モジュール１のように中空糸膜集束部材４を介在させることによって、筒状容器２と集水キャップ５とが直接接続されないため、筒状容器２上部の物理的強度を補強し、さらには、集水キャップ５との接続性が改善され、長期耐久性にも優れた中空糸膜モジュールを提供することができる。また、中空糸膜モジュールにおける各部材の役割分担を明確化できるため、製作容易性を向上させることができる。

　本発明において、図１、図２の中空糸膜集束部材４のように、中空糸膜集束部材４の側面部分に開孔部分４ａを有することが好ましい。この理由の詳細は後述するが、この態様をとることで空洗時に中空糸膜集束部材の上方で空気溜まりおよび懸濁物質の残存がなくなり、効率よく懸濁物質の除去が行えるようになる。

　図２に示した中空糸膜集束部材４の開孔部分４ａの形状は、半円と長方形の組み合わさったもので下方まで開孔部が続いたものであるが、形状は三角形、四角形などの多角形や、円形、楕円形、星形などあらゆるものを用いることができる。またこれら複数の形状が混在したものでも良い。さらに、図２の開孔部分４ａのように下方まで開孔部が続いたものでも良いし、中空糸膜集束部材４の内部で閉じた形状であっても良い。

　本発明の中空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜の濾過領域は、中空糸膜の外表面に接する原液が中空糸膜により濾過され中空糸膜の中空部に濾過水として流入可能な膜面領域をいう。

　本発明の中空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜束は、数百本乃至数万本の中空糸膜からなることが好ましい。

　本発明の中空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜束が複数個の小束に分割される小束方式が用いられる場合、各小束を形成する中空糸膜の本数は、数十本乃至数千本であることが好ましい。ここで、小束の分割数や一つの小束を形成する中空糸膜の本数は筒状容器の直径や長さ、更には、中空糸膜の直径などに応じて、意図する効果が得られるように選択すればよい。

　例えば、筒状容器２の直径が、５０乃至４００ｍｍ、長さが、５００乃至３０００ｍｍ、中空糸膜３の直径が、０．５乃至２ｍｍ程度の中空糸膜モジュール１であれば、小束３ａの数は、３乃至１０００個程度が好ましく、３乃至５０個が更に好ましい。小束３ａの数が少ないと、懸濁物質の排出性が悪くなり、逆に多くなるほど懸濁物質の排出性は良くなるが、中空糸膜モジュール１の製作が煩雑になる。

　一つの小束３ａを形成する中空糸膜３の本数は、５０乃至２０００本が好ましい。一つの小束３ａを形成する中空糸膜３の本数が少なくなると、小束３ａの数が増えて、前述のように、中空糸膜モジュール１の製造が煩雑になり、逆に一つの小束３ａを形成する中空糸膜３の本数が多くなりすぎると、中空糸膜３間に懸濁物質が堆積し易くなる。

　なお、上述の通り、小束方式が用いられる場合は、小束３ａの数と一つの小束３ａを形成する中空糸膜３の本数との組み合わせが重要となるが、小束３ａの数が７であり、その際の一つの小束３ａを形成する中空糸膜３の本数が８００乃至１０００本であることが特に好ましい。前記した数値の組み合わせであれば、中空糸膜モジュール１の製造が煩雑でなく、懸濁物質の排出性が特に良好であるためである。

　各中空糸膜封止部材の形状は、円柱形、球形、円錐形や角錐形など任意である。図１の中空糸膜封止部材６は、円柱体からなる。

　本発明の中空糸膜モジュールにおける中空糸膜の素材は、特に限定されない。中空糸膜の素材として、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン－ビニルアルコール共重合体、セルロース、酢酸セルロース、ポリフッ化ビニリデン、エチレン－テトラフルオロエチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレンなどや、これらの複合素材がある。

　本発明の中空糸膜モジュールにおける中空糸膜の外径は、０．３乃至３ｍｍであることが好ましい。中空糸膜の外径が小さすぎると、中空糸膜モジュールを製作する際の中空糸膜取り扱い時や、中空糸膜モジュールを使用する際の濾過、洗浄時などに、中空糸膜が折れて損傷するなどの問題が生じ易い。逆に外径が大きすぎると、同じサイズの筒状容器内に挿入できる中空糸膜の本数が減って、濾過面積が減少するなどの問題が生じる。また、中空糸膜の膜厚は、０．１乃至１ｍｍあることが好ましい。膜厚が小さすぎると、圧力で膜が折れるなどの問題が生じ、逆に膜厚が大きすぎると、圧力損失や原料代の増加につながるなどの問題が生じる。

　本発明の中空糸膜モジュールは、各中空糸膜の上部に集水キャップ５が取り付けられて、原水の濾過に用いられる。すなわち、中空糸膜モジュール１において、中空糸膜集束部材４上部の中空糸膜３の中空部３ｂが開口している面３ｃに対し、中空糸膜３の中空部３ｂの開口部から流出する濾過水を集水する集水キャップ５が中空糸膜集束部材４に接続される。集水キャップ５は、集水された濾過水を外部に導出するための濾過水出口９を有する。

　本発明の中空糸膜モジュールは、各中空糸膜の下部に集気筒が取り付けられた状態で使用される。すなわち、中空糸膜モジュール１において、筒状容器２の下端の開口２ｂの周囲には、空洗用の圧縮空気を筒状容器２内に導入するための集気筒７が設けられる。

　筒状容器２、中空糸膜集束部材４、集水キャップ５、中空糸膜封止部材６、および、集気筒７は、通常、樹脂から形成される。これらを形成する樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン、ポリブテン等のポリオレフィン系樹脂や、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン（ＦＥＰ）、エチレン・四フッ化エチレン（ＥＴＦＥ）、三フッ化塩化エチレン（ＰＣＴＦＥ）、エチレン・三フッ化塩化エチレン（ＥＣＴＦＥ）、フッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のフッ素系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等の塩素系樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアリルスルホン樹脂、ポリフェニルエーテル樹脂、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン共重合体樹脂（ＡＢＳ）、アクリロニトリル－スチレン共重合体樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂などが単独または混合して用いられる。

　筒状容器２、中空糸膜集束部材４、集水キャップ５、中空糸膜封止部材６、および、集気筒７は、樹脂以外の材料で形成されても良い。その場合の材料としては、アルミニウム、ステンレス鋼などが好ましく用いられる。更に、樹脂と金属の複合体や、ガラス繊維強化樹脂、炭素繊維強化樹脂などの複合材料を使用することもできる。なお、筒状容器２、中空糸膜集束部材４、集水キャップ５、中空糸膜封止部材６、および、集気筒７は、同一の材料でもそれぞれ異なる材料で形成されていても構わない。

　本発明の中空糸膜モジュールにおいて、筒状容器はその周壁の外側露出部分の上側半分のうち少なくとも一部が多孔部材からなり、かつ周壁の外側露出部分の下側半分が非開口状となっている。この一例を図１および図３を用いて説明する。

　図３は、図１における筒状容器２の周壁の展開図である。図１および図３において、本発明の中空糸膜モジュール１の筒状容器２の周壁の外側露出部分の上側半分のうち少なくとも一部は、メッシュ状の開孔を有する多孔部材２ｃからなる。

　筒状容器２の周壁のうち、中空糸膜集束部材４と接着する部分と集気筒７と接着する部分とは、通常使用される際には外側に露出していないため、それらの部分を除いた、通常使用する際に外側から露出して見える部分を外側露出部分と言う。本発明では、筒状容器２の周壁の外側露出部分において、その上側半分のうち少なくとも一部が多孔部材２ｃからなり、下側半分は非開口状となっていることが必要である。ここで、筒状容器２の外側露出部分の上側半分とは、筒状容器２の周壁全体から中空糸膜集束部材４と接着され外側に露出しない部分（図３の領域Ａ）と、集気筒７と接着され外側に露出しない部分（図３の領域Ｄ）とを除いた領域のうち、筒状容器２の長手方向（図３の矢印Ｅ方向）における略中央位置（図３の矢印Ｆで示す位置）よりも、中空糸膜集束部材４側の部分（図３の領域Ｂ）の周壁を言う。同様に、筒状容器２の外側露出部分の下側半分とは、筒状容器２の長手方向（図３の矢印Ｅ方向）における略中央位置（図３の矢印Ｆで示す位置）よりも、集気筒７側の部分（図３の領域Ｃ）の周壁を言う。

　図４は、筒状容器２の周壁の外側露出部分の上側半分における部分拡大図である。図４において、周壁は、開孔部分１０と線材部分１１とに区分される。図３の周壁の展開図において、領域Ｂの投影面積をＸ、図４の各開孔部分１０の投影面積の総和をＹとすると、筒状容器２の周壁の外側露出部分の上側半分（領域Ｂ）における平均開孔率は、式Ｙ／Ｘ×１００（％）により算出される。

　筒状容器２の周壁の外側露出部分の上側半分における開孔部分１０の分布（各開孔部分１０の位置と開孔面積の分布）は、均一な分布でも、筒状容器の長手方向（上下方向）において不均一な分布であっても良い。周方向に不均一な分布は、原水や空気の不均一な流動をもたらすので、好ましくない。

　筒状容器２の外側露出部分の周壁において、上側半分（領域Ｂ）のみに開口部分を設け、下側半分（領域Ｃ）に開口部分を設けないことで、理由の詳細は後述するが、中空糸膜の濾過性能が低下せず、かつ、中空糸膜洗浄用の空気の流量を減らしてランニングコストを低減させるという、本発明の目的を達成することができる。

　筒状容器２のうち、中空糸膜集束部材４と接着され外側に露出しない部分（領域Ａ）については、中空糸膜集束部材４と接着するという本来の目的が達成されれば、その材質や形状等については制限されないが、通常は、筒状容器２の他の部分と同じ材質により形成され、図３のように全く開孔を有しない板状形態であることが好ましい。

　筒状容器２のうち、集気筒７と接着され外側に露出しない部分（領域Ｄ）については、集気筒７との接着性を向上させるという観点から、メッシュ状などの多孔部材からなることが必要である。発明の中空糸膜モジュールを使用する際、特に通常外側露出部分の周壁の下側半分が開孔部分を有しない場合は、筒状容器２と集気筒７との接着固定部分は、流速が大きく高い圧力がかかり、高い接着強度が求められるが、本発明の態様をとることで、適当な接着剤を用いて筒状容器２の領域Ｄと集気筒７とを接着させる際、開孔部に接着剤が入り込むことで接着強度が高まるのだと推測される。本発明の中空糸膜モジュールを使用する際、特に通常外側露出部分の周壁下側半分が開孔部分を有しない場合は、筒状容器２と集気筒７との接着固定部は、流速が大きく高い圧力がかかり、高い接着強度が求められるため、このような態様をとることが好ましい。なお、この際に用いられる接着剤としては、通常樹脂が用いられるが、汎用品で安価であり、水質への影響も小さいエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、エポキシアクリレート樹脂などが好ましい。また、用いられる接着剤は高い接着強度を求められるものであるが、中空糸膜モジュール上部、筒状容器２と中空糸膜集束部材４の接着で用いられたものと同一にすることが、コスト面、製作容易性などの観点からより好ましい。

　上記したような多孔部材を周壁に有する筒状容器は、例えば、所定の平均開孔率を有する異なる多孔部材を各部分にそれぞれ配置することにより用意することが出来る。

　筒状容器の周壁に設置する多孔部材としては、メッシュ状、ネット状、パンチングメタル状のような多孔を有する板状部材を用いることが出来る。例えば、樹脂により成型された多孔を有する板状部材や筒状部材、金属線から構成される金属網、パンチングメタル板等がある。中でも、安価であり、水質への影響も小さい、多孔を有する樹脂成型部材を用いることが好ましい。

　次に、図１の本発明の中空糸膜モジュール１による原水の処理について説明する。

　まず、中空糸膜モジュール１を、その高さよりも大きな水深がある水槽（図示しない）内に、その集水キャップ５側を上にして浸漬させる。水槽内には懸濁物質を含む原水が入れられている。中空糸膜モジュール１の集水キャップ５の濾過水出口９側からポンプなどで吸引すると、水槽内の懸濁物質を含む原水が、筒状容器２の周壁の開孔部分２ａや集気筒７を通じて中空糸膜モジュール１内に取り込まれ、中空糸膜３の束を通過して濾過された後、濾過水が集水キャップ５から濾過水出口９を通り、集水管（図示しない）に送られる。この濾過に伴い、原水中の懸濁物質が、中空糸膜３の外表面に付着する。また、濾過水側を吸引することにより、原水を濾過して水槽外に取り出すと、水槽の水位が低下するため、必要に応じて水槽内に原水を供給する。

　一定時間の濾過工程が終了すると、今度は、透過水または圧縮空気を集水キャップ５側から原水側へ流す逆洗や、中空糸膜モジュール１下方に設置した空気配管（図示しない）から、中空糸膜モジュール１の下部の集気筒７を通じて、圧縮空気を中空糸膜モジュール１内に供給し、中空糸膜モジュール１内に蓄積した懸濁物質を系外に排出する空洗を行う。

　逆洗では、透過水が中空糸膜３の内部から外部に向かって流れるため、中空糸膜３の外表面に付着していた懸濁物質が中空糸膜３の外表面から剥離する。或いは剥離し易い状態となる。そして、次の空洗で、微小な懸濁物質は、筒状容器２の周壁の開孔部分２ａや集気筒７を通って中空糸膜モジュール１の系外に排出され、その後におこなわれる排水にて水槽内から排出される。

　このとき、中空糸膜モジュール１では、中空糸膜封止部材６が筒状容器２に固定されていないため、空洗によって中空糸膜３が中空糸膜封止部材６と共に揺動する。この揺動により、中空糸膜３の外表面に付着した懸濁物質の剥離が効率的に行われる。更に、懸濁物質を中空糸膜モジュール１の下方から排出する際も、懸濁物質を含む水が、自由に動く複数の中空糸膜封止部材６の間隙６ａを通って排出されるため、中空糸膜モジュール１内には懸濁物質がほとんど残留せず、濾過性能低下が阻止される。これらの工程を繰り返しながら長時間に亘り原水の濾過処理が継続される。

　次に、本発明の中空糸膜モジュール内における空洗時の空気の流れについて説明する。

　図１において、中空糸膜モジュール１の下方に設置された空気配管（図示しない）から供給された圧縮空気が、集気筒７を通じて中空糸膜モジュール１内に取り込まれ、筒状容器２の開孔部２ａから流出する。本発明においては筒状容器２の外側露出部分のうち、上側半分にしか開口部分を有さないため、この取り込まれた空気は、筒状容器２の外側露出部分の下側半分からは流出せず、外側露出部分の上側半分から流出する。したがって、筒状容器２内の大部分に圧縮空気が供給されるため、中空糸膜モジュール１の下方に位置する中空糸膜３のみでなく、上方に位置する中空糸膜３へも外表面の懸濁物質を剥離できる程度に揺らすことができる。このため、圧縮空気が有効に利用でき、かつ中空糸膜モジュール１に導入する空気量が低減でき、水処理のランニングコストが低減できる。

　また、上述のように筒状容器２の外側露出部分のうち、上側半分のみ開口を有する態様をとることにより、空洗時に中空糸膜３の外表面から剥離された懸濁物質が、圧縮空気によって生じる中空糸膜モジュール１内の下方から上方への水の流れとともに、中空糸膜モジュール１上方における筒状容器２の周壁から中空糸膜モジュール１外へと排出される。一方、中空糸膜モジュール１下方における筒状容器２の周壁の外側露出部分からは懸濁物質が流出しないが、この場合、懸濁物質は中空糸膜モジュール１の下方に堆積せず、自由に動く複数の中空糸膜封止部材６の間隙６ａを通って集気筒７から中空糸膜モジュール１の下方へと排出されるため問題はない。

　本発明の中空糸膜モジュールの他の実施形態として、モジュールにおける筒状容器の形態が、筒状容器の周壁の外側露出部分における開孔部分の投影面積が、筒状容器の略中央位置から上方に向かって、連続的または段階的に大きくなっていくような形態（図示しない）でも良い。

　図４に示した開孔部分１０の形状は、四角形であるが、開孔部分の形状としては、三角形、五角形、六角形などの多角形や、円形、楕円形、星形などを用いることも出来る。これら複数の形状が混在していても良い。

　本発明の中空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜集束部材の側面部分に開孔部分を有することが好ましいが、このような態様をとることにより、該開孔部分から空気を排出することができるため、中空糸膜集束部材の上方にて空気溜まりが発生せず、また同時に懸濁物質を外部に排出することができる。図１の中空糸膜モジュールにおいて、集気筒７から取り込まれた圧縮空気は、その大部分が筒状容器２の開孔部から流出するが、一部分は中空糸膜集束部材４の上方部に流入する。この際、中空糸膜集束部材の側面部分に開孔部分を有しない構造であれば、一度中空糸膜集束部材４の上方部に流入した空気は排出されず、空気溜まりとなり懸濁物質の排出に支障を来す場合がある。しかし、該部分に図１、図２に示すような開孔部分４ａが設けられていると、空気溜まりを発生させることなく開孔部分４ａから空気および懸濁物質が排出されるため、空洗時の懸濁物質の排出効率を高めることができる。

　本発明の各中空糸膜封止部材は、その一部が隣り合った中空糸膜封止部材と接続されていても良い。この接続は、例えば、棒状体、ヒモ状体で行われる。この接続により、各中空糸膜封止部材同士が手をつないだ状態となるので、特定の場所の中空糸膜封止部材のみが揺れることが無く、振動や揺動の力を他の中空糸膜封止部材に伝播することが出来る。同時に、各小束の位置を緩やかに規制することができる。これにより、原水や空気の分散性が向上する。分散性の向上は、中空糸膜の汚れ斑の発生を防止する効果や各小束同士の絡み合いの発生を防止する効果の更なる向上をもたらす。

　本発明の中空糸膜封止部材は、その下面が平面であっても良く、半球体などであっても良い。また、その周面の一部に翼や螺旋溝などにより形成される乱流発生部材（図示しない）を有しても良い。乱流発生部材が設けられた中空糸膜封止部材を有する中空糸膜モジュールは、懸濁物質が多い原水を濾過する場合、好ましく用いられる。原水や空気が乱流発生部材に衝突して、各小束に微細な振動や揺れを付与することができるからである。

　図１の中空糸膜モジュール１の場合、小束３ａを形成する複数の中空糸膜３の中に、中空糸膜集束部材４の下面と中空糸膜封止部材６の上面との間の長さ、すなわち、濾過領域における長さが、他の中空糸膜に比べて、短い中空糸膜が存在すると、この長さが短い中空糸膜が、他の中空糸膜より、中空糸膜封止部材６の重量のより多くを、あるいは、その全てを、負担する状況が生じる。

　この状況は、この長さが短い中空糸膜の切断をもたらす、あるいは、その切断に続き、切断が他の中空糸膜に波及する恐れがある。中空糸膜の切断が生じると、切断した中空糸膜を通り、原水が濾過水側に流れ込む問題を引き起こす。一方において、一つの小束を形成する数十本乃至数千本の中空糸膜の濾過領域における長さが、全て同一になるように、中空糸膜モジュールを製作することは、容易ではない。

　この問題を解決するために、本発明の中空糸膜モジュール１においては、各小束３ａを形成している中空糸膜３に沿って、少なくとも１本の吊り下げ線状体（図示しない）が設けられても良い。吊り下げ線状体（図示しない）の一端は、中空糸膜３の一方の端部とともに筒状容器２に固定される中空糸膜集束部材４に固定され、他端は、小束３ａにおける中空糸膜３とともに中空糸膜封止部材６に固定されている。この両端が固定された吊り下げ線状体（図示しない）の中空糸膜集束部材４の下面と中空糸膜封止部材６上面との間の長さ、すなわち、濾過領域における長さは、濾過領域における最も短い長さの中空糸膜の長さより、短く設定されている。なお、濾過領域における中空糸膜３の長さ、および、吊り下げ線状体（図示しない）の長さはいずれも、それぞれの直線状態の長さである。

　この吊り下げ線状体（図示しない）の存在により、長さの短い中空糸膜の荷重負担が軽減され、あるいは、皆無となり、過大な加重負担による中空糸膜の切断が防止される。当然のことながら、そのためには、吊り下げ線状体（図示しない）は、荷重に対する耐性が、中空糸膜より大きい必要がある。

　吊り下げ線状体（図示しない）は、例えば、糸あるいは棒で形成される。糸としては、例えば、金属線、天然あるいは合成樹脂繊維、金属あるいは樹脂のチューブがあり、棒としては、例えば、金属棒、天然あるいは合成樹脂棒、金属あるいは樹脂のチューブがある。樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂などがある。金属としては、ステンレススチール、アルミニウムなどがある。吊り下げ線状体（図示しない）がチューブの場合は、万が一破損し、原水が濾過水側に流れ込むのを防止するため、端面は封止しておくのが良い。また、吊り下げ線状体（図示しない）は、各小束３ａについて、２本以上備えられていることが好ましい。万が一、１本の線状体が、中空糸膜集束部材４あるいは中空糸膜封止部材６から脱落した場合でも、他の吊り下げ線状体により、中空糸膜の切断が有効に防止出来るからである。

　本発明の中空糸膜モジュールは、水槽内に貯められた原水を濾過処理する際、水槽内に浸漬させて膜濾過処理に用いられる。

　１　：中空糸膜モジュール
　２　：筒状容器
　２ａ：筒状容器の開口部
　２ｂ：筒状容器の下端の開口
　２ｃ：多孔部材
　３　：中空糸膜
　３ａ：中空糸膜の小束
　３ｂ：中空糸膜の中空部
　３ｃ：中空糸膜の中空部が開口している面
　４　：中空糸膜集束部材
　４ａ：中空糸膜集束部材の下側側面の開孔部分
　４ｂ：中空糸膜集束部材の下側内部（筒状容器との接着部分）
　４ｃ：中空糸膜集束部材の上端面
　４ｄ：中空糸膜集束部材の外側上部（集水キャップとの接続部分）
　５　：集水キャップ
　６　：中空糸膜封止部材
　６ａ：中空糸膜封止部材間の間隙
　７　：集気筒
　８　：流入口
　９　：濾過水出口
１０　：開孔部分
１１　：線材部分

Claims

　上端と下端とに開口を有し、かつ周壁の外側露出部分の上側半分のうち少なくとも一部が多孔部材からなり、かつ周壁の外側露出部分の下側半分が非開口状となっている筒状容器と、前記筒状容器内において上下方向に位置する多数本の中空糸膜からなる中空糸膜束と、前記中空糸膜の上端部に設けられ、前記中空糸膜の中空部が開口した状態で前記中空糸膜を固定し、前記筒状容器とも接着固定されている中空糸膜集束部材と、前記中空糸膜集束部材に接続された集水キャップと、前記中空糸膜の下端部に設けられ、前記中空糸膜の中空部を封止する中空糸膜封止部材と、前記中空糸膜封止部材の外側に設けられ、前記筒状容器と接着固定されている集気筒とからなる浸漬型中空糸膜モジュールであって、前記筒状容器における前記集気筒との接着部分が多孔部材からなることを特徴とする浸漬型中空糸膜モジュール。
　前記中空糸膜集束部材の側面部分に開孔部分を有することを特徴とする請求項１に記載の浸漬型中空糸膜モジュール。
　前記多数本の中空糸膜が、それぞれ複数本の中空糸膜から構成された複数個の小束に分割され、前記中空糸膜封止部材が、前記小束における各中空糸膜の中空部を封止するとともに、各中空糸膜を束ね、一体として固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の浸漬型中空糸膜モジュール。
　前記小束の数が７であり、前記各小束を形成する中空糸膜の本数が８００乃至１０００であることを特徴とする請求項３に記載の浸漬型中空糸膜モジュール。