JPH01168305A - 中空糸膜濾過モジュール - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、流体源適用中空糸膜濾過モジュール及びそれ
を用いた濾過システムに関し、より詳しくは大量の水中
の懸濁物質の除去や空気中の浮遊物質の除去等に適した
中空糸膜濾過モジュールに関する。

［従来の技術］ 中空糸濾過膜は、優れた濾過機能を有しているために、
従来より高純度の工業用水の製造や気体の濾過等を始め
として種々の用途に広く用いられてきている。

中空糸膜濾過モジュールとしては、中空糸の中空部から
外部へ向けて濾過するものと中空糸の外部から中空部へ
向けて濾過するものとの２通りのタイプがある。しかし
、前者のタイプのモジュールでは中空糸の内部の通過抵
抗が大きく、又、懸濁物質が中空糸中空部に残存して目
詰まりを起した場合にその濾過機能の回復処理が困難な
ために、被処理流体中に懸濁物質が多い場合には後者の
タイプが多く用いられてきた。

［発明が解決しようとする問題点］ これらのモジュールは、その殆どが直管の中に中空糸が
収納され、被処理流体の出入口が直管の側面に設けられ
ており、濾過液の出口が直管の端部に設けられていた。

したがって、複数のモジュールを直列に連結して使用す
る場合には、被処理流体の流れが複雑に曲折する連結方
式をとらざるをえず、被処理流体の圧力損失が大きく過
大なポンプ能力を必要としたり、連結数の制限を受けた
り、エネルギー損失が大きい等の不利があった。

又、工業用として比較的大量の流体を処理する場合には
、中空糸膜濾過モジュールの寸法も大きくならざるを得
ない。特に、上記問題を解決するために、中空糸膜濾過
モジュールとして、両端が開口した直管を用いてその両
端を被処理流体の出入口とし、その一端が該直管の内部
の中央部において該直管と同軸上にあるように配置され
他端が該直管の外部に位置する曲管が設けられて、該直
管内の曲管端部にＵ字型中空糸膜束を設けたような構造
のモジュールとして構成した場合には、その寸法が大き
くなると該中空糸膜束の外周部は有効に利用されるが、
中空県東中央部の利用効率が低下するという問題があっ
た。

更に、生活廃水のような、有機成分を多量に含有する廃
水の処理に、このようなモジュールを用いると、これら
の有機物を資化する微生物が該廃水の中に含まれるよう
になり、これらは粘着性が高く、中空糸膜同士がこれら
を介して粘着し、更に中空県東内部への水の侵入が困難
となって処理効率が経時的に大きく低下し易いという問
題があった。

本発明の目的は上述した問題点を解決した、工業的流体
処理、廃水処理に特に適した中空糸膜濾過モジュールを
提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 即ち、本発明の要旨は、直管と、その一端が該直管の内
部の中央部において該直管と同軸上に配置され、他端が
該直管の外部に位置する曲管と、０字状に束ねた中空糸
膜束とからなり、該中空糸膜束の開口端が直管内におい
て該直管と同軸上に位置する曲管端部あるいは該曲管端
部につながり該曲管を固定する固定部材の開口部に固定
されてなる中空糸膜濾過モジュールにおいて、中空糸膜
束が３〜１６の各々独立した小束に分割されて固定部材
に固定され、更に、各小束が、これらのＵ字に湾曲した
部分においてそのまま、あるいは更に複数に分割されて
その各々がゆるやかに結束されてなり、各小束が固定部
材につながる部分あるいはその近傍において互いに接触
しないための空間が各小束間に設けられてなる中空糸膜
濾過モジュールにある。

［発明を実施するための好適な態様］ 以下、本発明の中空糸膜濾過モジュールにつき図面を参
照しつつ詳細に説明する。第１図は本発明の中空糸膜濾
過モジュールの１態様例を示す断面模式図であり、第２
図はフランジ付き直管のフランジ部分を示す図であり、
第３図及び第４図は各々本発明の好ましい態様のモジュ
ールに用いる間隔保持部材の１例を示す図である。

直管１は、全体にわたって同一口径でもよく、また図示
されるように途中で異なった口径のものと接続されたも
のでもよい。曲管２はその一端が直管１の中央部にあっ
て直管１と同軸上に配置されており曲管２の他端は直管
１の外に出ていて、該端が中空糸濾過膜を通って出てく
る浄化流体の出口となる。第１図では曲管２が９０″に
曲げられた例が示されているが、必ずしも９０°である
必要はなく、曲管２の他端は直管１の外に出ていればど
のような角度でもよい。又、曲管２の直径は曲管全体が
同一の直径であってもよく、第１図に示すように部分に
よって直径が異なっていてもよい。

又、曲管２は直管１にしっかりと固定されていることが
好ましい。第１図では直管１の一部分が第２図に示すよ
うな断面形状のフランジ付き直管であって、フランジ部
分で接合された複数の直管からなり、曲管２の端部がそ
のフランジの直管内部にある部分で固定されている例が
示されているが、曲管２の固定方法はこれに限定される
ものではない。

この第２図に示したフランジ４は、中心部に曲管の内径
に一致する空間を有し、曲管の外側であって直管の内部
にあたる部分にも直管内を流体が自由に流動できるだけ
の流路７が設けられている。又、直管内において中空糸
の保持や局所的に流速を高める等のために、圧損なそれ
ほど大きくしない範囲であれば部分的に直管の内径を他
よりも細くしてもよい。なお、曲管がその内部にある部
分からそれにつながるボッティング部分、さらにその先
約３ｃｍ程度迄の部分の直管の内径はその先の中空糸束
が収納された部分の直管の内径より太いことが好ましい
。このようにすると被処理水の流れに乱流が生じ易くな
るとともに被処理水が中空糸束の中により入り易くなる
。

中空糸濾過膜３は、３〜１６個の小束に分割され、各々
０字状に束ねられた中空糸膜束として、その開口端部が
直管内において、該直管と同軸上に位置する曲管端部あ
るいは該曲管端部につながり該曲管を固定する固定部材
の開口部に固定されている。従って、中空糸濾過膜３の
有効膜部分は直管内にある。中空糸濾過膜３としては柔
軟性を有しているものが好ましく、このような中空糸の
例としてポリオレフィン、弗素化ポリオレフィン、ポリ
スルフォン等の素材からなる限外濾過または精密濾過中
空糸膜を挙げることができる。

この中空糸膜は３〜１６個に分割された複数のＵ字形小
束として各々中空糸の開口部を開口状態に保ったまま、
曲管端部あるいは該曲管端部につながり該曲管を固定す
る固定部材の開口部に、ポリウレタン、エポキシ樹脂、
不飽和ポリエステル樹脂、シリコン樹脂等のボッティン
グ剤により液密に固定保持される。

各々の中空糸膜小束はそれらのＵ字に湾曲した部分にお
いて、そのまま、あるいは更に複数に分割されて各々ゆ
るやかに結束されている。中空糸小束を結束する結束材
６は中空糸膜と同等かあるいはこれよりより柔らかくて
、中空糸膜面を傷めないものが用いられ、この例として
は綿糸、上記中空糸と同様の中空糸等を示すことができ
る。中空糸膜小束の結束は、中空糸を潰したりしないよ
う、ゆるやかに結束する必要がある。又、ゆるやかに結
束しても、被処理流体は中空糸固定部からＵ字型湾曲部
の方向に向けて流れるため、何の支障もなく、中空糸小
束の分割状態を維持し、後述の中空糸小束固定部で中空
糸小束間に空間を設けたことと相まって中空糸束内への
被処理流体の侵入が容易となりよって、このような工夫
をしていない同種モジュールに比べて大幅な処理能力の
向上を達成することができる。中空糸のＵ字湾曲部はそ
こでゆるやかに結束されているためもあって中空糸束の
その他の部分より径が太くなるため、ここを収納する部
分の直管の内径は、中空糸束のその他の部分を収納する
直管部分の内径に比べて１０〜５０％大きくなっている
ことが好ましく、このようにすることによってその部分
に被処理水中のＳＳ成分がたまって圧損が大きくなるこ
とを防止できる。

中空糸小束が固定部材につながる部分またはその近傍に
おける小束が互いに接触しないための空間は、直管内の
曲管の周囲から中空糸束の方へ流れてくる被処理液体が
中空糸束内に容易に侵入可能な程度に設けられればよく
、小束間が２〜６ｍｍ程度の間隔を保っているのが好ま
しい。この小束接触防止空間を設ける方法としては、小
束を集めてその端部をボッティングする時にボッティン
グ部における小束間に所定の間隔をあける方法、間隔保
持部材５を用いて、小束間に強制的に間隔をもたせこれ
を保持する方法、あるいはその両者を併用する方法があ
る。この小束接触防止空間は、ボッティング部分または
その近傍において、中空糸の長平方向に３ｃｍ程度の長
さにわたって設けられていれば、それ以上の長さにわた
って小束接触防止空間を保持するための工夫を更に行う
必要はなく、この小束接触防止空間に水が侵入してきて
下流に流れる水の力によって、中空糸小束同士が粘着す
ることはなく、長期にわたって、高い濾過能力を維持で
きる。

上記間隔保持部材５の一例を第３図に示す。これはフラ
ンジ付き直管のフランジ部ではさみ込まれるもので、中
央部に分割される小束の数だけ放射状の開口した空間８
が互いに２〜６ｍｍの間隔をおいて設けられたものであ
り、放射状開口空間群の直径は中空糸収納部の直管の内
径とほぼ同じかそれより若干大きい程度であればよい。

又、第４図は間隔保持部材５の他の例を示すものであり
、径２〜６ｍｍの棒が放射状に出ており、その先端が折
り曲って直管壁と平行に進んで、その先端が円形枠で固
定された形状をしており、円形枠部分を中空糸束な固定
するボッティング材で固定されるか、曲管端部の外には
めこんで固定するかができるようになっている。なお、
間隔保持部材は、これらのような形状のみに限定される
ものではなく、中空糸束ボッティング部分から３ｃｍ程
度離れた所で中空糸小束間に挿入されて中空糸小束同士
が接触しないような効果を示す構造であって、かつ、中
空糸を傷めないような構造であればどのようなものも用
いることができる。

本発明の中空糸膜濾過モジュールを使用する場合は、直
管部端ａの部分から被処理流体を導入し、膜で濾過され
た濾過流体は中空糸内部を通って側管端Ｃから取出され
る。一方、濾過されなかった流体は直管の他の端すから
取出される。これにより被濾過流体の流れは直管内を直
線的に流れるため圧力損失が小さく、しかも中空糸束内
を被処理水が容易に通過するため、活性汚泥が含まれて
いる場合等の粘着性成分を含有する水の処理においても
中空糸束同士が固く密着して処理効率を低下させるよう
なことが少なく、よって中空糸膜の処理寿命が長くなる
という特徴を有している。

本発明の中空糸膜濾過モジュールは、飲料水、工業用水
、医療用水、超純水、パイロジエンフリー水等の各種用
水の濾過、研磨廃水、含油排水、凝集処理水、キレート
反応処理水、生物処理水、濁水、含金属粉廃水、脱脂液
、含ＳＳ溶剤等の濾過、金、銀等の有価金属粉末、フロ
ック等の濾過回収、食品や製薬工業における有価液の回
収等に好適に用いることができる。

［実施例］ 以下、に実施例を用いて本発明をさらに説明する。

なお、以下の実施例、比較例では、いずれも内径６８ｍ
ｍ、長さ７００ｍｍのフランジ付き直管の一方の端に直
管の内部の中央部において該直管と同軸上に配置され、
他端が該直管の壁を通って外部に位置する曲管（直管内
にある曲管端部の内径２５ｃｍ）を備えた内径１２６ｍ
ｍ長さ２８３ｍｍのフランジ付き直管とが接続され、直
管内の該曲管先端に実施例、比較例に記載した仕様でボ
ッティングされた多孔質ポリエチレン中空糸（三菱レイ
ヨン■製、ＥＨＦ−３９０Ｃ）１０６８８本（有効膜面
積９ｒｒｆ）を有し、中空糸Ｕ字湾曲部分にあたる直管
部分の内径を前後１００ｍｍにわたって１００闘とした
ものを用いた。また、水処理としては模擬廃水として砂
糖水のメタン醗酵処理液（ＭＬＳＳ　：　１５００ｍｇ
／Ｌ）を用い被処理水入口圧力１　、６　ｋｇ／ｃｒｎ
’Ｇ、浄化水出口圧力０．　１５ｋｇ／ｃｒｎ”Ｇ、中
空糸収納部分の直管内の被処理水の流速１　、０ｍ／ｓ
ｅｃとなるように曲管を有する直管の中空糸側と反対側
の端から模擬廃水を導入して、中空糸のＵ字湾曲部側の
直管端から出るようにし、曲管の直管の外にある端から
浄化水を得る実験を行った。

実施例１ 中空糸を８つの小束にほぼ均等に分割してその各々をＵ
字型に束ね、円形ボッティング部分を８つの扇形に分割
して隣接する小束間の間隔がほぼ２ｍｍとなるようにし
て中空糸をボッティングし、第４図に示したような間隔
保持部材（定数８本、横棒の太さ２ｍｍ、横棒のボッテ
ィング部分からの高さ３０ｍｍ）を同時にボッティング
部材に埋め込んだものとし、各中空糸小束のＵ字湾曲部
分を綿糸を用いて中空糸をつぶさないように各々ゆるや
かに結束したモジュールを用い、上記模擬廃水を上記処
理条件で処理した処理開始後の１分後、３０分後、６０
分後のフラックスを第１表に示した。

第１表から明らかなように、本発明のモジュールの処理
効率は経時的に安定して高い。

実施例２ ８つの小束間に間隔を設けずに、均一に分布するように
ボッティングし、各小束間に相当する位置に実施例１で
用いたと同様の間隔保持部材を用いたモジュールを用い
た。

実施例３ 間隔保持部材を用いない以外は実施例１と同様のモジュ
ールを用いた。

実施例４ 中空糸を１６の小束に分け、中空糸小束間の間隔を２ｍ
ｍとした以外は実施例３と同様のモジュールを用いた。

実施例５ 中空糸を４つの小束に分け、中空糸小束間の間隔を２ｍ
ｍとした以外は実施例３と同様のモジュールを用いた。

比較例１ 中空糸を小束に分けずに１つのＵ字形束としてボッティ
ングした以外は実施例３と同様のモジュールを用いた。

比較例２ 中空糸を３つの小束に分け、中空糸小束間の間隔を２ｍ
ｍとした以外は実施例３と同様のモジュールを用いた。

比較例３ 綿糸による中空糸小束間Ｕ字湾曲部分の結束を行なわな
かった以外は実施例５と同様なモジュールを用いた。

上記の実施例２〜５、比較例１〜３のモジュールを用い
て、実施例１と同様にして模擬廃水を処理した結果を第
１表に示した。

第１表 ［発明の効果］ 上述したように本発明の中空糸膜濾過モジュールは構造
が簡単であり、組立加工が容易であり、モジュール同士
を連結して被処理流体につき直列多段に組むことも簡単
に行なえ、被処理流体の通過抵抗が小さいという特徴を
有しており、大型モジュールにしても中空糸膜の利用効
率の低下がないとうい優れた効果を有するものである。

又、多段に組むにあたって、中空糸膜濾過モジュールの
結合の際に必要に応じ、接合曲管部材を用いれば狭い場
所にもコンパクトに設置できるという優れたものである
。この被処理流体の通過抵抗が小さいということは圧力
損失が小さいことを意味し、これはポンプエネルギーを
節約できるという効果を発揮する。さらに、中空糸を小
束に分けているので中空糸束内に被処理水が侵入し易く
、しかも中空糸小束をそれらのＵ字湾曲部分でゆるやか
に結束しているので中空糸が乱れることなく、よって中
空糸の傷みも少なく中空糸処理効率の低下も少ないとい
う優れた効果を有する。

適に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の中空糸濾過モジュールの１態様例を示
す断面模式図であり、第２図はフランジ付き直管のフラ
ンジ部分を示す図であり、第３図及び第４図は各々間隔
保持部材の例を示す図である。図において１は直管から
なるハウジング、２は曲管、３は中空糸濾過膜、４はフ
ランジフランジ付き直管のフランジ部分、５は間隔保持
部材を示す。被処理流体はａより入り、ｂより出る濾過
流体はＣより出る。 特許出願人　アクアルネサンス技術研究組合代　理　人
　弁理士　苦杯　忠

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）直管と、その一端が該直管の内部の中央部において
   該直管と同軸上に配置され、他端が該直管の外部に位置
   する曲管と、Ｕ字状に束ねた中空糸膜束とからなり、該
   中空糸膜束の開口端が直管内において該直管と同軸上に
   位置する曲管端部あるいは該曲管端部につながり該曲管
   を固定する固定部材の開口部に固定されてなる中空糸膜
   濾過モジュールにおいて、中空糸膜束が３〜１６の各々
   独立した小束に分割されて固定部材に固定され、更に各
   小束が、これらのＵ字に湾曲した部分においてそのまま
   、あるいは更に複数に分割されてその各々がゆるやかに
   結束されてなり、各小束が固定部材につながる部分ある
   いはその近傍において互いに接触しないための空間が各
   小束間に設けられてなる中空糸膜濾過モジュール。