WO2020184097A1 - 中空糸膜モジュール - Google Patents

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WO2020184097A1
WO2020184097A1 PCT/JP2020/006414 JP2020006414W WO2020184097A1 WO 2020184097 A1 WO2020184097 A1 WO 2020184097A1 JP 2020006414 W JP2020006414 W JP 2020006414W WO 2020184097 A1 WO2020184097 A1 WO 2020184097A1
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WO
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hollow fiber
fiber membrane
liquid
membrane module
distributor
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Application number
PCT/JP2020/006414
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English (en)
French (fr)
Inventor
功次 徳永
一成 丸井
熊野　淳夫
Original Assignee
東洋紡株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02—Hollow fibre modules
    • B01D63/033—Specific distribution of fibres within one potting or tube-sheet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02—Hollow fibre modules

Definitions

  • the present invention relates to a hollow fiber membrane module.
  • Separation / concentration of a liquid mixture by the membrane separation method is an energy-saving method because it does not involve a phase change compared to conventional separation techniques such as distillation, and because it does not involve a change in the state of matter, concentration of fruit juice and beer yeast It is widely used in various fields such as the food field such as separation of organic substances and the recovery of organic substances from industrial wastewater, and water treatment with a membrane has become established as an indispensable process supporting the latest technology.
  • a hollow fiber membrane module in which hollow fiber membranes (hollow fiber type semipermeable membranes) are assembled and stored in a pressure vessel is used.
  • the hollow fiber membrane module does not have a large amount of permeated water per unit membrane area as compared with the spiral type membrane module, but since the membrane area per membrane module volume can be large, the permeated water amount of the module as a whole is large and the volume efficiency Has the advantage of being extremely expensive, and is excellent in compactness.
  • a high osmotic draw solution (seawater) flows through the outer region of the hollow fiber membrane and a low osmotic feed solution (FS) (fresh water, or a solution with a lower concentration than DS).
  • DS high osmotic draw solution
  • FS low osmotic feed solution
  • Flows through the hollow fiber region of the hollow fiber membrane the membrane osmotic water flows from the hollow fiber membrane region (inside) toward the outer region.
  • the membrane permeated water which is fresh water, flows out to the outer region of the hollow fiber membrane, and the concentration of the outer surface of the hollow fiber membrane is reduced. Therefore, if the flow velocity of the DS flowing on the outer surface of the hollow fiber membrane is not sufficiently high, a low-concentration layer (concentration polarization layer) may be formed on the outer surface of the hollow fiber membrane.
  • the concentration polarization layer as described above When the concentration polarization layer as described above is formed, the effective concentration difference (osmotic pressure difference) between both sides of the membrane becomes small, and the amount of water permeated through the membrane that should be originally obtained may not be obtained. It should be noted that there are similar problems in membrane separation treatments other than forward osmosis.
  • a cross flow method is used in which the flow of the outer region of the hollow fiber membrane generated from a large number of holes provided in the core tube is substantially orthogonal to the flow of the hollow region of the hollow fiber membrane.
  • the liquid flowing through the outer region of the hollow fiber membrane is discharged from the hole of the branch pipe (core tube) at the center of the hollow fiber membrane group and dispersed in the radial direction and the length direction of the hollow fiber membrane module.
  • the flow velocity of the liquid passing through the outer region of the hollow fiber membrane (the flow velocity in the length direction of the hollow fiber membrane module) is small, and there is a drawback that concentration polarization is likely to occur on the outer surface of the hollow fiber membrane.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-29029 discloses a configuration for guiding the flow of the outer region of the hollow fiber membrane in the length (axis) direction of the hollow fiber membrane module in order to eliminate such a defect.
  • the hollow fiber membrane module described in Patent Document 1 is, for example, from the vicinity of an opening provided only at one end of a core tube (supply tube) located at the center of the module to the other end of the hollow fiber membrane layer.
  • the volume of the container, connecting parts, etc. attached to the module is small, so it is required to increase the module size to some extent.
  • the diameter (size) of the hollow fiber membrane module increases, the flow resistance in the radial direction of the module increases, and it becomes difficult for the liquid in the outer region of the hollow fiber membrane to be distributed in the radial direction. Therefore, it is considered that the above-mentioned problem of dead space becomes remarkable especially when the diameter of the hollow fiber membrane module is large.
  • Patent Document 2 International Publication No. 2015/125755
  • the liquid is allowed to flow in the axial direction of the module from the opening provided only at one end of the core tube located at the center of the module. Therefore, it has been proposed to eliminate such a dead space.
  • the hollow fiber membrane module of Patent Document 2 since the hollow fiber membranes are cross-arranged, there is a limit in sufficiently increasing the flow velocity of the liquid passing through the outer region of the hollow fiber membrane.
  • an object of the present invention is to provide a hollow fiber membrane module in which the flow velocity of the liquid passing through the outer region of the hollow fiber membrane is high and the liquid is less likely to stagnate.
  • a group of hollow fiber membranes composed of a plurality of hollow fiber membranes housed inside the container and arranged in parallel,
  • a supply port for supplying a liquid from the outside of the container to the outer region which is the inside of the container and the outer part of the hollow fiber membrane.
  • a discharge port for discharging a liquid from the outer region to the outside of the container,
  • a hollow fiber membrane module comprising a distributor capable of discharging a liquid supplied from the supply port toward the external region at least in a direction parallel to the length direction of the hollow fiber membrane.
  • the present invention it is possible to provide a hollow fiber membrane module in which the flow velocity of the liquid passing through the outer region of the hollow fiber membrane is high and the liquid is less likely to stagnate.
  • FIG. It is a schematic diagram of an example of a distributor. It is a schematic diagram of an example of a distributor. It is a schematic diagram of an example of a distributor. It is a schematic diagram for demonstrating the function of a distributor. It is sectional drawing which shows an example of the hollow fiber membrane module of Embodiment 2. It is sectional drawing which shows an example of the hollow fiber membrane module of Embodiment 3.
  • the hollow fiber membrane module of this embodiment is Container 1 and A group of hollow fiber membranes composed of a plurality of hollow fiber membranes 21 arranged in parallel, A supply port 10 (for supplying a liquid) communicating from the outside of the container 1 to the outer region 3 (the portion inside the container 1 and outside the hollow fiber membrane), and A discharge port 13 (for discharging a liquid to the outside of the container 1) communicating with the outer region 3 of the hollow fiber membrane, A distributor 100 capable of discharging the liquid supplied from the supply port 10 toward the outer region 3 of the hollow fiber membrane at least in a direction parallel to the length direction of the hollow fiber membrane is provided.
  • the plurality of hollow fiber membranes 21 are arranged in parallel at predetermined intervals.
  • the hollow fiber membrane 21 is arranged in a direction parallel to the axial direction of the hollow fiber membrane module (the axial direction of the core tube 20).
  • the hollow fiber membrane module has a distributor 100 connected to a supply pipe having a supply port 10, a supply port 12 and a discharge port 11 communicating with a hollow portion region of the hollow fiber membrane 21, and is a wall member. It is fixed by 14 and 15. Further, a discharge port 13 communicating with the outer region 3 of the hollow fiber membrane 21 via a portion not covered with the impermeable film 6 around the vicinity of the second end 4b is provided on the side surface of the container 1. .. Further, the hollow fiber membrane module includes fixing resins 53 and 54 for fixing the hollow fiber membrane group at both ends thereof. The resin walls 51 and 52 of the hollow fiber membrane module shown in FIG. 1 are liquid-tightly fixed to the inner wall of the container 1 by O-rings 51a and 52a.
  • the core tube 20 is connected to the distributor 100. No holes are provided on the side surface of the core tube 20, and the vicinity of the distributor 100 and the second end 4b side are closed. Therefore, the liquid supplied to the supply port 10 flows out only from the discharge port 100a of the distributor 100.
  • the liquid flowing out from the discharge port 100a flows through the outer region 3 of the hollow fiber membrane in the length direction of the hollow fiber membrane (axial direction of the hollow fiber membrane module).
  • the liquid is discharged from the discharge port 100a of the distributor 100 in a direction parallel to at least the length direction of the hollow fiber membrane.
  • the distributor 100 is not particularly limited as long as it can discharge the liquid supplied from the supply port 10 toward the outer region 3 of the hollow fiber membrane in a direction parallel to at least the length direction of the hollow fiber membrane 21. , It is preferable to have a plurality of discharge ports distributed in the radial direction of the hollow fiber membrane group. Examples of such a distributor include distributors having a shape as shown in FIGS. 2 to 4. 2 to 4, FIG. 2A is a schematic cross-sectional view, and FIG. 4B is a schematic front view seen from the direction of the discharge port. As shown in FIGS.
  • a plurality of discharge ports 100a are dispersed and arranged in the radial direction (paper surface direction in the figure) of the hollow fiber membrane group. ..
  • the distributor 100 shown in FIGS. 2 and 3 is used by being mounted on the first end 4a side of the core tube 20 as shown in FIG. 1, but the distributor 100 shown in FIG. 4 is used. By burying it in the fixing resin 53, it can be used by being connected to a supply pipe having a supply port 10 without having a core tube 20.
  • the distributor 100 having a shape as shown in FIG. 5, even if the main discharge direction from the discharge port 100a is the direction of the solid line arrow in the figure, it is at least hollow due to diffusion immediately after discharge. If the filament membrane 21 is discharged in the length direction (direction of the dotted arrow), it is included in the present embodiment.
  • the hollow fiber membrane module of the present embodiment since a plurality of hollow fiber membranes are arranged in parallel and the liquid is discharged by the distributor in a direction parallel to the length direction of the hollow fiber membrane, the hollow fiber membrane is discharged.
  • the liquid flowing through the outer region of the hollow fiber membrane tends to flow almost parallel to the length direction of the hollow fiber membrane.
  • the flow velocity of the liquid near the outer surface of the hollow fiber membrane 21 can be increased, so that the concentration polarization of the outer surface of the hollow fiber membrane can be reduced. Therefore, the loss of the amount of permeated water in the membrane is reduced, and the amount of permeated water can be efficiently obtained.
  • the distributor 100 is drawn separately from the fixing resin 53 in FIG. 1 for the sake of visibility, the distributor 100 may be embedded in the fixing resin 53.
  • the distributor and each small bundle are bonded resin (fixing resin) with the ends of the small bundles separated by the distributor. Is fixed by.
  • the hollow fiber membrane group is covered with a cylindrical impermeable film 6 except for the periphery of the vicinity of the second end 4b, which is one end opposite to the first end 4a.
  • the hollow fiber membrane module of the present embodiment is provided with a distributor in which the hollow fiber membranes are arranged in parallel and the liquid can be discharged in a direction parallel to the length direction of the hollow fiber membrane, thereby providing an outer region of the hollow fiber membrane. It is possible to provide a hollow fiber membrane module in which the flow velocity of the liquid passing through the above is high and the liquid is less likely to stagnate. As a result, the concentration polarization of the outer surface of the hollow fiber membrane can be reduced in the entire hollow fiber membrane module, and the loss of the amount of water permeated through the membrane is reduced, so that the membrane can be separated efficiently (the amount of permeated water is increased). It becomes.
  • the flow in the outer region of the hollow fiber membrane and the flow in the hollow fiber region of the hollow fiber membrane which are generally considered to be highly efficient, are in opposite directions. Separation operation by the method) and the separation operation by the parallel flow method (the flow in the outer region of the hollow fiber membrane and the flow in the hollow region of the hollow fiber membrane are in the same direction) are also possible.
  • the hollow fiber membrane module of this embodiment can be used for various membrane separation treatments such as forward osmosis, reverse osmosis, and brine concentration (BC).
  • BC means, for example, as described in JP-A-2018-651114, a part of the target solution is allowed to flow in one first chamber of the hollow fiber membrane module, and a part of the target solution is allowed to flow in the other second chamber.
  • the solvent (water, etc.) contained in the target solution in the first chamber is transferred to the second chamber via the hollow fiber membrane, and the first chamber is transferred.
  • This is a membrane separation treatment in which the target solution in the chamber is concentrated and the target solution in the second chamber is diluted.
  • the core tube is a tubular member having a function of distributing the liquid supplied from the supply port to the outer region 3 (outer surface) of the hollow fiber membrane in the hollow fiber membrane module when connected to the supply port.
  • the core tube also functions as a skeleton for maintaining the arrangement state of the plurality of hollow fiber membranes in the hollow fiber membrane group.
  • the core tube is preferably located substantially in the center of the hollow fiber membrane element.
  • the area ratio of the cross-sectional area of the core tube to the cross-sectional area of the hollow fiber membrane group is preferably 4 to 20%.
  • the material of the hollow fiber membrane is not particularly limited as long as the desired separation performance can be exhibited, and for example, cellulose acetate-based resin, polyamide-based resin, sulfonated polysulfone-based resin, and polyvinyl alcohol-based resin can be used.
  • cellulose acetate-based resins and sulfonated polysulfone-based resins such as sulfonated polysulfone and sulfonated polyethersulfone have resistance to chlorine, which is a bactericidal agent, and can easily suppress the growth of microorganisms. preferable. In particular, it has the characteristic of being able to effectively suppress microbial contamination on the film surface.
  • cellulose acetates cellulose triacetate is preferable in terms of durability.
  • the outer diameter of the hollow fiber membrane is not particularly limited as long as it is used for various membrane separation treatments such as forward osmosis membrane, reverse osmosis membrane, and brine concentration (BC).
  • the outer diameter is 160 to 320 ⁇ m. If the outer diameter is smaller than this range, the inner diameter is inevitably small, so that the flow pressure loss of the liquid flowing through the hollow portion of the hollow fiber membrane becomes large, which may cause a problem. On the other hand, if the outer diameter is larger than this range, the membrane area per unit volume of the module cannot be increased, and the compactness, which is one of the merits of the hollow fiber membrane module, may be impaired.
  • the hollow ratio of the hollow fiber membrane is not particularly limited as long as it is used for various membrane separation treatments such as forward osmosis membrane, reverse osmosis, and brine concentration (BC), but is, for example, 15 to 45%. If the hollow ratio is smaller than this range, the flow pressure loss of the hollow portion becomes large, and the desired amount of permeated water may not be obtained. Further, if the hollow ratio is larger than this range, sufficient pressure resistance may not be ensured even when used in the forward osmosis treatment.
  • the length of the hollow fiber membrane group is preferably 0.2 to 2.5 m. If this length is too long, the flow pressure loss inside the hollow fiber membrane becomes large and the membrane separation performance may deteriorate. For this reason, it is preferable to shorten the length, especially when the module becomes large. However, if it is too short, the film area per unit module is reduced and the processing amount is reduced, which is not preferable in terms of economy. Further, if the ratio to the outer diameter of the hollow fiber membrane group is small, it becomes difficult for the liquid to be treated to flow in the axial direction.
  • a film-forming solution composed of cellulose triacetate, ethylene glycol (EG), and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) is prepared from a three-part nozzle.
  • a hollow fiber membrane is produced by discharging, passing through an aerial traveling portion, and immersing it in a coagulating liquid composed of water / EG / NMP to obtain a hollow fiber membrane, then washing the hollow fiber membrane with water and then heat-treating it to produce a cellulose acetate-based hollow fiber membrane. can do.
  • a polyamide-based hollow fiber membrane can be produced by discharging this solution from a three-divided nozzle through an aerial traveling portion into a coagulating liquid, washing the obtained hollow fiber membrane with water, and then heat-treating it.
  • the above hollow fiber membranes are incorporated into a container as a group of hollow fiber membranes composed of a plurality of hollow fiber membranes arranged in parallel.
  • a non-permeable film is placed on the outer peripheral portion of the hollow fiber membrane group, leaving the side opposite to the holed portion of the core tube, and both ends of the hollow fiber membrane group are bonded and then both ends are cut. As a result, openings at both ends of the hollow fiber membrane are formed.
  • the non-permeable film is not particularly limited as long as it is a film material that does not substantially permeate the liquid (liquid to be treated) flowing in the outer region of the hollow fiber membrane or has a large pressure loss when the liquid permeates. , It is preferable to use a commercially available resin film, rubber sheet, cloth with small eyes, or the like.
  • a support member may be wrapped over the impermeable film so that the impermeable film can withstand the pressure of the liquid flowing through the outer region of the hollow fiber membrane.
  • a linear material such as a natural fiber, a synthetic polymer fiber, or an inorganic fiber or a woven fabric itself is used, or a material having an adhesive attached thereto is used. This support member maintains a pressure difference between the inside of the hollow fiber membrane assembly and the outside thereof.
  • the core tube 20 Since the core tube 20 has a function as a skeleton for maintaining the arrangement state of the plurality of hollow fiber membranes in the hollow fiber membrane group, it becomes a different skeleton when the core tube 20 is not used. Members are needed. In this case, for example, the non-permeable film 6 may be changed to a member having strength for maintaining the arrangement state of the hollow fiber membrane.
  • a rectifying member such as a rectifying plate is provided in the hollow fiber membrane group in order to improve the uniformity of the axial flow of the liquid flowing in the outer region of the hollow fiber membrane. You may.
  • the outer diameter of the hollow fiber membrane group is preferably 4 cm or more, more preferably 10 to 60 cm.
  • a hollow fiber membrane module having a relatively large outer diameter in which the outer diameter of the hollow fiber membrane group is in such a range is used, the flow velocity of the liquid in the outer region of the hollow fiber membrane tends to decrease. The effect of is remarkable. If the outer diameter is too large, operability in maintenance such as membrane replacement work may deteriorate.
  • the present embodiment differs from the first embodiment in that the discharge port communicating with the outer region 3 of the hollow fiber membrane is the discharge port 10B at the end opposite to the supply port 10A. .. Since the other points are the same as those in the first embodiment, the overlapping description will be omitted.
  • the discharge port 10B communicates with the outer region 3 of the hollow fiber membrane via the hole 20b of the core tube in the hollow fiber membrane group. As a result, the liquid in the outer region 3 of the hollow fiber membrane is discharged from the discharge port 10B through the hole 20b of the core tube 20.
  • stagnation of the liquid may occur on the side opposite to the discharge port 13 in the radial direction of the hollow fiber membrane module, but as in the present embodiment, the discharge port is the hollow fiber membrane module.
  • the liquid in the outer region 3 of the hollow fiber membrane is uniformly discharged through the hole 20b of the core tube 20 (in the radial direction of the hollow fiber membrane module), so that the hollow fiber membrane is hollow.
  • the stagnation of the liquid on the outer peripheral side in the radial direction of the filament membrane module is suppressed, and the generation of dead space is suppressed.
  • the present embodiment further includes a collector 101 that collects the liquid discharged from the distributor 100 and has passed through the outer region 3 of the hollow fiber membrane and discharges the liquid to the discharge port 10B. Different from 2. Since the other points are the same as those in the second embodiment, the overlapping description will be omitted.
  • the collector 101 is used in a state of being connected to a discharge pipe having a discharge port 10B communicating with the outer region of the hollow fiber membrane.
  • the liquid that has passed through the outer region 3 of the hollow fiber membrane is collected by the collection port 101a of the collector 101 and discharged from the discharge port 10B.
  • the stagnation of the liquid on the outer peripheral side in the radial direction of the hollow fiber membrane module is further suppressed as compared with the second embodiment, and the generation of dead space is suppressed.
  • the collector 101 has a plurality of collection ports 101a dispersed and arranged in the radial direction of the hollow fiber membrane group. In this case, the effect of suppressing the stagnation of the liquid on the outer peripheral side in the radial direction of the hollow fiber membrane module can be obtained more reliably.
  • the total area of the collection port 101a of the collector 101 is larger or smaller than the total area of the discharge port 100a of the distributor 100 can be appropriately designed. For example, when water is moved from the hollow region of the hollow fiber membrane to the outer region of the hollow fiber membrane via the membrane, the amount of water in the outer region of the hollow fiber membrane increases, so that the total area of the collector's collection port is the distributor. It is preferable that the area is larger than the total area of the discharge port. On the other hand, when water is moved from the outer region of the hollow fiber membrane to the hollow region of the hollow fiber membrane via the membrane, the amount of water in the outer region of the hollow fiber membrane is reduced, so that the total area of the collector collection port is the distributor. It may be smaller than the total area of the discharge port of.
  • the distributor and the collector have a symmetrical shape. Further, it is preferable that the distributor and the collector are arranged in a symmetrical positional relationship.
  • the symmetrical positional relationship means that the positions of the discharge port of the distributor and the collection port of the collector are opposed to each other. By doing so, the flow in the outer region of the hollow fiber membrane is more homogenized.
  • the membrane area is calculated from the outer diameter of the hollow fiber membrane, the number of hollow fiber membranes existing in the hollow fiber membrane group, and the average effective length of the hollow fiber membranes.
  • Membrane area (m 2 ) ⁇ x hollow fiber membrane outer diameter (m) x number of hollow fiber membranes x average effective length of hollow fiber membrane (m) Obtained by.
  • the average effective length of the hollow fiber membrane is the length obtained by subtracting the length of the fixed resin portion from the length of the hollow fiber membrane group.
  • a hollow fiber membrane module is prepared, and fresh water having a sodium chloride concentration of 0.2 g / L is supplied by a supply pump from a supply port communicating with each hollow (opening) region of the hollow fiber membrane. After passing through the hollow fiber region, fresh water was discharged from the discharge port communicating with the hollow fiber region.
  • a high-concentration aqueous solution having a sodium chloride concentration of 70 g / L is supplied to a core tube communicating with the outer region of the hollow fiber membrane by a supply pump, passed through the outer region of the hollow fiber membrane, and then the outer region of the hollow fiber membrane group. The pressure and flow rate were adjusted with a flow rate adjustment valve after flowing out from the outlet that communicates with.
  • the supply pressure of the high-concentration aqueous solution is PDS1 (MPa)
  • the supply flow rate is QDS1 (L / min)
  • the amount of discharged water of the high-concentration aqueous solution is QDS2 (L / min)
  • the supply flow rate of fresh water is QFS1 (L / min)
  • fresh water fresh water.
  • the outflow flow rate was QFS2 (L / min)
  • the outflow pressure of fresh water was PFS2 (kPa)
  • the flow rate increment (QDS2-QDS1) of the high-concentration aqueous solution under the following conditions was measured as the permeated water amount of the module. The temperature was adjusted to 25 ° C.
  • PDS1 2.2MPa
  • the inlet pressure of fresh water was set to 0.1 MPa, and when it exceeded 0.1 MPa, QFS1 was set to be 0.1 MPa.
  • Example 1 In this embodiment, a hollow fiber membrane module as shown in the above embodiment 1 (FIG. 1) was produced, and the amount of permeated water was measured.
  • cellulose triacetate (CTA, Daicel Chemical Industries, Ltd., LT35) 41% by weight, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP, Mitsubishi Chemicals) 35.2% by weight, ethylene glycol (EG, Mitsubishi Chemicals) 23. 5% by weight and 0.3% by weight of benzoic acid (Nacalai Tesque) were uniformly dissolved at 180 ° C. to obtain a film-forming stock solution.
  • CTA Daicel Chemical Industries, Ltd., LT35
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • EG ethylene glycol
  • benzoic acid Nacalai Tesque
  • a plurality of the obtained hollow fiber membranes were arranged in parallel around the core tube at predetermined intervals from each other, and both ends of the hollow fiber membrane and the supply tube were potted with epoxy resin and fixed. Later, by cutting both ends of the resin portion to open the hollow portion of the hollow fiber membrane, an aggregate of the hollow fiber membranes (hollow fiber membrane group) was produced. With respect to the hollow fiber membrane group, the outer peripheral portion excluding the portion on the center side of about 3 cm from the other end portion was covered with a non-permeable film.
  • Table 1 shows the length, outer diameter, and membrane area per hollow fiber membrane module of the obtained hollow fiber membrane group.
  • This hollow fiber membrane group was loaded into a pressure vessel to prepare a hollow fiber membrane module as shown in FIG.
  • a distributor was used as shown in FIG.
  • the amount of permeated water was measured by the method (4) above.
  • the amount of permeated water was measured in a state where the flow direction of fresh water and the flow direction of salt water were opposite to each other (counterflow state).
  • the measurement results are shown in Table 1.
  • Example 2 Using the same hollow fiber membrane as in Example 1, a hollow fiber membrane module as shown in the above-mentioned second embodiment (FIG. 6) was produced. Other than that, the permeated water amount was measured in the same manner as in Example 1.
  • Example 3 Using the same hollow fiber membrane as in Example 1, a hollow fiber membrane module as shown in the above-described third embodiment (FIG. 7) was produced. Other than that, the permeated water amount was measured in the same manner as in Example 1.
  • ⁇ Comparative example 1> Using the same hollow fiber membrane as in Example 1, a conventional hollow fiber membrane module (a large number of openings provided on the side surface of the core tube located at the center of the module allows liquid to flow in the radial direction of the module to flow the hollow fiber. A hollow fiber membrane module) in which the membranes are cross-arranged was produced. In addition, there was no non-transmissive film. Other than that, the permeated water amount was measured in the same manner as in Example 1.
  • ⁇ Comparative example 2> Using the same hollow fiber membrane as in Example 1, a conventional hollow fiber membrane module (a large number of openings provided on the side surface of the core tube located at the center of the module allows liquid to flow in the radial direction of the module to flow the hollow fiber. A hollow fiber membrane module) in which membranes are arranged in parallel was produced. In addition, there was no non-transmissive film. Other than that, the permeated water amount was measured in the same manner as in Example 1.
  • ⁇ Comparative example 3> Using the same hollow fiber membrane as in Example 1, a hollow fiber membrane module (provided only at one end of a core tube located at the center of the module) as shown in Patent Document 2 (International Publication No. 2015/125755). A hollow fiber membrane module) in which hollow fiber membranes are arranged in parallel was produced by flowing a liquid in the axial direction of the module from the opening. Other than that, the permeated water amount was measured in the same manner as in Example 1.
  • 1 Container 10, 10A Supply port communicating with the outer region of the hollow fiber membrane, 11 Discharge port communicating with the hollow part region of the hollow fiber membrane, 12 Supply port communicating with the hollow part region of the hollow fiber membrane, 10B, 13 Hollow Discharge port, 14, 15 wall member, 100 distributor, 100a discharge port, 101 collector, 101a collection port, 20 core tube, 21 hollow fiber membrane, 3 hollow fiber membrane external area, 4a 1st end, 4b 2nd end, 51, 52 resin wall, 53, 54 fixed resin, 6 non-permeable film.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

容器と、該容器の内部に収納され、並列的に配置された複数の中空糸膜からなる中空糸膜群と、前記容器の外部から、前記容器の内部であり前記中空糸膜の外側の部分である外部領域に、液体を供給するための供給口と、前記外部領域から、前記容器の外部に、液体を排出するための排出口と、前記供給口から供給される液体を前記外部領域に向けて、少なくとも前記中空糸膜の長さ方向に平行な方向に吐出可能なディストリビューターと、を備える、中空糸膜モジュール。

Description

中空糸膜モジュール
　本発明は、中空糸膜モジュールに関する。
　膜分離法による液状混合物の分離・濃縮は、蒸留などの従来の分離技術に比べて相変化を伴わないため省エネルギー法であり、かつ物質の状態変化を伴わないことから、果汁の濃縮、ビール酵母の分離などの食品分野、あるいは工業排水からの有機物の回収といった多分野において幅広く利用されており、膜による水処理は、最先端技術を支える不可欠のプロセスとして定着している。
　このような膜分離法には、例えば、中空糸膜（中空糸型の半透膜）を集合させて圧力容器に収納してなる中空糸膜モジュールが用いられている。中空糸膜モジュールは、スパイラル型膜モジュールに比べ単位膜面積当たりの透過水量は多くないが、膜モジュール容積当たりの膜面積を大きくとることができるため、モジュール全体としての透過水量が多く、容積効率が非常に高いという利点があり、コンパクト性に優れる。
　中空糸膜モジュールにおいて、例えば、高浸透圧のドローソリューション（ＤＳ）（海水）が中空糸膜の外部領域を流れ、低浸透圧のフィードソリューション（ＦＳ）（淡水、または、ＤＳより低濃度の溶液）が中空糸膜の中空部領域を流れる場合は、膜透過水は中空糸膜の中空部領域（内側）から外部領域に向かって流れる。この場合、淡水である膜透過水が中空糸膜の外部領域に流出して、中空糸膜外表面の濃度を低下させる。このため、中空糸膜外表面を流れるＤＳの流速が十分速くないと、中空糸膜外表面に低濃度の層（濃度分極層）が形成される場合がある。
　また、逆に、ＤＳが中空糸膜の中空部領域を流れ、ＦＳが中空糸膜の外部領域を流れる場合は、膜透過水は中空糸膜の外部領域から中空部領域に向かって流れる。この場合、中空糸膜の外表面の溶液から膜透過水として淡水が除かれるため、中空糸膜の外表面の濃度が増加する。このため、中空糸膜外表面を流れるＦＳの流速が十分速くないと、中空糸膜外表面に高濃度の層（濃度分極層）が形成される場合がある。
　上述のような濃度分極層が形成されると、膜の両面間の有効な濃度差（浸透圧差）が小さくなり、本来得られるはずの膜透過水量が得られなくなることがある。なお、正浸透以外の他の膜分離処理においても同様の課題がある。
　中空糸膜モジュールにおいて、例えば、芯管に設けられた多数の孔から生じる中空糸膜の外部領域の流れが、中空糸膜の中空部領域の流れとほぼ直交する、クロス流方式が用いられている。クロス流方式の場合、中空糸膜の外部領域を流れる液体は、中空糸膜群の中心の分配管(芯管)の孔より吐出され、中空糸膜モジュールの径方向および長さ方向に分散して流れるため、中空糸膜の外部領域を通過する液の流速（中空糸膜モジュールの長さ方向の流速）が小さく、中空糸膜の外表面に濃度分極が発生し易いという欠点がある。
　特許文献１（特公平７－２９０２９号公報）には、かかる欠点を解消すべく、中空糸膜の外部領域の流れを中空糸膜モジュールの長さ(軸)方向に誘導するための構成が開示されている。具体的に、特許文献１に記載の中空糸膜モジュールは、例えば、モジュールの中心に位置する芯管（供給管）の一端部のみに設けられた開口の近傍から、中空糸膜層の他端側に設けられた排出口へ向けて、モジュールの長さ(軸)方向に液を流すことにより、中空糸膜の外部領域の流れの速度を高めて、中空糸膜の外表面に生じる濃度分極を抑制しようとするものである。
　しかし、特許文献１のモジュールにおいても、芯管の開口から排出口への最短距離から外れる部分（軸方向における芯管に開口が設けられた側の径方向における外周側など）では、淀みが生じて液の流速が低下する。このような淀み部分では、水の浸透によって生じる膜表面の濃度分極が解消されず、分離効率が著しく低下したり、分離に寄与しないデッドスペースが生じたりすることで、有効に膜を利用出来なくなる。
　尚、モジュール設置スペースに対する処理効率を考えると、モジュールに付属する容器、接続部品等の容積は少ない方が良いため、モジュールサイズをある程度大きくすることが求められる。しかし、中空糸膜モジュールの径(サイズ）が大きくなると、モジュールの径方向の流動抵抗が大きくなり、中空糸膜の外部領域の液が径方向に分配されにくくなる。このため、特に中空糸膜モジュールの径が大きい場合に、上記のようなデッドスペースの問題が顕著になると考えられる。
　特許文献２（国際公開第２０１５／１２５７５５号）においても、特許文献１と同様に、モジュールの中心に位置する芯管の一端部のみに設けられた開口から、モジュールの軸方向に液を流すことで、このようなデッドスペースを解消することが提案されている。しかし、特許文献２の中空糸膜モジュールでは、中空糸膜が交差配置されているため、中空糸膜の外部領域を通過する液の流速を十分に大きくすることには限界がある。
特公平７－２９０２９号公報 国際公開第２０１５／１２５７５５号
　上記の課題に鑑み、本発明の目的は、中空糸膜の外部領域を通過する液の流速が速く、かつ、液の淀みが生じ難い、中空糸膜モジュールを提供することである。
　（１）　容器と、
　該容器の内部に収納され、並列的に配置された複数の中空糸膜からなる中空糸膜群と、
　前記容器の外部から、前記容器の内部であり前記中空糸膜の外側の部分である外部領域に、液体を供給するための供給口と、
　前記外部領域から、前記容器の外部に、液体を排出するための排出口と、
　前記供給口から供給される液体を前記外部領域に向けて、少なくとも前記中空糸膜の長さ方向に平行な方向に吐出可能なディストリビューターと、を備える、中空糸膜モジュール。
　（２）　前記ディストリビューターは、前記中空糸膜群の径方向に分散して配置された複数の吐出口を有する、（１）に記載の中空糸膜モジュール。
　（３）　前記ディストリビューターから吐出され前記外部領域を通過した液体を回収して、前記排出口へ排出するコレクターをさらに備え、
　前記コレクターは、前記中空糸膜群の径方向に分散して配置された複数の回収口を有する、（１）または（２）に記載の中空糸膜モジュール。
　（４）　前記コレクターの前記回収口の総面積は、前記ディストリビューターの前記吐出口の総面積よりも大きい、（３）に記載の中空糸膜モジュール。
　（５）　前記ディストリビューターと前記コレクターとが対称の形状を有し、かつ、対称の位置関係で配置されている、（３）または（４）に記載の中空糸膜モジュール。
　（６）　前記中空糸膜群の外径が４ｃｍ以上である、（１）～（５）のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
　本発明によれば、中空糸膜の外部領域を通過する液の流速が速く、かつ、液の淀みが生じ難い、中空糸膜モジュールを提供することができる。
実施形態１の中空糸膜モジュールの一例を示す断面模式図である。 ディストリビューターの一例の概略図である。 ディストリビューターの一例の概略図である。 ディストリビューターの一例の概略図である。 ディストリビューターの機能を説明するための模式図である。 実施形態２の中空糸膜モジュールの一例を示す断面模式図である。 実施形態３の中空糸膜モジュールの一例を示す断面模式図である。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。
　＜実施形態１＞
　図１を参照して、本実施形態の中空糸膜モジュールは、
　容器１と、
　並列的に配置された複数の中空糸膜２１からなる中空糸膜群と、
　容器１の外部から、外部領域３（容器１の内部であり中空糸膜の外側である部分）に連通する（液体を供給するための）供給口１０と、
　中空糸膜の外部領域３から連通する（容器１の外部に液体を排出するための）排出口１３と、
　供給口１０から供給される液体を中空糸膜の外部領域３に向けて、少なくとも中空糸膜の長さ方向に平行な方向に吐出可能なディストリビューター１００と、を備える。
　複数の中空糸膜２１は、並列的に所定の間隔を開けて配置されている。なお、図１では、中空糸膜２１は中空糸膜モジュールの軸方向（芯管２０の軸方向）と平行な方向に配置されている。
　また、中空糸膜モジュールは、供給口１０を有する供給管に接続されたディストリビューター１００や、中空糸膜２１の中空部領域に連通した供給口１２および排出口１１を有しており、壁部材１４，１５によって固定されている。また、第２端４ｂの近傍の周囲の非透過性フィルム６で被覆されていない部分を介して中空糸膜２１の外部領域３に連通した排出口１３が、容器１の側面に設けられている。また、中空糸膜モジュールは、中空糸膜群をそれらの両端で固定する固定樹脂５３，５４を備える。なお、図１に示される中空糸膜モジュールの樹脂壁５１，５２はＯ－リング５１ａ，５２ａによって容器１の内壁に液密に固着されている。
　芯管２０は、ディストリビューター１００と接続されている。芯管２０の側面には孔が設けられておらず、ディストリビューター１００の近傍および第２端４ｂ側は閉止されている。このため、供給口１０に供給された液はディストリビューター１００の吐出口１００ａのみから流出する。
　吐出口１００ａから流出した液体は、中空糸膜の外部領域３を中空糸膜の長さ方向（中空糸膜モジュールの軸方向）へ流れる。ここで、ディストリビューター１００の吐出口１００ａからは、液体が少なくとも中空糸膜の長さ方向に平行な方向に吐出される。
　ディストリビューター１００は、供給口１０から供給される液体を中空糸膜の外部領域３に向けて、少なくとも中空糸膜２１の長さ方向に平行な方向に吐出可能なものであれば特に限定されないが、中空糸膜群の径方向に分散して配置された複数の吐出口を有することが好ましい。このようなディストリビューターとしては、例えば、図２～図４に示されるような形状のディストリビューターが挙げられる。なお、図２～図４において、（ａ）は断面概略図であり、（ｂ）は吐出口の方向から見た正面概略図である。図２（ｂ）、図３（ｂ）および図４（ｂ）に示されるように、複数の吐出口１００ａが中空糸膜群の径方向（図の紙面方向）に分散して配置されている。なお、図２および図３に示されるディストリビューター１００は、図１に示されるような芯管２０の第１端４ａ側に装着されて使用されるが、図４に示されるディストリビューター１００は、固定樹脂５３に埋没させることで芯管２０を有さない状態で、供給口１０を有する供給管に接続して使用することができる。
　なお、図５に示されるような形状のディストリビューター１００である場合でも、吐出口１００ａからの主な吐出方向は図中の実線矢印の方向であったとしても、吐出直後の拡散などにより少なくとも中空糸膜２１の長さ方向（点線矢印の方向）に吐出されていれば、本実施形態に含まれる。
　本実施形態の中空糸膜モジュールにおいては、複数の中空糸膜が並列的に配置され、かつ、ディストリビューターによって中空糸膜の長さ方向に平行な方向に液が吐出されるため、中空糸膜の外部領域を流れる液体が、中空糸膜の長さ方向にほぼ平行に流れやすくなる。これにより、中空糸膜２１の外表面付近における液体の流速を早くできるため、中空糸膜の外表面の濃度分極を低減できる。したがって、膜透過水量のロスが低減され、効率よく透過水量を得ることが可能となる。
　なお、図１では、見やすさのためにディストリビューター１００は固定樹脂５３とは別に描かれているが、ディストリビューター１００を固定樹脂５３内に埋没させてもよい。この場合、例えば、複数本の中空糸膜からなる小束を複数作製し、各小束の端部がディストリビューターで分離された状態で、ディストリビューターと各小束とが接着樹脂（固定樹脂）により固定される。
　また、図１において、中空糸膜群は、第１端４ａと反対側の一端である第２端４ｂの近傍の周囲を除き、円筒状の非透過性フィルム６で被覆されている。これにより、中空糸膜群と容器との間隙に短絡流が生じることを抑制し、供給される液を中空糸膜間での軸方向の流れとして効率的に利用することができる。
　本実施形態の中空糸膜モジュールは、中空糸膜が並列的に配置され、液体を中空糸膜の長さ方向に平行な方向に吐出可能なディストリビューターを備えることにより、中空糸膜の外部領域を通過する液の流速が速く、かつ、液の淀みが生じ難い、中空糸膜モジュールを提供することができる。これにより、中空糸膜モジュール内の全体において中空糸膜の外表面の濃度分極を低減でき、膜透過水量のロスが低減されるため、効率よく膜分離を行う（透過水量を高める）ことが可能となる。
　なお、本実施形態の中空糸膜モジュールでは、一般に効率性が高いと考えられている向流方式（中空糸膜の外部領域の流れと中空糸膜の中空部領域の流れとが逆方向である方式）での分離操作や、並流方式（中空糸膜の外部領域の流れと中空糸膜の中空部領域の流れとが同方向である方式）での分離操作も可能である。
　本実施形態の中空糸膜モジュールは、正浸透、逆浸透、ブラインコンセントレーション（ＢＣ）等の種々の膜分離処理に用いることができる。なお、ＢＣとは、例えば、特開２０１８－６５１１４号公報に記載されるような、中空糸膜モジュールの一方の第１室に対象溶液の一部を流し、他方の第２室に対象溶液の他の一部を流して、第１室内の対象溶液を加圧することで、第１室内の対象溶液に含まれる溶媒（水など）を中空糸膜を介して第２室内に移行させ、第１室内の対象溶液を濃縮し、第２室内の対象溶液を希釈する膜分離処理である。
　以下、本実施形態の中空糸膜モジュールの他の各構成部材等の詳細について説明する。
　芯管は、供給口に接続されている場合、該供給口から供給された液体を中空糸膜モジュール内の中空糸膜の外部領域３（外表面）に分配させる機能を有する管状部材である。また、芯管は、中空糸膜群における複数の中空糸膜の配置状態を維持するための骨格としても機能する。芯管は、中空糸膜エレメントの略中心部に位置させることが好ましい。
　芯管の径は大きすぎると、中空糸膜が占める領域が減少し、結果として中空糸膜モジュール中の膜面積が減少するため、容積あたりの透過水量が低下することがある。また、芯管の径が小さすぎると、供給液が芯管内を流動する際に圧力損失が大きくなり、結果として中空糸膜にかかる有効差圧が小さくなり処理効率が低下することがある。また、強度が低下して、供給液が中空糸膜層を流れる際に受ける中空糸膜の張力により芯管が破損する場合がある。これらの影響を総合的に考慮し、最適な径を設定することが重要である。中空糸膜群の断面積に対して芯管の断面積の占める面積割合は、４～２０％が好ましい。
　中空糸膜の素材は、所望の分離性能を発現できる限り、特に限定されず、例えば、酢酸セルロース系樹脂、ポリアミド系樹脂、スルホン化ポリスルホン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂が使用可能である。この中では、酢酸セルロース系樹脂、スルホン化ポリスルホンやスルホン化ポリエーテルスルホンなどのスルホン化ポリスルホン系樹脂が、殺菌剤である塩素に対する耐性があり、微生物の増殖を容易に抑制することができる点で好ましい。特に、膜面での微生物汚染を効果的に抑制できる特徴がある。酢酸セルロースの中では、耐久性の点で三酢酸セルロースが好ましい。
　中空糸膜の外径は、正浸透膜、逆浸透、ブラインコンセントレーション（ＢＣ）等の種々の膜分離処理に用いられるものであれば特に限定されない。例えば、外径は１６０～３２０μｍである。外径がこの範囲より小さいと、必然的に内径も小さくなるため、中空糸膜の中空部を流れる液体の流動圧損が大きくなり問題が生じうる。一方、外径がこの範囲より大きいと、モジュールにおける単位容積あたりの膜面積を大きくすることができなくなり、中空糸膜モジュールのメリットの一つであるコンパクト性が損なわれる場合がある。
　中空糸膜の中空率は、正浸透膜、逆浸透、ブラインコンセントレーション（ＢＣ）等の種々の膜分離処理に用いられるものであれば特に限定されないが、例えば、１５～４５％である。中空率がこの範囲より小さいと、中空部の流動圧損が大きくなり、所望の透過水量が得られない可能性がある。また、中空率がこの範囲より大きいと、正浸透処理での使用であっても十分な耐圧性を確保できない可能性がある。なお、中空率（％）は下記式：
　　　中空率（％）＝（内径／外径）２×１００
　により求めることができる。
　中空糸膜群（中空糸膜）の長さは、好ましくは０．２～２．５ｍである。この長さが長すぎると、中空糸膜の中空内部の流動圧損が大きくなり膜分離性能が低下しうる。このため、特にモジュールが大型化する場合は、長さを短くすることが好ましい。ただし、短すぎると、単位モジュール当りの膜面積が減少し処理量が少なくなり、経済性の点で好ましくない。また、中空糸膜群の外径との比が小さいと、被処理液が軸方向に流れにくくなる。
　中空糸膜としては、例えば、特許３５９１６１８号公報に記載されているように、三酢酸セルロース、エチレングリコール（ＥＧ）、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）よりなる製膜溶液を３分割ノズルより吐出し、空中走行部を経て、水／ＥＧ／ＮＭＰよりなる凝固液中に浸漬させて中空糸膜を得、次いで中空糸膜を水洗した後、熱処理することにより酢酸セルロース系中空糸膜を製造することができる。また、テレフタル酸ジクロリド及び４，４’－ジアミノジフェニルスルホン、ピペラジンより低温溶液重合法で得た共重合ポリアミドを精製した後、ＣａＣｌ２及びジグリセリンを含むジメチルアセトアミド溶液に溶解して製膜溶液とし、この溶液を３分割ノズルより空中走行部を経て凝固液中に吐出させ、得られた中空糸膜を水洗した後、熱処理することによりポリアミド系中空糸膜を製造することができる。
　上記の中空糸膜は、並列的に配置された複数の中空糸膜からなる中空糸膜群として、容器内に組み込まれる。例えば、中空糸膜群の外周部に、芯管の孔のある部分とは反対側を残して、非透過性フィルムを配置し、中空糸膜群の両端部を接着した後、両端を切削することで、中空糸膜の両端の開口部が形成される。
　非透過性フィルムとは、中空糸膜の外部領域を流れる液体（被処理液）を実質的に透過しないか、あるいは、液体が透過する際の圧力損失が大きいフィルム材料であれば特に限定されないが、市販の樹脂製のフィルム、ゴムシート、目の小さな布などを用いることが好ましい。
　非透過性フィルムが、中空糸膜の外部領域を流れる液体の圧力に耐え得るようにするために、非透過性フィルムの上に支持部材を巻き付けてもよい。支持部材としては、天然繊維、合成高分子繊維、無機繊維などの線状物または織物自体が用いられるか、これらに接着剤を付着させた形のものが用いられる。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。
　なお、芯管２０は、中空糸膜群における複数の中空糸膜の配置状態を維持するための骨格としての機能を有しているため、芯管２０を用いない場合は、別の骨格となる部材が必要である。この場合、例えば、非透過性フィルム６を中空糸膜の配置状態を維持するための強度を有する部材に変更してもよい。
　本実施形態の中空糸膜モジュールにおいては、中空糸膜の外部領域を流れる液体の軸方向の流れの一様性を向上させるために、中空糸膜群内に、整流板などの整流部材を付与してもよい。
　中空糸膜群の外径は、好ましくは４ｃｍ以上であり、より好ましくは１０～６０ｃｍである。中空糸膜群の外径がこのような範囲にある、比較的外径の大きい中空糸膜モジュールを用いる場合、特に、中空糸膜の外部領域における液の流速が低下しやすいため、本実施形態の効果が顕著である。なお、外径が大きすぎると、膜交換作業等の維持管理での操作性が悪くなる可能性がある。
　＜実施形態２＞
　図６を参照して、本実施形態は、中空糸膜の外部領域３に連通した排出口が、供給口１０Ａと反対側の端部の排出口１０Ｂである点で、実施形態１とは異なる。それ以外の点は実施形態１と同様であるため、重複する説明は省略する。
　この排出口１０Ｂは、中空糸膜群の中における芯管の孔２０ｂを介して、中空糸膜の外部領域３に連通している。これにより、中空糸膜の外部領域３の液は、芯管２０の孔２０ｂを通って排出口１０Ｂから排出される。
　実施形態１の場合は、中空糸膜モジュールの径方向における排出口１３とは反対側において、液の淀みが生じる可能性があるが、本実施形態のように、排出口が中空糸膜モジュールの径方向の中心に設けられている場合においては、中空糸膜の外部領域３の液が芯管２０の孔２０ｂを介して（中空糸膜モジュールの径方向において）均一に排出されるため、中空糸膜モジュールの径方向の外周側における液の淀みが抑制され、デッドスペースの発生が抑制される。
　＜実施形態３＞
　図７を参照して、本実施形態では、ディストリビューター１００から吐出され中空糸膜の外部領域３を通過した液体を回収して、排出口１０Ｂへ排出するコレクター１０１をさらに備える点で、実施形態２とは異なる。それ以外の点は実施形態２と同様であるため、重複する説明は省略する。
　図７に示される中空糸膜モジュールでは、コレクター１０１は中空糸膜の外部領域に連通する排出口１０Ｂを有する排出管に接続された状態で使用される。中空糸膜の外部領域３を通過した液体は、コレクター１０１の回収口１０１ａによって回収され、排出口１０Ｂから排出される。
　本実施形態においては、実施形態２よりもさらに、中空糸膜モジュールの径方向の外周側における液の淀みが抑制され、デッドスペースの発生が抑制される。
　コレクター１０１は、中空糸膜群の径方向に分散して配置された複数の回収口１０１ａを有することが好ましい。この場合、中空糸膜モジュールの径方向の外周側における液の淀みを抑制する効果がより確実に得られる。
　コレクター１０１の回収口１０１ａの総面積は、ディストリビューター１００の吐出口１００ａの総面積よりも大きくするか、小さくするかは適宜設計し得る事項である。例えば、中空糸膜の中空部領域から膜を介して中空糸膜の外部領域に水を移動させる場合には、中空糸膜の外部領域の水量が増えるのでコレクターの回収口の総面積はディストリビューターの吐出口の総面積より大きい方が好ましい。一方、中空糸膜の外部領域から膜を介して中空糸膜の中空部領域に水を移動させる場合には、中空糸膜の外部領域の水量が減るのでコレクターの回収口の総面積はディストリビューターの吐出口の総面積より小さくてもよい。
　また、ディストリビューターとコレクターとが対称形状であるのが好ましい。また、ディストリビューターとコレクターとは、対称の位置関係で配置されていることが好ましい。対称の位置関係とは、ディストリビューターの吐出口とコレクターの回収口の位置が対向関係にあることを指す。このようにすることで、中空糸膜の外部領域の流れがより均質化される。
　以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、実施例で測定された特性値の測定は、以下の方法に従った。
　（１）中空糸膜群の長さの測定
　中空糸膜群の両端部を樹脂で封止した後、樹脂（固定樹脂）の一部を切削し中空糸膜の両端部を開口させた。中空糸膜群の一端から他端までの距離を、中空糸膜群の長さとして測定した。
　（２）中空糸膜群の外径の測定
　中空糸膜群が固定された固定樹脂の直径を測定した。
　（３）中空糸膜群の膜面積の測定
　膜面積は、中空糸膜の外径、中空糸膜群に存在する中空糸膜の本数、中空糸膜の平均有効長から、下記式：
膜面積（ｍ２）＝π×中空糸膜外径（ｍ）×中空糸膜本数×中空糸膜の平均有効長（ｍ）
　により求めた。
　なお、中空糸膜の平均有効長は、中空糸膜群の長さから固定樹脂部の長さを除いた長さである。
　（４）透過水量の測定
　中空糸膜モジュールを作製し、中空糸膜のそれぞれの中空(開口)部領域に連通する供給口より塩化ナトリウム濃度０．２ｇ／Ｌの淡水を供給ポンプで供給し、中空部領域を通過させた後、中空部領域に連通する排出口から淡水を流出させた。一方、塩化ナトリウム濃度７０ｇ／Ｌの高濃度水溶液を中空糸膜の外部領域に連通する芯管に供給ポンプで供給し、中空糸膜の外部領域を通過させた後、中空糸膜群の外部領域に連通する排出口から流出させ、流量調整バルブで、圧力と流量を調整した。
　高濃度水溶液の供給圧力をＰＤＳ１（ＭＰａ）、供給流量をＱＤＳ１（Ｌ／ｍｉｎ）、高濃度水溶液の排出水量をＱＤＳ２（Ｌ／ｍｉｎ）、淡水の供給流量をＱＦＳ１（Ｌ／ｍｉｎ）、淡水の流出流量をＱＦＳ２（Ｌ／ｍｉｎ）、淡水の流出圧力をＰＦＳ２（ｋＰａ）とした場合、以下の条件での高濃度水溶液の流量増分（ＱＤＳ２－ＱＤＳ１）をモジュールの透過水量として測定した。温度は２５℃に調整した。
　ＰＤＳ１＝２．２ＭＰａ
　ＰＦＳ２＝１０ｋＰａ以下
　ＱＤＳ１／（ＱＤＳ２－ＱＤＳ１）＝２
　ＱＦＳ２／（ＱＤＳ２－ＱＤＳ１）＝０．１
　ただし、淡水の入口圧力は０．１ＭＰａとし、０．１ＭＰａを越える場合は、０．１ＭＰａとなるようにＱＦＳ１を設定した。
　＜実施例１＞
　本実施例では、上記の実施形態１（図１）に示されるような中空糸膜モジュールを作製し、透過水量を測定した。
　まず、三酢酸セルロース（ＣＴＡ、ダイセル化学工業社、ＬＴ３５）４１重量％、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ、三菱化学社）３５．２重量％、エチレングリコール（ＥＧ、三菱化学社）２３．５重量％、安息香酸（ナカライテスク社）０．３重量％を１８０℃で均一に溶解して製膜原液を得た。得られた製膜原液を減圧下で脱泡した後、アーク型（三分割）ノズルより１６３℃で外気と遮断された空間中に吐出し、空間時間０．０３秒を経て、ＮＭＰ／ＥＧ／水＝２７／１８／５５からなる１２℃の凝固浴に浸漬した。引続き、多段傾斜桶水洗方式で中空糸膜の洗浄を行い、湿潤状態のまま振り落した。得られた中空糸膜を９０℃の水に浸漬し、２０分間熱水処理を行った。得られた中空糸膜は、内径が９０μｍ、外径が２００μｍであった。
　得られた複数の中空糸膜を、芯管の周りに、互いに所定の間隔を開けて並列的に配置した状態で、中空糸膜および供給菅の両端部をエポキシ樹脂でポッティングさせて固定させた後、樹脂部の両端部を切削して中空糸膜の中空部を開口させることで、中空糸膜の集合体（中空糸膜群）を作製した。その中空糸膜群に対して、他方の端部から約３ｃｍ中心側の部分を除く外周部を、非透過性フィルムで覆った。
　得られた中空糸膜群の長さ、外径、中空糸膜モジュール当たりの膜面積を表１に示す。
　この中空糸膜群を圧力容器に装填して、図１に示されるような中空糸膜モジュールを作製した。なお、ディストリビューターとしては、図２に示されるようディストリビューターを用いた。得られた中空糸膜モジュールについて、上記（４）の方法で透過水量の測定を実施した。なお、透過水量の測定は、淡水の流れ方向と塩水の流れ方向とが逆方向となる状態（向流状態）で行った。測定結果を表１に示す。表１において、変化率（％）は比較例１の透過水量を基準として下記式を用いて算出した。
　　変化率（％）＝（透過水量－０．０３５）／０．０３５×１００
　＜実施例２＞
　実施例１と同様の中空糸膜を用いて、上記の実施形態２（図６）に示されるような中空糸膜モジュールを作製した。それ以外は実施例１と同様にして、透過水量の測定を行った。
　＜実施例３＞
　実施例１と同様の中空糸膜を用いて、上記の実施形態３（図７）に示されるような中空糸膜モジュールを作製した。それ以外は実施例１と同様にして、透過水量の測定を行った。
　＜比較例１＞
　実施例１と同様の中空糸膜を用いて、従来の中空糸膜モジュール（モジュールの中心に位置する芯管の側面に設けられた多数の開口から、モジュールの径方向に液を流し、中空糸膜が交差配置されている中空糸膜モジュール）を作製した。また、非透過性フィルムはなしとした。それ以外は実施例１と同様にして、透過水量の測定を行った。
　＜比較例２＞
　実施例１と同様の中空糸膜を用いて、従来の中空糸膜モジュール（モジュールの中心に位置する芯管の側面に設けられた多数の開口から、モジュールの径方向に液を流し、中空糸膜が並列配置されている中空糸膜モジュール）を作製した。また、非透過性フィルムはなしとした。それ以外は実施例１と同様にして、透過水量の測定を行った。
　＜比較例３＞
　実施例１と同様の中空糸膜を用いて、特許文献２（国際公開第２０１５／１２５７５５号）に示されるような中空糸膜モジュール（モジュールの中心に位置する芯管の一端部のみに設けられた開口から、モジュールの軸方向に液を流し、中空糸膜が並列配置されている中空糸膜モジュール）を作製した。それ以外は実施例１と同様にして、透過水量の測定を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示す結果から、ディストリビューターを備え、液の流れが中空糸膜の長さ方向（中空糸膜モジュールの軸方向）に流れる軸流であり、中空糸膜の配置が並列的である実施例１～３では、従来の中空糸膜モジュールである比較例１～３よりも、透過水量が増加することが分かる。
　今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　容器、１０，１０Ａ　中空糸膜の外部領域に連通する供給口、１１　中空糸膜の中空部領域に連通する排出口、１２　中空糸膜の中空部領域に連通する供給口、１０Ｂ，１３　中空糸膜の外部領域に連通する排出口、１４，１５　壁部材、１００　ディストリビューター、１００ａ　吐出口、１０１　コレクター、１０１ａ　回収口、２０　芯管、２１　中空糸膜、３　中空糸膜の外部領域、４ａ　第１端、４ｂ　第２端、５１，５２　樹脂壁、５３，５４　固定樹脂、６　非透過性フィルム。

Claims (6)

  1. 　容器と、
    　該容器の内部に収納され、並列的に配置された複数の中空糸膜からなる中空糸膜群と、
    　前記容器の外部から、前記容器の内部であり前記中空糸膜の外側の部分である外部領域に、液体を供給するための供給口と、
    　前記外部領域から、前記容器の外部に、液体を排出するための排出口と、
    　前記供給口から供給される液体を前記外部領域に向けて、少なくとも前記中空糸膜の長さ方向に平行な方向に吐出可能なディストリビューターと、を備える、中空糸膜モジュール。
  2. 　前記ディストリビューターは、前記中空糸膜群の径方向に分散して配置された複数の吐出口を有する、請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
  3. 　前記ディストリビューターから吐出され前記外部領域を通過した液体を回収して、前記排出口へ排出するコレクターをさらに備え、
    　前記コレクターは、前記中空糸膜群の径方向に分散して配置された複数の回収口を有する、請求項１または２に記載の中空糸膜モジュール。
  4. 　前記コレクターの前記回収口の総面積は、前記ディストリビューターの前記吐出口の総面積よりも大きい、請求項３に記載の中空糸膜モジュール。
  5. 　前記ディストリビューターと前記コレクターとが対称の形状を有し、かつ、対称の位置関係で配置されている、請求項３または４に記載の中空糸膜モジュール。
  6. 　前記中空糸膜群の外径が４ｃｍ以上である、請求項１～５のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュール。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023054648A1 (ja) * 2021-09-30 2023-04-06 東レ株式会社 中空糸膜モジュールの運転方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62172964A (ja) * 1986-01-28 1987-07-29 テルモ株式会社 中空糸型人工臓器の製造方法
JPH02102660A (ja) * 1988-10-07 1990-04-16 Kuraray Co Ltd 中空糸型流体処理装置
JP2011115796A (ja) * 2007-05-22 2011-06-16 Asahi Kasei Chemicals Corp 中空糸膜モジュールとその製造方法および中空糸膜モジュール組立体とそれらを使用した懸濁水の浄化方法
WO2017222063A1 (ja) * 2016-06-24 2017-12-28 東レ株式会社 複合多孔質中空糸膜、複合多孔質中空糸膜モジュール及び複合多孔質中空糸膜モジュールの運転方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6972737B2 (ja) 2017-07-28 2021-11-24 東洋紡株式会社 中空糸膜モジュール

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62172964A (ja) * 1986-01-28 1987-07-29 テルモ株式会社 中空糸型人工臓器の製造方法
JPH02102660A (ja) * 1988-10-07 1990-04-16 Kuraray Co Ltd 中空糸型流体処理装置
JP2011115796A (ja) * 2007-05-22 2011-06-16 Asahi Kasei Chemicals Corp 中空糸膜モジュールとその製造方法および中空糸膜モジュール組立体とそれらを使用した懸濁水の浄化方法
WO2017222063A1 (ja) * 2016-06-24 2017-12-28 東レ株式会社 複合多孔質中空糸膜、複合多孔質中空糸膜モジュール及び複合多孔質中空糸膜モジュールの運転方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023054648A1 (ja) * 2021-09-30 2023-04-06 東レ株式会社 中空糸膜モジュールの運転方法

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